豆渣中水溶性膳食纤维的提取研究

2022-11-20姚巧云

现代食品 2022年17期

1 膳食纤维的分类

膳食纤维具有很好的保健功能，在调节肠道功能、预防便秘、防治肠道疾病、降低血糖和血压、减肥和预防心血管疾病方面有着很好的作用。当前关于如何从食物或者从植物当中提取膳食纤维，尤其是增加可溶性膳食纤维的提取量，已经成为很多科研部门需要重点攻克的难题。

大豆当中富含油脂和蛋白质，大豆生产加工所剩余的豆渣当中含有丰富的膳食纤维，通过对大豆当中的膳食纤维进行进一步地分解或者提取处理，能够大大拓展膳食纤维的具体来源，同时也能够提高大豆资源的利用效率。大豆生产加工之后所产生的豆渣当中的膳食纤维主要以非水溶性的膳食纤维为主，这类膳食纤维的分子量相对较大，往往不能被人体很好地利用。水溶性的膳食纤维进入机体之后往往不能被消化，但在热水或温水中能更好地溶解，这类膳食纤维在人类的肠道当中能更好地与各种有害物质相结合，从而加速各种有毒有害物质的排出，同时还具有一定的饱腹感，在缓解肥胖以及促进消化等方面有着很好的作用。水溶性膳食纤维的种类多种多样，常见的水溶性膳食纤维包括葡聚糖、半乳甘露聚糖等几种[1]。水溶性膳食纤维相较于非水溶性的膳食纤维，其生理特点更加显著，通过加工处理，能够将其制作成各种分散剂、乳化剂、稳定剂或者黏附剂，不仅在食品加工当中有着很好的应用价值，而且在工业制药等领域都有着广泛的应用。

2 豆渣中水溶性膳食纤维的提取方法

2.1 物理提取方法

豆渣当中富含膳食纤维，通过对豆渣当中的膳食纤维进行检测，能够发现水溶性膳食纤维所占据的比例相对较少，大多数以高分子的非水溶性膳食纤维为主。因此，在进行豆渣中水溶性膳食纤维处理过程中，就需要进行适当地处理，将非水溶性的膳食纤维转变成水溶性的膳食纤维，也就是利用某些技术手段将大分子的膳食纤维转变成小分子的水溶性膳食纤维。在对豆渣中膳食纤维进行提取处理过程中，通过在外部营造一个高压的环境，利用超声波对豆渣进行适当地处理，能够使非水溶性的膳食纤维中的连接键断裂，形成很多小分子形式的水溶性膳食纤维，最终能够实现非水溶性膳食纤维向着水溶性膳食纤维的转变。例如，通过超声波处理的方法能使大豆豆渣当中的纤维素、半纤维素、木质素等大分子连接键产生断裂。当前物理提取水溶性膳食纤维常用到的方法包括挤压蒸煮法、瞬时高压处理技术以及超声波处理技术[2]。

2.1.1 挤压蒸煮法

挤压蒸煮技术就是将豆渣放置在一个能够加压的设备当中，给予高温高压作用，高温高压使豆渣当中的水分迅速汽化，分子之间的结构产生形变，尤其是在膨化的一瞬间，能使物料结构发生显著变化，变得更加疏松，不仅能改善物料的风味，还能使大分子的化合物转变成小分子的化合物，使豆渣当中的水溶性膳食纤维的含量进一步增加。利用挤压蒸煮法对大豆豆渣进行处理，产生的膳食纤维当中水溶性膳食纤维能够增加10%～16%。

2.1.2 瞬时高压技术

高压处理方式与挤压蒸煮处理方式的原理大致相同，就是将物料放置在一个密封的环境当中，给予瞬时高压。通过营造高压处理环境，使物料之间相互碰撞，相互撞击，产生空穴爆炸，并利用一系列的膨化作用，使豆渣当中的某些不溶于水的膳食纤维结构被进一步切断转变成小分子可溶性的膳食纤维，从而大大提高豆渣当中水溶性膳食纤维的含量和质量[3]。

2.1.3 超声波处理技术

超声波处理技术是在一定的空间当中所形成的一种机械振荡，其频率范围较高。在密闭环境下利用超声波对物质进行处理，能产生强烈的振荡作用，与多种媒介相互作用，产生热能、机械能，并且能够产生较大的冲击波，对豆渣内部的各个组织结构进行冲击处理，从而使大分子的化学键发生断裂，还能进行一系列的氧化还原反应。在这一过程中豆渣当中的大分子的膳食纤维能够转变成小分子的膳食纤维，大大增加可溶性膳食纤维的含量和浓度。

2.2 化学提取方法

2.2.1 酸化处理法

在室温条件下，豆渣当中的很多不溶性的膳食纤维的化学键结构相对较为稳定。酸性环境下，适当的温度会使得物质之间出现不同程度的酸化反应，使化学键进一步地水解，能够大大降低分子量使不溶性的膳食纤维向着水溶性膳食纤维转变，同时也能使分子的聚合度逐渐下降，进一步增加豆渣当中水溶性膳食纤维的含量。

2.2.2 碱化处理法

与酸化处理模式相同，在进行豆渣处理过程中，通过向其中添加一些强碱性的物质，能够实现对膳食纤维的有效降解处理[4]。在降解处理过程中，纤维素和半纤维素会发生剥皮反应，具有还原性末端的糖基逐个分解下来，分解下来的糖基会转变为异变糖酸。碱化处理过程中需要给予适当的pH和温度环境，如此才能使大分子的化学键发生断裂，使分子的聚合能力逐渐下降，在此背景之下纤维素和半纤维素就会产生一系列的剥脱反应，并逐渐转变成小分子的水溶性膳食纤维，并且所产生的水溶性膳食纤维大多数会以钠盐的形式溶解在水溶液当中。碱化处理模式相较于酸化处理模式，其处理效率相对较低。

2.3 生物处理技术

生物处理技术就是利用酶处理技术或者发酵处理技术，来进一步分解膳食纤维当中的不溶性膳食纤维，将其转变成水溶性的膳食纤维。酶处理方式就是在豆渣当中添加蛋白酶，利用蛋白酶的生化作用，将豆渣当中的蛋白质进一步地水解，同时再配合使用淀粉酶将大分子的淀粉转变成小分子的糖类，利用纤维素酶使不溶性的膳食纤维发生水解反应，形成很多小分子的水溶性膳食纤维。发酵处理技术就是利用微生物的发酵原理，即微生物在繁殖过程中能利用碳源氮源来获取能量，使豆渣当中的植酸进一步下降，同时还能够大大降低淀粉、蛋白质的含量，然后再通过一系列的生化反应提高产物当中水溶性膳食纤维的含量。发酵处理方法生产系统相对较为简单，并且运行成本相对较低，在生产过程中不会产生污染物。在当前发酵处理过程中可以利用乳酸菌产生酸来提取豆渣中的水溶性膳食纤维。

2.3.1 酶处理方法

在可溶性膳食纤维制备过程中，应用化学处理制备得到的膳食纤维当中会有少量的蛋白质和淀粉，要想制备一定纯度的可溶性膳食纤维，就需要充分应用现代生物技术，其中酶处理方法应用最广泛。在可溶性膳食纤维制备过程中，使用蛋白酶能去除膳食纤维当中的蛋白质，同时能够释放出更多的营养物质；使用淀粉酶能够溶解可溶性膳食纤维当中的淀粉[5]。此外，也可以使用纤维素酶分解处理发酵物当中的不溶性膳食纤维，将其转变成可溶性的膳食纤维，甚至可以利用酶将大分子的膳食纤维转变成小分子的单糖或者寡糖，从而更好地提高可溶性膳食纤维的生产效率。马毓霞等[3]的研究结果表明，利用酶制剂对豆渣进行适当地处理，可溶性膳食纤维得率能够达到10%以上，膳食纤维的持水率达到7.7%，膨胀率达到了4.2%以上。由此可知，酶处理方法制备可溶性膳食纤维能够大大提高反应速率，提高反应成效，同时也能够及时消除膳食纤维当中的淀粉、蛋白质，并且能够实现对不溶性膳食纤维的有效分解，大大提高可溶性膳食纤维的含量。

2.3.2 发酵处理方法

发酵处理方法就是利用微生物的发酵作用，通过微生物繁殖生长过程中的能量消耗，全面消耗原料当中的碳源、氮源以及各种植酸，大大减少原料当中淀粉和蛋白质的含量。微生物在发酵繁殖过程中，自身会产生很多有益物质，这些有益物质主要包括了各种酸、各种酶，并且在酸类酶类的作用之下，不溶性的大分子膳食纤维转变成小分子的单糖或者寡糖，大大增加了水溶性膳食纤维的含量[6]。但在制备过程中一定要明确最佳的操作方法和操作流程，因为过度的水解反应也会对可溶性膳食纤维的功能造成不良影响。一般情况下发酵法制备可溶性膳食纤维所使用的时间相对较短，并且由于采用微生物发酵，成本投入相对较低，在生产过程中不会产生异味和各种次级代谢产物，有利于实现工业化生产。同时，发酵法制备的膳食纤维当中蛋白质、粗纤维、乙醚提取物的含量高，并且持水能力相对较强，显著优于化学法制备的可溶性膳食纤维。当前在可溶性膳食纤维制备过程中，一般选择使用乳酸菌发酵制备技术，能进一步提取豆渣当中的膳食纤维，豆渣当中的某些成分在酸性的环境下糖苷键会发生断裂，并且会产生新的还原末端，使不溶性的膳食纤维转变成水溶性膳食纤维。

3 发展趋势

当前随着人们物质生活水平的显著提升，饮食结构发生了翻天覆地的变化，再加上临床医学研究的不断加深，越来越多的人认识到水溶性膳食纤维的生理功能。随着市场对水溶性膳食纤维的需求量不断增加，该物质的提取工艺势必会逐渐发展成熟，并且也会成为食品加工的研究热点。因此，在今后可溶性膳食纤维生产加工过程中，势必会从膳食纤维的分离制备以及膳食纤维的工业化生产等几个方面入手，进一步探究更加科学合理以及高效的生产方法。