青稞麦麸膳食纤维制备工艺优化分析及其对区域经济的影响

2023-06-09毛龙生宋建伟周婷婷

中国调味品 2023年6期

毛龙生　宋建伟　周婷婷

摘要：随着社会的不断发展和人们生活水平的不断提高，功能性和膳食纤维类食品越来越受到消费者的关注。膳食纤维在治疗人类心血管疾病、降血糖、治疗肥胖、抗腹泻、抗动脉硬化、降胆固醇、降血压和抗癌方面具有重要的活性功能。青稞是我国山区重要的农作物，随着越来越多的青稞产品进入市场，其种植面积也越来越大，从而导致很多青稞麦麸副产物的产生，这些副产物一方面浪费了资源，另一方面也对环境造成了污染。淀粉去除是获取膳食纤维最重要的技术工艺之一，但是相关的研究和报道较少。该研究基于此，采用单因素试验和响应面法对青稞麦麸膳食纤维制备过程中的淀粉去除率进行了研究，研究结果表明，青稞麥麸膳食纤维制备过程中的淀粉去除率最佳加工工艺为料液比例1∶29、酶解温度78 ℃、淀粉酶用量0.8%和酶解时间110 min，此时淀粉去除率为48.77%。

关键词：青稞麦麸；单因素；淀粉去除率；响应面

中图分类号：TS201.2文献标志码：A 文章编号：1000-9973（2023）06-0163-05

Abstract： With the continuous development of society and the continuous improvement of people's living standards， functional and dietary fiber foods are more and more concerned by consumers. Dietary fiber has important active functions in the treatment of human cardiovascular disease， lowering blood sugar， treating obesity， anti-diarrhea， anti-arteriosclerosis， lowering cholesterol， lowering blood pressure and anti-cancer. Highland barley is an important crop in mountainous areas of China. As more and more highland barley products enter the market， its planting area is also increasing， which leads to the production of many by-products of highland barley bran. On the one hand， these by-products waste resources， on the other hand， they pollute the environment. Starch removal is one of the most important technological processes to obtain dietary fiber， but there are few related researches and reports. Based on this， single factor test and response surface methodology are used to study the starch removal rate during the preparation of highland barley bran dietary fiber. The research results show that the optimal processing technology of starch removal rate during the preparation of highland barley bran dietary fiber is as follows： the ratio of solid to liquid is 1∶29， the enzymatic hydrolysis temperature is 78 ℃， the addition amount of amylase is 0.8% and the enzymatic hydrolysis time is 110 min. At this time， the starch removal rate is 48.77%.

Key words： highland barley bran; single factor; starch removal rate; response surface

收稿日期：2022-12-15

基金项目：江苏高校哲学社会科学课题“三全育人”视阈下高校后勤育人功能与实现途径研究（2021SJA0930）

作者简介：毛龙生（1981－），男，江苏无锡人，讲师，硕士，研究方向：产业经济、科技创新。

青稞在我国被广泛栽培[1]，主要栽培于我国西藏、四川、青海、甘肃、云南和贵州等地[2]，栽培面积约为280万公顷。青稞是高原地区重要的耐寒作物[3]，是我国藏区主要的粮食、燃料和牲畜饲料等[4]。近些年，随着青稞逐渐受到消费者的重视和关注，关于青稞营养物质的研究越来越多[5]，研究结果表明，青稞中含有更加丰富的营养物质，这些营养物质包括蛋白质、膳食纤维、纤维素、维生素E和维生素B[6-7]。

膳食纤维有可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维[8]。不溶性膳食纤维不能被消化和吸收是由于细胞壁中含有纤维素、半纤维素和木质素[9]。不同来源的膳食纤维，其成分也不相同。膳食纤维被划分为植物膳食纤维、动物膳食纤维、合成膳食纤维和微生物膳食纤维，现在主要研究的膳食纤维为植物膳食纤维[10]。膳食纤维中富含功能活性物质，这些活性物质主要有治疗人类心血管疾病、降糖尿病、降动脉硬化、降胆固醇和抗癌等功能[11-12]。

青稞麦麸是青稞粉加工的主要副产物和制作膳食纤维的理想材料[13]。将青稞麦麸用于制作青稞麦麸膳食纤维，不仅能够增加青稞麦麸的利用率，而且能够促进当地经济发展[14]。

淀粉清除率是膳食纤维获取最重要的一个步骤，想要获得较高膳食纤维得率，则需要去除膳食纤维中的淀粉。本研究基于此，采用单因素试验和响应面法对青稞麦麸膳食纤维获取工艺中淀粉清除率工艺进行优化。

1 材料与方法

1.1 试验材料和仪器

青稞麦麸、α-淀粉酶、中性蛋白酶、纤维素酶、氢氧化钠、硫酸钾、硫酸铜、甲基红、葡萄糖、硫酸钠。

电子天平、水浴锅、粉碎机、离心机、干燥箱和pH计。

1.2 试验方法

1.2.1 青稞麦麸膳食纤维制备工艺

将青稞麦麸以1∶30（g/mL）的比例溶解于蒸馏水中，使用盐酸和氢氧化钠溶液调节溶液的pH值为7.0，之后加入α-淀粉酶，此时需要搅拌混匀[15]，之后加入中性蛋白酶酶解，去除酶活性，调节pH到中性，再加入纤维素进行酶解，调节pH为4.8，加入4倍体积的无水乙醇，在4 000 r/min的转速下离心20 min，去除上清液，将沉淀物放在65 ℃的条件下干燥3 h，获得可溶性膳食纤维[16]。

1.2.2 单因素试验

进行单因素试验时，控制其他因素不变（料液比例为1∶30 （g/mL），酶解温度为75 ℃，淀粉酶用量为1.0%和酶解时间为110 min），研究其中一个变量对淀粉去除率的影响。分别研究料液比例1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40（g/mL）；酶解溫度60，65，70，75，80，85 ℃；淀粉酶用量0.1%、0.4%、0.7%、1.0%、1.3%、1.6%；酶解时间80，90，100，110，120，130 min对青稞麦麸膳食纤维中淀粉去除率的影响。

1.2.3 正交试验

根据单因素试验结果，获得影响青稞麦麸膳食纤维制备过程中淀粉酶解的因素范围，以料液比例、酶解温度和淀粉酶用量作为变量因素，以淀粉去除率作为指标进行响应面试验。

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 料液比例对淀粉去除率的影响

由图1可知，随着料液比例的增加，淀粉去除率呈现先升高后降低的趋势，当料液比例为1∶30时，淀粉去除率最高，为57%。当料液比例小于1∶30时，淀粉去除率随着料液比例的增加而逐渐升高。当料液比例大于1∶30时，淀粉去除率开始下降，但是下降的幅度并不是很明显。这是由于当料液比例小于1∶30时，增加料液比例有助于青稞麦麸充分地混合于溶液中，有利于去除青稞麦麸中的淀粉。但是当料液比例超过1∶30时，溶液比例逐渐增加，会有更多杂质溶解于溶液中，抑制淀粉的溶解。所以，选用1∶30为最佳的料液比例。

2.1.2 酶解温度对淀粉去除率的影响

由图2可知，随着酶解温度的升高，淀粉去除率呈现先升高后降低的趋势。当温度低于75 ℃时，随着酶解温度的升高，酶的活性逐渐增加，分子运动的速率逐渐增加，从而淀粉去除率也逐渐升高。当温度超过75 ℃时，淀粉去除率逐渐降低，这是由于随着酶解温度的升高，淀粉酶开始失去活性，导致淀粉的去除率开始下降[17]。

2.1.3 淀粉酶用量对淀粉去除率的影响

淀粉酶用量对青稞麦麸中淀粉去除率存在一定程度的影响，随着淀粉酶用量的增加，淀粉去除率呈现先升高后降低的趋势。当淀粉酶用量为1%时，淀粉去除率最高，为57%。当淀粉酶用量低于1%时，淀粉去除率随着淀粉酶用量的增加而逐渐升高。当淀粉酶用量超过1%时，淀粉去除率随着淀粉酶用量的增加而降低，随后趋于平缓[18]。综合考虑，选择1%为最佳的淀粉酶用量。

2.1.4 酶解时间对淀粉去除率的影响

由图4可知，随着酶解时间的增加，淀粉去除率呈现先升高后不变的趋势。当酶解时间小于110 min时，淀粉去除率随着酶解时间的增加而升高。当酶解时间超过110 min时，随着酶解时间的增加，对淀粉去除率的影响并不明显。如果持续增加酶解时间则不能去除更多的淀粉，造成成本增加。所以，选择110 min为最佳的酶解时间。

2.2 响应面正交试验

青稞麦麸膳食纤维制备过程中淀粉去除率的回归模型方差分析见表3。

以淀粉去除率作为响应值，利用软件Design-Expert 12对表2中的试验结果进行二次多项式分析，得到淀粉去除率（Y）与料液比例（A）、酶解温度（B）和淀粉酶用量（C）的多元二次回归方程：Y=77.15+0.21A+0.67B－0.15C－0.67AB－0.23BC－0.31AC+0.31A2+0.45B2－0.23C2。

淀粉去除率回归模型的P值为0.021 3，模型显著；失拟项的P值为0.076 1>0.05，不显著，表示该方程具有较好的拟合性，试验结果受未知因素的影响较小，R2=0.998，表明该方程较可靠，回归模型的拟合性较好。由F值检验可知，各因素对青稞麦麸膳食纤维制备过程中淀粉去除率的影响程度由大到小为淀粉酶用量>酶解温度>料液比例。

利用Design-Expert 12软件根据回归模型制作响应面和等高线（见图5），直接地反映出各单因素和交互作用对响应值的影响，预测出最佳的青稞麦麸膳食纤维制备过程中淀粉去除率工艺。单因素对结果的影响越明显，曲面越陡，等高线越密集[19-20]。等高线的形状也反映了各因素之间的交互响应强弱。

考虑到实际操作性，略微对青稞麦麸膳食纤维制备过程中淀粉去除率加工工艺进行优化，最佳加工工艺为料液比例1∶29、酶解温度78 ℃、淀粉酶用量0.8%和酶解时间110 min，此时淀粉去除率为48.77%。

2.3 青稞麦麸膳食纤维对高原区域经济效益分析

我国高原地区经济长期的发展主要依靠畜牧业，经济结构单一，且长期以畜牧业为主也导致了草原面积减少和土壤荒漠化等问题，为了高原地区的经济能够更加稳定发展，高原地区开始重视其他产业的发展，青稞麦麸在高原地区的栽培具有很悠久的历史，但是其主要被用作粗粮和酿酒，副产业青稞麦麸较多，经济效益低，高原地区农户对青稞种植的积极性并不高。随着青稞麦麸膳食纤维提取工艺的优化，种植青稞麦麸的农户经济收入逐渐增加，种植积极性也得到了极大提高，其产业大力发展对高原地区转型具有重要的作用。

膳食纤维能够降低人类心血管疾病，不仅能调节人体机能，而且能调节和改善身体的功能。此外，每年生产大量的青稞麦麸副产物，没有得到充分的利用，会对环境造成很大的污染。这些青稞麦麸副产物是加工青稞麦麸膳食纤维的主要来源，对这些膳食纤维的综合利用不仅能减少环境污染，而且能提高膳食纤维废弃物的利用，从而增加青稞麦麸的附加产值。目前膳食纤维主要用在面制品、肉质品和乳制品中作为食品添加剂。

青稞麦麸是耐寒、耐旱的农作物，是我国高原地区主要栽培的农作物之一，随着近些年青稞麦麸产品的市场需求越来越高，山区种植青稞的面积也逐渐扩大，这也成为山区人民重要的收入来源。

3 小结

目前，各种各样的膳食纤维被开发和利用，经过改良的膳食纤维更加吸引消费者。膳食纤维常常作为一种食品添加剂添加在面包、面条、饼干和馒头等面制品中。添加膳食纤维于食品中，不僅能改善食品的硬度和黏附性，而且能调节食品的营养结构。

本研究基于此，对青稞麦麸膳食纤维制作工艺中的重要工艺淀粉去除率的影响条件进行了研究，利用单因素试验和响应面试验对其加工工艺进行了优化。研究结果表明，最佳淀粉去除率加工工艺为料液比例1∶29、酶解温度78 ℃、淀粉酶用量0.8%和酶解时间110 min，此时淀粉去除率为48.77%。

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