小麦麸皮生产饲用膳食纤维工艺优化研究

王彩君 孟得娟

（1．唐山职业技术学院 农林工程系，河北 唐山 063300；2．河北能源职业技术学院，河北 唐山 063000）

膳食纤维是一类不易被人体消化吸收的多糖[1-2]。膳食纤维分为可溶性膳食纤维（SDF）和不溶性膳食纤维（IDF）。研究表明，添加膳食纤维可以提高动物生产性能，有助于增强机体免疫力，降低患病率，改善肉品质[3-5]。因此，添加膳食纤维对生产高质量饲料具有重要意义[6-8]。小麦麸皮具有利用率低、加工成本高等缺点，限制了其在动物饲粮中的应用[9-10]。目前，从小麦麸皮中提取膳食纤维的方法有化学提取法[11]、生物化学提取法[12-14]、物理提取等方法[15-16]。本试验采用超微粉碎辅助酶解法进行单因素试验和正交试验，研究液料比、纤维素酶活性、酶解温度和酶解时间对小麦麸皮中水溶性膳食纤维提取率的影响，旨为实现小麦麸皮的高效利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器设备

小麦麸皮由山东阔达生物科技有限公司提供。纤维素酶购自四川华堂聚瑞生物科技有限公司，其酶活为8 000 U/g。蒸馏水、去离子水等由本实验室制备。

MKL01超微粉碎机购自山东摩克立粉体技术设备有限公司，NHY6-108801普通粉碎机购自北京海富达科技有限公司，JA-200超声振荡仪购自济宁奥超电子设备有限公司，RE-3002 大型旋转蒸发仪购自巩义市瑞德仪器设备有限公司，DZF-6050AUT真空干燥箱购自上海靳澜仪器制造有限公司，UL-5000 紫外分光光度计购自上海美析仪器有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 小麦麸皮样品预处理

小麦麸皮在冷水中浸泡清洗，去除泥沙等杂质，蒸馏水反复洗涤，将清理后的小麦麸皮置于50 ℃烘箱中烘干，粉碎过40目筛，密封分装，置于-20 ℃冰箱保藏。

1.2.2 小麦麸皮膳食纤维提取工艺

使用超微粉碎机，将1.2.1 中小麦麸皮样品粉碎至15 μm，精确称量粉样20.000 g，以液料比15 mL/g 加入去离子水调浆。调制好的样品煮沸1～3 min，冷却至室温，调节pH 值至5.0，添加0.75 g/mL 纤维素酶，置于50 ℃恒温水浴中酶解12 h，样品加热至沸腾，冷却，8 000 r/min 离心10 min，取上清液浓缩至原体积的20%～30%，冷却。将4倍体积的无水乙醇加入浓缩液中，静置2 h，再以8 000 r/min 离心15 min 去上清液，剩余固体置于真空干燥机中烘干，称重，即为SDF。

1.2.2.1 单因素试验

以1.2.2 中的各项工艺参数分别设置4 个水平，液料比分别为5、10、15、20、25、30 mL/g；纤维素酶分别为0.25、0.50、0.75、1.00、1.25、1.50 g/mL；酶解温度分别为40、45、50、55、60、65 ℃；酶解时间分别为4、8、12、16、20、24 h，考察4个工艺参数在不同水平下，对小麦麸皮中饲用SDF提取率的影响。

1.2.2.2 正交试验设计

根据单因素试验结果，利用正交设计软件设计4 因素4水平L16(44)正交试验（见表1），优化膳食纤维工艺。

表1 正交因素水平设计

1.2.3 SDF提取率及理化性质

采用最优工艺下的SDF，测定SDF 提取率和理化性质，理化性质包括持水力、持油力、膨胀力和抗氧化性。

1.2.3.1 持水力测定

将1.000 g 干燥后的样品置于20 mL 离心管中，加入10 mL去蒸馏水，混匀，24 ℃浸泡24 h，3 500 r/min离心20 min，弃上清液用滤纸将离心管壁附着的多余水分吸干，称重。

持水力=(样品湿重-样品干重)/样品干重(1)

1.2.3.2 持油力测定

将1.000 g 干燥后的样品置于20 mL 离心管中，加入10 mL精炼豆油，混合均匀，24 ℃浸泡30 min，每3 min振荡一次离心管，以3 500 r/min 离心20 min，弃上层豆油用滤纸将离心管壁附着的多余油滴吸干，称重。

持油力=(样品湿重-样品干重)/样品干重(2)

1.2.3.3 膨胀力测定

将1.000 g干燥后的样品置于带有精细刻度的玻璃容器中，加10 mL 蒸馏水，混匀，24 ℃静置24 h，读取液面刻度，即样品吸水后膨胀的体积。

膨胀力=(溶胀后纤维体积-干样品体积)/样品干重(3)

1.2.3.4 DPPH自由基清除率

称取不同质量浓度（0.05～1.6 g/L）的SDF 溶液各3.0 mL，添加3.0 mL、0.2 mmol/L的DPPH自由基乙醇溶液，混匀，密封，24 ℃避光反应30 min，6 000 r/min 离心15 min取出，在517 nm处测定上清液的吸光度，记为Ai。将3.0 mL 无水乙醇和3.0 mL 的SDF 样品混匀，检测吸光度，记为Aj。将3.0 mL 无水乙醇与3.0 mL DPPH 溶液混合均匀后，检测吸光度，记为A0。

DPPH自由基清除率=1-(Ai-Aj)/A0×100%(4)

1.2.3.5 ·O2-自由基清除率称取不同质量浓度（0.5～16.0 g/L）SDF溶液各3.0 mL，向试管中加入9.0 mL Tris-HCl 溶液（50.0 mmol/L，pH 值8.2），25 ℃水浴20 min，添加1.2 mL、5.0 mmol/L邻苯三酚溶液，混匀，25 ℃水浴锅中反应4 min，加入1.0 mL、8.0 mol/L的HCl溶液终止反应，3 500 r/min离心10 min 取上清液，检测上清液在320 nm 处吸光度，记为A1。以蒸馏水作为对照组，其吸光度记为A2。以70%聚乙二醇溶液作为空白组，其吸光度记为A0。

·O2-自由基清除率=1-(A1-A2)/A0×100%(5)在最优生产工艺参数组合不变的情况下，将小麦麸皮超微粉碎样品用1.2.1中过40目筛的粗粉碎样替代，提取SDF，记为（粗）提取率。将超微粉碎小麦麸皮样品得到的提取率记为（超微）提取率。在未作特别区分的情况下，本试验中所有提取率均指（超微）提取率。最优生产工艺组合下小麦麸皮SDF 的提取率试验均设5 个平行样，结果取平均值。

1.3 数据统计与分析

采用SPSS 26软件对试验结果进行分析。利用软件中的极差分析和多因素方差分析模块分析正交试验结果，结果采用Duncan's 多重比较法。P＜0.05 表示差异显著，P＜0.01表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 液料比对小麦麸皮中SDF提取率的影响（见图1）

图1 液料比对小麦麸皮中SDF提取率的影响

由图1 可知，液料比在20 mL/g 时，SDF 提取率最高，达18.82%。因此，选择15、20、25、30 mL/g 的用于正交试验。

2.2 纤维素酶水平对小麦麸皮中SDF 提取率的影响（见图2）

图2 纤维素酶浓度对小麦麸皮中SDF提取率的影响

由图2 可知，纤维素酶水平在1.00 g/mL 时，SDF 提取率最高，达19.62%。因此，选择0.75、1.00、1.25、1.50 g/mL的纤维素酶用于后续正交试验。

2.3 酶解温度对小麦麸皮中SDF 提取率的影响（见图3）

图3 酶解温度对小麦麸皮中SDF提取率的影响

由图3 可知，当酶解温度达到55 ℃时，SDF 提取率最高，达19.83%。因此，选择45、50、55、60 ℃酶解温度用于后续正交试验。

2.4 酶解时间对小麦麸皮中SDF提取率的影响（见图4）

图4 酶解时间对小麦麸皮中SDF提取率的影响

由图4可知，酶解时间20 h时，SDF提取率最高，达到19.63%。因此，选择12、16、20、24 h 的酶解时间用于后续正交试验。

2.5 正交试验及方差分析结果（见表2、表3）

表2 正交试验与极差分析结果

表3 多因素方差分析结果

由表2、表3 可知，根据R值判断，在提取过程中，对SDF提取率的影响的排序为A＞D＞C＞B。因素A和D均对小麦麸皮SDF的提取率具有极显著影响（P＜0.01）；因素B和C对SDF 提取率具有显著影响（P＜0.05）。综合极差和方差分析，选择各工艺因素中k值最大者为最优参数水平，最优工艺组合为A2B4C3D4，即液料比（A）20 mL/g、纤维素酶水平（B）1.50 g/mL、酶解温度（C）55 ℃和酶解时间（D）24 h。

2.6 小麦麸皮中SDF的提取率及理化性质（见表4）

表4 最佳工艺条件下SDF提取率及理化性质

由表4 可知，最优提取工艺中SDF 的提取率达（24.32±0.03）%，比正交试验中21.88%的最高提取率增加了11.15%。小麦麸皮的SDF持水力为7.14 g/g，持油力3.29 g/g，膨胀力7.83 mL/g。小麦麸皮超微粉碎样替换为粗粉碎样，在最优提取工艺条件下，SDF 的（粗）提取率为（14.61±0.04）%。超微粉碎样的（超微）提取率比粗粉碎样提高了66.46%。

2.7 小麦麸皮中SDF对DPPH自由基和·O2-自由基清除率的影响（见图5、图6）

图5 小麦麸皮中SDF对DPPH自由基清除率的影响

图6 小麦麸皮中SDF对·O2-自由基清除率的影响

由图5、图6 可知，小麦麸皮中提取的SDF 对DPPH自由基和·O2-自由基清除率随浓度增加而提高，呈先急剧上升、后渐平缓的趋势。

3 讨论

本试验结果表明，在最优提取工艺条件下的小麦麸皮中SDF 的提取率为24.32%。姚慧慧等[11]利用超微粉碎辅助超声波-酸解法提取小麦麸皮中的SDF，提取率为18.98%。罗磊等[17]利用超声辅助酶解提取黑小麦麸皮中的可溶性膳食纤维，提取率最高为19.31%。本试验在最优提取工艺条件下，粗粉碎小麦麸皮样品提取的SDF 提取率仅为14.61%，与姜北国等[18]以小麦麸皮膳食纤维为原料，采用纤维素酶解法提取可溶性膳食纤维，提取率为12.67%的研究结果保持一致。因此，超微粉碎与酶解法结合使用时，能够有效提高小麦麸皮中可溶性膳食纤维的提取率，可能是超微粉碎使得小麦麸皮颗粒的整体物质结构松散，颗粒直径小，颗粒与外界的接触和反应面积增加，有利于SDF 从小麦麸皮细胞中释放。另外，疏松的结构可以使纤维素酶更好地与小麦麸皮中剩余的纤维素发生酶解，产生更多SDF，提高SDF 提取率。本研究发现，影响小麦麸皮中SDF 提取率重要性的因素依次为液料比＞酶解时间＞酶解温度＞酶浓度。SDF的最优提取参数为液料比20 mL/g、纤维素酶水平1.50 g/mL、酶解温度55 ℃、酶解时间24 h。

膳食纤维中包含许多亲水基团和亲油基团，能够表现出较好的持水性、持油性和膨胀性，在饲粮中添加膳食纤维可以促进肠道蠕动，减少动物胃肠疾病[19]。本试验表明，SDF 的持水力为7.14 g/g，持油力为3.29 g/g，膨胀力为7.83 mL/g；SDF 对DPPH 自由基和·O2-自由基清除率分别为50.64%和37.78%，与王磊等[20]研究结果一致。因此，利用小麦麸皮生产饲用膳食纤维具有较高的潜在饲用价值。

4 结论

本试验结果表明，影响小麦麸皮中水溶性膳食纤维提取率排序为液料比＞酶解时间＞酶解温度＞纤维素酶水平，最优工艺为液料比20 mL/g、纤维素酶水平1.50 g/mL、酶解温度55 ℃、酶解时间24 h。此时，小麦麸皮中水溶性膳食纤维提取率为24.32%，其持水力为7.14 g/g，持油力为3.29 g/g，膨胀力为7.83 mL/g。因此，采用超微粉碎方法可有效提高小麦麸皮中水溶性膳食纤维的提取率。