玉米须不溶性膳食纤维分析及其对面包品质和消化特性的影响研究

宫春宇　廉雅雯　于洋　孙敬明　徐先梅

摘要：首先分析玉米须不溶性膳食纤维（corn silk insoluble dietary fiber， CSIDF）的组分和物理特性，再研究其添加量及粒径对面包比容、色泽、质构、孔隙度、感官等品質和消化特性的影响。结果表明，其主要含80.64%膳食纤维和10.15%蛋白质，以及少量的灰分和脂肪，主要由50.41%纤维素和28.80%半纤维素组成，具有良好的持水、持油和膨胀特性，且粒径越大，3种特性越好；添加玉米须不溶性膳食纤维后面包比容减小，色泽加深，硬度增大，孔隙度降低，不同CSIDF添加量及粒径间存在差异，面包品质与CSIDF添加量及粒径基本呈现负相关，综合分析确定粒径最小的D1（平均粒径为24.91 μm）最适宜添加，其添加量为3%时较合适；体外消化试验表明，CSIDF可以通过降低面包中RDS含量、提高SDS和RS含量来延缓淀粉的消化吸收，维持血糖稳定。

关键词：玉米须不溶性膳食纤维；面包品质；质构特性；感官评价

中图分类号：TS213.21文献标志码：A 文章编号：1000-9973（2024）01-0067-07

Analysis of Corn Silk Insoluble Dietary Fiber and Its Effects

on Quality and Digestion Characteristics of Bread

GONG Chun-yuLIAN Ya-wenYU YangSUN Jing-mingXU Xian-mei2

（1.School of Food and Bioengineering， Qiqihar University， Qiqihar 161006， China; 2.College of

Communication and Electronic Engineering， Qiqihar University， Qiqihar 161006， China）

Abstract： Firstly， the components and physical characteristics of corn silk insoluble dietary fiber （CSIDF） are analyzed， and then the effects of its addition amount and particle size on the specific volume， color， texture， porosity， sense and other quality and digestion characteristics of bread are studied. The results show that it mainly contains 80.64% dietary fiber and 10.15% protein， as well as a small amount of ash and fat， which is mainly composed of 50.41% cellulose and 28.80% hemicellulose. It has good water holding， oil holding and expansion characteristics， and the larger the particle size， the better the three characteristics. After adding corn silk insoluble dietary fiber， the specific volume of bread decreases， the color deepens， the hardness increases and the porosity decreases. There are significant differences among bread with different addition amount and particle sizes of CSIDF. The quality of bread is basically negatively correlated with the addition amount and particle size of CSIDF. Through comprehensive analysis， it is determined that it is the most suitable to add D1 with the smallest particle size （the average particle size of 24.91 μm） and the suitable addition amount is 3%. The in vitro digestion test shows that CSIDF can delay the digestion and absorption of starch and maintain the stability of blood glucose by reducing the content of RDS and increasing the content of SDS and RS in bread.

Key words： corn silk insoluble dietary fiber; bread quality; texture characteristics; sensory evaluation

膳食纤维是维持人体健康所必需的物质，是平衡膳食结构的一种特殊营养素，被誉为“第七大营养素”[1]。虽然膳食纤维不能被人体消化吸收，但是能够调整肠道整体菌落结构，改善大肠蠕动，预防便秘，降低一些慢性疾病的发病率，如高血压、高血脂、糖尿病等，还可以预防癌症，增加人体免疫功能及对肿瘤的抵抗力，对维持身体健康起到重要作用[2—7]。

近年来，人们生活水平不断提升，但身体健康水平却不断下降，越来越多的人受到“富贵病”的折磨，试验研究证实，适当摄入膳食纤维可以预防部分疾病。然而，目前我国居民人均膳食纤维摄入量约为10 g/d，且呈现逐年下降的趋势，远低于《中国居民膳食指南》推荐的摄入量25～30 g/d[8]。因此，提高我国居民膳食纤维摄入量对人体健康有着重要的现实意义。

玉米须中富含多种营养成分，还含有丰富的膳食纤维[9]。目前，针对玉米须的研究主要集中在活性物质提取、利用等方面[10—14]，玉米须经提取后，会有大量玉米须不溶性膳食纤维（corn silk insoluble dietary fiber，CSIDF）剩余，如不加以利用会造成资源浪费，且玉米须的毒理学试验已经表明，大量食用玉米须对人体无害，是一种具有开发潜力的自然资源。

因此，本课题组以玉米须经醇提和热水浸提后的不溶性膳食纤维为研究对象，以面包为载体，研究玉米须不溶性膳食纤维对面包品质及消化特性的影响，阐明玉米须不溶性膳食纤维在焙烤面包中的应用，为玉米副产物的开发及加工提供了理论借鉴，具有一定的理论意义和实际应用价值。

1 材料和方法

1.1 试验材料

玉米须：安徽亳州中药材批发市场，经清洗、烘干、粉碎备用；金像牌面包用小麦粉：南顺（山东）食品有限公司；酵母：安琪酵母股份有限公司；蔗糖、黄油：均为市售。

1.2 仪器设备

AXTG16高速离心机 盐城市安信实验仪器有限公司；CR-10 Plus色差仪 柯盛行（杭州）仪器有限公司；TA-TX Plus C质构仪 英国Stable Micro Systems公司；WGL-125B电热鼓风干燥箱、FW177中草药粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司；722N可见分光光度计 上海华菁科技仪器有限公司；HC-DC110醒发箱、OMJ-2/4分层烤炉 河北欧美佳食品机械有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 玉米须不溶性膳食纤维的制备

玉米须粉依次经80%乙醇和热水浸提后的残渣经烘干即为玉米须不溶性膳食纤维。对该膳食纤维进一步粉碎制得3种不同粒径的玉米须不溶性膳食纤维，即平均粒径为24.91 μm的D1、77.33 μm的D2和125.17 μm的D3。

1.3.2 玉米須不溶性膳食纤维主要成分的测定

参照GB 5009.5—2010中的凯氏定氮法测定蛋白质含量；参照GB 5009.4—2010中的高温灼烧法测定灰分含量；参照GB 5009.88—2014中的酶重量法测定总膳食纤维（可溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维）含量；参照GB 5009.6—2016中的索氏抽提法测定脂肪含量。

1.3.3 玉米须不溶性膳食纤维组分的测定

参照NY/T 1459—2007测定酸性纤维素含量；参照GB/T 20806—2006测定中性纤维素含量；参照GB/T 20805—2006测定木质素含量。纤维素含量为酸性纤维素含量与木质素含量之差，半纤维素含量为中性纤维素含量与酸性纤维素含量之差。

1.3.4 持水性、持油性和膨胀率的测定

参照Chau等[15]的方法，将2.0 g样品置于已知重量的干燥的50 mL离心管中，加入适量的蒸馏水，在振荡器中振荡0.5 h，待样品充分吸水后，将混合物置于离心机中，然后在4 000 r/min的转速下离心15 min，去除上清液，称取沉淀物质量，计算公式如下：

持水率（g/g）=[（沉淀物质量-试样干重）/试样干重]×100%。（1）

参照Chau等[15]的方法，将2.0 g样品置于已知重量的干燥的50 mL离心管中，加入适量的大豆油，在振荡器中振荡0.5 h，待样品充分吸油后，将混合物置于离心机中，然后在4 000 r/min的转速下离心15 min，去除上清液，称取沉淀物质量，计算公式如下：

持油率（g/g）=[（沉淀物质量-试样干重）/试样干重]×100%。（2）

参照Robertson等[16]的方法，将0.5 g样品置于已知重量的干燥的10 mL量筒中，振荡至平整后，读取干品体积，然后向量筒中加入适量的蒸馏水，在室温条件下静置4 h，读取膨胀后的体积，计算公式如下：

膨胀率（mL/g）=[（膨胀后体积-干品体积）/样品质量]×100%。（3）

1.3.5 玉米须不溶性膳食纤维面包的制作

原料：高筋粉1 kg、酵母10 g、砂糖190 g、奶粉50 g、黄油50 g、精盐10 g、改良剂4 g、鸡蛋150 g、水410 mL。将原料搅拌至面筋完全扩展，然后分割成80 g/个面包坯，醒发60 min（温度38～40 ℃，湿度80%～85%），烘烤15 min（面火190 ℃，底火215 ℃）。

向配方中分别添加相当于面粉质量1%、2%、3%、4%、5%的D1、D2和D3，制备玉米须不溶性膳食纤维面包。

1.3.6 面包比容的测定

将烘焙好的面包置于室温下冷却，参照GB/T 20981—2007中的小米置换法测定面包体积，取合适的容器，向其中加入足量的小米以填满容器，用直尺刮除多余的部分，将剩下的小米倒出，备用。取一个待测样品面包，称得质量m后，放入容器中。用倒出的小米填满容器，并将面包完全覆盖，用直尺刮除多余的小米，用量筒称取剩余小米的体积，剩余小米的体积即为面包体积V，通过下式计算面包比容：

P=V/m。（4）

式中：P、V、m分别为面包比容（mL/g）、面包体积（mL）、面包质量（g）。

1.3.7 面包色泽的测定

将烘焙好的面包置于室温下冷却1 h，使用色差仪对面包芯的L*、a*、b*值进行测定，并根据下式求出色差ΔE。ΔE＜1说明人眼观察到的色差不明显；1＜ΔE＜3说明人眼可以观测到小幅度色差；ΔE＞3说明人眼可明显观测到色差。

1.3.8 面包质构特性的测定

将面包切成4 cm×4 cm×1.5 cm的样品，采用质构仪的TPA模式测定面包的全质构，选用型号为P/75的探头，测试前速率、测试中速率和测试后速率均为1.0 mm/s，压缩程度为40%，感应力为5 g，每个样品做5次平行。

1.3.9 面包孔隙度的测定

参考Lazaridou等[17]的方法，将面包切成1.50 cm厚的切片。每个切片用相机拍照后上传至电脑，使用软件Image J对图像进行分析。设定比例尺后将图像转换为8 bit，框选出面包芯的中央图像并确定面积。调整好合适的阈值并执行二进制分割，结果表示为孔隙面积在总面积中的百分比。

1.3.10 感官评价方法

邀请10名具有一定经验的同学对玉米须不溶性膳食纤维面包进行感官评价。评价标准主要结合GB/T 14612—2008，并略作改动，具体评分标准见表1。每位同学品尝完玉米须面包后，根据评分标准进行打分，取平均值。

1.3.11 面包保质期的测定

按最佳配方制备玉米须不溶性膳食纤维面包，冷却后用保鲜膜包裹，在室温下保存，分别于第1，3，6，9，13，1 15 天取样，测定菌落总数、大肠杆菌、霉菌等指标，参照GB 8957—2016《食品安全国家标准 糕点、面包卫生规范》进行卫生指标测定。

1.3.12 面包在贮藏过程中水分含量变化的测定

按最佳配方制备玉米须不溶性膳食纤维面包，并冷却至室温，放入包装袋中，充入氮气，置于室温下保存。参照GB 5009.3—2016中的直接干燥法分别测定室温下放置1，3，6，9，14 d后整个面包的水分含量。

1.3.13 体外淀粉消化及GI值的计算

参考Wang等[18]的方法进行体外模拟消化，准确称取0.50 g干燥后的面包样品于小锥形瓶中，加入10 mL醋酸钠缓冲溶液（0.4 mol/L），再加入10 mL α-淀粉酶（300 U/mL）和40 μL糖化酶（10 000 U/mL），然后放入水浴振荡器（37 ℃、180 r/min）中，在0，20，60，90，120，150，180 min时分别取1 mL消化液于10 mL离心管中，加入4 mL无水乙醇灭酶。于8 000 r/min离心10 min，取上清液。采用DNS法[19]测定水解过程中葡萄糖的产生量。

总淀粉含量的测定（TS）：向100 mg样品中加入12 mL KOH（2 mol/L）溶液，在恒温振荡箱中于25 ℃条件下振荡15 min。再加入3 mL醋酸钠缓冲液（0.4 mol/L），最后加入100 μL葡萄糖苷酶，放入水浴振荡器中，于60 ℃振荡45 min。用DNS法测定葡萄糖含量，再乘以系数0.9则为总淀粉的含量。

水解率（%）=取样点对应的已水解的葡萄糖×0.9/TS×100%。（6）

RDS（%）=（G20-G0）×0.9/TS×100%。（7）

SDS（%）=（G120-G20）×0.9/TS×100%。（8）

RS（%）=（TS-RDS-SDS）/TS×100%。（9）

式中：G0、G20、G120分别表示在0，20，120 min时的葡萄糖含量。

估计血糖指数（predicted glycemic index，PGI）[20]计算公式：

PGI=39.21+0.803HR90。（10）

式中：HR90表示在90 min时的水解速率。

1.3.14 数据统计分析

所有试验数据采用Origin软件绘图，使用SPSS软件进行显著性分析，处理后的数据以平均值±标准差的形式表示。

2 结果分析

2.1 玉米须不溶性膳食纤维基本成分分析

本研究中的玉米须不溶性膳食纤维为玉米须多糖提取后的残渣，通常情况下被认为是废弃物，为进一步提高该残渣的利用率，提高玉米须加工利用的附加值，本课题组对其进行了较详细的研究。分析发现该玉米须不溶性膳食纤维的主要成分是膳食纤维，占比达80.64%，其中主要是不溶性膳食纤维（77.64%），还含有一定量的蛋白质（10.15%），灰分和脂肪含量非常低，分别为1.48%和0.6%，表明其确实是一种纯度较高的膳食纤维。

2.2 玉米须不溶性膳食纖维组分分析

纤维的组分显著影响膳食纤维的物理特性，包括持水性、持油性、表观密度、粒径分布等[21]。分析发现，玉米须不溶性膳食纤维主要由纤维素（50.41%）和半纤维素（28.80%）组成，二者之和达79.21%，而木质素含量非常少，仅为1.22%。

2.3 玉米须不溶性膳食纤维的持水率、持油率和膨胀率

持水率、持油率和膨胀率代表膳食纤维的水合特性，是膳食纤维重要的物化性质[22]。由表2可知，CSIDF的持水率、持油率及膨胀率均显著高于小麦粉；同时，不同粒径的CSIDF的水合特性也存在差异，持水率和膨胀率与粒径大小基本呈正相关，粒径最大的D3（平均粒径125.17 μm）的持水率和膨胀率最大，分别为3.86 g/g和3.84 mL/g，较D1（平均粒径24.91 μm）提高了34.5%和25.5%，持油率最好的依然是D3，最差的是D2。不溶性膳食纤维化学结构中有亲水基团，因此具有良好的持水性，纤维的表面积、多孔性和密度的不同是造成持水率和膨胀率产生差异的原因，而持油率则与纤维的表面性质、电荷密度、厚度及颗粒的疏水性有关[23]。综合分析可知，在不影响利用的前提下，CSIDF的粒径越大越有利于保持良好的水合特性。

2.4 玉米须不溶性膳食纤维对面包比容的影响

面包比容是从客观量化的角度对面包的蓬松度进行表征，是衡量面包品质的重要烘焙品质之一。

由图1可知，试验中3种不同粒径的CSIDF对面包比容都表现出相似的影响，即随着添加量的增加（1%～5%），面包比容逐渐降低，尤其是添加量大于2%时，下降值普遍增大（P<0.05），添加量5%的D3组比容降低最多，从空白组的4.45 mL/g下降到3.30 mL/g，下降了25.8%。当添加量相同时，面包比容与粒径基本呈现出负相关，如添加量1%的D3组面包比容为4.16 mL/g，低于D1的4.40 mL/g，下降了5.4%，降低程度较小，可见粒径的影响远小于添加量。这可能是因为CSIDF与面筋蛋白竞争吸水和空间位阻作用，对面筋蛋白网络结构造成了破坏，使面包的持气力降低，从而导致面包的比容降低[24]。

2.5 玉米须不溶性膳食纤维对面包色泽的影响

在消费者选择面包时，面包的色泽是消费者对面包品质评价的首要感官属性，是影响消费者选择的重要烘焙品质之一。Lab颜色模式在表述颜色上有3个通道：明度通道L*和两个颜色通道a*和b*，分别表示亮暗程度、红绿程度和黄蓝程度[25]。面包芯的L*、a*、b*值见表3。

CSIDF为浅棕黄色粉末，添加到面包中会对面包的色泽产生影响。由表3可知，与空白组相比，CSIDF的添加显著加深了面包芯的颜色，且ΔE＞3，人眼可明显观测到色差。当粒径大小相同时，随着CSIDF添加量的增加，L*值逐渐增大，a*值增大，b*值变化较小，面包芯的颜色逐渐加深；当添加量相同时，随着粒径的增大，L*值逐渐增大，a*值和b*值基本呈现降低趋势，面包芯的颜色逐渐变浅，表明面包芯的色泽与CSIDF添加量呈正相关，与粒径呈负相关。其中，添加量5%的D1组面包的ΔE最大，面包芯的色泽最深，这可能是因为CSIDF粒径越小，在面团中分布越广泛，从而使面包芯的色泽加深。

2.6 玉米须不溶性膳食纤维对面包质构特性的影响

人们通常采用全质构分析（TPA）来模拟食物在口腔中的咀嚼状态，一般认为硬度、咀嚼性与面包品质呈负相关，弹性、内聚性和回复性与面包品质呈正相关[26]。

由表4可知，CSIDF的添加提高了面包的硬度和咀嚼性，但弹性、内聚性和回复性变化不明显，表明与空白组面包相比，CSIDF的添加使得面包的硬度与咀嚼性均明显增加，使面包更具韧性，但也可能表示CSIDF的添加在一定程度上降低了面包的品质，这要取决于制作面包的种类。其中，添加量和粒径的大小对面包质构特性的影响也不尽相同。当粒径相同时，随着添加量的增加，面包的硬度和咀嚼性均呈现不同程度的增长，这种影响随着粒径的增大越发显著，D3对面包的影响最大，硬度从350.00 g（添加量0%）上升到1 103.20 g（添加量5%），咀嚼性从257.97 g（添加量0%）上升到719.70 g（添加量5%），D1组面包的硬度从350.00 g上升到908.38 g（添加量5%），咀嚼性从257.97 g上升到574.68 g（添加量5%），两项指标增加最少。当添加量在1%～2%时，D1组面包和D3组面包的硬度和咀嚼性不具有显著性，当添加量在3%～5%时，D3组面包的硬度和咀嚼性较D1组显著增加，说明当添加量低于3%时，不同粒径组面包的硬度与咀嚼性没有显著差异，而添加量在3%～5%时，粒径的增大会显著增加面包的硬度与咀嚼性。面包芯的硬度增加可能是因为CSIDF破坏了面筋的网络结构，影响了其形成过程，降低了面团的稳定性[27]。

2.7 玉米须不溶性膳食纤维對面包孔隙度的影响

由图2可知，随着CSIDF添加量和粒径的增加，面包的孔隙度均呈现逐渐降低的趋势。其中，添加量5%的D3组面包的孔隙度最低，为26.35%，低于空白组的45.23%。面包的孔隙度可从客观角度评价面包内部气室结构分布情况。面包内部的蜂窝状组织结构是影响面包体积的关键因素，CSIDF会与蛋白质竞相吸水[28]，阻碍面筋网络结构的形成，降低面筋网络三维结构的完整性，降低面筋的持气率，同时，粒径较大的CSIDF的空间位阻作用会导致气壁破裂，进而引起面包内气室不均匀，或者使气室相连形成较大的空洞，从而影响面包的体积，使孔隙度下降。

感官评价是描述和判断食品质量最直观的指标，能够从视觉、嗅觉、味觉、触觉等方面直接反映该食品的特征品质。由图3可知，随着CSIDF粒径和添加量的增加，感官评分逐渐降低，并且添加量5%的D3组面包芯中出现较多的孔洞，面包质地粗劣，玉米须味道过重，面包表皮色泽暗淡，且玉米须颗粒明显。从营养和感官评价等角度综合考虑，添加量3%的D1组面包较好，这时面包表皮光滑，呈红褐色，面包芯质地柔软，咀嚼性较好，纹理清晰，感官评分较空白组下降较少，此添加量既能满足尽量多地添加膳食纤维，又能保证面包具有良好的食用性，是制作玉米须膳食纤维面包较适宜的膳食纤维添加量和粒径。

2.9 玉米须不溶性膳食纤维对面包贮藏特性的影响

2.9.1 玉米须不溶性膳食纤维对面包保质期的影响

由表5可知，空白组及玉米须不溶性膳食纤维面包在室温25 ℃、密封储存的条件下，均在第15天时霉菌数大于150 CFU/g，超过GB 7099—2015中微生物限定标准，可见玉米须不溶性膳食纤维的添加对面包的保质期没有影响。

2.9.2 玉米须不溶性膳食纤维对贮藏期面包水分含量的影响

在面包的贮藏过程中，面包的水分减少速率能在一定程度上反映面包的新鲜程度[29]。由图4可知，随着贮藏时间的增加，面包中的水分含量逐渐降低，但整体变化不大。空白组面包的水分含量从30.96%下降到30.12%，水分含量减少了0.84%；添加量3%的D1组面包的水分含量从30.08%下降到29.44%，降低了0.64%，两者差异不大，表明在贮藏期间，与空白组相比，CSIDF对面包水分含量的影响不大。

2.10 玉米须不溶性膳食纤维对面包消化特性的影响

由图5可知，两组淀粉水解率均随着消化时间的延长而增长，在0～20 min时，淀粉水解速率大幅度提高，在90 min后，水解率逐渐趋于平缓，且玉米须不溶性膳食纤维面包淀粉水解率始终低于空白组，所以CSIDF的添加对延缓淀粉水解具有一定作用，这与刘松韬等[30]将双孢菇粉加入面包中能降低面包淀粉水解率的结论一致。

由表6可知，面包添加CSIDF后，快消化淀粉（RDS）含量为53.07%，低于空白面包的56.45%，降低了3.38%，而慢消化淀粉（SDS）含量为26.96%和抗性淀粉（RS）含量19.97%均高于空白组的25.21%和18.34%，分别提高了1.75%和1.63%。而RDS能被人体快速消化吸收，引起血糖迅速升高，SDS和RS可延缓血糖升高速率，降低血液中葡萄糖含量[31]。PGI值能反映面包的升糖效果，其值越大代表血糖值越高，玉米须不溶性膳食纤维面包的PGI值为98.06，低于空白组面包的108.85，PGI值很大程度上取决于其SDS和RS的含量，二者含量较高，淀粉消化难度增加，PGI值就会降低。可见，CSIDF主要通过降低面包中RDS含量、提高SDS和RS含量来延缓面包淀粉的消化吸收。

3 结论

玉米须不溶性膳食纤维（CSIDF）主要含80.64%膳食纤维和10.15%蛋白质，以及少量的灰分和脂肪，主要由50.41%纤维素和28.80%半纤维素组成；该纤维素具有良好的持水、持油和膨胀特性，且粒径越大越有利于保持这3种特性；添加CSIDF后面包的比容减小，色泽加深，硬度增大，孔隙度降低，不同添加量及粒径间存在差异，面包的品质与添加量及粒径基本呈现负相关，同时发现添加CSIDF对面包的保质期以及保质期内的水分含量没有显著影响。综合分析CSIDF的物理性质及其对面包各项品质特性的影响，参照感官评价结果，确定粒径最小的D1（平均粒径为24.91 μm）最适宜添加，其添加量为3%时较合适。体外消化试验表明，CSIDF可以通过降低面包中RDS含量、提高SDS和RS含量来延缓淀粉的消化吸收，维持血糖稳定。

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收稿日期：2023-07-26

基金項目：黑龙江省省属本科高校基本科研业务费科研创新平台项目（145109314）

作者简介：宫春宇（1980—），男，教授，硕士生导师，博士，研究方向：活性天然产物和功能食品。