酶法处理对苦荞麸皮膳食纤维物性的影响

周小理，钱韻芳,2，周一鸣

(1.上海应用技术学院香精香料技术与工程学院，上海 200235；2.上海海洋大学食品学院，上海 201306)

酶法处理对苦荞麸皮膳食纤维物性的影响

周小理1，钱韻芳1,2，周一鸣1

(1.上海应用技术学院香精香料技术与工程学院，上海 200235；2.上海海洋大学食品学院，上海 201306)

研究酶法处理前后苦荞麸皮膳食纤维的持水力、膨胀率、黏度，并对纤维的微观结构变化进行观察。结果表明：酶法处理后苦荞麸皮膳食纤维的持水力由原来的2.216g/g提高至2.383g/g，膨胀率由原来的2.333mL/g增加至4.667mL/g；经纤维素酶改性，苦荞麸皮水溶性膳食纤维含量由0.62%提高至18.03%，其中质量浓度5.0g/100mL的水溶性膳食纤维溶液为非牛顿流体，表现出剪切稀化特性；酶法处理后的不溶性膳食纤维微观结构呈褶皱状，比表面积增加，有利于吸水膨胀和持水。

酶法提取；改性；苦荞麸皮；膳食纤维

膳食纤维(dietary fiber，DF)是指能抗人体小肠消化吸收而在大肠中部分或全部发酵的可食用植物性成分、碳水化合物及其类似物的总称。膳食纤维因在水中的溶解性不同可分为水溶性膳食纤维(soluble dietary fiber，SDF)和不可溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber，IDF)。可溶性膳食纤维可溶于温水或热水，且其水溶液能被4倍体积95%的乙醇再沉淀，包括果胶等亲水性物质和部分半纤维素，具有降低血液中胆固醇含量和平衡血糖水平的功能[1]；而不可溶性膳食纤维，如纤维素、木质素及其他一些非纤维素多糖等不溶于温水或热水，但能够吸水膨胀，具有促进人体肠胃蠕动、调节肠胃道、防止便秘的功能[1]。美国学者建议，膳食纤维组成中SDF含量达到10%以上才是高品质膳食纤维，否则只能被称作填充料型膳食纤维[2]。然而许多天然存在膳食纤维资源中水溶性膳食纤维所占比例都很小，仅为3%～4%，且因口感粗糙，品质低等原因限制了其在食品、医药领域的应用，尚不能满足现代食品开发与加工的需要[3]。为此，近年来很多学者一直致力于膳食纤维的改性研究。目前膳食纤维的改性主要有化学法、超微粉碎、挤压蒸煮、瞬时高压作用(instantaneous high proces，IHP)、超高压处理(ultrahigh pressure treatment，UHP)、物理方法和生物法[3]。

苦荞(tartary buckwheat)又称鞑靼荞麦(Fagopyrum tartaricum L. Gaerth)是荞麦的一个栽培种，属蓼科双子叶药食兼用植物。苦荞麸皮中不仅含有大量的膳食纤维，还含有丰富的黄酮类物质(flavonoids)[4-6]。目前国内外对苦荞麸皮的开发与营养价值的研究尚处于初级阶段，苦荞麸皮往往作为废弃物被加工厂丢弃。本实验分别用α-淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶对苦荞麸皮进行提取并改性，并对酶法处理前后膳食纤维的持水力、膨胀率及黏度进行测定；采用扫描电镜法观察酶法处理前后膳食纤维的形态；对膳食纤维提取、改性后的纯度和水溶性膳食纤维含量进行了分析，以期为深入研究苦荞麦麸皮膳食纤维的提取方法和开发相关膳食纤维食品提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

苦荞(山西黑丰l号)麸皮。

α-淀粉酶(酶活力单位2500U/g) 美国Sigma公司；蛋白酶(酶活力单位7000U/g)、纤维素酶(酶活力单位40000U/g) 日本Amano公司；其他常用试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

Kjeltec2300凯氏定氮仪 丹麦FOSS(中国上海)有限公司；DELTA320型pH计、AL104型电子天平 梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；UV-2000紫外分光光度计 上海菁华科技仪器有限公司；101-2型电热鼓风干燥箱 北京市永光明医疗仪器厂；DZF-609真空干燥箱上海精宏试验设备有限公司；HH-4型恒温振荡水浴箱上海森地科学仪器有限公司；；DV-Ⅲ型黏度计 美国Brookfield公司；S-3400N型扫描电镜 日本Hitachi公司。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

1.3.1.1 工艺流程

1.3.1.2 制备方法

准确称取苦荞麸皮10g于500mL烧杯中，加200mL蒸馏水，加热煮沸10min，使苦荞麸皮充分吸水膨胀，冷却后，加适量淀粉酶60℃的恒温水浴1.5h，再加入中性蛋白酶55℃酶解3h，煮沸灭酶15min。用4倍体积的体积分数95%乙醇室温沉淀8h，离心收集醇提取物，脱水干燥至质量恒定即得TBDF。

准确称取TBDF 10g于500mL烧杯中，加入100mL pH4.6柠檬酸缓冲溶液，置于50℃水浴锅中预热20min，加入适量纤维素酶反应2.5h后煮沸灭酶10min，离心，上清液用4倍体积的体积分数95%乙醇沉淀8h，离心收集沉淀物，干燥得苦荞麸皮水溶性膳食纤维(TBSDF)，滤渣脱水干燥得苦荞麸皮不溶性膳食纤维(TBIDF)；灭酶后直接用4倍体积的体积分数95%乙醇沉淀8h，离心干燥后得到苦荞麸皮改性膳食纤维(TBMDF)。

1.3.2 膳食纤维基本成分的测定

水分：直接干燥法[7]；蛋白质：半微量凯氏定氮法[8]；灰分：直接灰化法[9]；脂肪：索氏提取法[10]；淀粉：酶水解法[11]；还原糖：DNS(3,5-二硝基水杨酸)比色法[12]；总膳食纤维、水溶性膳食纤维、不溶性膳食纤维：酶-质量法[13]。

苦荞麸皮总膳食纤维得率的计算方法见式(1)。

式中：m0为原料质量/g；m1为膳食纤维质量/g；ω0为原料水分含量/%；ω1为膳食纤维水分含量/%。

苦荞麸皮水溶性膳食纤维得率的计算方法见式(2)。

式中：m0为原料质量/g；m2为水溶性膳食纤维质量/g；ω0为原料水分含量/%；ω2为水溶性膳食纤维水分含量/%。

1.3.3 持水力的测定

参照Esposito等[14]的方法，准确称取3g样品于50mL的离心管中，加入25mL的去离子水，室温(25±3)℃搅拌30min，2500r/min离心10min，弃去上清液并用滤纸吸干离心管壁残留水分，称量。

1.3.4 膨胀率的测定

参考Femenia等[15]的方法，准确称取膳食纤维0.3g，置于10mL量筒中，移液管准确移取10.00mL蒸馏水加入其中。振荡均匀后室温(25±3)℃放置24h，读出液体中膳食纤维的体积。

1.3.5 表观黏度的测定

参照刘成梅等[16]的方法，测定TBSDF溶液黏度随质量浓度、转速、温度的变化情况，在温度为25℃条件下测定各参数值。

1.3.6 微观形态的观察

采用扫描电镜观察苦荞麸皮原料与苦荞麸皮膳食纤维粒立体形态：首先在基座上粘贴导电胶，取少量样品均匀分布于导电胶上，放入电镜载物台上观察，放大倍数为×600，选择清晰典型颗粒拍照。

2 结果与分析

2.1 苦荞麸皮原料及膳食纤维的成分分析

表1 苦荞麸皮原料及膳食纤维的成分分析Table1 Composition of tartary buckwheat bran and dietary fiber

表2 苦荞麸皮原料及膳食纤维组成分析Table2 Compositions of dietary fiber in tartary buckwheat bran and dietary fiber

由表1可知，原料经过酶处理后得到的膳食纤维中淀粉、蛋白质的含量均显著降低，纤维素、半纤维素、木质素等膳食纤维的主要成分含量明显提高；表2所示TBDF中总膳食纤维含量也呈增加趋势，且经过纤维素酶改性后水溶性膳食纤维含量达到18.03%，是一种理想的膳食纤维功能性食品基料。

2.2 持水力、膨胀率测定结果

表3 苦荞麸皮膳食纤维的持水性、膨胀率测定结果Table3 Water retention capacity and swelling capacity of dietary fiber from tartary buckwheat bran

由表3可知，酶法提取可提高原料的持水力和膨胀率。经酶法处理后，TBDF的持水力达2.3833g/g，较原料麸皮高出0.167g/g，膨胀率由2.333mL/g提高至4.667mL/g。改性处理则可进一步提高膳食纤维的持水力和膨胀率。持水力、膨胀率的增大表明膳食纤维的吸水、吸油能力增强，膳食纤维生理活性越好[17]。

2.3 黏度测定结果

2.3.1 TBSDF溶液黏度对转速的敏感性

设定转子速度变化范围为4～20r/min，测定不同转速下质量浓度5.0g/100mL的TBSDF溶液表观黏度的大小，结果如图1所示。

图1 苦荞麸皮水溶性膳食纤维随转速变化情况Fig.1 Effect of rotary speed on BSDF

从图1可以看出，苦荞麸皮水溶性膳食纤维溶液的黏度随着转速的增加而降低，表现出剪切稀化特性。Maurice等[17]也认为多糖溶液的黏度与剪切速率有关，剪切速率越快，溶液的表观黏度越小。

2.3.2 TBSDF溶液黏度随质量浓度变化敏感性

设定转子速度为5r/min，在25℃条件下，测定不同质量浓度的TBSDF溶液的表观黏度，结果如图2所示。

图2 苦荞麸皮水溶性膳食纤维随质量浓度变化情况Fig.2 Effect of concentration on TBSDF

从图2可以看出，TBSDF溶液的黏度随质量浓度的增加而增加，研究结果与陶颜娟等[18]用纤维素酶法制备麦麸可溶性膳食纤维相似。本研究发现质量浓度为20.0g/100mL的TBSDF的表观黏度仍小于2.5mPa·s，说明TBSDF的黏度较低，对溶液体系的黏度影响较小，因此TBSDF应用于饮料食品中，对饮品黏度的影响不大。

2.3.3 TBSDF溶液黏度对温度的敏感性

设定转子速度为5r/min，测定不同温度下质量浓度5.0g/100mL的TBSDF溶液表观黏度的大小，结果如图3所示。

图3 苦荞麸皮水溶性膳食纤维随温度变化情况Fig.3 Effect of heating on TBSDF viscosity

由图3可知，随着温度的升高，TBSDF溶液的黏度降低，在25～30℃之间，TBSDF溶液黏度下降较快，在40～60℃之间，黏度变化趋于平缓。这是因为溶液的黏度与分子之间的摩擦阻力有关，温度越高分子运动越剧烈，分子之间的摩擦力降低，因此黏度下降[19]。当温度提高达到一定程度，分子运动与分子之间的摩擦阻力保持平衡，所以黏度变化不明显。

2.4 样品显微观察

图4 苦荞麸皮原料及膳食纤维的扫描电镜图(×600)Fig.4 Scanning electronic micrographs of tartary buckwheat bran and dietary fiber (×600)

从图4a可以看出，麸皮原料呈平整的块状并伴有少量圆形淀粉颗粒，经过第一步酶法提取后的膳食纤维微观结构见图4b，淀粉颗粒消失，且干燥后的膳食纤维出现褶皱结构，比表面积增大。经第二步纤维素酶法改性过后的膳食纤维微观结构见图4c，褶皱形态更加明显，比表面积进一步增大。比较图4b、c，表明酶法改性处理没有改变苦荞麸皮膳食纤维的层状空间结构，但是改性后的结构变得松散，说明酶法处理有利于苦荞麸皮膳食纤维微观结构的改良，因此处理后样品的持水力、膨胀率增强。

3 结 论

酶法提取苦荞麸皮膳食纤维能够获得纯度较高、感官性状良好的膳食纤维，其中TBDF持水力为2.383g/g，膨胀率为4.667mL/g，改性后水溶性膳食纤维含量增加至18.03%；SDF因分子质量小而具有良好的水溶性。

苦荞麸皮膳食纤维由苦荞加工的副产品麸皮中酶法提取获到，经过改性后水溶性膳食纤维含量提高，纤维成分较理想，持水力、膨胀率较高，色泽较好，可以加工成高纯度、高质量、低热量的功能性膳食纤维，在食品生产加工领域具有广泛的应用潜力。

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Effect of Enzymatic Treatment of Physico-chemical Properties of Dietary Fiber from Tatary Buckwheat Bran

ZHOU Xiao-li1，QIAN Yun-fang1,2，ZHOU Yi-ming1
(1. School of Perfume and Aroma Technology, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 200235, China；2. College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)

This experiment studied about the effect of enzymatic treatment on the physicochemical properties of dietary fiber from tartary buckwheat bran, by observing the water holding capacity, swelling capacity, viscosity and microstructure. Results showed that the water holding capacity of the modified dietary fiber rose from 2.2161 g/g to 2.383 g/g and the dilatability rose from 2.333 mL/g to 4.667 mL/g; the proportion of soluble dietary fiber increased from 0.62% to 18.03% after modification, and 5.0 g/100 mL of soluble dietary fiber is non-Newtonian fluid, which has shear-thinning behavior; the microstructure of dietary fiber showed folded structure, and higher specific surface area, which is beneficial to hold water and expand.

enzymatic extraction method；modification；tartary buckwheat bran；dietary fiber

TQ929.2

A

1002-6630(2011)03-0036-04

2011-01-01

国家自然科学基金项目(31071527)

周小理(1957—)，女，教授，学士，研究方向为食品新资源深度开发与利用。E-mail：zhouxl@sit.edu.cn