小米麸皮膳食纤维成分及物化特性测定

刘倍毓 郑红艳 钟 耕，3 罗金华

小米麸皮膳食纤维成分及物化特性测定

刘倍毓1郑红艳1钟 耕1，3罗金华2

(西南大学食品科学学院1，重庆 400715)
(重庆市生物技术研究所有限责任公司2，重庆 400021)
(重庆市特色农产品加工工程研究中心3，重庆 400715)

本试验采用酶－化学法提取糯性小米麸皮、非糯性小米麸皮中的膳食纤维，对其化学成分、单糖组成进行分析，并对提取出的膳食纤维进行物化特性测定，包括膨胀力、持水力、持油力等。结果表明，糯性麸皮中膳食纤维质量分数达到76．58%，其中不溶性膳食纤维为69．09%，可溶性膳食纤维为7．49%;非糯性小米麸皮中膳食纤维质量分数为73．18%，其中不溶性膳食纤维为65．55%，可溶性膳食纤维为7．63%;提取出的糯性和非糯性小米麸皮膳食纤维中不溶性膳食纤维质量分数分别达到91．35%、89．55%。且从小米麸皮中提取出来的膳食纤维均具有良好的物化特性，37℃下，糯性小米麸皮膳食纤维和非糯性小米麸皮膳食纤维膨胀力分别为4．80、4．61 mL/g。这些都标示着小米麸皮可作为富含大量优质膳食纤维的潜在来源。

小米麸皮 膳食纤维 化学成分 物化特性

小米(Setaria italica)又名粟，一年生禾本科属植物，为禾本科狗尾草属，为五谷之一，其粒小，直径大约1 mm，故名。小米起源于我国黄河流域，是我国北方地区主要的杂粮作物之一，全国小米年种植面积约为140万公顷，年产量约450万吨［1－2］，种植面积较大的省份有河北、山西、内蒙古、陕西、辽宁、河南等，南方部分省市也有栽种。小米营养丰富，除含有人体所必需的营养素如维生素、蛋白质、矿物质等，同时还具有一定的药用价值［3－4］。

小米麸皮是小米加工的副产品，由小米的果皮、种皮、糊粉层、少量的胚和胚乳组成，富含蛋白质、脂肪、矿物质、维生素和纤维素等营养成分，尤其是纤维素占麸皮总量的18%以上，是一种理想的食用纤维素源。膳食纤维作为重要的功能性食品原料，具有抗癌、降低胆固醇含量、调节血糖水平、预防肥胖病等功效［5］。我国膳食纤维原料资源丰富，种类繁多，谷物膳食纤维是其中的一个重要内容，研究较多的是小麦膳食纤维、燕麦膳食纤维、大麦膳食纤维、玉米膳食纤维和米糠膳食纤维等［6］，对小米膳食纤维的研究报道甚少，而寻求不同来源的膳食纤维并探索其功能性质和化学组成是膳食纤维研究的重点［7］。

本研究以山西产的非糯性小米麸皮和重庆北碚静观产的糯性小米麸皮为原料，在确定麸皮膳食纤维提取工艺和条件的前提下，研究了2种膳食纤维的理化组成、物化特性，以期为小米麸皮膳食纤维的开发利用提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1．1 试验材料

糯性小米麸皮:重庆市北碚区静观重庆爱心农业有限公司;非糯性小米麸皮:山西太谷县晋谷香枣业有限公司。收集的原料经去离子水洗涤、干燥，过40目筛(＜380μm)，包装密封备用。

α－淀粉酶(活力≥3700 U/g)、糖化酶(活力≥10万U/g):北京奥博星生物科技有限公司;葡萄糖标品、甘露糖标品、阿拉伯糖标品、半乳糖标品、木糖标品、鼠李糖标品:德国Dr．Ehrenstorfer公司;其他试剂均为分析纯。

1．2 主要仪器

FA2004A电子天平:上海精天电子仪器有限公司;HH－4型恒温水浴锅:金坛市富华仪器有限公司;DZF－6020型真空干燥箱:上海精宏试验设备有限公司;79－1磁力搅拌器:江苏金坛金城国胜实验仪器厂;TCL－16G型台式离心机:上海安亭科学仪器厂;GC2010气相色谱仪:日本岛津公司。

1．3 试验方法

1．3．1 小米麸皮化学组成测定

水分，直接干燥法GB/T 5009．3—2003;蛋白质，凯氏定氮法GB/T 5009．5—2003;脂肪，索氏抽提法GB/T 5009．6—2003;灰 分，直 接 灰 化 法 GB/T 5009．4—2003;淀粉，前处理与酶水解法采用 GB/T 5009．9—2003。

1．3．2 小米麸皮膳食纤维的制备

小米麸皮膳食纤维的提取工艺参照并适当修改Knutsen 等［8］的方法，具体如下:

1)原料预处理:将麸皮分散于去离子水中，浸泡15～30 min，洗涤除去杂质后，于55℃烘干备用。

2)糯性小米麸皮膳食纤维的提取:称取约5 g预处理的麸皮分散于10倍去离子水中，并加入1．5%的混合酶(α－淀粉酶∶糖化酶=1∶3)在57℃下处理90 min，然后在3．6%NaOH溶液中于76℃下处理96 min，用去离子水反复洗涤至中性，干燥、粉碎过筛(根据试验要求选择筛选目数大小)，得小米麸皮膳食纤维［9］。

3)非糯性小米麸皮膳食纤维的提取:称取约5 g预处理的麸皮分散于10倍去离子水中，并加入4%的混合酶(α－淀粉酶∶糖化酶=1∶4)在65℃下处理100 min，然后在5%NaOH溶液中于100℃下处理70 min，后续处理同上。

4)膳食纤维的测定:采用AOAC 991．43的方法测定可溶性膳食纤维(soluable dietary fiber，SDF)，不溶性膳食纤维(insoluable dietary fiber，IDF)和总膳食纤维［10］。

1．3．3 膳食纤维化学组成分析

1．3．3．1 基本成分的测定:同 1．3．1。

1．3．3．2 单糖组成成分的研究

膳食纤维水解及单糖衍生化:采用完全酸水解法［11］，称取 0．500 ～1．000 g 样品于圆底烧瓶中，先用20 mL 3 mol/L的硫酸溶胀2 h，加40 mL水稀释至1 mol/L，于100℃水解6～8 h，水解液用碳酸钡中和，过滤后定容至50 mL，取100μL滤液在70℃下真空干燥得到的干燥物即为游离单糖。加入0．5 mL吡啶，10 mg盐酸羟胺，1．5 mg肌醇内标，于90℃烘箱中保持30 min;取出冷却后加入0．5 mL乙酸酐于90℃烘箱中保持30 min，待样品冷却后进行气相色谱分析。

色谱条件:色谱柱，OV 1701石英毛细管柱(30 m，内径 0．32 mm);检测，FID;气化室温度，260℃;检测器温，250℃;程序升温，起始温度190℃保持3 min，每分钟升5℃，至240℃，保持20 min;载气压力(N2)，0．60 kg/cm2;燃气压力(H2)，0．65 kg/cm2;助燃气压力(空气)，0．50 kg/cm2;分流比，30∶1。

1．3．4 膳食纤维的物化特性研究

1．3．4．1 膨胀力的测定:参考 Femenia 等［12］的方法，准确称取膳食纤维0．5 g，置于10 mL量筒中移液管准确移取5．00 mL蒸馏水加入其中。振荡均匀后分别在25、37℃下放置24 h，读取液体中膳食纤维的体积。

1．3．4．2 持水力的测定:根据 Esposito 等［13］的方法，准确称取3 g样品于50 mL的离心管中，加入25 mL的去离子水，分别在25、37℃下搅30 min，3 000 r/min离心30 min，弃去上清液并用滤纸吸干离心管壁残留水分，称量。

1．3．4．3 持油力的测定:按 Sangnark 等［14］的方法进行，取1．0 g膳食纤维于离心管中，加入食用油20 g，分别在 25、37 ℃下静置1 h，3 000 r/min 离心30 min，去掉上层油，残渣用滤纸吸干游离的油，称量。

1．3．4．4 结合水力的测定:根据郑建仙等［15］的方法进行测定。先将100 mg膳食纤维分别浸泡于25℃和37℃的蒸馏水中，在14 000×g下离心处理1 h，除去上层清液，残留物置于G－2多孔玻璃坩埚上静置1 h，称量该残留物M1，然后在120℃下干燥2 h后再次称量残留物M2，两者差值即为所结合的水质量，换算成每克膳食纤维的结合水克数。

2 结果与分析

2．1 麸皮及膳食纤维的化学组成

由表1可知，糯性小米麸皮不溶性膳食纤维质量分数为(69．09±1．91)%，可溶性膳食纤维质量分数为(7．46±0．07)%;非糯性小米麸皮不溶性膳食纤维质量分数为(65．55±0．92)%，可溶性膳食纤维质量分数为(7．63±0．11)%。与其他谷物麸皮中不溶性膳食纤维质量分数［16］(小麦 48．5%，大麦13．1%，燕麦 9．8%，玉米 83．8%，米糠 27．1%)相比，除低于玉米外，均高于其他谷物类麸皮。

酶－化学法制备的小米麸皮膳食纤维与小米麸皮相比，淀粉和蛋白质含量均有较大程度的下降，不溶性膳食纤维的质量分数［糯性小米麸皮为(91．35±0．9)%，非糯性小米麸皮为(89．55 ±0．8)%］与其原料中不溶性膳食纤维含量相比有很大提高，除此之外其他成分的含量也较低，说明制备的膳食纤维产品纯度较高。

表1 主要成分含量

2．2 小米麸皮膳食纤维的单糖组成分析

糯性小麦麸皮膳食纤维的单糖组成为木糖、甘露糖、葡萄糖;非糯性小米麸皮膳食纤维的单糖组成为阿拉伯糖、木糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖。将标准单糖阿拉伯糖、木糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖衍生物的保留时间和样品糯性和非糯性小米麸皮膳食纤维的水解物的衍生物的保留时间进行对照，按照保留时间定性，内标法定量，得到样品单糖的含量如表2所示。

表2 膳食纤维的单糖相对含量

从表2中可以看出两种样品中含量最多的都是木糖，这是因为谷物类膳食纤维中约含有50%以上的半纤维素［17］，半纤维素的主要成分是阿拉伯木聚糖，木聚糖部分降解可形成低聚木糖，彻底降解可得到木糖、阿魏糖、阿拉伯糖等，主要是以木糖为主［18］。非糯性样品单糖组分中半乳糖含量较多，约占26%，可推知该多糖的支链较少，而支链的多少与其水溶性呈正相关。同时两种样品其单糖组成中，葡萄糖含量都很低，而葡萄糖主要来自淀粉和纤维素，由此说明，所制备的产品中淀粉和纤维素这两类多糖含量很低。

2．3 膳食纤维的物化特性

2．3．1 膨胀力

表3所示，小米麸皮膳食纤维膨胀力表现规律为:随着膳食纤维粒度的减小，膨胀力逐渐上升，80目时达到最大，但若继续减小粒度，膨胀力反而有所下降。温度对膨胀力也有着一定的影响，同等条件下随着温度的升高，膨胀力相应增大。这主要是由于过度粉碎，会破坏膳食纤维的物理结构，使得原先可以吸收自由水的空间减少，从而影响了膳食纤维的膨胀力。而温度对小米麸皮膳食纤维膨胀性的影响则是由于温度较高时可以适当疏松膳食纤维的结构从而吸收更多的水分。

表3 不同条件下膳食纤维的膨胀力/mL/g

2．3．2 持水力和持油力

如表4、表5，37℃条件下小米麸皮膳食的持水力比在25℃条件下要高些，而吸油力则比在25℃低。糯性和非糯性小米麸皮膳食纤维的持水力、持油力均在80目时达到最高，若继续减小粒度，持水力和持油力则呈现下降的趋势。这是因为粒度减小，使得可供吸水或吸油的表面积增大，且细颗粒样品的纤维组成结构更为松散，毛细孔更多，因此能渗入更多的水和油，但如果过小，样品的纤维结构就有可能被破坏，使得之前的毛细孔呈现裂缝，从而使样品的持水性和持油性减弱。

表4 膳食纤维的持水力/g /g

表5 膳食纤维的持油力/g/g

2．3．3 结合水力

如表6，随着粒度的减小，膳食纤维的结合水力呈下降趋势，这是因为随着纤维粒度的减小，天然的膳食纤维结构被破坏，在离心力的作用下，不能束缚更多的水分有关。而在37℃下，小米麸皮膳食纤维的结合水力反而比在25℃下的要小，这可能是水分子运动速率随着温度的升高而加快，导致纤维结构更加不容易束缚水分子。

表6 膳食纤维的结合水力/g/g

3 结论

3．1 小米麸皮是良好的膳食纤维来源。糯性小米麸皮中IDF质量分数为69．09%，SDF质量分数为7．49%;非糯性小米麸皮中 IDF质量分数为65．55%，SDF 质量分数为 7．63%。

3．2 糯性小麦麸皮膳食纤维的单糖组成为木糖、甘露糖、葡萄糖;非糯性小米麸皮膳食纤维的单糖组成为阿拉伯糖、木糖、甘露糖、葡萄糖、半乳糖。两种样品中，含量最多的都是木糖，葡萄糖含量都很低，糯性样品单糖组分中半乳糖含量较多。

3．3 粒度为80目的膳食纤维产品的膨胀力、持水力、持油力表现最好，而结合水力则是以膳食纤维的粒度偏大较好(20目)，这比西方国家常用的标准麦麸膳食纤维的功能指标要高。

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Determinations on Compositions and Physico－chemical Properties of Millet Bran Dietary Fibres

Liu Beiyu1Zheng Hongyan1Zhong Geng1，3Luo Jinhua2
(College of Food Science，Southwest University1，Chongqing 400715)
(Chongqing Bio － Tech－nology Research Institute Limited Liability Company2，Chongqing 400021)
(Chongqing Characteristic Agricultural Products Processing Engineering Research Center3，Chongqing 400715)

The dietary fibres(DFs)were obtained by enzymatic－chemical method from glutinous and normal millet brans in China，and their main components，monosaccharide composition were analyzed．Some physicochemical properties of two DFs were evaluated as well，including swelling capacity，water holding capacity(WHC)，oil holding capacity(OHC)，and so on．The results showed that the mass fraction of total dietary fiber content of glutinous millet bran was 76．58%，of which 69．09%was insoluble dietary fibre(IDF)and 7．49%was soluble dietary fibre(SDF)．However，for normal millet bran，73．18%was total dietary fibre，65．55%was IDF and 7．63%was SDF respectively．The mass fraction of IDF of glutinous millet bran dietary fibre and normal millet bran dietary fibre could reach 91．35%and 89．55%respectively．The DF extracted from the two raw materials both possessed excellent properties．For example，the SC values were 4．80 mL/g and 4．61 mL/g(37 ℃)for DFs of glutinous and normal samples respectively．All these indicated that the millet fiber－rich material was a potential source with both excellent and available dietary fibres．

millet bran，dietary fiber，chemical composition，physico－chemistry property

A

1003－0174(2011)10－0030－05

国家农业科技成果转化资金(2009GB2F100311)

2011－01－11

刘倍毓，女，1987年出生，硕士，现代食品加工理论与技术

钟耕，男，教授，1964年出生，博士，博士生导师，粮油食品加工