大豆膳食纤维提取工艺研究进展

郭丽娟

（黑龙江省农业科学院大豆研究所，哈尔滨 150086）

大豆膳食纤维是指大豆中不溶性碳水化合物，主要成分是非淀粉多糖类，包括纤维素、混合键的β-葡萄糖、半纤维素、果胶质、树胶、木聚糖、甘露糖等，是不能为人体消化酶所消化的高分子糖类的总称[1]。膳食纤维具有非常广泛的药理作用，能预防高脂高糖的发生，刺激肠道蠕动，保护胃肠道，增加粪便容积和排便次数，还能治疗婴幼儿腹泻，预防术后感染等[2-3]。随着人们对饮食健康的重视，有关膳食纤维类保健食品的研发越来越多，膳食纤维将具有很好的开发与应用前景。

1 大豆膳食纤维的功用

1.1 保健功效

尽管膳食纤维不能为人体提供任何营养成分，但对人体具有重要的生理作用。

（1）降低体内血液中胆固醇含量，预防动脉硬化、冠心病[4]；（2）改善血糖生成反应，促进血糖和胰岛素保持正常水平，防治糖尿病效果显著；国外学者研究发现，膳食纤维可有效地控制餐后血糖上升幅度，改善葡萄糖耐量，其中可溶性膳食纤维效果优于不溶性膳食纤维，如可溶性膳食纤维具有持水力强、降低葡萄糖的吸收速率等特性，使其在预防和辅助治疗糖尿病方面引起广泛关注[5-7]。（3）改善大肠功能，促进胃肠正常蠕动，从而预防便秘与结肠癌；（4）此外，膳食纤维还能增加胃部饱满感，减少食物摄入量，具有减肥瘦身的功效[2-3]。

1.2 食物原料

大豆膳食纤维可用作一种食品配料，作为稳定剂具有增稠、延长食品货架期作用，以及被作为冷冻稳定剂使用；经过处理的大豆膳食纤维能增强面团结构特性，是高档面包烘焙中比较理想的天然添加剂。此外大豆膳食纤维可用于糕点、饼干、膨化食品等低热谷物食品，也可用于各类保健饮料[8-9]。

2 大豆膳食纤维提取工艺研究进展

目前，国内外积极采用挤压成型技术、膜分离技术、发酵工程技术、酶促反应工程技术、生物加工技术、现代食品分离技术、高压处理技术、微胶囊造粒技术以及先进灭菌技术等现代高新技术，提高大豆制品的使用价值。不仅大大拓宽了大豆精深加工利用的范围，提高了综合开发能力，而且在加工过程中能够保持大豆的营养成分。在大豆膳食纤维提取方面，方法很多，有化学法[10-12]、酶解法[13-18]、微生物发酵法[19]、微波辅助提取法以及多方法配合等方法[20-22]。

2.1 化学法

化学法提取大豆膳食纤维主要指的是酸解法和碱解法的相互配合。因提取膳食纤维的原料不同，所用的酸解和碱解的浓度、作用时间不同，大豆膳食纤维的得率也不同[10-12]。这就需要应用正交实验法估算最佳提取工艺。姜爱莉等用脱脂大豆粉12倍重量的6%NaOH溶液[10]，50℃下提取45min，其产率可达20.8%。该水不溶性膳食纤维的持水性为6.34，溶胀性为6.48mL/g。然后对非水溶性膳食纤维（Insoluble Dietary Fibers，IDF）进行改性，用盐酸调pH值4.5，除去蛋白质，再用NaOH调pH值6.5，加乙醇进行沉淀，得到水溶性膳食纤维，产率为12%，持水性为5.25，溶胀性为5.38mL/g。李文佳等用酸法和碱法结合提取大豆膳食纤维并对其进行微晶化处理[11]，豆渣原料经过酸碱处理后，可以得到基本无腥味、纤维含量约72.04%的大豆膳食纤维。其正交实验得到最佳工艺条件，豆渣经过pH值3，95℃条件下提取1.5h（料液比1:10），再将pH值调至11，在40℃下浸泡2h，水洗至中性，干燥粉碎得到大豆膳食纤维产品。经过微晶化的大豆膳食纤维的膨胀力、持水力和总膳食纤维含量均高于未经处理的大豆膳食纤维。尚永彪等用酸碱处理法提取水不溶性膳食纤维[12]，其最佳碱处理，NaOH（1mol/L）用量5mL/g，处理温度40℃，处理时间8min；酸处理，盐酸（1mol/L）用量4mL/g，酸处理时间80min。产品中膳食纤维含量达78.3%。

2.2 酶解法

酶解法提取大豆膳食纤维的关键技术在于酶解反应。相较化学法而言，酶解法提取大豆膳食纤维产率最高[13]。原因如下，（1）酶的催化率高、专一性强和不发生副反应，因此在生产上应用时产率高、质量好，便于产品提纯和简化工艺步骤；（2）酶作用条件温和，一般不需要高温、高压条件，因此对设备要求简单，并可节约煤和电等能源；（3）酶及其反应物大多没毒，适于在工业生产上应用。然而此工艺生产出的膳食纤维有可能出现腥味重、色泽深的缺点[14]。因此在酶解法提取大豆膳食纤维时，有必要对豆渣进行预处理[14-18]。

值得注意得是，在酶解法提取大豆膳食纤维的过程中，提取温度、固液比和提取时间是影响豆渣水溶性膳食纤维提取率的3大重要因素。其中提取温度是主要因素，其次是时间，再次是固液比[14]。

2.3 微生物发酵法

微生物发酵制得的膳食纤维生理活性明显增强，是一种优质的膳食纤维。其生产过程简单，成本低廉，且易实现工业化生产[19]。涂宗财等利用自制混合菌曲和超高压均质机减小纤维颗粒的粒度，发酵制得的膳食纤维为浅黄色的粉末产品。该产品具有特殊香味、无豆渣原有的豆腥味和苦涩味、持水力高、吸水性强等特点，且加工过程中不易失去水分，水溶性膳食纤维（Soluble Dietary Fibers，SDF）占膳食纤维（Dietary Fibers，DF）的比例高达13.13%。

2.4 多方法配合提取工艺

化学法的酸性水解和碱性水解都要在适当pH值、温度和时间下糖苷键断裂，聚合度下降，膳食纤维完成由IDF到SDF的性变。并且在碱性溶液中，即使是在很温和的条件下，纤维素和半纤维素都发生剥皮反应，即具有还原性末端的糖基逐个掉下来，直到产生末端基转变为偏变糖酸基的稳定反应为止，掉下来的糖基在溶液中最后转变为异变糖酸，并以其钠盐形式存在于溶液中。但是尽管两者都使膳食纤维聚合度下降，但由于异变糖酸钠盐数量的提高制约了IDF向SDF的转变，使得碱降解SDF得率较酸降解差些[13]。相较之下，酶解法具有催化率高、不发生副反应，作用条件温和，对设备要求简单，并可节约煤电能源等特点，但因其反应的专一性强，对底物要求较高，作用得率不一。因此多种方法需配合使用，扬长避短，这样才能最大限度的提高大豆膳食纤维的提取效率[21-22]。

3 大豆膳食纤维的改性

膳食纤维的物理性质与其化学结构及其多相网状结构有关，网状结构中有无定形区与结晶区，也有亲水区和疏水区，网状结构的维持依赖于不同强度的化学键及物理作用。因此膳食纤维的改性研究受到普遍关注。目前报道的大豆膳食纤维改性方法主要有化学法、生物法、超微粉碎、挤压蒸煮、瞬时高压（Instantaneous High Pres⁃sure，IHP）作用和超高压食品处理技术（Ultra High Pressure，UHP）等方法。

化学法对大豆膳食纤维进行改性，酸的浓度和强度以及碱的浓度和水的数量对可溶性纤维（SDF）的转化都有利，其变化主要发生在半纤维素部分，而纤维素所受影响很小[23]。

超微粉碎法具有微细间隙且高速旋转的动、定刃口间产生的强大剪切、摩擦和挤压力，可对物料产生强大的破坏力；纤维在湿状态下能够充分吸水伸展、膨胀，组织结构相对疏松、软脆，比干状态下更容易断裂，利用湿胀、干缩有助于得到微细颗粒。研磨过程中水的存在，不仅有助于输送物料、提高喂入性，同时还可为系统降温，避免物料过热。超微粉碎高强的作用力在破坏非水溶性膳食纤维微粒结构、切断其连接的同时，还有可能对其微粒的结晶状态产生影响，形成结晶疏松区和晶间裂纹，强化破碎效果，还可以降低粗糙感，改善膳食纤维的适口性[24]。

液相法超微粉碎技术主要是应用Microfluidizer微射流均质机对膳食纤维的物料微粒进行超微化处理。然而由于超微粒子之间的强自吸附特性，团聚体是不可避免的[25]，且经Microfludizer破碎后的物料体系出现黏度略有提高、吸光度升高、透射比下降、折光率变化较小、总固形物含量下降等现象[26]。

基于Microfluidizer仪作用机理，有研究者提出了瞬时高压作用（Instantaneous High Pressure，IHP）法，即压力变化的瞬时性和处理过程的瞬时性。当物料在高压作用下快速通过Microfluidizer的核心原件——反应腔（Interactive Chember）时，在反应腔内，物料承受高达300MPa的压力，由于物料快速通过该反应腔，所以高压对物料的作用时间非常短，压力变化速率极大，物料通过处理腔时受到高速撞击、高频震荡（动）、瞬间压降、高速剪切、空穴作用等机械力作用，使物料得到了超微粉碎，进而对其理化性质产生了影响，故将此过程总称为瞬时高压作用过程[27-29]。

超高压食品处理技术（Ultra High Pressure，UHP）是指将食品放入液体介质，在100～1000MPa压力下处理。超高压处理过程是一个纯物理过程，物料在液体介质中体积被压缩。超高压产生的极高的静压不仅会影响细胞的形态，还能使形成的生物高分子立体结构的氢键、离子键和疏水键等非共价键发生变化，使蛋白质凝固、淀粉等变性[30-31]。李凤将膳食纤维充分吸水后经700MPa静压[32]，15min处理后样品的持水率、膨胀率都有较大的提高；处理后样品黏度略有下降；处理后样品的组织结构更加的疏松，空隙增多增大，但是其瓣膜状的空间结构没有改变。

综上所述，膳食纤维对人类健康的意义重大，人们在日常生活中应增强膳食纤维的摄入量，注重摄入谷物类、豆类和蔬菜水果类等，对预防肥胖、结肠癌、心脑血管病具有非常深远的意义。因此不论是从国际市场上来看还是国内市场上来看，大豆膳食纤维都具有很大的发展前景。研究者们积极利用豆渣等富含大豆膳食纤维的研究基质，不断优化提取工艺，以期提高可溶性大豆膳食纤维的提取效率。这样不仅可以解决豆渣等基质所引起的环境问题和商业难题，还可以带动相关产业的发展，推进膳食纤维类保健食品的研发，具有很好的开发和应用前景。

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