筛分制备麦麸膳食纤维工艺及其物化特性研究

梅新等

摘要：以麦麸为原料，在分析粉碎麦麸粒径的基础上，以膳食纤维纯度为考察指标，采用单因素和正交试验探讨了筛分制备麦麸膳食纤维的最优工艺以及筛分后麦麸膳食纤维物化特性。结果表明，当料液比（m∶V，g/mL）为1∶18、筛分溶液pH为6.0、筛分时间为25 min、筛分转速为180 r/min的条件下，筛分所得麦麸膳食纤维纯度可达88.97%，麦麸膳食纤维的持水力、持油力、膨胀力分别为9.82 g/g、2.53 g/g、5.48 mL/g。

关键词：麦麸膳食纤维；筛分；物化特性

中图分类号：TS210.9 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）17-4259-04

小麦（Triticum aestivum）是中国的主要粮食作物之一，年产量约为1.2亿t，其中约有75%用于面粉加工。麦麸是小麦面粉加工过程中主要副产物，麦麸约占小麦子粒重的20%～25%，由此可以推算出，中国每年麦麸产量约为2 000万t[1]。麦麸主要由皮层组织及麦胚组成，主要成分为碳水化合物（淀粉和膳食纤维等）、蛋白质及少量的脂肪、矿物质、维生素等物质[2]。麦麸膳食纤维约占麦麸的40%～50%，主要有纤维素、半纤维素和木质素等物质组成。

膳食纤维已被列为人体必需的“第七大营养素”，具有增强肠道功能、预防便秘、控制体重、降低血液中胆固醇含量、预防心血管疾病等多种生理功能[3]。成人每天膳食纤维推荐摄入量为25～30 g，在食物中添加膳食纤维是弥补日常饮食中膳食纤维摄入不足的有效途径[4]。目前，利用膳食纤维的物化功能特性，已经开发并在市场上流通了富含膳食纤维的焙烤食品、香肠、饮料、冲剂、咀嚼片和胶囊等产品[5，6]，膳食纤维的加入不仅改善了部分产品的质构和口感，而且保障了人体膳食纤维摄入量，维持膳食中营养均衡。

麦麸中除膳食纤维外，蛋白质和淀粉含量较高，分别占麦麸质量的10%～20%和15%～20%，有效去除蛋白质和淀粉是制备高纯度麦麸膳食纤维的关键。目前，有关麦麸膳食纤维提取工艺研究较多，概括起来可以分为酶解法、化学法、发酵法等[7，8]，上述方法在制备麦麸膳食纤维过程中，蛋白质和淀粉被酶解消化或作为发酵底物消耗，未能实现资源有效利用。本研究采用物理筛分的方法，并对筛分制备麦麸膳食纤维工艺及产品物化特性进行了探讨，旨在获得高纯度麦麸膳食纤维的同时，有效利用麦麸中蛋白质和淀粉资源，为提高小麦加工副产物综合利用率提供指导。

1 材料与方法

1.1 材料与主要仪器设备

1.1.1 材料与主要试剂 麦麸由湖北省潜江市同光面粉厂提供；耐高温α-淀粉酶、葡萄糖苷酶、碱性蛋白酶均为生物纯，购自sigma公司；其他试剂均为分析纯，购自国药集团化学试剂公司。

1.1.2 主要仪器设备 FW-100万能粉碎机，天津泰斯特仪器有限公司；80、100、300、400目网筛，浙江上虞市龙翔精密仪器厂；SHA-B恒温振荡水浴锅，常州国华电器有限公司；PB-10 pH计，德国赛多利斯股份公司；Winner300激光粒度分析仪，济南微纳颗粒技术有限公司；CSF6膳食纤维测定仪，VELP SCIENTIFICA；LXJ-ⅡB大容量离心机，上海安亭仪器厂；SKD-100全自动凯氏定氮仪，上海沛欧分析仪器有限公司；UV-2800紫外可见分光光度计，尤尼柯仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 筛分制备麦麸膳食纤维工艺流程 取一定量麦麸，万能粉碎机粉碎后按一定料液比加水悬浊，调节悬浊液pH进行振动筛分处理，收集能通过上层筛网，而被下层300目筛网截留部分，干燥即得麦麸膳食纤维。

1.2.2 粉碎时间对麦麸粒径影响 取一定量麦麸，万能粉碎机分别粉碎10、20、30、40、50 s后用激光粒度分布仪测定其粒径，根据粉碎后麦麸粒径大小，选择合适目数网筛作为筛分中上层网筛。

1.2.3 筛分制备麦麸膳食纤维单因素试验设计 以麦麸膳食纤维纯度为指标，利用单因素试验考察料液比（1∶10、1∶12、1∶14、1∶16、1∶18、1∶20，m/V，g∶mL，下同）、筛分液pH（4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0）、筛分转速（60、90、120、150、180、210 r/min）、筛分时间（5、10、15、20、25、30 min）对麦麸膳食纤维制备的影响。

在单因素试验过程中，探讨某一单因素时，其他各因素水平分别为料液比1∶16、筛分液pH 7.0、筛分转速180 r/min、筛分时间15 min，筛分中所用上层网筛目数为80目。

1.2.4 筛分制备麦麸膳食纤维正交试验 在单因素试验结果基础上，选取对筛分制备麦麸膳食纤维纯度影响较大的因素进行正交试验，确定筛分制备麦麸膳食纤维最优工艺。

1.2.5 麦麸膳食纤维基本成分及物化特性测定 ①麦麸膳食纤维基本成分测定方法。麦麸膳食纤维中淀粉、蛋白质、脂肪、灰分、膳食纤维含量测定分别参照GB/T 5009.9-2003、GB/T 5009.5-2003、GB/T 5009.6-2003、GB/T 5009.4-2003、GB/T 5009.88-2008所述方法进行。②麦麸膳食纤维物化特性测定方法。麦麸膳食纤维的持水力和持油力按照Chau等[9]的方法进行测定，而吸水膨胀力则参照Garau等[10]的方法进行测定。

2 结果与分析

2.1 粉碎时间对麦麸粒径及分布的影响

粉碎时间对麦麸粒径的影响如表1所示。从表1可以看出，随着粉碎时间延长，麦麸平均粒径呈明显下降趋势，粉碎时间为10 s时，平均粒径为211.85 μm，粉碎时间为50 s时，平均粒径仅为9.66 μm。小麦淀粉粒径分布范围为0.47～44.46 μm[11]，故此选择目数为300目（48 μm）作为截留麦麸膳食纤维的下层筛网目数。粉碎时间为30 s时，粉碎后小于40 μm粒径累计频率为19.07%，与麦麸中淀粉含量（约16%）相近，而介于40～150 μm间粒径累计频率为60.08%，与麦麸中膳食纤维含量（50%左右）相近，由此，可选择目数为80目（180 μm）作为筛分制备麦麸膳食纤维的上层筛网。

2.2 筛分制备麦麸膳食纤维单因素试验结果

2.2.1 料液比对麦麸膳食纤维纯度的影响 料液比对筛分制备麦麸膳食纤维纯度的影响如图1所示。从图1可以看出，随着溶剂用量的增加，筛分制备麦麸膳食纤维纯度呈先上升后保持稳定变化趋势，料液比为1∶18时，所得麦麸膳食纤维纯度最高，达到了85.89%。当料液比小于1∶18时，麦麸在溶液中分散性较差，麦麸中淀粉被膳食纤维包裹尚未完全释放出来，导致所得膳食纤维纯度较低，而料液比达到1∶20时，所得麦麸膳食纤维纯度无明显变化，由此，筛分制备麦麸膳食纤维最适料液比为1∶18。

2.2.2 筛分液pH对麦麸膳食纤维纯度的影响 筛分液pH对麦麸膳食纤维纯度影响如图2所示。从图2可以看出，筛分液pH 4.0～10.0时，所得麦麸膳食纤维纯度呈先上升后下降后又上升的变化趋势，pH 6.0时，所得麦麸膳食纤维纯度最高，达到87.25%。总的来说，所考察pH范围内，酸性和中性条件下，麦麸膳食纤维纯度高；弱碱性条件下（pH 8.0和9.0），麦麸膳食纤维纯度低，pH 10.0时，麦麸膳食纤维纯度再次升高。在酸性条件下淀粉发生水解，所得膳食纤维纯度高，而pH 10.0的碱性条件下，麦麸中蛋白质溶解性有所增强，纯度亦随之升高。

2.2.3 筛分时间对麦麸膳食纤维纯度的影响 筛分时间对麦麸膳食纤维纯度的影响如图3所示。从图3可以看出，筛分制备麦麸膳食纤维过程中，筛分时间低于25 min，麦麸膳食纤维纯度随着时间延长而升高，筛分时间超过25 min，麦麸膳食纤维纯度变化不明显。从降低能耗角度考虑，最适宜筛分时间为25 min，此时麦麸膳食纤维纯度为84.09%。

2.2.4 筛分转速对麦麸膳食纤维纯度的影响 筛分转速对麦麸膳食纤维纯度影响如图4所示。从图4可以看出，随着筛分转速升高，麦麸膳食纤维纯度呈先上升后下降的变化趋势，转速为180 r/min时，所得麦麸膳食纤维纯度最高，达到了88.19%。随着筛分转速的增加，悬浮液中固体悬浮物所受的离心力大于麦麸中各组分间的黏合力，故麦麸中粒径较小的淀粉和蛋白质颗粒容易被筛分通过下层筛网，而粒径较大的膳食纤维则被网筛截留，当筛分转速过高，水分筛除速度加快，悬浮液浓度和黏度增大，悬浮液中固体悬浮物被截留，造成膳食纤维纯度降低。

2.3 筛分制备麦麸膳食纤维工艺正交试验及结果

在单因素试验结果基础上，以所得膳食纤维纯度为指标，选取料液比、筛分液pH、筛分时间、筛分转速4个因素，开展了4因素3水平正交试验，正交试验因素与水平见表2。

筛分制备麦麸膳食纤维工艺正交试验设计及结果如表3所示。由表3各因素极差分析结果可以看出，各因素对筛分制备麦麸膳食纤维纯度影响由大到小的顺序为筛分液pH、筛分时间、料液比、筛分转速。极差分析得各因素水平理论最优组合为A2B2C2D2，即料液比为1∶18，筛分液pH 6.0，筛分时间为25 min，筛分转速为180 r/min。随后进行验证试验表明，理论最优因素水平组合麦麸膳食纤维纯度为88.97%，优于所有正交试验组合处理，由此确定筛分制备麦麸膳食纤维最优工艺为麦麸粉碎后，按1∶18料液比加水悬浊，后调节至pH 6.0，在转速为180 r/min下匀速筛分25 min。

2.4 筛分制备麦麸膳食纤维基本成分及物化特性

比较了麦麸原料和筛分制备麦麸膳食纤维基本成分及物化特性，结果见表4。由表4可知，筛分前麦麸原料中淀粉、蛋白质和膳食纤维含量分别为17.92%、21.59%和45.97%，筛分后淀粉、蛋白质、脂肪和灰分含量明显下降，膳食纤维含量上升，其中淀粉、蛋白质和膳食纤维含量分别为2.06%、4.15%、88.97%。相比麦麸，筛分制备的麦麸膳食纤维持水性、吸水膨胀性明显改善，而持油性却略有降低，麦麸持水性、持油性和吸水膨胀性分别为3.31 g/g、2.87 g/g、1.85 mL/g，筛分制备的麦麸膳食纤维持水性、吸水膨胀性分别上升到9.82 g/g和5.48 mL/g，持油性下降为2.53 g/g。

3 结论

本研究以麦麸为主要原料，探讨了筛分制备麦麸膳食纤维的最优工艺及所得麦麸膳食纤维的成分和物化特性，最优筛分制备麦麸膳食纤维工艺为：麦麸经万能粉碎机粉碎30 s后，按料液比1∶18加水悬浊，调节至pH 6.0，于180 r/min下振荡筛分25 min，所得麦麸膳食纤维纯度可达88.97%，其淀粉和蛋白质含量由原料中的17.92%和21.59%分别降低至2.06%和4.15%。相比麦麸，经过筛分后所得麦麸膳食纤维水合特性明显改善，持水性和吸水膨胀性分别达到9.82 g/g和5.48 mL/g，而持油性则有所降低，为2.53 g/g。

利用粉碎后麦麸中淀粉与膳食纤维颗粒分布的差异，采用筛分方法，不仅得到高纯度麦麸膳食纤维，还可实现麦麸中淀粉与蛋白质的有效分离和高效再利用。

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