麦麸膳食纤维的提取

付浩华，张冬秀

（湖南唐人神肉制品有限公司，湖南 株洲 412002）

0 引言

膳食纤维是指不被肠道内消化酶消化吸收，但能被大肠内的某些微生物部分酶解和利用的一类非淀粉多糖类物质[1]。多存在于植物的种皮和外表皮中，如农产品加工下脚料麦麸、豆渣。一般不易被消化，主要来自于植物的细胞壁，根据是否溶解于水，可将膳食纤维分为可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维。

目前，随着生活水平的日益提高，精细饮食比例越来越高，粗粮的摄入不足已经成为了普遍现象，随之带来的亚健康现象越来越多，膳食纤维摄入量不足是一个重要原因。目前，人们将膳食纤维作为七大类营养素之一，膳食纤维正逐步被人们熟知，美国防癌协会推荐标准为30～40 g/（人·d），而欧洲共同体食品科学委员会推荐标准为30g/（人·d）[2-3]。

麦麸是小麦加工主要的副产品，麦麸是小麦籽粒皮层和胚的总称[4]。根据小麦不同的出粉率，麦麸的出品率一般为小麦的15%～25%。麦麸中含有大量的膳食纤维。因此，将麦麸作为一种性价比较高的膳食纤维来源，对其提取技术的研究和后续的产业化有着现实意义和广阔的市场前景。

目前，对麦麸中膳食纤维的提取方法很多，如酒精沉淀法、中性洗涤法、酸碱法、酶碱法、酸酶法等，新麦麸皮的提取率高于陈麦麸，但纯度差异不大，提高α-淀粉酶和氢氧化钠的用量虽然能一定程度上降低膳食纤维的提取率，但是制得的膳食纤维纯度会提高，酶碱法制备的膳食纤维提取率高于碱法，但制品的纯度略低，综合考虑采取酶碱法前景较好[5]。酶碱法中先用α-淀粉酶[6]酶解淀粉类物质，再用氢氧化钠碱液碱解。影响提取率的因素有很多，主要有α-淀粉酶液的浓度、碱解时间、碱解温度、碱液浓度4个因素。如果需要将淀粉的酶解完全，淀粉酶液需具备一定的浓度，浓度过低，水解将不完全，过高则提取率降低，主要原因是过高的浓度会使其中的半纤维素等生理活性物质溶出。纤维素和半纤维素的酶解、蛋白质变性等都会影响膳食纤维的提取率，氢氧化钠浓度过大时，纤维素等物质都会发生轻度酶解，且蛋白质出现变性反应，溶解度降低，使得提取率降低，而碱解时间产生的影响则主要是考虑到蛋白质酶解完全与否，纤维素、半纤维素是否发生酶解，通过单因素试验与正交试验可得出影响因素的最佳值，进而使膳食纤维的提取率达到最大。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

麦麸，购自小麦磨粉厂。

α-淀粉酶，河南佳润生物科技有限公司提供；氢氧化钠（分析纯），东莞市聚鹏化学有限公司提供。

三角瓶、烧杯、量筒、恒温水浴箱、小型粉粹机、电子天平、鼓风干燥箱、pH值试纸、过滤漏斗、温度计、电炉等。

1.2 试验方法

酶碱法提取麦麸膳食纤维工艺流程：

麦麸原料预处理→蒸煮→α-淀粉酶酶解→灭酶→沉淀→碱解→水洗→过滤→烘干→粉粹→成品。

1.3 操作要点

1.3.1 麦麸预处理

将购买到的麦麸分散于洁净的水中，充分浸泡15～30 min，洗涤除去淀粉类、泥沙类等杂质后干燥备用。

1.3.2 煮制

用电子天平称取一定量预处理后的麦麸，置于250 mL三角瓶中（也可以选择更大规格三角瓶），按照质量比为1∶10称取水置于三角瓶中，控制温度65～75 ℃， 蒸煮时间 10～20 min。

1.3.3 灭酶

酶解后，于100℃下灭酶。

1.4 分析方法

1.4.1 纯度

膳食纤维分为可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维，虽然可溶性膳食纤维占比较小，但在提取过程中可溶性膳食纤维仍有部分损失。纯度计算公式如下：

1.4.2 提取率

采用pH值试纸对照法测定。

2 结果与分析

2.1 α-淀粉酶液浓度与膳食纤维提取率的关系

称取一定量的经过预处理的麦麸，加入一定量的α-淀粉酶液，添加量分别为0.2%，0.3%，0.4%，0.5%，于65℃的条件下，酶解1 h，沉淀静置，弃去酶解后的上清液，添加质量分数5%的氢氧化钠溶液，在30℃条件下浸泡1 h，中和过滤，使用鼓风干燥箱烘干后，测定膳食纤维的提取率。

α-淀粉酶液添加量与膳食纤维提取率的关系见表1。

表1 α-淀粉酶液添加量与膳食纤维提取率的关系

由表1可知，提高α-淀粉酶液添加量，膳食纤维提取率先升高后降低，当淀粉酶的添加量达到0.4%时，提取率达到最大，为49.54%。

2.2 氢氧化钠添加量与膳食纤维提取率的关系

取一定量经过添加量0.4%α-淀粉酶的处理后的麦麸，分别加入添加量1%，3%，5%，7%的氢氧化钠溶液，在50℃的条件下碱解1 h，水洗至中性，过滤、烘干后测定提取率。

氢氧化钠添加量与膳食纤维的关系见表2。

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表2 氢氧化钠添加量与膳食纤维的关系

由表2可知，氢氧化钠的添加量与膳食纤维提取率的关系类同α-淀粉酶液添加量对提取率的影响，均为先升高后降低。当氢氧化钠添加量为3%时，提取率达到最高，为51.84%。

2.3 氢氧化钠碱解时间与膳食纤维提取率的关系

取一定量经过添加量0.4%α-淀粉酶处理后的麦麸，分别加入3%氢氧化钠溶液，在50℃条件下分别碱解30，60，90，120 min后，水洗至中性，过滤、烘干后测定提取率。

氢氧化钠碱解时间与膳食纤维提取率的关系见表3。

表3 氢氧化钠碱解时间与膳食纤维提取率的关系

由表3可知，随着碱解时间的增加，膳食纤维的提取率也随之增加，当碱解时间超过90 min时，膳食纤维的提取率反而减小。

2.4 氢氧化钠碱解温度与膳食纤维提取率的关系

取一定量经过添加量0.4%α-淀粉酶处理后的麦麸4份，分别加入添加量3%氢氧化钠溶液，设置不同的碱解温度，分别于30，50，70，90℃下碱解1.5 h后水洗，至中性，再经过过滤烘干，测定其膳食纤维提取率。

氢氧化钠碱解温度与膳食纤维提取率的关系见表4。

表4 氢氧化钠碱解温度与膳食纤维提取率的关系

由表4可知，随着碱解温度的升高，膳食纤维的提取率也是先升高后下降，在碱解温度为70℃时，膳食纤维提取率最高，为52.22%。

2.5 正交试验

结合影响膳食纤维提取率影响较大的4个因素的单因素试验，得出各因素的试验水平，以其最适条件为依据，设计正交试验，水平的选择采用常用方法，在单因素试验结果的基础上采取最靠近最佳水平的条件作为其他2个水平。

膳食纤维提取四因素三水平正交试验见表5。

表5 膳食纤维提取四因素三水平正交试验

由表5可知，4个因素对膳食纤维的提取率的影响各不相同，影响顺序依次为B＞A＞C＞D，即碱解温度影响最小，氢氧化钠添加量影响最大，α-淀粉酶添加量和氢氧化钠碱解时间居中，根据表5可知，各因素的最佳水平为A2B2C3D2，即α-淀粉酶添加量0.4%，氢氧化钠添加量4%，氢氧化钠碱解时间100 min，氢氧化钠碱解温度70℃，此时提取率达到最高，为56.37%。

3 结论

3.1 α-淀粉酶液添加量与提取率的关系

在膳食纤维提取过程中，α-淀粉酶的作用主要是酶解原料中的淀粉类物质，小麦制粉后，麦麸表面覆盖着大量淀粉。α-淀粉酶既能作用于淀粉，又能作用于半纤维素等活性物质，添加量过低，淀粉酶解不完全，使得膳食纤维成品不纯，掺有部分淀粉，从而升高了膳食纤维的“提取率”。反之，添加量过高，则使部分生理活性物质溶出，使得提取物质量降低，降低膳食纤维的“提取率”。

3.2 氢氧化钠碱液添加量与麦麸膳食纤维的提取率的关系

氢氧化钠碱液的作用主要是碱解原料中的蛋白质和脂肪，去除蛋白质对于得到准确的膳食纤维提取率数据尤为重要。在试验中，去除蛋白质采用的原理为将蛋白质溶于氢氧化钠碱液中，根据蛋白质的特性，大部分蛋白质的等电点都偏酸性，蛋白质溶液在等电点时，蛋白质发生凝聚沉降，此时溶解度低。因此，只要调至酸性，大部分的蛋白质都将溶于氢氧化钠碱液中，从而去除蛋白质。

3.3 氢氧化钠碱解时间与膳食纤维的提取率的关系

鉴于碱液在试验中的作用机理，当氢氧化钠碱液添加量一定的情况下，碱解时间将会影响膳食纤维的提取率，时间过短，蛋白质碱解不完全，膳食纤维的提取率降低；时间过长，造成纤维素及半纤维素轻度水解，也会导致提取率降低。

3.4 氢氧化钠碱解温度与膳食纤维的提取率的关系

碱解温度与提取率的关系也是基于蛋白质的碱解和纤维素的溶出机理，温度过低，蛋白质的碱解不完全，而温度过高，纤维素的溶出，都会使提取率降低。

3.5 试验过程中可能对试验结果产生影响的因素

3.5.1 试验原料

麦麸的感官要求有细粹屑状，色泽鲜艳一致，无发酵、霉变、异味；水分含量不超过13%；试验的原料来源于小麦磨粉厂的陈麦麸，故可能存在原料对试验结果产生的客观影响。

3.5.2 试验设备

由于实验室中有些设备的老化或使用过多，使得试验可能会存在一些误差。

3.5.3 试验人员

在试验过程中，某些步骤的操作不够严格规范，使得试验可能会存在一些误差。

膳食纤维具有多种功能和作用，随着经济的发展，膳食纤维在食品中的应用越来越广泛[7]，被人们称为第七类营养素。因其具有较高的持水力，具有一定的填充剂容积作用，并且对有机化合物有吸附螯合作用，膳食纤维的需求也变得越来越多，快速高效地提取膳食纤维对食品及健康产业的发展都具有积极意义。通过试验得知，当α-淀粉酶添加量0.4%，氢氧化钠添加量4%，提取时间100 min，提取温度70℃时，麦麸中膳食纤维的提取率可达56.37%。