蒸汽爆破制备小麦麸皮可溶性膳食纤维

王磊，孙淑玲，汤学英，廖晨，强立新，孟哲*

1. 唐山市食品药品综合检验检测中心（唐山 063000）；2. 河北省农产品质量安全检测技术创新中心（唐山 063000）；3. 唐山市功能性农产品产业技术研究院（唐山 063000）

膳食纤维具有改善胃肠道功能预防肠道疾病、降血脂防治心脑血管疾病、抗氧化作用、降低胆固醇、调节血糖防治糖尿病和预防肥胖等功能。随着研究的深入，发现水溶性膳食纤维（SDF）与水不溶性膳食纤维（IDF）虽然功能相近，但也有不同，因此，更加精确地对膳食纤维两大基础组分进行分离提取制备，并分别研究其对人体的生理功能活性，对未来更准确地在食品中使用膳食纤维具有重要的意义[1-6]。

农产品加工的各种副产品是膳食纤维的良好来源，麸皮是小麦加工面粉后得到的副产品，在河北省小麦麸皮年产量高达250多万 t，大约占小麦的20%，但85%以上的麦麸作为酿酒、制醋、酱油、饲料等生产的廉价原料，经济效益和社会效益很低，存在综合利用程度低、深度开发不足和精深加工产品少等技术难题。而利用剩余小麦麸皮制备膳食纤维产品，有利于提高小麦的资源利用率，提升小麦的产品附加值，促进经济的可持续发展。

蒸汽爆破技术其原理主要是物料在瞬间由高温、高压突然降到常温、常压，原料内部的水分突然汽化，气体突然膨胀，发生喷爆，产生爆破效果。蒸汽爆破预处理能够使物料组织呈海绵状，体积增大，一些结构组织如纤维束等被破坏，内含物暴露，有利于目的物的溶出，有助于提高原料酶水解的效果[7]。

试验主要探究蒸汽爆破提取SDF最佳工艺条件及功能特性，旨在最大限度的提高SDF的提取率，通过改性使IDF转化成为SDF，提高SDF产量，进一步提高小麦麸皮的附加值，并且避免小麦麸皮废弃物对环境产生的污染。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

小麦麸皮，唐山润泽粮油食品有限公司提供。

对照-SDF：称取200 g小麦麸皮，按1∶7（g/mL）料液比添加去离子水，搅拌均匀，用胶体研磨机处理2次，离心分离（转速4 200 r/min，离心时间20 min），上清液经旋转蒸发浓缩至原体积的1/10，用4倍体积的75%乙醇沉淀20 min，真空抽滤，将所得滤渣40℃干燥箱中低温干燥得到SDF。

SE-SDF：称取200 g小麦麸皮，按1∶7（g/mL）料液比添加去离子水，搅拌均匀，用胶体研磨机处理2次，选择一定压力下利用蒸汽爆破设备处理一定时间，离心分离（转速4 200 r/min，离心时间20 min），上清液经旋转蒸发浓缩至原体积的1/10，用60℃的4倍体积的75%乙醇沉淀20 min，真空抽滤，将所得滤渣40℃干燥箱中低温干燥得到SDF。

过氧化氢、DPPH、水杨酸等均为分析纯，北京化学试剂公司；JK1002电子分析天平，上海奥豪斯国际贸易有限公司；TD5B台式离心机，上海安亭科学仪器厂；XD-3000BDQ旋转蒸发仪，江苏太仓实验设备厂；DR889-1电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司；HH-1水浴恒温振荡器，江苏国华电器有限公司。JM-65 胶体磨，上海多源机械制造有限公司；蒸汽爆破设备，北京化工大学自制。

1.2 试验方法

1.2.1 SE制备小麦麸皮SDF工艺条件的选择

选择处理压力分别为0.2，0.4，0.6，0.8和1.0 MPa，保压时间为9 min，考察处理压力对SDF提取率的影响。

选择保压时间分别为3，6，9，12和15 min，处理压力为0.6 MPa，考察保压时间对SDF提取率的影响。

1.2.2 可溶解性（WS）的测定

依据唐晓青[8]的方法，略有修改。称取1 g左右样品于离心管，按1∶10的比例加入蒸馏水，混合均匀后，室温下静置1 h后，在3 000 r/min的条件下离心10 min，收集上清液和残渣，分别干燥，称质量。

1.2.3 持水力（WHC）的测定

依据王松君等[9]的方法，略有修改。准确称取1.0 g样品于50 mL离心管中，加入20 mL去离子水，混合均匀后置于4℃条件下放置24 h后以4 200 r/min离心15 min，称质量。

1.2.4 持油力（OHC）的测定

依据王松君等[9]的方法，略有修改。准确称取1.0 g样品于50 mL离心管中，加入10 mL橄榄油，混合均匀后置于4℃条件下放置1 h后以4 200 r/min离心15 min，称质量。

1.2.5 膨胀力（SC）的测定

依据唐晓青[8]的方法，略有修改。准确称取0.2 g样品置于刻度试管中并记录其体积，加入5.0 mL蒸馏水，混合均匀后在4℃条件下放置18 h，记录样品吸水后的体积。

1.2.6 乳化特性（EA）的测定[10]

具体操作如下：准确称取2.0 g SDF溶解于100 mL去离子水中，在2 000×g高速剪切2 min，然后加入100 mL玉米油，再高速剪切1 min。所得乳状液放入15 mL带刻度试管中，以3 000 r/min离心分离10 min。记录乳状液体积。

1.2.7 乳化稳定性（ES）的测定[10]

具体操作如下：准确称取2.0 g SDF溶解于100 mL去离子水中，在2 000×g高速剪切2 min，然后加入100 mL玉米油，再高速剪切1 min。所得乳状液在80℃下加热30 min，冷却至室温，以3 000 r/min离心分离10 min。记录乳状液体积。

1.2.8 最小凝胶浓度（LGC）的测定[10]

具体操作如下：分别用去离子水配成浓度为2%，4%，6%，8%，10%，12%和14%的SDF溶液，取5 mL样品溶液放入试管中，100℃水浴1 h，然后冰浴1 h。LGC以试管反转时样品溶液不发生滑落为准。

1.2.9 总酚含量测定

取一定浓度的样品0.5 mL，加入2.5 mL 0.2 N Folin-Ciocalteu试剂，振荡30 s后反应5min，再加入2 mL 7.5 g/100 mL的Na2CO3溶液，振荡20 s后反应2 h，在760 nm处测定吸光度，空白对照以去离子水代替样品进行反应。总酚含量以没食子酸当量（Gallic Acid Equivalent，GAE/g，干基）表示。

1.2.10 ABTS自由基清除率的测定

ABTS溶液的制备：取7 mmol/L的ABTS水溶液与2.45 mmol/L的过硫酸钾溶液混合，避光反应12 h以上，试验前用水将ABTS储备液稀释至734 nm处吸光度值为0.7±0.02。

取稀释到一定浓度的提取液（或Trolox标准液）1 mL，按体积比1∶3加入ABTS溶液，振荡30 s，反应60 min，734 nm波长处测定吸光度。样品的ABTS清除能力与Trolox清除自由基能力进行比较，确定其的抗氧化能力。以Trolox当量（Trolox Equivalent，TE/g干基）表示。

式中：A1为2 mL SDF+6.0 mL ABTS自由基；A2为2 mL SDF+6.0 mL蒸馏水；A3为2 mL蒸馏水+6.0 mL ABTS自由基。

1.2.11 ·OH清除率的测定

依据汤小明[11]的方法，略有修改。在反应体系中（水杨酸-乙醇溶液9 mmol/L，Fe2+9 mmol/L，H2O28.8 mmol/L）加入具有清除·OH能力的物质，便会与水杨酸竞争·OH，而使有色物质生成量减少。采用固定反应时间法，在相同体积的反应体系中加入不同浓度的DF，并用蒸馏水作空白对照，在波长510 nm处测量加入不同浓度DF后的吸光度，代入清除率计算公式便可计算出不同浓度的DF清除·OH自由基的能力。

式中：A1为0.5 mL水杨酸-乙醇+1.0 mL DF+0.5 mL Fe2++5.0 mL H2O2；A2为0.5 mL水杨酸-乙醇+1.0 mL DF+0.5 mL蒸馏水+5.0 mL H2O2；A3为0.5 mL水杨酸-乙醇+1.0 mL蒸馏水+0.5 mL Fe2++5.0 mL H2O2。

1.2.12 O2-·清除率的测定

依据汤小明[11]的方法，略有修改。取0.05 mol/L Tris-HCl缓冲液（pH 8.2）4.0 mL，置于25℃水浴中预热20 min，分别加入1 mL待测液和1 mL 25 mmol/L 邻苯三酚溶液，混匀后于25℃水浴中反应5 min，加入8% HCl溶液100 μL终止反应，波长320 nm处测定吸光度。以1 mL蒸馏水代替待测液做空白试验。

式中：A1为4 mL Tris-HCl+1.0 mL DF+2 mL邻苯三酚；A2为4 mL Tris-HCl+1.0 mL DF+2 mL蒸馏水；A3为4 mL Tris-HCl+1.0 mL蒸馏水+2 mL邻苯三酚。

1.2.13 DPPH自由基清除率的测定

依据汤小明[11]的方法，略有修改。DPPH自由基在95%乙醇溶液中是一种稳定的自由基，在波长517 nm处有吸收峰，呈紫色。当自由基清除剂存在时，DPPH的孤对电子被配对，颜色变浅，在最大吸收波长处吸收度变小，且颜色变化与配对电子数成化学计量关系，因此，可用来评价自由基的清除情况。将4 mL待测液加入2 mL 0.2 mmol/L DPPH自由基溶液，于25℃水浴中反应20 min后于517 nm处测定吸光度。以蒸馏水代替待测液作空白试验。

式中：A1为4 mL DF+2.0 mL DPPH自由基；A2为4 mL DF+2.0 mL 95%乙醇；A3为4 mL蒸馏水+2.0 mL DPPH自由基。

1.3 数据处理

数据分析采用Design-Expert 7.0进行试验设计和数据处理。

2 结果与分析

2.1 蒸汽爆破压力对SDF提取率的影响

蒸汽爆破压力对SDF提取率的影响如图1所示。结果表明，前期随着压力的升高，SDF提取率也随之提高，在压力为0.6 MPa时提取率最高，为30.89%，而后开始下降，可以看出压力对SDF提取率影响较大。压力低于0.2 MPa时，由于压力过低蒸汽爆破效果不明显；而当压力高于0.8 MPa时，小麦麸皮变色严重并造成了有效成分的破坏，纤维素、木质素等物质降解严重，成为小分子，不能以醇沉法分离，降低了SDF的提取率[12]。所以试验选取的蒸汽爆破压力为0.6 MPa。

图1 蒸汽爆破压力对SDF提取率的影响

2.2 保压时间对SDF提取率的影响

保压时间对SDF提取率的影响如图2所示。结果表明，前期随着保压时间的增加，SDF提取率也随之上升，在9 min时提取率最高，为31.56%，而后开始缓慢降低，可以看出保压时间并不是越长越好。保压时间较短时，小麦麸皮得不到充分的爆破和膨化，SDF提取率较低；保压时间过长增加了能耗，更重要的是会使纤维素、木质素等物质降解严重，成为小分子，不能以醇沉法分离，降低了SDF的提取率。所以试验选取的保压时间为9 min。

图2 保压时间对SDF提取率的影响

2.3 小麦麸皮SDF理化特性分析

从表1可以看出小麦麸皮SDF经蒸汽爆破处理后其理化特性有所提高。对照-SDF的溶解性、持水力、持油力、膨胀力分别为85.47%，2.35 g/g，1.25 g/g和3.24 mL/g，SE-SDF提高到分别为95.68%，3.57 g/g，2.06 g/g和5.69 mL/g，分别增加了11.95%，51.92%，64.80%和75.61%。蒸汽爆破处理时，物料组织呈海绵状，体积增大，一些结构组织如纤维素等被破坏，内含物暴露，有利于目的物的溶出，使得果胶类可溶性膳食纤维的含量增加，结合水分子的能力提高，溶于水后颗粒膨胀、伸展产生更大的容积，从而导致改性后SDF的溶解性、持水力、持油力、膨胀力增大[13]。

乳化活性（EA）是表示某种物质能够促进两种不相混溶的液体溶解或分散能力的大小。乳化稳定性（ES）是指限制乳液发生破裂的能力[10]。对照-SDF乳化活性和乳化稳定性分别为45.78和40.17 mL/100 mL，SE-SDF增加到79.67和61.02 mL/100 mL。与处理前SDF相比，蒸汽爆破处理后的SDF可作为一种良好的乳化剂，用于保持理化稳定性和较长货架期的功能食品[14]。而且拥有较高乳化活性的SDF对维持人体健康非常有利，由于胆汁酸是合成胆固醇的前体物质，通过对小肠中胆汁酸的吸附可减少血液中胆固醇的含量[10,15]。最小凝胶浓度（LGC）是判断物质胶凝化能力大小的指标。从表1可以看出，蒸汽爆破处理显著降低了LGC，从未处理的13.57%减小到8.65%，说明蒸汽爆破处理增加了小麦麸皮SDF的黏度。

表1 蒸汽爆破处理对小麦麸皮SDF理化特性的影响

2.4 小麦麸皮SDF抗氧化能力分析

蒸汽爆破处理前后小麦麸皮SDF中TPC、DPPH、ABTS、O2-·和·OH清除率如表2所示。蒸汽爆破处理后TPC、DPPH、ABTS、O2-·和·OH清除率均得到一定程度的增加。SDF中TPC由处理前的1.57 mg GAE/g增加到处理后的3.26 mg GAE/g。而总酚含量的多少可间接反应抗氧化能力的大小。

蒸汽爆破处理后的小麦麸皮SDF对DPPH、ABTS、O2-·和·OH清除率明显高于未处理样品，这可能是由于物料经蒸汽爆破处理后，SDF的平均粒径明显减小，样品的均匀性增加，表面积增大，在抗氧化物质提取的过程中，SDF中抗氧化成分与提取剂接触表面积增大、接触更充分，且经过蒸汽爆破处理后物料细胞壁被破坏，活性成分较易溶出，很多不溶性活性成分变成小分子可溶性物质，其提取率也相应增加[16]。

表2 蒸汽爆处理对小麦麸皮SDF抗氧化能力的影响

3 结论

1) 蒸汽爆破改性提取小麦麸皮SDF，通过单因素试验得出提取最佳条件为蒸汽爆破压力为0.6 MPa，保压时间9 min。此条件下SDF提取率为31.56%，

2) 对照-SDF的溶解性、持水力、持油力、膨胀力、乳化活性、乳化稳定性和最小凝胶浓度分别为85.47%，2.35 g/g，1.25 g/g，3.24 mL/g，45.78 mL/100 mL，40.17 mL/100 mL和13.57%，SE-SDF的分别为95.68%，3.57 g/g，2.06 g/g，5.69 mL/g，79.67 mL/100 mL，61.02 mL/100 mL和8.65%。经蒸汽爆破处理后，小麦麸皮SDF的理化特性有所升高。

3) SDF中TPC由处理前的1.951±0.172 mg GAE/g增加到处理后的2.234±0.203 mg GAE/g。蒸汽爆破处理后，小麦麸皮SDF对DPPH、ABTS、O2-·和·OH清除率明显高于未处理样品，对自由基清除能力有所增强。