麦麸膳食纤维的制备及应用现状——在蒸煮面制品中的研究进展*

杨统帅 ，黄继红 ，张文占 ，王晓曦 ，周 鹏 ，马 森 *

（1.河南工业大学粮油食品学院，郑州450001；2.河南工业大学生物工程学院，郑州 450001;3.安徽正宇面粉有限公司，安徽 亳州 236100）

随着科技的发展进步、人民文化水平的提高，人们对美好生活需求也越来越大，特别是在饮食方面，不仅要吃饱、吃好，还要吃得健康，人们更注重吃一些对身体健康有益的食品，即具有一定保健功能的食品。早在十几年前人们已经发现了食用粗粮[1]对人体具有一定的保健作用[2]，但是因其具有难以蒸煮、口感粗糙等缺点，人们对粗粮的接受程度并不是很高。后来人们发现在制作食品的原料中添加一些麦麸，也能达到保健的效果[3]，而且这种食品的口感相比粗粮食品好许多。麦麸是小麦制粉中的副产品，约占小麦粒重的10%～15%[4]。我国每年超过1亿t[5]小麦被加工成面粉，为麦麸提供了良好的来源。目前市场上富含麦麸的全麦食品已经有很多，如全麦面包、全麦饼干、全麦面条等，虽然全麦产品比粗粮产品让人们更容易接受，但是全麦产品与一般的面粉产品相比，它的口感依然不够细腻，对于人们而言还不是理想的产品。

膳食纤维（Dietary Fiber,DF）是麦麸中具有生理活性的主要功能物质，约占麦麸的40%[6]。它不能被我们的肠道消化吸收，但可以被肠道内的某些微生物部分酶解和利用[7-8]。根据膳食纤维在水中的溶解特性可将其分为：可溶性膳食纤维 （Soluble Di-etary Fiber,SDF）和不溶性膳食纤维（Insoluble Di-etary Fiber,IDF）[9]。麦麸中可溶性麦麸膳食纤维仅占总纤维的十分之一[10]。

如今大量研究发现膳食纤维对人体有调节肠道菌群[11]、降低血糖血脂[12]、抑制感染应激反应[13]、预防肿瘤[14]、提高免疫力[15]等良好的调节作用。如何将膳食纤维从麦麸中提取出来，加以改性，让它以更好的品质添加到面制品中，在保证全麦制品的营养价值的同时，还能使色泽、口感更符合人们需求，这成为了食品科研工作者的一个主要研究方向。

1 麦麸膳食纤维提取方法

麦麸的组成成分如表1所示。

表1 小麦麸皮组成和主要营养元素含量[16]

随着研究的跟进，麦麸膳食纤维的制备方法也越来越多，究其本质，就是利用各种方法，去除麦麸中除膳食纤维以外的其它组分（主要是淀粉、蛋白质和脂肪）[17]，从而得到较为纯净的麦麸膳食纤维。根据提取过程中反应物或操作手段的类型，可将麦麸膳食纤维提取方法分为以下几种：

1.1 物理法

物理法是指仅使用机械加工的方式 （粉碎、超声、过滤等）处理麦麸来提取麦麸膳食纤维。

常见的物理法有粗分离法[18]、膜分离法、筛分法以及超声波辅助分离法，这些方法通常用来辅助其它方法进行麦麸膳食纤维的提取。

①粗分离法主要是液体悬浮法和气流分级法两种，通过这两种方法降低原料中的各种非纤维成分（如蛋白质、脂肪、淀粉及植酸等）的含量，从而达到提取麦麸膳食纤维的目的，这种方法所得的产品纯度较低。②膜分离法主要用于SDF的提纯和浓缩，王世清等[19]研究发现膜分离法可以很大程度降低蛋白含量，大幅度地提高了SDF的提取率，由此可见，膜分离技术用于提取SDF的效果非常明显。但是膜的价位以及超滤设备维护费用都非常昂贵，这也就限制了它的应用范围。③梅新等[20]用筛分法辅助酶法提取不溶性麦麸膳食纤维，极大的提高了不溶性麦麸膳食纤维的纯度。④超声波辅助分离法是物理法中比较常用的辅助提取膳食纤维的方法，它是利用超声波的辐射压强所产生的热效应和空化效应对膳食纤维进行辅助提取，特别是其产生的空化效应具有极强的剪切力，能够破碎介质细胞的细胞壁，释放出细胞的内容物，强化了分子间的碰撞几率，从而能够有效提高膳食纤维的提取率和含量[21]。虽然目前用超声波辅助提取麦麸膳食纤维的研究较少，但是薛山[22]、夏洁等[23]用超声波辅助法提取膳食纤维的实验都取得了良好的效果，这表明超声波辅助提取麦麸膳食纤维具有一定的可行性。

虽然物理法本身提取的膳食纤维得率低，但是用物理法与其他提取方法相结合，能够有效地提高麦麸膳食纤维的提取率和品质。

1.2 化学法

化学法[24]是指先将制作膳食纤维的原材料进行简单的前处理，再利用化学试剂进行分离提取膳食纤维的方法，包括直接水提法、酸法、碱法。

直接水提法是将麦麸在水中进行浸泡蒸煮，除去溶于水的部分，剩下的就是麦麸膳食纤维；该方法操作简单、成本低、无污染，但是提取产品的纯度不高、效率低，因此这种方法提取的膳食纤维在应用上具有一定的局限性[25]。酸法一般是用盐酸对麦麸进行水解，能够除去麦麸中大部分的淀粉，碱法是用氢氧化钠对麦麸进行水解，主要水解了麦麸中的蛋白质，两种方法都是针对麦麸中的某一种物质进行水解，达到提取膳食纤维的目的。所以通常将酸法和碱法结合起来使用称作酸碱法，也就是先用酸水解淀粉，再用碱水解蛋白质，这种方法提取麦麸膳食纤维的纯度会更高。

许多学者对化学法（主要是酸碱法）提取麦麸膳食纤维的最佳工艺进行了探索。赵梅等[26]认为随着碱处理浓度和时间的增加，麦麸不溶性膳食纤维的提取率呈现先增加、后减少的趋势。刘玉林等[27]认为碱浓度越高，产品的碱味越重，色泽也会加深，同时大量的碱会水解麦麸中的不溶性膳食纤维，会导致提取率的下降。李庆龙等[28]认为虽然大量的碱会水解部分麦麸不溶性膳食纤维，但是由于水解的更加彻底，能够提高产品的纯度。邵佩兰等[29]用化学法提取麦麸膳食纤维，发现由于淀粉颗粒大部分处于蛋白质网络内部，淀粉遇到高温糊化后能够阻止体系中的碱与蛋白质发生反应，导致蛋白质的水解程度降低；酸解时蛋白质受热会产生变性，溶解性降低，又使得体系中的酸与淀粉颗粒难以有效接触，最终造成了较低的膳食纤维的提取率。贾元飞等[30]通过单因素实验和正交实验，对化学法从麦麸中提取水不溶性膳食纤维的提取工艺进行优化，优化后的工艺对麦麸中的水不溶性膳食纤维的提取率可以达到58%，而且产品具有较高水平的溶胀度和持水力。目前酸碱结合法是化学法中提取麦麸不溶性膳食纤维最有效的方法。

化学法提取膳食纤维的优点是成本低、提取率高，缺点是产品中有化学残留、产品品质下降较大，化学试剂的使用会造成环境的污染[31-32]。

1.3 生物法

生物法是利用微生物或者纯化的生物酶水解麦麸中的淀粉、蛋白质等达到提取麦麸膳食纤维的目的，主要包括酶法和发酵法。

1.3.1 酶法

酶法是用多种纯化的水解酶（淀粉酶、蛋白酶）水解除了膳食纤维以外的其它成分（主要是淀粉、蛋白质）来提取麦麸膳食纤维的方法。由于酶的专一性、高效性，使得这种方法相比化学法的提取率更高。刘玉林等[27]对比了酶法提取和碱法提取水不溶性麦麸膳食纤维的得率和纯度，认为酶法的提取率明显高于碱法，而且两者的纯度差异不大，酶法提取也不会有不良异味。说明酶法提取麦麸膳食纤维比化学法具有更大的优势。

酶法提取麦麸膳食纤维，最主要的影响因素是酶的浓度、酶解温度、溶液pH值以及酶解时间，张媛媛等[33]研究认为麦麸膳食纤维的提取率会随着酶溶液的pH的增加呈现先增加、后减少的趋势，而酶浓度、温度和pH三个维度对于提取率影响最大的是pH，其次是温度，最后是浓度。曹新志等[34]研究了酶浓度和水解时间对提取率的影响，认为影响最大的是蛋白酶的酶解时间，其次是淀粉酶的浓度，再是蛋白酶的浓度，最后是淀粉酶的酶解时间。大多数研究发现温度和pH是影响酶法提取率的首要影响因素，这可能是因为酶本身是一种蛋白质，其活性受到环境温度和pH的影响较大，在其最适宜的条件下，才会有最高的活性，水解效果才会更好。蔡沙等[35]认为淀粉酶和糖化酶相复合，比单独用淀粉酶更加有效，去除麦麸中的淀粉的效果更好；而常宪辉[36]在淀粉酶和蛋白酶水解中间增加了脂肪酶进行多酶分步复合水解（前一种酶水解完成后直接添加下一种酶，中间没有水洗、调节pH等步骤），得到的麦麸膳食纤维纯度和品质都高于单一酶水解，但是提取率会略有降低。这说明多酶混合水解比单一酶水解有更高的纯度和品质，但是多种酶相复合进行水解的方法研究较少。目前还没有研究说明是否还有其它酶也可以形成复合酶系，达到提高麦麸膳食纤维品质和提取率的目的。

酶法的优点是膳食纤维的提取率高，对环境的污染小，对膳食纤维的品质损害小，缺点是酶的价格昂贵，膳食纤维提取的成本高。

1.3.2 发酵法

发酵法[37]是指微生物（真菌为主）发酵所产生的酸性环境以及菌种自身产生的各种酶类对原料中的非纤维成分如蛋白质、脂肪、淀粉等进行分解利用，从而达到提取麦麸膳食纤维的目的。发酵法分为固态发酵和液态发酵两种。液态发酵是在一个大型的生物反应器中进行的发酵，这种发酵方式有利于控制和监测培养基的氧容量、pH等。固态发酵的基质原料一般采用农作物秸秆、麸皮等农业废弃物，微生物生长在固态基质的表面，利用原料中的营养物质进行发酵。

研究发现大部分真菌类菌株都有很强的降解纤维素和半纤维素的能力，发酵时分泌的淀粉酶、蛋白酶等多种酶系使真菌能够分解利用体系中的淀粉和蛋白质，提高膳食纤维的纯度。产生的酶系还能够改变原料的部分纤维结构，使其变得疏松。疏松的结构使得纤维素主链更加容易被纤维素酶水解，促进不溶性膳食纤维更多的转化为可溶性膳食纤维，能够提高可溶性膳食纤维的提取率。此外，发酵过程中产生的菌体多糖也能成为膳食纤维的一个来源，从而提高膳食纤维的产率。这类真菌有：真菌灵芝[38]、米根霉[39]、绿色木霉[40]及黑曲霉[41]等。

微生物发酵和酶法的原理基本类似，不过微生物会消耗掉大量的水解产物，简化了膳食纤维的提取工艺；由于不需要酶制剂的分离纯化，大大降低了生产的成本，更适合应用到工业化生产中[42-43]。刘杰认为无论是固态发酵法还是液态发酵法，可溶性膳食纤维的提取率都显著高于未进行发酵的麸皮，固态发酵的成本低于液态发酵，而且技术更加简单，能耗低，产物能够直接使用，因此认为固态发酵是最佳发酵方式；微生物发酵会产生纤维素酶，水解多糖的糖苷键，打破其凝聚状态，发酵后的可溶性膳食纤维更为分散，呈片状和碎片状，膨胀力和持水力有所增大，在水中的溶解度、溶液的透明度和热稳定性方面有所提高[44]。吴学凤等认为里氏木霉和米根霉是进行发酵法制备小麦麸皮膳食纤维较为合适的菌株，用黑曲霉与里氏木霉等比混合的混菌发酵来制备小麦麸皮膳食纤维比单一发酵有更高的提取率，而且这种工艺制得的膳食纤维无论是持水力还是溶胀性都达到了高品质膳食纤维的指标[45]。

发酵法是制备可溶性膳食纤维的有效方法之一，其得率高、生物活性高、综合质量好。微生物发酵法易于操作，有利于后续深入加工，可实现大规模生产。微生物繁殖代谢需要一定时间导致微生物发酵法的生产周期比其他方法更长，选择合适的菌种是缩短微生物发酵法生产周期的关键因素。

1.4 酶-化学结合法

酶-化学结合法[46]是指酶法与化学法相结合提取膳食纤维的方法，通常分为酸酶法（先用酸水解淀粉，再用蛋白酶水解蛋白质）和酶碱法（先用淀粉酶水解淀粉，再用碱水解蛋白质）两种方法。李鹏飞等人[47]对比了酸酶法、酶碱法和双酶法提取麦麸膳食纤维，认为双酶法提取率最高，其次是酶碱法，最后是酸酶法。李应彪等[48]认为低浓度的淀粉酶无法充分水解附着于麦麸表面的淀粉，但过高浓度淀粉酶又容易导致其中的半纤维素的流失，从而降低了膳食纤维的提取率，这与张媛媛等[33]的研究结果一致；随着碱液浓度和碱解时间的增加，膳食纤维提取率都呈现先增加再减少的趋势。在碱浓度较低时，由于蛋白质溶液处于等电点，溶解不高，会发生聚集、沉降；当碱浓度增加时，由于许多蛋白质的等电点都小于7，碱性环境中，麦麸中大部分蛋白质发生溶解，使得蛋白质能够被有效除去；碱浓度过高时，纤维素和半纤维素就会有小部分溶解于水中，蛋白质也会部分变性，变性后的蛋白质溶解性变差，这就会降低膳食纤维的提取率，这与刘玉林等[27]的研究相一致。刘德讲等[49]认为采用酶碱法去除膳食纤维中的脂肪、淀粉和蛋白质的效果比化学法更为彻底，还有利于提高膳食纤维的品质。陶志杰等[50]认为酶碱法提取的麦麸可溶性膳食纤维提取率比碱法有明显的增高，最大可提升50%；在其酶碱法提取麦麸可溶性膳食纤维的最佳提取工艺下，小麦麸皮可溶性膳食纤维提取率可以达到16%。

酶-化学结合法中的酶碱法提取麦麸膳食纤维相对于化学法污染小、提取率高，麦麸膳食纤维的加工成本又比酶法有所减少，相比于微生物发酵法周期短，所以生产加工中经常使用酶-化学结合法。

2 麦麸膳食纤维在面制品中的应用

麦麸膳食纤维具有良好的持水性、持油性和膨胀性[51]，将麦麸膳食纤维作为食品的原料，应用到面条、馒头等面制品的制作中，一定程度上可以提高产品营养价值，改善面制品的质构特性和感官品质。麦麸膳食纤维加到食品中的效果主要取决于食物类型、膳食纤维粉粗细度、预处理和烹饪方法[52]。

2.1 麦麸膳食纤维在面条中的应用

小麦面条是人们的主食之一，麦麸膳食纤维可以作为面条制作中的改良剂，改善鲜湿面条的口感、品质，提高面条的营养价值，延长货架期。研究表明在面条中添加可溶性麦麸膳食纤维能够改善其蒸煮特性，减少断条率[53]。陶春生等[54]认为在面条中添加适量的挤压改性麦麸膳食纤维，可以明显的提高面条的品质和吸水率，减少面条的蒸煮损失率。有研究发现膳食纤维中存在能够与小麦面粉蛋白相互作用的酚酸双键，两者能够结合形成更大的网络结构[55]，少量添加麦麸膳食纤维对面条色泽的影响不大，还能提升面条的质构特性，麦麸不溶性膳食纤维通过影响面条中水分的分布状态、内部面筋网络和其它大分子晶体结构的整体稳定性、蛋白质二级结构的多少来影响面条的品质[56]。有研究认为膳食纤维的高持水性能够帮助稳定面团中面筋的网络结构[57]。面团中加入适量的麦麸膳食纤维后，面团的表面张力增强，弹性性质显著增加[58]。周玉瑾等[59]研究发现在面条中添加少量的麦麸膳食纤维使得挂面有更高的持水性，质地紧密，能够储藏更长的时间。

由未添加可溶性麦麸膳食纤维的面条扫描电镜图（图1[60]）可知，面条内部主要包含面筋蛋白（网状结构）和淀粉颗粒（呈圆形或椭圆形）两部分，淀粉颗粒被面筋蛋白所包裹。对比未添加可溶性麦麸膳食纤维和添加3%可溶性麦麸膳食纤维扫描电镜图[60]（图2），我们可以看出添加了麦麸膳食纤维的面条中的淀粉颗粒能够被面筋网络紧密包裹，淀粉颗粒间缝隙少，而且更加均匀。

图1 未添加SDF挂面微观结构SEM图（1 000×，2 000×）

图2 添加3% SDF挂面微观结构SEM图（1 000×，2 000×）

在面条面团中过多地添加麦麸膳食纤维会使得水更少地与面筋蛋白相互作用，影响面条面团形成面筋网络结构，而且高浓度的可溶性膳食纤维可能会由于它的自身聚集行为或者高体积密度值产生物理性屏障，这些屏障会干扰面筋蛋白网络的形成，减弱面团面筋力[61]。可溶性膳食纤维颗粒为浅褐色，不溶性膳食纤维颗粒是浅黄色，过量添加可溶性膳食纤维还会使面条的色泽变得暗黄，影响面条的感官品质[60]。

可溶性麦麸膳食纤维比不溶性麦麸膳食纤维更适合添加到面条中，在面条中添加少量的可溶性麦麸膳食纤维，不会对面条的色泽和口感造成较大的影响，而且能够提高面条品质。

2.2 麦麸膳食纤维在馒头中的应用

馒头是将面团（一般不添加糖、油等）经发酵后再蒸制而成的。新鲜的馒头松软适口，经过一段时间的放置，随着馒头中水分的流失，馒头就会逐渐变得干硬，难以咀嚼。利用麦麸膳食纤维有较高的持水性的特点，将麦麸膳食纤维添加到馒头中，增加馒头的持水力，从而延长馒头的储藏时间。有研究发现，食用添加了麦麸膳食纤维馒头的人其血糖指数低于食用一般馒头的人的血糖指数[62]，说明添加麦麸膳食纤维馒头适合高血糖人群的食用。

在馒头中添加麦麸膳食纤维有利于馒头的醒发和蒸制过程中二氧化碳的保持，提高馒头的比容，而且馒头的含水量也会有一定幅度的增加，长时间储藏馒头的硬度比一般馒头硬度增加更小幅度，表明添加麦麸膳食纤维的馒头的货架期更长[63-64]。有研究表明，酵母菌发酵可以改善麦麸膳食纤维，增加可溶性阿拉伯木聚糖的含量[65]；麦麸膳食纤维中所含的阿拉伯木聚糖，能够通过酚酸的活性双键的氧化胶化作用与面粉中的蛋白质相结合，形成更大分子的网络结构，对馒头面团起到一定的强化作用，抵消一部分由于麦麸膳食纤维的添加，使面筋蛋白含量降低所带来的副作用[66]。另外朱惠燕[67]的研究发现阿拉伯木聚糖具有一定的抗冻效应，能够增加冷冻面团发酵馒头的高径比。在馒头中添加少量的膳食纤维做出来的馒头相比于未添加麦麸膳食纤维的馒头质地更好，不仅会有小麦的清香气味，而且馒头内部的气孔小而均匀、表皮光滑、形态饱满、比容大、弹性好、爽口、不粘牙[68]。

少量添加麦麸膳食纤维对馒头品质和感官特性都有提升，还能延长馒头的货架期。大量膳食纤维的添加会让馒头的口感偏硬，色泽也会变得暗淡。

3 结论及展望

现有的研究主要是利用酶法和酶-化学法将麦麸膳食纤维从麦麸中提取出来，再经过干燥、粉碎等处理添加到面条、馒头中制作出富含麦麸膳食纤维、外观和口感容易被人们接受的产品。虽然目前的麦麸膳食纤维产品在口感、色泽上要比直接添加麦麸的全麦产品要好很多，但是用酶法和酶-化学提取麦麸膳食纤维的成本较高，使得市面上的麦麸膳食纤维产品的价格普遍让人难以接受，难以形成大规模的消费群体。

目前用化学法和发酵法提取制备麦麸膳食纤维的成本相对较低。而化学法制备麦麸膳食纤维的品质差、提取率低而且对环境有污染。虽然发酵法制备麦麸膳食纤维的品质好，更适合应用在面制品领域，但是生产周期长。用发酵法制备麦麸膳食纤维的研究较少。在现有的报道中，用发酵法制备麦麸膳食纤维大多数使用单一菌种发酵，复合菌种 （两种及以上）发酵提取麦麸膳食纤维的相关报道不多，研究还不够深入。或许用复合菌种制备麦麸膳食纤维，成本可以更低，更加高效，品质能够更好，更适合应用于面制品当中，从而制得感官品质更符合人们需求，价格更低的麦麸膳食纤维食品。