篩分制備麥麩膳食纖維工藝及其物化特性研究

梅新等

摘要：以麥麩為原料，在分析粉碎麥麩粒徑的基礎(chǔ)上，以膳食纖維純度為考察指標(biāo)，采用單因素和正交試驗(yàn)探討了篩分制備麥麩膳食纖維的最優(yōu)工藝以及篩分后麥麩膳食纖維物化特性。結(jié)果表明，當(dāng)料液比（m∶V，g/mL）為1∶18、篩分溶液pH為6.0、篩分時(shí)間為25 min、篩分轉(zhuǎn)速為180 r/min的條件下，篩分所得麥麩膳食纖維純度可達(dá)88.97%，麥麩膳食纖維的持水力、持油力、膨脹力分別為9.82 g/g、2.53 g/g、5.48 mL/g。

關(guān)鍵詞：麥麩膳食纖維；篩分；物化特性

中圖分類號(hào)：TS210.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）17-4259-04

小麥（Triticum aestivum）是中國(guó)的主要糧食作物之一，年產(chǎn)量約為1.2億t，其中約有75%用于面粉加工。麥麩是小麥面粉加工過(guò)程中主要副產(chǎn)物，麥麩約占小麥子粒重的20%～25%，由此可以推算出，中國(guó)每年麥麩產(chǎn)量約為2 000萬(wàn)t[1]。麥麩主要由皮層組織及麥胚組成，主要成分為碳水化合物（淀粉和膳食纖維等）、蛋白質(zhì)及少量的脂肪、礦物質(zhì)、維生素等物質(zhì)[2]。麥麩膳食纖維約占麥麩的40%～50%，主要有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等物質(zhì)組成。

膳食纖維已被列為人體必需的“第七大營(yíng)養(yǎng)素”，具有增強(qiáng)腸道功能、預(yù)防便秘、控制體重、降低血液中膽固醇含量、預(yù)防心血管疾病等多種生理功能[3]。成人每天膳食纖維推薦攝入量為25～30 g，在食物中添加膳食纖維是彌補(bǔ)日常飲食中膳食纖維攝入不足的有效途徑[4]。目前，利用膳食纖維的物化功能特性，已經(jīng)開(kāi)發(fā)并在市場(chǎng)上流通了富含膳食纖維的焙烤食品、香腸、飲料、沖劑、咀嚼片和膠囊等產(chǎn)品[5，6]，膳食纖維的加入不僅改善了部分產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)和口感，而且保障了人體膳食纖維攝入量，維持膳食中營(yíng)養(yǎng)均衡。

麥麩中除膳食纖維外，蛋白質(zhì)和淀粉含量較高，分別占麥麩質(zhì)量的10%～20%和15%～20%，有效去除蛋白質(zhì)和淀粉是制備高純度麥麩膳食纖維的關(guān)鍵。目前，有關(guān)麥麩膳食纖維提取工藝研究較多，概括起來(lái)可以分為酶解法、化學(xué)法、發(fā)酵法等[7，8]，上述方法在制備麥麩膳食纖維過(guò)程中，蛋白質(zhì)和淀粉被酶解消化或作為發(fā)酵底物消耗，未能實(shí)現(xiàn)資源有效利用。本研究采用物理篩分的方法，并對(duì)篩分制備麥麩膳食纖維工藝及產(chǎn)品物化特性進(jìn)行了探討，旨在獲得高純度麥麩膳食纖維的同時(shí)，有效利用麥麩中蛋白質(zhì)和淀粉資源，為提高小麥加工副產(chǎn)物綜合利用率提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與主要儀器設(shè)備

1.1.1 材料與主要試劑 麥麩由湖北省潛江市同光面粉廠提供；耐高溫α-淀粉酶、葡萄糖苷酶、堿性蛋白酶均為生物純，購(gòu)自sigma公司；其他試劑均為分析純，購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備 FW-100萬(wàn)能粉碎機(jī)，天津泰斯特儀器有限公司；80、100、300、400目網(wǎng)篩，浙江上虞市龍翔精密儀器廠；SHA-B恒溫振蕩水浴鍋，常州國(guó)華電器有限公司；PB-10 pH計(jì)，德國(guó)賽多利斯股份公司；Winner300激光粒度分析儀，濟(jì)南微納顆粒技術(shù)有限公司；CSF6膳食纖維測(cè)定儀，VELP SCIENTIFICA；LXJ-ⅡB大容量離心機(jī)，上海安亭儀器廠；SKD-100全自動(dòng)凱氏定氮儀，上海沛歐分析儀器有限公司；UV-2800紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，尤尼柯儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 篩分制備麥麩膳食纖維工藝流程 取一定量麥麩，萬(wàn)能粉碎機(jī)粉碎后按一定料液比加水懸濁，調(diào)節(jié)懸濁液pH進(jìn)行振動(dòng)篩分處理，收集能通過(guò)上層篩網(wǎng)，而被下層300目篩網(wǎng)截留部分，干燥即得麥麩膳食纖維。

1.2.2 粉碎時(shí)間對(duì)麥麩粒徑影響 取一定量麥麩，萬(wàn)能粉碎機(jī)分別粉碎10、20、30、40、50 s后用激光粒度分布儀測(cè)定其粒徑，根據(jù)粉碎后麥麩粒徑大小，選擇合適目數(shù)網(wǎng)篩作為篩分中上層網(wǎng)篩。

1.2.3 篩分制備麥麩膳食纖維單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì) 以麥麩膳食纖維純度為指標(biāo)，利用單因素試驗(yàn)考察料液比（1∶10、1∶12、1∶14、1∶16、1∶18、1∶20，m/V，g∶mL，下同）、篩分液pH（4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0）、篩分轉(zhuǎn)速（60、90、120、150、180、210 r/min）、篩分時(shí)間（5、10、15、20、25、30 min）對(duì)麥麩膳食纖維制備的影響。

在單因素試驗(yàn)過(guò)程中，探討某一單因素時(shí)，其他各因素水平分別為料液比1∶16、篩分液pH 7.0、篩分轉(zhuǎn)速180 r/min、篩分時(shí)間15 min，篩分中所用上層網(wǎng)篩目數(shù)為80目。

1.2.4 篩分制備麥麩膳食纖維正交試驗(yàn) 在單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，選取對(duì)篩分制備麥麩膳食纖維純度影響較大的因素進(jìn)行正交試驗(yàn)，確定篩分制備麥麩膳食纖維最優(yōu)工藝。

1.2.5 麥麩膳食纖維基本成分及物化特性測(cè)定 ①麥麩膳食纖維基本成分測(cè)定方法。麥麩膳食纖維中淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、灰分、膳食纖維含量測(cè)定分別參照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所述方法進(jìn)行。②麥麩膳食纖維物化特性測(cè)定方法。麥麩膳食纖維的持水力和持油力按照Chau等[9]的方法進(jìn)行測(cè)定，而吸水膨脹力則參照Garau等[10]的方法進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 粉碎時(shí)間對(duì)麥麩粒徑及分布的影響

粉碎時(shí)間對(duì)麥麩粒徑的影響如表1所示。從表1可以看出，隨著粉碎時(shí)間延長(zhǎng)，麥麩平均粒徑呈明顯下降趨勢(shì)，粉碎時(shí)間為10 s時(shí)，平均粒徑為211.85 μm，粉碎時(shí)間為50 s時(shí)，平均粒徑僅為9.66 μm。小麥淀粉粒徑分布范圍為0.47～44.46 μm[11]，故此選擇目數(shù)為300目（48 μm）作為截留麥麩膳食纖維的下層篩網(wǎng)目數(shù)。粉碎時(shí)間為30 s時(shí)，粉碎后小于40 μm粒徑累計(jì)頻率為19.07%，與麥麩中淀粉含量（約16%）相近，而介于40～150 μm間粒徑累計(jì)頻率為60.08%，與麥麩中膳食纖維含量（50%左右）相近，由此，可選擇目數(shù)為80目（180 μm）作為篩分制備麥麩膳食纖維的上層篩網(wǎng)。

2.2 篩分制備麥麩膳食纖維單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 料液比對(duì)麥麩膳食纖維純度的影響 料液比對(duì)篩分制備麥麩膳食纖維純度的影響如圖1所示。從圖1可以看出，隨著溶劑用量的增加，篩分制備麥麩膳食纖維純度呈先上升后保持穩(wěn)定變化趨勢(shì)，料液比為1∶18時(shí)，所得麥麩膳食纖維純度最高，達(dá)到了85.89%。當(dāng)料液比小于1∶18時(shí)，麥麩在溶液中分散性較差，麥麩中淀粉被膳食纖維包裹尚未完全釋放出來(lái)，導(dǎo)致所得膳食纖維純度較低，而料液比達(dá)到1∶20時(shí)，所得麥麩膳食纖維純度無(wú)明顯變化，由此，篩分制備麥麩膳食纖維最適料液比為1∶18。

2.2.2 篩分液pH對(duì)麥麩膳食纖維純度的影響 篩分液pH對(duì)麥麩膳食纖維純度影響如圖2所示。從圖2可以看出，篩分液pH 4.0～10.0時(shí)，所得麥麩膳食纖維純度呈先上升后下降后又上升的變化趨勢(shì)，pH 6.0時(shí)，所得麥麩膳食纖維純度最高，達(dá)到87.25%。總的來(lái)說(shuō)，所考察pH范圍內(nèi)，酸性和中性條件下，麥麩膳食纖維純度高；弱堿性條件下（pH 8.0和9.0），麥麩膳食纖維純度低，pH 10.0時(shí)，麥麩膳食纖維純度再次升高。在酸性條件下淀粉發(fā)生水解，所得膳食纖維純度高，而pH 10.0的堿性條件下，麥麩中蛋白質(zhì)溶解性有所增強(qiáng)，純度亦隨之升高。

2.2.3 篩分時(shí)間對(duì)麥麩膳食纖維純度的影響 篩分時(shí)間對(duì)麥麩膳食纖維純度的影響如圖3所示。從圖3可以看出，篩分制備麥麩膳食纖維過(guò)程中，篩分時(shí)間低于25 min，麥麩膳食纖維純度隨著時(shí)間延長(zhǎng)而升高，篩分時(shí)間超過(guò)25 min，麥麩膳食纖維純度變化不明顯。從降低能耗角度考慮，最適宜篩分時(shí)間為25 min，此時(shí)麥麩膳食纖維純度為84.09%。

2.2.4 篩分轉(zhuǎn)速對(duì)麥麩膳食纖維純度的影響 篩分轉(zhuǎn)速對(duì)麥麩膳食纖維純度影響如圖4所示。從圖4可以看出，隨著篩分轉(zhuǎn)速升高，麥麩膳食纖維純度呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，轉(zhuǎn)速為180 r/min時(shí)，所得麥麩膳食纖維純度最高，達(dá)到了88.19%。隨著篩分轉(zhuǎn)速的增加，懸浮液中固體懸浮物所受的離心力大于麥麩中各組分間的黏合力，故麥麩中粒徑較小的淀粉和蛋白質(zhì)顆粒容易被篩分通過(guò)下層篩網(wǎng)，而粒徑較大的膳食纖維則被網(wǎng)篩截留，當(dāng)篩分轉(zhuǎn)速過(guò)高，水分篩除速度加快，懸浮液濃度和黏度增大，懸浮液中固體懸浮物被截留，造成膳食纖維純度降低。

2.3 篩分制備麥麩膳食纖維工藝正交試驗(yàn)及結(jié)果

在單因素試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上，以所得膳食纖維純度為指標(biāo)，選取料液比、篩分液pH、篩分時(shí)間、篩分轉(zhuǎn)速4個(gè)因素，開(kāi)展了4因素3水平正交試驗(yàn)，正交試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表2。

篩分制備麥麩膳食纖維工藝正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表3所示。由表3各因素極差分析結(jié)果可以看出，各因素對(duì)篩分制備麥麩膳食纖維純度影響由大到小的順序?yàn)楹Y分液pH、篩分時(shí)間、料液比、篩分轉(zhuǎn)速。極差分析得各因素水平理論最優(yōu)組合為A2B2C2D2，即料液比為1∶18，篩分液pH 6.0，篩分時(shí)間為25 min，篩分轉(zhuǎn)速為180 r/min。隨后進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)表明，理論最優(yōu)因素水平組合麥麩膳食纖維純度為88.97%，優(yōu)于所有正交試驗(yàn)組合處理，由此確定篩分制備麥麩膳食纖維最優(yōu)工藝為麥麩粉碎后，按1∶18料液比加水懸濁，后調(diào)節(jié)至pH 6.0，在轉(zhuǎn)速為180 r/min下勻速篩分25 min。

2.4 篩分制備麥麩膳食纖維基本成分及物化特性

比較了麥麩原料和篩分制備麥麩膳食纖維基本成分及物化特性，結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，篩分前麥麩原料中淀粉、蛋白質(zhì)和膳食纖維含量分別為17.92%、21.59%和45.97%，篩分后淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪和灰分含量明顯下降，膳食纖維含量上升，其中淀粉、蛋白質(zhì)和膳食纖維含量分別為2.06%、4.15%、88.97%。相比麥麩，篩分制備的麥麩膳食纖維持水性、吸水膨脹性明顯改善，而持油性卻略有降低，麥麩持水性、持油性和吸水膨脹性分別為3.31 g/g、2.87 g/g、1.85 mL/g，篩分制備的麥麩膳食纖維持水性、吸水膨脹性分別上升到9.82 g/g和5.48 mL/g，持油性下降為2.53 g/g。

3 結(jié)論

本研究以麥麩為主要原料，探討了篩分制備麥麩膳食纖維的最優(yōu)工藝及所得麥麩膳食纖維的成分和物化特性，最優(yōu)篩分制備麥麩膳食纖維工藝為：麥麩經(jīng)萬(wàn)能粉碎機(jī)粉碎30 s后，按料液比1∶18加水懸濁，調(diào)節(jié)至pH 6.0，于180 r/min下振蕩篩分25 min，所得麥麩膳食纖維純度可達(dá)88.97%，其淀粉和蛋白質(zhì)含量由原料中的17.92%和21.59%分別降低至2.06%和4.15%。相比麥麩，經(jīng)過(guò)篩分后所得麥麩膳食纖維水合特性明顯改善，持水性和吸水膨脹性分別達(dá)到9.82 g/g和5.48 mL/g，而持油性則有所降低，為2.53 g/g。

利用粉碎后麥麩中淀粉與膳食纖維顆粒分布的差異，采用篩分方法，不僅得到高純度麥麩膳食纖維，還可實(shí)現(xiàn)麥麩中淀粉與蛋白質(zhì)的有效分離和高效再利用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 姜 楠，韓一軍，李 雪.2012年國(guó)內(nèi)外小麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點(diǎn)、趨勢(shì)及建議[J].中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)，2013，19（6）：20-25.

[2] 湯葆莎，沈恒勝.麥麩膳食纖維制備及研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)， 2009，25（12）：53-57.

[3] 李建文，楊月欣.膳食纖維定義及分析方法研究進(jìn)展[J].食品科學(xué)，2007，28（2）：350-353.

[4] DE ESCALADA PLA M F， PONCE N M， STORTZ C A， et al. Composition and functional properties of enriched fiber products obtained from pumpkin （Cucurbita moschata Duchesne ex Poiret）[J]. Swiss Society Food Science and Technology， 2007，40（7）： 1176-1185.

[5] FERN？魣NDEZ-GIN？魪S J M， FERN？魣NDEZ-L？魷PEZ J， SAYAS-BARBER？魣E， et al. Lemon albedo as a new source of dietary fiber： Application to bologna sausages[J]. Meat Science， 2004， 67（1）：7-13.

[6] VERGARA-VALENCIA N， GRANADOS-P？魪REZ E， AGAMA-ACEVEDO E， et al. Fibre concentrate from mango fruit： Characterization， associated antioxidant capacity and application as a bakery product ingredient[J]. Swiss Society Food Science and Technology，2007，40（4）：722-729.

[7] 陶彥娟，錢海峰，周惠明，等.纖維酶法制備麥麩可溶性膳食纖維及其理化性質(zhì)的研究[J].食品工業(yè)科技，2008，29（4）：127-129.

[8] 李鵬飛，陸紅佳，任志遠(yuǎn).不同方法提取麥麩膳食纖維的比較研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（6）：7-9.

[9] CHAU C F， HUANG Y L. Comparison of the chemical composition and physicochemical properties of different fibers prepared from the peel of Citrus sinensis L. cv. Liucheng[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2003， 51（9）： 2615-2618.

[10] GARAU M C， SIMAL S， ROSSELLO C， et al. Effect of air-drying temperature on physico-chemical properties of dietary fibre and antioxidant capacity of orange （Citrus aurantium v. Canoneta） by-products[J]. Food Chemistry，2007，104（3）：1014-1024.

[11] 田益華，張傳輝，蔡 劍，等.小麥籽粒A-型和B-型淀粉粒的理化特性[J].作物學(xué)報(bào)，2009，35（9）：1755-1758.