麥麩中水不溶性膳食纖維提取工藝的研究

賈元飛 石榮樂(lè) 李艷群 殷鵬 王勝男 孫銘晨 劉青

摘要：以麥麩為原料，使用化學(xué)處理的方法，選定堿浸溫度、堿處理pH和堿浸時(shí)間為單因素條件，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定提取水不溶性膳食纖維的最佳工藝條件，并在最佳工藝條件下測(cè)定其的溶脹度和持水力。最佳工藝條件為：堿浸溫度60℃，堿處理pH為9，堿浸時(shí)間60 min。在最佳工藝條件下，麥麩中的水不溶性膳食纖維的提取率為58.87%，溶脹度和持水力分別為3.81 mL/g，2.08 g/g。

關(guān)鍵詞：麥麩；水不溶性膳食纖維；正交實(shí)驗(yàn)

膳食纖維是維持人體健康不可或缺的一種營(yíng)養(yǎng)素，不能被其他物質(zhì)所代替，與水、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素、礦物質(zhì)、碳水化合物齊名，被稱為“第七大營(yíng)養(yǎng)素”。膳食纖維種類繁多，分類方法也很多。膳食纖維根據(jù)溶解性的不同可以分為水溶性膳食纖維（Soluble Dietary Fiber，SDF）和水不溶性膳食纖維（Insoluble Dietary Fiber， IDF）。

麥麩，是小麥的皮，是小麥加工成面粉過(guò)程當(dāng)中的副產(chǎn)品，含有豐富的膳食纖維和維生素。在我國(guó)，麥麩大多用作禽畜飼料，經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高。而麥麩中含有大量的膳食纖維，同時(shí)由于來(lái)源廣、價(jià)格低，是生產(chǎn)膳食纖維的理想原材料。本實(shí)驗(yàn)對(duì)麥麩中水不溶性膳食纖維的提取工藝進(jìn)行了研究，希望可以為麥麩中膳食纖維的開發(fā)利用提供一定的依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑 FA1104電子天平，上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵，山東省菏澤市祥龍電子科技有限公司；101型電熱鼓風(fēng)干燥箱，北京中興偉業(yè)儀器有限公司；HH-4智能數(shù)顯恒溫水浴鍋、DF-10IS集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；抽濾瓶、容量瓶、表面皿、量筒、燒杯等玻璃儀器，無(wú)錫江陰玻璃廠。

NaOH（分析純），天津市福晨化學(xué)試劑廠；HCl（分析純），上海蘇懿化學(xué)試劑有限公司；蒸餾水為實(shí)驗(yàn)室制備；本試驗(yàn)所用麥麩，來(lái)自于山東省嘉祥縣。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)原理

先加入1 mol/L的NaOH溶液使麥麩中的蛋白質(zhì)溶解、脂肪皂化而去除，然后再加入6 mol/L的HCl溶液水解除去麥麩中所含的淀粉、果膠等物質(zhì)，再用蒸餾水水洗至中性，抽濾，最后干燥，烘干后得到的產(chǎn)品即為水不溶性膳食纖維。

1.2.2 工藝流程

麥麩→清理過(guò)篩→稱量→加入蒸餾水→NaOH溶液堿解→水浴加熱→HCl溶液酸解→水浴加熱→水洗至中性→抽濾→刮下濾渣→濾渣干燥→稱量。

1.2.3 水不溶性膳食纖維提取方法

稱取過(guò)篩后的麥麩3 9，加入60 mL蒸餾水，向錐形瓶中慢慢滴加1 mol/L的NaOH，用玻璃棒蘸取少量溶液滴到pH試紙上，觀察試紙顏色變化，和比色卡進(jìn)行比對(duì)，直至溶液pH為9。然后將錐形瓶放入恒溫水浴鍋中加熱一段時(shí)間，取出錐形瓶，向其中慢慢滴加6 mol/L的HCl，調(diào)節(jié)溶液pH為3，再將錐形瓶放入水浴鍋中，調(diào)節(jié)水浴鍋的溫度恒溫60℃，在此溫度下水解，然后抽濾，濾渣再加入蒸餾水水洗2～3次，每次水洗都用玻璃棒蘸取少量到pH試紙上，觀察試紙顏色變化，直至濾渣呈中性。將濾紙上的濾渣刮到表面皿上，放到恒溫干燥箱中，溫度60℃，干燥5h，干燥后得到的產(chǎn)物即為所需的水不溶性膳食纖維。

1.2.4 水不溶性膳食纖維提取率測(cè)定

提取率=水不溶性膳食纖維質(zhì)量/麥麩質(zhì)量×100%

1.2. 5水不溶性膳食纖維理化性質(zhì)的測(cè)定

（1）溶脹度的測(cè)定。稱取0.1g的干燥產(chǎn)品，放入10 mL的量筒中，輕輕搖晃量筒，使樣品表面保持平整，記錄干燥產(chǎn)品的體積，用移液管精確吸取5 mL的蒸餾水加入到量筒中，震蕩均勻后放在室溫下靜置24 h，然后讀出并記錄量筒中膨脹后的纖維的體積，計(jì)算溶脹度。溶脹度（mL/g）：溶脹后纖維體積-干品體積/樣品質(zhì)量（干）

（2）持水力的測(cè)定。稱取1.0g的干燥產(chǎn)品，放入100 mL的圓底燒瓶中，加入50 mL的蒸餾水，在室溫下磁力攪拌1h，然后離心分離，棄去上清液，稱重，計(jì)算持水力（Water Holding Capacity， WHC）：

持水力（g/g）：樣品質(zhì)量（濕）-樣品質(zhì)量（干）/樣品質(zhì)量（干）

2 結(jié)果與討論

2.1 堿浸法提取水不溶性膳食纖維的單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 堿浸溫度對(duì)水不溶性膳食纖維提取率的影響

如圖1所示，當(dāng)堿浸溫度在40℃～60℃時(shí)，隨著溫度的升高，水不溶性膳食纖維提取率呈上升趨勢(shì)，在60℃時(shí)達(dá)到最大值，但當(dāng)溫度達(dá)到60℃以上時(shí)，溫度繼續(xù)升高，提取率呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)?？赡茉蚴请S著溫度的升高，蛋白質(zhì)、脂肪等的堿解逐漸完全，提取率升高，但溫度超過(guò)60℃，一些半纖維素和纖維素也開始水解，導(dǎo)致了水不溶性膳食纖維的提取率的下降。

2.1.2 堿處理pH對(duì)水不溶性膳食纖維提取率的影響

如圖2所示，水不溶性膳食纖維提取率先隨堿處理pH的增大而升高，在pH為10時(shí)達(dá)到最大值，繼續(xù)增加pH，提取率反而降低。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是大部分蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)均偏酸性，可以溶解在堿性溶液中，使得水不溶性膳食纖維提取率提高。然而，隨著pH的增加，半纖維素和纖維素發(fā)生輕度水解，從而使得提取率降低。

2.1.3 堿浸時(shí)間對(duì)水不溶性膳食纖維提取率的影響

如圖3所示，堿浸溫度從40℃升高至80℃時(shí)，水不溶性膳食纖維提取率隨溫度升高而增大；當(dāng)溫度超過(guò)80℃時(shí)，提取率隨溫度的增加而降低。產(chǎn)生這種現(xiàn)象可能是由于隨著堿浸時(shí)間的增加，蛋白質(zhì)水解逐漸完全，提取率逐漸增加；但是堿浸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)使水不溶性膳食纖維部分水解，導(dǎo)致提取率下降。

2.2正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為了進(jìn)一步確定提取的最佳工藝條件，采用正交實(shí)驗(yàn)考察了提取溫度、堿處理pH和堿浸時(shí)間對(duì)麥麩中水不溶性膳食纖維提取率的影響，正交實(shí)驗(yàn)因素與水平如表1所示，正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

由表2可知，影響麥麩IDF提取率的各因素主次順序?yàn)椋篊>B>A，即堿浸時(shí)間>堿處理pH>堿浸溫度。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)得出水不溶性膳食纖維提取的最佳工藝條件為CiBiAi，即在堿浸時(shí)間為60 min，堿處理pH為9，堿浸溫度為60℃條件下，提取出來(lái)的水不溶性膳食纖維最多。

3 麥麩中水不溶性膳食纖維理化性質(zhì)的測(cè)定

3.1 水不溶性膳食纖維溶脹度的測(cè)定

在最佳提取條件下對(duì)麥麩中的水不溶性膳食纖維進(jìn)行溶脹度的測(cè)定，測(cè)得溶脹度為3.81 mL/g。

3.2 水不溶性膳食纖維持水力的測(cè)定

在最佳提取條件下對(duì)麥麩中的水不溶性膳食纖維進(jìn)行持水力的測(cè)定，測(cè)得持水力為2.08 g/g。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)，使用化學(xué)提取法從麥麩中提取水不溶性膳食纖維的最優(yōu)條件為：堿浸溫度60℃，堿處理pH為9，堿浸時(shí)間60 min。在最佳工藝條件下，麥麩中的水不溶性膳食纖維的提取率為58.87%，溶脹度和持水力分別為3.81 mL/g，2.08 g/g。通過(guò)本次研究可以看出，麥麩作為一種新的膳食纖維的來(lái)源，具有廣闊的發(fā)展前景。