酸水解-高溫協(xié)同處理對(duì)麥麩膳食纖維的影響

周利茗，徐杰，張志清

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，四川雅安 625014）

麥麩是小麥制粉過(guò)程中的主要副產(chǎn)物，我國(guó)麥麩年產(chǎn)量可達(dá)2 000 萬(wàn)t 以上[1]。其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，含有大量的膳食纖維、蛋白質(zhì)、脂肪、維生素等營(yíng)養(yǎng)元素。膳食纖維除能防止便秘、結(jié)腸癌和動(dòng)脈粥樣硬化[2]。Manisha Chandalia 等研究發(fā)現(xiàn)，高膳食纖維的攝入，可以有效控制2 型糖尿病患者的血糖和血脂濃度[3]。除此之外，麥麩中含有多種具有抗氧化、抗腫瘤的生理活性物質(zhì)，如黃酮類化合物、阿魏酸、植酸以及阿拉伯木聚糖等[4]。Fabrizio Esposito 等研究發(fā)現(xiàn)，硬質(zhì)小麥中靠近糊粉層的部分抗氧化性最高，粉碎度越低抗氧化性越高，這可能與小麥中的酚類物質(zhì)有關(guān)[5]。但是，我國(guó)麥麩的綜合利用率較低，主要用于飼料和釀造行業(yè)，少部分被用作膳食纖維的提取原料[6]。目前，關(guān)于麥麩的產(chǎn)品主要有麥麩膳食纖維餅干、麥麩香腸、麥麩膳食纖維火腿腸、麥麩纖維花生飲料等[7-10]。這些產(chǎn)品都是利用麥麩為原料提取膳食纖維，然后將膳食纖維作為功能性成分添加進(jìn)產(chǎn)品中，僅僅利用了麥麩中的不溶性膳食纖維，而其它生理活性物質(zhì)并未得到充分利用。

麥麩膳食纖維的生理功能與水溶性和不溶性膳食纖維的比例有直接關(guān)系，一般認(rèn)為水溶性膳食纖維與不溶性膳食纖維的質(zhì)量比為1 ∶3 時(shí)為最佳[11]。高壓蒸煮能提高蘋果膳食纖維中水溶性膳食纖維含量，尤其以處理30 min 最明顯，提高幅度高達(dá)88.4%[12]。金育忠等通過(guò)臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，麥麩膳食纖維粉碎粒度在60 目～80 目之間時(shí)，防止便秘的效果、口感、色澤均較好[13]。魏決等研究發(fā)現(xiàn)，溫度為96 ℃、時(shí)間為3 h、pH為3.7 時(shí)，蘋果可溶性膳食纖維的持水力和膨脹率得到顯著提高[14]。鄭曉燕等研究表明，高壓蒸煮30 min，料液比1 ∶30（g/mL）時(shí)，不溶性膳食纖維持水力提高5.05 g/g，膨脹率提高0.4 mL/g[15]。因此本研究采用酸水解法結(jié)合高溫蒸煮的處理方法加工麥麩，以持水力和膨脹率為判定標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)，確定出加酸高溫蒸煮加工麥麩的最佳工藝條件，以期優(yōu)化出一套操作簡(jiǎn)單，成本低廉，并且所得麥麩具有較高理化特性的麥麩加工工藝，為利用全麥麩開發(fā)保健食品提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

麥麩：市售。

檸檬酸（食用級(jí)）：成都市科龍化工試劑廠，使用前配置成2.5%水溶液。

XYF-2E 遠(yuǎn)紅外線食品烤爐：廣州紅菱電熱設(shè)備有限公司；FW-100 型高速萬(wàn)能粉碎機(jī)：北京中興偉業(yè)儀器有限公司；SYQ-DSX-2BOB 型手提式不銹鋼壓力蒸氣鍋：上海申安醫(yī)療器械廠；DHG-9031 型電熱恒溫干燥箱：成都特思特儀器有限公司；MICROMAX 型離心機(jī)：美國(guó)Thermo 公司；CP225D 型電子天平：德國(guó)Sartorius 公司。

1.2 工藝流程

麥麩預(yù)處理：將麥麩倒入清水中清洗，除去其中雜質(zhì)，及麥麩上附著的淀粉。將清洗過(guò)的麥麩平鋪于烘盤中，在200 ℃下進(jìn)行焙烤，直至麥麩被烘干并出現(xiàn)濃郁的焦香味。然后將預(yù)處理后的麥麩裝入封口袋中，室溫下保存?zhèn)溆谩?/p>

工藝流程：預(yù)處理麥麩粉碎→加水浸泡→加酸調(diào)pH→高溫蒸煮→過(guò)濾→干燥→保存、測(cè)定持水力和膨脹率

1.3 高溫蒸煮工藝條件的均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 最優(yōu)工藝條件的均勻試驗(yàn)

準(zhǔn)確稱取預(yù)處理麥麩5 g，加入相應(yīng)比例蒸餾水，加2.5%檸檬酸調(diào)節(jié)pH 后，進(jìn)行高溫蒸煮處理。然后過(guò)濾，將麥麩置于烘箱中80 ℃條件下烘干10 h 待測(cè)。

根據(jù)工藝流程，確定出粒度大?。╔1）、固液比（X2）、pH（X3）、溫度（X4）、時(shí)間（X5）5 個(gè)主要影響因素。綜合其他學(xué)者的研究結(jié)果[13-15]，本研究采用U11（1110）均勻設(shè)計(jì)表進(jìn)行均勻試驗(yàn)，以持水力和膨脹率為考察標(biāo)準(zhǔn)，每組試驗(yàn)重復(fù)3 次，結(jié)果采用SPSS18.0 進(jìn)行分析，確定出最優(yōu)工藝參數(shù)。各因素水平設(shè)計(jì)如表1 所示。

1.3.2 持水力和膨脹率的測(cè)定

參考王兆升等（2010）的方法測(cè)定各組實(shí)驗(yàn)處理后的麥麩持水力和膨脹率[16]。

表1 均勻試驗(yàn)因素水平表Table 1 Levels of the factors

1.3.2.1 持水力的測(cè)定

稱取待測(cè)樣品0.5g 于50mL 離心管中，加入20 mL蒸餾水，混勻后室溫下靜置24 h。然后在6 500 r/min條件下離心15 min 后小心去除上清液，稱重殘留物。按照下式計(jì)算持水力。

1.3.2.2 膨脹率的測(cè)定

稱取待測(cè)樣品0.3 g 于10 mL 量筒中，加入蒸餾水5 mL，混勻后室溫下靜置24 h。然后讀取量筒中樣品自由膨脹的體積數(shù)（mL）。按照下式計(jì)算

2 結(jié)果與分析

2.1 均勻試驗(yàn)確定最佳工藝參數(shù)

按U11（1110）均勻設(shè)計(jì)表進(jìn)行均勻試驗(yàn)，每個(gè)處理重復(fù)3 次，結(jié)果見表2。

采用SPSS18.0 軟件的Enter 分析方法，分別對(duì)均勻?qū)嶒?yàn)結(jié)果持水力和膨脹率進(jìn)行多元線性回歸分析，建立多元回歸方程，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，綜合兩個(gè)方程的分析結(jié)果，確定出最佳工藝參數(shù)。

2.1.1 持水力多元回歸方程建立與分析

以持水力為因變量，經(jīng)軟件處理，得持水力多元回歸方程：

該方程的復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.947，R2=0.896，說(shuō)明四個(gè)影響因素X1、X2、X3、X5與持水力有高度顯著的線性關(guān)系，X4與持水力不存在顯著的線性關(guān)系。通過(guò)方差分析表3 可以看出，F(xiàn)=12.954＞F0.01（4，6）=9.15，方程回歸效果極顯著，即說(shuō)明方程有意義。回歸系數(shù)結(jié)果如表4 所示。

表3 方差分析表Table 3 Anova table

表4 回歸系數(shù)表Table 4 Regression coefficient

通過(guò)表4 可以看出常量、X1、X2的回歸系數(shù)極顯著，X3與X5的回歸系數(shù)顯著，說(shuō)明變量間的線性相關(guān)性較顯著，所建立的方程是有效的。

根據(jù)方程可知，各因素影響順序?yàn)閄5＞X3＞X2＞X1，即蒸煮時(shí)間影響最大，其次是pH，然后依次是固液比和粒度大小。因此，根據(jù)持水力的多元線性回歸方程確定出的最佳工藝條件為，粒度大小為0.042 5 mm、固液比1 ∶30（g/mL）、pH=4、蒸煮時(shí)間3 h。

2.1.2 膨脹率多元回歸方程建立與分析

以膨脹率為因變量，經(jīng)軟件處理，得膨脹率多元回歸方程：

該方程的復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.951，R2=0.904，說(shuō)明三個(gè)影響因素X1、X2、X4與膨脹率有高度顯著的線性關(guān)系，X3和X5與膨脹率不存在顯著的線性關(guān)系。分析分差見表5。

表5 方差分析表Table 5 Anova table

通過(guò)方差分析表5 可以看出，F(xiàn)=21.947＞F0.01（3，7）=8.45，方程回歸效果極顯著，即說(shuō)明方程有意義。回歸系數(shù)結(jié)果如表6 所示。

表6 回歸系數(shù)表Table 6 Regression coefficient

通過(guò)表6 可以看出X1和X4的回歸系數(shù)極顯著，常量與X2的回歸系數(shù)顯著，說(shuō)明變量間的線性相關(guān)性較顯著，所建立的方程是有效的。

根據(jù)方程可知，各因素影響順序?yàn)閄2＞X4＞X1，即固液比影響最大，其次是溫度，最后是粒度大小。因此，根據(jù)膨脹率的多元線性回歸方程確定出的最佳工藝條件為，粒度大小為0.042 5 mm、固液比1 ∶30（g/mL）、溫度120 ℃。

綜合持水力和膨脹率兩個(gè)方程所確定的最佳工藝條件，得最終最佳工藝條件為粒度大小為0.042 5 mm、固液比1 ∶30（g/mL）、pH=4、溫度120 ℃、蒸煮時(shí)間3 h。在該最佳條件進(jìn)行三次平行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)持水力分別為8.042 1、8.075 4、7.831 5 g/g，平均值為7.983 0 g/g（RSD=1.4%）。膨脹率分別為8.632 1、8.658 0、8.305 6 mL/g，平均值為8.531 9 mL/g（RSD=1.9%）。

3 討論與結(jié)論

3.1 加酸高溫蒸煮處理可顯著提高膳食纖維持水力和膨脹率

通過(guò)均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)確定出加酸高溫蒸煮處理麥麩的最佳工藝條件為粒度大小為0.042 5 mm、固液比1 ∶30（g/mL）、pH=4、溫度120 ℃、蒸煮時(shí)間3 h。最佳工藝條件處理的麥麩持水力為7.983 0 g/g，膨脹率為8.531 9 mL/g，而未經(jīng)高溫蒸煮處理的麥麩持水力為5.135 1 g/g，膨脹率為4.761 3 mL/g。加酸高溫蒸煮處理后麥麩的持水力和膨脹率分別為未經(jīng)處理麥麩的1.55和1.79 倍。王躍等研究表明，麥麩在350 MPa 超高壓條件下，料液比1 ∶5（g/mL）條件下處理10 min，持水力為原料的1.28 倍；處理15 min，膨脹率為原料的1.68 倍[17]。鄭剛等研究表明，高溫高壓蒸煮使豆渣膳食纖維的持水力降低，但對(duì)膨脹率影響不大。而本研究中，經(jīng)加酸高溫高壓蒸煮后麥麩的持水力和膨脹率都有顯著提高[18]。

3.2 加酸高溫蒸煮影響膳食纖維性質(zhì)的機(jī)理

加酸高溫蒸煮與超高壓處理和高壓蒸煮相比，雖然處理時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，但對(duì)提高麥麩的持水力和膨脹率效果更為顯著。粒度減小，比表面積增大，組織結(jié)構(gòu)疏松就能使得麥麩中的親水基團(tuán)大量裸露，物料表現(xiàn)出高持水力；組織結(jié)構(gòu)疏松有助于物料形成較好的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使得空間結(jié)構(gòu)具有較好的支撐作用，物料表現(xiàn)出高膨脹率[17]。本研究中，經(jīng)過(guò)加酸高溫蒸煮后，麥麩的組織結(jié)構(gòu)受到影響，大量的親水基團(tuán)裸露，組織結(jié)構(gòu)疏松形成了較好的空間結(jié)構(gòu)，因此，持水力和膨脹率得到顯著提高。

酸法結(jié)合高溫蒸煮的加工工藝，能有效增強(qiáng)麥麩的生理活性物質(zhì)釋放，并且操作簡(jiǎn)單，成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。此工藝可以為進(jìn)一步開發(fā)全麥麩膳食纖維食品提供技術(shù)基礎(chǔ)。

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