玉米膳食纖維研究進展

馬先紅，賈宇涵，2，劉鑫

（1.吉林化工學院生物與食品工程學院，吉林吉林132022；2.山東農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，山東泰安271018）

玉米膳食纖維研究進展

馬先紅1，賈宇涵1，2，劉鑫1

（1.吉林化工學院生物與食品工程學院，吉林吉林132022；2.山東農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院，山東泰安271018）

玉米皮是玉米加工和生產(chǎn)的主要副產(chǎn)品之一，目前主要用于飼料工業(yè)，造成了資源浪費，附加值相對較低。玉米皮因存有大量的玉米膳食纖維，故是制備膳食纖維的良好原料。針對玉米膳食纖維的生理功能進行總結(jié)，對玉米膳食纖維提取和改性的方法以及玉米膳食纖維在食品中的應(yīng)用進行概述，并對玉米膳食纖維的發(fā)展進行前景展望，以期對玉米膳食纖維的研究和產(chǎn)品的開發(fā)及其利用提供參考。

玉米膳食纖維；提取；改性；生理功能

膳食纖維是一種天然有機大分子化合物，是由大量失水性β-葡萄糖組成的非淀粉多糖，它包括纖維素、半纖維素和果膠、甲殼素等物質(zhì)[1]。膳食纖維的生理作用在人體中擁有著不可替代的地位，譬如在增強腸道健康、改善便秘、控制體重等方面都有著獨特的功效和功能，對人們的健康具有重要的作用，越來越受到人們的重視[2-3]，并已證明其在預(yù)防和治療富貴病、防癌抗癌等方面效果明顯[4]。因此，膳食纖維被大多科學家認作“人類第七種營養(yǎng)素”[5-6]。當前國內(nèi)外對大麥、小麥、豆類、大米和玉米等谷物中的膳食纖維進行了深入研究[7-12]。玉米皮是玉米淀粉加工生產(chǎn)的副產(chǎn)品，占玉米總量的14%～20%，其中玉米膳食纖維60%～70%[13]，由于口感粗糙、水溶性差，利用率低，造成浪費。因此，對玉米加工的副產(chǎn)品進行開發(fā)利用，既能提高玉米深加工產(chǎn)品的附加值，延長產(chǎn)業(yè)鏈，又可以變廢為寶，改善環(huán)境污染問題，對提高人民的健康水平具有現(xiàn)實意義。

1 玉米膳食纖維的生理功能

1.1 降血脂作用

不同種類的膳食纖維會表現(xiàn)出完全不同的降血脂作用機制，玉米膳食纖維的降血脂作用，主要通過以下這3個途徑來實現(xiàn)：一是由于膳食纖維具有的吸附作用，可以使其結(jié)合小腸中的膽酸鹽，減少肝腸循環(huán)時重新吸收，促進膽固醇氧化；二是由于膳食纖維具有的發(fā)酵作用，它可以在盲腸中迅速地被微生物發(fā)酵，產(chǎn)生短鏈脂肪酸，阻礙膽固醇的合成；三是在基因調(diào)控層次上，改變脂質(zhì)代謝相關(guān)酶活性，從而降低甘油三酯和膽固醇濃度[14]。

1.2 降血糖作用

目前由于糖尿病的治療還缺少特效藥物，治療需要合理的飲食配合。而食療的原則在于控制攝入能量，均衡營養(yǎng)，增加攝入食物中膳食纖維所占的比重。李八方等[15]通過實驗對大鼠糖尿病模型進行了甲殼素、褐藻膠、卡拉膠、黃原膠、羧甲基纖維素、麥麩和玉米芯纖維等膳食纖維的降血糖效果及改善糖耐量方面的比較研究，得出陽性藥組及試驗組與對照組比較，都有降低糖尿病大鼠血糖的作用，以及在改善糖耐量這一指標上，加膳食纖維后血糖平均值低于對照組。其中60 min時的血糖平均值，甲殼素最好；黃原膠、玉米芯纖維次之；麥麩纖維一般；褐藻膠、羧甲基纖維素、卡拉膠較差。目前被認為可能的降糖機理有以下幾點：降低腸胃排空的速度，減慢食糜進入十二指腸的過程；膳食纖維和食糜相互凝聚，將消化酶包裹其中，使酶活性降低明顯，進而降低水解碳水化合物的速率；攝入膳食纖維，能夠提高小腸內(nèi)容物的黏度，然后達到阻礙葡萄糖擴散的效用；膳食纖維與葡萄糖結(jié)合，從而使小腸游離的葡萄糖含量降低；膳食纖維進入人體后，有利于提高人體肝臟內(nèi)與碳水化合物代謝相關(guān)酶的活性，增加肝細胞上胰島素的受體數(shù)目，從而增加與胰島素之間相互結(jié)合的能力[16]。

1.3 降血壓作用

玉米膳食纖維與纖維素以及半纖維素的構(gòu)成相似，都是大分子有機物質(zhì)，由糖基聚合而成的，其中含有較多的羧基和羥基側(cè)鏈基團，從而表現(xiàn)出弱酸性。它也能夠和陽離子，特別是有機陽離子進行相互交換。相關(guān)資料顯示，膳食纖維中的酸性多糖類物質(zhì)與Ca2+、Zn2+、Cu2+、Pb2+等進行交換，改變陽離子的瞬間濃度，產(chǎn)生出一個更加緩沖的環(huán)境，可更加容易的消化吸收，并對消化道的酸堿度，滲透壓及氧化還原電位造成影響。膳食纖維在腸道與Na+、K+進行交換，通過排出人體排泄物排出K+、Na+，從而降低血壓[17-18]。

1.4 降低腸道疾病的可能

膳食纖維的吸水力很強，其不同來源的纖維吸水力不同，玉米膳食纖維的吸水力為1.5 g水/g粉，膳食纖維是持水的載體，玉米膳食纖維不能較容易的被人體消化，但進入胃后可吸收部分水分并促進腸道加快蠕動，加速排出糞便，從而降低直腸和泌尿系統(tǒng)的壓力，并預(yù)防和減少腸道疾病和泌尿系統(tǒng)疾病[19]。

2 玉米膳食纖維的提取及改性

2.1 玉米膳食纖維的提取

2.1.1 物理法和化學法

王大為等[20]用水將玉米麩皮洗除雜質(zhì)、離心脫水、烘干后得到玉米皮膳食纖維粉，之后通過超臨界流體萃取、脫脂以及脫異雜味進行再處理，條件是粒度為0.246 mm、萃取壓力為25MPa、溫度45℃、時間90min、CO2流通速度為25 L/h，萃取物則進行單螺桿高溫高壓擠出改性；所得產(chǎn)物在微波 700 W、1∶10（g/mL）的料水比下處理6min，在4000r/min條件下離心10min，沉淀物干燥處理后即可得到水不溶性膳食纖維；上清液進行濃縮、醇沉、離心、干燥處理后得到水溶性膳食纖維。用水不溶性膳食纖維作原料，料液比為1∶10（g/mL）、H2SO4溶液的pH=2，進行水浴加熱（60℃、60 min）處理一段時間后，采用真空抽濾，將所得濾渣洗至中性，干燥處理后即為酸不溶性膳食纖維；以水不溶性膳食纖維為原料，料液比1∶15（g/mL）、4 g/100 mL的NaOH溶液水浴加熱處理（40℃、100 min），真空抽濾，濾渣洗至中性，干燥后為堿不溶性膳食纖維。由于反應(yīng)條件要求高，產(chǎn)品易分解，物理和化學方法的應(yīng)用正在減少，但是我國國內(nèi)在膳食纖維的研究過程中，大多數(shù)還是采用強堿、強酸、醇等化學處理方法；盡管在工藝方面比較容易，去除淀粉、蛋白質(zhì)比較完全，但這導(dǎo)致了近乎100%的水溶性膳食纖維、一半以上的半纖維素和10%～30%的纖維素浪費。事實上在膳食纖維中水溶性膳食纖維和半纖維素的生理功效是非常重要的，故這種提取方法使所得的纖維失去較多的生理活性物質(zhì)[21]。

2.1.2 生物法

生物法包括生物酶法和生物發(fā)酵法，是一種反應(yīng)溫和、易控制的提取方法。

2.1.3 生物酶法

生物酶法和化學法類似，采用酶法去除淀粉、蛋白質(zhì)等雜質(zhì)。王剛等[13]運用單酶法對提取玉米膳食纖維的工藝進行了優(yōu)化，用內(nèi)源性植酸酶水解玉米皮內(nèi)的植酸，去除玉米皮內(nèi)的淀粉采用高溫蒸煮法，中性蛋白酶去除玉米皮內(nèi)的蛋白。優(yōu)化后制備的玉米膳食纖維粉總膳食纖維所得百分率為95.8%，其中水溶性膳食纖維為3.9%。魏仲珊等[22]利用雙酶法對提取玉米皮膳食纖維進行優(yōu)化，優(yōu)化工藝后玉米膳食纖維的含量為65.2%；進一步擠壓處理后，水溶性膳食纖維占比重由15.87%提升至21.65%。

2.1.4 生物發(fā)酵法

生物發(fā)酵法是微生物通過發(fā)酵去除原料中的淀粉、蛋白質(zhì)等而提取膳食纖維的方法。發(fā)酵法不僅節(jié)省了酶制劑，而且體系中的淀粉、蛋白質(zhì)等物質(zhì)也有利微生物生長，減少了成本，提高了生產(chǎn)利用率。張斌[23]發(fā)明了一種通過發(fā)酵玉米皮來獲取膳食纖維的方法。玉米皮渣與水按1∶4（g/mL）的比例混合并蒸煮30 min后，過濾后將其作為固體培養(yǎng)基；用硝酸銨作為氮源，靈芝為出發(fā)菌株，斜面菌種活化接入種子液，在25℃、150 r/min條件下的搖床中培養(yǎng)2 d，接種量10%，培養(yǎng)15 d，總膳食纖維、水不溶性膳食纖維、水溶性膳食纖維分別超過89%、78%、11%。焦昆鵬等[24]用玉米麩皮做原料，采用平菇液體發(fā)酵法制取膳食纖維和阿魏酰低聚糖。發(fā)酵8 d后，可以發(fā)現(xiàn)淀粉酶、纖維素酶、蛋白酶和木聚糖酶在發(fā)酵液中酶活力達到最高，而且玉米膳食纖維的得率較高，其持水性、膨脹力和持油性也比較好。

2.2 玉米膳食纖維的改性

2.2.1 物理改性

王安建等[25]采用40℃以下低溫超微粉碎，在研究粉碎前與粉碎后玉米皮膳食纖維中水不溶性膳食纖維的含量、吸水性、膨脹率、保水力、持油力與交換陽離子的能力后，得出玉米皮膳食纖維中的水不溶性膳食纖維的含量在經(jīng)過超微粉碎處理后變化微小，但其陽離子的交換能力得到很大的提高，在粉碎細度處于160目～200目時，玉米膳食纖維持水力、吸水膨脹率、持油力有顯著提高。

2.2.2 化學改性

化學改性是將膳食纖維的糖苷鍵通過酸、堿處理轉(zhuǎn)化為可溶性多糖從而提高了水溶性膳食纖維的含量。李勤勤等[26]采用酶法提取玉米膳食纖維制得總膳食纖維得率為83.52%，半纖維素為50.57%。后在試驗中經(jīng)酸、堿優(yōu)化處理后，水溶性膳食纖維的得率得到了很大的提高，酸堿處理后各占干基重的95.65%和96.37%，半纖維素分別占83.52%和86.82%。

2.2.3 生物改性

運用纖維素酶、木聚糖酶等物質(zhì)或者微生物將較大的、難溶的大分子物質(zhì)分解成可溶性的小分子化合物，提高水溶性膳食纖維在總量中所占的比重，提高膳食纖維的物理化學性質(zhì)和生理功能。利用酶解法獲取玉米膳食纖維，其中限制性酶解改性獲取水溶性膳食纖維，復(fù)合纖維素水解酶按纖維素酶：木聚糖酶1∶1混合，其加量為0.8%、溫度為58℃、pH值是5.5，酶解8 h，最后水溶性膳食纖維得率是13.82%，純度達95%以上[17]。

3 在食品中的應(yīng)用

3.1 在主食中的應(yīng)用

玉米膳食纖維運用到主食中大多是加到米飯、面條和饅頭中。在面條中添加，可改善鮮面條的蒸煮性能、質(zhì)地和拉伸性能；在饅頭中添加，制作出的饅頭在色澤、彈性、外形、韌性等方面均有良好的表現(xiàn)，而且還有玉米香味[27-29]。

3.2 在烘焙食品中的應(yīng)用

在焙烤食品中膳食纖維的應(yīng)用也很廣泛，主要產(chǎn)品有膳食纖維面包、蛋糕、桃酥等[30]。膳食纖維能夠提高保水能力和吸水性，有助于固化產(chǎn)品和保鮮，也降低了成本。張艷榮等[31]用面粉為主料，其它輔料的加入用量為5%綿白糖、10%糖漿、12%鮮雞蛋、5%色拉油、10%人造奶油、16%玉米膳食纖維。其中添加的玉米膳食纖維先由高溫擠壓處理，條件是進料速度為20 kg/h～22 kg/h，出料溫度為145℃～150℃。擠出后干燥，最后添加0.2%乳化劑、0.4%疏松劑。制得的餅干口感良好，綜合品質(zhì)好。趙欣[32]通過高壓蒸煮處理30 min，干燥粉碎得高品質(zhì)玉米膳食纖維，用于制作纖維素餅干。加入玉米膳食纖維15%、粒度0.154 mm、疏松劑0.4%、乳化劑0.3%時，餅干口感酥松、香味純正。

3.3 在飲料中的應(yīng)用

膳食纖維飲料品種較多，水溶性膳食纖維飲料其中的活性多糖成分可改善飲料的品質(zhì)及風味；水不溶性膳食纖維可作為顆粒沖劑，與其他易溶物質(zhì)搭配來制成固體溶解飲料。李華麗等[33]在研制玉米膳食纖維乳飲料的過程中，向其中加入8.00%水溶性膳食纖維、酸味劑（0.20%檸檬酸+0.10%蘋果酸+0.10%乳酸）、甜味劑（4.00%白糖+0.01%安賽蜜+0.04%甜蜜素）、穩(wěn)定劑（0.35%羧甲基纖維素鈉+0.08%黃原膠+0.03%海藻酸丙二醇酯+0.02%復(fù)合磷酸鹽），制備乳飲料的沉淀率表現(xiàn)良好，為1.62%。王林山等[34]把玉米膳食纖維與脫脂乳混合以后進行發(fā)酵制取了玉米膳食纖維乳酸活菌飲料。制作工藝是：復(fù)原乳（脫脂奶粉∶水=8∶1，g/mL）添加6%玉米膳食纖維混合并搖勻→滅菌（105℃、15 min）→冷卻（45℃）→接種（3%，保加利亞乳桿菌∶嗜熱鏈球菌=1∶1）→發(fā)酵（4 h～5 h、42℃）→快速冷卻（20℃以下，pH 4.2）→冷藏后熟（0℃～4℃）；后熟完成后添加白砂糖和檸檬酸各11%、10%，最后加入復(fù)合穩(wěn)定劑（羧甲基纖維素鈉、黃原膠、海藻酸鈉分別為0.15%、0.15%、0.1%）進行調(diào)配，均質(zhì)條件為溫度45℃，20 MPa壓力。制得的飲料外觀呈淡黃色，酸甜可口、口感怡人，具有獨特的風味。劉楊柳等[35]在提取膳食纖維時利用了發(fā)酵的方法，將其加入到酸奶中，研制玉米膳食纖維酸奶飲料。優(yōu)化工藝后輔料添加1.9%玉米膳食纖維、3.2%接種量、7.0%白砂糖，發(fā)酵4.0 h。研制完成后感官評價得分為96.7分。產(chǎn)品具有特有的玉米香氣，膳食纖維含量占1.24%，乳酸菌數(shù)為（11.47±1.8）×107CFU/mL，是普通酸奶的 2倍。

4 發(fā)展前景

膳食纖維的研究不斷發(fā)展，在食品生產(chǎn)加工中加入一定量的玉米膳食纖維，可以產(chǎn)生擁有一定功能和風味的食品。但在膳食纖維領(lǐng)域里，市場中可以由消費者挑選的美味、具有吸引力的玉米膳食纖維食品還非常的少。我國目前用濕法來制取淀粉是現(xiàn)如今對玉米進行深加工的主要方法之一，玉米麩皮每年都會隨著玉米加工生產(chǎn)而產(chǎn)生大量的玉米膳食纖維，不能妥善的利用太過浪費。玉米膳食纖維有著良好的物理化學性質(zhì)以及生理活性，有較好的營養(yǎng)價值和保健作用，對人體健康有著良好的作用，所以加強對玉米膳食纖維的研究、開發(fā)、應(yīng)用是有著重要意義的。未來對玉米膳食纖維的開發(fā)重點：加強對玉米膳食纖維基本性質(zhì)的了解來制定行業(yè)應(yīng)用的標準；規(guī)范玉米膳食纖維的提取技術(shù)，促進企業(yè)標準化生產(chǎn)；努力開發(fā)玉米膳食纖維改性使開發(fā)后的產(chǎn)品有較強的穩(wěn)定性；加強對玉米膳食纖維生理活性研究、功能性保健產(chǎn)品全面發(fā)展等。處理好這些問題，玉米膳食纖維將獲得更加廣闊的發(fā)展前景。

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Research Progress of Corn Dietary Fiber

MA Xian-hong1，JIA Yu-han1，2，LIU Xin1
（1.College of Biotechnology and Food Engineering，Jilin Institute of Chemical Technology，Jilin 132022，Jilin，China；2.College of Food Science and Technology，Shandong Agriculture University，Tai'an 271018，Shandong，China）

Corn peel is one of the main byproducts of maize processing and production.It is mainly used in the feed industry，resulting in a waste of resources and a relatively low added value.Because there is a lot of corn dietary fiber，it is a good raw material for the preparation of dietary fiber.The physiological functions of corn dietary fiber were summarized，and the methods of extraction and modification of corn dietary fiber and the application of corn dietary fiber in food were summarized.The development prospect of corn dietary fiber was also discussed.It provides some reference for the research of corn dietary fiber and the development and utilization of corn dietary fiber.

corn dietary fiber；extract；modified；physiological function

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.24.041

吉林省教育廳科學研究項目（JJKH20170222KJ）；吉化院重大合字（2016030）；吉林化工學院科技項目（2016064）；國家自然科學基金（21605056）；吉林市科技創(chuàng)新發(fā)展計劃項目（20166028）

馬先紅（1981—），女（漢），講師，博士研究生，研究方向：糧食深加工。

2017-05-16