擠壓膨化輔助提取米糠可溶性膳食纖維及其特性研究

王 旭 梁 棟 徐 楊 馬世榜 施煥儒

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院1，北京 100083)(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院2，北京 100083)(南陽師范學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院3，南陽 473061)

擠壓膨化輔助提取米糠可溶性膳食纖維及其特性研究

王 旭1梁 棟2徐 楊1馬世榜3施煥儒1

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院1，北京 100083)(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院2，北京 100083)(南陽師范學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院3，南陽 473061)

以新鮮米糠為原料，在單因素和正交試驗基礎(chǔ)上，通過分析不同擠壓工藝和酶解條件對米糠中可溶性膳食纖維提取率的影響，優(yōu)化擠壓膨化輔助酶水解技術(shù)提取可溶性膳食纖維。同時采用掃描電子顯微鏡、差示掃描熱量法等表征可溶性膳食纖維的結(jié)構(gòu)及物化特性。試驗結(jié)果表明，在擠壓溫度130 ℃、螺桿速度200 r/min、物料含水量20%，酶用量2.0%、酶解溫度75 ℃、酶解時間90 min、pH 6.0的條件下，可溶性膳食纖維提取率為30.35%。米糠可溶性膳食纖維表面形態(tài)疏松，呈蜂窩顆粒狀，內(nèi)部由纖維素類物質(zhì)形成支撐主體，熱力學(xué)相對穩(wěn)定。與未經(jīng)擠壓膨化處理提取的可溶性膳食纖維相比，擠壓輔助提取的可溶性膳食纖維具有更高的持水力、結(jié)合水力、溶脹力、結(jié)合脂肪能力及豐富的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)及物化特性均得到明顯改善。

米糠 可溶性膳食纖維 擠壓膨化 酶水解 結(jié)構(gòu)及物化特性

米糠是稻谷深加工中的高附加值副產(chǎn)品，含有人體必需的多種氨基酸、不飽和脂肪酸、膳食纖維及生理功能活性物質(zhì)，對人體健康有很大的好處[1]。在我國，米糠年均產(chǎn)量約為1 000萬t[2-3]。然而現(xiàn)階段，米糠大多被用作飼料或被遺棄，資源有效利用率及產(chǎn)品附加值極低，資源未能得到充分利用[4]。

擠壓膨化技術(shù)是一種新型食品加工技術(shù)[5]，與其他常見的傳統(tǒng)處理方法相比，擠壓膨化技術(shù)有著熱動態(tài)效率高、生產(chǎn)成本低、營養(yǎng)損失小等優(yōu)點。采用擠壓膨化作為預(yù)處理方法，可以使米糠達(dá)到穩(wěn)定化，便于后續(xù)生產(chǎn)和加工[6]。

膳食纖維作為一類含有植物碳水化合物聚合物的混合物，通常來自于谷物、豆類和蔬果中[7]。根據(jù)膳食纖維的溶解性，膳食纖維可以分為可溶性膳食纖維(Soluble dietary fiber, SDF)和不溶性膳食纖維(Insoluble dietary fiber, IDF)[8]?？扇苄陨攀忱w維指的是不被人體消化道酶消化，但可以溶于熱水且其水溶液能被4倍體積的乙醇再沉淀的膳食纖維?？扇苄陨攀忱w維具有較強(qiáng)的持水、持油能力，能螯合消化道中的膽固醇、重金屬，減少人體對有害物質(zhì)的吸收[9]。同時，可以有效防治糖尿病、心血管疾病，預(yù)防肥胖、降壓降血脂[10-11]。

我國現(xiàn)有提取米糠中可溶性膳食纖維的方法，如酸法、堿法、酶法、化學(xué)分離法、發(fā)酵法[12]等，存在提取膳食纖維量少，設(shè)備工序較繁瑣，不便于大量生產(chǎn)提取等問題，且引入了化學(xué)制劑，成本較高。因此，為了提高可溶性膳食纖維提取率，本研究以米糠為原料，采用擠壓膨化輔助酶水解技術(shù)提取可溶性膳食纖維，探究擠壓膨化工藝和酶解條件對米糠可溶性膳食纖維提取率、結(jié)構(gòu)及物化特性的影響，得到提取率高、工藝方法簡單且結(jié)構(gòu)性能優(yōu)異的米糠可溶性膳食纖維。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗材料與試劑

新鮮米糠：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)上莊實驗站，主要成分為10.2%水分、7.9%灰分、13.9%蛋白質(zhì)、14.3%脂肪、28.9%膳食纖維；耐高溫α-淀粉酶；其他試劑均為分析純。

1.1.2 試驗儀器與設(shè)備

DS32-II雙螺桿擠壓膨化機(jī)：山東濟(jì)南賽信機(jī)械有限公司；DGG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：中國上海森信實驗儀器有限公司；CR21GⅢ型高速離心機(jī)：日本日立公司；Q10型差示掃描量熱儀：美國TA公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 米糠擠壓膨化預(yù)處理

新鮮米糠粉碎后過40目篩。采用DS32-II雙螺桿擠壓膨化機(jī)進(jìn)行擠壓膨化處理。針對物料含水量、擠壓溫度、螺桿轉(zhuǎn)速，固定其他因素進(jìn)行單因素擠壓試驗，考察各因素對SDF得率的影響。在螺桿轉(zhuǎn)速為200 r/min、擠壓溫度130 ℃條件下，物料含水量變化值為10%、15%、20%、25%、30%；在物料含水量20%、擠壓溫度130 ℃條件下，螺桿轉(zhuǎn)速變化值為150、175、200、225、250 r/min；在物料含水量20%、螺桿轉(zhuǎn)速為200 r/min條件下，擠壓溫度變化值為110、120、130、140、150 ℃。同時測定未經(jīng)預(yù)處理的米糠膳食纖維，與處理后的提取率進(jìn)行對比。經(jīng)過擠壓處理后，將物料粉碎后備用。

1.2.2 米糠可溶性膳食纖維的提取工藝流程及優(yōu)化

取2 g經(jīng)擠壓膨化處理的米糠粉，加入到100 mL蒸餾水中，在沸水浴中均勻攪拌40 min。冷卻到室溫后加入0.044 8 g耐高溫α-淀粉酶，在80 ℃中性條件下進(jìn)行酶解反應(yīng)。105 ℃加熱15 min滅酶，然后冷卻到室溫。加入1.12%(m/V)NaOH溶液50 mL，攪拌均勻后放入80 ℃恒溫水浴鍋中處理60 min。取出后冷卻至室溫，離心(4 000 r/min，20 min)后得到上清液，用4倍體積的無水乙醇沉淀，離心(4 000 r/min，10 min)，將沉淀物烘干后，即可得到可溶性膳食纖維。為后續(xù)進(jìn)一步研究，將所得可溶性膳食纖維在0～4 ℃貯藏。最后，測定可溶性膳食纖維的提取率[13]。

在擠壓處理后的米糠中加入耐高溫α-淀粉酶，在適宜的酶用量、酶解時間、酶解溫度及pH條件下進(jìn)行單因素試驗。在最佳擠壓參數(shù)條件下獲取的原料進(jìn)行酶解，酶解溫度、酶解時間、酶用量及pH在分別保持其他因素不變的情況下，在前步最優(yōu)條件下進(jìn)行單因素試驗。在單因素試驗的基礎(chǔ)上，采用正交試驗優(yōu)化工藝條件[14]。

1.3 米糠SDF結(jié)構(gòu)與物化特性的測定方法

1.3.1 成分分析

蛋白質(zhì)含量測定：GB/T 5009.5—2003；脂肪含量測定：GB/T 5009.6—2003；水分含量測定：GB/T 5009.3—200；灰分含量測定：GB/T 5009.4—2003；膳食纖維含量測定：AOAC 991.4。

1.3.2 持水力的測定

準(zhǔn)確稱取250 mg過40目篩的SDF樣品，放入離心管中，加入25 mL去離子水，振蕩后在室溫下靜置60 min。離心(15 min，3 000 r/min)，除去上清液，稱重。換算成每克干樣品保持水的質(zhì)量(g/g干物質(zhì))[15]。

1.3.3 膨脹力的測定

稱取1.00 g過40目篩的SDF樣品，放入20 mL的具塞刻度玻璃試管中，加入20 mL去離子水，振勻后在室溫(20 ℃)下放置16 h，觀察樣品在試管中的自由膨脹體積 (mL)。按下面公式計算每克SDF樣品的膨脹體積(mL/g)[16]。

1.3.4 結(jié)合水力測定

將100 mg米糠SDF樣品浸泡于25 mL 4 ℃的蒸餾水中，在14 000 r/min條件下離心處理1 h，小心除去上清液，殘留物置于G-2多孔玻璃上，靜置1 h后稱重，然后在120 ℃條件下干燥2 h后再次稱重，兩者差值即為所結(jié)合的水重量，換算成每克SDF結(jié)合水質(zhì)量[17-18]。

1.3.5 結(jié)合脂肪能力測定

取4 g米糠SDF樣品與20 mL玉米胚芽油在50 mL離心管中混合，每隔5 min攪拌1次，30 min后將混合物在1 600 r/min條件下離心25 min。游離脂肪通過離心分離，結(jié)合脂肪的量可被測出，結(jié)合脂肪的能力即1 g SDF樣品所結(jié)合脂肪的量[19]。

1.3.6 可溶性膳食纖維表觀結(jié)構(gòu)分析

采用掃描電子顯微鏡，將SDF樣品干燥恒重后，取適量于觀察臺，鍍金屬膜。利用高能電子束在試樣上掃描，激發(fā)出各種物理信息，通過對這些信息的接受、放大和顯示成像，獲得測試試樣表面形貌的觀察。

1.3.7 熱穩(wěn)定性分析

采用示差掃描熱量儀，以5 ℃/min升溫速率升溫，溫度范圍25～200 ℃，對SDF熱穩(wěn)定性進(jìn)行測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

所有試驗重復(fù)3次，試驗結(jié)果為平均值。試驗圖形及數(shù)據(jù)的處理采用Origin 8.0及正交試驗進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 擠壓膨化工藝對米糠SDF提取率的影響

擠壓溫度是影響擠壓膨化工藝的一個重要因素。在擠壓機(jī)腔體內(nèi)，物料隨著擠壓機(jī)溫度急劇上升，同時受到強(qiáng)烈的剪切力作用，使得纖維高聚物糖苷鍵斷裂，降解為低分子質(zhì)量的碳水化合物[18]。由圖1可知，SDF提取率隨著擠壓溫度的上升而增高，這是因為在適當(dāng)?shù)母邷叵驴梢源龠M(jìn)不溶性大分子物質(zhì)熔融、斷裂，使立體微孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的親水基團(tuán)暴露數(shù)量增多，纖維素、木聚糖等不溶性纖維裂解為可溶性小分子的速度加快，可溶性成分增加。當(dāng)溫度高于130 ℃時，SDF提取率逐漸降低，這是因為擠壓溫度過高，物料發(fā)生焦糊現(xiàn)象，顏色加深，導(dǎo)致美拉德反應(yīng)的發(fā)生。因此，擠壓溫度選在120～140 ℃比較合適。

如圖1所示，SDF含量隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加而增加，這是因為螺桿轉(zhuǎn)速越高，機(jī)筒內(nèi)的壓力越大，物料和物料之間、物料和機(jī)筒之間以及物料和螺桿之間的摩擦力和剪切力越大，在此條件下有利于大分子聚合物的裂解，使纖維物料分子裂解程度增大，轉(zhuǎn)化為低分子質(zhì)量的水溶性成分增多，表現(xiàn)為擠壓產(chǎn)品中SDF含量的升高。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速達(dá)到160 r/min后增加不明顯，呈平穩(wěn)趨勢，螺桿轉(zhuǎn)速對SDF提取率的影響降低，并從能源角度考慮，螺桿轉(zhuǎn)速在175～225 r/min較合適。

圖1 不同因素對米糠SDF提取率的影響

擠壓膨化是一個高溫高壓的過程，因此適當(dāng)?shù)奈锪虾磕軌蛘{(diào)節(jié)物料的潤濕度、以及形變特性，使纖維充分膨松、混合，有助于纖維束在外力作用下打開并斷裂，進(jìn)而分子重組[20]。物料含水量過高時，物料的濕潤程度大，形變性和輸送特性增強(qiáng)，受到機(jī)筒內(nèi)部的壓力、摩擦力和剪切力降低，在機(jī)筒內(nèi)滯留時間縮短，以至于纖維物料分子裂解程度降低，SDF含量降低[21]。物料含水量過少時，物料擠出前潤濕度較低，容易造成機(jī)筒內(nèi)堵塞。擠出過程中蒸汽發(fā)生量過少，溫度急劇升高，物料液化流動性差，輸送滯緩，而且容易出現(xiàn)焦糊現(xiàn)象[22]。由圖1可知，物料含水量為20%時擠出效果最好。因此選擇含水量范圍15%～25%。

綜合考慮，選取擠壓溫度130 ℃，螺桿速度200 r/min、物料含水量20%為最優(yōu)擠壓膨化參數(shù)，在此條件下進(jìn)行酶解處理。

2.2 酶水解對米糠SDF提取率的影響

如圖2所示，當(dāng)酶解溫度從65 ℃升至90 ℃時，SDF提取率呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢。當(dāng)酶解溫度為85 ℃時，提取率增加緩慢；當(dāng)溫度高85 ℃時，提取率又緩慢下降。這是因為溫度對酶活性有著很大的影響。溫度過低導(dǎo)致酶促反應(yīng)減弱，溫度升高則加快酶促反應(yīng)速度。在最適宜酶解溫度下，酶的活性最強(qiáng)，此時得到最大的酶促反應(yīng)速度。但若超過了最適的溫度，反應(yīng)的速度反而會下降，甚至使酶變性失活。因此，考慮到高溫對米糠內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的影響，選擇適宜的酶解溫度范圍為70～80 ℃[23]。

圖2 不同因素對米糠SDF提取率的影響

當(dāng)α-淀粉酶質(zhì)量分?jǐn)?shù)從0.5%～2.5%的過程中，SDF提取率逐漸增大。在某種程度上是因為酶解后淀粉類物質(zhì)水解較高的α-淀粉酶含量促進(jìn)了纖維素的水解，生成了單糖及可溶解的多糖，大分子變成小分子，此外，適當(dāng)?shù)拿赣昧渴笽DF轉(zhuǎn)化為SDF。因此，適宜α-淀粉酶質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%～2.0%[24]。

如圖2所示，隨著反應(yīng)時間的延長，米糠中SDF提取率逐漸增大，但是當(dāng)達(dá)到90 min后增加幅度變緩。這是因為適當(dāng)?shù)拿附鈺r間能夠促進(jìn)纖維素的水解，使不溶性成分轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)。但隨著酶解反應(yīng)的進(jìn)行，底物濃度減小，產(chǎn)物濃度增加，競爭性抑制變強(qiáng)，導(dǎo)致酶活性降低。在經(jīng)歷了初始階段積累后的中間復(fù)合物逐漸達(dá)到穩(wěn)定，并趨于恒定。因此，適宜的酶解時間范圍為70～80 min。

pH值5.5～8.0時，SDF提取率呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢，這是因為不同的酶有不同的最適pH作用范圍，在最適范圍內(nèi)，酶的催化活性部位可解離的基團(tuán)能夠得到完全的解離，這樣酶的活性中心與底物就能充分的結(jié)合，從而將底物最大程度的轉(zhuǎn)變?yōu)樗猱a(chǎn)物，最終SDF提取率升高。pH過高或者過低都可能導(dǎo)致SDF提取率降低。因此，適宜pH范圍是6.0～7.0。

2.3 正交試驗

在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用正交試驗對影響提取SDF的4個因素：α-淀粉酶酶用量、酶解溫度、酶解時間、pH進(jìn)行條件優(yōu)化。正交試驗因素和水平見表1，試驗結(jié)果見表2。

表1 正交試驗因素和水平設(shè)計

表2 正交試驗結(jié)果

由表2可知，極差值A(chǔ)>C>B>D，故4個因素對試驗的結(jié)果影響順序為：酶用量>酶解溫度>酶解時間>pH。對于酶用量，k3>k2>k1，對于酶解時間，k3>k1>k2，對于酶解溫度，k2>k1>k3，對于pH，k1>k2=k3。由此得到各因素最佳組合為A3B3C2D1，即最佳工藝條件是：酶用量2.0%、酶解溫度75 ℃、酶解時間90 min、pH 6.0。在此條件下，米糠SDF提取率最高。為了考察提取工藝穩(wěn)定性，進(jìn)行3次平行驗證試驗。驗證試驗結(jié)果表明，在最佳工藝條件下，得到米糠SDF提取率為31.59%，與預(yù)測值相吻合，說明此模型可行。

2.4擠壓膨化工藝對米糠中可溶性膳食纖維結(jié)構(gòu)及物化特性的影響

2.4.1 持水力、膨脹力、結(jié)合水力及結(jié)合脂肪能力

由于米糠SDF的物化特性直接影響其生理功能特性，因此通過研究擠壓膨化對米糠SDF物化特性的影響，可得到擠壓膨化處理對SDF生理功能特性的影響。采用1.3的方法測定擠壓膨化前后持水力、膨脹力、結(jié)合水力及結(jié)合脂肪能力的變化，結(jié)果見表3。

表3 擠壓處理前后米糠SDF的物化特性

由表3可知，米糠經(jīng)過擠壓膨化預(yù)處理后，SDF的物化特性得到顯著改善。這是由于高溫高剪切擠壓力的作用，使不溶性大分子纖維斷裂，轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿拥目扇苄越M分，從而增加了產(chǎn)品的持水力、膨脹力、結(jié)合水力及結(jié)合脂肪能力。結(jié)果表明，擠壓膨化處理可增強(qiáng)米糠SDF的生理功能特性。

2.4.2 掃描電子顯微鏡分析

通過掃描電鏡觀察，進(jìn)一步對擠壓輔助酶解提取的米糠可溶性膳食纖維結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行分析，確定其表面形態(tài)，如圖3。

圖3 擠壓膨化處理前后米糠SDF掃描電鏡圖

由圖3可見，未經(jīng)擠壓膨化處理的米糠SDF在500倍SEM圖中呈團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，表面凹凸不平，擠壓處理后有較明顯的團(tuán)狀顆粒結(jié)構(gòu)，表面結(jié)構(gòu)呈無定形分散狀，其內(nèi)部由纖維素類物質(zhì)形成支撐主體。未經(jīng)處理的米糠SDF在2 000倍SEM圖中表面呈不規(guī)則粗糙狀，處理后有明顯蜂窩纖維狀結(jié)構(gòu)，大多數(shù)體積較大的微粒表面粘結(jié)著小顆粒，表面形態(tài)疏松。這可能是由于米糠在擠壓機(jī)高溫高壓、高剪切力的條件下發(fā)生淀粉糊化、降解，蛋白變性等變化，各成分間也經(jīng)歷了由原來結(jié)合態(tài)的機(jī)械分離，到擠壓強(qiáng)制融合的歷程。酶解將大分子分解為小分子物質(zhì)，在此過程中，纖維多糖的糖苷鍵以及氫鍵作用力被破壞，導(dǎo)致纖維多糖降解，聚合度下降，同時增大了顆粒表面積，使SDF具有良好的持水性和溶解性。米糠中所含營養(yǎng)成分大多達(dá)到了熔融分離狀態(tài)，有利于人體消化吸收和進(jìn)一步綜合利用。

2.4.3 差示掃描熱量分析

采用差示掃描熱量儀對擠壓前后米糠SDF熱性能進(jìn)行研究，DSC曲線如圖4。從DSC曲線中，一方面可以看出，SDF吸收峰峰值在70～85 ℃區(qū)間內(nèi)，該反應(yīng)在性質(zhì)上是吸熱的，這可能是由于纖維素中水分的揮發(fā)。另一方面，擠壓處理前后米糠SDF在200 ℃以下是相對穩(wěn)定的，沒有表現(xiàn)出任何顯著的放熱峰，表明其結(jié)晶度低，同時說明擠壓處理沒有改變米糠可溶性膳食纖維的降解機(jī)理，有較好的熱穩(wěn)定性。

注：a為未經(jīng)擠壓膨化處理，b為擠壓膨化處理。圖4 擠壓膨化處理前后米糠SDF的DSC曲線

3 結(jié)論

3.1 擠壓膨化輔助酶解提取米糠中可溶性膳食纖維是一種綠色高效的新型提取方法，其最優(yōu)工藝條件為：擠壓溫度130 ℃、螺桿速度200 r/min、物料含水量20%，酶用量2.0%、酶解溫度75 ℃、酶解時間90 min、pH 6.0。在此條件下，可溶性膳食纖維提取率較高，可達(dá)30.35%。

3.2 與未經(jīng)擠壓膨化處理提取的可溶性膳食纖維相比，擠壓膨化輔助提取的可溶性膳食纖維具有較高持水力、結(jié)合水力、溶脹力、結(jié)合脂肪能力及豐富的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

3.3 通過掃描電鏡及差示掃描熱量分析可知，采用擠壓膨化工藝提取的米糠可溶性膳食纖維表面形態(tài)疏松，呈蜂窩顆粒狀，其內(nèi)部營養(yǎng)成分呈熔融狀態(tài)，有利于膳食纖維的進(jìn)一步加工和綜合利用。同時，擠壓膨化處理未改變米糠可溶性膳食纖維的降解機(jī)理，熱力學(xué)相對穩(wěn)定。

[1]Hemery Y, Chaurand M, Holopainen U, et al. Potential of dry fractionation of wheat bran for the development of food ingredients, part I: Influence of ultra-fine grinding[J]. Journal of Cereal Science, 2011, 53(1): 1-8

[2]Vitaglione P, Napolitano A, Fogliano V. Cereal dietary fibre: a natural functional ingredient to deliver phenolic compounds into the gut[J]. Trends in Food Science & Technology, 2008, 19(9): 451-463

[3]Slavin J L. Dietary fiber and body weight[J]. Nutrition, 2005, 21(3): 411-418

[4]Wan Y, Prudente A, Sathivel S. Purification of soluble rice bran fiber using ultrafiltration technology[J].LWT-Food Science and Technology, 2012, 46(2): 574-579

[5]Bhattacharya S，Prakash M. Extrusion of blends of rice and chick pea flours: A response surface analysis[J].Journal of Food Engineering, 1994, (21): 315-330

[6]Chen Y, Ye R, Yin L, et al. Novel blasting extrusion processing improved the physicochemical properties of soluble dietary fiber from soybean residue and in vivo evaluation[J]. Journal of Food Engineering, 2014, 120(1): 1-8

[7]Brownlee I A. The physiological roles of dietary fiber[J].Food Hydrocolloids, 2011, 25(2): 238-250

[8]Rao P R, Rao P U. Effect of processing on dietary fiber content of cereals and pulses[J]. Plant Foods for Human Nutrition, 1997(50): 249-257

[9]Kendall C W C, Esfahani A, Jenkins D J A. The link between dietary fibre and human health[J]. Food Hydrocolloids, 2010, 24(1): 42-48

[10]Elleuch M, Bedigian D, Roiseux O, et al.Dietary fibre and fibre-rich by-products of food processing: Characterisation, technological functionality and commercial applications: A review[J].Food Chemistry, 2011, 124(2): 411-421

[11]Huang Z Y, Ye R, Chen J W, et al. An improved method for rapid quantitative analysis of the insoluble dietary fiber in common cereals and some sorts of beans[J]. Journal of Cereal Science, 2013, 57(3): 270-274

[12]婁海偉, 遲玉杰. 擠壓豆渣中可溶性膳食纖維制備工藝的優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2009, 25(6): 285-289

Lou Haiwei, Chi Yujie. Optimization of technology for preparing soluble dietary fiber from extruded soybean residue[J]. Transactions of the CSAE, 2009, 25(6) : 285-289

[13]潘利華，徐學(xué)玲，羅建平. 超聲輔助提取水不溶性大豆膳食纖維及其物理特性[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2011, 27(9): 387-392

Pan Lihua, Xu Xueling, Luo Jianping. Ultrasound-assisted extraction of insoluble dietary fiber from soybean and its physical properties[J].Transactions of the CSAE, 2011, 27(9):387-392

[14]王旭, 王鵬, 王娜, 等. 米糠營養(yǎng)速溶粉工藝優(yōu)化[J]. 食品與機(jī)械, 2014, 30(5): 247-252

Wang Xu, Wang Peng, Wang Na, et al. Technology optimization of nutritional rice bran instant powder[J].Food and machinery, 2014, 30(5): 247-252

[15]Robertson J A, De Monredon F D, Dysseler P , et al. Hydration properties of dietary fibre and resistant starch: a European collaborative study[J]. LWT-Food Science and Technology,2000,33(2):72-79

[16]Garau M C, Simal S, Rossell C, et al. Effect of air-drying temperature on physico-chemical properties of dietary fibre and antioxidant capacity of orange (Citrusaurantiumv.Canoneta) by-products[J].Food Chemistry, 2007, 104(3): 1014-1024

[17]鄭建仙, 耿立萍, 高孔榮, 等. 蔗渣膳食纖維擠壓改性的研究(I)-擠壓蒸煮對蔗渣膳食纖維組成與含量的影響[J]. 中國糧油學(xué)報, 1997, 12(4): 44-48

Zheng Jianxian, Geng Liping, Gao Kongrong, et al. Studies on extrusion modification of bagasse dietary fiber (I)-effects of extrusion-cooking on dietary fiber composition and content[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 1997, 12(4): 44-48

[18]婁海偉，遲玉杰. 擠壓蒸煮對豆渣中可溶性膳食纖維含量的影響[J]. 中國糧油學(xué)報, 2009, 24(6): 31-35

Lou Haiwei, Chi Yujie. Effects of extrusion-cooking on soluble dietary fiber in soybean residue[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2009, 24(6): 31-35

[19]李娜，寧正祥，祝子坪，等. 豆渣膳食纖維的制備及性能研究[J]. 食品科學(xué), 2009, 30(20): 251-254

Li Na, Ning Zhengxiang, Zhu Ziping, et al. Preparation and characterization of dietary dibers from soybean dregs[J]. Food Science, 2009, 30(20): 251-254

[20]劉婷婷, 張傳智, 浦靜舒, 等. 雙螺桿擠出工藝對米糠可溶性膳食纖維含量的影響[J]. 食品科學(xué), 2011, 32(24): 41-45

Liu Tingting, Zhang Chuanzhi, Pu Jingshu, et al. Effect of twin-screw extrusion conditions on soluble dietary fiber content of rice bran[J]. Food Science, 2011, 32(24):41-45

[21]張艷榮, 卜佳瑩, 楊小盈, 等. 玉米膳食纖維擠出功能化及粒度對其物性的影響研究[J]. 食品科學(xué), 2009, 30(10): 127-130

Zhang Yanrong, Bu Jiaying, Yang Xiaoying, et al. Extrusion functionalization of corn dietary fiber and effects of particle size on its physical properties[J]. Food Science, 2009, 30(100): 127-130

[22]張艷榮, 王大為, 祝威. 高品質(zhì)玉米膳食纖維生產(chǎn)工藝的研究[J]. 食品科學(xué), 2004, 25(9): 213-217

Zhang Yanrong, Wang Dawei, Zhu Wei. Study on production technique of high quality corn dietary fiber[J]. Food Science, 2004, 25(9): 213-217

[23]姜竹茂, 陳新美, 繆靜. 從豆渣中支取可溶性膳食纖維的研究[J]. 中國糧油學(xué)報, 2001, 16(3): 52-55

Jiang Zhumao, Chen Xinmei, Miao Jing. Producing soluble dietary fiber from bean dregs[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2001, 16(3): 52-55

[24]涂宗財, 段鄧樂, 王輝, 等. 豆渣膳食纖維的結(jié)構(gòu)表征及其抗氧化性研究[J]. 中國糧油學(xué)報, 2015, 30(6): 22-26

Tu Zongcai, Duan Dengle, Wang Hui, et al. Stuctural characterization and antioxidant activity of soybean dregs dietary fiber[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2015, 30(6): 22-26.

Extrusion-Assisted Extraction Process of Rice Bran Soluble Dietary Fiber and Its Properties

Wang Xu1Liang Dong2Xu Yang1Ma Shibang3Shi Huanru1
(College of Engineering, China Agricultural University1, Beijing 100083) (College of Food Science & Nutritional Engineering, China Agricultural University2, Beijing 100083)(College of Mechatronic Engineering, Nanyang Normal University3, Nanyang 473061)

In this paper, the process of extrusion-assisted enzymatic hydrolysis to extract the soluble dietary fiber was optimized based on single factor and orthogonal experiments, with fresh rice bran as the material. In addition, the effect of different extruding processes and enzyme conditions on the soluble dietary fiber content was analyzed. At the same time, the physicochemical properties of soluble dietary fiber were presented by scanning electron microscope (SEM) and differential scanning calorimeter (DSC). The results showed that soluble dietary fiber had high productivity of 30.35% under the condition of extrusion temperature of 130 ℃, the screw speed of 200 r/min, material water content of 20%, enzyme dosage of 2.0%, enzymatic hydrolysis temperature of 75 ℃, hydrolysis time of 90 min, pH of 6.0. The surface morphology of rice bran soluble dietary fiber was loose and honeycomb. Inter body was composed of cellulose material, which made a relatively stable thermodynamics of soluble dietary fiber. Compared with the un-extrusion processing, the soluble dietary fiber extracted by the extrusion-assisted had higher retention ability, water binding ability, swelling ability, bound fat ability, and the structure characterization and physiological functional properties were improved.

rice bran, soluble dietary fiber, extrusion, enzymatic hydrolysis, structural and physicochemical properties

S188

A

1003-0174(2017)09-0153-07

863計劃(2014AA021904)

2016-05-05

王旭，女，1990年出生，博士，農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程

徐楊，女，1963年出生，教授，農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程