麥麩膳食纖維加工和利用研究進(jìn)展

邢家溧，杜志紅，周靜，任彬，承海，丁源，徐曉蓉，羅小虎，*

（1.寧波市食品檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，浙江寧波315048；2.寧波大學(xué)海洋學(xué)院，浙江寧波315211；3.江南大學(xué)糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，江蘇無錫214122；4.江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫214122；5.連云港市質(zhì)量技術(shù)綜合檢驗(yàn)檢測(cè)中心，江蘇連云港222003；6.嶺南師范學(xué)院生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣東湛江524048）

膳食纖維，作為七大營(yíng)養(yǎng)素之一，對(duì)人體的健康具有重要作用。多項(xiàng)研究表明，攝入適量的膳食纖維可以預(yù)防或者緩解由代謝紊亂而產(chǎn)生的代謝綜合癥，如糖尿病[1]、高膽固醇[2]，結(jié)腸癌[3]，肥胖[4]。麥麩作為膳食纖維的重要來源，不僅來源充足，而且價(jià)格實(shí)惠。此外，麥麩中還含有豐富的維生素、礦物質(zhì)、蛋白質(zhì)和人體必需氨基酸。根據(jù)膳食纖維在水中的溶解能力，它可以被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），這主要由主鏈或側(cè)鏈的多糖結(jié)構(gòu)決定，不規(guī)則為易溶，規(guī)則的為不可溶。此外，膳食纖維的可溶性也會(huì)受到官能團(tuán)（-COOH或SO42-）、溫度和離子強(qiáng)度的影響[5]。SDF和IDF功能特點(diǎn)各不相同，SDF表現(xiàn)為增加黏度，降低血糖反應(yīng)[6]和提高膽汁酸鹽和葡萄糖吸附性以及α-淀粉酶抑制活性[7]，而IDF則表現(xiàn)為降低孔隙率和密度[8]，增加糞便體積、減少腸道運(yùn)輸時(shí)間[4]，其持水能力，吸油能力和有毒離子吸附能力比SDF更強(qiáng)[9]。

國(guó)內(nèi)對(duì)于麥麩膳食纖維的研究多集中于添加麥麩膳食纖維食品的工藝優(yōu)化以及膳食纖維的提取工藝與改性技術(shù)，對(duì)麥麩膳食纖維的功能特性研究甚少。相比較而言，由于飲食文化與科技發(fā)展程度的不同，歐美國(guó)家對(duì)麥麩膳食纖維的研究更趨成熟，關(guān)于麥麩膳食纖維在食品體系中作用機(jī)理的研究也更加完善。本文綜合分析了麥麩膳食纖維的提取工藝與功能性質(zhì)在食品體系中的應(yīng)用，為麥麩膳食纖維的加工利用提供參考。

1 麥麩膳食纖維的提取方式

為了得到麥麩膳食纖維，通常需將其從麥麩中分離出來。不同的提取方法所得到的膳食纖維產(chǎn)品的功能特性、化學(xué)組成以及溶解性會(huì)有所不同。目前較為常用的膳食纖維提取方法：熱法、化學(xué)法、酶法、酶-化學(xué)法、超聲波或者微波輔助酶法[10]。熱法提取纖維素是最常用的方法之一，包括熱水或沸水提取、微波加熱提取、亞臨界條件下的水浸提。熱法溫度范圍一般為60℃～100℃，時(shí)間20min～120min，易破壞熱敏性成分[10]?；瘜W(xué)法是將粗產(chǎn)品或者原料干燥、磨碎后，用相應(yīng)的化學(xué)試劑（堿、酸、氧化劑或者漂白劑、溶劑、螯合劑）處理除去脂肪、淀粉、蛋白質(zhì)等成分后得到膳食纖維的方法，此方法會(huì)損失大量SDF，并且所得膳食纖維產(chǎn)品的純度不高[11]。酶法指用糖化酶、蛋白酶、α-淀粉酶等酶處理麥麩后，從中提取出膳食纖維，酶法提取得到的膳食纖維含量一般高于化學(xué)法，但酶法較為消耗時(shí)間[12-13]。酶-化學(xué)法提取膳食纖維指用化學(xué)法先除去麥麩中的蛋白質(zhì)，再用酶法去除淀粉，得到的產(chǎn)物主要為IDF[14]。

相關(guān)研究表明，相比IDF、SDF形成凝膠能力以及乳化能力更強(qiáng)。由于麥麩中提取的SDF占比很小，因此各種新的提取技術(shù)相繼被提出，以提高SDF的提取量，其中復(fù)合酶法不但可以使膳食纖維發(fā)生酶解，部分轉(zhuǎn)變?yōu)镾DF，而且還可以去除淀粉、蛋白質(zhì)等成分，同時(shí)提高SDF的含量和純度。例如Mrabet A等[15]對(duì)水果纖維濃縮物進(jìn)行酶解，得到的SDF含量從1.8 g/100 g增加到6.3 g/100 g，IDF/SDF的比率從19降低到2～3。同時(shí)爆破擠壓法[16]養(yǎng)成分條件下，顯著地提高了SDF含量。Yan等[12]將經(jīng)過擠壓爆破處理后的脫油麥麩經(jīng)過酶解，提取得到的SDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)16.72%，相比傳統(tǒng)得率2%～5%[17]，SDF含量得到了顯著的提高。

同時(shí)，為了改變膳食纖維中各成分的比例以強(qiáng)化膳食纖維的功能特性，該行業(yè)已經(jīng)提出并發(fā)展了多種其它的膳食纖維改性方法：如擠壓蒸煮技術(shù)[16]、高壓微流化技術(shù)[17]、酶（纖維素酶或者木聚糖酶）熱處理技術(shù)[18]、濕熱/酸熱處理技術(shù)[19]、高水壓處理技術(shù)[8]、高靜水壓力結(jié)合酶法[20]、高靜水壓力結(jié)合堿法[21]、微生物轉(zhuǎn)化技術(shù)[22]，超微粉碎技術(shù)[23-24]、超聲波輔助酶法[25-26]等。

2 麥麩膳食纖維的功能性質(zhì)

膳食纖維的功能性質(zhì)可以分為生理功能與理化加工性能兩個(gè)方面。在理化加工方面，膳食纖維有很好的水合性質(zhì)、持油性，形成凝膠和高黏度溶液的能力；在生理功能方面，膳食纖維具有抗氧化活性[12]以及清除部分自由基的能力[10]。因此，膳食纖維在改善谷物和肉等制品的顏色、質(zhì)地、持水容量、凝膠容量等方面具有巨大的利用價(jià)值[27-32]。

2.1 凝膠性質(zhì)

纖維凝膠體系在保持流體特性的同時(shí)也表現(xiàn)出顯著的固體特性[33]，其作為低卡路里含量產(chǎn)品，可作為脂肪替代物使用。麥麩纖維常在食品中表現(xiàn)出不良特性，如麥麩膳食纖維粉加入肉丸中會(huì)使肉丸硬度增加、彈性降低、切面和口感粗糙[34]。但通過高速剪切作用可以破壞其天然纖維結(jié)構(gòu)得到光滑度、持水力更高、品質(zhì)良好的纖維素纖維凝膠，從而促進(jìn)麥麩纖維在食品中的應(yīng)用[35]。Inglett等[35]用堿將玉米麩皮細(xì)胞壁完全分解，然后回收固體并用過氧化氫處理產(chǎn)生無色產(chǎn)物，再經(jīng)干燥等過程得到凝膠固體，其易分散于水中，復(fù)水后形成高黏度凝膠，通過在復(fù)水過程中施加不同程度的剪切力，可改變凝膠的光滑度和黏度，并且該凝膠無味，持水能力更高。相關(guān)研究表明經(jīng)過酸法、堿法、酶法改性處理的SDF具有良好的交聯(lián)性質(zhì)和彈性，更夠截留更多水分形成強(qiáng)度穩(wěn)定的凝膠[19，36]。這對(duì)于麥麩膳食纖維凝膠的開發(fā)使用有很大參考價(jià)值。

2.2 黏度增強(qiáng)劑

不同膳食纖維所表現(xiàn)出的黏性不同，膳食纖維中纖維、木質(zhì)素等幾乎無黏性，果膠、樹膠等則黏性較強(qiáng)[37]。SDF是黏度增加的主要原因[38]，與其濃度呈正相關(guān)。此外，膳食纖維溶液溫度也對(duì)黏度有影響，溫度升高，黏度降低[5]。Grigelmo-Miguel等[39]將富含SDF的桃纖維取代工業(yè)果膠加入草莓醬中出現(xiàn)了假塑性現(xiàn)象，果醬的黏度隨著膳食纖維添加量的增加而上升，并且與原果醬一樣受到消費(fèi)者認(rèn)可。在肉制品中，Agar等[27]將富含SDF的甜菜纖維加入肉糜乳液中，提高了肉糜乳液的黏度，改善了肉糜的流變特性、質(zhì)構(gòu)、和紋理。麥麩中SDF的含量較低，因此麥麩膳食纖維摻入果醬類產(chǎn)品中會(huì)遇到很多阻礙，可以直接向目標(biāo)物中加入麥麩膳食纖維中的SDF或者改進(jìn)提取方法提高麥麩膳食纖維中SDF含量，從而增加麥麩膳食纖維在此類產(chǎn)品中的適用性。

2.3 水合性質(zhì)

膳食纖維的水合性質(zhì)一般由持水性（water-holding capacity,WHC）和溶脹性（swelling capacity,SC）量化。這些性質(zhì)主要與膳食纖維中多糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)以及所處的環(huán)境條件有關(guān)，如孔隙率、孔徑、離子形式、pH值、溫度、離子強(qiáng)度和種類、對(duì)纖維的應(yīng)力以及處理和提取條件[5，40]。高壓均質(zhì)處理纖維素類產(chǎn)品，在機(jī)械作用下，膳食纖維孔隙率、密度、纖維結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，其水合能力也隨之改變[41-42]。Fayin等[23]也證實(shí)了纖維微粉化后，由于粒徑減小，纖維水合能力顯著下降。膳食纖維的WHC值還與IDF的含量密切相關(guān)，因水在表面張力的存在下會(huì)被截留在纖維毛細(xì)管中。膳食纖維原料經(jīng)過55℃、600 MPa靜水壓處理后，其WHC、SC值顯著降低，當(dāng)靜水壓和溫度改變后，膳食纖維的水合性質(zhì)又會(huì)隨之改變[8，43]。此外，當(dāng)制備纖維的纖維制劑具有較低的堆積密度，則其暴露在水分周圍的極性基團(tuán)、糖醛酸基團(tuán)會(huì)更多、暴露的表面積更大，這些都會(huì)使所制得的纖維產(chǎn)品SC值增大[40]。

由于膳食纖維具有很好的持水性，其常被添加到烘焙食品中，以保持食品的新鮮度[7]。在乳制品中使用纖維也很常見，例如高SDF含量的菊粉可改善乳制品和冰淇淋的結(jié)構(gòu)和口感，減少酸奶和其它發(fā)酵乳產(chǎn)品的水分析出。這為麥麩膳食纖維在此類產(chǎn)品上的應(yīng)用提供了參考。高度不溶性小麥纖維添加到魚糜中，雖然會(huì)降低魚糜的凝膠強(qiáng)度、硬度和黏結(jié)性，但可使以上物理性質(zhì)在魚糜冷凍過程中保持相對(duì)穩(wěn)定[44]。將纖維摻入面包中可保持面包的水分和柔軟度，延緩其在儲(chǔ)藏過程中的老化現(xiàn)象，改善面包的質(zhì)地[45]。Li等[22]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過分級(jí)后具有高持水能力的麥麩SDF摻入面團(tuán)中可促進(jìn)面筋網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和吸水性，其中分級(jí)后具有中等分子量但取代度較高的SDF組分最有利于面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成，但SDF加入過多后會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)和淀粉的不完全水合，對(duì)加工過程中面團(tuán)質(zhì)量造成負(fù)面影響。此外，麥麩膳食纖維因持水能力也可以被用作結(jié)晶和再結(jié)晶的控制劑[46]。

2.4 持油性

膳食纖維除了水合性質(zhì)外，還有持油性（oil-holding capacity，OHC）。OHC與膳食纖維的結(jié)構(gòu)、顆粒表面性質(zhì)、總電荷密度[47]和組成多糖的親水性有關(guān)[5，48]。也有研究表明OHC取決于材料的體積密度[42]、粒徑[23]，體積密度越高、粒徑越低其表面積以及與脂質(zhì)結(jié)合的能力就越低[10]。此外，體系的親脂性位點(diǎn)、疏水性、毛細(xì)管力等也會(huì)影響纖維對(duì)油的親和力[49]。膳食纖維中含有大量多糖，其具有很好的起泡和乳化穩(wěn)定性，可以維持高脂肪食品體系和乳狀液的穩(wěn)定，常被用作脂肪替代物[39]。在實(shí)際應(yīng)用中，將1 g富含纖維多糖的羅勒種子種黏液取代15 g黃油摻入海綿蛋糕中，不僅改善了蛋糕的口感質(zhì)地，而且總脂肪含量也減少了75%[50]。膳食纖維加入肉制品中，在降低卡路里含量的同時(shí)，還改善了肉制品的質(zhì)地和穩(wěn)定性，如將麥麩中IDF代替脂肪加入牛肉漢堡中，不但降低了膽固醇水平，而且改善了烹飪品質(zhì)、直徑以及質(zhì)地[51]。

2.5 抗氧化性和清除自由基能力

麥麩膳食纖維中含有很多植物非淀粉多糖，這些具有高抗氧化活性的成分加入食品中可以維持脂肪食品穩(wěn)定，從而改善此類食品的氧化穩(wěn)定性以延長(zhǎng)貨架期。李新明等[52]研究發(fā)現(xiàn)麥麩膳食纖維中SDF對(duì)花生油的抗氧化性效果明顯，遠(yuǎn)優(yōu)于常用的抗氧化劑丁基羥基茴香醚、二丁基羥基甲苯、沒食子酸丙酯，同時(shí)SDF與檸檬酸、VC、磷酸表現(xiàn)出了協(xié)同增效作用，提高了SDF的抗氧化性能。Ozkaya等[53]對(duì)麥麩經(jīng)過高壓滅菌熱處理，發(fā)現(xiàn)其抗氧化活性增加了12%。Kim等[32]發(fā)現(xiàn)經(jīng)染天然紅花素的麥麩纖維摻入香腸中，不僅利于香腸顏色的形成和保持，而且可以阻止脂質(zhì)氧化，并可作為著色劑和抗氧化劑代替亞硝酸鹽摻入肉制品中。Zhang等[54]表明麥麩膳食纖維可以有效地吸附、去除多環(huán)芳烴等異生素，降低致癌風(fēng)險(xiǎn)?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)提出脂質(zhì)氧化過程中產(chǎn)生的自由基與結(jié)腸癌的發(fā)生有直接關(guān)系，而麥麩膳食纖維中的多糖有很強(qiáng)的清除自由基能力，可以降低結(jié)腸癌的發(fā)病率。相關(guān)研究表明，多糖的羥基能夠在氧化還原反應(yīng)中提供電子或者氫原子，且其單糖成分和糖苷鍵與抗氧化能力高度相關(guān)[55]。麥麩SDF含有多種可溶性多糖，因此在作為天然抗氧化劑摻入功能性食品、化妝品、醫(yī)藥方面，麥麩SDF極具潛力。

3 前景與展望

麥麩膳食纖維的提取方式多樣，各種方法得到的膳食纖維組分、比例各不相同，且SDF與IDF在食品體系中表現(xiàn)的功能特性不同，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)實(shí)際的需要選擇合適的提取方法。在食品應(yīng)用中，因麥麩膳食纖維具有獨(dú)特的生理功能和加工特性，不僅可以作為食品添加劑，也可以作為新型低熱量食品的主要成分，如麥麩膳食纖維可制成保健飲料、保健纖維面包和香腸、即食小吃等食品。如今以麥麩為主成分的產(chǎn)品在消費(fèi)市場(chǎng)上占比不足，其潛在價(jià)值并未充分發(fā)揮，作為膳食纖維的豐富來源，對(duì)其進(jìn)行深入研究和開發(fā)利用對(duì)提高麥麩的綜合利用率、改善消費(fèi)者的飲食結(jié)構(gòu)具有重要意義。