青稞膳食纖維的改性工藝研究

王成祥 張美娜 李婉珍 宋平 王彪

摘 要：為評(píng)價(jià)青稞膳食纖維的功能特性，通過微粉碎、超聲波、酶解及超聲輔助酶解法對(duì)青稞膳食纖維進(jìn)行改性，測(cè)定改性后青稞膳食纖維的吸水性、膨脹力、吸附葡萄糖能力以及對(duì)α-淀粉酶抑制能力。結(jié)果表明：超聲輔助酶解改性后，可溶性青稞膳食纖維含量最高，為12.6%;持水力為4.3g/g，持油力為5.2g/g，α-淀粉酶抑制活性為40.1%，均優(yōu)于其他幾種改性方法;酶解改性后青稞膳食纖維吸附葡糖糖能力最強(qiáng)，約為9.7mmol/g。由此可見，超聲輔助酶解法為青稞膳食纖維主要功能改性的較佳方法。

關(guān)鍵詞：青稞;膳食纖維;改性工藝;超聲;酶解

中圖分類號(hào) TS210.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2020）17-0126-04

Study on the Modification Technology of Highland Barley Dietary Fiber

WANG Chengxiang1 et al.

（1Hebei Tongfu porridge Food Co.，Ltd，Shijiazhuang 050000， China）

Abstract： The modified barley dietary fiber was modified by micro grinding， ultrasonic， enzymolysis and ultrasonic assisted enzymolysis. The functional characteristics of the modified barley dietary fiber were evaluated by measuring its water absorption， swelling power， glucose adsorption capacity and α-amylase inhibition capacity. The results showed that the content of soluble dietary fiber of highland barley was the highest （12.6%）， the water holding capacity （4.3g/g）， oil holding capacity （5.2g/g） and the inhibition of α-amylase （40.1%） were better than other methods， and the ability of glucose adsorption of highland barley dietary fiber was the strongest （about 9.7mmol/g）. Ultrasonic assisted enzymatic hydrolysis is a better method to modify the main function of barley dietary fiber.

Key words： Highland barley;Dietary fiber;Modification technology ;Ultrasonic; Enzymatic hydrolysis

近年來，隨著生活水平的提高，人們的膳食結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，與膳食結(jié)構(gòu)有關(guān)的“富貴病”的發(fā)病率逐年上升。研究表明，飲食中的膳食纖維攝入量的減少是導(dǎo)致“富貴病”發(fā)病率高的主要原因之一[1]。膳食纖維是一類不易被人體消化吸收且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多糖類天然大分子物質(zhì)的總稱，在食品加工中具有廣泛的應(yīng)用[2]。大量研究表明：膳食纖維具有多種生理功能，可以維持人體內(nèi)正常的血糖、血脂和蛋白質(zhì)水平;能夠預(yù)防糖尿病、高血壓等疾病[3-4]，被稱為“第七營(yíng)養(yǎng)素”。根據(jù)溶解性的不同，膳食纖維可分為不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber， IDF）和可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber， SDF）兩大類[5-6]，SDF功能性更強(qiáng)[7]。

我國(guó)青稞廣泛種植于青藏高原地區(qū)，品種多，資源極其豐富。青稞具有高蛋白、高纖維、高維生素和低脂肪、低糖（“三高兩低”）的特性，是谷類中的佳品[8]。如何對(duì)青稞膳食纖維進(jìn)行改性，提高其生理活性，更好地對(duì)其進(jìn)行開發(fā)利用，成為眾多學(xué)者深入研究的重點(diǎn)。筆者利用微粉碎、超聲波、酶解以及超聲波輔助酶解對(duì)青稞膳食纖維進(jìn)行改性，研究改性前后青稞膳食纖維的基本成分、物化性質(zhì)以及功能特性的變化，以篩選出較佳的青稞膳食纖維改性方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑 青稞米（市售）;耐高溫α-淀粉酶10萬μ/g（安徽工程大學(xué)生化學(xué)院實(shí)驗(yàn)室）;木瓜蛋白酶（酶活2000U/mg）、s10017糖化酶10萬μ/g（上海源葉生物有限公司）;纖維素酶≥30μ/mg（合肥博美生物科技有限責(zé)任公司）;馬鈴薯淀粉（BOMEI實(shí)驗(yàn)商城）;體積分?jǐn)?shù)為95%乙醇;其他試劑均為分析級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備 多功能粉碎機(jī)（永康市鉑歐五金制品有限公司）;HH-S4數(shù)顯恒溫水浴鍋（常州普天儀器制造有限公司）;L-550離心機(jī)（湖南湘儀儀器開發(fā)有限公司）;L3可見分光光度計(jì)（上海儀電儀器分析有限公司）;傅立葉變換紅外光譜（日本島津IRPrestige-21）;X射線衍射儀（德國(guó)布魯克D8）;場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（日本日立S-4800）;差式掃描量熱儀（日本島津DSC-60A）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 青稞膳食纖維的制備工藝 青稞→預(yù)處理→過篩→淀粉酶酶解→蛋白酶酶解→糖化→離心→沉淀（乙醇洗滌2～3次）→干燥（60℃）→粉碎（60 目篩）→青稞膳食纖維。

1.3.2 改性膳食纖維的制備工藝 改性膳食纖維的制備工藝詳見圖1。

1.3.3 持水力的測(cè)定[9] 稱取0.5g膳食纖維粉m0于已知質(zhì)量的50mL離心管中，加蒸餾水20mL，搖勻于室溫下漩渦震蕩12h，4000r/min離心10min，棄上清液，并用吸水紙吸干離心管壁殘留的水分，稱量并計(jì)算試樣吸水后質(zhì)量m1。

持水力（g/g）=[m1-m0m0] （1）

式中：[m1]為樣品濕重（g）;[m0]為樣品干重（g）。

1.3.4 膨脹力的測(cè)定[10] 稱取0.5g膳食纖維粉W0置于20mL量筒中，測(cè)定體積V1后，加10mL蒸餾水，室溫下靜置24h，測(cè)定吸水后體積V2，計(jì)算膨脹力。

膨脹力（mL/g）=[V2-V1W0] （2）

式中：[V2]為吸水后樣品體積;[V1]為吸水前樣品體積;[W0]為樣品重量。

1.3.5 持油力的測(cè)定[11] 稱取1.0g膳食纖維于50mL離心管中，加入大豆油30mL，攪拌均勻后靜置16h，5000r/min離心10min，完全去掉上油層，稱質(zhì)量，計(jì)算樣品持油性。

持油性（g/g）=[m2-m1m1] （3）

式中：[m2]為樣品吸油后的質(zhì)量（g）;[m1]為樣品干重（g）。

1.3.6 膳食纖維吸附葡萄糖能力的測(cè)定[12] 稱取0.5g青稞膳食纖維，在100mL葡萄糖溶液中（100mmol/L）于37℃磁力攪拌 6h，溶液離心（4000r/min，20min），以葡萄糖溶液（100mmol/L）為空白，取上清液1000μL，測(cè)定溶液中的葡萄糖含量，按公式（4）轉(zhuǎn)換為吸收葡萄糖能力。

χ2=[（C0-C1）×VM] （4）

式中：χ2為膳食纖維吸附葡萄糖能力（mmol/g）;[C0]為葡萄糖溶液的濃度（mmol/L）;[C1]為上清液中葡萄糖的濃度（mmol/L）;V為測(cè)定時(shí)葡萄糖溶液的體積;M為樣品質(zhì)量。

1.3.7 膳食纖維抑制淀粉酶活性的測(cè)定[9] 稱取1g青稞膳食纖維，加入40mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%馬鈴薯淀粉溶液溶解，加入300μL耐高溫α-淀粉酶，90℃混合酶解1h，滅酶，溶液離心（3000r/min，15min），取上清液300μL測(cè)定葡萄糖的含量，轉(zhuǎn)換為抑制耐高溫α-淀粉酶活性。以不加膳食纖維的酶解體系為空白，計(jì)算膳食纖維抑制淀粉酶活性。

[Χ=λ0-λ1λ0] （5）

式中：[Χ]為膳食纖維抑制淀粉酶活性（%）;[λ0]為空白中葡萄糖濃度（mmol/L）;[λ1]為樣品中葡萄糖的濃度（mmol/L）;

2 結(jié)果與分析

2.1 改性對(duì)青稞可溶性膳食纖維含量的影響 采用不同方法對(duì)青稞膳食纖維進(jìn)行改性，改性后青稞可溶性膳食纖維的含量如圖2所示。由圖2可知，微粉碎處理對(duì)青稞中SDF含量的影響較小，處理后，SDF含量?jī)H增加了0.5%;而超聲和酶解單獨(dú)及聯(lián)合使用均能明顯促進(jìn)青稞中IDF向SDF轉(zhuǎn)變，使SDF的含量顯著增加，其中超聲輔助酶法效果最佳;超聲輔助酶法作用后，青稞中SDF含量可達(dá)12.6%，優(yōu)于高品質(zhì)膳食纖維標(biāo)準(zhǔn)（SDF≥10%）。楊開等[13]使用纖維素酶改性雷筍膳食纖維，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可溶性膳食纖維含量從1.0%增加至6.8%，表明纖維素酶酶解處理可顯著影響雷筍中可溶性膳食纖維的含量，這與本次研究結(jié)論一致。

2.2 改性對(duì)青稞膳食纖維物化特性的影響 膳食纖維進(jìn)入人體胃、腸等消化道后，通過其持水性、持油性和膨脹性等特性吸收食物中的水分和油脂，體積發(fā)生膨脹進(jìn)而引起人體的飽腹感，不僅能有效減少人體進(jìn)食量和脂肪攝入量，還能促進(jìn)腸道蠕動(dòng)，加速糞便排出、減輕毒素危害[14]。不同方法改性后青稞膳食纖維的持水性、持油性及膨脹性等特性測(cè)定結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，不同方法改性后的青稞膳食纖維在持水性、持油性和膨脹性等方面均比改性前得到了不同程度的提高，其中超聲波改性后的青稞膳食纖維膨脹性最好，較改性前約增大了2倍。超聲輔助酶解改性后的青稞膳食纖維的持水性和持油性最好，較改性前分別增大了1.8倍和1.6倍，表明超聲波處理對(duì)膳食纖維的結(jié)構(gòu)影響較大，這與阮之陽等的研究結(jié)果一致。

2.3 改性對(duì)青稞膳食纖維吸附葡萄糖能力的影響 膳食纖維可吸附葡萄糖，阻礙葡萄糖的擴(kuò)散，降低小腸內(nèi)葡萄糖的有效濃度，從而降低機(jī)體餐后血糖水平。不同改性方法對(duì)膳食纖維吸附葡萄糖能力的影響如圖4所示。由圖4可知，酶解及超聲輔助酶解法改性后的青稞膳食纖維對(duì)葡萄糖的吸附效果較好，吸附能力分別為9.7、9.5mmol/g;微粉碎改性后的青稞膳食纖維對(duì)葡萄糖的吸附能力也有明顯提高，達(dá)到9.1mmol/g;酶解改性最有利于青稞膳食纖維葡萄糖吸附能力的提升。黃六容等[16]研究了幾種不同方法對(duì)大蒜秸稈膳食纖維的改性效果，其中對(duì)葡萄糖吸附能力提升較好的是超聲及超聲輔助酶解工藝，葡萄糖吸附力分別達(dá)到了7.9、7.3mmol/g，這與本研究結(jié)果一致。

2.4 改性對(duì)青稞膳食纖維α-淀粉酶活性抑制能力的影響 α-淀粉酶活性抑制能力是體外評(píng)價(jià)膳食纖維降血糖活性的重要指標(biāo)，未改性膳食纖維和4種改性后膳食纖維的α-淀粉酶活性抑制能力如圖5所示。由圖5可知，原青稞膳食纖維的α-淀粉酶活性抑制能力為14.7%;改性后，青稞膳食纖維的α-淀粉酶活性抑制能力均有不同程度提升，其中，酶解、酶解-超聲波聯(lián)合改性后的青稞膳食纖維的 α-淀粉酶活性抑制能力分別達(dá)到31.8%和40.1%，顯著高于微粉碎（20.2%）和超聲波（25.0%）。酶法-超聲波聯(lián)合改性提高了IDF向SDF的轉(zhuǎn)化效率、比表面積以及α-淀粉酶-淀粉-膳食纖維體系的黏度，使更多的淀粉分子和α-淀粉酶被包裹在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的膳食纖維中，從而阻礙了淀粉分子和α-淀粉酶的接觸，有效降低了α-淀粉酶的活性。

3 結(jié)論

利用微粉碎、超聲波、酶解以及酶解-超聲波聯(lián)合改性對(duì)青稞膳食纖維進(jìn)行處理，結(jié)果表明：酶解-超聲波聯(lián)合改性后的青稞膳食纖維中SDF含量最高，其持水力、膨脹力、α-淀粉酶抑制能力均優(yōu)于其他幾種改性方法，超聲波改性后的膳食纖維持油力最高。由此可見，酶解-超聲波聯(lián)合改性是對(duì)青稞膳食纖維進(jìn)行改性的較佳工藝，可用于青稞膳食纖維類相關(guān)產(chǎn)品的開發(fā)與研制。

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（責(zé)編：徐世紅）