豆渣中水溶性膳食纖維的提取研究

1 膳食纖維的分類(lèi)

膳食纖維具有很好的保健功能，在調(diào)節(jié)腸道功能、預(yù)防便秘、防治腸道疾病、降低血糖和血壓、減肥和預(yù)防心血管疾病方面有著很好的作用。當(dāng)前關(guān)于如何從食物或者從植物當(dāng)中提取膳食纖維，尤其是增加可溶性膳食纖維的提取量，已經(jīng)成為很多科研部門(mén)需要重點(diǎn)攻克的難題。

大豆當(dāng)中富含油脂和蛋白質(zhì)，大豆生產(chǎn)加工所剩余的豆渣當(dāng)中含有豐富的膳食纖維，通過(guò)對(duì)大豆當(dāng)中的膳食纖維進(jìn)行進(jìn)一步地分解或者提取處理，能夠大大拓展膳食纖維的具體來(lái)源，同時(shí)也能夠提高大豆資源的利用效率。大豆生產(chǎn)加工之后所產(chǎn)生的豆渣當(dāng)中的膳食纖維主要以非水溶性的膳食纖維為主，這類(lèi)膳食纖維的分子量相對(duì)較大，往往不能被人體很好地利用。水溶性的膳食纖維進(jìn)入機(jī)體之后往往不能被消化，但在熱水或溫水中能更好地溶解，這類(lèi)膳食纖維在人類(lèi)的腸道當(dāng)中能更好地與各種有害物質(zhì)相結(jié)合，從而加速各種有毒有害物質(zhì)的排出，同時(shí)還具有一定的飽腹感，在緩解肥胖以及促進(jìn)消化等方面有著很好的作用。水溶性膳食纖維的種類(lèi)多種多樣，常見(jiàn)的水溶性膳食纖維包括葡聚糖、半乳甘露聚糖等幾種[1]。水溶性膳食纖維相較于非水溶性的膳食纖維，其生理特點(diǎn)更加顯著，通過(guò)加工處理，能夠?qū)⑵渲谱鞒筛鞣N分散劑、乳化劑、穩(wěn)定劑或者黏附劑，不僅在食品加工當(dāng)中有著很好的應(yīng)用價(jià)值，而且在工業(yè)制藥等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。

2 豆渣中水溶性膳食纖維的提取方法

2.1 物理提取方法

豆渣當(dāng)中富含膳食纖維，通過(guò)對(duì)豆渣當(dāng)中的膳食纖維進(jìn)行檢測(cè)，能夠發(fā)現(xiàn)水溶性膳食纖維所占據(jù)的比例相對(duì)較少，大多數(shù)以高分子的非水溶性膳食纖維為主。因此，在進(jìn)行豆渣中水溶性膳食纖維處理過(guò)程中，就需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥幚?，將非水溶性的膳食纖維轉(zhuǎn)變成水溶性的膳食纖維，也就是利用某些技術(shù)手段將大分子的膳食纖維轉(zhuǎn)變成小分子的水溶性膳食纖維。在對(duì)豆渣中膳食纖維進(jìn)行提取處理過(guò)程中，通過(guò)在外部營(yíng)造一個(gè)高壓的環(huán)境，利用超聲波對(duì)豆渣進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥幚?，能夠使非水溶性的膳食纖維中的連接鍵斷裂，形成很多小分子形式的水溶性膳食纖維，最終能夠?qū)崿F(xiàn)非水溶性膳食纖維向著水溶性膳食纖維的轉(zhuǎn)變。例如，通過(guò)超聲波處理的方法能使大豆豆渣當(dāng)中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等大分子連接鍵產(chǎn)生斷裂。當(dāng)前物理提取水溶性膳食纖維常用到的方法包括擠壓蒸煮法、瞬時(shí)高壓處理技術(shù)以及超聲波處理技術(shù)[2]。

2.1.1 擠壓蒸煮法

擠壓蒸煮技術(shù)就是將豆渣放置在一個(gè)能夠加壓的設(shè)備當(dāng)中，給予高溫高壓作用，高溫高壓使豆渣當(dāng)中的水分迅速汽化，分子之間的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生形變，尤其是在膨化的一瞬間，能使物料結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，變得更加疏松，不僅能改善物料的風(fēng)味，還能使大分子的化合物轉(zhuǎn)變成小分子的化合物，使豆渣當(dāng)中的水溶性膳食纖維的含量進(jìn)一步增加。利用擠壓蒸煮法對(duì)大豆豆渣進(jìn)行處理，產(chǎn)生的膳食纖維當(dāng)中水溶性膳食纖維能夠增加10%～16%。

2.1.2 瞬時(shí)高壓技術(shù)

高壓處理方式與擠壓蒸煮處理方式的原理大致相同，就是將物料放置在一個(gè)密封的環(huán)境當(dāng)中，給予瞬時(shí)高壓。通過(guò)營(yíng)造高壓處理環(huán)境，使物料之間相互碰撞，相互撞擊，產(chǎn)生空穴爆炸，并利用一系列的膨化作用，使豆渣當(dāng)中的某些不溶于水的膳食纖維結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步切斷轉(zhuǎn)變成小分子可溶性的膳食纖維，從而大大提高豆渣當(dāng)中水溶性膳食纖維的含量和質(zhì)量[3]。

2.1.3 超聲波處理技術(shù)

超聲波處理技術(shù)是在一定的空間當(dāng)中所形成的一種機(jī)械振蕩，其頻率范圍較高。在密閉環(huán)境下利用超聲波對(duì)物質(zhì)進(jìn)行處理，能產(chǎn)生強(qiáng)烈的振蕩作用，與多種媒介相互作用，產(chǎn)生熱能、機(jī)械能，并且能夠產(chǎn)生較大的沖擊波，對(duì)豆渣內(nèi)部的各個(gè)組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖擊處理，從而使大分子的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，還能進(jìn)行一系列的氧化還原反應(yīng)。在這一過(guò)程中豆渣當(dāng)中的大分子的膳食纖維能夠轉(zhuǎn)變成小分子的膳食纖維，大大增加可溶性膳食纖維的含量和濃度。

2.2 化學(xué)提取方法

2.2.1 酸化處理法

在室溫條件下，豆渣當(dāng)中的很多不溶性的膳食纖維的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)相對(duì)較為穩(wěn)定。酸性環(huán)境下，適當(dāng)?shù)臏囟葧?huì)使得物質(zhì)之間出現(xiàn)不同程度的酸化反應(yīng)，使化學(xué)鍵進(jìn)一步地水解，能夠大大降低分子量使不溶性的膳食纖維向著水溶性膳食纖維轉(zhuǎn)變，同時(shí)也能使分子的聚合度逐漸下降，進(jìn)一步增加豆渣當(dāng)中水溶性膳食纖維的含量。

2.2.2 堿化處理法

與酸化處理模式相同，在進(jìn)行豆渣處理過(guò)程中，通過(guò)向其中添加一些強(qiáng)堿性的物質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)膳食纖維的有效降解處理[4]。在降解處理過(guò)程中，纖維素和半纖維素會(huì)發(fā)生剝皮反應(yīng)，具有還原性末端的糖基逐個(gè)分解下來(lái)，分解下來(lái)的糖基會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)楫愖兲撬?。堿化處理過(guò)程中需要給予適當(dāng)?shù)膒H和溫度環(huán)境，如此才能使大分子的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，使分子的聚合能力逐漸下降，在此背景之下纖維素和半纖維素就會(huì)產(chǎn)生一系列的剝脫反應(yīng)，并逐漸轉(zhuǎn)變成小分子的水溶性膳食纖維，并且所產(chǎn)生的水溶性膳食纖維大多數(shù)會(huì)以鈉鹽的形式溶解在水溶液當(dāng)中。堿化處理模式相較于酸化處理模式，其處理效率相對(duì)較低。

2.3 生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)就是利用酶處理技術(shù)或者發(fā)酵處理技術(shù)，來(lái)進(jìn)一步分解膳食纖維當(dāng)中的不溶性膳食纖維，將其轉(zhuǎn)變成水溶性的膳食纖維。酶處理方式就是在豆渣當(dāng)中添加蛋白酶，利用蛋白酶的生化作用，將豆渣當(dāng)中的蛋白質(zhì)進(jìn)一步地水解，同時(shí)再配合使用淀粉酶將大分子的淀粉轉(zhuǎn)變成小分子的糖類(lèi)，利用纖維素酶使不溶性的膳食纖維發(fā)生水解反應(yīng)，形成很多小分子的水溶性膳食纖維。發(fā)酵處理技術(shù)就是利用微生物的發(fā)酵原理，即微生物在繁殖過(guò)程中能利用碳源氮源來(lái)獲取能量，使豆渣當(dāng)中的植酸進(jìn)一步下降，同時(shí)還能夠大大降低淀粉、蛋白質(zhì)的含量，然后再通過(guò)一系列的生化反應(yīng)提高產(chǎn)物當(dāng)中水溶性膳食纖維的含量。發(fā)酵處理方法生產(chǎn)系統(tǒng)相對(duì)較為簡(jiǎn)單，并且運(yùn)行成本相對(duì)較低，在生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生污染物。在當(dāng)前發(fā)酵處理過(guò)程中可以利用乳酸菌產(chǎn)生酸來(lái)提取豆渣中的水溶性膳食纖維。

2.3.1 酶處理方法

在可溶性膳食纖維制備過(guò)程中，應(yīng)用化學(xué)處理制備得到的膳食纖維當(dāng)中會(huì)有少量的蛋白質(zhì)和淀粉，要想制備一定純度的可溶性膳食纖維，就需要充分應(yīng)用現(xiàn)代生物技術(shù)，其中酶處理方法應(yīng)用最廣泛。在可溶性膳食纖維制備過(guò)程中，使用蛋白酶能去除膳食纖維當(dāng)中的蛋白質(zhì)，同時(shí)能夠釋放出更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；使用淀粉酶能夠溶解可溶性膳食纖維當(dāng)中的淀粉[5]。此外，也可以使用纖維素酶分解處理發(fā)酵物當(dāng)中的不溶性膳食纖維，將其轉(zhuǎn)變成可溶性的膳食纖維，甚至可以利用酶將大分子的膳食纖維轉(zhuǎn)變成小分子的單糖或者寡糖，從而更好地提高可溶性膳食纖維的生產(chǎn)效率。馬毓霞等[3]的研究結(jié)果表明，利用酶制劑對(duì)豆渣進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥幚?，可溶性膳食纖維得率能夠達(dá)到10%以上，膳食纖維的持水率達(dá)到7.7%，膨脹率達(dá)到了4.2%以上。由此可知，酶處理方法制備可溶性膳食纖維能夠大大提高反應(yīng)速率，提高反應(yīng)成效，同時(shí)也能夠及時(shí)消除膳食纖維當(dāng)中的淀粉、蛋白質(zhì)，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不溶性膳食纖維的有效分解，大大提高可溶性膳食纖維的含量。

2.3.2 發(fā)酵處理方法

發(fā)酵處理方法就是利用微生物的發(fā)酵作用，通過(guò)微生物繁殖生長(zhǎng)過(guò)程中的能量消耗，全面消耗原料當(dāng)中的碳源、氮源以及各種植酸，大大減少原料當(dāng)中淀粉和蛋白質(zhì)的含量。微生物在發(fā)酵繁殖過(guò)程中，自身會(huì)產(chǎn)生很多有益物質(zhì)，這些有益物質(zhì)主要包括了各種酸、各種酶，并且在酸類(lèi)酶類(lèi)的作用之下，不溶性的大分子膳食纖維轉(zhuǎn)變成小分子的單糖或者寡糖，大大增加了水溶性膳食纖維的含量[6]。但在制備過(guò)程中一定要明確最佳的操作方法和操作流程，因?yàn)檫^(guò)度的水解反應(yīng)也會(huì)對(duì)可溶性膳食纖維的功能造成不良影響。一般情況下發(fā)酵法制備可溶性膳食纖維所使用的時(shí)間相對(duì)較短，并且由于采用微生物發(fā)酵，成本投入相對(duì)較低，在生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生異味和各種次級(jí)代謝產(chǎn)物，有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。同時(shí)，發(fā)酵法制備的膳食纖維當(dāng)中蛋白質(zhì)、粗纖維、乙醚提取物的含量高，并且持水能力相對(duì)較強(qiáng)，顯著優(yōu)于化學(xué)法制備的可溶性膳食纖維。當(dāng)前在可溶性膳食纖維制備過(guò)程中，一般選擇使用乳酸菌發(fā)酵制備技術(shù)，能進(jìn)一步提取豆渣當(dāng)中的膳食纖維，豆渣當(dāng)中的某些成分在酸性的環(huán)境下糖苷鍵會(huì)發(fā)生斷裂，并且會(huì)產(chǎn)生新的還原末端，使不溶性的膳食纖維轉(zhuǎn)變成水溶性膳食纖維。

3 發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前隨著人們物質(zhì)生活水平的顯著提升，飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生了翻天覆地的變化，再加上臨床醫(yī)學(xué)研究的不斷加深，越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到水溶性膳食纖維的生理功能。隨著市場(chǎng)對(duì)水溶性膳食纖維的需求量不斷增加，該物質(zhì)的提取工藝勢(shì)必會(huì)逐漸發(fā)展成熟，并且也會(huì)成為食品加工的研究熱點(diǎn)。因此，在今后可溶性膳食纖維生產(chǎn)加工過(guò)程中，勢(shì)必會(huì)從膳食纖維的分離制備以及膳食纖維的工業(yè)化生產(chǎn)等幾個(gè)方面入手，進(jìn)一步探究更加科學(xué)合理以及高效的生產(chǎn)方法。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大豆豆渣當(dāng)中富含膳食纖維，對(duì)豆渣中膳食纖維進(jìn)行有效提取加工，既能防止資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，減輕環(huán)境污染，又能拓展膳食纖維的來(lái)源，降低膳食纖維的開(kāi)發(fā)成本，一舉多得。對(duì)此就需要研究人員不斷加強(qiáng)技術(shù)研究，從諸多技術(shù)入手，構(gòu)建綜合性的開(kāi)發(fā)利用方法，進(jìn)一步提高大豆豆渣當(dāng)中水溶性膳食纖維的提取率。