小麥麩皮膳食纖維的改性研究

周宇朦， 孫洪浩， 呂福軍

（遼寧波爾萊特農(nóng)牧實業(yè)有限公司，遼寧沈陽 110122）

小麥麩皮是小麥制粉過程中的副產(chǎn)物，其產(chǎn)量豐富，價格便宜（陸明紅等，2018），含有大量脂肪、蛋白質(zhì)、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，以及較多的膳食纖維（Gunenc等，2013；Bonnand等，2010；Nancy等，2005）。超過85%的小麥麩皮都用于發(fā)酵和飼料行業(yè)（宋碩，2020），是豬日糧中應(yīng)用最廣泛的纖維原料（肖真明等，2017）。因為家禽缺乏分解這些膳食纖維成分的內(nèi)源酶，導(dǎo)致小麥麩皮纖維難以被降解，綜合利用率低，因此促進小麥麩皮纖維改性的研究有重要現(xiàn)實意義。

膳食纖維（DF）根據(jù)水溶性的不同，被分為可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF）兩種（康琪等，2007）。IDF主要作用于腸道產(chǎn)生機械蠕動作用，而SDF則更多發(fā)揮代謝功能，如影響可利用碳水化合物和脂類代謝，降低血脂膽固醇等（王岸娜等，2009；黃才歡等，2006）。常用的DF降解處理有化學(xué)處理、生物酶處理法、微生物發(fā)酵法和物理法等（向琴，2015）。生物酶法降解主要是使用各種纖維素酶、半纖維素酶、蛋白酶等控制一定的反應(yīng)條件，對纖維進行酶解，破壞纖維和其他營養(yǎng)物質(zhì)的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高其可溶性纖維含量和蛋白質(zhì)等其他營養(yǎng)成分的溶出，從而改變其物理性質(zhì)（張思耀，2009）。

本研究采用酶解法來實現(xiàn)小麥麩皮DF的改性研究，通過單因素和正交試驗優(yōu)化酶解的工藝條件，同時考察酶解試驗對小麥麩皮DF功能性質(zhì)的影響，綜合考慮生產(chǎn)成本、時間成本等，為高附加值開發(fā)豬用纖維原料提供試驗數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑 麥麩，市售；3種木聚糖酶、1種纖維素酶、2種果膠酶，購自多個廠家；熱穩(wěn)定α-淀粉酶溶液、蛋白酶、淀粉葡糖苷酶溶液、酸洗硅藻土，均來自Sigma公司；氫氧化鈉、濃硫酸、乙醇、丙酮、重鉻酸鉀洗液、甲醛等均為分析純，購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 試驗儀器 CP2102電子天平，奧豪斯儀器（常州）有限公司；HJ-6A數(shù)顯恒溫磁力加熱攪拌器，常州金壇良友儀器有限公司；FiveEasy Plus pH計，梅特勒-托力多儀器（上海）有限公司；GSP-9080MBE隔水式恒溫培養(yǎng)箱，上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；101-2AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司；TGL-16C離心機，上海安亭科學(xué)儀器廠；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州智博瑞儀器制造有限公司；752紫外可見分光光度計，上海佑科儀器儀表有限公司。

1.3 單因素試驗

1.3.1 酶解時間對小麥麩皮DF的影響 取原料，每份加60%水，0.6%的復(fù)合酶（木聚糖酶：纖維素酶：果膠酶=1:1:1），在45℃培養(yǎng)箱中分別酶解8、15、20 h和24 h。酶解結(jié)束后高溫滅酶，85℃烘干粉碎。測定總膳食纖維（TDF）、IDF、SDF、還原糖、持水力和膨脹力。

1.3.2 酶添加種類對小麥麩皮DF的影響 取原料，每份加60%水，0.6%的單酶（3種木聚糖酶，1種纖維素酶，2種果膠酶），在45℃培養(yǎng)箱中酶解20 h。酶解結(jié)束后高溫滅酶，85℃烘干粉碎。其余同上。

1.3.3 酶配比對小麥麩皮DF的影響 取原料，每份加60%水，0.6%不同配比的酶，在45℃培養(yǎng)箱中酶解20 h。酶解結(jié)束后高溫滅酶，85℃烘干粉碎。其余同上。

1.3.4 酶用量對小麥麩皮DF的影響 取原料，每份加60%水，0%～0.7%的酶，在45℃培養(yǎng)箱中酶解20 h。酶解結(jié)束后高溫滅酶，85℃烘干粉碎。其余同上。

1.4 正交試驗設(shè)計 在獲得最佳作用條件（還原糖得率最高）的基礎(chǔ)上，進行正交試驗設(shè)計，以酶解時間、酶配比和酶用量為試驗因素，以還原糖含量為判斷指標(biāo)，優(yōu)化得到適宜的麩皮酶解試驗條件。

1.5 指標(biāo)測定及方法

1.5.1 膳食纖維 膳食纖維測定參照GB/T5009.88-2014進行。

1.5.2 還原糖 還原糖測定采用DNS比色法。

1.5.3 持水力 持水力的測定參照Esposito等（2005）的方法。稱取1.0 g樣品于烘至恒重的50 mL離心管中，加入30 mL蒸餾水，室溫下?lián)u晃30 min，4000 r/min離心20 min，棄去上清液并用濾紙吸干離心管壁殘留的水分，80℃烘干10 min，略除去表面多余水分，稱重。持水力計算公式如下：

1.5.4 膨脹力 準(zhǔn)確稱取1.0 g樣品置于25 mL量筒中，測定干粉體積，加入蒸餾水使總體積至15 mL處，振蕩均勻，使其充分吸收水分，室溫下靜置24 h，讀取量筒中樣品體積數(shù)（曹樹穩(wěn)等，1997）。膨脹力計算公式如下：1.6 數(shù)據(jù)處理 試驗數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel進行記錄和統(tǒng)計，使用Origin 75軟件進行做圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 酶解時間對小麥麩皮膳食纖維的影響 由圖1可見，其他條件相同，酶解0～20 h時，隨著酶解時間的延長，酶解后樣品的TDF、IDF、SDF、持水力和膨脹力下降，還原糖增加。20～24 h時，還原糖開始下降，故確定最佳酶解時間為20 h。使用最佳酶解時間酶解時，TDF減少了5.46%，IDF減少了5.26%，SDF增加了0.99%，持水力減小了1.46%，膨脹力減少了0.9%，還原糖增加了14.05%。

圖1 酶解時間對小麥麩皮膳食纖維的影響

2.1.2 酶添加種類對小麥麩皮膳食纖維的影響由圖2可見，其他條件相同，添加不同的酶進行酶解（木1、木2、木3、纖1、果1、果2）時，酶解后樣品的TDF、IDF、SDF、持水力和膨脹力下降，還原糖增加。從圖中可以看出，在相同酶用量的情況下，酶解效果是纖維素酶＞木聚糖酶＞果膠酶。使用效果最好的酶酶解時，TDF減少了10%，IDF減少了9%，持水力減小了0.62%，膨脹力減少了0.6%，還原糖增加了11.55%。

圖2 酶添加種類對小麥麩皮膳食纖維的影響

2.1.3 酶配比對小麥麩皮膳食纖維的影響 預(yù)試驗時發(fā)現(xiàn)，復(fù)合酶中是否添加果膠酶對酶解效果無明顯影響，接下來的試驗不再添加果膠酶。由圖3可見，在其他條件相同時，添加不同配比的復(fù)合酶進行酶解（木聚糖酶：纖維素酶=7:1、5:1、3:1、1:1、1:3、1:5、1:7）。當(dāng)木聚糖酶和纖維素酶的比例變化時，纖維指標(biāo)的變化趨勢相似，都是TDF、IDF、SDF、持水力和膨脹力先下降再上升，還原糖先上升再下降。拐點發(fā)生在5:1和1:5處，因為5:1時還原糖含量更高，故確定5:1為最佳酶配比。使用最佳酶配比酶解時，TDF減少了11%，IDF減少了10%，SDF減少了1.1%，持水力減小了0.4%，膨脹力減少了1.2%，還原糖增加了13.39%。

圖3 酶配比對小麥麩皮膳食纖維的影響

2.1.4 酶用量對小麥麩皮膳食纖維的影響 由圖4可見，在其他條件相同時，隨著酶制劑的不斷添加（0、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%、0.7%），酶解后的樣品TDF、IDF、SDF、持水力和膨脹力下降越來越明顯，還原糖增加越來越多。綜合考慮，最后確定最佳酶用量為0.6%。 使用最佳酶用量酶解時，TDF減少了4%，IDF減少了7%，SDF減少了2%，持水力減小了0.7%，膨脹力減少了0.8%，還原糖增加了12.72%。

圖4 酶用量對小麥麩皮膳食纖維的影響

2.2 正交試驗結(jié)果與分析 根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選取L9（34）正交試驗設(shè)計探討麩皮復(fù)合酶酶解的最優(yōu)工藝參數(shù)（李云雁等，2006），正交試驗因素水平見表1，結(jié)果分析見表2，方差分析見表3。

表1 試驗處理與設(shè)計

由表2可見，在9個試驗結(jié)果中，試驗4的還原糖含量最高，為14.62%，其水平組合為A2B1C2，即酶解時間20 h、酶配比1：3、酶用量0.6%。由表2和表3的R值、F值可知，本試驗因素存在顯著性順序，其主要關(guān)系為A＞C＞B，即酶解時間＞酶用量＞酶配比。

表2 正交試驗結(jié)果與分析

表3 正交試驗的方差分析

3 討論

商品飼料禁止添加具有促生長作用的藥物飼料添加劑后，DF對畜禽腸道健康的重要性成為熱點話題。麩皮加入酶制劑改性后，可以提高DF的消化率，提高其他營養(yǎng)素的利用率，并增加腸道微生物的可發(fā)酵資源，改善腸道健康（徐運杰等，2021）。在酶解時間的探究試驗中，監(jiān)測樣品pH的變化，是為了避免酶解時間過長，開始發(fā)酵，產(chǎn)生酸和其他有害物質(zhì)影響品質(zhì)（劉豪等，2019）。本試驗中，酶解后還原糖含量逐漸上升，20 h后開始下降，可能是因為雜菌生長，發(fā)酵消耗了酶解產(chǎn)物（劉豪等，2019）。麩皮中含有高比例的DF，包括非淀粉多糖、木質(zhì)素和其他不易消化的碳水化合物（郭娜，2013）。非淀粉多糖中有21.9%阿拉伯木聚糖，1.9%果膠，10.7%纖維素，0.4%葡聚糖，0.4%甘露聚糖（苗字葉等，2020）。本試驗中，用多種木聚糖酶、纖維素酶和果膠酶分別酶解，發(fā)現(xiàn)對麩皮的酶解效果從大到小是纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶。在酶配比試驗中，發(fā)現(xiàn)是否添加果膠酶對酶解效果影響甚微，考慮到麩皮只含有1.9%的果膠，并且纖維素酶與木聚糖酶對DF的改性有重要作用（張玉倩，2011），故復(fù)合酶中不再添加果膠酶，重點研究木聚糖酶和纖維素酶的添加比例，最大化的發(fā)揮酶制劑的作用。在酶解過程中，酶用量也不是越多越好，因為纖維素酶雖然能有效地降解細(xì)胞壁，但是當(dāng)酶濃度增加后，會增加酶的競爭抑制作用（張玉倩，2011），纖維素酶對細(xì)胞壁纖維素的降解是有限的。

在酶解試驗的過程中，要盡量使用新鮮麩皮。因為麩皮通氣性差，不易長期保存，易酸敗、發(fā)酵等，會造成酶解效果的差異。DF在具有積極營養(yǎng)特性的同時，還會造成飼料的表觀代謝能（AME）值降低和生長緩慢，并不是IDF越低越好，SDF越高越好，要注意配方中DF的設(shè)置水平（徐運杰等，2021）。酶解過程中，非淀粉多糖被降解成還原糖，TDF下降，還原糖增加。IDF水解得到可溶性成分，IDF下降，同時一部分可溶性大分子也被降解成為不溶的小分子物質(zhì)，導(dǎo)致SDF下降（陶顏娟，2005）。麩皮的化學(xué)組成特性是含有很多親水基團，具有良好的持水性和膨脹性（陶顏娟，2005）。酶解過程中，膳食纖維的纖維素及半纖維素的長鏈斷裂，微晶纖維素結(jié)構(gòu)破壞，膠效應(yīng)消失，持水力和膨脹力下降。樣品酶解結(jié)束后會經(jīng)過烘干和粉碎，粉碎后更細(xì)的DF溶解度較好，有一部分會溶于水而對持水力、膨脹力沒有貢獻（張玉倩，2011）。同時過度粉碎，會破壞膳食纖維的物理結(jié)構(gòu)，使原先可以吸收自由水的空間減少，從而減少膨脹力和持水力（劉倍毓，2011）。

4 結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，麩皮經(jīng)過酶解處理后，其TDF、IDF、SDF、持水力和膨脹力都發(fā)生下降，還原糖大幅度增加。麩皮最佳酶解條件為酶添加量0.6%，加木聚糖酶：纖維素酶=1:3，酶解時間20 h。