豆渣膳食纖維改性及在食品中應用研究進展

王昌陵，李盛有

（遼寧省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所，遼寧沈陽 110161）

豆渣是大豆加工過程的副產(chǎn)物，約占大豆質(zhì)量的20%，我國每年加工過程中產(chǎn)生的豆渣約為2 000 萬t[1]。豆渣雖然富含膳食纖維、蛋白質(zhì)、脂肪等營養(yǎng)成分，但含水量高，口感粗糙、豆腥味重，使其在進一步加工利用中受到限制，除部分用作飼料外大多數(shù)均作為廢料丟棄，造成了極大的資源浪費[2]。

膳食纖維（Dietary fiber，DF） 是多糖類物質(zhì)，被營養(yǎng)學界稱為“第七大營養(yǎng)素”[3]。其不被人體消化吸收，可以改善腸道環(huán)境，對預防肥胖、降低膽固醇、改善血糖等都有一定的積極作用，受到養(yǎng)生和減肥人士的青睞[4]。有研究發(fā)現(xiàn)，攝入膳食纖維可以降低肥胖人群的體重[5]。人們在日常生活中越來越注重膳食纖維的攝入，如多食粗糧、全谷營養(yǎng)米等，更多保留食物中的纖維營養(yǎng)，促進健康。對高質(zhì)量膳食纖維的追求推動了膳食纖維的研究和發(fā)展。

膳食纖維分為兩大類：可溶膳食纖維（Soluble dietary fiber，SDF） 和不可溶膳食纖維（Insoluble dietary fiber，IDF）[6]。可溶膳食纖維，能溶于溫水或熱水，可以被乙醇沉淀，包含低聚糖、葡聚糖、果膠和半乳糖等。不可溶膳食纖維，不能溶于水，含纖維素、部分半纖維素和木質(zhì)素等[7]。在膳食纖維中，可溶膳食纖維要達到10%以上，才可認為是平衡膳食。豆渣中富含50%以上的膳食纖維[8]，是膳食纖維的良好來源，因其不可溶膳食纖維含量高、口感差，限制了其在食品中的應用。因此，科學開發(fā)利用豆渣膳食纖維，既可以有效降低資源浪費，又能很好地提高豆渣附加值。

1 豆渣中膳食纖維的改性

豆渣中不溶性膳食纖維含量相對較高，功能性差，因此，可以通過物理、化學、生物法或2 種單一法共同采用的聯(lián)合法，進行改性制備，以提高可溶性膳食纖維含量，從而改善膳食纖維溶解度及相關(guān)功能性[9]。

不同改性方法對豆渣膳食纖維理化性質(zhì)的影響見表1。

表1 不同改性方法對豆渣膳食纖維理化性質(zhì)的影響

1.1 物理法

物理法包括超微粉碎、擠壓膨化、蒸汽爆破等方法。其機理是通過高速撞擊和剪切、瞬間降低壓力等，使大分子不溶性膳食纖維結(jié)構(gòu)中糖苷鍵部分斷裂，增加與水的結(jié)合能力[10]。物理法作用均勻、工藝簡單、效果明顯，可有效提高豆渣中可溶性膳食纖維的含量，但設(shè)備和操作成本相對較高[11]。采用空化微射流作用豆渣膳食纖維，其內(nèi)部形成空泡并急劇增多，使得液體內(nèi)部膳食纖維顆粒碰撞激烈，空泡破裂產(chǎn)生的沖擊波擊碎顆粒，降低了膳食纖維粒徑，增大了比表面積，暴露出更多的羥基結(jié)合位點，提升吸附能力[12]。李菁等人[9]分別采用膠體磨濕法粉碎和超微粉碎兩種方法，對豆渣進行改性處理均有較好效果。膠體磨處理產(chǎn)生更強的剪切力，會明顯細化膳食纖維顆粒，使酸- 堿不溶性膳食纖維粒徑可以降低為754.01 nm，此時呈現(xiàn)出很好的松散結(jié)構(gòu)和水合能力，增強吸附和空間阻礙效應，有效降低葡萄糖擴散速率，從而減緩餐后血糖上升。

1.2 化學法

化學法又稱化學修飾，常采用酸堿試劑進行處理。豆渣膳食纖維結(jié)構(gòu)中有許多羥基和活潑官能團，可通過控制酸堿反應條件，使豆渣中不溶性纖維糖苷鍵斷裂，聚合度降低，可溶性膳食纖維含量增加[13]。研究采用過氧化氫作用于大豆不溶性膳食纖維，改性后的膳食纖維對金屬離子Pb2+有顯著的吸附作用，可以減少重金屬離子的污染[11]?；瘜W法的優(yōu)點是成本低、易于操作，但產(chǎn)品質(zhì)量差，對環(huán)境也造成一定污染。有報道采用酸堿溫和的電解水替代傳統(tǒng)的強堿法提取，與強堿法提取率相當，但強堿用量減少了40%，實現(xiàn)了綠色經(jīng)濟發(fā)展[14]。

1.3 生物法

生物法是利用酶法或微生物發(fā)酵法對膳食纖維改性，使其發(fā)酵后結(jié)構(gòu)變得疏松，提高或增加新的功能性質(zhì)[15]。酶法專一性強、反應條件溫和、反應速率高，所得產(chǎn)品純度高，但成本相對較高。發(fā)酵法利用微生物在發(fā)酵過程中產(chǎn)生酶的作用，如黑曲霉、綠色木霉等，對膳食纖維發(fā)揮作用。這些菌通常除產(chǎn)生纖維素酶，還會產(chǎn)生蛋白酶、淀粉酶等，吸附并分解膳食纖維表面的淀粉或蛋白質(zhì)，膳食纖維暴露出更多被纖維素酶作用的位點，使聚合度高的纖維被降解為聚合度低的可溶性膳食纖維，結(jié)構(gòu)松散，空隙增多，增加了持水性和持油性[16-17]。

1.4 聯(lián)合法

聯(lián)合法就是采用幾種方法聯(lián)合使用，每種方法各自發(fā)揮其優(yōu)勢，共同作用，從而更加有效地制備膳食纖維[18]。王凌翌等人[19]研究通過生物法和物理法聯(lián)合作用豆渣膳食纖維，首先經(jīng)過纖維素酶作用，再經(jīng)超聲聯(lián)合蒸煮處理后，自由基清除能力，水合性質(zhì)、膽固醇吸附能力和葡萄糖吸附能力提高。掃描電鏡觀察，發(fā)現(xiàn)經(jīng)處理后結(jié)構(gòu)疏松。經(jīng)聯(lián)合法制備可溶性膳食纖維，提取率可達15.54%，豆渣的總利用率達到89.81%，實現(xiàn)了豆渣高值化綜合性利用。

2 豆渣膳食纖維在食品中的應用

2.1 在面制品中的應用

隨著對飲食健康的重視，很多富含膳食纖維的食品受到人們的喜愛與關(guān)注[20-25]。傳統(tǒng)面包制品雖然口感香甜，但是熱量高，食用過多容易造成肥胖等問題。解慧等人[8]研究，在高筋面粉中添加9%大豆膳食纖維，制作松軟醇香的大豆膳食纖維面包。將豆渣干燥粉碎處理后，與雞蛋、面粉、低聚果糖等一起調(diào)質(zhì)，制成高膳食纖維餅干，使產(chǎn)品滿足營養(yǎng)均衡的同時，具有一定保健功效，開拓了市場[26]。姚垚等人[27]向26 g 低筋面粉中添加小米粉和豆渣膳食纖維粉各15 g，輔以木糖醇作為甜味劑，烤制成低糖小米豆渣膳食纖維餅干，硬度適中、口感酥脆。在蛋糕中等比例加入20%紫薯皮、20%豆渣膳食纖維粉，通過感官、硬度和彈性評定，優(yōu)化紫薯皮豆渣膳食纖維蛋糕配方，保留紫薯皮和豆渣的營養(yǎng)成分，改善了蛋糕的風味口感[28]。許彥騰等人[29]向面粉中加入豆渣膳食纖維粉，制備膳食纖維面條，品質(zhì)優(yōu)良，面條熟斷條率為0，蒸煮損失2.86。胡玲芝等人[30]以豆渣膳食纖維為主要原料，以40%添加量加入月餅餡料中，制得甜度適中、營養(yǎng)健康的高纖食品。

2.2 在飲料制品中的應用

將豆渣添加到菠蘿汁飲料中，通過感官評定優(yōu)化各組分配比，可以制成高纖維膳食菠蘿汁功能性飲料[31]。采用粗壯脈紋孢菌和保加利亞乳桿菌對豆渣進行混菌發(fā)酵，可以提高豆渣中可溶性膳食纖維提取率，形成特有香氣。將發(fā)酵產(chǎn)物添加到藍莓汁中，形成風味獨特、營養(yǎng)豐富的豆渣膳食纖維藍莓汁飲[32]。將含可溶性膳食纖維13.4%的發(fā)酵豆渣均勻化處理后，與奶粉、白砂糖、穩(wěn)定劑等復合，制得固形物含量11%、離心沉淀率2.3%的膳食纖維發(fā)酵豆渣乳飲料，體系穩(wěn)定、滋味醇正兼具保健功能[33]。

2.3 在乳制品中的應用

向酸奶中添加豆渣膳食纖維，不僅提升發(fā)酵乳制品的營養(yǎng)價值，還能促進改善腸道健康，滿足人們對膳食纖維的需求。向牛奶中添加1.8%膳食纖維，制作出的酸奶凝乳均勻、色澤柔和均一、風味口感好[34]。以豆渣∶豆奶粉（0.25∶1）、5%木糖醇為原料，添加6%的菌種，發(fā)酵5 h，此配方優(yōu)化出酸甜適度，富含豆乳香氣的膳食纖維酸奶[35]。高天宇[36]采用茯苓對豆渣進行發(fā)酵，提升了膳食纖維均衡性，同時發(fā)酵過程中產(chǎn)生了苯乙醇、芳樟醇等特征性風味物質(zhì)，改良了豆渣風味，將其加入到酸奶中，有效提升大豆膳食纖維酸奶的風味營養(yǎng)性。

2.4 在肉制品中的應用

將豆渣膳食纖維添加到肉制品中，其良好的持水持油性，可替代一部分脂肪，改善口感和風味[37]。采用化學法結(jié)合濕法處理，將豆渣脫腥、脫脂、脫蛋白和脫色，經(jīng)超微粉碎后，添加20%膳食纖維替代部分脂肪，香腸彈性增加，硬度下降，在感官品質(zhì)、質(zhì)構(gòu)特性和穩(wěn)定性等方面均有提高[38]。

3 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提升，食品加工業(yè)得到了迅猛發(fā)展，加工過程的副產(chǎn)物也大量增加。豆渣作為大豆加工的副產(chǎn)物，每年產(chǎn)量巨大，但其中膳食纖維資源并未有效利用。隨著人們對健康平衡膳食的關(guān)注度不斷攀升，當前對豆渣膳食纖維的研究利用也逐步升溫，目前其在面制食品中應用相對較多，在其他類別產(chǎn)品中研發(fā)程度還略顯不足。因此，加大對豆渣中膳食纖維的開發(fā)利用程度，既能增加產(chǎn)品多樣性，延長產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)鏈，又可以減少資源浪費。