青稞麥麩膳食纖維制備工藝優(yōu)化分析及其對區(qū)域經(jīng)濟(jì)的影響

毛龍生　宋建偉　周婷婷

摘要：隨著社會的不斷發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，功能性和膳食纖維類食品越來越受到消費者的關(guān)注。膳食纖維在治療人類心血管疾病、降血糖、治療肥胖、抗腹瀉、抗動脈硬化、降膽固醇、降血壓和抗癌方面具有重要的活性功能。青稞是我國山區(qū)重要的農(nóng)作物，隨著越來越多的青稞產(chǎn)品進(jìn)入市場，其種植面積也越來越大，從而導(dǎo)致很多青稞麥麩副產(chǎn)物的產(chǎn)生，這些副產(chǎn)物一方面浪費了資源，另一方面也對環(huán)境造成了污染。淀粉去除是獲取膳食纖維最重要的技術(shù)工藝之一，但是相關(guān)的研究和報道較少。該研究基于此，采用單因素試驗和響應(yīng)面法對青稞麥麩膳食纖維制備過程中的淀粉去除率進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明，青稞麥麩膳食纖維制備過程中的淀粉去除率最佳加工工藝為料液比例1∶29、酶解溫度78 ℃、淀粉酶用量0.8%和酶解時間110 min，此時淀粉去除率為48.77%。

關(guān)鍵詞：青稞麥麩；單因素；淀粉去除率；響應(yīng)面

中圖分類號：TS201.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1000-9973（2023）06-0163-05

Abstract： With the continuous development of society and the continuous improvement of people's living standards， functional and dietary fiber foods are more and more concerned by consumers. Dietary fiber has important active functions in the treatment of human cardiovascular disease， lowering blood sugar， treating obesity， anti-diarrhea， anti-arteriosclerosis， lowering cholesterol， lowering blood pressure and anti-cancer. Highland barley is an important crop in mountainous areas of China. As more and more highland barley products enter the market， its planting area is also increasing， which leads to the production of many by-products of highland barley bran. On the one hand， these by-products waste resources， on the other hand， they pollute the environment. Starch removal is one of the most important technological processes to obtain dietary fiber， but there are few related researches and reports. Based on this， single factor test and response surface methodology are used to study the starch removal rate during the preparation of highland barley bran dietary fiber. The research results show that the optimal processing technology of starch removal rate during the preparation of highland barley bran dietary fiber is as follows： the ratio of solid to liquid is 1∶29， the enzymatic hydrolysis temperature is 78 ℃， the addition amount of amylase? is 0.8% and the enzymatic hydrolysis time is 110 min. At this time， the starch removal rate is 48.77%.

Key words： highland barley bran; single factor; starch removal rate; response surface

收稿日期：2022-12-15

基金項目：江蘇高校哲學(xué)社會科學(xué)課題“三全育人”視閾下高校后勤育人功能與實現(xiàn)途徑研究（2021SJA0930）

作者簡介：毛龍生（1981－），男，江蘇無錫人，講師，碩士，研究方向：產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)、科技創(chuàng)新。

青稞在我國被廣泛栽培[1]，主要栽培于我國西藏、四川、青海、甘肅、云南和貴州等地[2]，栽培面積約為280萬公頃。青稞是高原地區(qū)重要的耐寒作物[3]，是我國藏區(qū)主要的糧食、燃料和牲畜飼料等[4]。近些年，隨著青稞逐漸受到消費者的重視和關(guān)注，關(guān)于青稞營養(yǎng)物質(zhì)的研究越來越多[5]，研究結(jié)果表明，青稞中含有更加豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，這些營養(yǎng)物質(zhì)包括蛋白質(zhì)、膳食纖維、纖維素、維生素E和維生素B[6-7]。

膳食纖維有可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維[8]。不溶性膳食纖維不能被消化和吸收是由于細(xì)胞壁中含有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素[9]。不同來源的膳食纖維，其成分也不相同。膳食纖維被劃分為植物膳食纖維、動物膳食纖維、合成膳食纖維和微生物膳食纖維，現(xiàn)在主要研究的膳食纖維為植物膳食纖維[10]。膳食纖維中富含功能活性物質(zhì)，這些活性物質(zhì)主要有治療人類心血管疾病、降糖尿病、降動脈硬化、降膽固醇和抗癌等功能[11-12]。

青稞麥麩是青稞粉加工的主要副產(chǎn)物和制作膳食纖維的理想材料[13]。將青稞麥麩用于制作青稞麥麩膳食纖維，不僅能夠增加青稞麥麩的利用率，而且能夠促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展[14]。

淀粉清除率是膳食纖維獲取最重要的一個步驟，想要獲得較高膳食纖維得率，則需要去除膳食纖維中的淀粉。本研究基于此，采用單因素試驗和響應(yīng)面法對青稞麥麩膳食纖維獲取工藝中淀粉清除率工藝進(jìn)行優(yōu)化。

1 材料與方法

1.1 試驗材料和儀器

青稞麥麩、α-淀粉酶、中性蛋白酶、纖維素酶、氫氧化鈉、硫酸鉀、硫酸銅、甲基紅、葡萄糖、硫酸鈉。

電子天平、水浴鍋、粉碎機(jī)、離心機(jī)、干燥箱和pH計。

1.2 試驗方法

1.2.1 青稞麥麩膳食纖維制備工藝

將青稞麥麩以1∶30（g/mL）的比例溶解于蒸餾水中，使用鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的pH值為7.0，之后加入α-淀粉酶，此時需要攪拌混勻[15]，之后加入中性蛋白酶酶解，去除酶活性，調(diào)節(jié)pH到中性，再加入纖維素進(jìn)行酶解，調(diào)節(jié)pH為4.8，加入4倍體積的無水乙醇，在4 000 r/min的轉(zhuǎn)速下離心20 min，去除上清液，將沉淀物放在65 ℃的條件下干燥3 h，獲得可溶性膳食纖維[16]。

1.2.2 單因素試驗

進(jìn)行單因素試驗時，控制其他因素不變（料液比例為1∶30 （g/mL），酶解溫度為75 ℃，淀粉酶用量為1.0%和酶解時間為110 min），研究其中一個變量對淀粉去除率的影響。分別研究料液比例1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶35、1∶40（g/mL）；酶解溫度60，65，70，75，80，85 ℃；淀粉酶用量0.1%、0.4%、0.7%、1.0%、1.3%、1.6%；酶解時間80，90，100，110，120，130 min對青稞麥麩膳食纖維中淀粉去除率的影響。

1.2.3 正交試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，獲得影響青稞麥麩膳食纖維制備過程中淀粉酶解的因素范圍，以料液比例、酶解溫度和淀粉酶用量作為變量因素，以淀粉去除率作為指標(biāo)進(jìn)行響應(yīng)面試驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 料液比例對淀粉去除率的影響

由圖1可知，隨著料液比例的增加，淀粉去除率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，當(dāng)料液比例為1∶30時，淀粉去除率最高，為57%。當(dāng)料液比例小于1∶30時，淀粉去除率隨著料液比例的增加而逐漸升高。當(dāng)料液比例大于1∶30時，淀粉去除率開始下降，但是下降的幅度并不是很明顯。這是由于當(dāng)料液比例小于1∶30時，增加料液比例有助于青稞麥麩充分地混合于溶液中，有利于去除青稞麥麩中的淀粉。但是當(dāng)料液比例超過1∶30時，溶液比例逐漸增加，會有更多雜質(zhì)溶解于溶液中，抑制淀粉的溶解。所以，選用1∶30為最佳的料液比例。

2.1.2 酶解溫度對淀粉去除率的影響

由圖2可知，隨著酶解溫度的升高，淀粉去除率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當(dāng)溫度低于75 ℃時，隨著酶解溫度的升高，酶的活性逐漸增加，分子運(yùn)動的速率逐漸增加，從而淀粉去除率也逐漸升高。當(dāng)溫度超過75 ℃時，淀粉去除率逐漸降低，這是由于隨著酶解溫度的升高，淀粉酶開始失去活性，導(dǎo)致淀粉的去除率開始下降[17]。

2.1.3 淀粉酶用量對淀粉去除率的影響

淀粉酶用量對青稞麥麩中淀粉去除率存在一定程度的影響，隨著淀粉酶用量的增加，淀粉去除率呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。當(dāng)?shù)矸勖赣昧繛?%時，淀粉去除率最高，為57%。當(dāng)?shù)矸勖赣昧康陀?%時，淀粉去除率隨著淀粉酶用量的增加而逐漸升高。當(dāng)?shù)矸勖赣昧砍^1%時，淀粉去除率隨著淀粉酶用量的增加而降低，隨后趨于平緩[18]。綜合考慮，選擇1%為最佳的淀粉酶用量。

2.1.4 酶解時間對淀粉去除率的影響

由圖4可知，隨著酶解時間的增加，淀粉去除率呈現(xiàn)先升高后不變的趨勢。當(dāng)酶解時間小于110 min時，淀粉去除率隨著酶解時間的增加而升高。當(dāng)酶解時間超過110 min時，隨著酶解時間的增加，對淀粉去除率的影響并不明顯。如果持續(xù)增加酶解時間則不能去除更多的淀粉，造成成本增加。所以，選擇110 min為最佳的酶解時間。

2.2 響應(yīng)面正交試驗

青稞麥麩膳食纖維制備過程中淀粉去除率的回歸模型方差分析見表3。

以淀粉去除率作為響應(yīng)值，利用軟件Design-Expert 12對表2中的試驗結(jié)果進(jìn)行二次多項式分析，得到淀粉去除率（Y）與料液比例（A）、酶解溫度（B）和淀粉酶用量（C）的多元二次回歸方程：Y=77.15+0.21A+0.67B－0.15C－0.67AB－0.23BC－0.31AC+0.31A2+0.45B2－0.23C2。

淀粉去除率回歸模型的P值為0.021 3，模型顯著；失擬項的P值為0.076 1>0.05，不顯著，表示該方程具有較好的擬合性，試驗結(jié)果受未知因素的影響較小，R2=0.998，表明該方程較可靠，回歸模型的擬合性較好。由F值檢驗可知，各因素對青稞麥麩膳食纖維制備過程中淀粉去除率的影響程度由大到小為淀粉酶用量>酶解溫度>料液比例。

利用Design-Expert 12軟件根據(jù)回歸模型制作響應(yīng)面和等高線（見圖5），直接地反映出各單因素和交互作用對響應(yīng)值的影響，預(yù)測出最佳的青稞麥麩膳食纖維制備過程中淀粉去除率工藝。單因素對結(jié)果的影響越明顯，曲面越陡，等高線越密集[19-20]。等高線的形狀也反映了各因素之間的交互響應(yīng)強(qiáng)弱。

考慮到實際操作性，略微對青稞麥麩膳食纖維制備過程中淀粉去除率加工工藝進(jìn)行優(yōu)化，最佳加工工藝為料液比例1∶29、酶解溫度78 ℃、淀粉酶用量0.8%和酶解時間110 min，此時淀粉去除率為48.77%。

2.3 青稞麥麩膳食纖維對高原區(qū)域經(jīng)濟(jì)效益分析

我國高原地區(qū)經(jīng)濟(jì)長期的發(fā)展主要依靠畜牧業(yè)，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)單一，且長期以畜牧業(yè)為主也導(dǎo)致了草原面積減少和土壤荒漠化等問題，為了高原地區(qū)的經(jīng)濟(jì)能夠更加穩(wěn)定發(fā)展，高原地區(qū)開始重視其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，青稞麥麩在高原地區(qū)的栽培具有很悠久的歷史，但是其主要被用作粗糧和釀酒，副產(chǎn)業(yè)青稞麥麩較多，經(jīng)濟(jì)效益低，高原地區(qū)農(nóng)戶對青稞種植的積極性并不高。隨著青稞麥麩膳食纖維提取工藝的優(yōu)化，種植青稞麥麩的農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)收入逐漸增加，種植積極性也得到了極大提高，其產(chǎn)業(yè)大力發(fā)展對高原地區(qū)轉(zhuǎn)型具有重要的作用。

膳食纖維能夠降低人類心血管疾病，不僅能調(diào)節(jié)人體機(jī)能，而且能調(diào)節(jié)和改善身體的功能。此外，每年生產(chǎn)大量的青稞麥麩副產(chǎn)物，沒有得到充分的利用，會對環(huán)境造成很大的污染。這些青稞麥麩副產(chǎn)物是加工青稞麥麩膳食纖維的主要來源，對這些膳食纖維的綜合利用不僅能減少環(huán)境污染，而且能提高膳食纖維廢棄物的利用，從而增加青稞麥麩的附加產(chǎn)值。目前膳食纖維主要用在面制品、肉質(zhì)品和乳制品中作為食品添加劑。

青稞麥麩是耐寒、耐旱的農(nóng)作物，是我國高原地區(qū)主要栽培的農(nóng)作物之一，隨著近些年青稞麥麩產(chǎn)品的市場需求越來越高，山區(qū)種植青稞的面積也逐漸擴(kuò)大，這也成為山區(qū)人民重要的收入來源。

3 小結(jié)

目前，各種各樣的膳食纖維被開發(fā)和利用，經(jīng)過改良的膳食纖維更加吸引消費者。膳食纖維常常作為一種食品添加劑添加在面包、面條、餅干和饅頭等面制品中。添加膳食纖維于食品中，不僅能改善食品的硬度和黏附性，而且能調(diào)節(jié)食品的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)。

本研究基于此，對青稞麥麩膳食纖維制作工藝中的重要工藝淀粉去除率的影響條件進(jìn)行了研究，利用單因素試驗和響應(yīng)面試驗對其加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化。研究結(jié)果表明，最佳淀粉去除率加工工藝為料液比例1∶29、酶解溫度78 ℃、淀粉酶用量0.8%和酶解時間110 min，此時淀粉去除率為48.77%。

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