玉米麩皮不同處理及其成分分析

李勤勤，耿欣

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266109）

玉米麩皮不同處理及其成分分析

李勤勤，耿欣*

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266109）

為探討玉米麩皮的生理功能，需對(duì)玉米麩皮進(jìn)行處理。通過(guò)酶處理除去玉米麩皮中含量較多的蛋白質(zhì)和淀粉，得到精制玉米麩皮并確定最佳酶解工藝。再分別對(duì)精制玉米麩皮進(jìn)行酸堿處理，得到相應(yīng)的酸堿解產(chǎn)物。對(duì)玉米麩皮、精制玉米麩皮、酸解產(chǎn)物和堿解產(chǎn)物基本成分組成及膳食纖維組成進(jìn)行分析。結(jié)果顯示堿性蛋白酶去除玉米麩皮蛋白質(zhì)的作用要好于酸性蛋白酶和中性蛋白酶。蛋白酶和淀粉酶能使玉米麩皮中的蛋白質(zhì)和淀粉由10.32%和17.5%分別減少到1.65%和1.23%。精制玉米麩皮總膳食纖維比玉米麩皮增加26%。酸解產(chǎn)物和堿解產(chǎn)物基本成分是可溶性膳食纖維，其中可溶性半纖維素分別為83.52%和86.82%，不含纖維素和木質(zhì)素。

玉米麩皮；精制玉米麩皮；酸解產(chǎn)物；堿解產(chǎn)物；基本成分

Abstract:Corn bran was treated with different ways to exploit its physiological functions.Starch and protein were removed through enzymatic treatment to obtain refined corn bran (RCB).The main factor of enzymatic hydrolysis through single factor and orthogonal test method was analyzed to establish the best technological conditions.Furthermore,RCB was respectively treated by acid and alkali to obtain the acid hydrolysate(HAC)and alkaline hydrolysate(HAL).The main components and the composition of dietary fibers of corn bran,RCB,HAC,and HAL were analyzed.The results showed that alkaline protease was more effective than neutral and acidic ones to remove protein in corn bran.Alkaline protease and amylase could decrease protein and starch of corn bran from 10.32%to 1.65%and 17.5%to 1.23%,respectively.Total dietary fiber of RCB was increased 26%compared to corn bran.The major components of HAC and HAL from RCB were water soluble fiber,in which hemicellulose was 83.52 and 86.82%,respectively.

Key words：corn bran;refined corn bran;acid hydrolysate;alkaline hydrolysate;components

玉米麩皮是玉米淀粉加工的副產(chǎn)物，產(chǎn)量一般占玉米總量的14%~20%[1]。玉米麩皮由胚乳的糊粉層、殘留的胚乳厚壁組織、種皮和果皮構(gòu)成[2-3]。玉米麩皮膳食纖維的主要成分是阿拉伯木聚糖。木聚糖構(gòu)成骨架，阿拉伯糖作為側(cè)鏈連接在骨架上，同時(shí)在阿拉伯糖側(cè)鏈上有大量通過(guò)酯鍵相連的羥基肉桂酸類物質(zhì)如阿魏酸、香豆酸等[4-5]。玉米麩皮中膳食纖維含量高達(dá)60%~70%，但在其纖維表面覆蓋有一定量的熱源物質(zhì)——淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪，要制備較為純凈的膳食纖維必須有效的去除這些成分。在膳食纖維的開發(fā)過(guò)程中，國(guó)內(nèi)目前主要采用化學(xué)處理方法，如強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、醇等制備膳食纖維。盡管其工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，去除淀粉、蛋白質(zhì)比較徹底，但這一過(guò)程幾乎導(dǎo)致了100%的水溶性纖維素、超過(guò)50%的半纖維素和10%~30%的纖維素?fù)p失掉。而恰恰是可溶性半纖維素具有較強(qiáng)的生理功能，因此本研究采用酶法處理玉米麩皮，脫除玉米麩皮中所含的淀粉及蛋白質(zhì)后，再用有機(jī)酸和弱堿處理得到可溶性纖維素和半纖維素含量高的產(chǎn)物，并分析其產(chǎn)物的基本成分組成及膳食纖維組成，為玉米麩皮的進(jìn)一步利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 原料

玉米麩皮：河南邯城縣財(cái)鑫集團(tuán)。

1.2 試劑與儀器

1.2.1 試劑

中性、酸性、堿性蛋白酶（1.67×10-4kat/g）、糖化酶（3.33×10-5kat/g）：無(wú)錫酶制劑廠；中溫 α-淀粉酶（8.33×10-5kat/g）：北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；半透膜（截留分子量14000）：上海普盛生物科技有限公司。

1.2.2 儀器

立式壓力蒸汽滅菌器（YXQ-LS-50 SⅡ）：上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（RE-52B）：上海亞榮生化儀器廠；半自動(dòng)凱氏定氮儀（UDK142）、粗脂肪測(cè)定儀（SER148）：意大利VELP科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 玉米麩皮不同處理工藝

1.3.1.1 玉米麩皮酶法脫淀粉、蛋白工藝

玉米麩皮→預(yù)處理→蛋白酶去除蛋白→淀粉酶去除淀粉→糖化酶降解淀粉→乙醇收集→烘干→粉碎至60目篩→精制玉米麩皮RCB

1.3.1.2 精制玉米麩皮酸處理工藝[6]

RCB 5 g加入30 mmol/L的草酸溶液200 mL于立式壓力蒸汽滅菌鍋中121℃處理20 min，水冷卻，過(guò)濾，濾液減壓濃縮，加入無(wú)水乙醇沉淀，過(guò)濾，沉淀干燥粉碎，即得酸解產(chǎn)物HAC。

1.3.1.3 精制玉米麩皮堿處理工藝[6]

RCB 5 g加入17.5%的NaOH溶液100 mL，充入氮?dú)饷芊猓?7℃水浴16 h，鹽酸中和。過(guò)濾，濾液裝入透析袋，透析12 h。減壓濃縮，濃縮液加無(wú)水乙醇沉淀，過(guò)濾干燥得到堿解產(chǎn)物HAL。

1.3.2 操作要點(diǎn)

1.3.2.1 原料預(yù)處理方法

玉米麩皮經(jīng)水洗2遍，瀝干，低溫干燥，粉碎過(guò)60目篩。

1.3.2.2 蛋白酶的篩選及蛋白酶的水解條件的確定

常用于麩皮蛋白質(zhì)水解的蛋白酶有中性蛋白酶、風(fēng)味蛋白酶、Alcalase、木瓜蛋白酶、堿性蛋白酶、酸性蛋白酶等。為了降低生產(chǎn)成本，本實(shí)驗(yàn)選擇價(jià)格較低的3種微生物產(chǎn)蛋白酶（堿性蛋白酶、酸性蛋白酶、中性蛋白酶）在各自最適pH下進(jìn)行麩皮蛋白質(zhì)的水解實(shí)驗(yàn)，即在燒杯中稱取50 g的玉米麩皮，加入500 mL蒸餾水（用鹽酸或氫氧化鈉調(diào)pH），然后放入50℃的水浴鍋中，再往燒杯中加入2.5×10-7kat/g玉米麩皮的酸性蛋白酶、中性蛋白酶或堿性蛋白酶，水解1 h。最后測(cè)定濾渣中蛋白質(zhì)的殘留含量。根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果選取作用效果好的蛋白酶，對(duì)酶解條件進(jìn)行探討。選擇物料濃度、酶用量、作用時(shí)間三因素研究最佳蛋白酶解工藝，試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表1。

表1 蛋白酶水解正交因素水平表Table 1 The orthogonal factor level table of protease

1.3.2.3 淀粉酶的水解條件的確定

經(jīng)蛋白酶水解后，可直接在水解液中加入淀粉酶繼續(xù)水解，同樣對(duì)淀粉酶解工藝進(jìn)行了優(yōu)化，選擇物料濃度、酶用量、作用時(shí)間三因素，并在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上采用正交試驗(yàn)研究最佳酶解工藝，試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表2。

表2 淀粉酶正交因素水平表Table 2 The orthogonal factor level table of α-amylase

1.3.3 成分測(cè)定方法

1.3.3.1 水分的測(cè)定

干燥法測(cè)定水分含量。

1.3.3.2 灰分的測(cè)定

高溫灰化法測(cè)定灰分含量。

1.3.3.3 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定

凱氏定氮法測(cè)定蛋白質(zhì)含量。

1.3.3.4 粗脂肪含量的測(cè)定

索氏抽提法測(cè)定脂肪含量。

1.3.3.5 淀粉含量的測(cè)定

淀粉酶水解法測(cè)定淀粉含量。

1.3.3.6 膳食纖維組成的測(cè)定

按AACC32-07酶-重量法[7]分別測(cè)定總膳食纖維（TDF）、不溶性膳食纖維（IDF）和可溶性膳食纖維（SDF）。

1.3.3.7 纖維素含量的測(cè)定

采用72%濃硫酸水解法。

1.3.3.8 半纖維素含量的測(cè)定

采用2 mol/L鹽酸水解法。

1.3.3.9 木質(zhì)素含量的測(cè)定

采用硫酸木質(zhì)素法進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 蛋白酶篩選結(jié)果

在此實(shí)驗(yàn)中選取了3種價(jià)格相對(duì)低廉的蛋白酶，即酸性蛋白酶、中性蛋白酶、堿性蛋白酶進(jìn)行篩選，使這3種酶分別在最適pH下水解玉米麩皮中的蛋白質(zhì)，最后測(cè)定麩皮中蛋白質(zhì)的剩余含量，結(jié)果如表3所示。

表3 不同蛋白酶對(duì)玉米麩皮中蛋白質(zhì)的水解TabIe 3 Effects of different proteases on the hydrolysis of corn bran protein

由表3可知，堿性蛋白酶在最適pH 10.0的情況下對(duì)玉米麩皮蛋白質(zhì)的水解能力最強(qiáng)，水解完后蛋白質(zhì)殘留量只有1.56%，而其他兩種酶的水解能力相對(duì)較弱，其中酸性蛋白酶的水解能力最差，水解完后蛋白質(zhì)殘留量為4.5%。因此，選擇堿性蛋白酶進(jìn)行水解玉米麩皮蛋白質(zhì)。

2.2 蛋白酶的水解條件的確定

正交試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 蛋白酶水解正交試驗(yàn)結(jié)果Table 4 The results of orthogonal test using protease

從表4中的極差R值分析可知，RA＞RB＞RC。在影響蛋白質(zhì)水解的各因素中，影響程度大小依次為底物濃度＞酶濃度＞作用時(shí)間。獲得較少蛋白殘留量的反應(yīng)條件為A2B3C2，較優(yōu)的工藝條件為底物濃度15%、酶濃度2.5×10-7kat/g RCB，作用時(shí)間1 h。進(jìn)一步以所確定的最優(yōu)工藝參數(shù)做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，蛋白殘留率降至0.72%。

2.3 淀粉酶水解條件的確定

實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 淀粉酶正交試驗(yàn)結(jié)果Table 5 The results of orthogonal test using α-amylase

從表5中經(jīng)極差R值分析可知，在淀粉水解的各影響因素中，影響程度最大的是底物濃度，其次為酶濃度、作用時(shí)間，較優(yōu)的工藝條件為A1B3C1。即：淀粉水解最優(yōu)工藝參數(shù)為：物料質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%、酶濃度為3.33×10-7kat/g RCB、作用時(shí)間1 h。進(jìn)一步以所確定的最優(yōu)工藝參數(shù)做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，制得的精制玉米麩皮中淀粉殘留量為1.42%。

2.4 玉米麩皮和RCB主要成分分析

酶處理前后玉米麩皮中各組分的含量，見表6。

表6 酶處理前后玉米麩皮中各組分的含量Table 6 The content of each component of corn bran and RCB%（以干基計(jì)）

由表6可知，玉米麩皮中除膳食纖維外，含量較高的是蛋白質(zhì)和淀粉。酶處理后，玉米麩皮中殘留的淀粉只占1.23%，蛋白質(zhì)占1.65%。精制玉米麩皮中TDF的含量為83.52%。

2.5 玉米麩皮和RCB的膳食纖維基本組成

玉米麩皮和RCB的膳食纖維組成見表7。經(jīng)過(guò)酶解處理后得到的RCB，其TDF和IDF均增加26%，纖維素和木質(zhì)素增加28%和60%，但二者的SDF和半纖維素含量差別不大。玉米麩皮和RCB中半纖維素是主要組成，其次是纖維素。

2.6 HAC和HAL基本組成

HAC和HAL各組分含量見表8。

表7 玉米麩皮和RCB的膳食纖維基本組成Table 7 The composition of dietary fiber of corn bran and RCB%（以干基計(jì)）

表8 HAC和HAL中各組分含量Table 8 The content of each component of HAC and HAL%（以干基計(jì)）

由表8可見HAC、HAL中不含蛋白質(zhì)和淀粉，可能是RCB殘留的蛋白質(zhì)、淀粉在酸堿處理中經(jīng)高溫被分解掉。HAC、HAL主要成分是可溶性的半纖維素，不含纖維素和木質(zhì)素。

精制玉米麩皮RCB，干燥粉碎后為淡黃色粉末，如圖1；RCB經(jīng)酸處理后得到的酸解產(chǎn)物HAC，干燥粉碎后為淡黃色粉末，如圖2；RCB經(jīng)堿處理后得到的堿解產(chǎn)物HAL，干燥粉碎后為褐色粉末，如圖3。

圖1 .RCBFig.1 RCB

圖2 .HACFig.2 HAC

3 結(jié)果與討論

圖3 .HALFig.3 HAL

本研究通過(guò)酶處理除去玉米麩皮中含量較多的蛋白質(zhì)和淀粉，得到精制玉米麩皮，再分別對(duì)精制玉米麩皮進(jìn)行酸堿處理，得到相應(yīng)的酸堿解產(chǎn)物。對(duì)玉米麩皮、精制玉米麩皮、酸解產(chǎn)物和堿解產(chǎn)物基本成分組成及膳食纖維組成進(jìn)行分析。結(jié)果顯示堿性蛋白酶去除玉米麩皮蛋白質(zhì)的作用要好于酸性蛋白酶和中性蛋白酶。蛋白酶和淀粉酶能使玉米麩皮中的蛋白質(zhì)和淀粉由10.32%和17.5%分別減少到1.65%和1.23%。精制玉米麩皮總膳食纖維比玉米麩皮增加26%。酸解產(chǎn)物和堿解產(chǎn)物基本成分是可溶性膳食纖維，其中可溶性半纖維素分別為83.52%和86.82%，不含纖維素和木質(zhì)素。

有文獻(xiàn)報(bào)道玉米麩皮中蛋白質(zhì)以特殊的立體結(jié)構(gòu)組成蛋白質(zhì)網(wǎng)[8]，這種蛋白質(zhì)網(wǎng)包裹著淀粉顆粒，因此本試驗(yàn)先采用蛋白酶水解蛋白，使玉米麩皮暴露出淀粉分子，再采用淀粉酶水解淀粉，最后用糖化酶將淀粉酶水解淀粉生成的糊精和一些還原糖繼續(xù)水解成葡萄糖等小分子物質(zhì)，使其更易除去，進(jìn)一步提高膳食纖維的含量。在此條件下制備的精制玉米麩皮膳食纖維含量可達(dá)83.52%，蛋白質(zhì)和淀粉殘留不到2%。

Kato等[9]通過(guò)分析酸或酶處理后的植物細(xì)胞壁單糖組成時(shí)發(fā)現(xiàn)，不可溶的玉米麩皮經(jīng)處理后的主要成分是可溶性阿魏酸阿拉伯木聚糖酯；而經(jīng)堿處理后，乙酰基、阿魏酰基和ρ-香豆酰酯被水解，釋放出酸，因此堿處理后的產(chǎn)物的主要成分是可溶性的阿拉伯木聚糖。從HAC、HAL成分分析來(lái)看，HAC、HAL的主要組成是可溶的半纖維素多糖。它們的單糖組分及阿魏酸含量的分析將進(jìn)一步被研究。

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Different Processes of Corn Bran and Determination of Main Components

LI Qin-qin,GENG Xin*
（College of Food Science and Engineering,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,Shandong,China）

2012-03-07

國(guó)家自然基金（31071536）；山東省中青年科學(xué)家獎(jiǎng)勵(lì)基金（BS2010SW011）；青島農(nóng)業(yè)大學(xué)高層次人才啟動(dòng)基金（630713）

李勤勤（1984—），女（漢），碩士生，研究方向：食品營(yíng)養(yǎng)。

*通信作者：耿欣（1972—），研究方向：食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)和分子營(yíng)養(yǎng)學(xué)。