利用生物酶解技術(shù)提高小麥麩皮食用性的研究

李玉忠 LI Yu-zhong；路宏科 LU Hong-ke；陳興葉 CHEN Xing-ye；金紅 JIN Hong；張懷予 ZHANG Huai-yu；張小燕 ZHANG Xiao-yan；彭濤 PENG Tao

（甘肅省輕工研究院，蘭州 730000）

（The Institute of Gansu Province Light Industrial Scientific Research，Lanzhou 730000，China）

利用生物酶解技術(shù)提高小麥麩皮食用性的研究

李玉忠 LI Yu-zhong；路宏科 LU Hong-ke；陳興葉 CHEN Xing-ye；金紅 JIN Hong；張懷予 ZHANG Huai-yu；張小燕 ZHANG Xiao-yan；彭濤 PENG Tao

（甘肅省輕工研究院，蘭州 730000）

（The Institute of Gansu Province Light Industrial Scientific Research，Lanzhou 730000，China）

麩皮是小麥制粉的主要副產(chǎn)物，占小麥質(zhì)量的15%～20%，我國(guó)每年約有2000萬t小麥麩皮資源，85%以上用于飼料、傳統(tǒng)釀造業(yè)，資源增值轉(zhuǎn)化率低。小麥麩皮中含有豐富的膳食纖維、蛋白質(zhì)、植酸、維生素、礦物質(zhì)等。本課題采用纖維素酶、半纖維素酶和木聚糖酶對(duì)小麥麩皮進(jìn)行酶解，通過實(shí)驗(yàn)確定了纖維素酶、半纖維素酶和木聚糖酶聯(lián)合酶解麩皮最適條件，即60℃，PH為4，酶解時(shí)間為4hr，料水比為1:15，酶比為5:10:2，或者在60℃，PH為5，酶解時(shí)間為3hr，料水比為1:10，酶比為5:10:3，在此條件下，酶解后的小麥麩皮食用性最佳。

小麥麩皮；生物酶解；復(fù)合酶解法；食用性

0 引言

小麥麩皮富含纖維素和半纖維素、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、脂肪、低聚糖以及β-淀粉酶、植酸酶等成分，是人體植物雌激素的重要食物來源，具有抗衰老、抗癌、減肥、減少憩室病、膽結(jié)石和結(jié)腸癌發(fā)生等重要生理功能，其主要成分見表1。小麥麩皮是小麥加工的副產(chǎn)物，占小麥質(zhì)量的15%～20%，我國(guó)每年加工出的小麥麩皮可達(dá)2000萬噸以上。由于其細(xì)胞結(jié)構(gòu)的高度纖維化，人體內(nèi)分泌的消化酶無法分解，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不能夠充分吸收，因此，85%以上麩皮都用于釀造和飼料行業(yè)，極少被開發(fā)直接用于飲食。

表1 小麥麩皮組成成分表

麥麩中的營(yíng)養(yǎng)成分主要集中在麥麩細(xì)胞壁內(nèi)，麥麩細(xì)胞壁因高度纖維化而十分堅(jiān)韌，因此要想提高小麥麩皮的可食用性和營(yíng)養(yǎng)成分必須首先解決充分分解麥麩細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)。本項(xiàng)目擬采用細(xì)胞壁溶解酶為主體的多酶反應(yīng)體破壁降解小麥麩皮技術(shù)的研究，在溫和、安全的條件下，對(duì)小麥麩皮的細(xì)胞進(jìn)行有效的酶解破壁，從而克服機(jī)械破壁投資大、能耗高、活性遭破壞且重金屬超標(biāo)等弊端，其各種有效成分經(jīng)生物酶解破壁，活性營(yíng)養(yǎng)成分迅速釋放，可經(jīng)消化系統(tǒng)，直接被人體所吸收，其速度更快，功效更強(qiáng)，而又無任何毒副作用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥，選購于糧油市場(chǎng)；纖維素酶、半纖維素酶、木聚糖酶，購于和氏璧生物技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

萬能粉碎機(jī)，水浴槽，真空干燥箱，烘箱，馬弗爐，酸度計(jì)，電子天平，分析天平，分光光度計(jì)，超聲波，離心機(jī)，蛋白質(zhì)測(cè)定儀，消化爐，振蕩水浴，液相色譜儀。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程 小麥→洗凈→挖干→粉碎→篩分→麩皮→酶解→低溫真空濃縮→干燥→麥麩酶解粉。

1.3.2 實(shí)驗(yàn)方法 本研究重點(diǎn)為酶解工藝參數(shù)的確定，選用纖維素酶、半纖維素酶、木聚糖酶三種酶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。首先用這三種酶分別經(jīng)行單因素實(shí)驗(yàn)確定各酶的最佳使用量范圍，然后根據(jù)影響酶解工藝的主要影響因素（溫度，PH，時(shí)間，料水比，酶比），進(jìn)行正交試驗(yàn)確定最佳酶解條件。

依次向反應(yīng)體系中加入麩皮和蒸餾水，調(diào)整反應(yīng)體系PH6.0，一次加入纖維素酶和半纖維素酶酶液（濃度均為1g/100ml），37℃反應(yīng) 2hr。反應(yīng)結(jié)束，加入 1ml 2mol/L 的NaOH溶液終止纖維素酶和半纖維素酶的反應(yīng)。調(diào)整PH為 5.5，加入保溫好的木聚糖酶酶液（1g/100ml），50℃繼續(xù)反應(yīng)2hr。取出各管，過濾，取濾液1.5ml于潔凈試管中，加入1.5mlDNS溶液，沸水浴5min，冷卻定容至25ml，以蒸餾水為空白對(duì)照，測(cè)定各管540nm光密度值。

1.4 分析方法

①光密度值的測(cè)定。采用葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)定，首先繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后進(jìn)行樣品檢測(cè)。

葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線：將少量的葡萄糖（0.3-0.5g）于表面皿上，70℃烘干至恒重。準(zhǔn)確稱取烘干至恒重的葡萄糖0.2000g溶解，定容至100ml，此標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)液的濃度為0.2%，按表2配制，并測(cè)定OD540，做3次平行取均值，繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線圖1。

表2 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線

②阿魏酸測(cè)定。按照《GB/T23916-2008蜂膠中阿魏酸含量的測(cè)定方法液相色譜》的紫外檢測(cè)法。

③煙酸測(cè)定。按照《GB/T17813-1999復(fù)合預(yù)混料中煙酸、葉酸的測(cè)定》的高效液相色譜法。

④總膳食纖維和可溶性膳食纖維測(cè)定。按照《GB/T5009.88-2008食品中膳食纖維的測(cè)定》。

2 結(jié)果與分析

2.1 最適酶量及酶比確定 不同濃度纖維素酶、半纖維素酶及木聚糖酶液對(duì)光密度值的影響。

由表3和圖2可知：在纖維素酶及半纖維素酶同時(shí)存在的條件下，初期，木聚糖酶含量較少時(shí)，隨著木聚糖酶的增加，水解程度越來越大，水解效果越來越好，當(dāng)酶含量達(dá)到一定值后，水解效果上升趨勢(shì)不顯著。依據(jù)表3數(shù)據(jù)，1號(hào)管吸光值較0號(hào)管大，進(jìn)一步證實(shí)纖維素酶和半纖維素酶對(duì)小麥麩皮的水解有效果；2號(hào)管數(shù)值較1號(hào)管有所增大，說明加入木聚糖酶后，水解效果更好。3-5號(hào)管的數(shù)值與2號(hào)管相差不大，說明繼續(xù)增大木聚糖酶的量對(duì)小麥麩皮的水解沒有明顯的效果，因此，2號(hào)管的酶量是最適酶量，即0.1ml0.5g/100ml的木聚糖酶。

表3 木聚糖酶最適量測(cè)定

2.2 酶解條件的確定

2.2.1 正交試驗(yàn)表 為尋求溫度、PH、酶解時(shí)間、料水比、酶比這5個(gè)關(guān)鍵因素之間的最優(yōu)水平組合，驗(yàn)證三種酶的酶比，設(shè)計(jì)了正交試驗(yàn)，見表4、表5。

表4 正交試驗(yàn)表

表5 因素分析表

表6 正交試驗(yàn)方差分析表

表7 試驗(yàn)處理間多重比較

依據(jù)表5的因素分析，主次因素為：酶比＞溫度＞酶解時(shí)間＞PH＞料水比。

2.2.2 方差分析及F檢驗(yàn) 模型誤差均方MSe1與實(shí)驗(yàn)誤差均方MSe2差異極顯著，說明試驗(yàn)因素間交互作用極顯著，此時(shí)各試驗(yàn)因素水平間的差異已不能真正反映因素的主效，進(jìn)行各因素水平間的多重比較五多大實(shí)際意義，只能以試驗(yàn)誤差均方MSe2進(jìn)行F檢驗(yàn)與試驗(yàn)處理間多重比較，以尋求最優(yōu)水平組合。F檢驗(yàn)結(jié)果表明，溫度、PH、酶解時(shí)間、料水比、酶比對(duì)麩皮的水解都有極顯著影響；區(qū)組間差異不顯著。模型誤差顯著，還應(yīng)進(jìn)一步試驗(yàn)，以分析因素間的交互作用。

2.2.3 試驗(yàn)處理間多重比較（LSD法）（表7） 各試驗(yàn)處理間平均數(shù)多重比較結(jié)果，第13號(hào)試驗(yàn)處理與第14號(hào)試驗(yàn)處理與其余各試驗(yàn)處理間差異極顯著或顯著，最優(yōu)水平組合為第13號(hào)試驗(yàn)處理A4B1C4D2E3，即60℃，PH為4，酶解時(shí)間為4hr，料水比為1:15，酶比為5:10:2。

2.3 麩皮酶解前后營(yíng)養(yǎng)素分析 酶解物料進(jìn)行低溫真空濃縮干燥，制得麥麩酶解粉；進(jìn)行酶解前后營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的測(cè)試，采用：檢測(cè)數(shù)據(jù)見表8。

從表8麩皮酶解前后營(yíng)養(yǎng)素檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，酶解后，膳食纖維明顯下降，煙酸、阿魏酸顯著增加。煙酸含量為2275.937μg/g，為原麩皮的 4.806倍；阿魏酸含量為214.764μg/g，為原麩皮的29.42倍。

3 研究結(jié)論

表8 麩皮酶解前后營(yíng)養(yǎng)素檢測(cè)數(shù)據(jù)

采用復(fù)合酶解的技術(shù)，明顯改善了麩皮的性狀，由粗糙變?yōu)榧?xì)膩，提高了其可食性、適口性；小麥麩皮經(jīng)過復(fù)合酶解，營(yíng)養(yǎng)成分顯著提高，尤其是煙酸和阿魏酸，分別比原有提高了4.8倍和29倍；采用生物酶解麩皮，作用條件安全、溫和，不但可以安全有效的保留麩皮的營(yíng)養(yǎng)素，且投資低，易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

通過單酶最佳酶解條件的研究、多酶聯(lián)合正交試驗(yàn)，基本確定了麩皮酶解最佳條件：酶解溫度60℃，PH4，酶解時(shí)間4hr，料水比1:15，酶比：纖維素酶:半纖維素酶:木聚糖酶=5:10:2。主次因素為：酶比＞溫度＞酶解時(shí)間＞PH＞料水比。

[1]王旭峰，何計(jì)國(guó)，陶純潔，單秀峰.小麥麩皮的功能成分及加工利用現(xiàn)狀[J].糧食與食品工業(yè)，2010，13（01）：19-22.

[2]林琳.小麥麩皮的營(yíng)養(yǎng)成分及其開發(fā)利用[J].農(nóng)業(yè)科技與裝備，2010（03）：53-54.

[3]黃世霞，王在貴，劉朝良等.木聚糖酶體外酶解小麥麩皮相關(guān)技術(shù)參數(shù)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，38（2）：248-251.

[4]王立東，張麗萍.利用木聚糖酶酶解小麥麩皮制備低聚木糖工藝參數(shù)的研究[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，24（1）：61-68.

[5]王在貴，劉朝良，王云生.纖維素酶酶解小麥麩皮制備技術(shù)初步研究[J].飼料廣角，2007，21.

[6]王東石，孟雪琴.酶工程實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].蘭州大學(xué)出版社，2011，1.

[7]杜榮騫.生物統(tǒng)計(jì)學(xué)[M].高等教育出版社，2009，6.

[8]劉亞偉.小麥精深加工—分離·重組·轉(zhuǎn)化技術(shù)[M].北京化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[9]張守文，胡源媛，謝應(yīng)根.低聚木糖的功能特性及生產(chǎn)狀況[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2006（06）：192-195.

Research on Using Bio-enzymolysis Techniques to Enhance the Edibility of Wheat Bran

This is a major byproduct of wheat bran flour,accounting for 15%to 20%of the wheat quality,every year about 20 million t of wheat bran resources,more than 85%for feed,traditional brewing industry,increase the value of the resource conversion rate.Wheat bran is rich in dietary fiber,protein,phytic acid,vitamins,minerals and so on.This paper uses cellulase,hemicellulase and xylanase enzyme on wheat bran be determined by experiment cellulase,hemicellulase and xylanase enzyme bran joint optimal conditions that is 60℃,PH 4,hydrolysis time was 4hr,feed water ratio of 1:15 enzyme ratio of 5:10:2,or at 60℃,PH 5,hydrolysis time of 3hr,the ratio of water to 1:10 enzyme ratio of 5:10:3,under this condition,the consumption of wheat bran after enzymolysis.

wheat bran；bio-enzymolysis；compound enzymatic hydrolysis；edibility

李玉忠（1966-），男，河南沁陽人高級(jí)工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)獒勗臁⑸锇l(fā)酵、食品工程。

S816.44

A

1006-4311（2014）11-0301-03