麥麩中水不溶性膳食纖維提取工藝的研究

賈元飛 石榮樂 李艷群 殷鵬 王勝男 孫銘晨 劉青

摘要：以麥麩為原料，使用化學處理的方法，選定堿浸溫度、堿處理pH和堿浸時間為單因素條件，通過正交實驗確定提取水不溶性膳食纖維的最佳工藝條件，并在最佳工藝條件下測定其的溶脹度和持水力。最佳工藝條件為：堿浸溫度60℃，堿處理pH為9，堿浸時間60 min。在最佳工藝條件下，麥麩中的水不溶性膳食纖維的提取率為58.87%，溶脹度和持水力分別為3.81 mL/g，2.08 g/g。

關鍵詞：麥麩；水不溶性膳食纖維；正交實驗

膳食纖維是維持人體健康不可或缺的一種營養素，不能被其他物質所代替，與水、蛋白質、脂肪、維生素、礦物質、碳水化合物齊名，被稱為“第七大營養素”。膳食纖維種類繁多，分類方法也很多。膳食纖維根據溶解性的不同可以分為水溶性膳食纖維（Soluble Dietary Fiber，SDF）和水不溶性膳食纖維（Insoluble Dietary Fiber， IDF）。

麥麩，是小麥的皮，是小麥加工成面粉過程當中的副產品，含有豐富的膳食纖維和維生素。在我國，麥麩大多用作禽畜飼料，經濟價值不高。而麥麩中含有大量的膳食纖維，同時由于來源廣、價格低，是生產膳食纖維的理想原材料。本實驗對麥麩中水不溶性膳食纖維的提取工藝進行了研究，希望可以為麥麩中膳食纖維的開發利用提供一定的依據。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑 FA1104電子天平，上海舜宇恒平科學儀器有限公司；SHB-Ⅲ循環水式多用真空泵，山東省菏澤市祥龍電子科技有限公司；101型電熱鼓風干燥箱，北京中興偉業儀器有限公司；HH-4智能數顯恒溫水浴鍋、DF-10IS集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鞏義市予華儀器有限責任公司；抽濾瓶、容量瓶、表面皿、量筒、燒杯等玻璃儀器，無錫江陰玻璃廠。

NaOH（分析純），天津市福晨化學試劑廠；HCl（分析純），上海蘇懿化學試劑有限公司；蒸餾水為實驗室制備；本試驗所用麥麩，來自于山東省嘉祥縣。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗原理

先加入1 mol/L的NaOH溶液使麥麩中的蛋白質溶解、脂肪皂化而去除，然后再加入6 mol/L的HCl溶液水解除去麥麩中所含的淀粉、果膠等物質，再用蒸餾水水洗至中性，抽濾，最后干燥，烘干后得到的產品即為水不溶性膳食纖維。

1.2.2 工藝流程

麥麩→清理過篩→稱量→加入蒸餾水→NaOH溶液堿解→水浴加熱→HCl溶液酸解→水浴加熱→水洗至中性→抽濾→刮下濾渣→濾渣干燥→稱量。

1.2.3 水不溶性膳食纖維提取方法

稱取過篩后的麥麩3 9，加入60 mL蒸餾水，向錐形瓶中慢慢滴加1 mol/L的NaOH，用玻璃棒蘸取少量溶液滴到pH試紙上，觀察試紙顏色變化，和比色卡進行比對，直至溶液pH為9。然后將錐形瓶放入恒溫水浴鍋中加熱一段時間，取出錐形瓶，向其中慢慢滴加6 mol/L的HCl，調節溶液pH為3，再將錐形瓶放入水浴鍋中，調節水浴鍋的溫度恒溫60℃，在此溫度下水解，然后抽濾，濾渣再加入蒸餾水水洗2～3次，每次水洗都用玻璃棒蘸取少量到pH試紙上，觀察試紙顏色變化，直至濾渣呈中性。將濾紙上的濾渣刮到表面皿上，放到恒溫干燥箱中，溫度60℃，干燥5h，干燥后得到的產物即為所需的水不溶性膳食纖維。

1.2.4 水不溶性膳食纖維提取率測定

提取率=水不溶性膳食纖維質量/麥麩質量×100%

1.2. 5水不溶性膳食纖維理化性質的測定

（1）溶脹度的測定。稱取0.1g的干燥產品，放入10 mL的量筒中，輕輕搖晃量筒，使樣品表面保持平整，記錄干燥產品的體積，用移液管精確吸取5 mL的蒸餾水加入到量筒中，震蕩均勻后放在室溫下靜置24 h，然后讀出并記錄量筒中膨脹后的纖維的體積，計算溶脹度。溶脹度（mL/g）：溶脹后纖維體積-干品體積/樣品質量（干）

（2）持水力的測定。稱取1.0g的干燥產品，放入100 mL的圓底燒瓶中，加入50 mL的蒸餾水，在室溫下磁力攪拌1h，然后離心分離，棄去上清液，稱重，計算持水力（Water Holding Capacity， WHC）：

持水力（g/g）：樣品質量（濕）-樣品質量（干）/樣品質量（干）

2 結果與討論

2.1 堿浸法提取水不溶性膳食纖維的單因素實驗

2.1.1 堿浸溫度對水不溶性膳食纖維提取率的影響

如圖1所示，當堿浸溫度在40℃～60℃時，隨著溫度的升高，水不溶性膳食纖維提取率呈上升趨勢，在60℃時達到最大值，但當溫度達到60℃以上時，溫度繼續升高，提取率呈現緩慢下降趨勢。可能原因是隨著溫度的升高，蛋白質、脂肪等的堿解逐漸完全，提取率升高，但溫度超過60℃，一些半纖維素和纖維素也開始水解，導致了水不溶性膳食纖維的提取率的下降。

2.1.2 堿處理pH對水不溶性膳食纖維提取率的影響

如圖2所示，水不溶性膳食纖維提取率先隨堿處理pH的增大而升高，在pH為10時達到最大值，繼續增加pH，提取率反而降低。出現這種現象可能是大部分蛋白質的等電點均偏酸性，可以溶解在堿性溶液中，使得水不溶性膳食纖維提取率提高。然而，隨著pH的增加，半纖維素和纖維素發生輕度水解，從而使得提取率降低。

2.1.3 堿浸時間對水不溶性膳食纖維提取率的影響

如圖3所示，堿浸溫度從40℃升高至80℃時，水不溶性膳食纖維提取率隨溫度升高而增大；當溫度超過80℃時，提取率隨溫度的增加而降低。產生這種現象可能是由于隨著堿浸時間的增加，蛋白質水解逐漸完全，提取率逐漸增加；但是堿浸時間過長會使水不溶性膳食纖維部分水解，導致提取率下降。

2.2正交試驗結果與分析

根據單因素實驗結果，為了進一步確定提取的最佳工藝條件，采用正交實驗考察了提取溫度、堿處理pH和堿浸時間對麥麩中水不溶性膳食纖維提取率的影響，正交實驗因素與水平如表1所示，正交實驗結果如表2所示。

由表2可知，影響麥麩IDF提取率的各因素主次順序為：C>B>A，即堿浸時間>堿處理pH>堿浸溫度。根據正交實驗得出水不溶性膳食纖維提取的最佳工藝條件為CiBiAi，即在堿浸時間為60 min，堿處理pH為9，堿浸溫度為60℃條件下，提取出來的水不溶性膳食纖維最多。

3 麥麩中水不溶性膳食纖維理化性質的測定

3.1 水不溶性膳食纖維溶脹度的測定

在最佳提取條件下對麥麩中的水不溶性膳食纖維進行溶脹度的測定，測得溶脹度為3.81 mL/g。

3.2 水不溶性膳食纖維持水力的測定

在最佳提取條件下對麥麩中的水不溶性膳食纖維進行持水力的測定，測得持水力為2.08 g/g。

4 結語

通過單因素實驗和正交實驗，使用化學提取法從麥麩中提取水不溶性膳食纖維的最優條件為：堿浸溫度60℃，堿處理pH為9，堿浸時間60 min。在最佳工藝條件下，麥麩中的水不溶性膳食纖維的提取率為58.87%，溶脹度和持水力分別為3.81 mL/g，2.08 g/g。通過本次研究可以看出，麥麩作為一種新的膳食纖維的來源，具有廣闊的發展前景。