麥麩膳食纖維加工和利用研究進展

邢家溧，杜志紅，周靜，任彬，承海，丁源，徐曉蓉，羅小虎，*

（1.寧波市食品檢驗檢測研究院，浙江寧波315048；2.寧波大學海洋學院，浙江寧波315211；3.江南大學糧食發酵工藝與技術國家工程實驗室，江蘇無錫214122；4.江南大學食品學院，江蘇無錫214122；5.連云港市質量技術綜合檢驗檢測中心，江蘇連云港222003；6.嶺南師范學院生命科學與技術學院，廣東湛江524048）

膳食纖維，作為七大營養素之一，對人體的健康具有重要作用。多項研究表明，攝入適量的膳食纖維可以預防或者緩解由代謝紊亂而產生的代謝綜合癥，如糖尿病[1]、高膽固醇[2]，結腸癌[3]，肥胖[4]。麥麩作為膳食纖維的重要來源，不僅來源充足，而且價格實惠。此外，麥麩中還含有豐富的維生素、礦物質、蛋白質和人體必需氨基酸。根據膳食纖維在水中的溶解能力，它可以被分為可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber,SDF）和不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber,IDF），這主要由主鏈或側鏈的多糖結構決定，不規則為易溶，規則的為不可溶。此外，膳食纖維的可溶性也會受到官能團（-COOH或SO42-）、溫度和離子強度的影響[5]。SDF和IDF功能特點各不相同，SDF表現為增加黏度，降低血糖反應[6]和提高膽汁酸鹽和葡萄糖吸附性以及α-淀粉酶抑制活性[7]，而IDF則表現為降低孔隙率和密度[8]，增加糞便體積、減少腸道運輸時間[4]，其持水能力，吸油能力和有毒離子吸附能力比SDF更強[9]。

國內對于麥麩膳食纖維的研究多集中于添加麥麩膳食纖維食品的工藝優化以及膳食纖維的提取工藝與改性技術，對麥麩膳食纖維的功能特性研究甚少。相比較而言，由于飲食文化與科技發展程度的不同，歐美國家對麥麩膳食纖維的研究更趨成熟，關于麥麩膳食纖維在食品體系中作用機理的研究也更加完善。本文綜合分析了麥麩膳食纖維的提取工藝與功能性質在食品體系中的應用，為麥麩膳食纖維的加工利用提供參考。

1 麥麩膳食纖維的提取方式

為了得到麥麩膳食纖維，通常需將其從麥麩中分離出來。不同的提取方法所得到的膳食纖維產品的功能特性、化學組成以及溶解性會有所不同。目前較為常用的膳食纖維提取方法：熱法、化學法、酶法、酶-化學法、超聲波或者微波輔助酶法[10]。熱法提取纖維素是最常用的方法之一，包括熱水或沸水提取、微波加熱提取、亞臨界條件下的水浸提。熱法溫度范圍一般為60℃～100℃，時間20min～120min，易破壞熱敏性成分[10]。化學法是將粗產品或者原料干燥、磨碎后，用相應的化學試劑（堿、酸、氧化劑或者漂白劑、溶劑、螯合劑）處理除去脂肪、淀粉、蛋白質等成分后得到膳食纖維的方法，此方法會損失大量SDF，并且所得膳食纖維產品的純度不高[11]。酶法指用糖化酶、蛋白酶、α-淀粉酶等酶處理麥麩后，從中提取出膳食纖維，酶法提取得到的膳食纖維含量一般高于化學法，但酶法較為消耗時間[12-13]。酶-化學法提取膳食纖維指用化學法先除去麥麩中的蛋白質，再用酶法去除淀粉，得到的產物主要為IDF[14]。

相關研究表明，相比IDF、SDF形成凝膠能力以及乳化能力更強。由于麥麩中提取的SDF占比很小，因此各種新的提取技術相繼被提出，以提高SDF的提取量，其中復合酶法不但可以使膳食纖維發生酶解，部分轉變為SDF，而且還可以去除淀粉、蛋白質等成分，同時提高SDF的含量和純度。例如Mrabet A等[15]對水果纖維濃縮物進行酶解，得到的SDF含量從1.8 g/100 g增加到6.3 g/100 g，IDF/SDF的比率從19降低到2～3。同時爆破擠壓法[16]養成分條件下，顯著地提高了SDF含量。Yan等[12]將經過擠壓爆破處理后的脫油麥麩經過酶解，提取得到的SDF質量分數達16.72%，相比傳統得率2%～5%[17]，SDF含量得到了顯著的提高。

同時，為了改變膳食纖維中各成分的比例以強化膳食纖維的功能特性，該行業已經提出并發展了多種其它的膳食纖維改性方法：如擠壓蒸煮技術[16]、高壓微流化技術[17]、酶（纖維素酶或者木聚糖酶）熱處理技術[18]、濕熱/酸熱處理技術[19]、高水壓處理技術[8]、高靜水壓力結合酶法[20]、高靜水壓力結合堿法[21]、微生物轉化技術[22]，超微粉碎技術[23-24]、超聲波輔助酶法[25-26]等。

2 麥麩膳食纖維的功能性質

膳食纖維的功能性質可以分為生理功能與理化加工性能兩個方面。在理化加工方面，膳食纖維有很好的水合性質、持油性，形成凝膠和高黏度溶液的能力；在生理功能方面，膳食纖維具有抗氧化活性[12]以及清除部分自由基的能力[10]。因此，膳食纖維在改善谷物和肉等制品的顏色、質地、持水容量、凝膠容量等方面具有巨大的利用價值[27-32]。

2.1 凝膠性質

纖維凝膠體系在保持流體特性的同時也表現出顯著的固體特性[33]，其作為低卡路里含量產品，可作為脂肪替代物使用。麥麩纖維常在食品中表現出不良特性，如麥麩膳食纖維粉加入肉丸中會使肉丸硬度增加、彈性降低、切面和口感粗糙[34]。但通過高速剪切作用可以破壞其天然纖維結構得到光滑度、持水力更高、品質良好的纖維素纖維凝膠，從而促進麥麩纖維在食品中的應用[35]。Inglett等[35]用堿將玉米麩皮細胞壁完全分解，然后回收固體并用過氧化氫處理產生無色產物，再經干燥等過程得到凝膠固體，其易分散于水中，復水后形成高黏度凝膠，通過在復水過程中施加不同程度的剪切力，可改變凝膠的光滑度和黏度，并且該凝膠無味，持水能力更高。相關研究表明經過酸法、堿法、酶法改性處理的SDF具有良好的交聯性質和彈性，更夠截留更多水分形成強度穩定的凝膠[19，36]。這對于麥麩膳食纖維凝膠的開發使用有很大參考價值。

2.2 黏度增強劑

不同膳食纖維所表現出的黏性不同，膳食纖維中纖維、木質素等幾乎無黏性，果膠、樹膠等則黏性較強[37]。SDF是黏度增加的主要原因[38]，與其濃度呈正相關。此外，膳食纖維溶液溫度也對黏度有影響，溫度升高，黏度降低[5]。Grigelmo-Miguel等[39]將富含SDF的桃纖維取代工業果膠加入草莓醬中出現了假塑性現象，果醬的黏度隨著膳食纖維添加量的增加而上升，并且與原果醬一樣受到消費者認可。在肉制品中，Agar等[27]將富含SDF的甜菜纖維加入肉糜乳液中，提高了肉糜乳液的黏度，改善了肉糜的流變特性、質構、和紋理。麥麩中SDF的含量較低，因此麥麩膳食纖維摻入果醬類產品中會遇到很多阻礙，可以直接向目標物中加入麥麩膳食纖維中的SDF或者改進提取方法提高麥麩膳食纖維中SDF含量，從而增加麥麩膳食纖維在此類產品中的適用性。

2.3 水合性質

膳食纖維的水合性質一般由持水性（water-holding capacity,WHC）和溶脹性（swelling capacity,SC）量化。這些性質主要與膳食纖維中多糖的化學結構以及所處的環境條件有關，如孔隙率、孔徑、離子形式、pH值、溫度、離子強度和種類、對纖維的應力以及處理和提取條件[5，40]。高壓均質處理纖維素類產品，在機械作用下，膳食纖維孔隙率、密度、纖維結構發生變化，其水合能力也隨之改變[41-42]。Fayin等[23]也證實了纖維微粉化后，由于粒徑減小，纖維水合能力顯著下降。膳食纖維的WHC值還與IDF的含量密切相關，因水在表面張力的存在下會被截留在纖維毛細管中。膳食纖維原料經過55℃、600 MPa靜水壓處理后，其WHC、SC值顯著降低，當靜水壓和溫度改變后，膳食纖維的水合性質又會隨之改變[8，43]。此外，當制備纖維的纖維制劑具有較低的堆積密度，則其暴露在水分周圍的極性基團、糖醛酸基團會更多、暴露的表面積更大，這些都會使所制得的纖維產品SC值增大[40]。

由于膳食纖維具有很好的持水性，其常被添加到烘焙食品中，以保持食品的新鮮度[7]。在乳制品中使用纖維也很常見，例如高SDF含量的菊粉可改善乳制品和冰淇淋的結構和口感，減少酸奶和其它發酵乳產品的水分析出。這為麥麩膳食纖維在此類產品上的應用提供了參考。高度不溶性小麥纖維添加到魚糜中，雖然會降低魚糜的凝膠強度、硬度和黏結性，但可使以上物理性質在魚糜冷凍過程中保持相對穩定[44]。將纖維摻入面包中可保持面包的水分和柔軟度，延緩其在儲藏過程中的老化現象，改善面包的質地[45]。Li等[22]發現，經過分級后具有高持水能力的麥麩SDF摻入面團中可促進面筋網絡的穩定性和吸水性，其中分級后具有中等分子量但取代度較高的SDF組分最有利于面筋網絡結構的形成，但SDF加入過多后會導致蛋白質和淀粉的不完全水合，對加工過程中面團質量造成負面影響。此外，麥麩膳食纖維因持水能力也可以被用作結晶和再結晶的控制劑[46]。

2.4 持油性

膳食纖維除了水合性質外，還有持油性（oil-holding capacity，OHC）。OHC與膳食纖維的結構、顆粒表面性質、總電荷密度[47]和組成多糖的親水性有關[5，48]。也有研究表明OHC取決于材料的體積密度[42]、粒徑[23]，體積密度越高、粒徑越低其表面積以及與脂質結合的能力就越低[10]。此外，體系的親脂性位點、疏水性、毛細管力等也會影響纖維對油的親和力[49]。膳食纖維中含有大量多糖，其具有很好的起泡和乳化穩定性，可以維持高脂肪食品體系和乳狀液的穩定，常被用作脂肪替代物[39]。在實際應用中，將1 g富含纖維多糖的羅勒種子種黏液取代15 g黃油摻入海綿蛋糕中，不僅改善了蛋糕的口感質地，而且總脂肪含量也減少了75%[50]。膳食纖維加入肉制品中，在降低卡路里含量的同時，還改善了肉制品的質地和穩定性，如將麥麩中IDF代替脂肪加入牛肉漢堡中，不但降低了膽固醇水平，而且改善了烹飪品質、直徑以及質地[51]。

2.5 抗氧化性和清除自由基能力

麥麩膳食纖維中含有很多植物非淀粉多糖，這些具有高抗氧化活性的成分加入食品中可以維持脂肪食品穩定，從而改善此類食品的氧化穩定性以延長貨架期。李新明等[52]研究發現麥麩膳食纖維中SDF對花生油的抗氧化性效果明顯，遠優于常用的抗氧化劑丁基羥基茴香醚、二丁基羥基甲苯、沒食子酸丙酯，同時SDF與檸檬酸、VC、磷酸表現出了協同增效作用，提高了SDF的抗氧化性能。Ozkaya等[53]對麥麩經過高壓滅菌熱處理，發現其抗氧化活性增加了12%。Kim等[32]發現經染天然紅花素的麥麩纖維摻入香腸中，不僅利于香腸顏色的形成和保持，而且可以阻止脂質氧化，并可作為著色劑和抗氧化劑代替亞硝酸鹽摻入肉制品中。Zhang等[54]表明麥麩膳食纖維可以有效地吸附、去除多環芳烴等異生素，降低致癌風險。現代醫學提出脂質氧化過程中產生的自由基與結腸癌的發生有直接關系，而麥麩膳食纖維中的多糖有很強的清除自由基能力，可以降低結腸癌的發病率。相關研究表明，多糖的羥基能夠在氧化還原反應中提供電子或者氫原子，且其單糖成分和糖苷鍵與抗氧化能力高度相關[55]。麥麩SDF含有多種可溶性多糖，因此在作為天然抗氧化劑摻入功能性食品、化妝品、醫藥方面，麥麩SDF極具潛力。

3 前景與展望

麥麩膳食纖維的提取方式多樣，各種方法得到的膳食纖維組分、比例各不相同，且SDF與IDF在食品體系中表現的功能特性不同，生產中應根據實際的需要選擇合適的提取方法。在食品應用中，因麥麩膳食纖維具有獨特的生理功能和加工特性，不僅可以作為食品添加劑，也可以作為新型低熱量食品的主要成分，如麥麩膳食纖維可制成保健飲料、保健纖維面包和香腸、即食小吃等食品。如今以麥麩為主成分的產品在消費市場上占比不足，其潛在價值并未充分發揮，作為膳食纖維的豐富來源，對其進行深入研究和開發利用對提高麥麩的綜合利用率、改善消費者的飲食結構具有重要意義。