蒸汽爆破制備小麥麩皮可溶性膳食纖維

王磊，孫淑玲，湯學英，廖晨，強立新，孟哲*

1. 唐山市食品藥品綜合檢驗檢測中心（唐山 063000）；2. 河北省農產品質量安全檢測技術創新中心（唐山 063000）；3. 唐山市功能性農產品產業技術研究院（唐山 063000）

膳食纖維具有改善胃腸道功能預防腸道疾病、降血脂防治心腦血管疾病、抗氧化作用、降低膽固醇、調節血糖防治糖尿病和預防肥胖等功能。隨著研究的深入，發現水溶性膳食纖維（SDF）與水不溶性膳食纖維（IDF）雖然功能相近，但也有不同，因此，更加精確地對膳食纖維兩大基礎組分進行分離提取制備，并分別研究其對人體的生理功能活性，對未來更準確地在食品中使用膳食纖維具有重要的意義[1-6]。

農產品加工的各種副產品是膳食纖維的良好來源，麩皮是小麥加工面粉后得到的副產品，在河北省小麥麩皮年產量高達250多萬 t，大約占小麥的20%，但85%以上的麥麩作為釀酒、制醋、醬油、飼料等生產的廉價原料，經濟效益和社會效益很低，存在綜合利用程度低、深度開發不足和精深加工產品少等技術難題。而利用剩余小麥麩皮制備膳食纖維產品，有利于提高小麥的資源利用率，提升小麥的產品附加值，促進經濟的可持續發展。

蒸汽爆破技術其原理主要是物料在瞬間由高溫、高壓突然降到常溫、常壓，原料內部的水分突然汽化，氣體突然膨脹，發生噴爆，產生爆破效果。蒸汽爆破預處理能夠使物料組織呈海綿狀，體積增大，一些結構組織如纖維束等被破壞，內含物暴露，有利于目的物的溶出，有助于提高原料酶水解的效果[7]。

試驗主要探究蒸汽爆破提取SDF最佳工藝條件及功能特性，旨在最大限度的提高SDF的提取率，通過改性使IDF轉化成為SDF，提高SDF產量，進一步提高小麥麩皮的附加值，并且避免小麥麩皮廢棄物對環境產生的污染。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

小麥麩皮，唐山潤澤糧油食品有限公司提供。

對照-SDF：稱取200 g小麥麩皮，按1∶7（g/mL）料液比添加去離子水，攪拌均勻，用膠體研磨機處理2次，離心分離（轉速4 200 r/min，離心時間20 min），上清液經旋轉蒸發濃縮至原體積的1/10，用4倍體積的75%乙醇沉淀20 min，真空抽濾，將所得濾渣40℃干燥箱中低溫干燥得到SDF。

SE-SDF：稱取200 g小麥麩皮，按1∶7（g/mL）料液比添加去離子水，攪拌均勻，用膠體研磨機處理2次，選擇一定壓力下利用蒸汽爆破設備處理一定時間，離心分離（轉速4 200 r/min，離心時間20 min），上清液經旋轉蒸發濃縮至原體積的1/10，用60℃的4倍體積的75%乙醇沉淀20 min，真空抽濾，將所得濾渣40℃干燥箱中低溫干燥得到SDF。

過氧化氫、DPPH、水楊酸等均為分析純，北京化學試劑公司；JK1002電子分析天平，上海奧豪斯國際貿易有限公司；TD5B臺式離心機，上海安亭科學儀器廠；XD-3000BDQ旋轉蒸發儀，江蘇太倉實驗設備廠；DR889-1電熱恒溫鼓風干燥箱，上海一恒科技有限公司；HH-1水浴恒溫振蕩器，江蘇國華電器有限公司。JM-65 膠體磨，上海多源機械制造有限公司；蒸汽爆破設備，北京化工大學自制。

1.2 試驗方法

1.2.1 SE制備小麥麩皮SDF工藝條件的選擇

選擇處理壓力分別為0.2，0.4，0.6，0.8和1.0 MPa，保壓時間為9 min，考察處理壓力對SDF提取率的影響。

選擇保壓時間分別為3，6，9，12和15 min，處理壓力為0.6 MPa，考察保壓時間對SDF提取率的影響。

1.2.2 可溶解性（WS）的測定

依據唐曉青[8]的方法，略有修改。稱取1 g左右樣品于離心管，按1∶10的比例加入蒸餾水，混合均勻后，室溫下靜置1 h后，在3 000 r/min的條件下離心10 min，收集上清液和殘渣，分別干燥，稱質量。

1.2.3 持水力（WHC）的測定

依據王松君等[9]的方法，略有修改。準確稱取1.0 g樣品于50 mL離心管中，加入20 mL去離子水，混合均勻后置于4℃條件下放置24 h后以4 200 r/min離心15 min，稱質量。

1.2.4 持油力（OHC）的測定

依據王松君等[9]的方法，略有修改。準確稱取1.0 g樣品于50 mL離心管中，加入10 mL橄欖油，混合均勻后置于4℃條件下放置1 h后以4 200 r/min離心15 min，稱質量。

1.2.5 膨脹力（SC）的測定

依據唐曉青[8]的方法，略有修改。準確稱取0.2 g樣品置于刻度試管中并記錄其體積，加入5.0 mL蒸餾水，混合均勻后在4℃條件下放置18 h，記錄樣品吸水后的體積。

1.2.6 乳化特性（EA）的測定[10]

具體操作如下：準確稱取2.0 g SDF溶解于100 mL去離子水中，在2 000×g高速剪切2 min，然后加入100 mL玉米油，再高速剪切1 min。所得乳狀液放入15 mL帶刻度試管中，以3 000 r/min離心分離10 min。記錄乳狀液體積。

1.2.7 乳化穩定性（ES）的測定[10]

具體操作如下：準確稱取2.0 g SDF溶解于100 mL去離子水中，在2 000×g高速剪切2 min，然后加入100 mL玉米油，再高速剪切1 min。所得乳狀液在80℃下加熱30 min，冷卻至室溫，以3 000 r/min離心分離10 min。記錄乳狀液體積。

1.2.8 最小凝膠濃度（LGC）的測定[10]

具體操作如下：分別用去離子水配成濃度為2%，4%，6%，8%，10%，12%和14%的SDF溶液，取5 mL樣品溶液放入試管中，100℃水浴1 h，然后冰浴1 h。LGC以試管反轉時樣品溶液不發生滑落為準。

1.2.9 總酚含量測定

取一定濃度的樣品0.5 mL，加入2.5 mL 0.2 N Folin-Ciocalteu試劑，振蕩30 s后反應5min，再加入2 mL 7.5 g/100 mL的Na2CO3溶液，振蕩20 s后反應2 h，在760 nm處測定吸光度，空白對照以去離子水代替樣品進行反應。總酚含量以沒食子酸當量（Gallic Acid Equivalent，GAE/g，干基）表示。

1.2.10 ABTS自由基清除率的測定

ABTS溶液的制備：取7 mmol/L的ABTS水溶液與2.45 mmol/L的過硫酸鉀溶液混合，避光反應12 h以上，試驗前用水將ABTS儲備液稀釋至734 nm處吸光度值為0.7±0.02。

取稀釋到一定濃度的提取液（或Trolox標準液）1 mL，按體積比1∶3加入ABTS溶液，振蕩30 s，反應60 min，734 nm波長處測定吸光度。樣品的ABTS清除能力與Trolox清除自由基能力進行比較，確定其的抗氧化能力。以Trolox當量（Trolox Equivalent，TE/g干基）表示。

式中：A1為2 mL SDF+6.0 mL ABTS自由基；A2為2 mL SDF+6.0 mL蒸餾水；A3為2 mL蒸餾水+6.0 mL ABTS自由基。

1.2.11 ·OH清除率的測定

依據湯小明[11]的方法，略有修改。在反應體系中（水楊酸-乙醇溶液9 mmol/L，Fe2+9 mmol/L，H2O28.8 mmol/L）加入具有清除·OH能力的物質，便會與水楊酸競爭·OH，而使有色物質生成量減少。采用固定反應時間法，在相同體積的反應體系中加入不同濃度的DF，并用蒸餾水作空白對照，在波長510 nm處測量加入不同濃度DF后的吸光度，代入清除率計算公式便可計算出不同濃度的DF清除·OH自由基的能力。

式中：A1為0.5 mL水楊酸-乙醇+1.0 mL DF+0.5 mL Fe2++5.0 mL H2O2；A2為0.5 mL水楊酸-乙醇+1.0 mL DF+0.5 mL蒸餾水+5.0 mL H2O2；A3為0.5 mL水楊酸-乙醇+1.0 mL蒸餾水+0.5 mL Fe2++5.0 mL H2O2。

1.2.12 O2-·清除率的測定

依據湯小明[11]的方法，略有修改。取0.05 mol/L Tris-HCl緩沖液（pH 8.2）4.0 mL，置于25℃水浴中預熱20 min，分別加入1 mL待測液和1 mL 25 mmol/L 鄰苯三酚溶液，混勻后于25℃水浴中反應5 min，加入8% HCl溶液100 μL終止反應，波長320 nm處測定吸光度。以1 mL蒸餾水代替待測液做空白試驗。

式中：A1為4 mL Tris-HCl+1.0 mL DF+2 mL鄰苯三酚；A2為4 mL Tris-HCl+1.0 mL DF+2 mL蒸餾水；A3為4 mL Tris-HCl+1.0 mL蒸餾水+2 mL鄰苯三酚。

1.2.13 DPPH自由基清除率的測定

依據湯小明[11]的方法，略有修改。DPPH自由基在95%乙醇溶液中是一種穩定的自由基，在波長517 nm處有吸收峰，呈紫色。當自由基清除劑存在時，DPPH的孤對電子被配對，顏色變淺，在最大吸收波長處吸收度變小，且顏色變化與配對電子數成化學計量關系，因此，可用來評價自由基的清除情況。將4 mL待測液加入2 mL 0.2 mmol/L DPPH自由基溶液，于25℃水浴中反應20 min后于517 nm處測定吸光度。以蒸餾水代替待測液作空白試驗。

式中：A1為4 mL DF+2.0 mL DPPH自由基；A2為4 mL DF+2.0 mL 95%乙醇；A3為4 mL蒸餾水+2.0 mL DPPH自由基。

1.3 數據處理

數據分析采用Design-Expert 7.0進行試驗設計和數據處理。

2 結果與分析

2.1 蒸汽爆破壓力對SDF提取率的影響

蒸汽爆破壓力對SDF提取率的影響如圖1所示。結果表明，前期隨著壓力的升高，SDF提取率也隨之提高，在壓力為0.6 MPa時提取率最高，為30.89%，而后開始下降，可以看出壓力對SDF提取率影響較大。壓力低于0.2 MPa時，由于壓力過低蒸汽爆破效果不明顯；而當壓力高于0.8 MPa時，小麥麩皮變色嚴重并造成了有效成分的破壞，纖維素、木質素等物質降解嚴重，成為小分子，不能以醇沉法分離，降低了SDF的提取率[12]。所以試驗選取的蒸汽爆破壓力為0.6 MPa。

圖1 蒸汽爆破壓力對SDF提取率的影響

2.2 保壓時間對SDF提取率的影響

保壓時間對SDF提取率的影響如圖2所示。結果表明，前期隨著保壓時間的增加，SDF提取率也隨之上升，在9 min時提取率最高，為31.56%，而后開始緩慢降低，可以看出保壓時間并不是越長越好。保壓時間較短時，小麥麩皮得不到充分的爆破和膨化，SDF提取率較低；保壓時間過長增加了能耗，更重要的是會使纖維素、木質素等物質降解嚴重，成為小分子，不能以醇沉法分離，降低了SDF的提取率。所以試驗選取的保壓時間為9 min。

圖2 保壓時間對SDF提取率的影響

2.3 小麥麩皮SDF理化特性分析

從表1可以看出小麥麩皮SDF經蒸汽爆破處理后其理化特性有所提高。對照-SDF的溶解性、持水力、持油力、膨脹力分別為85.47%，2.35 g/g，1.25 g/g和3.24 mL/g，SE-SDF提高到分別為95.68%，3.57 g/g，2.06 g/g和5.69 mL/g，分別增加了11.95%，51.92%，64.80%和75.61%。蒸汽爆破處理時，物料組織呈海綿狀，體積增大，一些結構組織如纖維素等被破壞，內含物暴露，有利于目的物的溶出，使得果膠類可溶性膳食纖維的含量增加，結合水分子的能力提高，溶于水后顆粒膨脹、伸展產生更大的容積，從而導致改性后SDF的溶解性、持水力、持油力、膨脹力增大[13]。

乳化活性（EA）是表示某種物質能夠促進兩種不相混溶的液體溶解或分散能力的大小。乳化穩定性（ES）是指限制乳液發生破裂的能力[10]。對照-SDF乳化活性和乳化穩定性分別為45.78和40.17 mL/100 mL，SE-SDF增加到79.67和61.02 mL/100 mL。與處理前SDF相比，蒸汽爆破處理后的SDF可作為一種良好的乳化劑，用于保持理化穩定性和較長貨架期的功能食品[14]。而且擁有較高乳化活性的SDF對維持人體健康非常有利，由于膽汁酸是合成膽固醇的前體物質，通過對小腸中膽汁酸的吸附可減少血液中膽固醇的含量[10,15]。最小凝膠濃度（LGC）是判斷物質膠凝化能力大小的指標。從表1可以看出，蒸汽爆破處理顯著降低了LGC，從未處理的13.57%減小到8.65%，說明蒸汽爆破處理增加了小麥麩皮SDF的黏度。

表1 蒸汽爆破處理對小麥麩皮SDF理化特性的影響

2.4 小麥麩皮SDF抗氧化能力分析

蒸汽爆破處理前后小麥麩皮SDF中TPC、DPPH、ABTS、O2-·和·OH清除率如表2所示。蒸汽爆破處理后TPC、DPPH、ABTS、O2-·和·OH清除率均得到一定程度的增加。SDF中TPC由處理前的1.57 mg GAE/g增加到處理后的3.26 mg GAE/g。而總酚含量的多少可間接反應抗氧化能力的大小。

蒸汽爆破處理后的小麥麩皮SDF對DPPH、ABTS、O2-·和·OH清除率明顯高于未處理樣品，這可能是由于物料經蒸汽爆破處理后，SDF的平均粒徑明顯減小，樣品的均勻性增加，表面積增大，在抗氧化物質提取的過程中，SDF中抗氧化成分與提取劑接觸表面積增大、接觸更充分，且經過蒸汽爆破處理后物料細胞壁被破壞，活性成分較易溶出，很多不溶性活性成分變成小分子可溶性物質，其提取率也相應增加[16]。

表2 蒸汽爆處理對小麥麩皮SDF抗氧化能力的影響

3 結論

1) 蒸汽爆破改性提取小麥麩皮SDF，通過單因素試驗得出提取最佳條件為蒸汽爆破壓力為0.6 MPa，保壓時間9 min。此條件下SDF提取率為31.56%，

2) 對照-SDF的溶解性、持水力、持油力、膨脹力、乳化活性、乳化穩定性和最小凝膠濃度分別為85.47%，2.35 g/g，1.25 g/g，3.24 mL/g，45.78 mL/100 mL，40.17 mL/100 mL和13.57%，SE-SDF的分別為95.68%，3.57 g/g，2.06 g/g，5.69 mL/g，79.67 mL/100 mL，61.02 mL/100 mL和8.65%。經蒸汽爆破處理后，小麥麩皮SDF的理化特性有所升高。

3) SDF中TPC由處理前的1.951±0.172 mg GAE/g增加到處理后的2.234±0.203 mg GAE/g。蒸汽爆破處理后，小麥麩皮SDF對DPPH、ABTS、O2-·和·OH清除率明顯高于未處理樣品，對自由基清除能力有所增強。