黑豆皮水溶性膳食纖維的提取及其 在食品中的應用

◎ 朱夢巖，孔文桐，周 靖，曹 暉

（揚州大學旅游烹飪學院食品科學與工程學院，江蘇 揚州 225000）

黑豆原產于黑龍江省、遼寧省、吉林省和安徽省，現如今在我國各地都有廣泛種植，黑豆加工的經濟效益來源主要是新鮮黑豆本身及一些簡單的初級加工產品。黑豆皮是黑豆的種皮，是優質膳食纖維的理想來源，但多數被作為飼料使用，其潛在的價值沒有被挖掘出來。天然的黑豆皮膳食纖維具有明顯的生理活性，具有降血糖、降血脂、抗氧化、吸附重金屬和促進腸道蠕動等功能[1]。因此，從黑豆皮中提取水溶性膳食纖維并加以利用可以大幅提高黑豆皮資源的附加值，將為黑豆種植及加工行業增加額外的經濟效益。

1 黑豆皮水溶性膳食纖維的提取

1.1 超微粉碎輔助酶水解技術提取

超微粉碎技術是利用特殊的粉碎設備，通過一定的加工工藝流程，對物料進行碾磨、沖擊、剪切等，將粒徑3 mm以上的物料粉碎至粒徑為10～25 μm以下的微細顆粒，從而使產品具有界面活性，呈現出特殊的功能[2]。同時，在纖維素酶的作用下，部分水不溶性膳食纖維發生降解，轉變為水溶性膳食纖維析出。超微粉碎輔助酶法提取使黑豆皮粉體顆粒微細化，增大了孔隙率和比表面積，進而擴大了與酶試劑及溶劑的接觸面積，縮短了酶解反應的時間，而且超微粉碎可以快速降解黑豆皮細胞細胞壁，增加黑豆皮細胞的親水性，加速水溶性膳食纖維的析出。喬小全等[3]研究發現，超微粉碎輔助酶法制備黑豆皮水溶性膳食纖維的最優工藝為物料粒徑25～38 μm、液固比30∶1（mL·g-1）、酶底比188（U·mg-1）、溫度60 ℃、酶解2 h。該條件下，黑豆皮水溶性膳食纖維平均得率為12.01%。

1.2 超聲-微波協同方法提取

微波輔助提取是利用微波產生的高效內熱和電介質熱，而超聲波輔助提取則是因空穴作用產生高強度機械效應，其具有細胞破碎、加速質量傳遞與增加穿透性等優勢。但微波輔助提取存在加熱不均的問題，超聲波輔助提取存在熱效應較弱的問題。因此，采用超聲-微波協同方法提取可以進行互補進而彌補彼此的弱勢[4]。沈蒙等[5]研究發現，超聲-微波協同方法制備黑豆皮水溶性膳食纖維的最優工藝為：料液比1∶40（g∶mL），微波功率450 W，微波時間 30 min，微波溫度45 ℃，該條件下，黑豆皮水溶性膳食纖維平均得率為15.73%。

1.3 應用堿性過氧化氫法改性

過氧化氫是一種高效、無毒、無味且價格低廉的環保型試劑，且其在降解多糖、脫除木質素、增加半纖維素溶解、改善纖維素水合性質等方面具有良好作用[6]。此方法操作過程簡單且成本較低，而且過氧化氫在處理過程中會被完全分解，產物中無其他殘留。馮子倩等[7]研究發現，黑豆皮膳食纖維堿性過氧化氫改性制備黑豆皮水溶性膳食纖維的最優工藝為：pH值為11，H2O2濃度15%，反應時間0.5 h，料液比為 1∶18（m/V）。該條件下，黑豆皮水溶性膳食纖維平均得率為16.85%。從產業化角度分析，應用堿性過氧化氫法改性的方法生產成本水平相對較低，操作上相較于其他方法也便利許多，且反應條件溫和，過氧化氫在處理過程中會被完全分解，產物中無其他殘留，有利于實現工廠化設計。

1.4 酶法改性提取

酶法改性是使用纖維素酶和半纖維素酶將黑豆皮細胞中的纖維素和半纖維素降解為小分子的物質從而被乙醇析出為沉淀物，從而增加可溶性膳食纖維的提取率。沈蒙等[8]研究發現，酶法改性制備黑豆皮水溶性膳食纖維的最優工藝為：酶（纖維素酶∶半纖維素酶=1∶2）的添加量為5%，pH值為4.6，溫度為50 ℃，時間為3 h。該條件下，黑豆皮水溶性膳食纖維平均得率為14.90%。利用酶法改性制備黑豆皮水溶性膳食纖維的操作相對簡單，副產物利于控制，但成本也相對較高。

1.5 超聲微波輔助酶法提取

纖維素酶在一定條件下能對膳食纖維進行酶解，使長鏈多糖分解為水溶性較好的短鏈片段，以此將不溶性膳食纖維轉化為可溶性膳食纖維。巫永華等[9]研究發現利用超聲微波輔助酶法提取黑豆皮水溶性膳食纖維的最優工藝為：料液比1∶25 （g∶mL），纖維素添加量20 mg·g-1，溫度為60 ℃條件下提取 23 min。該條件下，黑豆皮水溶性膳食纖維平均得率為19.12%±0.23%。超聲微波輔助酶法提取黑豆皮水溶性膳食纖維的平均得率最高，但此方法對于實驗設備的要求較高，且超聲波對環境的污染較大，用于實驗室制備研究尚可，不利于工業化大規模生產。

2 黑豆皮水溶性膳食纖維的功能性

2.1 預防和改善Ⅱ型糖尿病

沈蒙等[10]通過建立糖尿病小鼠模型，并連續給予小鼠灌胃黑豆皮可溶性膳食纖維實驗發現，黑豆皮可溶性膳食纖維具有較好的緩解糖尿病小鼠體質量、血糖、INS水平和抗炎因子的濃度，修復受損傷的胰島組織的功能，為相關方面保健食品的開發提供了一定的科學依據。

2.2 預防心血管疾病

馮子倩等[7]通過膽酸結合實驗研究發現，利用堿性過氧化氫對黑豆皮改性后得到的黑豆皮可溶性膳食纖維有著較強的膽酸結合能力，且在低濃度下結合能力更強，說明改性后的黑豆皮水溶性膳食纖維具有潛在的降血脂功能，此實驗為黑豆皮水溶性膳食纖維在預防心血管疾病方面的深度開發提供了依據。

2.3 增加飽腹感、改善腸道環境

膳食纖維能使糞便變軟并增加糞便排出量，同時能與腸道內致癌物結合并將其通過糞便排除體外。膳食纖維還能誘導有益好氧菌的大量繁殖并以此改變腸內微生物群的構成與代謝。研究表明，膳食纖維在增加飽腹感及糞便排出量與其持水力、膨脹力有著密切的關系[11]。巫永華等[9]對黑豆皮水溶性膳食纖維進行微觀結構分析發現，其表面較為粗糙，存在許多不規則的顆粒狀物質，且有大量的褶皺和孔隙存在。大量的褶皺有利于增加膳食纖維與其他物質作用時的接觸面積，而孔隙的存在有利于水分子進入膳食纖維內部，以此形成的氫鍵或偶極作用可以大幅增加膳食纖維的吸附能力，從而使黑豆皮水溶性膳食纖維的持水力和膨脹力增加[12]。

3 黑豆皮水溶性膳食纖維在食品中的應用

3.1 開發以碳水化合物為基質的脂肪模擬物

研究表明，水溶性膳食纖維中含量較高的脂肪模擬物所形成的網狀結構有利于截留大量水分，因此黑豆皮水溶性膳食纖維制成的脂肪模擬物能明顯改善肉制品的持水性、彈性等特點。此外，以水狀液體體系的物理特性來模擬脂肪滑潤的口感，能產生奶油狀的潤滑感和黏稠度[13]。

3.2 制備黑豆皮膳食纖維——明膠復配膠體

夏琪[14]研究了黑豆皮膳食纖維——明膠復配膠體的制備及應用，通過豬肉丸的制作以及品質測定，說明將膳食纖維和復配膠體應用于肉質品中是可行的，為黑豆皮水溶性膳食纖維和交聯凝膠的具體應用提供了參考，也為健康食品的開發提供了依據。

4 結語

與國外相比，我國對于黑豆皮的綜合利用水平較低。現有的中文文獻已經對黑豆皮中水溶性膳食纖維的功能特性有了一定的研究基礎，但是在具體的醫藥、調味品、保健食品開發領域的實際應用則比較欠缺。國內的相關科研方向都是從提取黑豆皮中的花色苷和花青素等天然色素的角度出發，而對于黑豆皮中水溶性膳食纖維的開發應用方面，研究相對較少。由此說明，如果作為副產品的黑豆皮經過研究后能投入產業化生產，這不僅會變廢為寶，產生額外的經濟效益，而且提取出的水溶性膳食纖維也會對促進人們的身體健康產生深遠的影響。