小麥麩皮生產飼用膳食纖維工藝優化研究

王彩君 孟得娟

（1．唐山職業技術學院 農林工程系，河北 唐山 063300；2．河北能源職業技術學院，河北 唐山 063000）

膳食纖維是一類不易被人體消化吸收的多糖[1-2]。膳食纖維分為可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF）。研究表明，添加膳食纖維可以提高動物生產性能，有助于增強機體免疫力，降低患病率，改善肉品質[3-5]。因此，添加膳食纖維對生產高質量飼料具有重要意義[6-8]。小麥麩皮具有利用率低、加工成本高等缺點，限制了其在動物飼糧中的應用[9-10]。目前，從小麥麩皮中提取膳食纖維的方法有化學提取法[11]、生物化學提取法[12-14]、物理提取等方法[15-16]。本試驗采用超微粉碎輔助酶解法進行單因素試驗和正交試驗，研究液料比、纖維素酶活性、酶解溫度和酶解時間對小麥麩皮中水溶性膳食纖維提取率的影響，旨為實現小麥麩皮的高效利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器設備

小麥麩皮由山東闊達生物科技有限公司提供。纖維素酶購自四川華堂聚瑞生物科技有限公司，其酶活為8 000 U/g。蒸餾水、去離子水等由本實驗室制備。

MKL01超微粉碎機購自山東摩克立粉體技術設備有限公司，NHY6-108801普通粉碎機購自北京海富達科技有限公司，JA-200超聲振蕩儀購自濟寧奧超電子設備有限公司，RE-3002 大型旋轉蒸發儀購自鞏義市瑞德儀器設備有限公司，DZF-6050AUT真空干燥箱購自上海靳瀾儀器制造有限公司，UL-5000 紫外分光光度計購自上海美析儀器有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 小麥麩皮樣品預處理

小麥麩皮在冷水中浸泡清洗，去除泥沙等雜質，蒸餾水反復洗滌，將清理后的小麥麩皮置于50 ℃烘箱中烘干，粉碎過40目篩，密封分裝，置于-20 ℃冰箱保藏。

1.2.2 小麥麩皮膳食纖維提取工藝

使用超微粉碎機，將1.2.1 中小麥麩皮樣品粉碎至15 μm，精確稱量粉樣20.000 g，以液料比15 mL/g 加入去離子水調漿。調制好的樣品煮沸1～3 min，冷卻至室溫，調節pH 值至5.0，添加0.75 g/mL 纖維素酶，置于50 ℃恒溫水浴中酶解12 h，樣品加熱至沸騰，冷卻，8 000 r/min 離心10 min，取上清液濃縮至原體積的20%～30%，冷卻。將4倍體積的無水乙醇加入濃縮液中，靜置2 h，再以8 000 r/min 離心15 min 去上清液，剩余固體置于真空干燥機中烘干，稱重，即為SDF。

1.2.2.1 單因素試驗

以1.2.2 中的各項工藝參數分別設置4 個水平，液料比分別為5、10、15、20、25、30 mL/g；纖維素酶分別為0.25、0.50、0.75、1.00、1.25、1.50 g/mL；酶解溫度分別為40、45、50、55、60、65 ℃；酶解時間分別為4、8、12、16、20、24 h，考察4個工藝參數在不同水平下，對小麥麩皮中飼用SDF提取率的影響。

1.2.2.2 正交試驗設計

根據單因素試驗結果，利用正交設計軟件設計4 因素4水平L16(44)正交試驗（見表1），優化膳食纖維工藝。

表1 正交因素水平設計

1.2.3 SDF提取率及理化性質

采用最優工藝下的SDF，測定SDF 提取率和理化性質，理化性質包括持水力、持油力、膨脹力和抗氧化性。

1.2.3.1 持水力測定

將1.000 g 干燥后的樣品置于20 mL 離心管中，加入10 mL去蒸餾水，混勻，24 ℃浸泡24 h，3 500 r/min離心20 min，棄上清液用濾紙將離心管壁附著的多余水分吸干，稱重。

持水力=(樣品濕重-樣品干重)/樣品干重(1)

1.2.3.2 持油力測定

將1.000 g 干燥后的樣品置于20 mL 離心管中，加入10 mL精煉豆油，混合均勻，24 ℃浸泡30 min，每3 min振蕩一次離心管，以3 500 r/min 離心20 min，棄上層豆油用濾紙將離心管壁附著的多余油滴吸干，稱重。

持油力=(樣品濕重-樣品干重)/樣品干重(2)

1.2.3.3 膨脹力測定

將1.000 g干燥后的樣品置于帶有精細刻度的玻璃容器中，加10 mL 蒸餾水，混勻，24 ℃靜置24 h，讀取液面刻度，即樣品吸水后膨脹的體積。

膨脹力=(溶脹后纖維體積-干樣品體積)/樣品干重(3)

1.2.3.4 DPPH自由基清除率

稱取不同質量濃度（0.05～1.6 g/L）的SDF 溶液各3.0 mL，添加3.0 mL、0.2 mmol/L的DPPH自由基乙醇溶液，混勻，密封，24 ℃避光反應30 min，6 000 r/min 離心15 min取出，在517 nm處測定上清液的吸光度，記為Ai。將3.0 mL 無水乙醇和3.0 mL 的SDF 樣品混勻，檢測吸光度，記為Aj。將3.0 mL 無水乙醇與3.0 mL DPPH 溶液混合均勻后，檢測吸光度，記為A0。

DPPH自由基清除率=1-(Ai-Aj)/A0×100%(4)

1.2.3.5 ·O2-自由基清除率稱取不同質量濃度（0.5～16.0 g/L）SDF溶液各3.0 mL，向試管中加入9.0 mL Tris-HCl 溶液（50.0 mmol/L，pH 值8.2），25 ℃水浴20 min，添加1.2 mL、5.0 mmol/L鄰苯三酚溶液，混勻，25 ℃水浴鍋中反應4 min，加入1.0 mL、8.0 mol/L的HCl溶液終止反應，3 500 r/min離心10 min 取上清液，檢測上清液在320 nm 處吸光度，記為A1。以蒸餾水作為對照組，其吸光度記為A2。以70%聚乙二醇溶液作為空白組，其吸光度記為A0。

·O2-自由基清除率=1-(A1-A2)/A0×100%(5)在最優生產工藝參數組合不變的情況下，將小麥麩皮超微粉碎樣品用1.2.1中過40目篩的粗粉碎樣替代，提取SDF，記為（粗）提取率。將超微粉碎小麥麩皮樣品得到的提取率記為（超微）提取率。在未作特別區分的情況下，本試驗中所有提取率均指（超微）提取率。最優生產工藝組合下小麥麩皮SDF 的提取率試驗均設5 個平行樣，結果取平均值。

1.3 數據統計與分析

采用SPSS 26軟件對試驗結果進行分析。利用軟件中的極差分析和多因素方差分析模塊分析正交試驗結果，結果采用Duncan's 多重比較法。P＜0.05 表示差異顯著，P＜0.01表示差異極顯著。

2 結果與分析

2.1 液料比對小麥麩皮中SDF提取率的影響（見圖1）

圖1 液料比對小麥麩皮中SDF提取率的影響

由圖1 可知，液料比在20 mL/g 時，SDF 提取率最高，達18.82%。因此，選擇15、20、25、30 mL/g 的用于正交試驗。

2.2 纖維素酶水平對小麥麩皮中SDF 提取率的影響（見圖2）

圖2 纖維素酶濃度對小麥麩皮中SDF提取率的影響

由圖2 可知，纖維素酶水平在1.00 g/mL 時，SDF 提取率最高，達19.62%。因此，選擇0.75、1.00、1.25、1.50 g/mL的纖維素酶用于后續正交試驗。

2.3 酶解溫度對小麥麩皮中SDF 提取率的影響（見圖3）

圖3 酶解溫度對小麥麩皮中SDF提取率的影響

由圖3 可知，當酶解溫度達到55 ℃時，SDF 提取率最高，達19.83%。因此，選擇45、50、55、60 ℃酶解溫度用于后續正交試驗。

2.4 酶解時間對小麥麩皮中SDF提取率的影響（見圖4）

圖4 酶解時間對小麥麩皮中SDF提取率的影響

由圖4可知，酶解時間20 h時，SDF提取率最高，達到19.63%。因此，選擇12、16、20、24 h 的酶解時間用于后續正交試驗。

2.5 正交試驗及方差分析結果（見表2、表3）

表2 正交試驗與極差分析結果

表3 多因素方差分析結果

由表2、表3 可知，根據R值判斷，在提取過程中，對SDF提取率的影響的排序為A＞D＞C＞B。因素A和D均對小麥麩皮SDF的提取率具有極顯著影響（P＜0.01）；因素B和C對SDF 提取率具有顯著影響（P＜0.05）。綜合極差和方差分析，選擇各工藝因素中k值最大者為最優參數水平，最優工藝組合為A2B4C3D4，即液料比（A）20 mL/g、纖維素酶水平（B）1.50 g/mL、酶解溫度（C）55 ℃和酶解時間（D）24 h。

2.6 小麥麩皮中SDF的提取率及理化性質（見表4）

表4 最佳工藝條件下SDF提取率及理化性質

由表4 可知，最優提取工藝中SDF 的提取率達（24.32±0.03）%，比正交試驗中21.88%的最高提取率增加了11.15%。小麥麩皮的SDF持水力為7.14 g/g，持油力3.29 g/g，膨脹力7.83 mL/g。小麥麩皮超微粉碎樣替換為粗粉碎樣，在最優提取工藝條件下，SDF 的（粗）提取率為（14.61±0.04）%。超微粉碎樣的（超微）提取率比粗粉碎樣提高了66.46%。

2.7 小麥麩皮中SDF對DPPH自由基和·O2-自由基清除率的影響（見圖5、圖6）

圖5 小麥麩皮中SDF對DPPH自由基清除率的影響

圖6 小麥麩皮中SDF對·O2-自由基清除率的影響

由圖5、圖6 可知，小麥麩皮中提取的SDF 對DPPH自由基和·O2-自由基清除率隨濃度增加而提高，呈先急劇上升、后漸平緩的趨勢。

3 討論

本試驗結果表明，在最優提取工藝條件下的小麥麩皮中SDF 的提取率為24.32%。姚慧慧等[11]利用超微粉碎輔助超聲波-酸解法提取小麥麩皮中的SDF，提取率為18.98%。羅磊等[17]利用超聲輔助酶解提取黑小麥麩皮中的可溶性膳食纖維，提取率最高為19.31%。本試驗在最優提取工藝條件下，粗粉碎小麥麩皮樣品提取的SDF 提取率僅為14.61%，與姜北國等[18]以小麥麩皮膳食纖維為原料，采用纖維素酶解法提取可溶性膳食纖維，提取率為12.67%的研究結果保持一致。因此，超微粉碎與酶解法結合使用時，能夠有效提高小麥麩皮中可溶性膳食纖維的提取率，可能是超微粉碎使得小麥麩皮顆粒的整體物質結構松散，顆粒直徑小，顆粒與外界的接觸和反應面積增加，有利于SDF 從小麥麩皮細胞中釋放。另外，疏松的結構可以使纖維素酶更好地與小麥麩皮中剩余的纖維素發生酶解，產生更多SDF，提高SDF 提取率。本研究發現，影響小麥麩皮中SDF 提取率重要性的因素依次為液料比＞酶解時間＞酶解溫度＞酶濃度。SDF的最優提取參數為液料比20 mL/g、纖維素酶水平1.50 g/mL、酶解溫度55 ℃、酶解時間24 h。

膳食纖維中包含許多親水基團和親油基團，能夠表現出較好的持水性、持油性和膨脹性，在飼糧中添加膳食纖維可以促進腸道蠕動，減少動物胃腸疾病[19]。本試驗表明，SDF 的持水力為7.14 g/g，持油力為3.29 g/g，膨脹力為7.83 mL/g；SDF 對DPPH 自由基和·O2-自由基清除率分別為50.64%和37.78%，與王磊等[20]研究結果一致。因此，利用小麥麩皮生產飼用膳食纖維具有較高的潛在飼用價值。

4 結論

本試驗結果表明，影響小麥麩皮中水溶性膳食纖維提取率排序為液料比＞酶解時間＞酶解溫度＞纖維素酶水平，最優工藝為液料比20 mL/g、纖維素酶水平1.50 g/mL、酶解溫度55 ℃、酶解時間24 h。此時，小麥麩皮中水溶性膳食纖維提取率為24.32%，其持水力為7.14 g/g，持油力為3.29 g/g，膨脹力為7.83 mL/g。因此，采用超微粉碎方法可有效提高小麥麩皮中水溶性膳食纖維的提取率。