Vo l.17,2010,No.4粮食与食品工业Cereal and Food I nd us tr y粮油工程收稿日期:2010-04-07 修回日期:2010-06-03作者简介:王成忠,男,1964年出生,教授,研究方向为食品资源开发。

小麦麸皮中膳食纤维提取工艺与应用的研究王成忠1,张玉倩1,赵乃峰2,杜爱莲31.山东轻工业学院食品与生物工程学院 (济南 250353)2.山东广明实业有限公司 (邹平 256200)3.烟台城乡建设学校 (烟台 264000)摘 要:论述了国内膳食纤维的常用提取工艺,讨论了微波辐射在提取膳食纤维中的应用,概述了膳食纤维在食品中的应用状况及其对食品品质的影响。

关键词:膳食纤维;提取;微波;添加剂中图分类号:T S210.9 文献标识码:B 文章编号:1672-5026(2010)04-0005-03Research on extraction and application of dietary fiber from wheat branWang Chengzho ng 1,Zhang Yuqian 1,Zhao Naifeng 2,Du Ailian 31.School of F ood &Bio eng ineer ing,Shandong Institute of L ig ht Industry (Jinan 250353)2.Shandong G uang ming Industr y Co.,L td.(Zo uping 256200)3.Y ant ai U rban and Rural Co nst ruct ion Scho ol (Y antai 264000)Abstract:T he ex traction techno logy of dietary fiber in China is discussed.T he use o f m icro w ave in the extraction of dietary fiber is review ed.T he application situation o f dietary fiber in foo d and its im pact on food quality are sum marized.Key words:dietar y fiber;ex traction;micr ow av e;additive 21世纪人们的饮食观念在发生质的改变,越来越讲究食品的营养性与功能性,膳食纤维(DF)对人体的功能保健作用已经被大量事实与研究成果证实。

它有降血糖、防治糖尿病以及预防肥胖、便秘等功能,因此,膳食纤维素被营养学家称为 第七营养素 。

联合国粮农组织颁布的纤维食品指导大纲指出,健康人每日常规饮食中应有30~50g(干重)纤维素;美国FDA 推荐的总膳食纤维的摄入量为人均20~35g /d(成人);澳大利亚报告膳食纤维人均摄入25g /d,可明显降低冠心病的发病率和死亡率。

中国营养学会推荐我国成年人膳食纤维的适宜摄入量为30g/d 左右。

根据我国2004年发布的居民营养健康调查结果表明,我国目前人均实际摄人量仅为14g/d 左右,摄入量严重不足,且摄入量随食品精加工水平的提高呈逐步下降的趋势。

每日补充一定量膳食纤维,均衡机体膳食结构观念已被更多的人群接受,研制具有辅助治疗、预防作用的膳食纤维健康食品势在必行。

因此,深入研究高活性膳食纤维的提取工艺,以获取经济的、高产率的生产工艺条件是当前的一个重要课题。

1 膳食纤维的原料膳食纤维的来源非常丰富,目前我国已研究开发的提取膳食纤维的原料可大致分为以下几种:(1)谷物薯类纤维,包括玉米皮、小麦麸皮、燕麦麸皮、荞麦麸皮、甘薯渣等;(2)豆类种子及种皮纤维,主要研究了大豆豆粕中膳食纤维的提取及其利用,大豆是我国研究膳食纤维较早的原料之一,目前研究的相对较成熟,市场上已有相关膳食纤维产品;(3)水果及蔬菜纤维:如:甜菜、魔芋、苹果渣、橘皮等;(4)微生物纤维多糖。

我国作为农业大国,谷物尤其是小5粮油工程王成忠等:小麦麸皮中膳食纤维提取工艺与应用的研究麦的消费量非常高,因此,麦麸中膳食纤维的制备研究与应用作为麸皮深加工的一个重要途径深受重视。

麦麸膳食纤维总量占麦麸干物质成分的35% ~50%,近年对麦麸膳食纤维的加工与食品利用技术研究明显增多,尤其是在烘焙食品和面主食制品加工中添加麦麸膳食纤维的制备技术研究。

2 膳食纤维的提取工艺2.1 水不溶性膳食纤维的提取膳食纤维根据溶解性的不同可分为水溶性膳食纤维(SDF)和水不溶性膳食纤维(IDF)两大类。

IDF是指膳食纤维中的一类不被消化道酶消化且不溶于热水的那部分非淀粉类结构性多糖,包括纤维素、半纤维素、木质素、壳聚糖和植物蜡等。

水溶性膳食纤维主要是指植物细胞内的水溶性贮存物质和分泌物,另外还包括部分微生物多糖和合成多糖,其组成主要是一些胶类物质。

SDF虽不被机体消化道酶消化,但可溶于热水。

膳食纤维的重要生理功能如降血糖、防癌症等主要是SDF的功效。

通常麸皮中的SDF含量很低,如华北地区小麦麸皮中的SDF只有4%左右,且在加热处理和洗涤去除淀粉和蛋白水解产物的过程中几乎全部损失掉了,所以我们在提取过程中主要得到的是不可溶性膳食纤维(IDF)。

国内膳食纤维的提取工艺曾有如下几种:酸法、碱法、双酶法、酶!化学法。

强酸、强碱等制备膳食纤维,其优点是去除淀粉、蛋白质较彻底。

但在这一过程中,不仅有超过50%的半纤维素和10%~30%的纤维素损失(IDF改性为SDF时,主要就是纤维素和半纤维素分子链断裂),而且由于酸碱法对膳食纤维结构的破坏,导致成品膳食纤维的持水力和膨胀力降低,从而降低其生理功能[1-2]。

因此,酸法和碱法已很少被用于膳食纤维的提取中。

双酶法即利用淀粉酶和蛋白酶的专一性、高效性去除原料中的淀粉和蛋白质的方法。

制得的膳食纤维得率高但成本高,纯度低。

曹新志等[3]试验证明,酶!化学法即淀粉酶水解淀粉,碱浸泡水解蛋白质,提取的膳食纤维纯度比单独用酶法提取的膳食纤维纯度要高。

碱不仅在提取工艺中用来去除蛋白质,在膳食纤维的改性工艺(如挤压膨化工艺)中也起到了重要作用。

下面以麸皮为原料简要概括国内常用于膳食纤维提取的双酶法和酶!化学法工艺。

原料的预处理:麸皮经筛选清洗之后,低温干燥粉碎过40目筛,备用。

2.1.1 双酶法麸皮∀煮沸去植酸∀冷却∀淀粉酶水解淀粉∀蛋白酶水解蛋白质∀煮沸灭酶∀抽滤并洗涤∀滤渣∀水洗至中性∀离心收集∀干燥∀水不溶性膳食纤维(IDF)2.1.2 酶!化学法麸皮∀煮沸去植酸∀冷却∀淀粉酶水解淀粉∀碱水解蛋白质∀抽滤并洗涤∀滤渣∀水洗至中性∀离心收集∀干燥∀水不溶性膳食纤维刘玉林[4]在用酶法和碱法去除麸皮中淀粉的试验中得出结论:酶法制得的膳食纤维的主要组成成分是半纤维素(43 2%),其次是纤维素(16 5%)。

而1 1m ol/L的碱处理则主要成分是纤维素(44 7%),其次是半纤维素(18 1%),半纤维素和纤维素都损失较大。

同时,酶法和碱法得到的产品外在质量差异体现在色泽和口感上。

碱处理的膳食纤维碱味浓重,色泽较深,对后续脱色不利。

但双酶法得到的产品纯度低于酶化学法,相差近十个百分点。

笔者认为,酶法去除淀粉和蛋白是比较温和的方法,而碱法相对比较彻底,但同时,碱法也大大损失了用以改性的纤维素和半纤维素,这会大大降低SDF的得率。

2.2 水溶性膳食纤维的提取SDF与IDF在人体内所具有的生理功能和保健作用是不同的。

研究表明,IDF的主要作用在于肠道产生机械蠕动效果,SDF则更多地发挥代谢功能,如影响可利用碳水化合物和脂类的代谢、降低血脂、胆固醇等[5]。

具有生理功能的膳食纤维IDF和SDF的比例应为3#1。

通常对SDF的获得有两种方法。

(1)提取过程中尽量保留原麸皮的SDF,可采取以下工艺:原料去植酸∀水解淀粉∀水解蛋白质∀煮沸灭酶∀抽滤洗涤∀滤渣∀水洗至中性∀离心收集∀干∃ %上清液∀浓缩∀醇沉燥∀膳食纤维粗品这种方法制得的膳食纤维成品因为对淀粉和蛋白分解产物没有进行洗涤去除,醇沉后必然导致SDF纯度低。

此方法在豆渣的SDF提取中有所应用,但在小麦麸皮中应用很少。

一般要得到具有生理功能膳食纤维需要通过改性的方法。

6粮食与食品工业 Cer eal and Food I ndustr y Vo l.17,2010,N o.4(2)物理或酶法改性,得到高品质的膳食纤维。

膳食纤维的改性技术是指对膳食纤维进行适当的技术处理,导致不溶性膳食纤维大分子结构的部分连接键断裂,转变为小分子低聚体的膳食纤维降解产物,其物理、化学特性以及生物活性发生变化。

目前已应用的膳食纤维改性方法有:物理方法如超微粉碎技术、挤压蒸煮技术、瞬时高压技术等;酶法主要是利用纤维素酶改性。

刘达玉等[6]以甘薯渣为原料,采用酶法结合挤压膨化对薯渣膳食纤维进行改性。

挤压膨化可使产品的SDF含量增加5 28%,总膳食纤维含量达到80 70%;朱红等[7]利用纤维素酶法对从甘薯中制得的膳食纤维改性,SDF含量达到了40 31%,膳食纤维持水力和膨胀力分别达到了910%和195mL/g。

3 微波辅助提取膳食纤维的研究微波是指波长为1mm~1m,频率在30M H z ~30GH z之间的电磁波,微波的加热特性和干燥原理不同,它通过产生高频电磁场介质材料中的极性分子在电磁场中随着电磁场的频率不断改变极性取向,使分子来回振动,产生摩擦热。

以麸皮为原料提取膳食纤维的过程中,面粉厂的下脚料麸皮需经过清洗去除杂质和淀粉后再干燥备用。

在制得膳食纤维成品后也需要选择合适的干燥方法得到成品。

这就需要研究干燥过程对麸皮膳食纤维的影响。

王忠合等[8]研究了微波结合酶法从酱油渣中提取可溶性膳食纤维的工艺,在酶解之前将调整好料液比的湿料40W微波处理1min,结果表明,微波处理组提取的SDF为15 0186g/L,而对照组的SDF仅为9 4658g/L。

但笔者认为,湿料状态下进行微波处理并不会有这么显著的效果。

经试验发现,用功率400W的微波干燥麸皮样品,不仅干燥的速率远远高于热风干燥,在膳食纤维的提取率方面,微波辅助提取的膳食纤维纯度和得率都要高出4%~5%,持水力也明显高于热风干燥。

究其原因,很可能是由于微波引起电子、离子的移动或缺陷偶极子的极化及高频振动,使物料在较短的加热时间内达到物料内外同时加热。

纤维素、半纤维素、木质素以及一些大分子的非淀粉多糖如阿拉伯糖等,因为分子的高频振荡和高温产生分子键的断裂,使淀粉和蛋白更多地暴露出来。

同样,醇沉后得到SDF也比其他干燥方法多。

可以肯定的是,微波用于麸皮的干燥和DF的提取是值得深入研究的课题。