周小理，錢韻芳,2，周一鳴

(1.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院香精香料技術(shù)與工程學(xué)院，上海 200235；2.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306)

酶法處理對(duì)苦蕎麩皮膳食纖維物性的影響

周小理1，錢韻芳1,2，周一鳴1

(1.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院香精香料技術(shù)與工程學(xué)院，上海 200235；2.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306)

研究酶法處理前后苦蕎麩皮膳食纖維的持水力、膨脹率、黏度，并對(duì)纖維的微觀結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行觀察。結(jié)果表明：酶法處理后苦蕎麩皮膳食纖維的持水力由原來的2.216g/g提高至2.383g/g，膨脹率由原來的2.333mL/g增加至4.667mL/g；經(jīng)纖維素酶改性，苦蕎麩皮水溶性膳食纖維含量由0.62%提高至18.03%，其中質(zhì)量濃度5.0g/100mL的水溶性膳食纖維溶液為非牛頓流體，表現(xiàn)出剪切稀化特性；酶法處理后的不溶性膳食纖維微觀結(jié)構(gòu)呈褶皺狀，比表面積增加，有利于吸水膨脹和持水。

酶法提?。桓男?；苦蕎麩皮；膳食纖維

膳食纖維(dietary fiber，DF)是指能抗人體小腸消化吸收而在大腸中部分或全部發(fā)酵的可食用植物性成分、碳水化合物及其類似物的總稱。膳食纖維因在水中的溶解性不同可分為水溶性膳食纖維(soluble dietary fiber，SDF)和不可溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber，IDF)?？扇苄陨攀忱w維可溶于溫水或熱水，且其水溶液能被4倍體積95%的乙醇再沉淀，包括果膠等親水性物質(zhì)和部分半纖維素，具有降低血液中膽固醇含量和平衡血糖水平的功能[1]；而不可溶性膳食纖維，如纖維素、木質(zhì)素及其他一些非纖維素多糖等不溶于溫水或熱水，但能夠吸水膨脹，具有促進(jìn)人體腸胃蠕動(dòng)、調(diào)節(jié)腸胃道、防止便秘的功能[1]。美國學(xué)者建議，膳食纖維組成中SDF含量達(dá)到10%以上才是高品質(zhì)膳食纖維，否則只能被稱作填充料型膳食纖維[2]。然而許多天然存在膳食纖維資源中水溶性膳食纖維所占比例都很小，僅為3%～4%，且因口感粗糙，品質(zhì)低等原因限制了其在食品、醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用，尚不能滿足現(xiàn)代食品開發(fā)與加工的需要[3]。為此，近年來很多學(xué)者一直致力于膳食纖維的改性研究。目前膳食纖維的改性主要有化學(xué)法、超微粉碎、擠壓蒸煮、瞬時(shí)高壓作用(instantaneous high proces，IHP)、超高壓處理(ultrahigh pressure treatment，UHP)、物理方法和生物法[3]。

苦蕎(tartary buckwheat)又稱韃靼蕎麥(Fagopyrum tartaricum L. Gaerth)是蕎麥的一個(gè)栽培種，屬蓼科雙子葉藥食兼用植物?？嗍w麩皮中不僅含有大量的膳食纖維，還含有豐富的黃酮類物質(zhì)(flavonoids)[4-6]。目前國內(nèi)外對(duì)苦蕎麩皮的開發(fā)與營養(yǎng)價(jià)值的研究尚處于初級(jí)階段，苦蕎麩皮往往作為廢棄物被加工廠丟棄。本實(shí)驗(yàn)分別用α-淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶對(duì)苦蕎麩皮進(jìn)行提取并改性，并對(duì)酶法處理前后膳食纖維的持水力、膨脹率及黏度進(jìn)行測定；采用掃描電鏡法觀察酶法處理前后膳食纖維的形態(tài)；對(duì)膳食纖維提取、改性后的純度和水溶性膳食纖維含量進(jìn)行了分析，以期為深入研究苦蕎麥麩皮膳食纖維的提取方法和開發(fā)相關(guān)膳食纖維食品提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

苦蕎(山西黑豐l號(hào))麩皮。

α-淀粉酶(酶活力單位2500U/g) 美國Sigma公司；蛋白酶(酶活力單位7000U/g)、纖維素酶(酶活力單位40000U/g) 日本Amano公司；其他常用試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Kjeltec2300凱氏定氮儀 丹麥FOSS(中國上海)有限公司；DELTA320型pH計(jì)、AL104型電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；UV-2000紫外分光光度計(jì) 上海菁華科技儀器有限公司；101-2型電熱鼓風(fēng)干燥箱 北京市永光明醫(yī)療儀器廠；DZF-609真空干燥箱上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司；HH-4型恒溫振蕩水浴箱上海森地科學(xué)儀器有限公司；；DV-Ⅲ型黏度計(jì) 美國Brookfield公司；S-3400N型掃描電鏡 日本Hitachi公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

1.3.1.1 工藝流程

1.3.1.2 制備方法

準(zhǔn)確稱取苦蕎麩皮10g于500mL燒杯中，加200mL蒸餾水，加熱煮沸10min，使苦蕎麩皮充分吸水膨脹，冷卻后，加適量淀粉酶60℃的恒溫水浴1.5h，再加入中性蛋白酶55℃酶解3h，煮沸滅酶15min。用4倍體積的體積分?jǐn)?shù)95%乙醇室溫沉淀8h，離心收集醇提取物，脫水干燥至質(zhì)量恒定即得TBDF。

準(zhǔn)確稱取TBDF 10g于500mL燒杯中，加入100mL pH4.6檸檬酸緩沖溶液，置于50℃水浴鍋中預(yù)熱20min，加入適量纖維素酶反應(yīng)2.5h后煮沸滅酶10min，離心，上清液用4倍體積的體積分?jǐn)?shù)95%乙醇沉淀8h，離心收集沉淀物，干燥得苦蕎麩皮水溶性膳食纖維(TBSDF)，濾渣脫水干燥得苦蕎麩皮不溶性膳食纖維(TBIDF)；滅酶后直接用4倍體積的體積分?jǐn)?shù)95%乙醇沉淀8h，離心干燥后得到苦蕎麩皮改性膳食纖維(TBMDF)。

1.3.2 膳食纖維基本成分的測定

水分：直接干燥法[7]；蛋白質(zhì)：半微量凱氏定氮法[8]；灰分：直接灰化法[9]；脂肪：索氏提取法[10]；淀粉：酶水解法[11]；還原糖：DNS(3,5-二硝基水楊酸)比色法[12]；總膳食纖維、水溶性膳食纖維、不溶性膳食纖維：酶-質(zhì)量法[13]。

苦蕎麩皮總膳食纖維得率的計(jì)算方法見式(1)。

式中：m0為原料質(zhì)量/g；m1為膳食纖維質(zhì)量/g；ω0為原料水分含量/%；ω1為膳食纖維水分含量/%。

苦蕎麩皮水溶性膳食纖維得率的計(jì)算方法見式(2)。

式中：m0為原料質(zhì)量/g；m2為水溶性膳食纖維質(zhì)量/g；ω0為原料水分含量/%；ω2為水溶性膳食纖維水分含量/%。

1.3.3 持水力的測定

參照Esposito等[14]的方法，準(zhǔn)確稱取3g樣品于50mL的離心管中，加入25mL的去離子水，室溫(25±3)℃攪拌30min，2500r/min離心10min，棄去上清液并用濾紙吸干離心管壁殘留水分，稱量。

1.3.4 膨脹率的測定

參考Femenia等[15]的方法，準(zhǔn)確稱取膳食纖維0.3g，置于10mL量筒中，移液管準(zhǔn)確移取10.00mL蒸餾水加入其中。振蕩均勻后室溫(25±3)℃放置24h，讀出液體中膳食纖維的體積。

1.3.5 表觀黏度的測定

參照劉成梅等[16]的方法，測定TBSDF溶液黏度隨質(zhì)量濃度、轉(zhuǎn)速、溫度的變化情況，在溫度為25℃條件下測定各參數(shù)值。

1.3.6 微觀形態(tài)的觀察

采用掃描電鏡觀察苦蕎麩皮原料與苦蕎麩皮膳食纖維粒立體形態(tài)：首先在基座上粘貼導(dǎo)電膠，取少量樣品均勻分布于導(dǎo)電膠上，放入電鏡載物臺(tái)上觀察，放大倍數(shù)為×600，選擇清晰典型顆粒拍照。

2 結(jié)果與分析

2.1 苦蕎麩皮原料及膳食纖維的成分分析

表1 苦蕎麩皮原料及膳食纖維的成分分析Table1 Composition of tartary buckwheat bran and dietary fiber

表2 苦蕎麩皮原料及膳食纖維組成分析Table2 Compositions of dietary fiber in tartary buckwheat bran and dietary fiber

由表1可知，原料經(jīng)過酶處理后得到的膳食纖維中淀粉、蛋白質(zhì)的含量均顯著降低，纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等膳食纖維的主要成分含量明顯提高；表2所示TBDF中總膳食纖維含量也呈增加趨勢，且經(jīng)過纖維素酶改性后水溶性膳食纖維含量達(dá)到18.03%，是一種理想的膳食纖維功能性食品基料。

2.2 持水力、膨脹率測定結(jié)果

表3 苦蕎麩皮膳食纖維的持水性、膨脹率測定結(jié)果Table3 Water retention capacity and swelling capacity of dietary fiber from tartary buckwheat bran

由表3可知，酶法提取可提高原料的持水力和膨脹率。經(jīng)酶法處理后，TBDF的持水力達(dá)2.3833g/g，較原料麩皮高出0.167g/g，膨脹率由2.333mL/g提高至4.667mL/g。改性處理則可進(jìn)一步提高膳食纖維的持水力和膨脹率。持水力、膨脹率的增大表明膳食纖維的吸水、吸油能力增強(qiáng)，膳食纖維生理活性越好[17]。

2.3 黏度測定結(jié)果

2.3.1 TBSDF溶液黏度對(duì)轉(zhuǎn)速的敏感性

設(shè)定轉(zhuǎn)子速度變化范圍為4～20r/min，測定不同轉(zhuǎn)速下質(zhì)量濃度5.0g/100mL的TBSDF溶液表觀黏度的大小，結(jié)果如圖1所示。

圖1 苦蕎麩皮水溶性膳食纖維隨轉(zhuǎn)速變化情況Fig.1 Effect of rotary speed on BSDF

從圖1可以看出，苦蕎麩皮水溶性膳食纖維溶液的黏度隨著轉(zhuǎn)速的增加而降低，表現(xiàn)出剪切稀化特性。Maurice等[17]也認(rèn)為多糖溶液的黏度與剪切速率有關(guān)，剪切速率越快，溶液的表觀黏度越小。

2.3.2 TBSDF溶液黏度隨質(zhì)量濃度變化敏感性

設(shè)定轉(zhuǎn)子速度為5r/min，在25℃條件下，測定不同質(zhì)量濃度的TBSDF溶液的表觀黏度，結(jié)果如圖2所示。

圖2 苦蕎麩皮水溶性膳食纖維隨質(zhì)量濃度變化情況Fig.2 Effect of concentration on TBSDF

從圖2可以看出，TBSDF溶液的黏度隨質(zhì)量濃度的增加而增加，研究結(jié)果與陶顏娟等[18]用纖維素酶法制備麥麩可溶性膳食纖維相似。本研究發(fā)現(xiàn)質(zhì)量濃度為20.0g/100mL的TBSDF的表觀黏度仍小于2.5mPa·s，說明TBSDF的黏度較低，對(duì)溶液體系的黏度影響較小，因此TBSDF應(yīng)用于飲料食品中，對(duì)飲品黏度的影響不大。

2.3.3 TBSDF溶液黏度對(duì)溫度的敏感性

設(shè)定轉(zhuǎn)子速度為5r/min，測定不同溫度下質(zhì)量濃度5.0g/100mL的TBSDF溶液表觀黏度的大小，結(jié)果如圖3所示。

圖3 苦蕎麩皮水溶性膳食纖維隨溫度變化情況Fig.3 Effect of heating on TBSDF viscosity

由圖3可知，隨著溫度的升高，TBSDF溶液的黏度降低，在25～30℃之間，TBSDF溶液黏度下降較快，在40～60℃之間，黏度變化趨于平緩。這是因?yàn)槿芤旱酿ざ扰c分子之間的摩擦阻力有關(guān)，溫度越高分子運(yùn)動(dòng)越劇烈，分子之間的摩擦力降低，因此黏度下降[19]。當(dāng)溫度提高達(dá)到一定程度，分子運(yùn)動(dòng)與分子之間的摩擦阻力保持平衡，所以黏度變化不明顯。

2.4 樣品顯微觀察

圖4 苦蕎麩皮原料及膳食纖維的掃描電鏡圖(×600)Fig.4 Scanning electronic micrographs of tartary buckwheat bran and dietary fiber (×600)

從圖4a可以看出，麩皮原料呈平整的塊狀并伴有少量圓形淀粉顆粒，經(jīng)過第一步酶法提取后的膳食纖維微觀結(jié)構(gòu)見圖4b，淀粉顆粒消失，且干燥后的膳食纖維出現(xiàn)褶皺結(jié)構(gòu)，比表面積增大。經(jīng)第二步纖維素酶法改性過后的膳食纖維微觀結(jié)構(gòu)見圖4c，褶皺形態(tài)更加明顯，比表面積進(jìn)一步增大。比較圖4b、c，表明酶法改性處理沒有改變苦蕎麩皮膳食纖維的層狀空間結(jié)構(gòu)，但是改性后的結(jié)構(gòu)變得松散，說明酶法處理有利于苦蕎麩皮膳食纖維微觀結(jié)構(gòu)的改良，因此處理后樣品的持水力、膨脹率增強(qiáng)。

3 結(jié) 論

酶法提取苦蕎麩皮膳食纖維能夠獲得純度較高、感官性狀良好的膳食纖維，其中TBDF持水力為2.383g/g，膨脹率為4.667mL/g，改性后水溶性膳食纖維含量增加至18.03%；SDF因分子質(zhì)量小而具有良好的水溶性。

苦蕎麩皮膳食纖維由苦蕎加工的副產(chǎn)品麩皮中酶法提取獲到，經(jīng)過改性后水溶性膳食纖維含量提高，纖維成分較理想，持水力、膨脹率較高，色澤較好，可以加工成高純度、高質(zhì)量、低熱量的功能性膳食纖維，在食品生產(chǎn)加工領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力。

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Effect of Enzymatic Treatment of Physico-chemical Properties of Dietary Fiber from Tatary Buckwheat Bran

ZHOU Xiao-li1，QIAN Yun-fang1,2，ZHOU Yi-ming1
(1. School of Perfume and Aroma Technology, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 200235, China；2. College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)

This experiment studied about the effect of enzymatic treatment on the physicochemical properties of dietary fiber from tartary buckwheat bran, by observing the water holding capacity, swelling capacity, viscosity and microstructure. Results showed that the water holding capacity of the modified dietary fiber rose from 2.2161 g/g to 2.383 g/g and the dilatability rose from 2.333 mL/g to 4.667 mL/g; the proportion of soluble dietary fiber increased from 0.62% to 18.03% after modification, and 5.0 g/100 mL of soluble dietary fiber is non-Newtonian fluid, which has shear-thinning behavior; the microstructure of dietary fiber showed folded structure, and higher specific surface area, which is beneficial to hold water and expand.

enzymatic extraction method；modification；tartary buckwheat bran；dietary fiber

TQ929.2

A

1002-6630(2011)03-0036-04

2011-01-01

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31071527)

周小理(1957—)，女，教授，學(xué)士，研究方向?yàn)槭称沸沦Y源深度開發(fā)與利用。E-mail：zhouxl@sit.edu.cn