王彩君 孟得娟

（1．唐山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 農(nóng)林工程系，河北 唐山 063300；2．河北能源職業(yè)技術(shù)學(xué)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(chǎn)性能，有助于增強(qiáng)機(jī)體免疫力，降低患病率，改善肉品質(zhì)[3-5]。因此，添加膳食纖維對生產(chǎn)高質(zhì)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(yīng)用[9-10]。目前，從小麥麩皮中提取膳食纖維的方法有化學(xué)提取法[11]、生物化學(xué)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(jìn)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(xiàn)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(shè)備

小麥麩皮由山東闊達(dá)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(jī)購自山東摩克立粉體技術(shù)設(shè)備有限公司，NHY6-108801普通粉碎機(jī)購自北京海富達(dá)科技有限公司，JA-200超聲振蕩儀購自濟(jì)寧奧超電子設(shè)備有限公司，RE-3002 大型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀購自鞏義市瑞德儀器設(shè)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(yù)處理

小麥麩皮在冷水中浸泡清洗，去除泥沙等雜質(zhì)，蒸餾水反復(fù)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(jī)，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(diào)漿。調(diào)制好的樣品煮沸1～3 min，冷卻至室溫，調(diào)節(jié)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(jī)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(shù)分別設(shè)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(shù)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(shè)計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，利用正交設(shè)計軟件設(shè)計4 因素4水平L16(44)正交試驗（見表1），優(yōu)化膳食纖維工藝。

表1 正交因素水平設(shè)計

1.2.3 SDF提取率及理化性質(zhì)

采用最優(yōu)工藝下的SDF，測定SDF 提取率和理化性質(zhì)，理化性質(zhì)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(xì)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(zhì)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(yīng)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(zhì)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(yīng)4 min，加入1.0 mL、8.0 mol/L的HCl溶液終止反應(yīng)，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(yōu)生產(chǎn)工藝參數(shù)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(qū)分的情況下，本試驗中所有提取率均指（超微）提取率。最優(yōu)生產(chǎn)工藝組合下小麥麩皮SDF 的提取率試驗均設(shè)5 個平行樣，結(jié)果取平均值。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS 26軟件對試驗結(jié)果進(jìn)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(jié)果，結(jié)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(jié)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(dá)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(dá)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(xù)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(dāng)酶解溫度達(dá)到55 ℃時，SDF 提取率最高，達(dá)19.83%。因此，選擇45、50、55、60 ℃酶解溫度用于后續(xù)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(dá)到19.63%。因此，選擇12、16、20、24 h 的酶解時間用于后續(xù)正交試驗。

2.5 正交試驗及方差分析結(jié)果（見表2、表3）

表2 正交試驗與極差分析結(jié)果

表3 多因素方差分析結(jié)果

由表2、表3 可知，根據(jù)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(yōu)參數(shù)水平，最優(yōu)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(zhì)（見表4）

表4 最佳工藝條件下SDF提取率及理化性質(zhì)

由表4 可知，最優(yōu)提取工藝中SDF 的提取率達(dá)（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(yōu)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(jié)果表明，在最優(yōu)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(yōu)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(jié)果保持一致。因此，超微粉碎與酶解法結(jié)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(zhì)結(jié)構(gòu)松散，顆粒直徑小，顆粒與外界的接觸和反應(yīng)面積增加，有利于SDF 從小麥麩皮細(xì)胞中釋放。另外，疏松的結(jié)構(gòu)可以使纖維素酶更好地與小麥麩皮中剩余的纖維素發(fā)生酶解，產(chǎn)生更多SDF，提高SDF 提取率。本研究發(fā)現(xiàn)，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(yōu)提取參數(shù)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(tuán)和親油基團(tuán)，能夠表現(xiàn)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(jìn)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(jié)果一致。因此，利用小麥麩皮生產(chǎn)飼用膳食纖維具有較高的潛在飼用價值。

4 結(jié)論

本試驗結(jié)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(yōu)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。