楊 孜

(商洛職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西 商洛 726000)

膳食纖維(dietary fiber,DF)具有一定的保健功效,包括預(yù)防心腦血管疾病、調(diào)節(jié)腸道菌群等?；谠撎攸c(diǎn),膳食纖維受到廣泛重視,并被營養(yǎng)學(xué)界視為第七大營養(yǎng)元素[1]。所謂的膳食纖維,世界衛(wèi)生組織的定義為“含有10個(gè)以上單體鏈節(jié)碳水化合物的聚合物,且它們不被人體小腸中消化酶水解”[2]。根據(jù)膳食纖維溶解性的不同,可將膳食纖維分為可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維,其中不溶性膳食纖維的主要作用是吸收水,使糞便膨脹,降低便秘發(fā)生率,但不溶性膳食纖維的利用率低一直是難題;可溶性膳食纖維中由于含有一些結(jié)構(gòu)疏松的活性基團(tuán),從而提高了膳食纖維的溶解性,使可溶性膳食纖維更容易被腸道菌群利用,具有一定的保健功能。因此,相比于不溶性膳食纖維,可溶性膳食纖維的功能作用更受到人們的青睞。雖然可溶性膳食纖維功能受到人們的青睞,但是其含量低,且可溶性膳食纖維的含量一般在10%以下,因此人們提出了將不溶性膳食纖維向可溶性膳食纖維轉(zhuǎn)化的方法[3-4]。目前膳食纖維的改性方法主要應(yīng)用的是酶解法、微生物發(fā)酵法和化學(xué)法等。在以上方法中,酶解法得到的膳食纖維純凈度最高,且酶解程序簡單,安全性高[5-9],但可溶性膳食纖維得率還有待提高。因此,本研究采用高溫-酶解法對(duì)米糠膳食纖維進(jìn)行改性,以期提高可溶性膳食纖維的得率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要材料

堿性蛋白酶,夏盛固體食品級(jí)堿性蛋白酶,酶活為2×105U/mL;α-淀粉酶,夏盛固體食品級(jí)耐高溫α-淀粉酶,酶活力≥1×104U/g;糖化酶,夏盛固體食品級(jí)糖化酶,酶活力≥1.2×105U/g;纖維素酶,夏盛固體食品級(jí)纖維素酶,酶活力≥1.1×104U/g;正己烷(分析純),上?；瘜W(xué)試劑;葡萄糖(分析純),北京化工廠;米糠,自制。

1.2 主要儀器

BSA224S電子天平,賽多利斯;behrotest?膳食纖維測定儀,德國貝爾。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1米糠膳食纖維改性整體試驗(yàn)方案

為進(jìn)一步提高米糠膳食纖維中可溶性膳食纖維得率,參考部分研究者的經(jīng)驗(yàn),采用單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面板法分析了復(fù)合酶比例、酶解時(shí)間、酶解溫度對(duì)米糠可溶性膳食纖維得率的影響[10]。具體因素設(shè)置見表1。

表1 單因素和正交試驗(yàn)方案

表1顯示了單因素和正交因素的綜合設(shè)置情況。在正交試驗(yàn)中,采用響應(yīng)面板法對(duì)X1、X2、X3、X4等4個(gè)因素進(jìn)行綜合優(yōu)化,以確定最佳的酶解工藝參數(shù)。

1.3.2米糠膳食纖維的制備

(1)先粉碎米糠,粉碎后過0.25 mm孔徑篩,得篩下物。

(2)用正己烷對(duì)篩下物進(jìn)行回流脫脂和干燥。干燥后的脫脂米糠按質(zhì)量比1∶10的比例加入蒸餾水后,調(diào)節(jié)pH值至4.5,然后在60℃的條件下水浴120 min,以除去植酸。

(3)水浴后,在3 800 r/min的條件下離心18 min,得到沉淀物。然后將沉淀按質(zhì)量比為1∶13的比例加入蒸餾水進(jìn)行高溫糊化30 min(糊化溫度為95℃)。

(4)糊化完成后,加入α-淀粉酶,在溫度為95℃,pH值為6.5的條件下酶解30 min。酶解結(jié)束后,依次加入糖化酶、中性蛋白酶進(jìn)行酶解。糖化酶酶解pH值為4.0,酶解溫度為60℃,酶解時(shí)間為30 min。中性蛋白酶酶解的pH值為7.0～8.0,酶解溫度為60℃,酶解時(shí)間為90 min[10-11]。

(5)酶解結(jié)束后,在沸水浴中放置10 min滅酶然后進(jìn)行離心(離心的參數(shù)為3 800 r/min,離心時(shí)間為18 min),得到的沉淀物在60℃的溫度下真空干燥,所得物即為米糠膳食纖維。

1.3.3米糠膳食纖維的改性

(1)根據(jù)比例稱取適量的蒸餾水、米糠膳食纖維,放置在裝有三角瓶的高壓滅菌鍋中進(jìn)行高溫改性(溫度120℃,改性時(shí)間20 min),然后滅菌完成后對(duì)改性膳食纖維進(jìn)行蒸發(fā)、濃縮,得高溫改性后的米糠膳食纖維[11]。

(2)將高溫改性后的米糠膳食纖維進(jìn)行酶解。本研究的酶解方法則采用復(fù)合酶解的方式,具體步驟為:米糠膳食纖維與蒸餾水質(zhì)量比為1∶15,然后調(diào)節(jié)pH值至4.5;加入纖維素酶和木聚糖酶的復(fù)合酶后進(jìn)行酶解,待酶解完成后滅酶;滅酶完成后在混合溶液中加入4倍混合溶液的無水乙醇沉淀12 h,然后進(jìn)行離心,得沉淀物,最后真空冷凍干燥,得改性的米糠膳食纖維。

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.4.1理化性質(zhì)分析

改性后的米糠膳食纖維理化性質(zhì)主要測定溶解性(WS)和持水性(WHC)。

1.4.1.1溶解性測定

稱取0.5 g改性后的米糠膳食纖維置于50 mL的蒸餾水中,在水浴溫度為90℃的條件下攪拌1 h后,冷卻至室溫后進(jìn)行離心,得到的上清液進(jìn)行干燥后稱重[12],并計(jì)算溶解性。

(1)

式中,W1代表上清液冷凍干燥后的質(zhì)量;W2代表稱取的樣品質(zhì)量。

1.4.1.2持水性測定

同樣稱取0.5 g改性后的米糠膳食纖維置于20 mL的蒸餾水中,在溫度為25℃的條件下放置24 h后進(jìn)行離心,得到的沉淀物稱量[13],并計(jì)算持水性。

(2)

式中,m1代表吸水前樣品的質(zhì)量;m2代表吸水后樣品的質(zhì)量。

1.4.2降血糖功能分析

參照楊夢(mèng)琪等[14]的方法對(duì)改性膳食纖維的降血糖功能分析。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

結(jié)果采用SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,并以P<0.05為顯著差異,具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。數(shù)據(jù)以“均值±標(biāo)準(zhǔn)差”的形式表示。

2 結(jié)果分析

2.1 米糠及脫脂后的米糠膳食纖維營養(yǎng)測定

根據(jù)GB 5009.3—2016標(biāo)準(zhǔn)測定米糠膳食纖維中的水分;依據(jù)GB 5009.5—2016標(biāo)準(zhǔn)測定蛋白質(zhì)(凱氏定氮儀法);依據(jù)GB 5009.6—2016標(biāo)準(zhǔn)測定脂肪(索氏抽提法);依據(jù)GB 5009.4—2016標(biāo)準(zhǔn)測定灰分;依據(jù)GB 5009.9-2016標(biāo)準(zhǔn)測定淀粉含量,測定結(jié)果見表2。根據(jù)表2可知,米糠脫脂酶解制備得到的膳食纖維含量達(dá)85.33 g/100 g,顯著高于未經(jīng)過脫脂的米糠中的膳食纖維含。同時(shí),米糠膳食纖維中的蛋白質(zhì)、脂肪和淀粉含量低,說明脫脂制備可顯著去除其中的蛋白質(zhì)、脂肪和淀粉。

表2 米糠和米糠膳食纖維中的營養(yǎng)成分測定結(jié)果 g/100 g

2.2 米糠膳食纖維改性優(yōu)化結(jié)果

2.2.1單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

復(fù)合酶的質(zhì)量比、復(fù)合酶添加量、酶解時(shí)間、酶解溫度對(duì)米糠水溶性膳食纖維得率的影響結(jié)果見圖1。根據(jù)圖1可知,圖1(a)中木聚糖酶和纖維素酶的質(zhì)量比為1.5∶1時(shí),米糠水溶性膳食纖維得率最大,這主要是由于木聚糖酶的作用,將米糠中的不溶性半纖維素降解為可溶性的纖維素。

(a)

圖1(b)中的復(fù)合酶的添加量為米糠質(zhì)量的2%時(shí),米糠的水溶性膳食纖維得率最大,這可能是由于復(fù)合酶促進(jìn)了纖維素的水解,生成了糖類物質(zhì),當(dāng)復(fù)合酶的添加量進(jìn)一步提高,將會(huì)使米糠水溶性膳食纖維的降解速度增加,降低米糠水溶性膳食纖維得率。

圖1(c)中的米糠水溶性膳食纖維得率最大的酶解時(shí)間為1.5 h,而隨著酶解時(shí)間的延長將會(huì)使不溶性的膳食纖維降解成為可溶性的小分子,但是酶解時(shí)間增加之后,得到的可溶性小分子質(zhì)量較多,醇沉?xí)r析出不完全。因此,酶解時(shí)間延長為2 h和2.5 h,米糠的可溶性膳食纖維得率反而降低。

圖1(d)中的米糠水溶性膳食纖維得率最大的酶解溫度為50℃,而隨著溫度的升高,水溶性膳食纖維得率降低。

2.2.2響應(yīng)面板法綜合優(yōu)化

為探究以上4種因素在改性過程中的綜合影響,采用響應(yīng)面板法對(duì)上述因素進(jìn)行綜合分析,得到圖2的結(jié)果。其中因素優(yōu)化方案見表3所示。

圖2 膳食纖維的降血糖功能

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

通過表3的SDF指標(biāo),得出最佳酶解條件為:復(fù)合酶中木聚糖酶和纖維素酶的質(zhì)量比為1.5∶1,復(fù)合酶的添加量為米糠整體質(zhì)量的2%,酶解時(shí)間為1.5 h,酶解溫度為50℃。

2.3 改性膳食纖維的理化性質(zhì)

對(duì)米糠、脫脂米糠膳食纖維、高溫改性米糠膳食纖維的理化性質(zhì)進(jìn)行分析,結(jié)果見表4。

表4 改性前后膳食纖維的理化性質(zhì)

根據(jù)表4可知,脫脂米糠膳食纖維、高溫改性米糠膳食纖維的溶解性增強(qiáng),由3.73%增加到了4.61%,高溫-酶解改性的米糠膳食纖維溶解度最高,這主要是由于高溫-酶解改性后的米糠膳食纖維的可溶性膳食纖維含量較高,改性后的纖維重新排布,具有多孔結(jié)構(gòu),這些多孔結(jié)構(gòu)可以提高改性米糠膳食纖維和水分子的接觸表面積,從而吸收更多的水分子。同時(shí)改性后的極性基團(tuán)和糖醛酸基團(tuán)等也與水分子結(jié)合,在一定程度也提高了高溫改性米糠膳食纖維的溶解度。

高溫改性米糠膳食纖維的的持水性最高,其次是脫脂米糠膳食纖維。其中,持水性高代表對(duì)水分子的捕捉能力強(qiáng),使得改性纖維的吸水膨脹性增加,從而可以形成體積更大的物質(zhì),最終達(dá)到促進(jìn)腸道的蠕動(dòng)和排便,由此可以用于功能性的保健食品中。

2.4 改性膳食纖維的降血糖功能分析

改性膳食纖維的降血糖功能結(jié)果見圖2。

根據(jù)圖2可知,高溫-酶解改性的米糠膳食纖維的葡萄糖吸附性能最佳,脫脂米糠的葡萄糖吸附性能最低。之所以高溫-酶解后的改性米糠膳食纖維的葡萄糖吸附性能提高,主要是經(jīng)過改性處理之后,膳食纖維表面的空隙大,使得更多的膳食纖維功能基團(tuán)被暴露,從而提高了對(duì)葡萄糖的吸附能力。由此可知,本研究改性的米糠膳食纖維具有一定的降低血糖的功能。

3 結(jié)論

綜上,通過高溫-酶解對(duì)米糠膳食纖維改性,其溶解性和持水性增強(qiáng),降血糖的功能提高。具體結(jié)論如下:

(1)對(duì)高溫-酶解的最優(yōu)條件為:復(fù)合酶的質(zhì)量比為1.5∶1,復(fù)合酶添加量為2%,酶解時(shí)間為1.5 h,酶解溫度為50℃。

(2)米糠脫脂酶解制備得到的膳食纖維含量高達(dá)85.33 g/100 g,顯著高于米糠中的膳食纖維含量。

(3)米糠膳食纖維中的蛋白質(zhì)、脂肪和淀粉含量低。

(4)高溫-酶解改性后的米糠膳食纖維的溶解性和持水性增強(qiáng),溶解性為4.61%,持水性為7.17 g/100 g。

(5)高溫-酶解改性后的米糠膳食纖維的葡萄糖吸附性更高,說明具有一定的降血糖功能。