梅新等

摘要：以麥麩為原料，在分析粉碎麥麩粒徑的基礎上，以膳食纖維純度為考察指標，采用單因素和正交試驗探討了篩分制備麥麩膳食纖維的最優(yōu)工藝以及篩分后麥麩膳食纖維物化特性。結果表明，當料液比（m∶V，g/mL）為1∶18、篩分溶液pH為6.0、篩分時間為25 min、篩分轉速為180 r/min的條件下，篩分所得麥麩膳食纖維純度可達88.97%，麥麩膳食纖維的持水力、持油力、膨脹力分別為9.82 g/g、2.53 g/g、5.48 mL/g。

關鍵詞：麥麩膳食纖維；篩分；物化特性

中圖分類號：TS210.9 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）17-4259-04

小麥（Triticum aestivum）是中國的主要糧食作物之一，年產(chǎn)量約為1.2億t，其中約有75%用于面粉加工。麥麩是小麥面粉加工過程中主要副產(chǎn)物，麥麩約占小麥子粒重的20%～25%，由此可以推算出，中國每年麥麩產(chǎn)量約為2 000萬t[1]。麥麩主要由皮層組織及麥胚組成，主要成分為碳水化合物（淀粉和膳食纖維等）、蛋白質及少量的脂肪、礦物質、維生素等物質[2]。麥麩膳食纖維約占麥麩的40%～50%，主要有纖維素、半纖維素和木質素等物質組成。

膳食纖維已被列為人體必需的“第七大營養(yǎng)素”，具有增強腸道功能、預防便秘、控制體重、降低血液中膽固醇含量、預防心血管疾病等多種生理功能[3]。成人每天膳食纖維推薦攝入量為25～30 g，在食物中添加膳食纖維是彌補日常飲食中膳食纖維攝入不足的有效途徑[4]。目前，利用膳食纖維的物化功能特性，已經(jīng)開發(fā)并在市場上流通了富含膳食纖維的焙烤食品、香腸、飲料、沖劑、咀嚼片和膠囊等產(chǎn)品[5，6]，膳食纖維的加入不僅改善了部分產(chǎn)品的質構和口感，而且保障了人體膳食纖維攝入量，維持膳食中營養(yǎng)均衡。

麥麩中除膳食纖維外，蛋白質和淀粉含量較高，分別占麥麩質量的10%～20%和15%～20%，有效去除蛋白質和淀粉是制備高純度麥麩膳食纖維的關鍵。目前，有關麥麩膳食纖維提取工藝研究較多，概括起來可以分為酶解法、化學法、發(fā)酵法等[7，8]，上述方法在制備麥麩膳食纖維過程中，蛋白質和淀粉被酶解消化或作為發(fā)酵底物消耗，未能實現(xiàn)資源有效利用。本研究采用物理篩分的方法，并對篩分制備麥麩膳食纖維工藝及產(chǎn)品物化特性進行了探討，旨在獲得高純度麥麩膳食纖維的同時，有效利用麥麩中蛋白質和淀粉資源，為提高小麥加工副產(chǎn)物綜合利用率提供指導。

1 材料與方法

1.1 材料與主要儀器設備

1.1.1 材料與主要試劑 麥麩由湖北省潛江市同光面粉廠提供；耐高溫α-淀粉酶、葡萄糖苷酶、堿性蛋白酶均為生物純，購自sigma公司；其他試劑均為分析純，購自國藥集團化學試劑公司。

1.1.2 主要儀器設備 FW-100萬能粉碎機，天津泰斯特儀器有限公司；80、100、300、400目網(wǎng)篩，浙江上虞市龍翔精密儀器廠；SHA-B恒溫振蕩水浴鍋，常州國華電器有限公司；PB-10 pH計，德國賽多利斯股份公司；Winner300激光粒度分析儀，濟南微納顆粒技術有限公司；CSF6膳食纖維測定儀，VELP SCIENTIFICA；LXJ-ⅡB大容量離心機，上海安亭儀器廠；SKD-100全自動凱氏定氮儀，上海沛歐分析儀器有限公司；UV-2800紫外可見分光光度計，尤尼柯儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 篩分制備麥麩膳食纖維工藝流程 取一定量麥麩，萬能粉碎機粉碎后按一定料液比加水懸濁，調節(jié)懸濁液pH進行振動篩分處理，收集能通過上層篩網(wǎng)，而被下層300目篩網(wǎng)截留部分，干燥即得麥麩膳食纖維。

1.2.2 粉碎時間對麥麩粒徑影響 取一定量麥麩，萬能粉碎機分別粉碎10、20、30、40、50 s后用激光粒度分布儀測定其粒徑，根據(jù)粉碎后麥麩粒徑大小，選擇合適目數(shù)網(wǎng)篩作為篩分中上層網(wǎng)篩。

1.2.3 篩分制備麥麩膳食纖維單因素試驗設計 以麥麩膳食纖維純度為指標，利用單因素試驗考察料液比（1∶10、1∶12、1∶14、1∶16、1∶18、1∶20，m/V，g∶mL，下同）、篩分液pH（4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0）、篩分轉速（60、90、120、150、180、210 r/min）、篩分時間（5、10、15、20、25、30 min）對麥麩膳食纖維制備的影響。

在單因素試驗過程中，探討某一單因素時，其他各因素水平分別為料液比1∶16、篩分液pH 7.0、篩分轉速180 r/min、篩分時間15 min，篩分中所用上層網(wǎng)篩目數(shù)為80目。

1.2.4 篩分制備麥麩膳食纖維正交試驗 在單因素試驗結果基礎上，選取對篩分制備麥麩膳食纖維純度影響較大的因素進行正交試驗，確定篩分制備麥麩膳食纖維最優(yōu)工藝。

1.2.5 麥麩膳食纖維基本成分及物化特性測定 ①麥麩膳食纖維基本成分測定方法。麥麩膳食纖維中淀粉、蛋白質、脂肪、灰分、膳食纖維含量測定分別參照GB/T 5009.9-2003、GB/T 5009.5-2003、GB/T 5009.6-2003、GB/T 5009.4-2003、GB/T 5009.88-2008所述方法進行。②麥麩膳食纖維物化特性測定方法。麥麩膳食纖維的持水力和持油力按照Chau等[9]的方法進行測定，而吸水膨脹力則參照Garau等[10]的方法進行測定。

2 結果與分析

2.1 粉碎時間對麥麩粒徑及分布的影響

粉碎時間對麥麩粒徑的影響如表1所示。從表1可以看出，隨著粉碎時間延長，麥麩平均粒徑呈明顯下降趨勢，粉碎時間為10 s時，平均粒徑為211.85 μm，粉碎時間為50 s時，平均粒徑僅為9.66 μm。小麥淀粉粒徑分布范圍為0.47～44.46 μm[11]，故此選擇目數(shù)為300目（48 μm）作為截留麥麩膳食纖維的下層篩網(wǎng)目數(shù)。粉碎時間為30 s時，粉碎后小于40 μm粒徑累計頻率為19.07%，與麥麩中淀粉含量（約16%）相近，而介于40～150 μm間粒徑累計頻率為60.08%，與麥麩中膳食纖維含量（50%左右）相近，由此，可選擇目數(shù)為80目（180 μm）作為篩分制備麥麩膳食纖維的上層篩網(wǎng)。

2.2 篩分制備麥麩膳食纖維單因素試驗結果

2.2.1 料液比對麥麩膳食纖維純度的影響 料液比對篩分制備麥麩膳食纖維純度的影響如圖1所示。從圖1可以看出，隨著溶劑用量的增加，篩分制備麥麩膳食纖維純度呈先上升后保持穩(wěn)定變化趨勢，料液比為1∶18時，所得麥麩膳食纖維純度最高，達到了85.89%。當料液比小于1∶18時，麥麩在溶液中分散性較差，麥麩中淀粉被膳食纖維包裹尚未完全釋放出來，導致所得膳食纖維純度較低，而料液比達到1∶20時，所得麥麩膳食纖維純度無明顯變化，由此，篩分制備麥麩膳食纖維最適料液比為1∶18。

2.2.2 篩分液pH對麥麩膳食纖維純度的影響 篩分液pH對麥麩膳食纖維純度影響如圖2所示。從圖2可以看出，篩分液pH 4.0～10.0時，所得麥麩膳食纖維純度呈先上升后下降后又上升的變化趨勢，pH 6.0時，所得麥麩膳食纖維純度最高，達到87.25%?？偟膩碚f，所考察pH范圍內，酸性和中性條件下，麥麩膳食纖維純度高；弱堿性條件下（pH 8.0和9.0），麥麩膳食纖維純度低，pH 10.0時，麥麩膳食纖維純度再次升高。在酸性條件下淀粉發(fā)生水解，所得膳食纖維純度高，而pH 10.0的堿性條件下，麥麩中蛋白質溶解性有所增強，純度亦隨之升高。

2.2.3 篩分時間對麥麩膳食纖維純度的影響 篩分時間對麥麩膳食纖維純度的影響如圖3所示。從圖3可以看出，篩分制備麥麩膳食纖維過程中，篩分時間低于25 min，麥麩膳食纖維純度隨著時間延長而升高，篩分時間超過25 min，麥麩膳食纖維純度變化不明顯。從降低能耗角度考慮，最適宜篩分時間為25 min，此時麥麩膳食纖維純度為84.09%。

2.2.4 篩分轉速對麥麩膳食纖維純度的影響 篩分轉速對麥麩膳食纖維純度影響如圖4所示。從圖4可以看出，隨著篩分轉速升高，麥麩膳食纖維純度呈先上升后下降的變化趨勢，轉速為180 r/min時，所得麥麩膳食纖維純度最高，達到了88.19%。隨著篩分轉速的增加，懸浮液中固體懸浮物所受的離心力大于麥麩中各組分間的黏合力，故麥麩中粒徑較小的淀粉和蛋白質顆粒容易被篩分通過下層篩網(wǎng)，而粒徑較大的膳食纖維則被網(wǎng)篩截留，當篩分轉速過高，水分篩除速度加快，懸浮液濃度和黏度增大，懸浮液中固體懸浮物被截留，造成膳食纖維純度降低。

2.3 篩分制備麥麩膳食纖維工藝正交試驗及結果

在單因素試驗結果基礎上，以所得膳食纖維純度為指標，選取料液比、篩分液pH、篩分時間、篩分轉速4個因素，開展了4因素3水平正交試驗，正交試驗因素與水平見表2。

篩分制備麥麩膳食纖維工藝正交試驗設計及結果如表3所示。由表3各因素極差分析結果可以看出，各因素對篩分制備麥麩膳食纖維純度影響由大到小的順序為篩分液pH、篩分時間、料液比、篩分轉速。極差分析得各因素水平理論最優(yōu)組合為A2B2C2D2，即料液比為1∶18，篩分液pH 6.0，篩分時間為25 min，篩分轉速為180 r/min。隨后進行驗證試驗表明，理論最優(yōu)因素水平組合麥麩膳食纖維純度為88.97%，優(yōu)于所有正交試驗組合處理，由此確定篩分制備麥麩膳食纖維最優(yōu)工藝為麥麩粉碎后，按1∶18料液比加水懸濁，后調節(jié)至pH 6.0，在轉速為180 r/min下勻速篩分25 min。

2.4 篩分制備麥麩膳食纖維基本成分及物化特性

比較了麥麩原料和篩分制備麥麩膳食纖維基本成分及物化特性，結果見表4。由表4可知，篩分前麥麩原料中淀粉、蛋白質和膳食纖維含量分別為17.92%、21.59%和45.97%，篩分后淀粉、蛋白質、脂肪和灰分含量明顯下降，膳食纖維含量上升，其中淀粉、蛋白質和膳食纖維含量分別為2.06%、4.15%、88.97%。相比麥麩，篩分制備的麥麩膳食纖維持水性、吸水膨脹性明顯改善，而持油性卻略有降低，麥麩持水性、持油性和吸水膨脹性分別為3.31 g/g、2.87 g/g、1.85 mL/g，篩分制備的麥麩膳食纖維持水性、吸水膨脹性分別上升到9.82 g/g和5.48 mL/g，持油性下降為2.53 g/g。

3 結論

本研究以麥麩為主要原料，探討了篩分制備麥麩膳食纖維的最優(yōu)工藝及所得麥麩膳食纖維的成分和物化特性，最優(yōu)篩分制備麥麩膳食纖維工藝為：麥麩經(jīng)萬能粉碎機粉碎30 s后，按料液比1∶18加水懸濁，調節(jié)至pH 6.0，于180 r/min下振蕩篩分25 min，所得麥麩膳食纖維純度可達88.97%，其淀粉和蛋白質含量由原料中的17.92%和21.59%分別降低至2.06%和4.15%。相比麥麩，經(jīng)過篩分后所得麥麩膳食纖維水合特性明顯改善，持水性和吸水膨脹性分別達到9.82 g/g和5.48 mL/g，而持油性則有所降低，為2.53 g/g。

利用粉碎后麥麩中淀粉與膳食纖維顆粒分布的差異，采用篩分方法，不僅得到高純度麥麩膳食纖維，還可實現(xiàn)麥麩中淀粉與蛋白質的有效分離和高效再利用。

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