田玉榮 孫元琳

1（山西省食品研究所（有限公司），山西太原 030024）

2（運城學院生命科學系，特色農產品加工山西省重點實驗室，山西運城 044000）

小麥所具有的營養(yǎng)功能特性主要集中在皮層和胚芽部分，即麩皮。麩皮是面粉加工過程中的副產物，富含人體所需的蛋白質、礦物質、維生素等物質，是膳食纖維的主要來源。膳食纖維（Dietary Fiber，DF）作為人們日常飲食不可或缺的植物性成分，是人體健康最基本的營養(yǎng)素。國內外營養(yǎng)學界和醫(yī)學界通過大量試驗證實，慢性病的高發(fā)與食物過于精細化（高熱量）緊密相關，而精細化的飲食普遍缺乏DF。

DF 作為人類的“第七類營養(yǎng)素”可以降低糖尿病、血脂、冠心病、過度肥胖以及某些癌癥的風險。目前，DF 也日漸被應用到各類保健食品、乳制品、焙烤食品、糕點和飲料等食品中，賦予了食品營養(yǎng)風味的同時也對其質地進行了改良，并延長了食品貨架期。根據(jù)DF 溶解特性，可把DF 分為兩類：可溶性膳食纖維（Soluble Dietary Fiber，SDF）和不溶性膳食纖維（Insoluble Dietary Fiber，IDF），SDF 可溶于溫水或熱水，IDF 不溶于水。一般認為，DF中SDF/IDF 占比約1∶2時為“黃金比例”。麩皮中的大部分DF都是IDF，無法提取。因此，通過改性技術提高SDF含量對改善食品功能性有重要意義。

1 麥麩DF重要理化性質

1.1 水合性質

麥麩DF 的水合性質通常由溶脹性（Swelling Capacity，SC）和持水性（Water-holding Capacity，WHC）來衡量。DF 結構中存在大量親水性基團，具有很強的吸水性、膨脹性和保水性，可使糞便體積和排便速度增加，緩解泌尿系統(tǒng)壓力和腎結石等疾病癥狀，并使有毒物質迅速排出體外，解決便秘等問題。Zhong 等發(fā)現(xiàn)SDF 含量和水溶性之間存在正相關關系，這可以推斷水溶性的增加可能歸因于SDF的增加。

1.2 持油力

持油力（Oil-holding Capacity，OHC）是指對脂肪/油的吸附能力。采用一些外在作用力可以使DF致密的組織結構變得疏松多孔，大量親脂性活性基團被暴露出來，使得DF 的OHC 得到明顯改善。谷物衍生物（例如麥麩）的吸油率主要與麩皮顆粒的表面性質有關，但也可能與組成成分的親水性和總電荷密度有關。有研究表明，材料的體積密度和粒徑對OHC 有很大影響，體積密度和粒徑越高其與脂質結合的能力越低。此外，體系的毛細管力、親脂性位點、疏水性等也會影響膳食纖維對油的親和力。

1.3 陽離子交換和吸附能力

陽離子交換能力指的是DF 中含有一些重要的側鏈基團（主要是羥基和羧基基團），產生與弱酸性陽離子交換樹脂類似的能力，且與陽離子的相互作用是可逆的。有研究表明，DF 可結合腸道中許多陽離子如Na+、K+，可以降低由Na+、K+攝入過量而引起的疾病風險。SDF 表面有很多活性基因，可以螯合吸附膽汁酸、膽固醇、葡萄糖、亞硝酸鹽等有機分子和一些金屬離子，對膽汁酸和膽固醇的吸附可以抑制總膽固醇濃度增加，降低對膽固醇的合成與吸收，降低血清和肝臟中的膽固醇含量，從而降低心血管疾病患病幾率和防止冠狀動脈粥硬化；對葡萄糖的吸附可以減少葡萄糖在胃腸道內的消化吸收，對降低餐后血糖有重要作用；對亞硝酸鹽的吸附可防止因亞硝酸鹽攝入過量對人體產生的毒害作用。

2 麥麩DF的改性研究

2.1 改性原因及意義

2.1.1 改性原因

在麥麩DF中，可溶性成分扮演著十分重要的角色。在理化性質方面，DF 分為普通DF 和優(yōu)質DF，優(yōu)質DF的可溶性固形物含量高于10%，保水能力大于7 g/g；在應用方面，DF品質差，SDF含量低（一般在1%左右），造成了加工效果差、口感粗糙、消費者接受度差等問題，再加上其功能特性不明晰，消費者對麥麩DF信任度并不高，使其在食品和醫(yī)藥領域得不到廣泛應用。在生理功能方面，SDF 具有降低血脂，降低肝和血清中膽固醇，抑制脂肪肝形成，控制餐后血糖及胰島素水平，建立重要的微生物菌群，促進益生菌定植，改善腸道健康等功能。IDF 具有多孔性和代謝惰性，能增加糞便體積和減少腸道運輸。與IDF 相比，SDF 表現(xiàn)出更多的功能特性，如提供黏度，形成凝膠和充當乳化劑。

2.1.2 改性意義

近年來，隨著人們社會壓力的增大及人體微量元素的缺乏，導致人體各類疾病發(fā)病率增高，這使得人們對粗糧食品的關注度越來越高。小麥是一種健康的粗糧原料，采用傳統(tǒng)石磨工藝得到的麩皮，最大限度保留了多種微量元素且富含DF。在食品配方中添加麩皮會對最終產品的質地、稠度、感官和流變特性產生不良影響，因此，補充水平受到限制。IDF 是麥麩中的主要成分，主要造成麥麩的負面技術影響，通過適當?shù)母男允侄翁岣啕滬烡F 理化性質，將有助于開發(fā)更具針對性的功能性食品。

2.2 麥麩預處理改性方法

將部分IDF 轉化成SDF 的主要目的是對食品功能特性和理化性質進行改良。目前，常用的改性方法有物理和生物改性，這些改性技術均提高了麥麩DF 的理化性質和溶解度。改性技術的應用是提取高生理活性和高功能特性DF 的關鍵環(huán)節(jié)，物理-生物聯(lián)合改性技術是未來努力研究的方向。

2.2.1 物理改性技術

2.2.1.1 擠壓膨化技術擠壓膨化技術是指麥麩DF經(jīng)高壓、高溫及高剪切力作用，在擠壓設備出口瞬間失去壓力，導致DF空間結構及分子發(fā)生改變，使部分IDF 轉變?yōu)镾DF的手段，是集機械剪切、加熱、混合、膨化等多種單元操作于一體，通過干燥技術進行食品成型加工，能改善纖維物料粗糙口感的一種新型加工技術。

孫冰玉等對豆渣復配粉進行擠壓處理，擠壓后豆渣復配粉的WHC、OHC 和熱穩(wěn)定性均得到改善，主要是因為擠壓過程中高溫、高壓和高剪切力破壞了物料分子結構和化學鍵，使復配粉中纖維素發(fā)生降解，分子極性發(fā)生變化，影響了DF的理化性質。

2.2.1.2 超高壓技術

超高壓技術是一個純物理過程，是將物料用超高壓裝置（壓力一般是100 MPa～1 000 MPa 之間）處理，物料在液體介質中體積被壓縮，超高壓產生的極高的靜壓能使物料疏水鍵、氫鍵、離子鍵等非共價鍵發(fā)生斷裂，從而使大分子改性或變性的一種物理處理方式。超高壓處理過程中產生的極高靜壓以及伴隨產生的摩擦、沖擊等機械作用，使原本表面光滑、結構緊密的物料變得疏松多孔，比表面積增大且出現(xiàn)溝壑和許多層狀結構，這些結構的變化使得部分木質素和纖維素變成SDF。

朱丹等采用響應面法優(yōu)化沙果渣DF 超高壓處理條件，并確定最優(yōu)條件下沙果渣DF 的WHC、OHC、SC得到了顯著提升，這可能與超高壓處理后樣品的內部結構發(fā)生變化有關；經(jīng)過超高壓處理后，沙果渣DF 的陽離子交換能力也顯著高于處理前的樣品，是因為DF 經(jīng)過改性后，其結構暴露出更多的羥基和羧基等側鏈基團，增強了陽離子的交換能力。李夢琴等人利用數(shù)學模型對麥麩的超高壓處理條件進行優(yōu)化，在最優(yōu)條件下測得麥麩SDF 百分比含量、WHC和SC分別是原料麩皮的1.43、2.07和1.48倍。

2.2.1.3 超細粉碎技術

微米和納米技術是一類新興技術，在保健食品和功能性食品的制造方面具有巨大潛力。近年來，亞微米范圍內的超細研磨介于100 nm～1 000 nm 之間，與食品等各種工業(yè)應用中的新型功能材料的開發(fā)相關聯(lián)；但是，到目前為止，由于DF 的聚合物性質以及設備支持不足，使用該技術處理DF 仍受到限制。近年來，人們使用多維擺動式高能納米球磨機對麥麩DF 進行微粉化，其原理是通過快速的多維擺動式運動引起罐中磨介的不規(guī)則運動并產生巨大的沖擊力，從而使被粉碎的顆粒達到納米級。多維擺動式高能納米球磨機可以有效地將IDF 的粒徑減小至亞微米級，使所得超細DF的WHC和SC等提高，并且使部分不溶性膳食纖維轉化為可溶性膳食纖維。

經(jīng)過超微粉碎后的小麥麩皮具有更多優(yōu)勢，除了可以使DF 含量增加，同時還可以提高麥麩的抗氧化能力、促進功能成分的溶出和吸附重金屬離子等。但目前對麩皮專用超微粉碎設備的研發(fā)設計能力低，因而需要做更深入的研究。

2.2.1.4 微波技術

微波是指頻率在30 MHZ～30 GHZ，波長1 mm～1 m的電磁波，通常適用于含水量低于20%的物料。微波輻射可以使DF 中木質素、纖維素、半纖維素、水等極性分子吸收微波能，釋放大量熱能，致使纖維素、半纖維素等的化學鍵斷裂，小分子量的化學物質快速揮發(fā)，產生壓力使纖維的網(wǎng)絡結構疏松多孔，比表面積增大，植物DF 中可溶性成分增加。任雨離等對方竹筍DF 進行微波改性，使DF 的結晶強度增加，同時顯著提高其比表面積以及DF 的WHC和OHC。

2.2.1.5 超聲波技術

超聲波技術是一種效率高、耗時少的物理改性方法，具有機械效應、空化效應、熱效應以及湍流作用，能使纖維中大分子連接鍵斷裂，轉變成小分子組分；同時將部分水不溶性成分轉化成水溶性成分，使致密的組織結構變得疏松?？栈饔盟a生的強大剪切力可以使介質細胞壁發(fā)生破裂，使細胞中的內含物釋放，分子間相互碰撞的幾率增加，從而有效地提高了提取物的含量和得率。目前，超聲波技術作為21 世紀高新技術已被廣泛應用于植物（包括谷物）功能活性成分的輔助提取和物料DF 的改性研究。牛希等利用超聲波技術對燕麥DF 進行改性，改性后的燕麥DF 粒徑減小，組織結構變得疏松多孔，使親水及親油基團暴露，導致WHC、SC、OHC 顯著提高，且在超聲功率達到360 W 時，WHC、SC、OHC達到最大。

2.2.2 生物改性技術

2.2.2.1 酶法改性

酶法改性有單一酶法和復合酶法，其中復合酶法在DF 改性方面應用最為廣泛。有研究表明，復合酶的改性效果優(yōu)于單一酶法，能使DF 的溶解度顯著提高。復合酶法改性通常使用木聚糖酶、纖維素酶等。麥麩DF經(jīng)過酶（如纖維素酶）處理后，超微結構發(fā)生明顯變化，小麥麩皮DF 的束狀結構消失，表面形成明顯的網(wǎng)格狀結構，這是由于在纖維素酶的作用下部分纖維素被降解，纖維素分子間的部分氫鍵被打開，不僅使更多的親水基暴露出來，還使部分非極性基團也暴露出來，從而增加了與水結合的能力，吸油性使DF 溶解性、WHC、SC 和OHC提高，SDF含量增加；改性后的麥麩DF對飽和脂肪和不飽和脂肪、膽固醇以及亞硝酸根離子等的吸收都高于改性前。DF清除亞硝酸根離子主要原因為改性后的DF，分子間連接鍵被破壞，部分阿魏酸被釋放從而起到了清除亞硝酸根離子的作用。

2.2.2.2 發(fā)酵法改性

發(fā)酵法改性是利用菌種產生的酶系降解原料中大分子物質，破壞原料的纖維結構，使原本致密的組織結構變得疏松多孔，達到降解IDF 及粗纖維的效果，使得SDF 含量顯著提高。目前，微生物發(fā)酵作為一種新興的改性或者改良技術，擺脫了以前利用里氏木霉、米根霉和黑曲霉這類菌種發(fā)酵來提高麥麩SDF 含量的局限。劉豪等采用安琪高活性干酵母振蕩發(fā)酵的方式對麥麩DF 進行改性，發(fā)酵后麩皮的WHC 和SC 均提高，其中持水性提高最為顯著，從3.30 g/g 提高到4.32 g/g，主要原因可能是發(fā)酵使物料的比表面積增大、粒度減小、大分子鏈結構斷裂，IDF 分子中的大量親水性基團暴露，從而提高了麩皮的WHC 和SC，改性效果明顯優(yōu)于先前的發(fā)酵法，為發(fā)酵改性提供了新的借鑒。

3 展望

我國小麥麩皮年產量高，但對其的開發(fā)利用率較低。盡管麥麩DF 的功能特性和營養(yǎng)應用價值已引起廣大學者的關注，在加工適應性、生物活性及機理研究和改性方法上也做了大量研究，但仍處在初步階段，其真正的應用價值還未被完全開發(fā)出來，有待更加深入的研究。當前對麥麩的研究大多集中在提取多糖和DF 方面，對于探究提高麥麩DF理化性質的改性研究較少，同時，不同改性技術對麥麩DF 結構及構效關系的作用機理還不明確，因而麥麩類產品在市場的受歡迎度并不理想。目前常用的改性技術，如擠壓膨化、微波、超聲、酶法和發(fā)酵等都有一定的局限，比如價格昂貴、操作要求太高、普通實驗室設備處理強度不夠、改性條件無法控制、不環(huán)保等，離工業(yè)化生產要求還有很大距離，多種改性技術聯(lián)合使用將成為改性技術新的突破口，并起到資源整合的作用。目前對麥麩的研究越來越多，但提取改性之后對麥麩是否會造成資源浪費，改性后的廢料是否能再利用，這些問題還需要進一步研究解決。