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    3 種改性方法對小麥麩皮膳食纖維結構與性質的影響

    [導讀]為獲得具有良好功能性質的小麥麩皮膳食纖維,分別對擠壓膨化改性、纖維素酶解改性和擠 壓 - 酶法改性的小麥麩皮膳食纖維的結構及性質進行測定與比較分析

    膳食纖維(dietary fiber,DF),通常被認為是一類不能被人體消化酶消化,主要由可食性植物細胞壁殘余物及與之締合的相關物質組成的化合物 [1] 。根據膳食纖維的溶解性,可將膳食纖維分為水不溶性膳食纖維 (IDF)和可溶性膳食纖維(SDF)2 大類[2] 。水不溶性膳食纖維可作用于腸道,促進腸道產生機械蠕動,而可溶性膳食纖維則可促進代謝,影響碳水化合物和脂類代謝,降低血脂膽固醇等[3] 。因此,膳食纖維中 SDF 組成比例是影響膳食纖維生理功能一個重要因素[4] 。小麥麩皮中含有約 40% 的膳食纖維,是生產膳食纖維的優質資源。小麥麩皮經酶解后制得的粗膳食纖維中可溶性成分相對較少,且口感和風味較差,不利于其在食品加工中的應用,因此很多學者致力于膳食纖維的改性研究,采用不同的技術手段改變天然膳食纖維部分成分的相對含量、增加 SDF 的含量以強化膳食纖維的功能性 [5~10] 。

    本試驗采用擠壓膨化、纖維素酶解法及擠壓 -酶解法 3 種方法對小麥麩皮膳食纖維進行改性,分別對 3 種改性的膳食纖維的超微結構、物化特性和吸附特性進行測定,分析不同改性方法對性質的影響,為小麥麩皮膳食纖維在食品中的應用提供參考。

    1 材料與方法

    1. 1 材料與試劑

    小麥麩皮膳食纖維、擠壓改性膳食纖維、纖維素酶解改性膳食纖維、擠壓 - 酶解改性膳食纖維:實驗室自制;花生油:上海金龍魚有限公司;豬油:杭州世衡家庭農場;葡萄糖、果糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖:天津市科密歐化學有限公司;膽固醇:天津市天新精細化工開發中心。

    1. 2 儀器與設備

    721 - E 型可見分光光度計:上海光譜儀器有限公司;ZDO -2 型真空冷凍干燥箱:寧夏亞麻技術設備有限公司;R -205 型旋轉蒸發儀:上海申勝生物技術有限公司;FEI Sirion 型掃描電子顯微鏡:飛利浦公司;NDJ -8S 型數字顯示黏度計:上海精密科學儀器有限公司。

    1. 3 試驗方法

    1. 3. 1 小麥麩皮膳食纖維及其改性膳食纖維的制備

    1. 3. 1. 1 小麥麩皮膳食纖維的制備

    取小麥麩皮配成料液比1∶ 12 的混合液,調節 pH7. 0 加入耐高溫 α - 淀粉酶 50 U/g,在 70 ℃下酶解反應 90 min,再加入堿性蛋白酶 1. 5 AU/g,調節 pH8. 0,在 65 ℃條件下,反應 90 min 后滅酶,加入 5 倍質量的次氯酸鈉和過氧化氫混合液中脫色 30 min,再以 3 000 r/min 的速度常溫離心 10 min,并用水洗滌至液體澄清,置于 60 ℃ 干燥箱內干燥,制得小麥麩皮膳食纖維。

    1. 3. 1. 2 擠壓改性膳食纖維的制備

    取小麥麩皮膳食纖維,在物料含水量 45%、進料速度為 25 r/min、螺桿轉速200 r/min、擠壓溫度為70-90 -110 -130 -150 ℃條件下反應,制得擠壓改性膳食纖維。

    1. 3. 1. 3 酶解改性膳食纖維的制備

    以小麥麩皮膳食纖維為原料,在料液比為 1∶ 10、纖維素酶用量為 30 U/g、在 pH 5. 0、50 ℃條件下酶解 5 h 后,滅酶終止反應,制得酶解改性膳食纖維。

    1. 3. 1. 4 擠壓 - 酶解膳食纖維的制備以擠壓改性膳食纖維為原料,采用纖維素酶解改性制得擠壓 - 酶解改性膳食纖維。

    1. 3. 2 小麥麩皮膳食纖維超微結構的分析

    對小麥麩皮膳食纖維、擠壓改性膳食纖維、酶解改性膳食纖維、擠壓 - 酶解改性膳食纖維等樣品粉碎至 100 ~120 目。其中,可溶性膳食纖維用 95% 的乙醇沉淀 8 h 后離心,在 50 ℃條件下真空干燥 24 h再粉碎。將樣品用離子濺射鍍膜法進行表面鍍金,然后置于掃描電鏡下觀察。


    1. 3. 3 物化特性分析

    1. 3. 3. 1 持水力與膨脹力的測定參照 Esposito 等

    [11] 的方法測定持水力,按式(1)計算小麥麩皮膳食纖維的持水力。

    持水力(g/g) =W 1 - W 0 - 3. 03. 0(1)式中:W 1 為離心樣品與離心管的質量和/g;W 0為離心管質量/g;3. 0 為小麥麩皮膳食纖維質量/g。

    參考 Femenia 等[12] 的方法測定膨脹,按式(2)計算小麥麩皮膳食纖維的膨脹力。

    膨脹力(mL/g) =V 2 - V 10. 3(2)式中:V 1 為量筒中樣品干品體積/mL;V 2 為加水膨脹后體積/mL;0. 3 為取樣質量/g。

    1. 3. 3. 2 溶解性的測定

    準確稱取 5 g(m 1 ,干基)樣品,加入 100 mL 去離子水,用磁力攪拌器分散均勻,轉入 250 mL 容量瓶并定容,將容量瓶置于恒溫水浴鍋中保溫 20 min,趁熱抽濾,準確移取 50 mL 濾液于恒重的 100 mL 燒杯中,60 ℃干燥 5 h 后,再于 105 ℃干燥至恒重得 m 2 ,按式(3)計算樣品溶解性[13] 。

    溶解性 /% =m 2m 1× 100% (3)式中:m 1 為樣品干重/g; m 2 為溶解的樣品干重/g。

    1. 3. 3. 3 膳食纖維黏度的測定

    不同濃度的膳食纖維樣品黏度的測定:取小麥麩皮膳食纖維樣品,配制成質量濃度為 1、5、10、15 mg/100 mL的溶液,在 20 ℃置于黏度儀下測定其黏度,測定參數為:轉子型號 1. 0,轉速 60 r/min。不同溫度的膳食纖維樣品黏度的測定:取質量濃度為 15 mg/100 mL 的小麥麩皮膳食纖維樣品,分別在溫度為20、30、40、50、60 ℃條件下,測定其黏度。

    1. 3. 4 吸附特性分析

    1. 3. 4. 1 吸附脂肪能力的分析參照 Sangnark 等

    [14] 的方法測定不飽和脂肪吸附能力,按式(4)計算。

    不飽和脂肪的吸附力 /g/g =W 2 - W 1W 1(4)參照 Sangnark [14] 的方法測定飽和脂肪的吸附能力,按式(5)計算。

    飽和脂肪的吸附力 /g/g =W 2 - W 1W 1(5)

    1. 3. 4. 2 吸附膽固醇能力的分析

    膽固醇標準溶液的配制 [15] ,以總膽固醇量(μg)為橫坐標,吸光度值為縱坐標繪制標準曲線。吸附膽固醇的測定:取鮮雞蛋的蛋黃并稱重,用9 倍質量蒸餾水充分攪打成乳液。準確稱取 1. 0 g小麥麩皮膳食纖維于 200 mL 三角瓶中,加入 50 g 稀釋蛋黃液,攪拌均勻,分別調節體系 pH 值為 2. 0(模擬人體胃液環境)和 7. 0(模擬人體小腸環境),置搖床中,37 ℃振蕩 2 h,于 4 000 r/min 下離心 20 min,吸取 1 mL 上清液,用 90% 的醋酸稀釋 5 倍,取 0. 1mL,采用鄰苯二甲醛作顯色劑,在 550 nm 下比色。對照標準曲線換算出原蛋液中膽固醇含量和吸附后上清液中膽固醇含量,按式(6) 計算膽固醇的吸附量。

    膽固醇吸附量/mg/g = 吸附前原蛋液膽固醇含量 - 吸附后上清液膽固醇含量/膳食纖維質量 (6)1. 3. 4. 3 吸附 NO 2-能力的分析

    標準曲線的繪制:準確稱取 0. 100 0 g 干燥后的亞硝酸鈉,配制成濃度為 5 μg/mL 的亞硝酸鈉標準使用液。取 9 支編號的試管,按表 1 分別加入亞硝酸鈉標準使用液,分別置于 50 mL 帶塞比色管中。于標準管與試樣管中分別加入 2 mL 對氨基苯磺酸溶液(4 g/L),混勻,靜置 3 ~ 5 min 后各加入1 mL鹽酸萘乙二胺溶液(2 g/L),加水至刻度,混勻,靜置 15 min,在波長 538 nm 處測吸光度,繪制標準曲線。


    2 結果與討論

    2. 1 小麥麩皮膳食纖維結構分析結果與討論

    圖 1 為小麥麩皮膳食纖維的超微結構圖,由圖 1可見膳食纖維表面呈現有層次的條紋狀,這是因為去除了小麥麩皮中的淀粉和蛋白質后,膳食纖維分子顯現出來,分子以有序的方式排列并聚集在一起而形成條紋狀。圖 2 為粗膳食纖維進行擠壓膨化后的膳食纖維,此時有序的條狀紋路不再清晰,而是呈現塊狀,這可能是由于受到剪切、熔融、擠壓等一系列作用,使纖維素分子重新排布聚結成塊狀。


    小麥麩皮膳食纖維經纖維素酶處理后,超微結構變化明顯,從圖 3 可見其表面變得凹凸不平,小麥麩皮膳食纖維的束狀結構消失,表面形成明顯的網格狀結構,這是因為在纖維素酶的作用下部分纖維素被水解,纖維素分子間的部分氫鍵被打開,導致表面出現凹痕,結構變得松散。小麥麩皮膳食纖維經過擠壓 - 酶解改性后,纖維表面出現明顯的孔狀結構,形成較多的空洞,說明擠壓后再進行酶解處理,可以使酶作用更深入纖維分子內部,使原來排列緊密的纖維素分子結構變得更加疏松。

    通過分析可知:3 種改性方法對小麥麩皮膳食纖維的結構都有明顯的影響。因為改性可能使纖維素分子的長鏈發生斷裂,微晶纖維素結構被破壞,纖維素分子間的氫鍵被打開,使更多的羥基暴露出來,所以提高了膳食纖維的溶解性。擠壓 - 酶解的改性方法與另外 2 種方法相比,對小麥麩皮膳食纖維的影響更加明顯,因此其改性效果更優于另外 2 種改性方法。

    2. 2 物化特性分析

    2. 2. 1 持水力和膨脹力的分析結果

    從表 2 可以看出,改性的膳食纖維的持水力與膨脹力與小麥麩皮膳食纖維差異顯著,這是因為小麥麩皮膳食纖維的結構致密,親水基團多被包裹在結構內部,因此持水力與膨脹力較低;而粗膳食纖維經改性后,由于經擠壓或酶解打開了纖維素分子間的某些氫鍵,使親水基團暴露出來,而增加了水結合部位;擠壓 - 酶法改性后的膳食纖維的持水力和膨脹力最高,這是因為擠壓改性使原來聚集在一起的纖維素分子被打開分解成塊狀,使纖維素酶更容易作用于酶解位點,進而使膳食纖維結構變得更加疏松,因此提高了持水力和膨脹力。




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