6.(重要资料)麦麸膳食纤维制备及研究进展.doc

麦麸膳食纤维制备及研究进展引言麦麸是小麦制粉加工的主要副产品，其比例约占小麦制粉加工量的20%。小麦麸皮主要由小麦的皮层组织和一定量的胚乳及麦胚组成，除大量的纤维成分外，还含有丰富的蛋白质、脂肪、碳水化合物、矿物质和维生素等营养成分；因此，麦麸被视为较好的膳食纤维资源。膳食纤维为非淀粉类多糖，根据溶解性的不同可分为水溶性膳食纤维和水不溶性膳食纤维两大类。水不溶性膳食纤维是指膳食纤维中的一类不被消化道酶消化且不溶于热水的那部分非淀粉类结构性多糖，它主要为细胞壁的组成成分，包括纤维素、半纤维素、木质素、壳聚糖和植物蜡等。水溶性膳食纤维则是指膳食纤维中虽不被机体消化道酶消化，但可溶于热水，并被一定体积的乙醇沉析分离的一类非淀粉多糖，它主要是指植物细胞内的水溶性贮存物质和分泌物，另外还包括部分微生物多糖和合成多糖，其组成主要是一些胶类物质。根据现代医学界、科学界研究证明，膳食纤维在人体内虽不被吸收，但有助于调节体内碳水化合物和脂质的代谢及矿物质的吸收，能显著降低血脂和体内过氧化水平，对肥胖病、高血压、冠状动脉粥样硬化、胆结石、糖尿病、结肠病、高血脂、心脏病及心血管疾病等有一定的预防和治疗作用，还有防止腹泻、保护肝脏及提高免疫力等生理功能(中国食品产业网和北京农学院食品科学系网报道)。20世纪后期，由于膳食结构改变而导致的过营养亚健康社会问题的凸显，麦麸膳食纤维的制备与应用技术，也随着其资源优势和营养品质优势而倍受关注。现将麦麸膳食纤维制各方面的主要研究归纳如下。1膳食纤维的制备技术1.1分离制备技术植物源性的膳食纤维资源，主要来源于粗粮杂谷及豆类的表皮，水果、蔬菜及菌藻类食物等。随着人们对膳食纤维与人体健康关系的认识不断深入，一些高纤维食品越来越受到青睐，而米糠、麦麸、黑麦、燕麦、豆渣等作为膳食纤维原料，越来越多的应用于现代食品加工中。膳食纤维的分离制备，是将制备原料依其物理重量或分子体积的差异进行分离。方法大致可分为4类：粗分离法、化学方法、膜分离法及化学试剂-酶结合方法。粗分离法：是指用物理分离技术来制备膳食纤维，以悬浮法和气流分级法可作为代表，此法得到的产品不纯净，只适于原料的预处理。膜分离法：是指通过不同类型膜的分子截流量差异来制备不同分子量的膳食纤维，避免了化学分离法的有机残留，其制备工艺参数依具体的制备原料、制备膜的性能参数，通过试验而确定。此法制备的膳食纤维仍含有少量的蛋白质和淀粉。化学方法：是指将粗产品或原料干燥、磨碎后，利用相应的化学试剂处理，去除制备原料中的脂肪、蛋白质、淀粉等菲膳食纤维的方法。其处理过程会导致可溶性膳食纤维损失较大，且制备产品中仍残留少量蛋白质和淀粉。化学试剂-酶结合方法：该技术在采用化学处理的同时，增加-淀粉酶、蛋白酶等各种酶的复合处理，以消除制备原料中非膳食纤维的杂质成分（即：化学处理残留的少量蛋白质和淀粉）。此法分离制备的膳食纤维纯度较高，但成本也相应提高。上述4类分离制备技术中，化学方法与化学试剂-酶结合方法应用较多。由于化学法与化学试剂-酶结合法中加入了大量的酸、碱、盐，会造成大量的离子残留，一定程度上影响膳食纤维食品应用的适口性与安全性。1.2改性制备技术膳食纤维的改性技术，是指对膳食纤维进行适当的技术处理，导致不溶性膳食纤维大分子结构的部分连接键断裂，转变为小分子低聚体的膳食纤维降解产物，其物理、化学特性以及生物活性发生变化。目前，膳食纤维的改性主要采用3种方法：物理方法(超微粉碎技术、挤压蒸煮技术、瞬时高压技术、冷冻粉碎技术、纳米技术、膜浓缩法等)、化学方法(酸法、碱法)和生物技术方法(酶法、发酵法)。物理方法：如上所举，最大特点是利用现代科技手段来改变制备原料的分子结构，获得理想的膳食纤维资源。该技术的应用依赖于制备设备的先进性与高投入，应用范围有限。化学方法：主要通过酸碱等化学试剂的降解处理，部分改变不溶性膳食纤维分子结构；处理工艺复杂、容易对环境造成处理过程的次生污染，且对设备要求过高，使应用受到限制。生物技术方法：主要有酶法和发酵法。酶法是利用外源复合酶制剂的处理，在除去蛋白质、淀粉等非膳食纤维成分的同时，降解不溶性膳食纤维大分子结构的部分结合键，而获得可溶性和不可溶性膳食纤维组分发生改变的膳食纤维制备产物，该法是目前推广应用较多的制备技术之一。发酵法是通过微生物发酵过程来降解、转化利用原料中碳、氮营养成分，消耗蛋白质、淀粉等成分，降解大分子不可溶性膳食纤维，从而改善所制备膳食纤维产物的物化特性与生物活性作用。选择合适的制备原料、匹配的生物发酵制备菌种和发酵条件参数，是该技术的应用关键。目前的膳食纤维制备实际应用技术，多为物理-化学复合处理技术和理化处理与复合酶解相结合的应用技术。陈雪峰等在研究利用单螺杆挤压机对苹果渣膳食纤维进行改性工艺的技术中，结合碱性处理条件，有效促进了对苹果渣膳食纤维挤压改性的工艺效果。陕方等通过预处理调质、高能辐照、超细粉碎、挤压膨化、生物酶转化及造粒赋形等多种工艺流程技术，对燕麦麸进行活化改性处理，最大限度地释放出燕麦麸的-葡聚糖，有效提高燕麦即食食品的保健生理活性。刘达玉等以甘薯渣为原料，采用酶法水解淀粉，碱法水解蛋白质、脂肪的制备方法，并结合挤压膨化技术对薯渣膳食纤维进行改性，再使用超微粉碎技术，可提高制备产物中的可溶性膳食纤维比例和感官指标。1.3不同制备技术对膳食纤维理化特性与营养品质的影响膳食纤维中的可溶性膳食纤维与不溶性膳食纤维比例是影响其营养品质与生物活性的主要指标；可溶性膳食纤维的含量及其结构与降低血糖、血清胆固醇等的健康因素有关，而不可溶膳食纤维的含量及其结构则与消化道疾病预防与健康相关。因而，制备技术对可溶性与不可溶性膳食纤维比例的改变都会相应影响其生物活性作用。溶胀性和持水力是用来描述膳食纤维物理特性的两项常用指标，前者是指单位重量的不溶性膳食纤维在饱和水分前提下的容积，受其分子结构和相对分子质量的影响；后者是指每单位重量的不溶性纤维所能吸附并保持的水分的重量。由于不同制备技术的作用机理不同，对膳食纤维分子结构的影响也不同。因此，在研究膳食纤维制备工艺时，应注意分析不同的制备技术对可溶性和不溶性膳食纤维分子结构的影响，以提高制备工艺对膳食纤维产品功能特性的作用效果。不同膳食纤维的提取法对产品的功能特性有明显影响，试验发现：对膳食纤维用反复的水浸泡冲洗和频繁热处理，会明显减少所制备的膳食纤维产品的持水力与膨胀力，并影响膳食纤维产品的有效生物活性作用与生理功能。对于某一特定品种的膳食纤维资源，可通过不同的处理技术，改变膳食纤维中部分组成聚合物的化学结构及相对含量，其结果，不但能够强化膳食纤维在促进人体健康方面的生理功效，还可改善它在食品生产中的应用特性。2麦麸膳食纤维制备的研究现状麦麸的营养成分组成含量见表1（略）。麦麸膳食纤维总量占麦麸干物质成分的35%50%，其中，可溶性膳食纤维含量仅约2%。由于麦麸资源之丰厚，麦麸膳食纤维的制备研究与应用也深受重视。受饮食文化的影响，国外对麦麸膳食纤维的食品制备技术应用较早，而中国对麦麸膳食纤维的应用研究相对晚于国外。随麦麸膳食纤维对人体的重要生理作用被大量生物学试验和流行病学研究所证实，近年对麦麸膳食纤维的加工与食品利用技术研究明显增多，尤其在烘焙食品和面主食制品加工中添加麦麸膳食纤维的制备技术研究。麦麸作为食品资源利用的主要障碍因素就是其中的不可溶大分子阿拉伯木聚糖和-葡聚糖，两者都是粘性的非淀粉多糖，前者主要存在于小麦和黑麦中，后者主要存在于大麦和燕麦中。因此，对不可溶大分子阿拉伯木聚糖一定程度的降解，是麦麸膳食纤维制各的关键技术之一。剥皮制粉是一种可以提高小麦麸皮商品价值，并获得多种高附加值膳食纤维副产品的制粉技术，在中国很多中小型面粉厂得到应用。该技术的主要特点之一，就是依据麦麸组织结构和其相应的营养组分，将麦麸分离加工成多元化的副产品，包括：将粗纤维含量较高、植酸含量较低的小麦外三层果皮用于生产以不可溶膳食纤维为主的麦麸膳食纤维产品；把蛋白质、维生素及矿物质营养含量丰富，且粗纤维含量较低的小麦种皮、珠心层以及部分糊粉层用于制作天然营养保健食品。国内目前应用于麦麸膳食纤维制备的常用方法有：化学法、酶法、酶-化学法。化学法制备的膳食纤维纯度高，但色泽较深、碱味重、口感不佳，且得率低；酶法制备膳食纤维得率高但纯度低；酶-化学法制得的膳食纤维其持水力、溶胀性及得率都优于前两者，且所得产品纯度高、成本低，目前已有酒精沉淀法、中性洗涤剂法、酶法、碱法等制备工艺，但其膳食纤维的得率及品质(溶胀性和持水力等)仍有待提高。2.1物理法制备麦麸膳食纤维实例用物理法预处理麦麸制备原料的应用显示，在碾磨粗麸的基础上，再用气流分离，可将小麦麸分成两部分，一部分为膳食纤维含量较高(60.8%)而植酸含量较低(3.5 mg/l00g)的粗麸，另一部分为的蛋白质、矿物质元素和维生素含量较高的细麸；与未分离的粗麸相比，其适口性增强，且具有较好的再发酵或用于各种食品的加工效果。采用不同的物理制备技术，影响麦麸可溶性膳食纤维的制备效果。采用膜分离法浓缩制备麦麸可溶性膳食纤维的结果显示，超滤法浓缩可溶性膳食纤维的工艺参数，在考虑浓缩效率同时。尤其应关注保留较小分子量的特殊生物活性的多糖组分；采用双螺杆挤压机挤压经碱处理的麦麸，其挤压蒸煮过程有利于提高麦麸膳食纤维中可溶性成分含量比例。此外，超微粉碎是目前农产品加工企业中应用广且设备投入成本较低的物理制各技术，因此，应用超微粉碎技术开发麦麸膳食纤维在保健功能营养食品制备方面的资源利用，对低成本提高廉价麦麸的应用附加值，具有实际生产意义。2.2用化学、化学-酶法制备麦麸膳食纤维研究表明：用较为经济的碱法、酶法(生物法)、碱法-酶法联合等三种工艺制备麦麸膳食纤维，其膳食纤维产品口味清淡，适合添加于面制品、焙烤食品和肉制品中，还可制成冲剂等；只要添加量合适，不影响食品的外观与风味，还具一定的功能性。李建萍等比较清水蒸煮法和碱法-酶法制备所得麦麸膳食纤维的感官品质效果，认为：清水蒸煮法所得麦麸膳食纤维虽然粗纤维含量(16.06%)不及碱法,酶法处理的(24.5%)，但同样适于作为麦麸食品的膳食纤维原料，不仅制备方法经济、简便，且制备食品的麦麸香味与色泽接近全麦加工食品颜色，更利于消费者接受。李应彪等采用酶制剂降解淀粉，然后碱处理麦麸大分子不溶性纤维、并有效降解蛋白质、脂肪的复合处理工艺技术，获得纯度较高的膳食纤维制品；经脱色、研磨等后序处理工艺，膳食纤维的色泽、口感、溶胀度和持水力得到明显改善。2.3用生物技术法制备麦麸膳食纤维微生物，尤其是食用真菌，具有降解、转化利用植物细胞壁不可溶结构性营养组成的生物代谢酶系统。在利用食用菌生物发酵麦麸的代谢过程中，菌丝体通过自身的酶反应，降解麦麸基质中的淀粉，蛋白质、纤维素、半纤维素、木质素等成分，并利用降解产物、转化代谢产生微生物菌体多糖、菌体蛋白等主要的已知具有生物活性的微生物代谢中间产物，参与构成发酵麦麸膳食纤维生物活性功效的有效成分。现有利用裂褶菌（Schizophyllum commune)、灵芝(Canodermalucidum)、白腐菌(White rot fungi)、白地霉(Geotrichum candidum)等真菌生物发酵甘薯渣、葛渣、岸菜渣、蔗渣、马铃薯渣制备膳食纤维的报道。研究表明，药用真菌发酵可有效降解基质中的半纤维素物质，破坏木质-纤维素的分子结构，改善膳食纤维中可溶膳食纤维与不溶膳食纤维的比例，所得膳食纤维的物化特性及生理功能活性均有较大改善。朱荣誉等的研究也显示，用生物发酵工程技术，不仅可去除小麦麸中非纤维性的蛋白质、糖份等杂质，分别获得纯度较高的麦麸膳食纤维、可溶性糖和蛋白质等高附加值产物，还可将其产物用于加工浓缩蛋白饲料。前期研究同样证实：食用菌菌丝体生长代谢过程，具有较强的降解转化半纤维素、木质素大分子结构的能力，可有效的降解稻草细胞壁中的硅质-木质化抗营养因子，降解利用麦麸中的不可溶性阿拉伯木聚糖。食用菌菌丝体在利用麦麸培养基中可溶性营养底物的同时，通过分泌系列复合降解酶，降解细胞壁半纤维素、纤维素、木质素等大分子结构成分，以及其间镶嵌的氮素营养，可显著增加中间代谢产物的可溶性糖与氮营养含量，显示其对麦麸阿拉伯木聚糖有较强的降解转化潜力。研究说明，通过控制食用菌对麦麸营养成分的转化消耗，以及菌体降解代谢产物富积，不仅简化了麦麸膳食纤维生物制备技术的预处理流程，同时能有效提高制备麦麸膳食纤维产品中的生物活性营养品质。通过微生物发酵制备的麦麸膳食纤维与非发酵制备膳食纤维相比，生物发酵的膳食纤维色泽好，口味香甜，而且其不溶性膳食纤维含量高，持水力大，生产过程简便，更易工业化。发酵处理法制备的膳食纤维，不仅可改善膳食纤维的感官指标，还可以增加粗纤维含量与水溶性膳食纤维所占比例，提升产品的功能活性，优势明显。食用菌生物发酵技术应用于麦麸膳食纤维的制备，可同时发挥食用菌对麦麸的降解转化利用优势以及麦麸营养成分对食用菌生理代谢的营养因子促进优势，具有较好的发展利用前景。3结语自20世纪80年代后期，膳食纤维被作为营养要素而受到关注。通常认为，不可溶膳食纤维有较强的吸水功能和预防肠道疾病的作用，可改变肠道系统中的微生物群落组成；而可溶性膳食纤维则育较强的吸附有机物的功能，具有预防心血管疾病、对阳离子有结合和交换的功能与降低血压的作用。不同制备技术，对不可溶膳食纤维的得率和可溶性膳食纤维比例具有重要作用，也影响制得膳食纤维的物理化学特性和生物活性作用。小麦麸皮是丰富的膳食纤维制备资源，实际应用表明，由于小麦麸皮富含纤维素和半纤维素，同时还含有部分蛋白质、脂肪、低聚糖，以及-淀粉