蒸汽爆破处理苦荞麸皮膳食纤维改性分析

苦荞麦（Fagopyrum tataricum L. Gaertn.）是我国特有的药食兼用作物，其制粉加工副产物——苦荞麸皮含有极丰富的膳食纤维和酚类化合物，是抗氧化膳食纤维的良好来源。谷物可溶性膳食纤维（SDF）具有良好的抗氧化活性、凝胶特性、发酵能力和黏度，具有极大研究价值。天然来源的苦荞麸皮SDF含量较低，难以达到高品质膳食纤维比例要求，限制了其在食品领域中的应用。此外，由于苦荞麸皮层组织结构致密、口感粗糙带有苦味、难以消化等原因，导致其常被作为燃料、饲料进行低值化处理。因此寻求适当的破壁改性方法来提高苦荞麸皮SDF含量，不仅可以提高机体膳食纤维的摄入量，还可以为推进苦荞麸皮精深加工和促进山区经济发展做出一定贡献。

西南大学食品科学学院的何晓琴、刘 昕、明 建*等人引入蒸汽爆破技术对苦荞麸皮进行预处理，通过比较不同蒸汽爆破条件对苦荞麸皮中膳食纤维含量及麸皮基本成分的影响来确定最佳蒸汽爆破改性条件，并对该条件下的SDF和不溶性膳食纤维（IDF）的单糖组成、SDF体外降血糖活性及结构进行测定，以探究蒸汽爆破处理后麸皮膳食纤维的具体成分变化及可能机制，以期为苦荞麸皮综合开发利用提供参考。

1、蒸汽爆破对苦荞麸皮膳食纤维含量的影响

不同蒸汽爆破条件下苦荞麸皮SDF、IDF含量变化见图1，与未蒸汽爆破处理相比，蒸汽爆破处理（除1.5 MPa、120 s外）后苦荞麸皮中SDF含量及SDF占总膳食纤维（TDF）含量的比例 （SDF/TDF）均显著提高（P＜0.05），其中当蒸汽爆破条件由0.9 MPa、60 s改变至1.2 MPa、90 s时，苦荞麸皮SDF含量从8.63 g/100 g提高至12.36 g/100 g，比未蒸汽爆破处理（8.02 g/100 g）显著提高了54.11%，SDF/TDF达到22.38%，比未蒸汽爆破处理（15.08%）显著提高了48.41%（P＜0.05），而后随蒸汽爆破条件的改变，SDF含量及SDF/TDF均开始下降，在1.5 MPa、120 s时与未蒸汽爆破处理相当。此外，蒸汽爆破处理（除0.9 MPa、60 s外）后苦荞麸皮IDF含量显著降低（P＜0.05），当蒸汽爆破压力和保压时间由0.9 MPa、60 s改变至1.2 MPa、90 s时，苦荞麸皮IDF含量从44.20 g/100 g降低至42.89 g/100 g，IDF含量比未蒸汽爆破苦荞麸皮（45.66 g/100 g）显著降低了6.01%。以上结果表明，蒸汽爆破可以改善苦荞麸皮膳食纤维的组成，总体上能提高苦荞麸皮SDF含量，降低IDF的含量。

2、蒸汽爆破对苦荞麸皮基本成分的影响

不同蒸汽爆破条件处理后苦荞麸皮纤维素、半纤维素、木质素、果胶、可溶性糖、还原糖及总糖含量见表2，与未蒸汽爆破处理相比，蒸汽爆破处理后（除0.9 MPa、60 s外）苦荞麸皮纤维素、半纤维素、木质素含量及果胶含量均显著降低（P＜0.05），且总体上随着爆破压力的增加降低程度越明显，在1.5 MPa、120 s条件下各物质含量分别较未蒸汽爆破处理降低了42.73%、54.92%、34.05%和45.11%。而蒸汽爆破处理后苦荞麸皮可溶性糖、还原糖、总糖含量总体上均较未蒸汽爆破处理显著提高（P＜0.05），其中可溶性糖、还原糖含量均随着蒸汽爆破压力的增加呈先升高后降低趋势，在1.2 MPa、120 s时达到最大值，分别较未蒸汽爆破处理提高了97.27%和32.26%，与1.2 MPa、90 s条件下无显著差异（P＞0.05）；当蒸汽爆破条件在0.9 MPa、60 s， 0.9 MPa、90 s，0.9 MPa、120 s，1.2 MPa、60 s和1.2 MPa、90 s变化时，苦荞麸皮总糖含量缓慢增加，在1.2 MPa、90 s时比未蒸汽爆破处理苦荞麸皮总糖含量显著提高了12.40%，而后随着蒸汽爆破压力的增加，总糖含量无显著差异（P＞0.05）。基于此，选择蒸汽爆破处理条件为1.2 MPa、90 s的苦荞麸皮进行后续实验。

3、蒸汽爆破对苦荞麸皮SDF及IDF单糖组成的影响

对1.2 MPa、90 s蒸汽爆破处理的苦荞麸皮SDF、IDF及未蒸汽爆破苦荞麸皮SDF、IDF的单糖组成进行测定，如表3所示，蒸汽爆破前后苦荞麸皮的SDF均由 D-甘露糖、L-鼠李糖、D-半乳糖醛酸、葡萄糖醛酸、 D-葡萄糖、D-半乳糖和木糖这7 种单糖组成，且D-半乳糖醛酸、D-甘露糖、L-鼠李糖和D-葡萄糖是苦荞麸皮SDF最主要的单糖。蒸汽爆破处理后，苦荞麸皮SDF中的 D-半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸糖质量分数显著降低，分别较未爆破处理显著降低了40.78%和15.07%，而D-甘露糖和 D-葡萄糖质量分数分别较未爆破处理显著提高了126.36%和59.23%（P＜0.05）。苦荞麸皮IDF单糖组成与SDF一致，蒸汽爆破处理后IDF中的D-甘露糖、L-鼠李糖、 D-葡萄糖及木糖质量分数较未爆破处理分别显著降低了2.34%、23.21%、11.45%和18.02%，而D-半乳糖醛酸质量分数显著提高38.54%（P＜0.05）。表明蒸汽爆破处理对苦荞麸皮的SDF及IDF单糖组成均有明显影响。

4、蒸汽爆破对苦荞麸皮SDF理化性质的影响

对1.2 MPa、90 s蒸汽爆破处理和未蒸汽爆破的苦荞麸皮SDF理化性质进行测定，如表4所示，蒸汽爆破处理后苦荞麸皮SDF的持水力、持油力、膨胀力及α-淀粉酶活性抑制能力均显著提高（P＜0.05），分别较未蒸汽爆破处理提高了74.34%、36.98%、36.23%和29.52%，此外SDF对不同浓度的葡萄糖吸收能力也较未蒸汽爆破处理显著提高（P＜0.05），在50、100 mmol/L和200 mmol/L浓度下分别较未蒸汽爆破处理提高了12.50%、19.90%和16.37%，表明蒸汽爆破处理对苦荞麸皮SDF的理化性质具有一定的改善作用。

5、蒸汽爆破前后苦荞麸皮SDF结构特性分析结果

差示扫描量热分析结果

对1.2 MPa、90 s蒸汽爆破处理的苦荞麸皮SDF与未蒸汽爆破处理苦荞麸皮SDF的热力学稳定性进行评估，如图2所示，两组样品均呈现典型的吸热峰，蒸汽爆破处理后苦荞麸皮SDF的峰值温度（205.38 ℃）比未蒸汽爆破处理苦荞麸皮SDF的峰值温度（197.85 ℃）提高了7.53 ℃，表明蒸汽爆破处理后苦荞麸皮SDF的热稳定性略有增强。

傅里叶变换红外光谱分析结果

1.2 MPa、90 s蒸汽爆破处理的苦荞麸皮SDF与未蒸汽爆破处理苦荞麸皮SDF的傅里叶变换红外光谱见图3，3500～3200 cm -1 范围内的一组宽吸收峰是由O—H的伸缩振动引起的，蒸汽爆破处理后苦荞麸皮SDF的吸收峰峰形变窄，吸收强度提高，说明蒸汽爆破处理可能破坏了纤维素之间的氢键，使更多的羟基基团暴露；在2365～2370 cm -1 范围内的吸收峰表示C—H的反对称伸缩振动；1400～1200 cm -1 范围内出现的小吸收峰是由C—H的变角振动引起的，在1102 cm -1 附近的较强吸收峰代表C—O—C中C＝O的伸缩振动，以上几种吸收峰均为多糖的特征吸收峰，表明样品的主要成分是糖类物质；1649 cm -1 附近的吸收峰为木质素中芳香烃化合物的—COOH伸缩振动所引起，表示样品中含有糖 醛酸。889 cm -1 附近的吸收峰是由多糖分子的β-糖苷键伸缩振动引起的，蒸汽爆破处理后该处的吸收峰发生一定程度的红移（由889 cm -1 移至872 cm -1 ），吸收强度变弱，表明蒸汽爆破处理可能使苦荞麸皮SDF中的部分糖苷键断裂。

扫描电子显微镜观察结果

利用扫描电子显微镜对1.2 MPa、90 s蒸汽爆破处理前后的苦荞麸皮原料及其SDF的微观结构进行观察，如图4所示，未蒸汽爆破处理的苦荞麸皮表面结构致密完整（图4A 1 、A 2 ）；而经蒸汽爆破处理后的苦荞麸皮的致密结构被破坏，表皮出现解离断裂，碎片尺寸减小，孔洞数量增多（图4B 1 、B 2 ）；未蒸汽爆破处理的苦荞麸皮SDF整体呈块状，连接密实（图4C 1 、C 2 ）；蒸汽爆破处理后的苦荞麸皮SDF呈现尺寸较为均匀的颗粒结构， 放大2000 倍后能够清晰地看到疏松多层的蓬松结构，部分甚至出现类似蜂巢状的多孔结构，内部比表面积和孔隙率明显增大（图4D 1 、D 2 ），以上结果表明蒸汽爆破对苦荞麸皮及其SDF的结构均有明显影响。

结 论

蒸汽爆破预处理是提高苦荞麸皮SDF含量和理化特性的一种绿色方法，在最佳蒸汽爆破改性条件（1.2 MPa、90 s）下，苦荞麸皮SDF的含量可以显著提高到12.36 g/100 g，达到高品质膳食纤维含量（10 g/100 g）的要求；此外，蒸汽爆破使苦荞麸皮SDF单糖组成发生明显变化，热稳定性也有所增强；傅里叶变换红外光谱结果显示，蒸汽爆破改性苦荞麸皮SDF的羟基基团暴露增加，部分糖苷键可能断裂；扫描电子显微镜观察发现，蒸汽爆破处理后苦荞麸皮原料表层明显破裂，而苦荞麸皮SDF表面孔隙结构明显增多，推测蒸汽爆破改性机制可能与麸皮纤维素、半纤维素、木质素及果胶的降解、SDF溶出增加及部分IDF转化成SDF有关；此外，蒸汽爆破改性苦荞麸皮SDF具有较好的持水力、持油力、膨胀力、α-淀粉酶活性抑制能力和葡萄糖吸收能力，具有作为降血糖功能成分的潜力，可为苦荞麸皮SDF的利用及保健食品的开发提供新思路。

本文《蒸汽爆破处理苦荞麸皮膳食纤维改性分析》来源于《食品科学》2021年42卷9期46-54页，作者：何晓琴，刘昕，李苇舟，赵吉春，李富华，明建。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200820-277。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

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修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

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