麥麩膳食纖維的制備及應用現狀——在蒸煮面制品中的研究進展*

楊統帥 ，黃繼紅 ，張文占 ，王曉曦 ，周 鵬 ，馬 森 *

（1.河南工業大學糧油食品學院，鄭州450001；2.河南工業大學生物工程學院，鄭州 450001;3.安徽正宇面粉有限公司，安徽 亳州 236100）

隨著科技的發展進步、人民文化水平的提高，人們對美好生活需求也越來越大，特別是在飲食方面，不僅要吃飽、吃好，還要吃得健康，人們更注重吃一些對身體健康有益的食品，即具有一定保健功能的食品。早在十幾年前人們已經發現了食用粗糧[1]對人體具有一定的保健作用[2]，但是因其具有難以蒸煮、口感粗糙等缺點，人們對粗糧的接受程度并不是很高。后來人們發現在制作食品的原料中添加一些麥麩，也能達到保健的效果[3]，而且這種食品的口感相比粗糧食品好許多。麥麩是小麥制粉中的副產品，約占小麥粒重的10%～15%[4]。我國每年超過1億t[5]小麥被加工成面粉，為麥麩提供了良好的來源。目前市場上富含麥麩的全麥食品已經有很多，如全麥面包、全麥餅干、全麥面條等，雖然全麥產品比粗糧產品讓人們更容易接受，但是全麥產品與一般的面粉產品相比，它的口感依然不夠細膩，對于人們而言還不是理想的產品。

膳食纖維（Dietary Fiber,DF）是麥麩中具有生理活性的主要功能物質，約占麥麩的40%[6]。它不能被我們的腸道消化吸收，但可以被腸道內的某些微生物部分酶解和利用[7-8]。根據膳食纖維在水中的溶解特性可將其分為：可溶性膳食纖維 （Soluble Di-etary Fiber,SDF）和不溶性膳食纖維（Insoluble Di-etary Fiber,IDF）[9]。麥麩中可溶性麥麩膳食纖維僅占總纖維的十分之一[10]。

如今大量研究發現膳食纖維對人體有調節腸道菌群[11]、降低血糖血脂[12]、抑制感染應激反應[13]、預防腫瘤[14]、提高免疫力[15]等良好的調節作用。如何將膳食纖維從麥麩中提取出來，加以改性，讓它以更好的品質添加到面制品中，在保證全麥制品的營養價值的同時，還能使色澤、口感更符合人們需求，這成為了食品科研工作者的一個主要研究方向。

1 麥麩膳食纖維提取方法

麥麩的組成成分如表1所示。

表1 小麥麩皮組成和主要營養元素含量[16]

隨著研究的跟進，麥麩膳食纖維的制備方法也越來越多，究其本質，就是利用各種方法，去除麥麩中除膳食纖維以外的其它組分（主要是淀粉、蛋白質和脂肪）[17]，從而得到較為純凈的麥麩膳食纖維。根據提取過程中反應物或操作手段的類型，可將麥麩膳食纖維提取方法分為以下幾種：

1.1 物理法

物理法是指僅使用機械加工的方式 （粉碎、超聲、過濾等）處理麥麩來提取麥麩膳食纖維。

常見的物理法有粗分離法[18]、膜分離法、篩分法以及超聲波輔助分離法，這些方法通常用來輔助其它方法進行麥麩膳食纖維的提取。

①粗分離法主要是液體懸浮法和氣流分級法兩種，通過這兩種方法降低原料中的各種非纖維成分（如蛋白質、脂肪、淀粉及植酸等）的含量，從而達到提取麥麩膳食纖維的目的，這種方法所得的產品純度較低。②膜分離法主要用于SDF的提純和濃縮，王世清等[19]研究發現膜分離法可以很大程度降低蛋白含量，大幅度地提高了SDF的提取率，由此可見，膜分離技術用于提取SDF的效果非常明顯。但是膜的價位以及超濾設備維護費用都非常昂貴，這也就限制了它的應用范圍。③梅新等[20]用篩分法輔助酶法提取不溶性麥麩膳食纖維，極大的提高了不溶性麥麩膳食纖維的純度。④超聲波輔助分離法是物理法中比較常用的輔助提取膳食纖維的方法，它是利用超聲波的輻射壓強所產生的熱效應和空化效應對膳食纖維進行輔助提取，特別是其產生的空化效應具有極強的剪切力，能夠破碎介質細胞的細胞壁，釋放出細胞的內容物，強化了分子間的碰撞幾率，從而能夠有效提高膳食纖維的提取率和含量[21]。雖然目前用超聲波輔助提取麥麩膳食纖維的研究較少，但是薛山[22]、夏潔等[23]用超聲波輔助法提取膳食纖維的實驗都取得了良好的效果，這表明超聲波輔助提取麥麩膳食纖維具有一定的可行性。

雖然物理法本身提取的膳食纖維得率低，但是用物理法與其他提取方法相結合，能夠有效地提高麥麩膳食纖維的提取率和品質。

1.2 化學法

化學法[24]是指先將制作膳食纖維的原材料進行簡單的前處理，再利用化學試劑進行分離提取膳食纖維的方法，包括直接水提法、酸法、堿法。

直接水提法是將麥麩在水中進行浸泡蒸煮，除去溶于水的部分，剩下的就是麥麩膳食纖維；該方法操作簡單、成本低、無污染，但是提取產品的純度不高、效率低，因此這種方法提取的膳食纖維在應用上具有一定的局限性[25]。酸法一般是用鹽酸對麥麩進行水解，能夠除去麥麩中大部分的淀粉，堿法是用氫氧化鈉對麥麩進行水解，主要水解了麥麩中的蛋白質，兩種方法都是針對麥麩中的某一種物質進行水解，達到提取膳食纖維的目的。所以通常將酸法和堿法結合起來使用稱作酸堿法，也就是先用酸水解淀粉，再用堿水解蛋白質，這種方法提取麥麩膳食纖維的純度會更高。

許多學者對化學法（主要是酸堿法）提取麥麩膳食纖維的最佳工藝進行了探索。趙梅等[26]認為隨著堿處理濃度和時間的增加，麥麩不溶性膳食纖維的提取率呈現先增加、后減少的趨勢。劉玉林等[27]認為堿濃度越高，產品的堿味越重，色澤也會加深，同時大量的堿會水解麥麩中的不溶性膳食纖維，會導致提取率的下降。李慶龍等[28]認為雖然大量的堿會水解部分麥麩不溶性膳食纖維，但是由于水解的更加徹底，能夠提高產品的純度。邵佩蘭等[29]用化學法提取麥麩膳食纖維，發現由于淀粉顆粒大部分處于蛋白質網絡內部，淀粉遇到高溫糊化后能夠阻止體系中的堿與蛋白質發生反應，導致蛋白質的水解程度降低；酸解時蛋白質受熱會產生變性，溶解性降低，又使得體系中的酸與淀粉顆粒難以有效接觸，最終造成了較低的膳食纖維的提取率。賈元飛等[30]通過單因素實驗和正交實驗，對化學法從麥麩中提取水不溶性膳食纖維的提取工藝進行優化，優化后的工藝對麥麩中的水不溶性膳食纖維的提取率可以達到58%，而且產品具有較高水平的溶脹度和持水力。目前酸堿結合法是化學法中提取麥麩不溶性膳食纖維最有效的方法。

化學法提取膳食纖維的優點是成本低、提取率高，缺點是產品中有化學殘留、產品品質下降較大，化學試劑的使用會造成環境的污染[31-32]。

1.3 生物法

生物法是利用微生物或者純化的生物酶水解麥麩中的淀粉、蛋白質等達到提取麥麩膳食纖維的目的，主要包括酶法和發酵法。

1.3.1 酶法

酶法是用多種純化的水解酶（淀粉酶、蛋白酶）水解除了膳食纖維以外的其它成分（主要是淀粉、蛋白質）來提取麥麩膳食纖維的方法。由于酶的專一性、高效性，使得這種方法相比化學法的提取率更高。劉玉林等[27]對比了酶法提取和堿法提取水不溶性麥麩膳食纖維的得率和純度，認為酶法的提取率明顯高于堿法，而且兩者的純度差異不大，酶法提取也不會有不良異味。說明酶法提取麥麩膳食纖維比化學法具有更大的優勢。

酶法提取麥麩膳食纖維，最主要的影響因素是酶的濃度、酶解溫度、溶液pH值以及酶解時間，張媛媛等[33]研究認為麥麩膳食纖維的提取率會隨著酶溶液的pH的增加呈現先增加、后減少的趨勢，而酶濃度、溫度和pH三個維度對于提取率影響最大的是pH，其次是溫度，最后是濃度。曹新志等[34]研究了酶濃度和水解時間對提取率的影響，認為影響最大的是蛋白酶的酶解時間，其次是淀粉酶的濃度，再是蛋白酶的濃度，最后是淀粉酶的酶解時間。大多數研究發現溫度和pH是影響酶法提取率的首要影響因素，這可能是因為酶本身是一種蛋白質，其活性受到環境溫度和pH的影響較大，在其最適宜的條件下，才會有最高的活性，水解效果才會更好。蔡沙等[35]認為淀粉酶和糖化酶相復合，比單獨用淀粉酶更加有效，去除麥麩中的淀粉的效果更好；而常憲輝[36]在淀粉酶和蛋白酶水解中間增加了脂肪酶進行多酶分步復合水解（前一種酶水解完成后直接添加下一種酶，中間沒有水洗、調節pH等步驟），得到的麥麩膳食纖維純度和品質都高于單一酶水解，但是提取率會略有降低。這說明多酶混合水解比單一酶水解有更高的純度和品質，但是多種酶相復合進行水解的方法研究較少。目前還沒有研究說明是否還有其它酶也可以形成復合酶系，達到提高麥麩膳食纖維品質和提取率的目的。

酶法的優點是膳食纖維的提取率高，對環境的污染小，對膳食纖維的品質損害小，缺點是酶的價格昂貴，膳食纖維提取的成本高。

1.3.2 發酵法

發酵法[37]是指微生物（真菌為主）發酵所產生的酸性環境以及菌種自身產生的各種酶類對原料中的非纖維成分如蛋白質、脂肪、淀粉等進行分解利用，從而達到提取麥麩膳食纖維的目的。發酵法分為固態發酵和液態發酵兩種。液態發酵是在一個大型的生物反應器中進行的發酵，這種發酵方式有利于控制和監測培養基的氧容量、pH等。固態發酵的基質原料一般采用農作物秸稈、麩皮等農業廢棄物，微生物生長在固態基質的表面，利用原料中的營養物質進行發酵。

研究發現大部分真菌類菌株都有很強的降解纖維素和半纖維素的能力，發酵時分泌的淀粉酶、蛋白酶等多種酶系使真菌能夠分解利用體系中的淀粉和蛋白質，提高膳食纖維的純度。產生的酶系還能夠改變原料的部分纖維結構，使其變得疏松。疏松的結構使得纖維素主鏈更加容易被纖維素酶水解，促進不溶性膳食纖維更多的轉化為可溶性膳食纖維，能夠提高可溶性膳食纖維的提取率。此外，發酵過程中產生的菌體多糖也能成為膳食纖維的一個來源，從而提高膳食纖維的產率。這類真菌有：真菌靈芝[38]、米根霉[39]、綠色木霉[40]及黑曲霉[41]等。

微生物發酵和酶法的原理基本類似，不過微生物會消耗掉大量的水解產物，簡化了膳食纖維的提取工藝；由于不需要酶制劑的分離純化，大大降低了生產的成本，更適合應用到工業化生產中[42-43]。劉杰認為無論是固態發酵法還是液態發酵法，可溶性膳食纖維的提取率都顯著高于未進行發酵的麩皮，固態發酵的成本低于液態發酵，而且技術更加簡單，能耗低，產物能夠直接使用，因此認為固態發酵是最佳發酵方式；微生物發酵會產生纖維素酶，水解多糖的糖苷鍵，打破其凝聚狀態，發酵后的可溶性膳食纖維更為分散，呈片狀和碎片狀，膨脹力和持水力有所增大，在水中的溶解度、溶液的透明度和熱穩定性方面有所提高[44]。吳學鳳等認為里氏木霉和米根霉是進行發酵法制備小麥麩皮膳食纖維較為合適的菌株，用黑曲霉與里氏木霉等比混合的混菌發酵來制備小麥麩皮膳食纖維比單一發酵有更高的提取率，而且這種工藝制得的膳食纖維無論是持水力還是溶脹性都達到了高品質膳食纖維的指標[45]。

發酵法是制備可溶性膳食纖維的有效方法之一，其得率高、生物活性高、綜合質量好。微生物發酵法易于操作，有利于后續深入加工，可實現大規模生產。微生物繁殖代謝需要一定時間導致微生物發酵法的生產周期比其他方法更長，選擇合適的菌種是縮短微生物發酵法生產周期的關鍵因素。

1.4 酶-化學結合法

酶-化學結合法[46]是指酶法與化學法相結合提取膳食纖維的方法，通常分為酸酶法（先用酸水解淀粉，再用蛋白酶水解蛋白質）和酶堿法（先用淀粉酶水解淀粉，再用堿水解蛋白質）兩種方法。李鵬飛等人[47]對比了酸酶法、酶堿法和雙酶法提取麥麩膳食纖維，認為雙酶法提取率最高，其次是酶堿法，最后是酸酶法。李應彪等[48]認為低濃度的淀粉酶無法充分水解附著于麥麩表面的淀粉，但過高濃度淀粉酶又容易導致其中的半纖維素的流失，從而降低了膳食纖維的提取率，這與張媛媛等[33]的研究結果一致；隨著堿液濃度和堿解時間的增加，膳食纖維提取率都呈現先增加再減少的趨勢。在堿濃度較低時，由于蛋白質溶液處于等電點，溶解不高，會發生聚集、沉降；當堿濃度增加時，由于許多蛋白質的等電點都小于7，堿性環境中，麥麩中大部分蛋白質發生溶解，使得蛋白質能夠被有效除去；堿濃度過高時，纖維素和半纖維素就會有小部分溶解于水中，蛋白質也會部分變性，變性后的蛋白質溶解性變差，這就會降低膳食纖維的提取率，這與劉玉林等[27]的研究相一致。劉德講等[49]認為采用酶堿法去除膳食纖維中的脂肪、淀粉和蛋白質的效果比化學法更為徹底，還有利于提高膳食纖維的品質。陶志杰等[50]認為酶堿法提取的麥麩可溶性膳食纖維提取率比堿法有明顯的增高，最大可提升50%；在其酶堿法提取麥麩可溶性膳食纖維的最佳提取工藝下，小麥麩皮可溶性膳食纖維提取率可以達到16%。

酶-化學結合法中的酶堿法提取麥麩膳食纖維相對于化學法污染小、提取率高，麥麩膳食纖維的加工成本又比酶法有所減少，相比于微生物發酵法周期短，所以生產加工中經常使用酶-化學結合法。

2 麥麩膳食纖維在面制品中的應用

麥麩膳食纖維具有良好的持水性、持油性和膨脹性[51]，將麥麩膳食纖維作為食品的原料，應用到面條、饅頭等面制品的制作中，一定程度上可以提高產品營養價值，改善面制品的質構特性和感官品質。麥麩膳食纖維加到食品中的效果主要取決于食物類型、膳食纖維粉粗細度、預處理和烹飪方法[52]。

2.1 麥麩膳食纖維在面條中的應用

小麥面條是人們的主食之一，麥麩膳食纖維可以作為面條制作中的改良劑，改善鮮濕面條的口感、品質，提高面條的營養價值，延長貨架期。研究表明在面條中添加可溶性麥麩膳食纖維能夠改善其蒸煮特性，減少斷條率[53]。陶春生等[54]認為在面條中添加適量的擠壓改性麥麩膳食纖維，可以明顯的提高面條的品質和吸水率，減少面條的蒸煮損失率。有研究發現膳食纖維中存在能夠與小麥面粉蛋白相互作用的酚酸雙鍵，兩者能夠結合形成更大的網絡結構[55]，少量添加麥麩膳食纖維對面條色澤的影響不大，還能提升面條的質構特性，麥麩不溶性膳食纖維通過影響面條中水分的分布狀態、內部面筋網絡和其它大分子晶體結構的整體穩定性、蛋白質二級結構的多少來影響面條的品質[56]。有研究認為膳食纖維的高持水性能夠幫助穩定面團中面筋的網絡結構[57]。面團中加入適量的麥麩膳食纖維后，面團的表面張力增強，彈性性質顯著增加[58]。周玉瑾等[59]研究發現在面條中添加少量的麥麩膳食纖維使得掛面有更高的持水性，質地緊密，能夠儲藏更長的時間。

由未添加可溶性麥麩膳食纖維的面條掃描電鏡圖（圖1[60]）可知，面條內部主要包含面筋蛋白（網狀結構）和淀粉顆粒（呈圓形或橢圓形）兩部分，淀粉顆粒被面筋蛋白所包裹。對比未添加可溶性麥麩膳食纖維和添加3%可溶性麥麩膳食纖維掃描電鏡圖[60]（圖2），我們可以看出添加了麥麩膳食纖維的面條中的淀粉顆粒能夠被面筋網絡緊密包裹，淀粉顆粒間縫隙少，而且更加均勻。

圖1 未添加SDF掛面微觀結構SEM圖（1 000×，2 000×）

圖2 添加3% SDF掛面微觀結構SEM圖（1 000×，2 000×）

在面條面團中過多地添加麥麩膳食纖維會使得水更少地與面筋蛋白相互作用，影響面條面團形成面筋網絡結構，而且高濃度的可溶性膳食纖維可能會由于它的自身聚集行為或者高體積密度值產生物理性屏障，這些屏障會干擾面筋蛋白網絡的形成，減弱面團面筋力[61]?？扇苄陨攀忱w維顆粒為淺褐色，不溶性膳食纖維顆粒是淺黃色，過量添加可溶性膳食纖維還會使面條的色澤變得暗黃，影響面條的感官品質[60]。

可溶性麥麩膳食纖維比不溶性麥麩膳食纖維更適合添加到面條中，在面條中添加少量的可溶性麥麩膳食纖維，不會對面條的色澤和口感造成較大的影響，而且能夠提高面條品質。

2.2 麥麩膳食纖維在饅頭中的應用

饅頭是將面團（一般不添加糖、油等）經發酵后再蒸制而成的。新鮮的饅頭松軟適口，經過一段時間的放置，隨著饅頭中水分的流失，饅頭就會逐漸變得干硬，難以咀嚼。利用麥麩膳食纖維有較高的持水性的特點，將麥麩膳食纖維添加到饅頭中，增加饅頭的持水力，從而延長饅頭的儲藏時間。有研究發現，食用添加了麥麩膳食纖維饅頭的人其血糖指數低于食用一般饅頭的人的血糖指數[62]，說明添加麥麩膳食纖維饅頭適合高血糖人群的食用。

在饅頭中添加麥麩膳食纖維有利于饅頭的醒發和蒸制過程中二氧化碳的保持，提高饅頭的比容，而且饅頭的含水量也會有一定幅度的增加，長時間儲藏饅頭的硬度比一般饅頭硬度增加更小幅度，表明添加麥麩膳食纖維的饅頭的貨架期更長[63-64]。有研究表明，酵母菌發酵可以改善麥麩膳食纖維，增加可溶性阿拉伯木聚糖的含量[65]；麥麩膳食纖維中所含的阿拉伯木聚糖，能夠通過酚酸的活性雙鍵的氧化膠化作用與面粉中的蛋白質相結合，形成更大分子的網絡結構，對饅頭面團起到一定的強化作用，抵消一部分由于麥麩膳食纖維的添加，使面筋蛋白含量降低所帶來的副作用[66]。另外朱惠燕[67]的研究發現阿拉伯木聚糖具有一定的抗凍效應，能夠增加冷凍面團發酵饅頭的高徑比。在饅頭中添加少量的膳食纖維做出來的饅頭相比于未添加麥麩膳食纖維的饅頭質地更好，不僅會有小麥的清香氣味，而且饅頭內部的氣孔小而均勻、表皮光滑、形態飽滿、比容大、彈性好、爽口、不粘牙[68]。

少量添加麥麩膳食纖維對饅頭品質和感官特性都有提升，還能延長饅頭的貨架期。大量膳食纖維的添加會讓饅頭的口感偏硬，色澤也會變得暗淡。

3 結論及展望

現有的研究主要是利用酶法和酶-化學法將麥麩膳食纖維從麥麩中提取出來，再經過干燥、粉碎等處理添加到面條、饅頭中制作出富含麥麩膳食纖維、外觀和口感容易被人們接受的產品。雖然目前的麥麩膳食纖維產品在口感、色澤上要比直接添加麥麩的全麥產品要好很多，但是用酶法和酶-化學提取麥麩膳食纖維的成本較高，使得市面上的麥麩膳食纖維產品的價格普遍讓人難以接受，難以形成大規模的消費群體。

目前用化學法和發酵法提取制備麥麩膳食纖維的成本相對較低。而化學法制備麥麩膳食纖維的品質差、提取率低而且對環境有污染。雖然發酵法制備麥麩膳食纖維的品質好，更適合應用在面制品領域，但是生產周期長。用發酵法制備麥麩膳食纖維的研究較少。在現有的報道中，用發酵法制備麥麩膳食纖維大多數使用單一菌種發酵，復合菌種 （兩種及以上）發酵提取麥麩膳食纖維的相關報道不多，研究還不夠深入?；蛟S用復合菌種制備麥麩膳食纖維，成本可以更低，更加高效，品質能夠更好，更適合應用于面制品當中，從而制得感官品質更符合人們需求，價格更低的麥麩膳食纖維食品。