一种改性米糠膳食纤维及其制备方法和应用与流程

本发明涉及谷物加工技术领域，尤其涉及一种改性米糠膳食纤维及其制备方法和应用。

背景技术：

作为谷物加工的副产品，米糠是一种纯天然产品，无毒无害，可用于改善人们的饮食。随着人们的生活水平不断提高，饮食越来越精致，饮食中膳食纤维的缺乏也越来越严重。膳食纤维的研究和应用必将成为功能食品的研究热点之一。

膳食纤维中可溶性膳食纤维的含量是评价膳食纤维生理功能的一个重要指标。然而，米糠中的膳食纤维多为不溶性膳食纤维，这就限制了它更好地发挥相应的功能作用。所以，对米糠膳食纤维进行改性，以提高可溶性膳食纤维含量成为了国内外的研究热点。目前，对米糠膳食纤维进行改性的方法包括化学法、物理法(挤压、超微粉碎和纳米法)和生物改性法(酶法和微生物发酵法)。然而，现有改性方法制备的米糠膳食纤维中可溶性膳食纤维的含量相对较低，影响了其功效的发挥。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种改性米糠膳食纤维的制备方法，该方法可以提高米糠膳食纤维中可溶性膳食纤维的含量，解决膳食纤维粗糙口感的问题，同时增强膳食纤维对葡萄糖的吸收能力。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种改性米糠膳食纤维的制备方法，包括以下步骤：

将米糠膳食纤维进行蒸汽爆破，得到破碎米糠膳食纤维；

将所述破碎米糠膳食纤维进行超微粉碎，得到改性米糠膳食纤维。

优选的，所述米糠膳食纤维的粒径＜100目。

优选的，所述蒸汽爆破的压力为0.3～1.5mpa，所述蒸汽爆破的时间为120～360s。

优选的，所述超微粉碎的方式为高能纳米冲击球磨。

优选的，所述超微粉碎的时间为6～12h，所述超微粉碎的球料体积比为2:1。

优选的，所述超微粉碎的球磨介质为氧化锆球。

优选的，完成所述蒸汽爆破后，将所得物料进行烘干，得到破碎米糠膳食纤维。

优选的，所述烘干的温度为60℃，所述烘干的时间为5～6h。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的改性米糠膳食纤维。

本发明提供了上述技术方案所述改性米糠膳食纤维在低糖食品中的应用。

本发明提供了一种改性米糠膳食纤维的制备方法，将米糠膳食纤维进行蒸汽爆破，得到破碎米糠膳食纤维；将所述破碎米糠膳食纤维进行超微粉碎，得到改性米糠膳食纤维。

本发明采用蒸汽爆破法对米糠膳食纤维进行预处理，成本低(较生物法)、能耗少(较生物法)、无污染(较化学法)；本发明采用超微粉碎方法进行粉碎处理，具有速度快、污染小、利用率高、易于发酵和酶解等优点；

本发明采用蒸汽爆破-超微粉碎方法制备得到的改性膳食纤维改性米糠膳食纤维中可溶性膳食纤维的含量可达9.86±0.18g/100g，功能性增强；

本发明采用蒸汽爆破-超微粉碎方法制备得到的改性膳食纤维的粒径为7.63μm，比表面积4.13m²/g，粉碎效果好，制备得到的改性米糠膳食纤维的口感好；

本发明采用蒸汽爆破-超微粉碎方法制备的改性米糠膳食纤维对葡萄糖的吸附能力显著增强，吸附量可达2.55mg/g。

附图说明

图1为对比例1～3和实施例1制备的改性膳食纤维的粒径分布图；

图2为对比例1～3和实施例1制备的改性膳食纤维的傅里叶红外光谱图；

图3为对比例1～3和实施例1制备的改性膳食纤维在不同放大倍数下的扫描电镜图。

具体实施方式

本发明提供了一种改性米糠膳食纤维的制备方法，包括以下步骤：

将米糠膳食纤维进行蒸汽爆破，得到破碎米糠膳食纤维；

将所述破碎米糠膳食纤维进行超微粉碎，得到改性米糠膳食纤维。

本发明将米糠膳食纤维进行蒸汽爆破，得到破碎米糠膳食纤维。在本发明中，所述米糠膳食纤维的粒径优选＜100目，更优选＜200目。

在本发明中，所述蒸汽爆破的压力优选为0.3～1.5mpa，更优选为0.5～1.2mpa，最优选为0.6～0.9mpa；所述蒸汽爆破的时间优选为120～360s，更优选为150～300s，最优选为180～250s。

在本发明中，所述蒸汽爆破的具体过程优选为将米糠膳食纤维放置于蒸汽爆破试验台上的汽爆缸中，拧动活塞，设置蒸汽爆破的时间和压力，高温高压气体由吸气阀进入汽缸内，达到设定的蒸汽爆破时间后，关闭吸气阀，瞬间减压完成物料爆破，收集爆破后的米糠膳食纤维，进行烘干，将所得物料于棕瓶内室温保存，得到破碎米糠膳食纤维。

在本发明中，所述高温高压气体优选是来源于蒸汽爆破试验台中的高温高压水蒸汽。在本发明中，所述烘干的温度优选为60℃，所述烘干的时间优选为5～6h。

得到破碎米糠膳食纤维后，本发明将所述破碎米糠膳食纤维进行超微粉碎，得到改性米糠膳食纤维。在本发明中，所述超微粉碎的方式优选为高能纳米冲击球磨，本发明优选采用高能纳米冲击磨进行所述超微粉碎；所述超微粉碎的球磨介质优选为氧化锆球。

在本发明中，所述超微粉碎的时间优选为6～12h，更优选为8～10h，最优选为9h；所述超微粉碎的球料体积比优选为2:1。

本发明采用干法高能纳米冲击磨对破碎米糠膳食纤维进行超微粉碎，高能纳米冲击磨在低温(罐体冷循环系统)下通过罐体快速的多维摆动式运动，使磨介在罐内的不规则运动产生巨大的冲击力，使膳食纤维内的基团破碎暴露，从而提高米糠膳食纤维中可溶性膳食纤维的含量。

本发明采用蒸汽爆破和超微粉碎的双重处理使米糠膳食纤维的内部结构变得疏松，比表面积增大，且米糠膳食纤维颗粒之间产生了孔缝和间隙，外部的溶质进入纤维内部相对更加容易，并且将网状结构打开，变成片层状结构，其中的功能集团(游离羟基团；多糖中甲基和亚甲基上的c-h；木质素中芳香烃化合物，木质素是膳食纤维中不可溶性膳食纤维的主要组成成分；羧基(-cooh，coo)、羰基(c＝o)；半纤维素糖单元中的c-o-c)暴露，使米糠膳食纤维吸附葡萄糖的能力增强，从而能够降低人体小肠中的葡萄糖浓度，对人体血糖的控制产生有益影响。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的改性米糠膳食纤维。本发明制备得到的改性米糠膳食纤维的粒径为7.63μm，比表面积4.13m²/g，粉碎效果好，改性米糠膳食纤维的口感好；改性米糠膳食纤维中可溶性膳食纤维的含量可达9.86±0.18g/100g，功能性增强；改性米糠膳食纤维对葡萄糖的吸附能力显著增强，吸附量可达2.55mg/g。

本发明提供了上述技术方案所述改性米糠膳食纤维在低糖食品中的应用。

下面结合实施例对本发明提供的改性米糠膳食纤维及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

将米糠膳食纤维置于蒸汽爆破工艺试验台中，在0.6mpa条件下进行蒸汽爆破300s，收集爆破后的米糠膳食纤维，在60℃条件下烘干5h，得到破碎米糠膳食纤维；

以氧化锆球为磨介，在球料体积比为2:1条件下，将所述破碎米糠膳食纤维采用高能纳米冲击磨进行粉碎6h，得到改性米糠膳食纤维。

实施例2

将米糠膳食纤维置于蒸汽爆破工艺试验台中，在0.3mpa条件下进行蒸汽爆破300s，收集爆破后的米糠膳食纤维，在60℃条件下烘干5h，得到破碎米糠膳食纤维；

以氧化锆球为磨介，在球料体积比为2:1条件下，将所述破碎米糠膳食纤维采用高能纳米冲击磨进行粉碎6h，得到改性米糠膳食纤维。

实施例3

将米糠膳食纤维置于蒸汽爆破工艺试验台中，在0.9mpa条件下进行蒸汽爆破300s，收集爆破后的米糠膳食纤维，在60℃条件下烘干5h，得到破碎米糠膳食纤维；

以氧化锆球为磨介，在球料体积比为2:1条件下，将所述破碎米糠膳食纤维采用高能纳米冲击磨进行粉碎6h，得到改性米糠膳食纤维。

对比例1

将米糠膳食纤维置于万能粉碎机中进行普通粉碎，粉碎后的膳食纤维过100目筛，得到改性米糠膳食纤维。

对比例2

将米糠膳食纤维置于蒸汽爆破工艺试验台中，在0.6mpa条件下进行蒸汽爆破300s，收集爆破后的米糠膳食纤维，在60℃条件下烘干5h，得到改性米糠膳食纤维。

对比例3

将米糠膳食纤维置于蒸汽爆破工艺试验台中，在0.6mpa条件下进行蒸汽爆破300s，收集爆破后的米糠膳食纤维，在60℃条件下烘干5h，得到破碎米糠膳食纤维；

将所述破碎米糠膳食纤维置于气流粉碎机中，在1.25mpa条件下进行气流粉碎30min，得到改性米糠膳食纤维。

测试例

1)将实施例1～3和对比例1～3制备的改性米糠膳食纤维进行可溶性膳食纤维含量测定，具体测定方法参照gb5009.88-2014，具体结果见表1。

表1实施例1～3和对比例1～3制备的改性米糠膳食纤维中的可溶性膳食纤维含量

由表1可知，本发明制备的改性膳食纤维中可溶性膳食纤维的含量可达9.86g/100g，显著提高了改性膳食纤维中可溶性膳食纤维的含量。

2)使用激光粒度仪、傅里叶红外光谱仪和扫描电镜将实施例1～3和对比例1～3制备的改性米糠膳食纤维的结构进行表征，具体结果见图1～3和表2。

其中，图1为对比例1～3和实施例1制备的改性膳食纤维的粒径分布图，具体数据见表2，由表可知，本发明实施例1制备的改性膳食纤维粒径为7.63μm，比表面积4.13m²/g，粉碎效果好，从而能够提高改性米糠膳食纤维的口感。

表2实施例1～3和对比例1～3制备的改性米糠膳食纤维的粒径分布及比表面积

(注：d[3,2]为体积面积平均粒径，d[4,3]为质量距体积平均粒径，d(0,5)为平均粒径，d(0,9)为边界粒径。)

图2为对比例1～3和实施例1制备的改性膳食纤维的傅里叶红外光谱图；由图可知，3500～3200cm^-1处是羟基的特征峰，此处出现的宽峰是纤维素和半纤维素中的o-h的伸缩振动，说明存在游离羟基团，由于分子内羟基间形成的氢键而使吸收峰变宽；2925cm^-1附近是糖类的特征峰，此处是多糖中甲基和亚甲基上c-h的伸缩振动；1654cm^-1附近的尖峰是木质素中芳香烃化合物的特征吸收峰，木质素是膳食纤维中不可溶性膳食纤维的主要组成成分，蒸汽爆破后的膳食纤维在1652cm^-1处的吸收峰减弱；1425cm^-1处出现的吸收峰是羧基(-cooh、coo)和羰基(c＝o)的伸缩振动或非对称伸缩振动的吸收峰；1060cm^-1左右出现的一个较宽的吸收峰，是半纤维素糖单元中c-o-c的特征吸收峰。由对比例1到实施例1，膳食纤维羟基峰由原来的3356cm^-1向3417cm^-1移动，说明膳食纤维中所形成的氢键增强，亲水性增强。

此外，实施例1制备的改性膳食纤维的红外光谱中没有新的吸收峰出现，其特征吸收峰的峰型、位置及峰的数量均未有显著变化，但部分多糖特征吸收峰强度增加，表明羟基等官能团增加，说明经改性后，米糠膳食纤维的化学成分均未发生明显变化。

图3为对比例1～3和实施例1制备的改性膳食纤维在不同放大倍数下的扫描电镜图，由图可知，改性处理前后膳食纤维颗粒的表面形貌发生了较大的变化。从图中可以看出，对比例1制备的膳食纤维结构规律紧凑，表面光滑规整，内部则是一种中空的多孔网状结构。对比例2在1～5μm下观察发现其制备的膳食纤维结构被裂解，呈碎块，表面凹凸不整，结构松散。观察对比例3在1～500μm下观察，可以看出膳食纤维的颗粒明显减小，表面的蜂窝状结构变得更加密集，这使得其比表面积增大，分子内部更多的基团外露，进而改善其水合性质；观察实施例1的1～5μm，较对比例，其膳食纤维的颗粒显著减小，这与之前粒径的测定结果一致；在1～50μm下观察实施例1制备的膳食纤维，发现其制备的膳食纤维由于纳米粉碎时的高速剪切力，结构分散，多为形状不规则的小片状物且颗粒较小，空间网状结构消失，呈片层状结构，其比表面积显著增加，可能是由于膳食纤维经纳米粉碎处理后，分子链断裂，不溶性膳食纤维分解成可溶性膳食纤维，分子量相对降低，聚合度减小。

3)将实施例1～3和对比例1～3制备的改性米糠膳食纤维进行葡萄糖吸收能力的测定，将改性米糠膳食纤维放入葡萄糖溶液(ph7.0)中，在38℃条件下进行磁力搅拌7h，将所得产物离心后在505nm下测定上清液中葡萄糖的含量，计算葡萄糖吸附量。具体结果见表3。

表3实施例1～3和对比例1～3制备的改性米糠膳食纤维的葡萄糖吸附量

由表3可知，本发明制备的改性米糠膳食纤维吸附葡萄糖的能力更强。

由以上实施例可知，本发明提供了一种改性米糠膳食纤维的制备方法，本发明采用蒸汽爆破-超微粉碎方法制备得到的改性膳食纤维改性米糠膳食纤维中可溶性膳食纤维的含量可达9.86±0.18g/100g，功能性增强；本发明制备得到的改性膳食纤维的粒径为7.63μm，比表面积4.13m²/g，粉碎效果好，口感好；本发明制备的改性米糠膳食纤维对葡萄糖的吸附能力显著增强，吸附量可达2.55mg/g。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。