黑曲霉发酵法制备米糠粕可溶性膳食纤维工艺优化及其理化分析

闵钟熳,高 路,高育哲,徐彩红,邓雪雪,肖志刚*

(沈阳师范大学粮食学院,辽宁 沈阳 110034)

摘 要:以米糠粕为底物,采用黑曲霉对其进行发酵,研究提高米糠粕中可溶性膳食纤维(soluble dietary fiber,SDF)提取率的工艺条件以及发酵前后SDF结构、理化性质的变化。通过单因素试验结合Box-Behnken响应面试验设计,得到最优的发酵条件,并对此条件下制备的SDF性质进行研究。结果表明:最佳发酵时间77 h、发酵温度26 ℃、料液比1∶11(g/mL)、pH 5.0、摇床转速150 r/min时,SDF提取率为38.23%,比优化前提高了29.58%。发酵后SDF的膨胀力、持水力及持油力分别提高了84.44%、79.30%和73.25%。扫描电镜观察到发酵后SDF表面结构粗糙、疏松多孔。

关键词:米糠粕;可溶性膳食纤维;黑曲霉;响应面法;理化性质

膳食纤维(dietary fiber,DF)通常是指一类不能被人体消化酶消化[1]也不被小肠吸收的植物性细胞壁主要成分[2],包括纤维素、半纤维素和果胶类物质等[3]。DF按溶解性可分为不可溶性膳食纤维(insoluble dietary fi ber,IDF)和可溶性膳食纤维(soluble dietary fi ber,SDF)[4]。IDF具有预防结肠癌、通便等功能,SDF具有降胆固醇、预防糖尿病[5-6]及心血管病[7]等生理功能,因此,SDF含量是影响DF生理功能的重要因素[8-9]。然而,天然来源的DF组成中IDF含量较高,SDF含量很低,而只有SDF含量达到30%以上时,才称为高品质DF[10]。因此,对DF进行改性,提高其中SDF含量成为主要的研究方向。

SDF的提取方法主要有酶法、化学法、物理法[11]和发酵法[12]等,其中微生物发酵法对DF有很好的改性效果[4]。微生物发酵法是制备SDF的新型技术手段,实现微生物产酶与酶解过程的统一,资源得到合理利用,省去了酶制剂在生产过程中的分离纯化工艺,大大降低生产成本。

辽宁省作为东北优质粳稻种植和加工利用的代表性产区,水稻年种植面积在56.25万 hm2,年产稻谷455.6万 t,省内中大型稻米加工企业820 家,年加工量400多万 t,为粮食副产品的开发利用提供了广阔空间。米糠粕是稻谷加工过程中的副产物米糠经过浸出脱脂处理后的产物[13]。米糠粕DF中SDF比例低,口感较粗糙,仅能作为饲料或者丢弃,造成资源的极大浪费。因此,需要研究提高其中SDF的含量,满足现代食品开发和加工的需要[14]。根据目前国内已有报道,提高米糠粕中SDF的方法通常采用超微粉碎法[15]、挤压法[16]、酶解法[17]、化学试剂-酶法[18]、超声波-酶法[19],微生物发酵法仅有报道采用绿色木霉对米糠粕进行发酵[20]。以黑曲霉发酵香蕉皮[21]、小麦麸皮[22]、花生壳[23]、豆渣[24]等制备SDF的研究较多,但鲜见黑曲霉发酵米糠粕制备SDF的报道。本研究以米糠粕为原料,采用响应面法,优化黑曲霉发酵米糠粕制备SDF工艺,并对其理化性质进行测定,以期为米糠粕SDF的合理利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

米糠粕 华润五丰(沈阳)有限公司;黑曲霉(Aspergillus niger) 中国工业微生物菌种管理保藏中心。

95%乙醇溶液(分析纯) 天津市富宇精细化工有限公司;热稳定α-淀粉酶 美国Sigma公司;蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶 北京格林博远生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

HH-6型数显恒温水浴锅 常州国华电器有限公司;AL104-IC电子分析天平 梅特勒-托利多仪器上海有限公司;DHG-9146A型电热恒温鼓风干燥箱、HZP-250型全温培养振荡器 上海精宏实验设备有限公司;BJ-2CD型超净工作台 上海博迅公司;Avanti J-25型离心机 贝克曼库尔特商贸(中国)有限公司;MLS-3780-SV型高温高压灭菌锅 松下电器(中国)有限公司上海分公司;s-4800扫描电子显微镜 日本日立公司。

1.3 方法

1.3.1 培养基的配制

斜面培养基[25]:马铃薯200 g、葡萄糖20 g、琼脂20 g、水1 000 mL,pH值自然。马铃薯去皮,切块煮沸0.5 h,纱布过滤,再加糖及琼脂,融化后补足水至1 000 mL。121 ℃灭菌30 min。

种子培养基:马铃薯200 g、葡萄糖20 g、酵母膏10 g、水1 000 mL,pH值自然。配制及灭菌方法同斜面培养基。

米糠粕发酵培养基:将米糠粕50 ℃干燥,粉碎,过60目筛。按照一定料液比与水混匀后,密封,115 ℃灭菌15 min,备用。

1.3.2 黑曲霉种子液制备

将菌株接种于斜面培养基,25 ℃培养72 h后,用无菌水淋洗斜面,血球计数板计数,制成浓度为108CFU/mL孢子悬液[26]。吸取1 mL该孢子悬液,于装有100 mL种子培养基的250 mL三角瓶中[23],25 ℃摇床150 r/min培养72 h活化,然后用4层纱布过滤掉菌丝体,调整制成浓度为108CFU/mL的种子液。

1.3.3 米糠粕SDF提取工艺流程

米糠粕发酵培养基→10%接入黑曲霉种子液→液体摇床培养→固液分离→上清液→浓缩醇沉(95%乙醇溶液)→离心(3 500 r/min,20 min)→固体干燥→SDF

SDF含量的测定:采用GB/T 5009.88—2014《食品中膳食纤维的测定》。3 次平行实验,取平均值,按式(1)计算SDF提取率:

式中:M1为烘干至质量恒定的滤纸质量/g;M2为醇沉后烘干至质量恒定含SDF的滤纸质量/g;M为米糠粕样品的干质量/g。

1.3.4 米糠粕发酵制备SDF单因素条件优化

1.3.4.1 料液比对SDF含量的影响

将米糠粕与水比例分别按1∶5、1∶10、1∶15、1∶20和1∶25(g/mL)装入250 mL三角瓶中,于25 ℃、pH 5.0、转速为150 r/min的条件下摇床培养72 h,测定并计算发酵后SDF提取率,确定最佳料液比。

1.3.4.2 发酵时间对SDF含量的影响

将料液比为1∶10(g/mL)的米糠粕培养基装入250 mL三角瓶中,于25 ℃、pH 5.0、转速为150 r/min的条件下分别培养0、24、48、72、96 h和120 h,测定并计算发酵后SDF提取率,确定最佳发酵时间。

1.3.4.3 发酵温度对SDF含量的影响

将料液比为1∶10(g/mL)的米糠粕培养基装入250 mL三角瓶中,调节pH 5.0、转速150 r/min,分别在20、25、30、35 ℃和40 ℃条件下培养72 h,测定并计算发酵后SDF提取率,确定最佳发酵温度。

1.3.4.4 发酵初始pH值对SDF含量的影响

将料液比为1∶10(g/mL)的米糠粕培养基装入250 mL三角瓶中,于25 ℃、转速为150 r/min的条件下,分别调整pH值为3.0、4.0、5.0、6.0和7.0,摇床培养72 h,测定并计算发酵后SDF提取率,确定最佳发酵pH值。

1.3.4.5 摇床转速对SDF含量的影响

将料水比为1∶10(g/mL)的米糠粕培养基装入250 mL三角瓶中,于25 ℃、pH 5.0的条件下,分别以0、50、100、150 r/min和200 r/min的摇床转速培养72 h,测定并计算发酵后SDF提取率,确定最佳转速。

1.3.5 Box-Behnken响应面试验设计

在单因素试验的基础上,运用Box-Behnken试验设计原理[13-14],选取发酵时间、发酵温度、料液比为自变量,以SDF提取率为响应值,进行三因素三水平试验,各因素与水平设计见表1。

表1 Box-Behnken试验设计因素与水平
Table 1 Level and code of independent variables used for Box-Behnken design

1.3.6 发酵前后SDF理化性质测定

1.3.6.1 膨胀力测定

参照Zhang Min等[29]的方法。分别称取发酵和未经发酵制取的SDF各1.000 g放入量筒中,读取干品体积,然后向量筒中加入水使其总体积达到50 mL,摇匀后置于室温下封口24 h,读取量筒中SDF的体积。按照式(2)计算膨胀力:

式中:V1为干样品的体积/mL;V2为样品膨胀后的体积/mL;M为样品的干质量/g。

1.3.6.2 持水力测定

参照Chau等[30]的方法。分别称取发酵和未经发酵制取的SDF各1.000 g放入量筒中,向SDF加入20 mL水,在室温下饱和24 h,将充分饱和后的SDF放在滤纸上沥干外表水分,然后将SDF转移到表面皿中称量样品湿质量,按照式(3)计算持水力:

式中:M1为样品持水后的质量/g;M为样品的干质量/g。

1.3.6.3 持油力测定

参照Sangnsrk等[31]方法进行。称取一定质量发酵和未经发酵的米糠粕SDF于离心管中,向其中加入质量比为1∶8的食用花生油,混匀后37 ℃静置1 h,于3 000 r/min离心20 min,将离心后的上层清液弃去,并用滤纸吸干残留游离的花生油。称量吸附花生油后样品的质量,按照式(4)计算持油力:

式中:M1为样品持油后的质量/g;M为样品的干质量/g。

1.3.7 发酵前后米糠粕SDF超微结构观察

将样品干燥至质量恒定,取适量样品进行黏台,采用离子溅射法对其镀金,制备好的样品置于扫描电子显微镜下观察[9]

1.4 数据分析

响应面试验采用Design-Expert v10软件进行分析和作图。其他数据利用SPSS 22软件进行统计学分析,并采用Microsoft Off i ce Excel 2016作图。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

2.1.1 料液比的确定

图1 料液比对SDF提取率的影响
Fig. 1 Inf l uence of solid-to-solvent ratio on SDF yield

由图1可知,料液比对黑曲霉制备米糠粕SDF提取率有显著影响。随着加水量的增加,提取率先上升后下降。当料液比为1∶10(g/mL)时,米糠粕SDF提取率达到最高。因为真菌发酵时对培养基的含水量是有一定的要求的,加水量较少,会使菌种和原料接触不充分,影响发酵[26]。同时,过低水分,会影响菌体生长及产酶速度[32]。因此确定较佳发酵料液比为1∶10(g/mL)。

2.1.2 发酵时间的确定

图2 发酵时间对SDF提取率的影响
Fig. 2 Inf l uence of fermentation time on SDF yield

由图2可知,发酵时间对黑曲霉制备米糠粕SDF提取率有显著影响。随着时间的延长,黑曲霉发酵产生的纤维素酶增加,在72 h时SDF提取率最高。原因可能在72 h前,菌种中的酶对米糠粕中的IDF进行降解,使IDF的糖苷键断裂,从而生成小分子多糖,转化为SDF,使更多的大分子物质得以分解;在发酵时间约为72 h时,米糠粕SDF提取率达到最高,随后SDF下降,可能是生长到一定阶段后,基质被消耗,无法提供增殖所需的营养物质[33],微生物开始利用小分子糖,SDF被进一步分解为分子质量更小的组分,不易于提取,故含量降低,呈现下降趋势,因此确定较佳发酵时间为72 h。

2.1.3 发酵温度的确定

图3 发酵温度对SDF提取率的影响
Fig. 3 Inf l uence of fermentation temperature on SDF yield

由图3可知,发酵温度对米糠粕SDF提取率有显著影响。发酵温度达到25 ℃时,SDF提取率达到最高。这是因为温度对于微生物的生长有重要影响,当温度过低时,微生物会生长缓慢,产酶的速度相应缓慢,而当温度过高,微生物又容易过早的老化,产酶的速度也迅速的降低,因此确定较佳发酵温度为25 ℃。

2.1.4 发酵初始pH值的确定

图4 发酵初始pH值对SDF提取率的影响
Fig. 4 Inf l uence of pH on SDF yield

由图4可知,pH值对米糠粕SDF提取率有显著影响。在低pH值时变化不明显,随着pH值的升高提取率增大,在pH值为5.0时,SDF提取率达到最高,继续升高pH值,提取率降低。分析SDF提取率下降原因与菌种作用的最适pH值有关,黑曲霉适宜在偏酸性的条件下生长,当偏离最适pH值,菌体生长缓慢,从而影响作用效果。同时pH 5.0为米糠粕与水混合液的自然pH值,偏离自然pH值都需要加酸或碱来调节,考虑到环保因素和操作简便、提高效率因素,pH值不再作为响应面因素进行优化,因此选择适宜的初始发酵pH值为5.0。

2.1.5 摇床转速的确定

图5 摇床转速对SDF提取率的影响
Fig. 5 Inf l uence of shaking speed on SDF yield

由图5可知,摇床转速对米糠粕SDF提取率有显著影响。随着摇床转速的增大,黑曲霉与氧气、米糠粕的接触面积也越大,从而使菌体生长代谢速度加快。在摇床转速为150 r/min时,米糠粕SDF提取率达到最高。摇床转速继续增大,会使剪切力增加[34],从而造成黑曲霉菌丝体断裂,影响SDF提取率。考虑到节能和经济因素,摇床转速不再作为响应面优化因素,因此选择摇床转速为150 r/min。

2.2 响应面试验结果

2.2.1 Box-Behnken响应面试验设计及结果

根据单因素试验结果,以发酵时间、发酵温度、料液比为自变量,米糠粕中SDF提取率为响应值,通过Box-Behnken响应面设计对发酵条件进一步优化。发酵米糠粕试验设计及结果见表2。

表2 Box-Behnken试验设计及结果
Table 2 Experimental scheme and results of Box-Behnken design

2.2.2 拟合模型的建立与结果分析

应用Box-Behnken进行多元回归拟合分析,可得到SDF提取率(Y)与各发酵条件A、B、C之间的二次多项式模型式。利用此二次回归方程可以为优化提取SDF的发酵条件提供较好的数学模型,对SDF提取率的变化进行预测。二次多项回归方程如下:

表3 回归模型的方差分析及显著性检验
Table 3 Analysis of variance and signif i cance test of regression model

注:**. P<0.01,差异极显著;*. P<0.05,差异显著。

由表3方差分析可知,回归模型极显著(P<0.000 1),表明与实际情况拟合度好;失拟项不显著(P=0.258 3),表明残差均由随机误差引起,对实验干扰小,预测值与试验值有高度相关性(R2=0.985 6)。R2Adj表示模型调整确定系数,本试验中为0.967 2,表示试验数据可靠性较高,可以用此模型来分析和预测黑曲霉发酵提取米糠粕提取SDF的工艺条件。由F值可知,3 个因素对米糠粕SDF提取率的影响大小依次为发酵时间(A)>发酵温度(B)>料液比(C)。

2.2.3 响应面试验交互作用分析

响应面是响应值对各试验因素所构成的立体图,因素对试验结果影响越大,表面曲面越陡峭。等高线的形状反映两两因素之间交互作用的显著程度,等高线呈圆形表示两因素交互作用不显著,而当等高线呈椭圆形则表示两因素交互作用显著[35-36]

交互项对SDF提取率的影响见图6,通过这组图可以对任意两因素之间交互影响的效应进行分析和评价,从而确定最佳的因素水平范围。

图6 各因素交互作用对SDF提取率影响的响应面及等高线图
Fig. 6 Response surface and contour plots showing the interactive effects of factors on SDF yield

根据Box-Behnken试验所得的结果和分析二次多项回归方程,获得了提取米糠粕SDF的最佳发酵提取条件:A=0.21、B=0.16、C=0.13,即发酵时间77.04 h、发酵温度25.80 ℃、料液比1∶10.65(g/mL)时,SDF提取率最高。

2.2.4 验证实验结果

考虑到实际情况,选择发酵时间77 h、发酵温度26 ℃、料液比1∶11(g/mL)的条件下,进行3 次重复性验证实验。实验结果平均值为38.23%,与理论值38.11%接近,拟合度较好,说明采用响应面设计得到的工艺参数真实可信,有较好的指导意义。

2.3 发酵前后SDF理化性质变化

表4 发酵前后米糠粕SDF理化性质的变化(,n=3)
Table 4 Changes in physicochemical properties of SDF before and after fermentation (, n= 3)

注:同列不同字母表示差异显著(P<0.05)。

由表4可知,经过黑曲霉发酵后提取出的米糠粕SDF膨胀力提高了84.44%,持水力提高了79.30%,持油力提高了73.25%。即经过发酵处理,米糠粕SDF的膨胀力、持水力和持油力都有显著提高。高的膨胀力和持水力是DF功能特性的良好体现。由于发酵过程中黑曲霉产生的纤维素酶使原来聚合度高的米糠粕IDF部分降解成结构松散的小颗粒SDF[37],从而增加了水与SDF的接触面积,进而提高了膨胀力和持水力[38-39]。持油力经过发酵后也显著提高,因此表明,黑曲霉发酵可有效提高米糠粕SDF的理化性质,是改性米糠粕DF的有效途径。

2.4 发酵前后米糠粕SDF超微结构观察

如图7所示,放大10 000 倍后,两者的形态结构区别明显。发酵前米糠粕SDF(图7a)结构致密,颗粒较大;发酵后的SDF(图7b)表面结构发生变化,疏松、多孔蜂窝状,颗粒变小。原因是黑曲霉在发酵过程中代谢产生纤维素酶,能够作用于米糠粕中的纤维多糖,使其糖苷键降解,因此可以使原来致密的结构遭到破坏,呈现出松散的状态。这种结构有利于水分子、油分子的进入,增加与水和油的接触面,从而改善SDF膨胀力、持水力和持油力等理化性质。

图7 发酵前(a)和发酵后(b)米糠粕SDF扫描电镜图
Fig. 7 SEM images of rice bran SDF before and after fermentation

3 结 论

采用黑曲霉对米糠粕进行发酵,通过单因素结合Box-Behnken响应面试验设计,得到最佳发酵时间77 h、发酵温度26 ℃、料液比1∶11(g/mL)、pH 5.0、摇床转速150 r/min时,SDF提取率为38.23%,比发酵前提高了29.58%。发酵后的SDF经扫描电镜观察,其表面结构粗糙、疏松多孔,由小颗粒聚集而成,这种结构有利于水分子和油分子的进入,从而提高其膨胀力、持水力及持油力。与其他方法制备米糠粕SDF相比[40-41],黑曲霉发酵法制备米糠粕SDF,提取率显著提高,同时功能性质也有很大程度改善,这些优良的性质为其在食品工业中的应用提供了依据。

参考文献:

[1] 王妍, 陈晓慧, 刘晶, 等. 高湿挤压米糠渣中可溶性膳食纤维制备工艺的研究[J]. 食品工业, 2011, 32(6): 53-55.

[2] 常宪辉. 多酚分步法生产小麦敷膳食纤维粉的研究[D]. 武汉: 武汉工业学院, 2008: 5-6.

[3] 林德荣. 可溶性膳食纤维提取、理化性质及其生理功能的研究[D].南昌: 南昌大学, 2008: 3-4.

[4] 许晖. 用挤压法提高米糠中可溶性膳食纤维含量的研究[J]. 食品与机械, 1999(6): 19-20.

[5] 包怡红, 冯雁波. 响应面试验优化红松松仁膳食纤维制备工艺及其理化性质分析[J]. 食品科学, 2016, 37(14): 11-17. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201614003.

[6] TANAKA S, YOSHIMURA Y, KAMADA C, et al. Intakes of dietary fi ber, vegetables, and fruits and incidence of cardiovascular disease in Japanese patients with type 2 diabetes[J]. Diabetes Care, 2013, 36(12):3916-3922.

[7] LATTIMER J M, HAUB M D. Effects of dietary fiber and its components on metabolic health[J]. Nutrients, 2010, 2(12): 1266-1289.

[8] 徐苗均. 小麦麸皮可溶性膳食纤维的制备及其性质研究[D]. 合肥:合肥工业大学, 2012: 3-5

[9] 王大为, 李娜, 赵鑫. 欧李果汁果渣与果酒果渣膳食纤维的理化性质及结构研究[J]. 食品科学, 2016, 37(7): 11-15. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201607003.

[10] 陈丽莉. 微生物发酵和动态高压微射流对豆渣膳食纤维的改性研究[D]. 南昌: 南昌大学, 2013: 1.

[11] NAPOLITANO A, COSTABILE A, MARTIN-PELAEZ S, et al.Potential prebiotic activity of oligosaccharides obtained by enzymatic conversion durum wheat insoluble dietary fibre into soluble dietary fibre[J]. Nutrition, Metabolism and Cardiovascular Diseases, 2009,19(4): 283-290.

[12] 任庆, 孙波, 于敬鑫, 等. 白菜渣可溶性膳食纤维酸法提取工艺优化及理化性质测定[J]. 食品科学, 2015, 36(10): 70-75. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201510014.

[13] 叶鸿剑, 王哲, 杨勇, 等. 全脂米糠膳食纤维化挤压及可溶性工艺技术研究[J]. 粮油加工, 2014(5): 51-54.

[14] 豁银强, 汤尚文, 张璐, 等. 米糠膳食纤维的改性及其对功能特性影响的研究进展[J]. 粮食与饲料工业, 2015(11): 44-47. DOI:10.7633/j.issn.1003-6202.2015.11.011.

[15] 李伦, 张晖, 王兴国. 等. 超微粉碎对脱脂米糠膳食纤维理化特性及组成成分的影响[J]. 中国油脂, 2009, 34(2): 56-59.

[16] 刘婷婷, 张传智, 蒲静舒, 等. 双螺杆挤出工艺对米糠可溶性膳食纤维含量的影响[J]. 食品科学, 2011, 32(24): 41-45.

[17] 钱海峰, 黄冬云, 苑华宁, 等. 纤维素酶对米糠可溶性膳食纤维含量及抗氧化性的影响[J]. 食品工业科技, 2014, 35(15): 112-120.DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2014.15.014.

[18] 李丽辉, 林亲录, 符日道, 等. 脱脂米糠制备膳食纤维工艺条件的优化[J]. 食品与机械, 2011, 27(6): 110-113. DOI:10.3969/j.issn.1003-5788.2011.06.028.

[19] 朱凤霞, 梁盈, 林亲录, 等. 响应面法优化超声辅助酶法提取米糠水溶性膳食纤维[J]. 食品工业科技, 2015, 36(14): 194-198.DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2015.14.032.

[20] 许晖, 孙兰萍. 从米糠中制备水溶性膳食纤维的比较研究[J]. 粮食与饲料工业, 2007(5): 13-15.

[21] 李静. 黑曲霉发酵制备香蕉皮可溶性膳食纤维研究[J]. 中国食品添加剂, 2015(5): 137-141.

[22] 吴学凤, 潘丽军, 姜绍通, 等. 发酵法制备小麦麸皮膳食纤维[J].食品科学, 2012, 33(17): 169-173.

[23] 李红霞, 吕敬军, 陆丰升, 等. 黑曲霉固态发酵花生壳提取水溶性膳食纤维[J]. 食品科学, 2010, 31(19): 277-282.

[24] 谢欢, 涂宗财, 张露, 等. 黑曲霉发酵制备可溶性膳食纤维豆渣工艺优化及其水合性质研究[J]. 中国粮油学报, 2017, 32(4): 116-121.

[25] 沈萍, 陈向东. 微生物学实验[M]. 北京: 高等教育出版社, 2007: 242.

[26] 孙平, 刘杰, 郭苗苗, 等. 发酵法提取小麦麸皮可溶性膳食纤维工艺研究[J]. 食品科技, 2014, 39(10): 170-173. DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2014.10.036.

[27] 康丽君, 寇芳, 沈蒙, 等. 响应面试验优化小米糠膳食纤维改性工艺及其结构分析[J]. 食品科学, 2017, 38(2): 240-247. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201702038.

[28] 何欢. 花生壳膳食纤维提取工艺的研究[J]. 中国食品添加剂,2015(1): 102-106.

[29] ZHANG M, BAI X, ZHANG Z S. Extrusion process improves the functionality of soluble dietary fi ber in oat bran[J]. Journal of Cereal Science, 2011, 54(1): 98-103. DOI:10.1016/j.jcs.2011.04.001.

[30] CHAU C F, HUANG Y L. Comparison of the chemical composition and physicochemical properties of different fi bers prepared from the peel of Citrus sinensis L. cv. Liucheng[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2003, 51(9): 2615-2618. DOI:10.1021/jf025919b.

[31] SANGNARK A, NOOMHORM A. Effect of particle sizes on functional properties of dietary fibre prepared from sugarcane bagasse[J]. Food Chemistry, 2003, 80(2): 221-229. DOI:10.1016/S0308-8146(02)00257-1.

[32] 潘进权, 刘玉婷, 刘夏婷. 毛霉发酵豆粕工艺条件的优化[J]. 食品科学, 2015, 36(23): 178-182. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201523033.

[33] 令博, 田云波, 吴洪斌, 等. 微生物发酵法制取葡萄皮渣膳食纤维的工艺优化[J]. 食品科学, 2012, 33(15): 178-182.

[34] 赵明智. 真菌发酵秸秆制备膳食纤维及其生物活性研究[D]. 长春:吉林大学, 2010: 29-31.

[35] 陈文伟, 蒋家新, 贾振宝, 等. 中心组合设计优化绿茶色素提取研究[J].食品科技, 2008, 33(7): 186-189.

[36] 袁志发, 周静芋. 试验设计与分析[M]. 北京: 高等教育出版社, 2000:292-302.

[37] 刘杰. 发酵法制备小麦麸皮膳食纤维及理化性质研究[D]. 天津:天津科技大学, 2015: 40-41.

[38] CHEN Y, YE R, YIN L, et al. Novel blasting extrusion processing improved the physicochemical properties of soluble dietary fiber from soybean residue and in vivo evaluation[J]. Journal of Food Engineering, 2014, 120: 1-8. DOI:10.1016/j.jfoodeng.2013.07.011.

[39] WANG L, XU H G, YUAN F, et al. Preparation and physicochemical properties of soluble dietary fi ber from orange peel assisted by steam explosion and dilute acid soaking[J]. Food Chemistry, 2015, 185:90-98. DOI:10.1016/j.foodchem.2015.03.112.

[40] 黄冬云. 米糠膳食纤维的酶法改性及功能性质研究[D]. 无锡: 江南大学, 2014: 19-20.

[41] CHEICKNA D. 脱脂米糠中的膳食纤维及其在肉制品中的应用[D].无锡: 江南大学, 2012: 66.

Optimization of the Preparation Process for Soluble Dietary Fiber from Rice Bran by Aspergillus niger Fermentation and Its Physicochemical Properties

MIN Zhongman, GAO Lu, GAO Yuzhe, XU Caihong, DENG Xuexue, XIAO Zhigang*
(College of Grain Science and Technology, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)

Abstract:Rice bran was fermented to produce soluble dietary fi ber (SDF) with Aspergillus niger. The optimum fermentation conditions for higher yield of SDF were determined by one-factor-at-a-time method and Box-Behnken response surface methodology and the structural and physicochemical change of SDF before and after fermentation was examined. The maximum yield of SDF of 38.23% was achieved after fermentation at 26 ℃ and pH 5.0 with a solid-to-solvent ratio of 1:11 (g/mL) at a shaking speed of 150 r/min, which was improved by 29.58% compared with that before optimization. The swelling force, water-holding capacity and oil-holding capacity of SDF were increased respectively by 84.44%, 79.30%and 73.25% after fermentation. The result of scanning electron microscopy showed that fermented SDF displayed a rough surface and porous structure.

Keywords:rice bran; soluble dietary fi ber; Aspergillus niger; response surface methodology; physiochemical properties

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201802018

中图分类号:TS209

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2018)02-0112-07

引文格式:闵钟熳, 高路, 高育哲, 等. 黑曲霉发酵法制备米糠粕可溶性膳食纤维工艺优化及其理化分析[J]. 食品科学, 2018, 39(2):

112-118. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201802018. http://www.spkx.net.cn

MIN Zhongman, GAO Lu, GAO Yuzhe, et al. Optimization of the preparation process for soluble dietary fi ber from rice

bran by Aspergillus niger fermentation and its physicochemical properties[J]. Food Science, 2018, 39(2): 112-118. (in Chinese with English abstract)

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201802018. http://www.spkx.net.cn

收稿日期:2017-07-14

基金项目:2015年度国家星火计划项目(2015GA650007);辽宁省农业领域青年科技创新人才项目(2015053);

沈阳师范大学优秀人才支持计划项目(2016)

第一作者简介:闵钟熳(1982—),女,讲师,博士,研究方向为粮油加工及微生物发酵。E-mail:sy776838@icloud.com*通信作者简介:肖志刚(1972—),男,教授,博士,研究方向为粮食油脂及植物蛋白工程。E-mail:ln75939@163.com