冷等离子联合酶法改性对米糠膳食纤维理化及功能特性影响及机制研究

膳食纤维（DF）主要是指不能被人体肠道中消化酶所消化的，且不能被人体吸收利用的多糖（即非淀粉多糖等），因此不产生热量。DF由于具有通便排毒，预防心血管疾病，调节血糖等多种生理功能，被世界上公认为七大营养素之一，是天然的功能性配料。按溶解度可分为可溶性膳食纤维（SDF，soluble dietary fiber）和不溶性膳食纤维（IDF，Insoluble dietary fiber）两种基本类型。与IDF相比，SDF具有更好的生理活性，在免疫调节活性和血糖调节方面起着重要的作用。同时，SDF更容易形成凝胶和乳化剂，使其在食品加工中具有更大的应用前景。因此，SDF的利用越来越受到消费者的关注。

水稻是我国主要粮食作物之一，年产量约为20000万吨。米糠是水稻加工副产物，含有约200~350 g/kg的膳食纤维，是一种理想的纤维素源。目前米糠多用作肥料、饲料贱卖或废渣直接扔掉，未得到充分利用而造成资源的浪费。米糠中虽含有丰富的DF，但大部分为IDF，SDF仅占米糠重量的2-3%。IDF含量过多，会导致其口感较差，限制了米糠DF在食品配料中的广泛应用。如何采取简便、安全与高效的改性手段，使米糠中的IDF尽可能多地转化为SDF，现已成为米糠DF改性研究的热点。

目前常用的改性方法有物理方法、化学方法、酶处理[10]和微生物发酵等。不同方法的联合能综合各类单一改性方法的优点，可以制备出高品质的改性DF。冷等离子是一种新型的物理改性方法，其产生的能量可以破坏氢键和共价键等。低温等离子体技术因其刻蚀和氧化效应可以有效地改变纤维素的结构（形态结构、聚集态结构、分子结构）进而改变其性质（溶解性、热稳定性），并且可以显著提高纤维素基气凝胶以及水凝胶、纤维素基膜或纸等纤维素基材料的性能。蜗牛酶是一种天然酶，具有成本低、易获得等优点。同时蜗牛酶具有很强的消化能力，能够有效酶解多种不溶性多糖，因此用蜗牛酶改性是一种具有发展前景的DF改性方法。已有研究表明，蜗牛酶改性可降解IDF和SDF的部分纤维素和半纤维素。改性后IDF和SDF的物理化学和功能性能的改善可能取决于它们的结构变化。然而，用冷等离子联合蜗牛酶修饰DF还未见报道。米糠膳食纤维中IDF含量较高，通过冷等离子联合蜗牛酶对米糠DF进行改性，增加SDF得率的同时，有效改善其理化和功能特性，有利于其在食品中的添加和应用。

（1）改性条件的工艺优化：项目组主考察的工艺条件因素主要包括放电时间(10、20、40、60 min、80 min）、频率（50、70、90、110、130 HZ）、工作电压（30、60、90、120、150 KV）蜗牛酶的添加量（1%、1.5%、2%、2.5%、3%）、酶解时间（0.5、1、2、4、6 h）、酶解温度（40、45、50、55、60 ℃），以SDF的得率为指标，确定冷等离子联合蜗牛酶处理的最佳工艺条件。

（2）探究改性对SDF理化性质的影响：在最佳工艺条件下制备米糠SDF，对其理化性质（持水性、持油性、膨胀力）进行测定，比较未处理、冷等离子改性、蜗牛酶改性和冷等离子联合蜗牛酶改性的SDF在理化特性方面的差异。

（3）探究改性对SDF功能性质的影响：在最佳工艺条件下制备米糠SDF，通过测定改性米糠SDF的阳离子交换能力、亚硝酸盐结合能力、葡萄糖吸附能力、胆固醇吸附能力等指标，研究不同改性技术对米糠SDF功能特性的影响。

（4）探索改性对SDF结构变化的影响：在最佳工艺条件下制备米糠SDF，并通过扫描电子显微镜、红外光谱、原子力显微镜和X衍射图谱对改性前后SDF的微观结构及表面形态进行表征，明晰改性对SDF的结构的影响，以此阐明理化、功能特性与结构之间的构效关系。

目前存在的改性方法有物理改性、化学改性、生物改性等方法。其中物理改性因其具有高效、低能耗且符合绿色发展的特点被大力发展。冷等离子改性属于物理改性方法，物理改性技术是指通过对SDF的糖苷键分别进行加热、加压、剪切、空化和超声等方式处理，使SDF的糖苷键断裂，并且使SDF的结构发生变化，最终使SDF的持水性（Water holding capacity，WHC）、持油性（Oil holding capacity，OHC）、溶胀性（Swelling capacity，SC）等理化性质得到明显改善，使之达到SDF的改性目的的一种机械手段。目前对SDF进行的物理改性技术主要有超声、超高压、超细粉碎和高压均质处理等。有关低温等离子改性的研究多集中于淀粉、蛋白、纤维素以及复合材料的研究上，对于膳食纤维的改性目前研究还未见报道。

酶解可打破DF的化学键，使DF颗粒变小，有研究表明，采用酶法改性后的胡萝卜渣IDF的保水能力和持油性分别是改性前的1.28倍和1.09倍；Qiu等用木聚糖酶对燕麦麸皮进行改性，可提高燕麦麸皮中SDF的含量，但降低了其的保水性。Xin等人采用蜗牛酶对小麦SDF进行改性，经蜗牛酶改性后的小麦SDF和IDF的理化和功能特性均有提高。此外，闫宇轩等人研究发现，采用蜗牛酶对金针菇中的IDF进行改性，可以将部分IDF转变成SDF，从而提高SDF的得率。

目前国内外对于改性米糠SDF的研究主要采用物理改性的手段，例如同向双螺杆挤压、蒸汽爆破、挤压膨化等，对于物理联合酶法改性的研究相对较少。基于此，本项目将采用冷等离子联合蜗牛酶对米糠SD进行改性，提高SDF得率的同时，改变SDF的空间结构，增强其理化和功能性质。

创新点

（1）构建米糠膳食纤维改性方法-冷等离子联合蜗牛酶法改性，确定最佳的工艺条件，提高米糠SDF的得率。

（2）提高米糠SDF的理化及功能性质，有利于其在食品中的添加和应用。

项目特色

米糠作为一种丰富的植物资源，其加工利用有助于实现农业废弃物的资源化利用和可持续发展。该项目采用冷等离子联合蜗牛酶法对米糠膳DF进行改性，这种联合的方式在DF改性领域尚属新颖，能够产生独特的改性效果，为米糠DF的研究和应用开辟新途径。该项目使用的冷等离子技术和蜗牛酶法均属于绿色、环保的改性方法，不会产生有害的副产物和废弃物。

综上所述，“冷等离子联合酶法改性对米糠DF结构及特性的影响”项目具有创新性、高效性、环保性和可持续发展性等多方面的特色，对于推动米糠DF的研究和应用具有重要意义。