玉米須不溶性膳食纖維分析及其對面包品質和消化特性的影響研究

宮春宇　廉雅雯　于洋　孫敬明　徐先梅

摘要：首先分析玉米須不溶性膳食纖維（corn silk insoluble dietary fiber， CSIDF）的組分和物理特性，再研究其添加量及粒徑對面包比容、色澤、質構、孔隙度、感官等品質和消化特性的影響。結果表明，其主要含80.64%膳食纖維和10.15%蛋白質，以及少量的灰分和脂肪，主要由50.41%纖維素和28.80%半纖維素組成，具有良好的持水、持油和膨脹特性，且粒徑越大，3種特性越好；添加玉米須不溶性膳食纖維后面包比容減小，色澤加深，硬度增大，孔隙度降低，不同CSIDF添加量及粒徑間存在差異，面包品質與CSIDF添加量及粒徑基本呈現負相關，綜合分析確定粒徑最小的D1（平均粒徑為24.91 μm）最適宜添加，其添加量為3%時較合適；體外消化試驗表明，CSIDF可以通過降低面包中RDS含量、提高SDS和RS含量來延緩淀粉的消化吸收，維持血糖穩定。

關鍵詞：玉米須不溶性膳食纖維；面包品質；質構特性；感官評價

中圖分類號：TS213.21文獻標志碼：A 文章編號：1000-9973（2024）01-0067-07

Analysis of Corn Silk Insoluble Dietary Fiber and Its Effects

on Quality and Digestion Characteristics of Bread

GONG Chun-yuLIAN Ya-wenYU YangSUN Jing-mingXU Xian-mei2

（1.School of Food and Bioengineering， Qiqihar University， Qiqihar 161006， China; 2.College of

Communication and Electronic Engineering， Qiqihar University， Qiqihar 161006， China）

Abstract： Firstly， the components and physical characteristics of corn silk insoluble dietary fiber （CSIDF） are analyzed， and then the effects of its addition amount and particle size on the specific volume， color， texture， porosity， sense and other quality and digestion characteristics of bread are studied. The results show that it mainly contains 80.64% dietary fiber and 10.15% protein， as well as a small amount of ash and fat， which is mainly composed of 50.41% cellulose and 28.80% hemicellulose. It has good water holding， oil holding and expansion characteristics， and the larger the particle size， the better the three characteristics. After adding corn silk insoluble dietary fiber， the specific volume of bread decreases， the color deepens， the hardness increases and the porosity decreases. There are significant differences among bread with different addition amount and particle sizes of CSIDF. The quality of bread is basically negatively correlated with the addition amount and particle size of CSIDF. Through comprehensive analysis， it is determined that it is the most suitable to add D1 with the smallest particle size （the average particle size of 24.91 μm） and the suitable addition amount is 3%. The in vitro digestion test shows that CSIDF can delay the digestion and absorption of starch and maintain the stability of blood glucose by reducing the content of RDS and increasing the content of SDS and RS in bread.

Key words： corn silk insoluble dietary fiber; bread quality; texture characteristics; sensory evaluation

膳食纖維是維持人體健康所必需的物質，是平衡膳食結構的一種特殊營養素，被譽為“第七大營養素”[1]。雖然膳食纖維不能被人體消化吸收，但是能夠調整腸道整體菌落結構，改善大腸蠕動，預防便秘，降低一些慢性疾病的發病率，如高血壓、高血脂、糖尿病等，還可以預防癌癥，增加人體免疫功能及對腫瘤的抵抗力，對維持身體健康起到重要作用[2—7]。

近年來，人們生活水平不斷提升，但身體健康水平卻不斷下降，越來越多的人受到“富貴病”的折磨，試驗研究證實，適當攝入膳食纖維可以預防部分疾病。然而，目前我國居民人均膳食纖維攝入量約為10 g/d，且呈現逐年下降的趨勢，遠低于《中國居民膳食指南》推薦的攝入量25～30 g/d[8]。因此，提高我國居民膳食纖維攝入量對人體健康有著重要的現實意義。

玉米須中富含多種營養成分，還含有豐富的膳食纖維[9]。目前，針對玉米須的研究主要集中在活性物質提取、利用等方面[10—14]，玉米須經提取后，會有大量玉米須不溶性膳食纖維（corn silk insoluble dietary fiber，CSIDF）剩余，如不加以利用會造成資源浪費，且玉米須的毒理學試驗已經表明，大量食用玉米須對人體無害，是一種具有開發潛力的自然資源。

因此，本課題組以玉米須經醇提和熱水浸提后的不溶性膳食纖維為研究對象，以面包為載體，研究玉米須不溶性膳食纖維對面包品質及消化特性的影響，闡明玉米須不溶性膳食纖維在焙烤面包中的應用，為玉米副產物的開發及加工提供了理論借鑒，具有一定的理論意義和實際應用價值。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

玉米須：安徽亳州中藥材批發市場，經清洗、烘干、粉碎備用；金像牌面包用小麥粉：南順（山東）食品有限公司；酵母：安琪酵母股份有限公司；蔗糖、黃油：均為市售。

1.2 儀器設備

AXTG16高速離心機 鹽城市安信實驗儀器有限公司；CR-10 Plus色差儀 柯盛行（杭州）儀器有限公司；TA-TX Plus C質構儀 英國Stable Micro Systems公司；WGL-125B電熱鼓風干燥箱、FW177中草藥粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司；722N可見分光光度計 上海華菁科技儀器有限公司；HC-DC110醒發箱、OMJ-2/4分層烤爐 河北歐美佳食品機械有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 玉米須不溶性膳食纖維的制備

玉米須粉依次經80%乙醇和熱水浸提后的殘渣經烘干即為玉米須不溶性膳食纖維。對該膳食纖維進一步粉碎制得3種不同粒徑的玉米須不溶性膳食纖維，即平均粒徑為24.91 μm的D1、77.33 μm的D2和125.17 μm的D3。

1.3.2 玉米須不溶性膳食纖維主要成分的測定

參照GB 5009.5—2010中的凱氏定氮法測定蛋白質含量；參照GB 5009.4—2010中的高溫灼燒法測定灰分含量；參照GB 5009.88—2014中的酶重量法測定總膳食纖維（可溶性膳食纖維和不溶性膳食纖維）含量；參照GB 5009.6—2016中的索氏抽提法測定脂肪含量。

1.3.3 玉米須不溶性膳食纖維組分的測定

參照NY/T 1459—2007測定酸性纖維素含量；參照GB/T 20806—2006測定中性纖維素含量；參照GB/T 20805—2006測定木質素含量。纖維素含量為酸性纖維素含量與木質素含量之差，半纖維素含量為中性纖維素含量與酸性纖維素含量之差。

1.3.4 持水性、持油性和膨脹率的測定

參照Chau等[15]的方法，將2.0 g樣品置于已知重量的干燥的50 mL離心管中，加入適量的蒸餾水，在振蕩器中振蕩0.5 h，待樣品充分吸水后，將混合物置于離心機中，然后在4 000 r/min的轉速下離心15 min，去除上清液，稱取沉淀物質量，計算公式如下：

持水率（g/g）=[（沉淀物質量-試樣干重）/試樣干重]×100%。（1）

參照Chau等[15]的方法，將2.0 g樣品置于已知重量的干燥的50 mL離心管中，加入適量的大豆油，在振蕩器中振蕩0.5 h，待樣品充分吸油后，將混合物置于離心機中，然后在4 000 r/min的轉速下離心15 min，去除上清液，稱取沉淀物質量，計算公式如下：

持油率（g/g）=[（沉淀物質量-試樣干重）/試樣干重]×100%。（2）

參照Robertson等[16]的方法，將0.5 g樣品置于已知重量的干燥的10 mL量筒中，振蕩至平整后，讀取干品體積，然后向量筒中加入適量的蒸餾水，在室溫條件下靜置4 h，讀取膨脹后的體積，計算公式如下：

膨脹率（mL/g）=[（膨脹后體積-干品體積）/樣品質量]×100%。（3）

1.3.5 玉米須不溶性膳食纖維面包的制作

原料：高筋粉1 kg、酵母10 g、砂糖190 g、奶粉50 g、黃油50 g、精鹽10 g、改良劑4 g、雞蛋150 g、水410 mL。將原料攪拌至面筋完全擴展，然后分割成80 g/個面包坯，醒發60 min（溫度38～40 ℃，濕度80%～85%），烘烤15 min（面火190 ℃，底火215 ℃）。

向配方中分別添加相當于面粉質量1%、2%、3%、4%、5%的D1、D2和D3，制備玉米須不溶性膳食纖維面包。

1.3.6 面包比容的測定

將烘焙好的面包置于室溫下冷卻，參照GB/T 20981—2007中的小米置換法測定面包體積，取合適的容器，向其中加入足量的小米以填滿容器，用直尺刮除多余的部分，將剩下的小米倒出，備用。取一個待測樣品面包，稱得質量m后，放入容器中。用倒出的小米填滿容器，并將面包完全覆蓋，用直尺刮除多余的小米，用量筒稱取剩余小米的體積，剩余小米的體積即為面包體積V，通過下式計算面包比容：

P=V/m。（4）

式中：P、V、m分別為面包比容（mL/g）、面包體積（mL）、面包質量（g）。

1.3.7 面包色澤的測定

將烘焙好的面包置于室溫下冷卻1 h，使用色差儀對面包芯的L*、a*、b*值進行測定，并根據下式求出色差ΔE。ΔE＜1說明人眼觀察到的色差不明顯；1＜ΔE＜3說明人眼可以觀測到小幅度色差；ΔE＞3說明人眼可明顯觀測到色差。

1.3.8 面包質構特性的測定

將面包切成4 cm×4 cm×1.5 cm的樣品，采用質構儀的TPA模式測定面包的全質構，選用型號為P/75的探頭，測試前速率、測試中速率和測試后速率均為1.0 mm/s，壓縮程度為40%，感應力為5 g，每個樣品做5次平行。

1.3.9 面包孔隙度的測定

參考Lazaridou等[17]的方法，將面包切成1.50 cm厚的切片。每個切片用相機拍照后上傳至電腦，使用軟件Image J對圖像進行分析。設定比例尺后將圖像轉換為8 bit，框選出面包芯的中央圖像并確定面積。調整好合適的閾值并執行二進制分割，結果表示為孔隙面積在總面積中的百分比。

1.3.10 感官評價方法

邀請10名具有一定經驗的同學對玉米須不溶性膳食纖維面包進行感官評價。評價標準主要結合GB/T 14612—2008，并略作改動，具體評分標準見表1。每位同學品嘗完玉米須面包后，根據評分標準進行打分，取平均值。

1.3.11 面包保質期的測定

按最佳配方制備玉米須不溶性膳食纖維面包，冷卻后用保鮮膜包裹，在室溫下保存，分別于第1，3，6，9，13，1 15 天取樣，測定菌落總數、大腸桿菌、霉菌等指標，參照GB 8957—2016《食品安全國家標準 糕點、面包衛生規范》進行衛生指標測定。

1.3.12 面包在貯藏過程中水分含量變化的測定

按最佳配方制備玉米須不溶性膳食纖維面包，并冷卻至室溫，放入包裝袋中，充入氮氣，置于室溫下保存。參照GB 5009.3—2016中的直接干燥法分別測定室溫下放置1，3，6，9，14 d后整個面包的水分含量。

1.3.13 體外淀粉消化及GI值的計算

參考Wang等[18]的方法進行體外模擬消化，準確稱取0.50 g干燥后的面包樣品于小錐形瓶中，加入10 mL醋酸鈉緩沖溶液（0.4 mol/L），再加入10 mL α-淀粉酶（300 U/mL）和40 μL糖化酶（10 000 U/mL），然后放入水浴振蕩器（37 ℃、180 r/min）中，在0，20，60，90，120，150，180 min時分別取1 mL消化液于10 mL離心管中，加入4 mL無水乙醇滅酶。于8 000 r/min離心10 min，取上清液。采用DNS法[19]測定水解過程中葡萄糖的產生量。

總淀粉含量的測定（TS）：向100 mg樣品中加入12 mL KOH（2 mol/L）溶液，在恒溫振蕩箱中于25 ℃條件下振蕩15 min。再加入3 mL醋酸鈉緩沖液（0.4 mol/L），最后加入100 μL葡萄糖苷酶，放入水浴振蕩器中，于60 ℃振蕩45 min。用DNS法測定葡萄糖含量，再乘以系數0.9則為總淀粉的含量。

水解率（%）=取樣點對應的已水解的葡萄糖×0.9/TS×100%。（6）

RDS（%）=（G20-G0）×0.9/TS×100%。（7）

SDS（%）=（G120-G20）×0.9/TS×100%。（8）

RS（%）=（TS-RDS-SDS）/TS×100%。（9）

式中：G0、G20、G120分別表示在0，20，120 min時的葡萄糖含量。

估計血糖指數（predicted glycemic index，PGI）[20]計算公式：

PGI=39.21+0.803HR90。（10）

式中：HR90表示在90 min時的水解速率。

1.3.14 數據統計分析

所有試驗數據采用Origin軟件繪圖，使用SPSS軟件進行顯著性分析，處理后的數據以平均值±標準差的形式表示。

2 結果分析

2.1 玉米須不溶性膳食纖維基本成分分析

本研究中的玉米須不溶性膳食纖維為玉米須多糖提取后的殘渣，通常情況下被認為是廢棄物，為進一步提高該殘渣的利用率，提高玉米須加工利用的附加值，本課題組對其進行了較詳細的研究。分析發現該玉米須不溶性膳食纖維的主要成分是膳食纖維，占比達80.64%，其中主要是不溶性膳食纖維（77.64%），還含有一定量的蛋白質（10.15%），灰分和脂肪含量非常低，分別為1.48%和0.6%，表明其確實是一種純度較高的膳食纖維。

2.2 玉米須不溶性膳食纖維組分分析

纖維的組分顯著影響膳食纖維的物理特性，包括持水性、持油性、表觀密度、粒徑分布等[21]。分析發現，玉米須不溶性膳食纖維主要由纖維素（50.41%）和半纖維素（28.80%）組成，二者之和達79.21%，而木質素含量非常少，僅為1.22%。

2.3 玉米須不溶性膳食纖維的持水率、持油率和膨脹率

持水率、持油率和膨脹率代表膳食纖維的水合特性，是膳食纖維重要的物化性質[22]。由表2可知，CSIDF的持水率、持油率及膨脹率均顯著高于小麥粉；同時，不同粒徑的CSIDF的水合特性也存在差異，持水率和膨脹率與粒徑大小基本呈正相關，粒徑最大的D3（平均粒徑125.17 μm）的持水率和膨脹率最大，分別為3.86 g/g和3.84 mL/g，較D1（平均粒徑24.91 μm）提高了34.5%和25.5%，持油率最好的依然是D3，最差的是D2。不溶性膳食纖維化學結構中有親水基團，因此具有良好的持水性，纖維的表面積、多孔性和密度的不同是造成持水率和膨脹率產生差異的原因，而持油率則與纖維的表面性質、電荷密度、厚度及顆粒的疏水性有關[23]。綜合分析可知，在不影響利用的前提下，CSIDF的粒徑越大越有利于保持良好的水合特性。

2.4 玉米須不溶性膳食纖維對面包比容的影響

面包比容是從客觀量化的角度對面包的蓬松度進行表征，是衡量面包品質的重要烘焙品質之一。

由圖1可知，試驗中3種不同粒徑的CSIDF對面包比容都表現出相似的影響，即隨著添加量的增加（1%～5%），面包比容逐漸降低，尤其是添加量大于2%時，下降值普遍增大（P<0.05），添加量5%的D3組比容降低最多，從空白組的4.45 mL/g下降到3.30 mL/g，下降了25.8%。當添加量相同時，面包比容與粒徑基本呈現出負相關，如添加量1%的D3組面包比容為4.16 mL/g，低于D1的4.40 mL/g，下降了5.4%，降低程度較小，可見粒徑的影響遠小于添加量。這可能是因為CSIDF與面筋蛋白競爭吸水和空間位阻作用，對面筋蛋白網絡結構造成了破壞，使面包的持氣力降低，從而導致面包的比容降低[24]。

2.5 玉米須不溶性膳食纖維對面包色澤的影響

在消費者選擇面包時，面包的色澤是消費者對面包品質評價的首要感官屬性，是影響消費者選擇的重要烘焙品質之一。Lab顏色模式在表述顏色上有3個通道：明度通道L*和兩個顏色通道a*和b*，分別表示亮暗程度、紅綠程度和黃藍程度[25]。面包芯的L*、a*、b*值見表3。

CSIDF為淺棕黃色粉末，添加到面包中會對面包的色澤產生影響。由表3可知，與空白組相比，CSIDF的添加顯著加深了面包芯的顏色，且ΔE＞3，人眼可明顯觀測到色差。當粒徑大小相同時，隨著CSIDF添加量的增加，L*值逐漸增大，a*值增大，b*值變化較小，面包芯的顏色逐漸加深；當添加量相同時，隨著粒徑的增大，L*值逐漸增大，a*值和b*值基本呈現降低趨勢，面包芯的顏色逐漸變淺，表明面包芯的色澤與CSIDF添加量呈正相關，與粒徑呈負相關。其中，添加量5%的D1組面包的ΔE最大，面包芯的色澤最深，這可能是因為CSIDF粒徑越小，在面團中分布越廣泛，從而使面包芯的色澤加深。

2.6 玉米須不溶性膳食纖維對面包質構特性的影響

人們通常采用全質構分析（TPA）來模擬食物在口腔中的咀嚼狀態，一般認為硬度、咀嚼性與面包品質呈負相關，彈性、內聚性和回復性與面包品質呈正相關[26]。

由表4可知，CSIDF的添加提高了面包的硬度和咀嚼性，但彈性、內聚性和回復性變化不明顯，表明與空白組面包相比，CSIDF的添加使得面包的硬度與咀嚼性均明顯增加，使面包更具韌性，但也可能表示CSIDF的添加在一定程度上降低了面包的品質，這要取決于制作面包的種類。其中，添加量和粒徑的大小對面包質構特性的影響也不盡相同。當粒徑相同時，隨著添加量的增加，面包的硬度和咀嚼性均呈現不同程度的增長，這種影響隨著粒徑的增大越發顯著，D3對面包的影響最大，硬度從350.00 g（添加量0%）上升到1 103.20 g（添加量5%），咀嚼性從257.97 g（添加量0%）上升到719.70 g（添加量5%），D1組面包的硬度從350.00 g上升到908.38 g（添加量5%），咀嚼性從257.97 g上升到574.68 g（添加量5%），兩項指標增加最少。當添加量在1%～2%時，D1組面包和D3組面包的硬度和咀嚼性不具有顯著性，當添加量在3%～5%時，D3組面包的硬度和咀嚼性較D1組顯著增加，說明當添加量低于3%時，不同粒徑組面包的硬度與咀嚼性沒有顯著差異，而添加量在3%～5%時，粒徑的增大會顯著增加面包的硬度與咀嚼性。面包芯的硬度增加可能是因為CSIDF破壞了面筋的網絡結構，影響了其形成過程，降低了面團的穩定性[27]。

2.7 玉米須不溶性膳食纖維對面包孔隙度的影響

由圖2可知，隨著CSIDF添加量和粒徑的增加，面包的孔隙度均呈現逐漸降低的趨勢。其中，添加量5%的D3組面包的孔隙度最低，為26.35%，低于空白組的45.23%。面包的孔隙度可從客觀角度評價面包內部氣室結構分布情況。面包內部的蜂窩狀組織結構是影響面包體積的關鍵因素，CSIDF會與蛋白質競相吸水[28]，阻礙面筋網絡結構的形成，降低面筋網絡三維結構的完整性，降低面筋的持氣率，同時，粒徑較大的CSIDF的空間位阻作用會導致氣壁破裂，進而引起面包內氣室不均勻，或者使氣室相連形成較大的空洞，從而影響面包的體積，使孔隙度下降。

感官評價是描述和判斷食品質量最直觀的指標，能夠從視覺、嗅覺、味覺、觸覺等方面直接反映該食品的特征品質。由圖3可知，隨著CSIDF粒徑和添加量的增加，感官評分逐漸降低，并且添加量5%的D3組面包芯中出現較多的孔洞，面包質地粗劣，玉米須味道過重，面包表皮色澤暗淡，且玉米須顆粒明顯。從營養和感官評價等角度綜合考慮，添加量3%的D1組面包較好，這時面包表皮光滑，呈紅褐色，面包芯質地柔軟，咀嚼性較好，紋理清晰，感官評分較空白組下降較少，此添加量既能滿足盡量多地添加膳食纖維，又能保證面包具有良好的食用性，是制作玉米須膳食纖維面包較適宜的膳食纖維添加量和粒徑。

2.9 玉米須不溶性膳食纖維對面包貯藏特性的影響

2.9.1 玉米須不溶性膳食纖維對面包保質期的影響

由表5可知，空白組及玉米須不溶性膳食纖維面包在室溫25 ℃、密封儲存的條件下，均在第15天時霉菌數大于150 CFU/g，超過GB 7099—2015中微生物限定標準，可見玉米須不溶性膳食纖維的添加對面包的保質期沒有影響。

2.9.2 玉米須不溶性膳食纖維對貯藏期面包水分含量的影響

在面包的貯藏過程中，面包的水分減少速率能在一定程度上反映面包的新鮮程度[29]。由圖4可知，隨著貯藏時間的增加，面包中的水分含量逐漸降低，但整體變化不大?？瞻捉M面包的水分含量從30.96%下降到30.12%，水分含量減少了0.84%；添加量3%的D1組面包的水分含量從30.08%下降到29.44%，降低了0.64%，兩者差異不大，表明在貯藏期間，與空白組相比，CSIDF對面包水分含量的影響不大。

2.10 玉米須不溶性膳食纖維對面包消化特性的影響

由圖5可知，兩組淀粉水解率均隨著消化時間的延長而增長，在0～20 min時，淀粉水解速率大幅度提高，在90 min后，水解率逐漸趨于平緩，且玉米須不溶性膳食纖維面包淀粉水解率始終低于空白組，所以CSIDF的添加對延緩淀粉水解具有一定作用，這與劉松韜等[30]將雙孢菇粉加入面包中能降低面包淀粉水解率的結論一致。

由表6可知，面包添加CSIDF后，快消化淀粉（RDS）含量為53.07%，低于空白面包的56.45%，降低了3.38%，而慢消化淀粉（SDS）含量為26.96%和抗性淀粉（RS）含量19.97%均高于空白組的25.21%和18.34%，分別提高了1.75%和1.63%。而RDS能被人體快速消化吸收，引起血糖迅速升高，SDS和RS可延緩血糖升高速率，降低血液中葡萄糖含量[31]。PGI值能反映面包的升糖效果，其值越大代表血糖值越高，玉米須不溶性膳食纖維面包的PGI值為98.06，低于空白組面包的108.85，PGI值很大程度上取決于其SDS和RS的含量，二者含量較高，淀粉消化難度增加，PGI值就會降低?？梢?，CSIDF主要通過降低面包中RDS含量、提高SDS和RS含量來延緩面包淀粉的消化吸收。

3 結論

玉米須不溶性膳食纖維（CSIDF）主要含80.64%膳食纖維和10.15%蛋白質，以及少量的灰分和脂肪，主要由50.41%纖維素和28.80%半纖維素組成；該纖維素具有良好的持水、持油和膨脹特性，且粒徑越大越有利于保持這3種特性；添加CSIDF后面包的比容減小，色澤加深，硬度增大，孔隙度降低，不同添加量及粒徑間存在差異，面包的品質與添加量及粒徑基本呈現負相關，同時發現添加CSIDF對面包的保質期以及保質期內的水分含量沒有顯著影響。綜合分析CSIDF的物理性質及其對面包各項品質特性的影響，參照感官評價結果，確定粒徑最小的D1（平均粒徑為24.91 μm）最適宜添加，其添加量為3%時較合適。體外消化試驗表明，CSIDF可以通過降低面包中RDS含量、提高SDS和RS含量來延緩淀粉的消化吸收，維持血糖穩定。

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收稿日期：2023-07-26

基金項目：黑龍江省省屬本科高?；究蒲袠I務費科研創新平臺項目（145109314）

作者簡介：宮春宇（1980—），男，教授，碩士生導師，博士，研究方向：活性天然產物和功能食品。