膳食纖維對人體具有重要的生理功能，在飲食中增加膳食纖維的含量可減少冠心病的幾率；減輕長期大量飲酒對胰臟的損傷 [1-3] ；降低血液中膽固醇的含量；提高腎切除者對氮的排泄功能 [4-6] ；攝取適當比例的水溶性和水不溶性膳食纖維，可以改善腸道的吸收功能、預防結腸癌 [7-9] 。天然的大豆皮膳食纖維具有明顯的生理活性，能夠有效地降血糖、降血脂、抗氧化、吸附重金屬、促進腸道蠕動等 [10-13] ，但是由于大豆皮粗纖維的韌性較強、口感粗糙，生產利用率極低，導致了功能成分和資源的浪費。目前對于大豆皮中膳食纖維的加工利用，國內只有少量報道。與國外相比我國對于大豆皮的利用還沒有足夠的重視，對其深度開發利用的研究還很少，幾乎還都停留在飼料的加工方面。因此，從大豆皮中提取纖維素并對其進行加工改性處理，對大豆皮的深加工和經濟效益有重要意義。

目前，大豆皮的改性處理方式主要包括酶改性、磷酸鹽處理、細粉化處理等技術 [14-15] ，但因成本高、改性后加工特性不良等缺陷并未形成產業化。相關研究表明，超微化可以改善顆粒的潤濕性、粒度、比表面積、孔隙率并促進對有效成分的吸收 [16] 。到目前為止，國內外關于大豆皮膳食纖維粉碎改性處理只做到了細化，并沒有將粒徑與理化功能特性進行量化分析。因此，本研究將采用不同程度的超微粉碎對大豆皮纖維進行加工處理，通過研究不同粒度的大豆皮水不溶性膳食纖維理化及吸附功能特性分析，為大豆皮在食品加工領域更好地發揮膳食纖維作用提供理論參考。

1  材料與方法

1.1  材料與試劑

大豆皮水不溶性膳食纖維由國家雜糧技術研究中心實驗室自制。氫氧化鉀、乙醇、無水乙醚、硫酸鉀、鹽酸、濃硫酸、膽固醇、膽酸鈉、鄰苯二甲醛、無水乙醇、硝酸銀、冰醋酸、硫酸、糠醛（均為分析純）  天津廣成化學試劑有限公司；D-無水葡萄糖（純度≥98）  大連美侖生物技術有限公司；硝酸鉛、硫酸銅、硫酸鎘、硫酸鋅（均為分析純）  天津大茂試劑有限公司；雞蛋、花生油市售；豬油由國家雜糧技術研究中心實驗室自制。

1.2  儀器與設備

QYF-50型氣流粉碎機  昆山市密友集團；JW-BK200A多功能雙站全自動比表面及孔徑分析儀北京精微高博有限公司；53WB-紫外分光光度計、WSB-L型白度儀  上海精密科學儀器有限公司；NDF-7型旋轉黏度計  天津永利達實驗室設備有限公司；分析天平、搖床、移液槍、恒溫水浴箱、離心機、攪拌器上海申生科技有限公司。

1.3  方法

1.3.1

超微型大豆皮水不溶性膳食纖維的制取稱取一定量大豆皮，45 ℃溫水浸泡兩次，烘干粉碎，過40 目。按1∶25（m/V）的比例加蒸餾水，攪拌振蕩至樣品完全分散后，加入50 μL/g蛋白酶液混勻，調節pH值至7.0，50 ℃水浴恒溫振蕩器中反應2.5 h，反應完畢后7 000 r/min離心10 min，棄上清液，再采取4 g/100 mL的NaOH溶液進行堿解0.5 h后，清水沖洗至中性，沉淀干燥，粉碎過80 目篩，即得到大豆皮水不溶性膳食纖維 [17] 。將大豆皮水不溶性膳食纖維在頻率100、150、200、250、300 Hz條件下進行氣流粉碎，得到超微型大豆皮水不溶性膳食纖維，分別為IDF-a、IDF-b、IDF-c、IDF-d、IDF-e。

1.3.2  理化性質測定

1.3.2.1  粒度及比表面積測定

采用激光粒度測定儀和雙通道全自動比表面積分析儀測定粒度和比表面積。

1.3.2.2  持水力測定

取1.0 g超微型大豆皮水不溶性膳食纖維于50 mL離心管內，加入40 mL蒸餾水，室溫存放24 h后，4 000 r/min離心30 min，倒掉上清液，記錄濕質量（m a ），105 ℃干燥箱烘干至恒質量，記錄干質量（m b ）。持水力計算公式如式（1）所示。???/?g/g?? ma ?m bm b（1）式中：m a 為沉淀質量/g；m b 為樣品干質量/g。

1.3.2.3  持油力的測定

將150 mm Grade54型號定量濾紙置于花生油中浸泡20 min，取出懸掛30 min至無油滴滴出且質量恒定（m a ）；取0.2 g超微型大豆皮水不溶性膳食纖維（m），用已吸油至恒質量的定量濾紙包裹，于花生油中浸泡20 min，取出懸掛3 h至無油滴滴出且質量恒定（m b ）。持油力計算公式如式（2）所示。???/?g/g?? m b ?m a ?mm

（2）式中：m a 為浸油后濾紙質量/g；m b 為浸油后濾紙和樣品總質量/g；m為樣品質量/g。

1.3.2.4  白度的測定

采用白度儀進行測定。

1.3.2.5  黏度的測定

配制質量分數為2%、5%、10%、15%的超微型大豆皮水不溶性膳食纖維懸濁液，攪拌1 h后，采用NDF-7型旋轉黏度計測定黏度。

1.3.2.6  陽離子交換能力的測定

稱取1.0 g的超微型大豆皮水不溶性膳食纖維，加入30 mL的0.1 mol/L的HCl溶液，浸泡24 h后過濾，蒸餾水洗至中性，10%的硝酸銀溶液滴定濾液，直到不含氯離子為止（無白色沉淀產生），取0.25 g處理過的樣品加入到100 mL的15 g/100 mL NaCl溶液中，用磁力攪拌機攪拌均勻后，每次用0.2 mL 的0.1 mol/L NaOH溶液進行滴定，記錄對應的pH值，直到pH值變化很小為止，根據得到的數據作V（NaOH）與pH值關系圖 [17] 。

1.3.3  超微型大豆皮水不溶性膳食纖維吸附能力的測定

1.3.3.1  對油脂吸附作用的測定

對不飽和脂肪的吸附作用測定：取3.0 g（m 1 ）超微型大豆皮水不溶性膳食纖維，加食用花生油24 g，37 ℃放置2 h，4 000 r/min離心15 min，棄掉上層油脂，沉淀用濾紙吸去游離的花生油，稱質量得到m 2 。對不飽和脂肪吸附能力計算公式如式（3）所示。3）式中：m 1 為樣品質量/g；m 2 為沉淀質量/g。對飽和脂肪吸附作用的測定：取3.0 g（m 1 ）超微型大豆皮水不溶性膳食纖維，加豬油24 g，37 ℃放置2 h，在4 000 r/min的條件下離心15 min，棄掉上層油脂，沉淀用濾紙吸去游離的花生油，稱質量得到m 3 。對飽和脂肪吸附能力計算公式如式（4）所示。（4）式中：m 1 為樣品質量/g；m 3 為沉淀質量/g。

1.3.3.2  對膽固醇吸附作用的測定

膽固醇含量的標準曲線制作：取0、1、2、3、4、5 mL的1 mg/mL膽固醇標準溶液，冰乙酸對應補足至5 mL，混勻后加入OPA試劑（10 mg鄰苯二甲醛溶于乙酸，定容至100 mL配制成）15 mL和濃硫酸10 mL，配制時邊加濃硫酸邊振蕩，充分混勻，室溫靜置10 min，測定OD 550 nm ，繪制標準曲線。對膽固醇吸附能力的測定：取新鮮雞蛋的蛋黃，加入9 倍體積的蒸餾水充分打制成乳液。取5 種2.0 g超微型大豆皮水不溶性膳食纖維，加50 g攪打完成的蛋黃乳液，攪拌均勻，調節pH值至2.0和7.0，37 ℃恒溫振蕩2 h，4 000 r/min離心20 min，取上清液，采用鄰苯二甲醛法在550 nm波長處測定光密度值，根據標準曲線計算上清液中的膽固醇質量 [9] 。吸附能力計算公式如式（5）所示。5）式中：m 1 為吸附前蛋黃乳液的膽固醇質量/mg；m 2 為吸附后上清液中膽固醇質量/mg；m為超微型大豆皮水不溶性膳食纖維質量/g。

1.3.3.3  對膽酸鈉吸附作用的測定

膽酸鈉含量標準曲線的制作：取不同質量濃度的膽酸鈉標準溶液1 mL于50 mL具塞試管中，加體積分數45%鹽酸溶液6 mL，混合均勻后，加入1 mL體積分數0.3%的糠醛溶液混勻，65 ℃水浴加熱30 min，冷卻至室溫后測定OD 620 nm ，繪制標準曲線。對膽酸鈉吸附能力的測定：取0.2、0.3 g膽酸鈉，分別加入15 mmol/L的NaCl溶液100 mL，調pH值至7.0，加超微型大豆皮水不溶性膳食纖維1.0 g并混合均勻，37 ℃恒溫振蕩2 h，4 000 r/min離心20 min，取上清液測定膽酸鈉質量 [9] 。吸附能力計算公式如式（6）所示。

（6）式中：m 1 為吸附前溶液的膽酸鈉質量/mg；m 2 為吸附后上清液中膽酸鈉質量/mg；m為超微型大豆皮水不溶性膳食纖維質量/g。

1.3.3.4  對葡萄糖吸附作用的測定

取1.0 g超微型大豆皮水不溶性膳食纖維（m），加入100 mL濃度c 0 為5、10、50、100 mmol/L的葡萄糖溶液，37 ℃攪拌6 h，4 000 r/min離心20 min，取上清液測定葡萄糖濃度c 1 ，按照式（7）計算葡萄糖的吸附能。（7）式中：c 0 為吸附前葡萄糖濃度/（mmol/L）；c 1 為上清液葡萄糖濃度/（mmol/L）；m為超微型水不溶性膳食纖維質量/g。

1.3.3.5  對重金屬吸附能力的測定

硝酸鉛、硫酸銅、硫酸鉻和硫酸鋅溶液分別按照參考文獻[18]配制，各重金屬離子質量濃度為1 mg/mL。準確稱取1.0 g超微型大豆皮水不溶性膳食纖維，加入100 mL的1 mg/mL重金屬溶液，分別調節pH值至2.0和7.0，37 ℃恒溫振蕩3 h，4 000 r/min離心20 min，采用原子吸收分光光度計測定溶液中的重金屬含量，根據反應前后含量差計算吸附能力。

1.3.4  掃描電子顯微鏡分析

分別對IDF-a、IDF-c、IDF-d進行500 倍掃描電子顯微鏡分析，觀察不同粉碎程度的膳食纖維形貌特征。

1.4  數據處理

所有數據均為5 次平行實驗測定的平均值，用SPSS19.0版本統計軟件包進行統計學處理數據并進行單因素方差分析。

2  結果與分析

2.1  超微型大豆皮水不溶性膳食纖維理化特性

2.1.1  粒度與比表面積

由表1可以發現經過超微粉碎處理的大豆皮水不溶性膳食纖維D 50 、體積平均粒徑、比表面積均顯著改變。隨著粉碎功率的增大，膳食纖維所受到的剪切力越大，粉碎程度越高，粒徑分布越集中。顆粒的微粉化使得比表面積和孔隙率均顯著增大，功能性和口感均可得到改善 [19] 。經過微粉化的大豆皮水不溶性膳食纖維不再具有粗糙的顆粒感，能廣泛地應用于各類食品和保健品中。

2.1.2  白度、持水力、持油力

由表2可知，IDF-e的持水力、持油力最高，分別為2.31、5.27 g/g，比IDF-a分別提高了1.07、2.53 g/g，持水力和持油力的上升幅度和粒度及比表面積的變化趨勢相似，并均高于酶解及細粉改性的大豆皮膳食纖維 [17,20] 。隨著粒度的減小、比表面積的增大，引起反射因數的增大，導致白度隨之增大。粉碎程度越大，粒度越小，更多的親水、親油基團暴露出來；并且比表面積增大，與水及油的接觸面積也相應增大，持水力和持油力均顯著提高。

2.1.3  黏度

圖1反映的是超微型大豆皮水不溶性膳食纖維的黏度變化。隨著超微型大豆皮水不溶性膳食纖維質量分數的增大和粒度的減小，黏度均有一定程度上升。IDF-a和IDF-b差異不顯著，IDF-c、IDF-d和IDF-e三者差異不顯著，但IDF-a、IDF-b和IDF-c、IDF-d、IDF-e兩組之間差異顯著。溶液中膳食纖維粒度越小，比表面積越大，暴露的基團越多，導致其分子間力越大和結構越緊密，變形所需的剪切力越大，引起黏度增大 [21] ；而IDF-a和IDF-b兩者的比表面積小，分子結構和分子間作用力差異不大，導致兩者黏度差異不顯著

2.1.4  陽離子交換能力

圖2反映的是超微型大豆皮水不溶性膳食纖維的陽離子交換能力。不同粒度的超微型大豆皮水不溶性膳食纖維陽離子交換能力不同，隨著粒度的減小，其陽離子交換能力反而增強，IDF-a、IDF-b兩者差異不顯著，IDF-c、IDF-d、IDF-e三者差異不顯著，但是兩組之間的差異顯著。NaOH溶液的消耗量達到1.8 mL時，溶液的pH值趨于穩定，陽離子交換能力基本達到平衡。膳食纖維的分子結構均帶有一些側鏈基團，這些側鏈基團含有些羧基和氨基，可以起到弱酸性陽離子交換作用，與陽離子實現可逆交換 [20,22] 。超微粉碎處理后，膳食纖維的比表面積增大，粒度減小，使更多能進行有機陽離子交換的基團暴露出來，弱酸性表現更明顯，陽離子交換能力越強，呈現出一種能維持pH值穩定和離子濃度平衡的作用。當膳食纖維被攝入到機體內，能起到維持機體胃腸道的pH值，為滲透壓和化學反應提供緩沖環境，增加其機體消化吸收能力的作用 [20,23] ，并能與Ca 2＋ 、Zn 2＋ 等陽離子結合，使Na ＋ 與K ＋ 交換，并吸附Na ＋ ，使之隨糞便排出體外，降低因Na ＋ 攝入過量而引起的許多疾病的發生率。

2.2  超微型大豆皮水不溶性膳食纖維的吸附特性

2.2.1  對油脂的吸附作用

圖3反映的是超微型大豆皮水不溶性膳食纖維對油脂的吸附能力。大豆皮水不溶性膳食纖維粒度越小，對豬油和花生油的吸附能力越強，并且對豬油的吸附能力明顯高于花生油。通過顯著性分析發現，體積平均粒徑低于28 μm時對花生油的吸附能力差異不顯著；體積平均粒徑低于40 μm時對豬油的吸附能力差異不顯著。由于不飽和脂肪分子結構具有雙鍵電子云空間位阻的效果 [24] ，導致其吸附能力下降，當粒度減小到一定程度時，單個分子的體積同樣會減小，其整體吸附油脂的能力也會相應減弱。當粒度降低到一定程度后，對花生油、豬油的吸附能力基本不再增加。本實驗進行模擬體外消化，表明超微型大豆皮水不溶性膳食纖維具有吸附花生油、豬油的特性，能降低腸道對花生油、豬油的吸附作用。

2.2.2  對膽固醇的吸附作用

通過實驗可以得到膽固醇質量濃度與光密度值之間的標準曲線回歸方程為y＝1.778 5x＋0.017 3，R 2 ＝0.998 2，說明OD值與膽固醇質量濃度具有良好的正相關性。膽固醇是心血管疾病的誘發因子，而膳食纖維具有降低血脂、膽固醇的功能。膳食纖維可在小腸內壁形成黏性溶液或帶功能基團的黏膜層，這層黏膜層可成為甘油三脂和膽固醇在小腸內壁的吸收限制性屏障；另一方面膳食纖維可通過形成凝膠吸附膽酸，造成膽酸減少，使機體利用膽固醇合成膽酸，增加膽固醇的去路、降低血清膽固醇質量濃度。由圖4可知，超微型大豆皮水不溶性膳食纖維對膽固醇的吸附能力受粒度和pH值環境影響較大，在中性環境下的吸附能力明顯高于酸性環境，這也表明在模擬小腸環境比在模擬胃的酸性環境對膽固醇的吸收能力更強。經過微粉化后，膳食纖維的表面更加粗糙，結構相對疏松，導致其毛細管作用更加明顯，更易形成黏膜層和凝膠，從而增強對膽固醇吸附作用 [25] 。

2.2.3  對膽酸鈉的吸附作用

通過實驗可以得到膽酸鈉質量濃度與光密度之間的標準曲線回歸方程為y＝0.740 3x＋0.008 2，R 2 ＝0.997，說明OD值與膽酸鈉質量濃度具有良好的正相關性。膽汁酸由肝臟內合成并在膽囊中儲存，在食物刺激下從膽囊中進入小腸，參與肝腸循環起到調節膽固醇代謝的作用。由圖5可知，膳食纖維對膽酸鈉的吸附作用受粒度和質量濃度影響較大，其吸收能力隨著粒度的減小先升高后趨于穩定稍有下降；膽酸鈉質量濃度越高，吸附量越大，這表示膳食纖維對膽酸鹽的吸附能力存在動態平衡 [26] 。當體系的膽酸鹽質量濃度很高時，表現出較高的吸附能力，降低腸道中膽酸的再次吸收，加快膽固醇的分解，起到降低血清和肝中的膽固醇含量的作用，并且也降低了膽汁酸在腸道菌群的作用下產生的致癌次級代謝產物，可以預防結腸癌；而當體系的質量濃度相對較低時，其吸附能力亦較低，從而維持食物中膽固醇的正常代謝，保證機體的正常生理活動。

圖6顯示了超微型大豆皮水不溶性膳食纖維對葡萄糖的吸附能力。隨著粒度的減小、溶液濃度的升高，超微型大豆皮水不溶性膳食纖維對葡萄糖的吸附能力均呈現增大的趨勢；在葡萄糖濃度為5 mmol/L時，不同粒度超微型大豆皮水不溶性膳食纖維的吸附能力無顯著性差異，幾乎為全吸收，隨后升高葡萄糖濃度，不同粒度超微型大豆皮水不溶性膳食纖維的吸附能力先升高后下降。當葡萄糖濃度越高和粒度越小時，膳食纖維的網狀結構接觸的幾率就越大，對葡萄糖的束縛力就會增強，但是當粒度減小到一定程度時會影響分子間的作用力，形成氫鍵，使超微型大豆皮水不溶性膳食纖維形成網狀結構吸附葡萄糖的能力減弱 [27] ，這種特性有利于控制飯后的血糖水平。

3  結 論

大豆皮水不溶性膳食纖維經超微粉碎后得到5 種超微型大豆皮水不溶性膳食纖維，即IDF-a、IDF-b、IDF-c、IDF-d、IDF-e，其D 50 分別為58.18、51.54、38.22、23.57、13.78 μm，IDF-e的體積平均粒徑達到16.24 μm時，比表面積最大約為165.95 m 2 /kg；IDF-a、IDF-b、IDF-c、IDF-d、IDF-e的白度分別是48.5%、51.1%、54.8%、59.2%、63.7%；IDF-e的持水力和油力最高分別為2.31、5.27 g/g，分別比IDF-a提高了1.07、2.53 g/g；黏度和陽離子交換能也均有顯著性改變。

超微型大豆皮水不溶性膳食纖維對豬油和花生油的吸附能力在體積平均粒徑為28.27 μm時吸附作用分別為6.53、3.16 g/g，較61.21 μm的膳食纖維分別提高了1.92、2.36 g/g；對膽固醇的吸附能力受粒度和pH值的影響較大；對膽酸鹽及葡萄糖吸附能力受粒徑和質量濃度的影響；對重金屬的吸附能力的大小為：Pb＞Cd＞Cu＞Zn，在中性環境和粒徑為40.17 μm時吸附能力較好；在體積平均粒徑為28.27 μm和40.17 μm時，超微型大豆皮水不溶性膳食纖維的吸附功能特性都較為理想。超微粉碎改性法對大豆皮水不溶性膳食纖維的理化及吸附功能特性有很明顯的改良作用。