Study on physicochemical properties and structure of insoluble dietary fiber from Tartary buckwheat bran pretreated by steam explosion
ABSTRACT The steam explosion technology was introduced to pretreat the Tartary buckwheat bran, and the physicochemical properties and structural changes of insoluble dietary fiber pretreated with different steam explosion intensity (SE-IDF) were studied. The results showed that the water holding capacity, oil holding capacity and swelling capacity of SE-IDF were significantly lower than those of the non-explosion treatment (P<0.05), and the decrease was slower when the explosion strength was lower than 1.2 MPa and 90 s. However, the inhibition capacity of α-amylase activity, glucose absorption capacity and in vitro fermentation capacity of SE-IDF were significantly increased (P<0.05). And with the increase of steam explosion intensity, it showed a trend of increasing first and then decreasing, and the optimum condition was found at 1.2 MPa and 90 s. Under this condition, thermodynamic parameters suggested that the peak temperature of SE-IDF was increased by 9.26 ℃, and the thermal stability was enhanced. Infrared spectrum showed that the position of hydroxyl group and other functional groups of SE-IDF had a small red shift, which suggested that the cellulose, hemicellulose and lignin components might be partially degraded. Furthermore, the SEM observation showed that the surface of SE-IDF was obviously broken and loose, the particle size was decreased and the relative surface area was increased. Therefore, steam explosion could effectively improve the physicochemical properties and structure of Tartary buckwheat bran IDF under the optimal condition of 1.2 MPa and 90 s. This study provided a theoretical reference for the development and utilization of Tartary buckwheat bran IDF and the development of health food.
Key words steam explosion; Tartary buckwheat bran; insoluble dietary fiber; physicochemical properties; structure
苦荞,蓼科荞麦属植物，具有抗氧化、降血压和降血糖等多种生理功能，是FAO公认的优秀药食兼用作物[1]。苦荞麸皮是苦荞麦加工制粉的副产物，含有40%～55%的膳食纤维(dietary fiber, DF)，其中90%～95%是水不溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber, IDF)，水溶性膳食纤维(soluble dietary fiber, SDF)仅为5%～10%[2]。一般认为SDF具有较好的生理活性，可以更好的发挥调节代谢作用，因此国内外学者致力于研究SDF的生理活性和DF的改性，而对IDF的研究鲜有报道。但流行病学研究表明，谷物IDF摄入量与人体血糖反应降低有关，富含IDF物质可以通过抑制α-淀粉酶的作用降低血糖生成指数，可以通过吸附葡萄糖来降低葡萄糖的有效浓度[3]，还可以通过促进结肠微生物酵解生成短链脂肪酸(short-chain fatty acid, SCFA)来提高外周胰岛素的敏感性[4]，对糖尿病的发生具有很好的控制作用。因此，苦荞麸皮IDF也是一种有价值的膳食纤维来源，受到越来越多的关注。
由于麸皮IDF质地粗糙，口感不佳，与食品物料亲和性较差，严重限制了其在食品工业中的应用，造成大量的膳食纤维资源浪费[5]，许多研究者通过提升IDF的处理条件来改善其生理功能和化学结构，以提高其加工性能，更好地回添于强化食品中。常用的方法有化学法、酶法、超声波处理、高压均质处理[6]和挤压处理[7]等。蒸汽爆破技术(简称汽爆，steam explosion, SE)是一种新型的食品加工技术，可以通过高温高压蒸汽的瞬间释放破坏细胞壁复杂基质，改变生物大分子的理化特征，以改善物料的传质速率和化学试剂可及性[8]，具有热动力效率高、对热敏性营养成分的保留率高、操作成本低、经济环保等优点[9]。近年来汽爆技术逐渐被应用到麦麸、豆粕、薯渣等农产品加工副产物的生物活性成分提取和综合利用中[10]，但还没有关于苦荞麸皮IDF的应用报道。因此，本研究以苦荞麸皮为原料，引入蒸汽爆破技术对其进行预处理，研究不同汽爆压力和维压时间对IDF理化功能特性和结构特征的影响，以期为IDF的功能改性和苦荞麸皮的综合利用提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
苦荞麸皮购自四川西昌，粉碎过60目筛，存放在聚乙烯袋中直至使用。
热稳定α-淀粉酶、胃蛋白酶及胰酶，购于美国Sigma公司；葡萄糖试剂盒(氧化酶-过氧化物酶试剂盒)，上海荣生生物；乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸及二乙基丁酸，色谱纯，购于美国Sigma公司；无水乙醇、丙酮、浓HCl、蒽酮及葡萄糖等均为分析纯，购于成都科龙化工试剂有限公司。
1.2 仪器与设备
QBS-80蒸汽爆破工艺试验台，河南鹤壁正道重型机械厂；LGJ-10冷冻干燥机，北京松源华兴科技发展有限公司；5810台式高速离心机，德国Eppendorf公司；RE-52AA旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂；V-1000可见分光光度计，翱艺仪器(上海)有限公司；GC-2010气相色谱仪，日本岛津；JSM-5900LV扫描电子显微镜；Spectrun-100傅里叶红外光谱仪，美国perkin Elmer公司；差示量热扫描仪，美国TA公司。
1.3 试验方法
1.3.1 苦荞麸皮蒸汽爆破处理
称取100.00 g苦荞麸皮，待设备预热后放入汽爆缸中，合盖后通入高温饱和蒸汽，使缸内压力达到设定值(0.9、1.2、1.5 MPa)后开始计时，维持一定时间(60、90、120 s)，在距离爆破终点还有3 s时，打开气动阀门瞬间泄压，在物料回收窗收集汽爆处理后的苦荞麸皮[11]，冷冻干燥后粉碎过60目筛，得到0.9 MPa/60 s，0.9 MPa/90 s，0.9 MPa/120 s，1.2 MPa/60 s，1.2 MPa/90 s，1.2 MPa/120 s，1.5 MPa/60 s，1.5 MPa/90 s，1.5 MPa/120 s等9组SE-IDF样品，在4 ℃储存备用。
1.3.2 苦荞麸皮IDF的制备
参考ASP等[12]的方法并根据实验室情况略作修改，具体为：取6.00 g苦荞麸皮原料粉，加150 mL pH 6.0的磷酸盐缓冲液，混合均匀后加入600 μL的热稳定α-淀粉酶溶液，在95～100 ℃的磁力搅拌水浴锅中水浴35 min，待溶液冷却后用4 mol/L HCl调节溶液pH至1.5，添加600 μL胃蛋白酶液继续40 ℃水浴搅拌60 min，待溶液冷却后用4 mol/L NaOH调节溶液pH至6.8，加600 μL的胰酶继续40 ℃水浴搅拌60 min，待溶液冷却后用4 mol/L HCl调节溶液pH至4.5。酶解结束后将酶解液离心过滤(4 000 r/min，10 min)，并用蒸馏水洗涤沉淀物2次，依次用90 mL 78%(体积分数)乙醇，90 mL 95%(体积分数)乙醇和90 mL丙酮洗涤滤渣2次，滤渣冻干制得苦荞麸皮IDF。
1.3.3 苦荞麸皮IDF理化性质测定
1.3.3.1 持水力
参考文献[13]方法并根据实验室情况稍微改动，取0.50 g苦荞麸皮IDF样品于15 mL干燥离心管中，按1∶20(g∶L)加入10 mL去离子水，充分混匀密封，室温下静置12 h，4 200 r/min离心10 min，弃去上清液，称量并计算出湿试样的质量(W1)，持水力计算如公式(1)所示：
持水力
(1)
式中：W1，样品吸水后的湿质量，g；W，样品的干质量，g。
1.3.3.2 持油力
参考文献[13]方法并根据实验室情况稍微改动，称取0.50 g苦荞麸皮IDF样品于干燥离心管中，加入10 mL橄榄油，在4 ℃混合1 h，4 200 r/min离心15 min，弃掉上层油，用滤纸吸干游离的油，收集沉淀物的质量(W1)，持油力计算如公式(2)所示：
持油力
(2)
式中：W1，样品吸油后的湿质量，g；W，样品的质量，g。
1.3.3.3 膨胀力
参考文献[14]方法，准确称取0.50 g苦荞麸皮IDF样品于10 mL量筒中，记录干样品体积(V0)后加蒸馏水至刻度，轻轻摇匀以除去溶液中的气泡，静置18 h后记录量筒中样品膨胀后的体积数(V1)，膨胀力计算如公式(3)所示：
膨胀力
(3)
式中：V1，样品吸水膨胀后的体积，mL；V0，干样体积，mL；W，样品的质量，g。
1.3.4 苦荞麸皮IDF功能性质测定
1.3.4.1 葡萄糖吸收能力
参考PEERAJIT等[15]的方法，取1.00 g苦荞麸皮IDF样品置于100 mL不同浓度的葡萄糖溶液(50、100和200 mmol/L)中，于37 ℃孵育6 h，4 000 r/min离心20 min得到上清液。采用葡萄糖试剂盒测定上清液中的葡萄糖浓度(Cs)，葡萄糖吸收能力计算如公式(4)所示：
葡萄糖吸收能力
(4)
式中；Ci，溶液初始葡萄糖浓度，mmol/L；Cs，葡萄糖吸收饱和后上清液中的葡萄糖浓度，mmol/L；Vi，离心后上清液的体积，mL；m，膳食纤维粉的质量，g。
1.3.4.2 α-淀粉酶活性抑制能力
参考QI等[3]的方法，准确称取1.00 g苦荞麸皮IDF样品，加入4 mg α-淀粉酶和40 mL 40 g/L马铃薯淀粉溶液，将其在37 ℃下混合30 min后，3 500 r/min离心15 min。采用葡萄糖试剂盒测定上清液中的葡萄糖浓度N1。以不加IDF为对照试验，将对照试验中上清液中葡萄糖含量记为N2，α-淀粉酶活性抑制能力计算公式如式(5)所示：
α-淀粉酶粉酶活性
(5)
式中：N2，空白组葡萄糖浓度，mmol/L；N1，实验组葡萄糖浓度，mmol/L。
1.3.4.3 体外发酵能力
参考SHIMOTOYODOME等[16]的方法进行体外发酵，培养24 h后发酵液中SCFA含量测定参考ZHAO等[17]的方法，气相色谱测定条件：色谱柱：DB-FFAP 125型石英毛细管柱(30 m×0.53 mm, 0.50 μm)；升温程序：初温100 ℃，保持0.5 min，然后以8 ℃/min的速度升至180 ℃，保持1 min，最后以20 ℃/min升至200 ℃，保持5 min；FID和进样口温度分别为240 ℃和200 ℃，氢气、空气和氮气的流速分别为30、300和20 mL/min；进样量为1 μL，每个样品运行时间为17.5 min。数据处理在HP ChemStation气相色谱工作站中进行。
1.3.5 苦荞麸皮IDF结构表征
参考文献[18]方法对最优汽爆条件下的苦荞麸皮IDF和未汽爆苦荞麸皮IDF样品结构性质进行表征：差示扫描量热(differential scanning calorimetry, DSC)分析，分析温度从30～300 ℃，升温速率为50 ℃/min，氮气的流速为50 mL/min；傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR)分析，分别称取约2 mg干燥苦荞麸皮IDF样品于玛瑙研钵中加入100 mg干燥KBr粉末，研细混匀后加入压模器制成透明片，放入仪器光路中进行扫描，扫描波数为500～4 000 cm-1，扫描次数32次，分辨率4 cm-1；用扫描电镜(scanning electronic microscopy, SEM)微观结构观察，将苦荞麸皮IDF样品干燥至恒重后用戊二醛将其固定，表面镀金后于扫描电镜下进行观察，放大倍数为500倍和2 000倍。
1.4 数据处理
采用Origin 8.0和SPSS 19.0软件整理分析数据，结果以平均值±标准差表示，试验重复3次，P<0.05表示显著性差异，采用单因素ANOVA和Duncan多重比较分析。
2 结果与分析
2.1 蒸汽爆破预处理苦荞麸皮的IDF理化性质变化
IDF在消化道内吸水膨胀，发挥填充、吸附、刺激肠道蠕动等重要作用，可以有效延缓或阻碍餐后血糖的升高，良好的持油力可以有效吸收胆酸汁，对于预防和控制糖脂代谢具有重要作用[19]。不同强度汽爆预处理后的苦荞麸皮的IDF持水力、持油力和膨胀力变化如表1所示，汽爆处理后苦荞麸皮IDF持水力、持油力和膨胀力显著降低(P<0.05)，当汽爆强度在0.9 MPa，60 s～1.2 MPa，90 s时，SE-IDF的持水力、持油力和膨胀力随着汽爆强度的增大而缓慢降低，分别由(5.38±0.06) g/g，(5.30±0.02) g/g和(4.24±0.11) mL/g下降至(5.25±0.02) g/g，(4.94±0.02) g/g和(4.07±0.08) mL/g，其中持水力和膨胀力仍高于西方国家常用麸皮膳食纤维标准(持水力4.00 g/g，膨胀力4.00 mL/g)[20]，表明在此汽爆强度范围内的汽爆预处理苦荞麸皮的水不溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber from Tartary buckwheat bran pretreated by steam explosion, SE-IDF)仍具有较高活性；但当汽爆强度高于1.2 MPa/90s时，SE-IDF的持水力、持油力和膨胀力急剧下降，这与姜永超等[21]汽爆处理菠萝皮渣研究结果一致。可能是由于汽爆处理破坏了纤维基质和主导水合性质的颗粒毛细结构，形成大的裂缝和空洞，纤维颗粒和颗粒间的空隙减小，导致对水和油的吸附、保留能力相应减弱，导致理化性质降低[22]。
表1 蒸汽爆破预处理苦荞麸皮的IDF理化性质变化
Table 1 Changes of IDF physical and chemical properties
of Tartary buckwheat bran pretreated by SE
蒸汽爆破条件理化性质持水力/(g·g-1)持油力/(g·g-1)膨胀力/(mL·g-1)未汽爆处理5.84±0.02a5.53±0.06a4.46±0.09a0.9 MPa/60 s5.38±0.06b5.30±0.02a4.24±0.11b0.9 MPa/90 s5.41±0.04b5.04±0.07b4.12±0.14b0.9 MPa/120 s5.22±0.10bc4.91±0.04bc4.06±0.10b1.2 MPa/60 s5.17±0.01c4.88±0.09bc4.17±0.04b1.2 MPa/90 s5.25±0.02bc4.94±0.02bc4.07±0.08b1.2 MPa/120 s4.95±0.07d4.70±0.10cd3.65±0.07c1.5 MPa/60 s5.11±0.04cd4.84±0.01bc3.79±0.03c1.5 MPa/90 s4.95±0.07d4.79±0.10bcd3.20±0.03d1.5 MPa/120 s4.50±0.05e4.44±0.11e3.19±0.06d
注：同列肩标小写字母不同表示差异显著(P<0.05)(下同)
2.2 蒸汽爆破预处理苦荞麸皮的IDF功能性质变化
2.2.1 α-淀粉酶抑制能力
膳食纤维可以一定程度上抑制α-淀粉酶的活性，有利于降低肠液葡萄糖释放速率，这是不可消化食物残渣和麦麸IDF降血糖作用的主要机理[23]。不同强度汽爆预处理后的苦荞麸皮的IDF的α-淀粉酶活性抑制能力变化如图1所示，汽爆预处理可以显著提高苦荞麸皮的IDF对α-淀粉酶活性的抑制作用(P<0.05)，在0.9 MPa/60 s～1.2 MPa/90 s汽爆强度范围时，SE-IDF对α-淀粉酶活的抑制能力随着汽爆强度的增大而显著增高(P<0.05)，在1.2 MPa/90 s条件时达到最大值28.27%，比未汽爆处理提高了38.38%，然后α-淀粉酶活性抑制能力随汽爆强度的增加而逐渐降低。研究认为膳食纤维抑制α-淀粉酶活性的能力可能是由于其对淀粉和酶的包埋作用，这与膳食纤维的多孔纤维网络微观结构变化、粒度变化和表面积等因素有关[24]。汽爆处理后，膳食纤维颗粒减小，比表面积和孔隙率增大，更多的网状结构暴露出来，可以吸附截留更多的α-淀粉酶和淀粉分子，降低了α-淀粉酶和淀粉的接触迁移速率，从而抑制α-淀粉酶活性，有助于延缓淀粉中葡萄糖的释放[25]。
图1 蒸汽爆破预处理苦荞麸皮的IDF α-淀粉酶
活性抑制能力变化
Fig.1 Changes of IDF α-amylase inhibitory activity
of Tartary buckwheat bran pretreated by SE
注：小写字母不同表示差异显著(P<0.05)
2.2.2 葡萄糖吸收能力
膳食纤维对葡萄糖的吸收能力可以从体外衡量肠道消化过程中膳食纤维对葡萄糖抑制和转运能力的大小。汽爆预处理前后苦荞麸皮的IDF对3种不同浓度葡萄糖(50、100和200 mmol/L)的吸收能力如表2所示，汽爆预处理前后苦荞麸皮的IDF对葡萄糖都具有一定的吸收能力，且吸收能力与葡萄糖浓度成正比；SE-IDF葡萄糖吸收能力均显著高于原苦荞麸皮IDF组(P<0.05)，且在1.2 MPa/90 s条件达到最大值，而后随着汽爆强度的增加而降低，但总体仍高于桃IDF(0.72～1.95 mmol/L)和燕麦IDF(0.43～0.91 mmol/L)对葡萄糖的吸收能力[3]。汽爆处理后IDF对葡萄糖的吸收能力增强可能是由于其孔隙率和比表面积增加，增强了纤维网络对葡萄糖分子的捕获和束缚能力，降低葡萄糖扩散速率[25]，而当汽爆强度过大时，纤维颗粒度减小到一定程度，分子间作用力受到影响形成氢键，孔隙结构被破坏，导致IDF对葡萄糖的吸附能力相应减弱[26]。以上结果表明，SE-IDF可以有效吸附葡萄糖，延缓葡萄糖的扩散，这可能有利于延缓葡萄糖在胃肠道的吸收和抑制餐后血糖的升高[27]。
表2 蒸汽爆破预处理苦荞麸皮的IDF对不同浓度
葡萄糖的吸收能力 单位：mmol/g
Table 2 Adsorption capacity of Tartary buckwheat bran
IDF pretreated by SE to different concentrations of glucose
蒸汽爆破条件葡萄糖吸收能力50 mmol/L100 mmol/L200 mmol/L未汽爆处理0.41±0.01g1.19±0.04e2.83±0.05e0.9 MPa/60 s0.48±0.01f1.21±0.01e3.00±0.02bc0.9 MPa/90 s0.53±0.01d1.26±0.04d2.93±0.02cd0.9 MPa/120 s0.52±0.02de1.37±0.01bc3.08±0.03b1.2 MPa/60 s0.54±0.04d1.38±0.03bc3.03±0.02b1.2 MPa/90 s0.68±0.01a1.52±0.01a3.28±0.02a1.2 MPa/120 s0.62±0.01b1.40±0.02b2.89±0.07de1.5 MPa/60 s0.63±0.01b1.41±0.02b3.01±0.01bc1.5 MPa/90 s0.57±0.01c1.33±0.05bc2.94±0.04cd1.5 MPa/120 s0.51±0.01e1.15±0.05e2.76±0.06f
2.2.3 体外发酵能力
膳食纤维不能被人体消化酶系统所利用，但在结肠可以作为发酵底物被肠道细菌选择性发酵代谢产生SCFA，对体内的糖脂代谢和胰岛素分泌具有重要的调节作用[28]，尤其是丙酸和丁酸可以提高外周胰岛素的敏感性，激活肠道糖异生，积极调节血糖和能量内稳态，从而预防和控制糖尿病[4]。不同强度汽爆预处理后的苦荞麸皮的IDF体外发酵24 h产生SCFA的情况如表3所示，与原苦荞麸皮IDF相比，SE-IDF体外发酵产生SCFA含量显著升高(P<0.05)，且在所有SCFA中乙酸占有最大比例；其中在1.2 MPa下，处理60、 90和120 s汽爆条件下的SE-IDF发酵产乙酸、丙酸、丁酸及总短链脂肪酸的含量显著高于其他处理组(P<0.05)，表明该条件下的SE-IDF可能具有更好的发酵性能。IDF的来源和物理结构显著影响IDF的生物利用度和微生物活性，主要与其化学成分、键的类型、取代度、分支结构、颗粒大小等因素有关[29]。据报道，高支化大分子糖对后肠发酵的敏感性较低，汽爆处理的热效应及剪切作用可以破坏大分子纤维素、半纤维素间的糖苷键，使小分子物质增加，这可能部分解释了汽爆处理后IDF发酵能力的提高[30]。
表3 蒸汽爆破预处理对苦荞麸皮的IDF体外发酵
能力的影响 单位：mmol/g
Table 3 Effect of SE on in vitro fermentation capacity
of Tartary buckwheat bran IDF
蒸汽爆破条件短链脂肪酸乙酸丙酸丁酸总短链脂肪酸未汽爆处理4.15±0.01e2.03±0.01e1.92±0.01f8.97±0.02f0.9 MPa/60 s4.32±0.03d2.14±0.02d2.07±0.01e9.47±0.06e0.9 MPa/90 s4.41±0.01c2.21±0.04bcd2.11±0.02de9.67±0.08de0.9 MPa/120 s4.39±0.01c2.20±0.01cd2.07±0.01e9.59±0.01de1.2 MPa/60 s4.56±0.03a2.29±0.03a2.22±0.03abc10.06±0.10ab1.2 MPa/90 s4.63±0.02a2.28±0.01ab2.26±0.01a10.18±0.03a1.2 MPa/120 s4.62±0.02a2.33±0.01a2.24±0.01ab10.20±0.06a1.5 MPa/60 s4.57±0.06a2.26±0.04abc2.18±0.03bc10.00±0.17ab1.5 MPa/90 s4.49±0.06b2.27±0.08abc2.17±0.05c9.91±0.23bc1.5 MPa/120 s4.40±0.01c2.19±0.01d2.16±0.01d9.76±0.01cd
2.3 蒸汽爆破预处理苦荞麸皮的IDF结构性质变化
2.3.1 DSC分析
利用差示扫描量热法对最优汽爆条件(1.2 MPa/90 s)的SE-IDF和未汽爆处理的苦荞麸皮IDF(original insoluble dietary fiber, O-IDF)样品进行热力学稳定性评估，结果如图2所示，2组样品均呈现典型吸热峰，SE-IDF的峰值温度(236.38 ℃)比O-IDF的峰值温度(227.12 ℃)提高了9.26 ℃。上述结果
A-O-IDF;B-SE-IDF
图2 苦荞麸皮IDF的DSC分析曲线
Fig.2 DSC analytical curve of IDF from
Tartary buckwheat bran
表明，经过蒸汽爆破处理后苦荞麸皮IDF的热稳定性增强，可能原因是汽爆处理使IDF中长链膳食纤维含量减少，而短链膳食纤维增多，含有更多的氢键链接，从而需要更高的能量来分解[13]。
2.3.2 FTIR分析
利用傅里叶红外光谱扫描可对膳食纤维的化学组成、官能团和化学键信息作简单的定性分析。O-IDF红外图谱如图3中的A所示，在3 427 cm-1附近出现宽展圆滑吸收峰是来自纤维素和半纤维素中的O—H伸缩振动[31]，在2 918 cm-1左右的吸收峰为糖类甲基和亚甲基C—H的反对称伸缩振动，2 327 cm-1处的吸收峰说明有
200～1 400 cm-1的吸收峰是C—H的变角振动所致，这些区域的吸收峰都为糖类的特征吸收峰[32]。在1 654 cm-1和1 103 cm-1处分别为木质素苯环和纤维素的特征吸收峰，620 cm-1左右吸收峰为糖分子中β-型的C—H变角振动，和膳食纤维的结构基本相符[33]。与O-IDF相比，SE-IDF表现出类似的红外光谱特征吸收峰(图3中的B)，光谱峰形和数目基本相同，部分吸收峰的位置和强度发生了改变，具体表现为纤维素、半纤维素的O—H吸收峰发生一定程度的红移，由3 427.5 cm-1变成3 410 cm-1，纤维素的特征吸收峰由1 103.25 cm-1变成1 095.25 cm-1，吸收峰强度相对减小，表明此处发生了分子间断裂，推测汽爆处理可能使纤维素、半纤维素发生了部分降解；此外，木质素吸收峰由1 654.75 cm-1变成1 646.25 cm-1，吸收峰强度也相对变弱，推测汽爆过程中木质素发生一定程度水解，这与杨静等[34]蒸汽爆破处理橡子壳研究结果一致。研究表明，汽爆通常在温和的酸性条件和在较高温度下进行，易引发一系列水热反应，可使木质素重排并部分降解成低分子酚聚合物，大部分的纤维素和半纤维素被水解成单糖和低聚糖形式[35]。
A-O-IDF;B-SE-IDF
图3 苦荞麸皮IDF的傅里叶红外光谱图
Fig.3 Fourier transform infrared spectra of IDF from
Tartary buckwheat bran
2.3.3 SEM分析
利用扫描电子显微镜对汽爆预处理前后苦荞麸皮的IDF的微观结构进行观察，结果如图4所示。与O—IDF结构相比，SE-IDF结构发生明显的变化。O—IDF表面完整，整体呈现块状，组织结构紧密，而SE-IDF表面层次增加，组织疏松多孔，颗粒变小，内部比表面积和孔隙率明显增大，该结构可能为葡萄糖、α-淀粉酶和淀粉分子的结合提供了更大的空间，可以部分解释汽爆后IDF功能性质的提高[36]。先前的研究证实，蒸汽爆破处理过程中，存在着类酸性水解、热降解、类机械断裂、氢键破坏和结构重排等协同作用，强烈的爆破和剪切力很容易破坏纤维素包裹的半纤维素和木质素，导致麸皮微表面的熔融状态及多孔破碎结构，有助于改善物料颗粒大小及结构[37]，这与本文的研究结果一致。
A-O-IDF，B-SE-IDF
图4 苦荞麸皮IDF的扫描电镜图
Fig.4 Scanning electron microscope of
Tartary buckwheat bran IDF
3 结论
蒸汽爆破预处理苦荞麸皮后，苦荞麸皮IDF的持水力、持油力和膨胀力随着汽爆强度的增加而降低，在汽爆强度为0.9 MPa/60 s～1.2 MPa/90 s时下降较慢，但当汽爆强度为高于1.2 MPa/90 s时下降明显；苦荞麸皮IDF的α-淀粉酶活性抑制能力、葡萄糖吸收能力和体外发酵产生短链脂肪酸能力随着汽爆强度的增加而呈先增加后降低的趋势，在1.2 MPa，90 s条件下整体达到最优，对该汽爆条件下的苦荞麸皮IDF结构性质进行表征，DSC结果表明SE-IDF的峰值温度提高了9.26 ℃，热稳定性增强；FTIR分析显示SE-IDF的羟基等官能团位置发生小范围红移，推测纤维素、半纤维素及木质素可能发生部分降解；SEM观察发现SE-IDF表面明显破裂疏松，孔隙结构增多，相对表面积增大，这些特征可能有助于其功能特性的提高。综上所述，在1.2 MPa/90 s汽爆条件下预处理苦荞麸皮，可以较好的保持苦荞麸皮IDF的理化性质，显著提高苦荞麸皮IDF的功能特性及热力学稳定性，一定程度改变苦荞麸皮IDF的微观结构，得到的汽爆苦荞麸皮IDF具有一定的作为纤维强化食品及降血糖功能性食品配料的潜力，这为苦荞麸皮预处理及深加工综合利用提供了新的思路。
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