小麦麸皮可溶性膳食纤维对面条消化特性的影响

《International Journal of Biological Macromolecules》：The effect of wheat bran soluble dietary fiber on the digestion characteristics of noodles

小麦麸皮可溶性膳食纤维（WBSDF）通过动态模拟消化系统（DHSI-IV）研究发现，添加WBSDF显著提高胃pH和固体含量，降低消化物颗粒尺寸，抑制淀粉（23.07% vs 41.69%）和蛋白质（54.09% vs 74.01%）水解率。

　　

郭瑞芳|韩晓贤|李莉|马森

河南工业大学食品科学与工程学院，中国郑州

摘要

本研究利用第四代动态人体胃肠（DHSI-IV）系统评估了不同水平的小麦麸皮可溶性膳食纤维（WBSDF）对面条消化特性的影响。结果表明，随着WBSDF含量的增加，面条的胃酸pH值和固形物含量显著升高，消化食糜的颗粒大小逐渐减小。消化180分钟后，普通小麦面条的淀粉和蛋白质水解率分别为41.69%和74.01%，而含有10% WBSDF的面条的淀粉和蛋白质水解率分别为23.07%和54.09%，表明WBSDF显著抑制了淀粉和蛋白质的水解（p<0.05）。此外，添加WBSDF还增加了消化食糜的粘度和稳态剪切模量。共聚焦激光扫描显微镜观察发现，添加WBSDF的面条中的淀粉和蛋白质颗粒更加完整。总之，本研究为全谷物健康食品的营养消化特性标准化和功能性质量评估提供了有效的技术支持。

引言

面条具有低成本、制备方便和保质期长等优点，是重要的能量和蛋白质来源[1]。然而，传统面条主要由小麦粉制成，缺乏膳食纤维等必需营养素，导致食用后血糖迅速升高，无法满足消费者的多样化营养和健康需求[2]。小麦麸皮是小麦加工的副产品，位于小麦籽粒的最外层，占籽粒重量的15-20%。小麦麸皮富含多种成分，包括多糖、淀粉、蛋白质和膳食纤维，尤其是氨基酸[3]。此外，小麦麸皮还含有阿拉伯木聚糖、阿魏酸和植酸等生物活性物质，可以增强免疫力并降低肥胖和2型糖尿病的风险[4]。由于其重要的营养价值和健康益处，近年来小麦麸皮受到了广泛关注。目前，小麦麸皮作为一种可再生生物质资源，主要应用于饲料行业，而其高价值成分（如膳食纤维、蛋白质、酚类化合物和功能性多糖）尚未得到充分开发和利用。因此，从小麦麸皮中提取可溶性膳食纤维并用作面条成分，不仅提高了面条的营养价值，还改善了其功能性。可溶性膳食纤维（SDF）可以影响食物的消化过程，减缓餐后血糖水平的上升，从而降低食物的血糖生成指数（GI）[5]。以往的研究主要集中在膳食纤维对淀粉水解和最终阶段营养释放的影响上，忽略了整个消化过程中的消化特性变化。样品在消化过程中的物理化学性质（如水分含量、流变学和微观结构）也对消化特性有显著影响[6]。然而，关于胃食糜物理化学性质变化对胃肠道消化特性的影响的研究较少。

鉴于胃肠道结构和功能的复杂性以及个体间的巨大差异，体内消化实验往往面临重复性差和周期长的问题，并受到经济和时间成本、伦理等多方面因素的限制[7]。进行体外模拟消化实验对于阐明人体内的消化过程至关重要，因为它能提供受控环境来模拟复杂的胃肠道条件，相比体内研究具有明显优势。体外模拟消化分为静态消化和动态消化。静态消化缺乏胃肠道形态学特征，主要研究单一食物成分（如分离的淀粉、蛋白质）或简单食物在模拟消化条件下的消化率和营养释放[8]，无法模拟食物消化过程中的蠕动、流体动力学和动态胃排空[9]。体外动态仿生消化装置通过模拟人体或动物消化道的形态、结构、运动和生化环境来研究食物或药物的消化过程，能够最大程度地反映食物通过胃肠道的消化过程，提高实验的准确性[10]。

在本实验中，使用DHSI-IV 体外动态仿生消化系统探讨了不同量WBSDF对面条消化特性的影响，测定了消化过程中胃酸pH值、固形物含量、颗粒大小分布、淀粉和蛋白质水解率、流变学性质以及消化食糜的微观结构的变化。本研究将为WBSDF用于开发健康功能性面条提供科学依据。

材料

小麦麸皮购自郑州亿海 Kerry 食品有限公司。高温α-淀粉酶（40 U/mg）购自北京索莱宝科技有限公司。α-淀粉酶（8 U/mg）、木瓜蛋白酶（800 U/mg）、纤维素酶（50 U/mg）和胆盐购自上海源业生物科技有限公司。胃蛋白酶（3000 U/mg）、胰蛋白酶（130 U/mg）和FITC购自上海麦克莱恩生化科技有限公司。3,5-二硝基水杨酸（DNS）购自天津天利化学试剂有限公司

动态消化过程中的pH变化

胃酸pH值的变化对于模拟真实的消化环境、维持酶活性、评估食物成分的稳定性、理解消化动力学以及优化消化模型至关重要[19]。图1展示了DHSI-IV系统内置集成pH计监测的全麦面条消化过程中食糜的动态pH变化情况。

结论

总之，本研究利用第四代动态人体胃肠（DHSI-IV）系统评估了不同水平的小麦麸皮可溶性膳食纤维（WBSDF）对面条消化特性的影响。结果表明，随着WBSDF含量的增加，面条的胃酸pH值和固形物含量显著升高，消化食糜的颗粒大小逐渐减小。消化180分钟后，淀粉和蛋白质的水解率

作者贡献声明

郭瑞芳：撰写——原始稿件、软件使用、数据整理、概念构思。韩晓贤：撰写——审阅与编辑。李莉：撰写——审阅与编辑、监督、资金筹集、概念构思。马森：撰写——审阅与编辑。

伦理指南

本研究无需伦理审批。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了河南省博士后研究资助项目（313517）、河南省科技研发计划联合基金项目（232103810060、232103810066）、中国博士后科学基金会项目（2023M741513）以及河南省高校科技创新人才项目（23HASTIT033）的支持。