稻米麸皮不溶性膳食纤维的理化特性与生物活性：成熟度与粒径的协同调控机制

《LWT》：Effects of maturity stage and particle size on the functional properties of dietary fiber isolated from rice ( Oryza sativa L.) bran

本研究针对稻米加工副产物高值化利用需求，系统探讨了成熟度（完熟期RB与乳熟期RB-G）和粒径分级对稻米麸皮不溶性膳食纤维（IDF）理化特性及功能活性的影响。研究发现，RB富含β-葡聚糖（525.51 mg/100 g DW）和纤维素（61.02 g/100 g DW），而RB-G表现出更强的抗氧化活性（FRAP 422 mg FeSO4/100 g DW）和植物甾醇含量（1526.31 μg/g DW）。细颗粒纤维（<250 μm）具有更优的持水性（7.25 g/g）、持油性（4.51 g/g）和溶胀性（5.25 mL/g）。该研究为稻米麸皮IDF在功能食品中的精准应用提供了理论依据。

　　

在粮食加工领域，稻米麸皮作为碾米过程的主要副产物，长期以来未得到充分价值挖掘。这些富含膳食纤维的原料通常被用作饲料或废弃，不仅造成资源浪费，还可能引发环境问题。随着人们对健康饮食需求的日益增长，膳食纤维因其促进肠道健康、调节血糖血脂等生理功能而备受关注。然而，不同来源的膳食纤维因其结构和组成差异，功能特性迥异，这直接影响了其在食品工业中的应用效果。

稻米麸皮中的不溶性膳食纤维（IDF）具有独特优势，但其功能性质受到多种因素影响。特别是稻谷的成熟度阶段和纤维的物理形态（如颗粒大小）可能显著改变纤维的理化特性，但目前系统研究这些因素如何协同调控稻米麸皮IDF品质的报道尚不充分。理解这些关键参数的作用机制，对于开发具有特定功能的稻米麸皮纤维配料至关重要。

为此，研究人员在《LWT》上发表了一项创新性研究，系统探讨了成熟度（完熟期RB与乳熟期RB-G）和粒径分级（粗、中、细）对稻米麸皮IDF理化特性、结构特征及生物活性的综合影响。这项研究不仅揭示了稻米麸皮IDF的品质形成规律，还为该副产物的高值化利用提供了科学依据。

研究人员采用了一套严谨的实验方法开展本研究。他们首先从不同成熟度的稻谷（完熟期和乳熟期）中分离麸皮，并通过筛分获得三种粒径等级（20-60目为粗颗粒，60-100目为中等颗粒，100-250目为细颗粒）的样品。采用碱法提取不溶性膳食纤维，并系统分析其基本化学成分（水分、灰分、蛋白质、脂肪、总碳水化合物）。通过扫描电子显微镜观察纤维的微观结构，利用傅里叶变换红外光谱和X射线衍射分析其化学结构和结晶特性。功能特性方面，测定了持水性、持油性和溶胀能力。生物活性评价包括抗氧化能力（DPPH和FRAP法）、总酚和总黄酮含量，以及通过气相色谱分析的植物甾醇组成。

化学组成分析结果显示，成熟度和粒径对稻米麸皮IDF的化学组成有显著影响。完熟期稻米麸皮（RB）的纤维素含量（44.96-61.02 g/100 g DW）显著高于乳熟期样品（RB-G，22.11-51.78 g/100 g DW）。细颗粒纤维的纯度更高，非纤维成分（如蛋白质和脂肪）去除更彻底。RB中的β-葡聚糖含量（525.51 mg/100 g DW）远高于RB-G，且随粒径减小而降低，粗颗粒保留的β-葡聚糖最多。

物理特性研究表明，颜色参数受到成熟度和粒径的共同影响。RB-G样品通常具有更高的红度（a值）和黄度（b值），而细颗粒纤维的亮度（L*值）较低。所有样品的水分活度（a_w）均约为0.22，处于微生物安全范围。功能特性方面，RB表现出比RB-G更高的持水性（WHC）和溶胀能力（WSC），而RB-G的持油性（OHC）更优。细颗粒纤维由于具有更大的比表面积和更疏松的结构，所有功能特性均得到增强。

微观结构特征通过扫描电子显微镜观察发现，粗颗粒纤维表面存在淀粉晶体、脂质和蛋白质等残留物，而中等和细颗粒纤维呈现更疏松、多孔的结构，这种结构有利于提高其功能特性。细颗粒纤维的粗糙多孔表面为其优异的水合和吸油能力提供了结构基础。

傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析揭示了纤维的化学结构。所有样品在3400 cm^-1附近均显示O-H伸缩振动峰，2900 cm^-1处为C-H伸缩振动，1602和1633 cm^-1处的吸收峰对应于C=O伸缩和纤维素与水分子的氢键作用。中等和细颗粒纤维在1000-1100 cm^-1区域的吸收更强，可能与C-O和Si-O键的振动有关。

X射线衍射（XRD）分析表明，所有样品在2θ≈22.6°处显示纤维素I的特征衍射峰。中等和细颗粒纤维的结晶度更高，衍射峰更尖锐，而粗颗粒纤维的衍射峰较宽，表明其含有更多无定形区域。在2θ≈30°处观察到的峰可能来源于稻米麸皮中的无机成分（如硅氧结构）。

生物活性评价结果显示，RB-G的抗氧化活性（FRAP值422 mg FeSO₄/100 g DW）、总酚含量（6.21 mg GAE/100 g DW）和总黄酮含量（254.91 mg QE/100 g DW）均高于RB。细颗粒纤维由于具有更大的比表面积，有利于生物活性物质的释放，但其DPPH自由基清除能力却随粒径减小而降低，可能与某些氧化敏感性成分的降解有关。

植物甾醇分析检测到菜油甾醇、豆甾醇、β-谷甾醇和菜籽甾醇等主要甾醇成分，环阿屯醇仅存在于RB样品中。RB中的菜油甾醇和豆甾醇含量更高，而RB-G中的β-谷甾醇和菜籽甾醇更丰富。细颗粒纤维的植物甾醇提取效率更高，含量显著高于粗颗粒样品。

本研究系统阐明了成熟度和粒径对稻米麸皮不溶性膳食纤维品质特性的综合影响。完熟期稻米麸皮（RB）在纤维素含量、β-葡聚糖和特定植物甾醇方面具有优势，而乳熟期稻米麸皮（RB-G）在抗氧化活性和某些植物甾醇成分上表现更优。粒径减小显著改善了纤维的功能特性，如持水性、持油性和溶胀能力，这主要归因于比表面积增加和结构更疏松多孔。

研究结果对稻米加工副产物的高值化利用具有重要指导意义。通过精准控制稻米麸皮的收获期和加工粒度，可以定向调控不溶性膳食纤维的功能特性，满足不同食品体系的应用需求。例如，需要高持水性和膨胀性的食品可选择细颗粒的完熟期麸皮纤维，而注重抗氧化活性的产品则可选用乳熟期麸皮纤维。这项研究不仅为稻米麸皮的高值化利用提供了理论依据和技术路径，也为开发功能性食品配料、促进粮食加工副产物的资源化利用做出了重要贡献。