石莼水溶性膳食纖維的理化性質(zhì)及體外降血糖的活性

湯宇青, 呂 峰, 林海蘭, 傅麗娟

(福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002)

石莼水溶性膳食纖維的理化性質(zhì)及體外降血糖的活性

湯宇青, 呂 峰, 林海蘭, 傅麗娟

(福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002)

測(cè)定、比較了脫蛋白前后石莼水溶性膳食纖維(SDF)的水合性質(zhì)，體外吸附水、油脂、膽固醇等的能力及抑制α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶的體外降血糖能力.結(jié)果表明：石莼脫蛋白SDF的分子空間結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分發(fā)生了變化，其水合性質(zhì)和體外油脂吸附力均極顯著高于未脫蛋白SDF(P<0.01)；未脫蛋白SDF對(duì)膽固醇的吸附力及體外降血糖的能力均極顯著高于脫蛋白SDF(P<0.01).

石莼； 水溶性膳食纖維; 脫蛋白; 理化性質(zhì); 體外降血糖能力

大量研究表明，水溶性膳食纖維(soluble dietary fiber, SDF)在維持人體健康方面有著不可替代的生理作用[1].SDF的水合性質(zhì)越好，越容易吸水膨脹，使人產(chǎn)生飽腹感并促進(jìn)腸蠕動(dòng)，起到減肥和預(yù)防腸道疾病的功效[2]；此外，SDF溶液呈凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有乳化作用，可以粘著脂類物質(zhì)和膽固醇，增加腸胃中食糜的粘度，延緩、降低對(duì)葡萄糖、脂肪和膽固醇等物質(zhì)的吸收，具有預(yù)防糖尿病和心血管疾病等重要生理功能[3].SDF具有一系列重要性能的原因是擁有特殊的結(jié)構(gòu)，但不同加工處理對(duì)其結(jié)構(gòu)乃至性能將產(chǎn)生一定的影響.

衡量SDF水合性質(zhì)的優(yōu)劣的重要指標(biāo)通常有持水力、膨脹力和結(jié)合水力；評(píng)價(jià)其體外吸附力強(qiáng)弱的指標(biāo)有飽和脂肪吸附力、不飽和脂肪吸附力、模擬人體胃腸環(huán)境條件下的膽固醇吸附力；而體外分析SDF降血糖的方法通常采用微孔板-PNPG法測(cè)定α-葡萄糖苷酶抑制能力及采用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定α-淀粉酶抑制能力[4].

石莼(UlvalactucaL.)味道鮮美，營養(yǎng)價(jià)值高，主要成分有膳食纖維、粗蛋白質(zhì)、碳水化合物、水溶性多糖以及豐富的無機(jī)礦物元素[5].目前對(duì)石莼的研究主要在生態(tài)養(yǎng)殖、赤潮防治、廢水處理、飼料加工、凈水和抗菌作用等方面；對(duì)石莼生物活性成分的研究多集中在其多糖類物質(zhì)的提取及組成.本試驗(yàn)以脫蛋白前后的石莼SDF為試材，通過測(cè)定其水合性質(zhì)、體外油脂和膽固醇的吸附力以及體外降血糖活性，分析、比較其重要的理化性質(zhì)，進(jìn)而了解石莼SDF輔助減肥與降血糖功能，為石莼SDF的開發(fā)與應(yīng)用提供參考.

1 材料與方法

1.1 材料

石莼購買于福建海興保健食品有限公司.

花生油、豬油和雞蛋均為市售.

α-葡萄糖苷酶(6.02×104U·g-1)和α-淀粉酶(1.3×104U·g-1)為上海源葉生物科技有限公司產(chǎn)品；4-硝基苯-α-D吡喃葡萄糖苷(PNPG)、鄰苯二甲醛、冰醋酸、可溶性淀粉、磷酸鈉緩沖液、四水合酒石酸鉀鈉、二硝基水楊酸、苯酚、二甲基亞砜(DMSO)和膽固醇均為分析純.

主要儀器設(shè)備有AL104型精密分析天平[梅特勒—托利多儀器(上海)有限公司]、HH-4型數(shù)顯恒溫水浴鍋(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)、UV-1800PC型紫外可見分光光度計(jì)(上海美譜達(dá)儀器有限公司)、CF15RN高速冷凍離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠)和SYNERGY酶標(biāo)儀(美國伯騰儀器有限公司).

1.2 原料制備

1.2.1 未脫蛋白石莼SDF 采用纖維素酶法[6]提取.準(zhǔn)確稱取一定量的干燥石莼粉末，過濾，真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至原溶液體積的1/5，加入4倍體積的無水乙醇，隔夜靜置后過濾，收集沉淀物SDF，冷凍干燥后即為SDF粗品，其蛋白質(zhì)、SDF和水分含量分別為10.5%、68.60%和8.08%.

1.2.2 脫蛋白石莼SDF 采用超聲波輔助酶法[7]脫除石莼SDF粗品中的蛋白質(zhì)后制得，其蛋白質(zhì)、SDF和水分含量分別為1.69%、81.72%和8.02%.

1.3 脫蛋白前后石莼SDF水合性質(zhì)的測(cè)定

1.3.1 持水力 參考麻佩佩[2]的方法測(cè)定.準(zhǔn)確稱取脫蛋白前后的石莼SDF各1.0 g，放入50 mL離心管中，加入25 mL蒸餾水，室溫下振蕩搖勻后使其飽和1 h；于5 000 r·min-1離心10 min，棄去上清液并用濾紙吸干離心管壁殘留的水分，稱取剩余物質(zhì)的質(zhì)量.

式中，M0：干燥樣品的質(zhì)量(g)；M1：離心管的質(zhì)量(g)；M2：離心管和吸水后樣品的質(zhì)量(g).

1.3.2 膨脹力 參考Zhang et al[8]的方法測(cè)定.準(zhǔn)確稱取脫蛋白前后的石莼SDF各1.0 g，以自由落體的形式落置于50 mL具塞試管中，測(cè)量樣品的體積；加入25 mL蒸餾水振蕩混勻，于25 ℃水浴鍋中恒溫保持24 h，觀察量筒中樣品的膨脹體積.

式中，M0：干燥樣品的質(zhì)量(g)；V0：干燥樣品的體積(mL)；V1：干燥樣品吸水膨脹后的體積(mL).

1.3.3 結(jié)合水力 參考周阿娣[9]的方法測(cè)定.準(zhǔn)確稱取脫蛋白前后的石莼SDF各1.0 g，置于50 mL離心管中，加入25 mL蒸餾水，于3 000 r·min-1離心1 h，傾去上清液，稱重；將殘留物置于120 ℃烘箱中干燥2 h后稱重.

式中，M0：樣品的質(zhì)量(g)；M1：樣品干燥后的干重(g)；M2：樣品干燥前的濕重(g).

1.4 脫蛋白前后石莼SDF體外吸附油脂能力的測(cè)定

參考Sangnark et al[10]的方法測(cè)定.準(zhǔn)確稱取脫蛋白前后的石莼SDF各1.0 g于50 mL離心管中，分別加入8.0 g已融化的豬油和花生油，置于37 ℃的恒溫水浴中保持1 h后，于4 000 r·min-1離心20 min，棄去離心管中的上層游離油，同時(shí)用濾紙吸干掛在管壁的殘留油，最后稱量離心管的總重量.

式中，M0：干燥樣品的質(zhì)量(g)；M1：離心管的質(zhì)量(g)；M2：離心管和吸油后樣品的質(zhì)量(g).

1.5 脫蛋白前后石莼SDF體外吸附膽固醇能力的測(cè)定

1.5.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制 取5支試管，按表1的試劑分別加入各試劑，混勻，靜置10 min，在波長(zhǎng)550 nm處測(cè)定各標(biāo)準(zhǔn)管的光密度(D).以膽固醇含量為橫坐標(biāo)，D為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線.膽固醇標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程為：Y=9.326 3X+0.001 3，R2=0.999 8.

表1 膽固醇不同含量標(biāo)準(zhǔn)管的配制Table 1 Formula for different concentrations of standard cholesterol

1.5.2 對(duì)膽固醇吸附力的測(cè)定 按鐘艷萍[11]的方法操作.取一定質(zhì)量的雞蛋黃，用9倍量的蒸餾水稀釋，攪打成乳液.分別準(zhǔn)確稱取1.0 g脫蛋白前后的石莼SDF各2份于100 mL錐形瓶中，各加入50 g稀釋的蛋黃液攪勻，調(diào)節(jié)脫蛋白前后的SDF與蛋黃液混合液的pH分別為7.0和2.0(模擬小腸和胃環(huán)境的pH)，于37 ℃搖床中振蕩2 h，抽濾，吸取0.04 mL上清液，采用鄰苯二甲醛(OPA)法在波長(zhǎng)550 nm下比色，測(cè)定上清液的膽固醇含量.

式中，M0：樣品的質(zhì)量(g)；M1：吸附前蛋黃液中膽固醇的質(zhì)量(mg)；M2：吸附后上清液中膽固醇的質(zhì)量(mg).

1.6 脫蛋白前后石莼SDF體外降血糖活性的測(cè)定

1.6.1 對(duì)α-葡萄糖苷酶抑制力的測(cè)定 參照陳浩[12]的方法操作，稍作修改.用0.1 mol·mL-1磷酸鈉緩沖液分別溶解脫蛋白前后的SDF，并分別配制含量為10、15、20、25和30 mg·mL-1的溶液，各取50 μL置于96孔板孔中，再移取50 μL 5×10-3mol·mL-1PNPG溶液于每個(gè)孔作為反應(yīng)底物，置多功能酶標(biāo)儀中于37 ℃恒溫條件下溫孵10 min，各加入50 μL 0.1 U·mL-1α-葡萄糖苷酶溶液，于37 ℃恒溫反應(yīng)30 min，用酶標(biāo)儀測(cè)定405 nm波長(zhǎng)處的D.

式中，D1：樣品試驗(yàn)組的D；D2：樣品空白組的D；D3：對(duì)照試驗(yàn)組的D；D4：對(duì)照空白組的D.

1.6.2 對(duì)α-淀粉酶抑制力的測(cè)定 參照Adefegha et al[13]的方法操作，稍作修改.在試管中依次加入300 μL不同含量(10、15、20、25、30 mg·mL-1)脫蛋白前后的SDF溶液(以2.5×10-2mol·mL-1磷酸鈉緩沖液為溶劑)，分別取300 μL α-淀粉酶溶液與上述SDF溶液混勻，于37 ℃溫孵15 min；各加入300 μL 1%可溶性淀粉酶溶液起始反應(yīng)，于37 ℃反應(yīng)15 min，各加入500 μL DNS試劑顯色并終止反應(yīng)；沸水浴10 min滅酶，稀釋并定容至20 mL，分別在540 nm波長(zhǎng)處測(cè)定D.

式中，D1：樣品試驗(yàn)組的D；D2：樣品空白組的D；D3：對(duì)照試驗(yàn)組的D；D4：對(duì)照空白組的D.

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示.采用DPS v7.05等軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，顯著性臨界值：P<0.01為極顯著差異，P<0.05為顯著差異，P>0.05為差異不顯著.

2 結(jié)果與分析

2.1 脫蛋白前后石莼SDF的水合性質(zhì)

表2 脫蛋白和未脫蛋白石莼SDF的水合性質(zhì)1)Table 2 Hydration properties of deproteinized and non-deproteinized SDF from U.lactuca

1)同列數(shù)據(jù)后附不同大寫字母者表示差異極顯著(P<0.01).

從表2可知，脫蛋白和未脫蛋白石莼SDF的持水力分別為7.06和6.15 g·g-1，膨脹力分別為6.19和5.57 mL·g-1，結(jié)合水力分別為3.92和2.10 mL·g-1.表明脫蛋白SDF的水合性質(zhì)極顯著優(yōu)于未脫蛋白SDF(P<0.01)；且兩種樣品的持水力和膨脹力均大于西方國家常用標(biāo)準(zhǔn)(麩皮膳食纖維的持水力為4.0 g·g-1、膨脹力為4.0 mL·g-1)[14].

研究表明，在脫蛋白的過程中，有部分SDF被降解，SDF的聚合度有所下降[15]，比表面積增大，同時(shí)暴露出更多的親水基團(tuán)，使其通過氫鍵締合有效束縛水分子，表現(xiàn)出結(jié)合水力和持水力的增大[16]；此外，降解后SDF的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)由原本緊密的變成疏松，水分子易滲入分子內(nèi)部，膨脹力增大.

2.2 脫蛋白前后石莼SDF體外吸附脂肪的能力

圖1顯示，脫蛋白和未脫蛋白石莼SDF對(duì)花生油(不飽和脂肪)的吸附力分別為2.34和1.78 g·g-1；對(duì)豬油(飽和脂肪)的吸附力分別為4.73和3.07 g·g-1.表明兩種樣品對(duì)豬油的吸附力均極顯著高于對(duì)花生油的吸附力(P<0.01)，且脫蛋白SDF對(duì)油脂的吸附力極顯著高于未脫蛋白SDF(P<0.01).

研究表明，SDF經(jīng)過超聲輔助酶法進(jìn)行脫蛋白處理后，其結(jié)構(gòu)變得疏松，形成立體微孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，孔隙的數(shù)量和比面積明顯增加，其表面多褶皺[17]，增大與油脂的接觸機(jī)會(huì)，同時(shí)暴露出更多的親油活性基團(tuán)，提高了對(duì)油脂分子的誘捕性，油脂更易滲入SDF分子中并被束縛[18].

2.3 脫蛋白前后石莼SDF體外吸附膽固醇的能力

圖2顯示， pH為7時(shí)，脫蛋白和未脫蛋白石莼SDF對(duì)膽固醇的吸附量分別為11.91和14.67 mg·g-1，pH為2時(shí)，對(duì)膽固醇的吸附量分別為9.07和10.38 mg·g-1.表明兩種樣品在pH為7時(shí)對(duì)膽固醇的吸附力均極顯著大于pH為2時(shí)(P<0.01)；且未脫蛋白SDF吸附膽固醇的能力均極顯著大于脫蛋白SDF(P<0.01).

附不同大寫字母者表示差異極顯著(P<0.01).圖1 脫蛋白和未脫蛋白石莼SDF對(duì)脂肪的吸附力Fig.1 Fat adsorption capacity of deproteinized and non-deproteinized SDF from U.lactuca

研究表明：植物SDF的微晶束較少，呈無定形狀態(tài)，并具有高度的分支區(qū)域易于形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可達(dá)到吸附膽固醇的作用[19]；酸性條件存在大量的H+，可能使SDF和膽固醇均攜帶部分正電荷，兩者之間存在一定的排斥力，使其對(duì)膽固醇的吸附力有所降低[20]；此外，未脫蛋白SDF的分子表面帶有更多可吸附膽固醇的活性基團(tuán)[21]，所以在模擬腸道環(huán)境(pH為7)的條件下，SDF對(duì)膽固醇的吸附效果較脫蛋白的更佳.

2.4 脫蛋白前后石莼SDF體外降血糖的能力

2.4.1 SDF對(duì)α-葡萄糖苷酶的抑制力 圖3顯示，脫蛋白和未脫蛋白石莼SDF對(duì)α-葡萄糖苷酶的抑制力在一定含量范圍內(nèi)均呈量效關(guān)系.10 mg·mL-1脫蛋白SDF對(duì)α-葡萄糖苷酶的抑制率為20.56%，隨含量增加到25 mg·mL-1，其抑制率也極顯著上升到30.96%(P<0.01)，之后趨于穩(wěn)定(P>0.05)；SDF含量為10～20 mg·mL-1時(shí)，隨著含量的增加，未脫蛋白SDF的抑制率從30.21%極顯著增大至42.98%(P<0.01)；當(dāng)SDF含量大于25 mg·mL-1時(shí)，抑制率增大不顯著(P>0.05)，最大抑制率僅為43.90%；SDF含量為10～30 mg·mL-1時(shí)，未脫蛋白SDF的抑制率極顯著大于脫蛋白SDF(P<0.01).

2.4.2 SDF對(duì)α-淀粉酶的抑制力 圖4顯示：含量為10～20 mg·mL-1時(shí)，脫蛋白和未脫蛋白石莼SDF對(duì)α-淀粉酶的抑制率隨含量的增加，分別由36.28%和43.85%極顯著上升至51.02%和63.25%(P<0.01)；繼續(xù)增大二者的含量，抑制率增長(zhǎng)趨勢(shì)均不顯著(P>0.05)；SDF含量為10～30 mg·mL-1時(shí)，未脫蛋白SDF抑制α-淀粉酶的效果極顯著優(yōu)于脫蛋白SDF(P<0.01).

圖3 脫蛋白和未脫蛋白石莼SDF對(duì)α-葡萄糖苷酶的抑制率Fig.3 Inhibitory effect of deproteinized and non-deproteinized SDF from U.lactuca on α-glucosidase

圖3、4 顯示，與脫蛋白SDF相比，未脫蛋白SDF對(duì)α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶有更強(qiáng)的抑制力，原因可能與其膨脹力和持水力較強(qiáng)有關(guān).表2顯示，脫蛋白SDF的膨脹力和持水力較強(qiáng)，其溶液的粘度更大，故能降低體系流動(dòng)性，減少酶與底物發(fā)生碰撞的機(jī)會(huì)，從而降低對(duì)α-葡萄糖苷酶的酶解效果[22]；另一方面，未脫蛋白SDF含有糖蛋白，而糖蛋白可能具有降血糖和降血脂等輔助功效[23]；此外，部分具有抑制α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶活性的糖單元可能在脫蛋白的過程中被脫除.因此，脫蛋白SDF對(duì)α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制活性降低.

3 小結(jié)

石莼SDF脫蛋白后，其水合性質(zhì)及對(duì)油脂的吸附力得到極顯著地提高(P<0.01)，脫蛋白和未脫蛋白SDF對(duì)飽和脂肪的吸附效果優(yōu)于對(duì)不飽和脂肪的吸附；在模擬腸道環(huán)境(pH為7)下，脫蛋白和未脫蛋白SDF對(duì)膽固醇的吸附力極顯著大于模擬胃環(huán)境(pH為2)下(P<0.01)，未脫蛋白SDF對(duì)膽固醇的吸附力極顯著大于脫蛋白SDF(P<0.01)；含量為30 mg·L-1時(shí)，脫蛋白和未脫蛋白SDF對(duì)α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制力存在明顯的量效關(guān)系，未脫蛋白SDF對(duì)兩種酶的抑制效果均極顯著優(yōu)于脫蛋白SDF(P<0.01).

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Physico-chemicalpropertyandhypoglycemiceffectinvitroofsolubledietaryfiberfromUlvalactuca

TANG Yuqing, Lü Feng, LIN Hailan, FU Lijuan

(College of Food Science, Fujian Agriculture and Foresty University, Fuzhou, Fujian 350002, China)

Ordinary and deproteinized soluble dietary fiber (SDF) fromUlvalactucaL. were compared in terms of hydration properties, adsorption capacity on water, oil and cholesterol, and hypoglycemic ability of inhibiting alpha glycosidase enzymes and alpha amylaseinvitro. The results showed hydration properties, oil adsorption capacityinvitroof deproteinized SDF were significantly (P<0.01) better than non-deproteinized sample due to differences on molecular space structure and chemical composition. While non-deproteinized SDF with low viscosity contained more glycoprotein to absorb cholesterol and regulate blood glucose level (P<0.01).

Ulvalactuca; soluble dietary fiber; deproteinization; physico-chemical property; hypoglycemic effectinvitro

2016-10-11

2017-10-11

海洋生物資源綜合加工及安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工程研究中心項(xiàng)目(612014043).

湯宇青(1990-)，女，碩士研究生.研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工.Email：377069338@qq.com.通訊作者呂峰(1964-)，女，教授，博士.研究方向：天然產(chǎn)物的綜合利用、農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程.Email：1245075427 @qq.com.

TS201.3

A

1671-5470(2017)06-0702-06

10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2017.06.017

(責(zé)任編輯:施曉棠)