粒度大小對(duì)姜渣膳食纖維功能特性的影響

陸紅佳，袁進(jìn)文，游玉明

(重慶文理學(xué)院 林學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，重慶 402160)

生姜為姜科植物姜的根莖，是熱帶、亞熱帶地區(qū)的一種重要栽培植物，被世界廣泛用作調(diào)味植物和中藥材。我國(guó)是世界上姜科植株栽培面積最大、生產(chǎn)量最多的國(guó)家，出口貿(mào)易量占世界總量的70%以上，具有豐富的原料資源。姜渣是生姜加工的副產(chǎn)物，其中含有大量的膳食纖維，通常被當(dāng)作廢棄物丟棄或作為飼料簡(jiǎn)單加工，不僅造成資源的大量浪費(fèi)，還對(duì)環(huán)境造成了一定的污染[1]。但目前我國(guó)對(duì)生姜的利用還沒有得到足夠的重視，對(duì)其深度開發(fā)、綜合利用的研究甚少。因此，極有必要對(duì)其進(jìn)行更加深入的研究。

膳食纖維不被胃腸道消化吸收，也不能產(chǎn)生能量，研究發(fā)現(xiàn)膳食纖維具有重要的生理作用。在飲食中增加膳食纖維的攝入可以有效地改善腸道的吸收功能，預(yù)防結(jié)腸癌[2-4]，同時(shí)還具有降血脂、降血糖、抗氧化、促進(jìn)腸道蠕動(dòng)等功效[5-8]。但由于膳食纖維的韌性較強(qiáng)、口感較粗糙、生產(chǎn)利用率極低，從而導(dǎo)致了資源和功能成分的浪費(fèi)。而有研究表明，膳食纖維的功能特性與其粒度大小有著密切的關(guān)系，隨著膳食纖維粒度的減小，其功能特性有所提高[9,10]。關(guān)于姜渣膳食纖維粒度大小和功能特性之間關(guān)系的研究尚未見相關(guān)報(bào)道，那么對(duì)于不同粒度大小的姜渣膳食纖維，其功能特性是否會(huì)有同樣的變化趨勢(shì)，是值得研究的。本研究主要通過測(cè)定不同粒度姜渣膳食纖維對(duì)膽固醇和膽酸鈉的吸附性、陽(yáng)離子交換能力、葡萄糖束水能力、酶活性抑制力、DPPH·自由基清除能力等功能特性，分析對(duì)比粒度大小對(duì)其特性的影響，不僅可以提高姜渣的附加值，而且為姜渣膳食纖維在食品加工領(lǐng)域更好地發(fā)揮其功能作用提供理論基礎(chǔ)，對(duì)推動(dòng)我國(guó)農(nóng)副產(chǎn)品的綜合利用和應(yīng)用具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

姜渣膳食纖維：實(shí)驗(yàn)室自制；馬鈴薯淀粉：懷來隆晨食品有限公司；大豆油：成都糧油食品有限公司。

無(wú)水乙醇、氫氧化鈉、氯化鈉(均為分析純)：重慶川東化工有限公司；糠醛、硫酸鐵銨(均為分析純)：天津市大茂化學(xué)試劑廠；冰乙酸、蒽酮、鹽酸、過氧化氫、硫酸銅、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、硝酸銀、磷酸、胰脂肪酶、DPPH、硝酸銀、硫酸(均為分析純)：成都市科龍化工試劑廠；膽酸鈉、膽固醇：北京酷爾化學(xué)科技有限公司；α-淀粉酶(活性≥3700 U/g)：北京奧博星生物技術(shù)責(zé)任有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

RRH-25型高速多功能粉粹機(jī) 上海緣沃工貿(mào)有限公司；SB-2500DTDN 超聲波清洗機(jī) 寧波新芝生物科技股份有限公司；DGG-9246A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；TG16W高速離心機(jī) 長(zhǎng)沙平凡儀器儀表有限公司；Q/BKYY29-2000電熱恒溫水溫箱 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司；ZWY-240恒溫培養(yǎng)振蕩器 上海智城分析儀器制造有限公司；752型紫外可見分光光度計(jì) 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；79-1磁力加熱攪拌器 金壇市友聯(lián)儀器研究所；電子萬(wàn)用爐 天津市泰斯特有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 不同粒度姜渣膳食纖維的制備

將姜渣膳食纖維進(jìn)行粉碎處理，分別過60，80，100目的篩子，得到不同粒度的姜渣膳食纖維(dietary fiber, DF)，即姜渣DF-a、姜渣DF-b、姜渣DF-c。在測(cè)定時(shí)，以姜渣原料粉碎過60目篩作為對(duì)照組，即姜渣-a，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定。

1.3.2 不同粒度姜渣膳食纖維對(duì)膽固醇吸附性的測(cè)定[11]

膽固醇標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(1 mg/mL)：精準(zhǔn)稱取膽固醇100 mg，加入100 mL的容量瓶中，用冰乙酸定容；此液在2個(gè)月內(nèi)保持穩(wěn)定。

膽固醇標(biāo)準(zhǔn)常備液(100 μg/mL)：準(zhǔn)確吸取膽固醇標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液10 mL，加入100 mL的容量瓶中，用冰乙酸定容至100 mL，此液現(xiàn)配現(xiàn)用。

分別取膽固醇標(biāo)準(zhǔn)常備液0，0.5，1.0，1.5，2.0 mL置于10 mL試管中，加入冰乙酸使總體積達(dá)4 mL。吸取2 mL鐵礬顯色液沿管壁加入，混勻后置于570 nm波長(zhǎng)處測(cè)定其吸光度。繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，y=0.6800x-0.0018，R2=0.9948。

準(zhǔn)確稱取1.00 g待測(cè)樣品，分別放入含10 mL膽固醇標(biāo)準(zhǔn)常備液中，調(diào)節(jié)pH值分別為2.0(模擬人體胃部環(huán)境)和7.0(模擬人體腸道環(huán)境)，在37 ℃振蕩2 h，吸取上清液4 mL，沸水浴上蒸干后再分別加入無(wú)水乙醇4 mL和鐵礬顯色液2 mL，混合均勻，在570 nm處測(cè)定其吸光度，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算不同pH值下膽固醇的吸附性。

1.3.3 不同粒度姜渣膳食纖維對(duì)膽酸鈉吸附性的測(cè)定

分別準(zhǔn)確稱取0，10，20，40，60，80，100 mg的膽酸鈉置于50 mL容量瓶中，加蒸餾水定容至刻度線。吸取1 mL各濃度的標(biāo)準(zhǔn)膽酸鈉溶液于15 mL帶塞試管中，加入45%的硫酸6 mL，混勻后加入0.3%的糠醛1 mL，搖勻后置于恒溫水浴鍋中，65 ℃反應(yīng)30 min，取出并冷卻至室溫，在620 nm處測(cè)定其吸光度。繪制相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線，y=0.2212x+0.0125，R2=0.9817。

準(zhǔn)確稱取1.00 g待測(cè)樣品于帶塞的錐形瓶中，向其中加入2 mg/mL膽酸鈉溶液100 mL，在37 ℃下磁力攪拌2 h，以4000 r/min離心20 min后取上清液1 mL，加入6 mL濃度為45%的硫酸，混勻，加入1 mL濃度為0.3%的糠醛，混勻置于65 ℃恒溫水浴鍋中反應(yīng)30 min，冷卻至室溫后，于620 nm處測(cè)定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算膽酸鈉的吸附性。

1.3.4 不同粒度姜渣膳食纖維陽(yáng)離子交換能力的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取2.0 g待測(cè)樣品，置于裝有50 mL 0.1 mol/L HCl的燒杯中浸泡24 h，然后過濾并用蒸餾水沖洗，直到不含氯離子為止(用10%的硝酸銀溶液滴定濾液)，置于干燥器中備用。

準(zhǔn)確稱取0.25 g干燥后的濾渣于錐形瓶中，加入100 mL濃度為15%的NaCl溶液，攪拌均勻后，用0.1 mol/L的NaOH進(jìn)行滴定[12]，陽(yáng)離子交換能力計(jì)算公式如下：

CEC(mmol/kg)=C×V×1000/M。

式中：C為滴定所用 NaOH 的濃度，mol/L；V為滴定所消耗的NaOH的體積，mL；M為滴定所用酸化形式樣品的質(zhì)量，g。

在上述條件下每個(gè)實(shí)驗(yàn)做3次重復(fù)。

1.3.5 不同粒度姜渣膳食纖維酶活力抑制力的測(cè)定

1.3.5.1 α-淀粉酶活力抑制力的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取 1.00 g待測(cè)樣品置于40 g已糊化的馬鈴薯淀粉溶液(4%，W/V)中，調(diào)節(jié) pH為6.0，吸取0.3 mL 1% 的α-淀粉酶溶液加入其中，置于恒溫水浴鍋中， 于95 ℃水浴反應(yīng)1 h，然后取出，用離心機(jī)離心5 min(3000 r/min)，吸取上清液，用斐林試劑法測(cè)定其中還原糖的含量[13，14]。淀粉酶活力抑制力以還原糖減少量的百分比計(jì)。

α-淀粉酶活力抑制力(%)=(A-A1)/A。

式中：A為空白組未添加樣品反應(yīng)后還原糖含量，g/100 g；A1為添加樣品反應(yīng)后還原糖含量，g/100 g。

1.3.5.2 胰脂肪酶活力抑制力的測(cè)定

準(zhǔn)確稱取0.5 g待測(cè)樣品置于100 mL 錐形瓶中，吸取10 mL的大豆油加入其中，再量取50 mL磷酸鈉緩沖液(0.1 mol/L，pH 7.2)和 10 mL胰脂肪酶溶液分別加入其中，37 ℃磁力攪拌1 h，置于沸水浴中終止反應(yīng)。所釋放的游離脂肪酸的量用0.1 mol/L NaOH 滴定測(cè)得V1。產(chǎn)生的自由脂肪酸的量與對(duì)照組相比降低的百分率即為脂肪酶活力的抑制力。

胰脂肪酶活力抑制力(%)= (V-V1)×C×M/V×C×M。

式中：V為不加待測(cè)樣品時(shí)消耗 NaOH溶液的體積，mL；V1為滴定消耗NaOH 溶液的體積，mL；C為滴定用 NaOH 標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；M為自由脂肪酸的摩爾質(zhì)量，g/mol。

1.3.6 不同粒度姜渣膳食纖維對(duì)DPPH·自由基清除能力的測(cè)定[15]

用70%的乙醇配制濃度為80 g/L的待測(cè)樣品溶液，在比色管中依次加入2 mL樣品溶液和2 mL 0.2 mmol/L的DPPH乙醇溶液，混勻，避光反應(yīng)30 min。然后于517 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度A1；同時(shí)，將樣品溶液2 mL與無(wú)水乙醇2 mL混勻反應(yīng)后于517 nm處測(cè)定其吸光度A2；將2 mL DPPH乙醇溶液和2 mL 70%乙醇溶液混勻反應(yīng)后于517 nm處測(cè)定其吸光度A0。DPPH·自由基的清除率計(jì)算公式如下：

DPPH·清除率(%)=1-(A1-A2)/A0。

式中：A1為加入待測(cè)樣品溶液后的吸光度；A2為待測(cè)樣品溶液本底的吸光度；A0為空白對(duì)照液的吸光度。

1.4 數(shù)據(jù)處理

以上指標(biāo)均進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)SPSS 18.0進(jìn)行顯著性分析，P<0.05為有顯著性差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 粒度大小對(duì)姜渣膳食纖維膽固醇吸附性的影響

粒度大小對(duì)姜渣膳食纖維膽固醇吸附性的影響見圖1，膽固醇吸附性主要模擬了胃部環(huán)境pH為2和腸道環(huán)境pH為7。

圖1 粒度大小對(duì)姜渣膳食纖維膽固醇吸附性的影響Fig.1 Effects of particle size on the cholesterol adsorption of dietary fiber from ginger slag

注：不同小寫字母表示樣品間差異顯著(P<0.05)，下同。

由圖1可知，與姜渣原料對(duì)比，不同粒度的姜渣膳食纖維膽固醇吸附性均有不同程度的增加，說明膳食纖維具有較好的膽固醇吸附能力。通過對(duì)比不同粒度姜渣膳食纖維對(duì)膽固醇的吸附性可以看出，隨著姜渣膳食纖維粒度的減小，其對(duì)膽固醇的吸附能力呈逐漸增加的趨勢(shì)，其中粒度最小的姜渣DF-c的膽固醇吸附能力分別為7.27 mg/g(pH為2)和13.37 mg/g(pH為7)，說明粒度的減小可增加姜渣膳食纖維對(duì)膽固醇的吸附能力。膳食纖維對(duì)膽固醇的吸附性是其降血脂的作用機(jī)理之一，由于其對(duì)體內(nèi)膽固醇的吸附，使膽固醇可以隨糞便排出，從而降低體內(nèi)膽固醇的含量[16]，所以，對(duì)膽固醇吸附能力的增加，可間接說明其具有較好的降血脂功能。

2.2 粒度大小對(duì)姜渣膳食纖維膽酸鈉吸附性的影響

姜渣及不同粒度的姜渣膳食纖維對(duì)膽酸鈉的吸附性見圖2。

圖2 粒度大小對(duì)姜渣膳食纖維膽酸鈉吸附性的影響Fig.2 Effect of particle size on the sodium cholate adsorption of dietary fiber from ginger slag

由圖2可知，與姜渣-a對(duì)比，不同粒度姜渣膳食纖維的膽酸鈉吸附能力均有顯著性(P<0.05)增加。對(duì)比不同粒度姜渣膳食纖維對(duì)膽酸鈉的吸附性可以看出，姜渣DF-b的膽酸鈉吸附能力最強(qiáng)，其吸附量為7.29 mg/mL，其次是姜渣DF-c,其吸附量為6.61 mg/mL。隨著姜渣膳食纖維的粒度由60目減小至80目，其對(duì)膽酸鈉吸附能力呈逐漸增加的趨勢(shì)，而當(dāng)粒度減小到100目時(shí)，其膽酸鈉吸附能力有所降低，說明粒度的改變使得姜渣膳食纖維的吸附能力發(fā)生了變化。膽酸鈉在機(jī)體的小腸中被膳食纖維吸附，不能進(jìn)入肝腸循環(huán)，使得體內(nèi)膽汁酸不能被腸道重吸收，膽汁酸便隨糞便排出體外，從而降低體內(nèi)膽固醇含量。

2.3 粒度大小對(duì)姜渣膳食纖維陽(yáng)離子交換能力的影響

膳食纖維分子結(jié)構(gòu)中含有部分側(cè)鏈基團(tuán)，這些側(cè)鏈基團(tuán)因?yàn)閹в幸恍然桶被?，從而起到弱酸性?yáng)離子交換作用，可與陽(yáng)離子實(shí)現(xiàn)逆交換[17-19]。姜渣及不同粒度的姜渣膳食纖維陽(yáng)離子交換能力見圖3。

圖3 粒度大小對(duì)姜渣膳食纖維陽(yáng)離子交換能力的影響Fig.3 Effect of particle size on the cation exchange capacity of dietary fiber from ginger slag

由圖3可知，與姜渣-a相比，不同粒度的姜渣膳食纖維的陽(yáng)離子交換能力顯著增高。通過比較可以看出，隨著姜渣膳食纖維粒度的減小，其陽(yáng)離子交換能力依次增加，其中粒度最小的姜渣DF-c的陽(yáng)離子交換能力達(dá)到最高，為200.04 mmol/kg，可能是由于隨著姜渣膳食纖維粒度的減小，其表面暴露出許多陽(yáng)離子或糖醛酸結(jié)合位點(diǎn)。陽(yáng)離子交換能力的提高一方面能夠有效的抑制機(jī)體中膽固醇或脂肪的擴(kuò)散和吸收[20]，另一方面則有助于增加對(duì)重金屬的吸附，使其隨糞便排出[21]。

2.4 粒度大小對(duì)姜渣膳食纖維酶活力抑制力的影響

2.4.1 粒度大小對(duì)姜渣膳食纖維α-淀粉酶活力抑制力的影響

姜渣及不同粒度的姜渣膳食纖維對(duì)α-淀粉酶活力抑制能力的影響見圖4。

圖4 粒度大小對(duì)姜渣膳食纖維α-淀粉酶活力抑制力的影響Fig.4 Effect of particle size on the activity inhibitory of alpha-amylase of dietary fiber from ginger slag

由圖4可知，與姜渣-a相比，姜渣DF-a和姜渣DF-b對(duì)α-淀粉酶活力的抑制力顯著性(P<0.05)降低。而與不同粒度姜渣膳食纖維相比，隨著姜渣膳食纖維粒度的減小，其淀粉酶活力抑制力逐漸增強(qiáng)，其中姜渣DF-c對(duì)α-淀粉酶活力的抑制力最強(qiáng)，達(dá)到38.02%，同時(shí)其顯著性高于姜渣-a，說明粒度越小，姜渣膳食纖維對(duì)α-淀粉酶活力的抑制力越強(qiáng)。研究表明，α-淀粉酶抑制劑能有效抑制腸胃道中唾液和胰淀粉酶的活性，從而阻礙或者延緩機(jī)體對(duì)食物中所含碳水化合物的水解和消化，從而降低食物中淀粉糖類物質(zhì)的分解吸收，起到降低血脂、血糖的作用[22,23]。

2.4.2 粒度大小對(duì)姜渣膳食纖維胰脂肪酶活力抑制力的影響

胰脂肪酶是水解脂肪的重要酶類。不同粒度姜渣膳食纖維的脂肪酶活力抑制力見圖5。主要分析對(duì)比不同粒度的姜渣膳食纖維對(duì)胰脂肪酶活力的抑制作用。

圖5 粒度大小對(duì)姜渣膳食纖維胰脂肪酶活力抑制力的影響Fig.5 Effect of particle size on the inhibition activity of pancreatic lipase of dietary fiber from ginger slag

由圖5可知，與姜渣-a相比，姜渣膳食纖維對(duì)胰脂肪酶活力的抑制力顯著性增加(P<0.05)。不同粒度的膳食纖維對(duì)胰脂肪酶活力的抑制能力不同，隨著粒度的減小，抑制能力逐漸增強(qiáng)，其中姜渣DF-c對(duì)胰脂肪酶活力的抑制力最強(qiáng)，達(dá)到6.66%?？赡苁怯捎陔S著姜渣膳食纖維粒度的減小，其比表面積逐漸增大，表面暴露出許多酶活力抑制基團(tuán)，從而增強(qiáng)對(duì)酶活的抑制力。

2.5 粒度大小對(duì)姜渣膳食纖維的DPPH·自由基清除能力的影響

不同粒度姜渣膳食纖維對(duì)DPPH·自由基的清除能力見圖6。

圖6 粒度大小對(duì)姜渣膳食纖維的DPPH·自由基清除能力的影響Fig.6 Effect of different particle sizes of DPPH· radical scavenging capacity of dietary fiber from ginger slag

由圖6可知，在姜渣膳食纖維中，不同粒度的膳食纖維對(duì)DPPH·自由基的清除能力有所不同，隨著粒度的減小，其對(duì)DPPH·自由基的清除能力逐漸增強(qiáng)。與姜渣-a相比，姜渣DF-a和姜渣DF-b的DPPH·自由基清除能力顯著性(P<0.05)降低，而姜渣DF-c 的DPPH·自由基清除能力最強(qiáng)，可以達(dá)到87.05%。說明隨著姜渣粒度的減小，其對(duì)DPPH·自由基的清除能力呈逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)。DPPH·是一種很穩(wěn)定的氮中心的自由基，自由基是機(jī)體正常代謝的中間產(chǎn)物，具有較高的活性，過高的自由基導(dǎo)致生物膜結(jié)構(gòu)和功能破壞、蛋白質(zhì)降解與斷裂酶活性變化，加速人體的衰老。

3 結(jié)論

本研究以姜渣為原料，通過制備不同粒度姜渣膳食纖維，對(duì)比分析粒度大小對(duì)姜渣功能特性的影響，研究結(jié)果表明：與姜渣相比，姜渣膳食纖維具有較好的功能特性，且粒度的改變對(duì)姜渣膳食纖維的功能特性有一定的影響。其中隨著姜渣膳食纖維粒度的減小，其對(duì)膽固醇吸附性、陽(yáng)離子交換能力、酶活力抑制力及DPPH·自由基清除能力呈逐漸增加的趨勢(shì)，其中粒度最小的姜渣DF-c的膽固醇吸附能力分別為(7.27 mg/g)(pH為2)和13.37 mg/g(pH為7)，對(duì)α-淀粉酶活力的抑制力最強(qiáng)，達(dá)到38.02%；隨著粒度的減小，其對(duì)DPPH·自由基的清除能力逐漸增強(qiáng)，姜渣DF-c 的DPPH·自由基的清除能力最強(qiáng)，可以達(dá)到87.05%。說明隨著姜渣膳食纖維粒度的減小，其比表面積增大，同時(shí)暴露更多的極性基團(tuán)，使其功能特性得到一定的改善。因此，對(duì)于粒度大小與姜渣膳食纖維功能特性的研究，一方面可以擴(kuò)大姜渣的綜合利用途徑，增加其附加值；另一方面為其在食品中的應(yīng)用提供了理論參考。