紅松松仁膜衣膳食纖維的功能性質

王 超 徐紅艷,2,3 -,2,3 楊晰茗 - 鐘文杰 -

(1.延邊大學，吉林 延吉 133002；2.延邊大學食品研究中心，吉林 延吉 133002；3.吉林省長白山生物資源與健康產業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，吉林 延吉 133002)

紅松廣泛分布于中國東北、日本、韓國和俄羅斯[1]。紅松松仁膜衣是松仁外層附著的一層紅棕色薄皮，是松仁精深加工過程中的副產物[2]，對其生物活性成分及功能作用的相關研究罕見。課題組[3]前期研究發(fā)現(xiàn)紅松松仁膜衣含有黃酮、多酚和蛋白質等多種營養(yǎng)活性成分，具有較強的抗氧化作用。趙雅夢等[4]研究發(fā)現(xiàn)松仁膜衣中總膳食纖維含量達72.14%，具有較高的營養(yǎng)價值。

膳食纖維(Dietary fiber，DF)是植物來源的碳水化合物聚合物，在人體中擁有著不可替代的生理作用[5]。根據溶解度，可分為可溶性膳食纖維(SDF)和不溶性膳食纖維(IDF)[6]。SDF和IDF在人體中的生理作用不同，IDF可以增加人的糞便體積，減少便秘的風險，而SDF可以降低血清膽固醇含量，降低血液中的葡萄糖水平[7]。高膳食纖維飲食可以降低2型糖尿病、心血管疾病和結腸癌的風險[8]。為了增強膳食纖維的功能，已經開發(fā)了膳食纖維的化學、物理和生物改性方法[9]。酶解作用被認為是最有前途和最優(yōu)選的技術，具有高產物收率和低能量需求的優(yōu)點[10]。研究[11]表明，采用木聚糖酶對膳食纖維改性，能夠釋放阿拉伯木聚糖和阿魏酰低聚糖，具有多種生理活性作用，從而提高膳食纖維的功能性質。課題組[12]前期優(yōu)化了酶法改性紅松松仁膜衣膳食纖維的條件，發(fā)現(xiàn)木聚糖酶改性是一種合適的方法，并通過掃描電子顯微鏡、紅外光譜和X-射線衍射檢測發(fā)現(xiàn)，改性后膳食纖維表面疏松多孔、化學官能團變化、結晶區(qū)被破壞，預示木聚糖酶改性可能會改變了松仁膜衣膳食纖維的理化功能性質。

基于課題組的前期研究，試驗擬以紅松松仁膜衣為原料制備膳食纖維，采用木聚糖酶對其改性，比較研究紅松松仁膜衣SDF、IDF、MSDF、MIDF的葡萄糖吸附能力、膽固醇吸附能力、膽酸鈉吸附能力和葡萄糖透析延遲指數(shù)，通過比較體外功能性質，為紅松松仁膜衣膳食纖維體內功能作用的研究提供思路，并促進紅松松仁膜衣的精深加工及功能性食品開發(fā)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

紅松松仁膜衣：梅河口市實全土特產品有限公司；

高峰α-淀粉酶(≥4 000 U/g)、堿性蛋白酶(≥200 000 U/g)、木聚糖酶(≥6 000 U/g)：上海源葉生物技術有限公司；

鄰苯二甲醛、膽固醇、糠醛：分析純，北京博奧拓達科技有限公司；

無水乙醇、石油醚、氫氧化鈉、濃硫酸、冰乙酸、鹽酸、葡萄糖：分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

酸度計：PHS-3C型，上海儀電科學儀器股份有限公司；

離心機：Z400K型，德國Hermle公司；

電子天平：LT2002TS型，常熟市天量儀器有限責任公司；

冷凍干燥機：FD-1A-50型，北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；

分光光度計：U-3900型，日本日立公司。

1.2 方法

1.2.1 膳食纖維的制備 將紅松松仁膜衣粉碎過篩用淀粉酶、蛋白酶進行酶解，得到的沉淀即為IDF，上清液按1∶4 加入無水乙醇，置于4 ℃冰箱過夜，離心后得到的沉淀即為SDF，凍干后保存?zhèn)溆谩DF用木聚糖酶進行酶法改性，滅酶后離心得到的沉淀即為MIDF，上清液按1∶4 加無水乙醇，置于4 ℃冰箱過夜，離心后得到的沉淀即為MSDF，冷凍干燥后保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 膳食纖維對葡萄糖吸附能力的測定 根據周笑犁等[13]的方法，繪制葡萄糖標準曲線方程為：Y=1.194X+0.101 8，R2=0.994 0。按式(1)計算葡萄糖吸附能力。

(1)

式中：

ACG——葡萄糖吸附能力，mg/g；

m1——溶液中葡萄糖的質量，mg；

m2——上清液葡萄糖的質量，mg；

m——樣品質量，g。

1.2.3 膳食纖維對膽固醇吸附能力的測定 根據羅磊等[14]的方法，繪制膽固醇標準曲線為：Y=2.140 3X+0.217 8，R2=0.998 3。按式(2)計算膽固醇吸附能力。

(2)

式中：

ACC——膽固醇吸附能力，mg/g；

m1——吸附前溶液的膽固醇質量，mg；

m2——吸附后上清液中膽固醇質量，mg；

m——樣品質量，g。

1.2.4 膳食纖維對膽酸鈉吸附能力的測定 根據Chu等[15]的方法，繪制膽酸鈉標準曲線為：Y=1.539 6X+0.145 1，R2=0.993 7。按式(3)計算膽酸鈉吸附能力。

(3)

式中：

SCAC——膽酸鈉吸附能力，mg/g；

m1——吸附前溶液的膽酸鈉質量，mg；

m2——吸附后上清液中膽酸鈉質量，mg；

m——樣品質量，g。

1.2.5 膳食纖維葡萄糖透析延遲指數(shù)的測定 根據Daou等[16]的方法，繪制葡萄糖標準曲線為：Y=2.471 1X-0.003 2，R2=0.997 1。按式(4)計算葡萄糖透析延遲指數(shù)。

(4)

式中：

GDRI——葡萄糖透析延遲指數(shù)，%；

C——試樣溶液葡萄糖濃度，mg/mL；

Cd——試樣對照葡萄糖濃度，mg/mL；

C0——空白對照葡萄糖濃度，mg/mL。

1.3 數(shù)據分析

每個結果重復處理3次，數(shù)據使用WPS 2019進行整理和作圖，并采用SPSS 22.0軟件對數(shù)據進行分析。

2 結果與分析

2.1 膳食纖維對葡萄糖的吸附能力

膳食纖維具有抑制葡萄糖擴散的功效，可降低血液中葡萄糖的含量，有效控制血糖指數(shù)。由圖1、2可知，膳食纖維對葡萄糖吸附能力均隨葡萄糖濃度的增加而提高。MSDF的葡萄糖吸附能力較SDF有顯著提高(P<0.05)，且MIDF的葡萄糖吸附能力較IDF有極顯著提高(P<0.01)。黃冬云等[17]研究也表明木聚糖酶制備米糠膳食纖維能顯著增強其葡萄糖吸附能力。由此可見，通過對IDF改性所制得的膳食纖維，其葡萄糖吸附能力有顯著增強，其原因可能是細胞壁上的大分子被木聚糖酶降解，纖維結構變得疏松，孔隙增多且變大，小分子更容易進入內部，從而吸附更多的葡萄糖分子[16]。

2.2 膳食纖維對膽固醇的吸附能力

試驗測定了SDF、IDF、MSDF、MIDF在模擬胃環(huán)境(pH為2)和腸道環(huán)境(pH為7)條件下膽固醇的吸附能力，結果見圖3。在模擬胃環(huán)境中，改性使IDF、SDF膽固醇吸附能力均有所提高，且MSDF顯著高于SDF(P<0.05)，可達56.142 mg/g。在模擬腸道環(huán)境中，其改性前后的膽固醇吸附能力無明顯變化。梁志宏等[18]研究發(fā)現(xiàn)木聚糖酶和纖維素酶制備殘次裂棗膳食纖維的膽固醇吸附能力均顯著增強，而pH環(huán)境是影響膳食纖維膽固醇吸附的一個重要的因素。

相同濃度下，小寫字母不同表示差異性顯著(P<0.05)

相同濃度下，大寫字母不同表示差異極顯著(P<0.01)

同一pH下，SDF與MSDF比較，IDF與MIDF比較，小寫字母不同表示差異性顯著(P<0.05)

圖3 松仁膜衣膳食纖維的膽固醇吸附能力

Figure 3 Cholesterol adsorption capacity ofPinusKoraiensisnut coated-film dietary fiber

2.3 膳食纖維對膽酸鈉的吸附能力

膽汁酸主要存在于腸肝循環(huán)系統(tǒng)并通過再循環(huán)起一定的保護作用，從而調節(jié)人體代謝。膳食纖維通過吸附膽汁酸，可抑制膽汁酸的重吸收并排出體外以減少有害物質的產生，預防結腸癌。試驗測定了SDF、IDF、MSDF、MIDF膽酸鈉的吸附能力，結果見圖4。MSDF膽酸鈉的吸附量為51.31 mg/g；MIDF膽酸鈉的吸附量為60.73 mg/g，極顯著高于IDF(P<0.01)，是IDF的2.98倍。MIDF膽酸鈉吸附能力之所以極顯著提高，主要原因可能是酶法改性，改變了膳食纖維的內部結構，增強了膳食纖維的分子極性，提高了陽離子化程度，所以更易于與膽酸鹽的陰離子形成不同電性離子間的相互作用力，增強對膽酸鈉的吸附能力。試驗表明，木聚糖酶改性可增強膳食纖維的膽酸鈉吸附能力，使膳食纖維的利用率得到提高。孫杰等[19]研究發(fā)現(xiàn)高溫改性蓮蓬膳食纖維的膽酸鈉吸附能力顯著增強，改性后的膳食纖維表面結構疏松，使更多的親水基團暴露，于是表現(xiàn)出更大的膽固醇吸附容量，與試驗結果一致。

SDF與MSDF比較，IDF與MIDF比較，大寫字母不同表示差異極顯著(P<0.01)

圖4 松仁膜衣膳食纖維的膽酸鈉吸附能力

Figure 4 The sodium cholate adsorption capacity forPinusKoraiensisnut coated-film dietary fiber

2.4 膳食纖維的葡萄糖透析延遲指數(shù)測定

膳食纖維的葡萄糖透析延遲指數(shù)與SDF含量有關，SDF含量越高，葡萄糖透析延遲指數(shù)越高[20]。試驗測定了SDF、IDF、MSDF、MIDF的葡萄糖透析延遲指數(shù)，結果見圖5、6。

由圖5可知，SDF和MSDF的葡萄糖透析延遲指數(shù)隨時間的變化呈上升趨勢，在70 min時SDF的葡萄糖透析延遲指數(shù)可達29.64%，在60 min時MSDF的葡萄糖透析延遲指數(shù)達到19.57%。MSDF的葡萄糖透析延遲指數(shù)比SDF低的主要原因可能是酶法改性改變了膳食纖維的分子結構進而改變了分子間作用力，導致在不斷振搖的透析體系中，膳食纖維分子間作用力增強，使分子間相互聚集，減弱了與葡萄糖分子結合的能力。

由圖6可知，IDF和MIDF的葡萄糖透析延遲指數(shù)隨時間的變化呈上升趨勢，在50 min時IDF的葡萄糖透析延遲指數(shù)可達14.36%，MIDF的葡萄糖透析延遲指數(shù)高于IDF，且120 min時趨于穩(wěn)定，可達21.69%，較IDF顯著提高了6.84%(P<0.05)。黃清霞等[21]研究發(fā)現(xiàn)檸檬膳食纖維的葡萄糖透析延遲指數(shù)隨時間的增加呈增加趨勢，隨著透析時間的延長，對葡萄糖的吸附能力接近飽和，達到動態(tài)平衡，與試驗結果相似。

相同時間內，大寫字母不同表示差異極顯著(P<0.01)

相同時間內，大寫字母不同表示差異極顯著(P<0.01)，小寫字母不同表示差異性顯著(P<0.05)

圖6 葡萄糖透析延遲指數(shù)與時間的關系圖

Figure 6 The relationgship beteween GDRI and time

3 結論

試驗制備了紅松松仁膜衣膳食纖維并對其不溶性膳食纖維進行木聚糖酶酶法改性，且對改性前后膳食纖維功能性質進行比較。結果表明，MSDF的葡萄糖吸附能力較SDF有顯著提高，MIDF的葡萄糖吸附能力較IDF有極顯著提高；在對膽固醇吸附能力方面，模擬胃環(huán)境下，改性使IDF、SDF的膽固醇吸附能力均有所提高，且MSDF顯著高于SDF，可達56.14 mg/g；但在模擬小腸環(huán)境下，其改性前后的膽固醇吸附能力無明顯變化；在膽酸鈉吸附能力和葡萄糖透析延遲指數(shù)方面，改性可顯著提高IDF的膽酸鈉吸附能力和葡萄糖透析延遲指數(shù)，MIDF的膽酸鈉吸附量可達到IDF的近3倍。預示經木聚糖酶改性后的紅松松仁膜衣膳食纖維可能更具有促進腸道健康、控制血糖、降脂等功能。