蓮藕可溶性膳食纖維與多酚復(fù)合物的穩(wěn)定性及脂肪吸附活性研究

雷 丹， 李軍勝， 李書(shū)藝，3*， 祝振洲，3， 何靜仁，3

（1 武漢輕工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 武漢430023 2 湖北省農(nóng)產(chǎn)品加工與轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 武漢430023 3 武漢輕工大學(xué)硒科學(xué)與工程現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學(xué)院 武漢430023）

我國(guó)傳統(tǒng)膳食主要是植物性食物，然而，隨著經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的高速發(fā)展， 人民的生活水平不斷提高，飲食結(jié)構(gòu)和膳食水平發(fā)生改變，過(guò)量糖類、脂肪及蛋白質(zhì)的攝入及飲食的精細(xì)化導(dǎo)致高血糖、高血壓、肥胖等代謝疾病患病率顯著增高[1]。 隨著食品營(yíng)養(yǎng)學(xué)的發(fā)展，人們認(rèn)識(shí)到谷物、蔬菜和水果等食物中富含的膳食纖維雖不能被人體消化吸收， 但對(duì)人體有很好的保健作用并起到多種疾病的預(yù)防作用[2]。 膳食纖維被稱為“第七類營(yíng)養(yǎng)素”，具有很強(qiáng)的持水性、 膨脹性以及吸附有機(jī)分子和交換陽(yáng)離子等能力， 在人體健康中發(fā)揮著重要作用，如降低血漿膽固醇，改善血糖生成，控制體重，降血壓和預(yù)防心腦血管等疾病[3-5]。 蓮藕中含有豐富的膳食纖維（Dietary fiber， DF），藕皮、藕節(jié)中的DF 含量分別為21.14%和29.35%， 根據(jù)DF 的溶解性不同可將其分為水不溶性膳食纖維（Insoluble dietary fiber， IDF） 和水溶性纖維（Soluble dietary fiber， SDF）[6-8]。 食物中的IDF 具有顯著增加糞便體積和質(zhì)量， 促進(jìn)排便， 預(yù)防結(jié)腸癌的功能，而SDF 的持水力高，黏性大，能夠作為腸道微生物的基質(zhì)，調(diào)節(jié)腸道菌群，降低餐后血糖和吸附脂肪、膽固醇等，增加糞便中脂肪及膽固醇的排出量，促進(jìn)膽固醇轉(zhuǎn)化為膽酸，降低脂肪及膽固醇的吸收[9]。

Macagnan 等[10]發(fā)現(xiàn)攝入高含量的多酚會(huì)為機(jī)體帶來(lái)健康益處，這與多酚的降糖、改變腸道微生物、降血脂、抗腫瘤特性有關(guān)。 食物基質(zhì)中的部分酚類化合物可從胃腸道上部釋放出來(lái)， 直接被消化吸收，部分酚類化合物與SDF 結(jié)合通過(guò)胃腸道上部， 而這些未被小腸吸收的酚類化合物會(huì)在結(jié)腸中釋放[11-12]。酚類化合物可在一定程度上抑制脂質(zhì)的消化， 并在腸道內(nèi)吸附膽酸鹽和減少脂肪的吸收，使機(jī)體保持健康[13]。 研究表明蓮藕中主要的酚類化合物包括兒茶酚、沒(méi)食子酸、兒茶素、咖啡酸、香豆酸、白藜蘆醇、蘆丁、表兒茶素、綠原酸等，蓮藕膳食纖維與這些酚類化合物質(zhì)常以結(jié)合態(tài)存在， 可選擇含量較大且不同構(gòu)型的沒(méi)食子酸與兒茶素作為研究對(duì)象， 探究可溶性膳食纖維與多酚之間的相互作用及復(fù)合物的功能特性[14]。

多糖與多酚等分子在食品加工過(guò)程中容易發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，其非共價(jià)相互作用由氫鍵、靜電吸引力、范德華力、疏水相互作用的組合共同驅(qū)動(dòng)，改變多酚的功能特性，影響食品的感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[15]。 在體內(nèi)代謝中，多糖與多酚形成的復(fù)合物能夠改善多酚的性質(zhì)，如謝吉敏[16]利用環(huán)糊精衍生物包合多酚類物質(zhì)，提高了多酚的溶解度、穩(wěn)定性以及生物利用度。 Costa 等[17]評(píng)估了多酚物質(zhì)兒茶素、阿魏酸、咖啡酸分別與多糖類物質(zhì)纖維素、木聚糖間的相互作用，發(fā)現(xiàn)這兩種膳食纖維不會(huì)降低酚類化合物的生物適應(yīng)性， 且攝入適當(dāng)?shù)纳攀忱w維與多酚能夠顯著改善小鼠體內(nèi)高脂高血糖等癥狀。 盡管多糖與多酚相互作用會(huì)影響多酚的功能特性，然而關(guān)于SDF 與多酚相互作用對(duì)油脂吸附特性的影響鮮見(jiàn)報(bào)道。 本試驗(yàn)基于多酚與多糖的非共價(jià)相互作用，制備蓮藕SDF 與多酚的復(fù)合物，研究復(fù)合物對(duì)油脂、膽固醇吸附特性和陽(yáng)離子交換能力的影響， 以促進(jìn)蓮藕中活性資源的綜合利用，為SDF-多酚復(fù)合物在功能性食品中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蓮藕（品種為“鄂蓮五號(hào)”3735），武漢菱湖凈菜中心；沒(méi)食子酸（Gallic acid， GA）（純度95%）、兒茶素（Catechin， CC）（純度95%），上海源葉生物有限公司；花生油、豬油，購(gòu)買(mǎi)于武漢常青花園武商量販超市；膽酸鈉（分析純級(jí)），天津化工試劑集團(tuán)；所有的酸均為分析純級(jí)。

ME104E 萬(wàn)分之一電子分析天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；SHZ-82 恒溫?fù)u床， 國(guó)華儀器公司；T6 紫外分光光度計(jì)， 北京普析通用儀器公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 蓮藕中可溶性膳食纖維的提取 根據(jù)GB/T 5009.88-2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中膳食纖維的測(cè)定》中的方法提取蓮藕中的SDF。

1.2.2 可溶性膳食纖維與多酚復(fù)合物、 混合物的制備 取可溶性膳食纖維120 mg， 溶解于60 mL蒸餾水中，在80 ℃下磁力攪拌2 h 至完全溶解。冷卻至室溫后分別加入30 mL 1 mg/mL GA 和CC溶液， 混合均勻后將混合液轉(zhuǎn)入預(yù)先處理好的透析袋（截留尺寸為1 000 u）中，再將透析袋放入裝有500 mL 蒸餾水的燒杯中，控制反應(yīng)溫度，透析至吸附平衡，以透析袋外游離的GA 或CC 在波長(zhǎng)280 nm 處的吸光值恒定不變?yōu)槠胶饨K點(diǎn)[18]。 取出透析袋中溶液，經(jīng)醇沉、冷凍干燥得到SDF-GA 復(fù)合物/SDF-CC 復(fù)合物， 并用福林酚法測(cè)得復(fù)合物中的總酚含量。

物理混合物的制備方法如下： 按照醇沉干燥后得到的復(fù)合物中SDF 與GA 質(zhì)量比為69.4∶1。稱取SDF 與GA 粉末， 將二者的固體粉末混合均勻得到SDF 和GA 的物理混合物； 同樣方法制備SDF 與CC 質(zhì)量比為56.2∶1 的物理混合物。

1.2.3 復(fù)合物中酚類物質(zhì)穩(wěn)定性測(cè)定

1.2.3.1 熱穩(wěn)定試驗(yàn) 參考羊芹[19]的方法，改用蒸餾水配置一定質(zhì)量濃度的復(fù)合物樣品溶液（1 mg/mL），分別取0.5 mL 樣品溶液加入試管中避光，于20，30，40，50，60 ℃中水浴加熱處理，1 h 后測(cè)定其總酚含量。

1.2.3.2 pH 值穩(wěn)定性試驗(yàn) 分別配置pH 值為：2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，7.0 的磷酸緩沖液，再用不同pH 值的緩沖液溶解樣品， 制成質(zhì)量濃度為1 mg/mL 不同pH 值的樣品溶液， 裝入試管中避光，水浴恒溫（30 ℃）下，1 h 后測(cè)定其總酚含量。

1.2.4 復(fù)合物及混合物對(duì)油脂的吸附試驗(yàn)

1.2.4.1 飽和脂肪的吸附 采用王崇隊(duì)等[20]和陳亞非等[21]的試驗(yàn)方法，測(cè)定復(fù)合體對(duì)含油脂物質(zhì)的吸附量。準(zhǔn)確稱取5.000 g 樣品，置于燒杯中，加入飽和脂肪100 mL，攪拌均勻，加入pH 2.0 的鹽酸水溶液50 mL，于恒溫振蕩搖床37 ℃振蕩1 h，4 000 r/min 離心20 min，去上層油，濾紙吸干殘?jiān)坞x的脂肪，稱重。 油脂的吸附量按下式計(jì)算：

式中，Q——油脂的吸附量，g/g；m1——所用油的質(zhì)量，g；m2——游離油的質(zhì)量，g；m3——樣品的質(zhì)量，g。

1.2.4.2 不飽和脂肪的吸附試驗(yàn) 準(zhǔn)確稱取5.000 g 樣品， 置于燒杯中， 加入不飽和脂肪100 mL，攪拌均勻，加入pH 2 的鹽酸水溶液50 mL，于恒溫振蕩搖床37 ℃振蕩1 h，4 000 r/min 離心20 min，去上層油，濾紙吸干殘?jiān)坞x的脂肪，稱重。 計(jì)算公式如（1）式所示。

1.2.5 復(fù)合物及混合物對(duì)膽固醇的吸附試驗(yàn) 采用鄰苯二甲醛法比色法測(cè)定膽固醇含量。 取新鮮雞蛋蛋黃，用9 倍量蒸餾水充分?jǐn)嚧虺扇橐?，?zhǔn)確稱取0.500 g 樣品于50 mL 錐形瓶中，加入50 g 稀釋蛋黃，攪拌均勻，調(diào)pH 值至2.0（胃環(huán)境）或7.0（小腸環(huán)境），放置在37 ℃恒溫?fù)u床中震蕩2 h，4 000 r/min 離心20 min，取上清液0.04 mL，用蒸餾水補(bǔ)齊至0.4 mL， 加入1 mg/mL 鄰苯二甲醛溶液0.2 mL，混合酸（90%醋酸加等體積濃硫酸）4.0 mL，混勻后靜置10 min，在波長(zhǎng)550 nm 處比色測(cè)量吸光值[22-23]。 以膽固醇為標(biāo)準(zhǔn)品，按照相同方法測(cè)定吸光值，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線y=21.837x+0.0241，R2=0.9958。

1.2.6 復(fù)合物及混合物膽酸鹽的吸附試驗(yàn) 分別精確稱取各樣品0.2000 g 置于具塞試管中，加入1 mL 60%冰醋酸制備的1 mg/mL 膽酸鈉溶液，再分別加入新制的糠醛溶液1.0 mL， 冰水浴5 min，再加入13 mL 硫酸溶液 （硫酸50 mL+蒸餾水65 mL），混勻，在70 ℃水浴10 min，然后迅速冰水浴2 min 后于波長(zhǎng)605 nm 處測(cè)吸光值[21，24]。以膽酸鈉為標(biāo)準(zhǔn)品， 按照相同方法制備標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.308x+0.0668，R2=0.9956。

1.2.7 復(fù)合物及混合物的陽(yáng)離子交換試驗(yàn) 準(zhǔn)確稱取SDF 與多酚復(fù)合物樣品300 mg， 溶解于30 mL 0.01 mol/L HCl 溶液中，在4 ℃下過(guò)夜，用0.1 mol/L NaOH 滴定， 記錄NaOH 消耗體積和溶液pH 值變化，作VNaOH-pH 關(guān)系圖[24-25]。 以不加樣品的30 mL 0.01 mol/L HC1 溶液做空白。

1.3 數(shù)據(jù)分析

每組試驗(yàn)設(shè)置3 個(gè)平行，結(jié)果取平均值，采用Excel，Origin 9.0 作圖和SPSS 19.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，差異顯著水平P ＜0.05 與非常顯著P ＜0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合物中酚類物質(zhì)的穩(wěn)定性

2.1.1 溫度對(duì)熱穩(wěn)定性影響 如圖1 所示， 隨著溫度升高，復(fù)合物中的總酚含量逐漸降低。 在20～40 ℃范圍內(nèi)多酚含量變化不大， 溫度升高到40℃以上SDF-CC 復(fù)合物中酚類化合物含量迅速降低4.80%， 而SDF-GA 復(fù)合物中的酚類含量降低4.47%，這種酚類含量隨溫度變化的結(jié)果與李利華等[26]及矯馨瑤等[27]的結(jié)論一致。 SDF-CC 復(fù)合物中酚類化合物的含量比SDF-GA 復(fù)合物降低快，這是由于具有更多羥基數(shù)目的CC 比GA 在加熱情況下更容易氧化。鄭燕菲等[28]和趙玉等[29]發(fā)現(xiàn)多酚置于較高溫度環(huán)境下會(huì)發(fā)生裂解等反應(yīng)， 這是因?yàn)榫哂胁伙柡玩I的多酚類化合物會(huì)發(fā)生氧化聚合被降解，且羥基的數(shù)目與其還原性的強(qiáng)弱有關(guān)，酚羥基數(shù)目越多越易受熱氧化， 且溫度越高氧化發(fā)生越快，酚類含量損失越大。

圖1 不同溫度對(duì)復(fù)合物中酚類物質(zhì)的穩(wěn)定性影響Fig.1 Effect of different temperatures on the stability of phenolic compounds in complex

2.1.2 pH 值對(duì)復(fù)合物穩(wěn)定性的影響 如圖2 所示，在不同pH 值條件下，兩種復(fù)合物酚類化合物含量的變化表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)， 復(fù)合物中的酚類在較強(qiáng)的酸性環(huán)境下較為穩(wěn)定， 體系pH 值大于5.0 后復(fù)合物中的酚類含量降低較明顯，SDF-GA復(fù)合物總酚含量減少1.76%，SDF-CC 復(fù)合物中酚類含量降低1.17%。 這與高凝軒等[30]發(fā)現(xiàn)多酚在pH 2.0～3.0 范圍最為穩(wěn)定，pH 值大于5.0 以后多酚的保留率顯著降低結(jié)果一致。 兩種酚類化合物對(duì)于不同的pH 值溶液的穩(wěn)定性差異， 可能是負(fù)載的酚類CC 與GA 結(jié)構(gòu)中酚羥基數(shù)目多少與結(jié)構(gòu)的差異，另外由于多酚中含有大量的羥基，呈弱酸性，所以在酸性環(huán)境下較為穩(wěn)定。 席利莎等[31]在不同pH 值條件下對(duì)甘薯莖葉進(jìn)行加工， 發(fā)現(xiàn)甘薯莖葉中多酚的穩(wěn)定性在中性和弱酸性體系中較好。

圖2 不同pH 值對(duì)復(fù)合物中酚類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of different pH value on the stability of phenolic compounds in complex

2.2 復(fù)合物對(duì)油脂的吸附作用

改性可溶性膳食纖維在胃腸道內(nèi)黏性增大，膨脹后產(chǎn)生飽腹感可減少總能量的攝入， 吸附脂肪后延緩脂肪的消化吸收，抑制脂肪的攝入，從而達(dá)到降脂作用[32]。 復(fù)合物對(duì)油脂的吸附作用如圖3a 所示，SDF、SDF-GA 復(fù)合物、SDF-GA 物理混合物、SDF-CC 復(fù)合物及SDF-CC 物理混合物對(duì)飽和脂肪的吸附量分別為（1.20±0.15），（3.06±0.28），（1.61±0.23），（3.12±0.42）g/g 和（1.57±0.21）g/g；對(duì)不飽和脂肪的吸附量分別為（1.60±0.10），（5.92±0.19），（1.87±0.16），（7.52±0.46）g/g 和（1.96±0.16）g/g。 由結(jié)果可知， 兩復(fù)合物對(duì)油脂的吸附量明顯（P＜0.01）比SDF 大，而兩物理混合物對(duì)油脂的吸附效果與SDF 相比無(wú)明顯區(qū)別。 SDF-CC 復(fù)合物與SDF-GA 復(fù)合物對(duì)不飽和脂肪的吸附顯著強(qiáng)于飽和脂肪， 原因可能是復(fù)合物易與不飽和鍵中的氫原子相互吸引和結(jié)合。 在前期試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)復(fù)合物的粒徑小于混合物的粒徑， 且其對(duì)油脂的吸附量大小與粒徑大小有相關(guān)性， 這種由于復(fù)合物粒徑較小對(duì)脂肪的吸附量大的結(jié)果與Raghavendra等[33]的結(jié)論一致。 Raghavendra 等[33]發(fā)現(xiàn)椰子渣膳食纖維的粒度減小， 其水合性能及脂肪吸收能力反而增大，這是由于隨著粒度減小其表面積、總孔體積變大，導(dǎo)致其對(duì)脂肪的吸附容量變大。

圖3 復(fù)合物及混合物對(duì)不同脂肪酸的吸附能力Fig.3 Adsorption capacity of complex and mixture for different fatty acids

2.3 復(fù)合物對(duì)膽固醇的吸附作用

膳食纖維通過(guò)刺激血漿和肝臟中的膽固醇使其轉(zhuǎn)變成膽酸，并與膽酸結(jié)合防止其重吸收，進(jìn)而抑制膽固醇的合成，增加糞便中膽固醇的含量，從而降低體內(nèi)膽固醇[34-35]。 如圖4 所示，模擬環(huán)境溶液在pH 7.0 條件下，SDF、SDF-GA 復(fù)合物、SDFGA 混合物、SDF-CC 復(fù)合物及SDF-CC 混合物對(duì)膽固醇的吸附量分別為（7.05±0.19），（8.17±1.12），（8.73±0.02），（8.09±0.02）mg/g 和（6.23±0.05）mg/g，復(fù)合物對(duì)膽固醇的吸附效果極顯著高于SDF（P＜0.01）。 在pH 2.0 時(shí)對(duì)膽固醇的吸附量分別為（5.43±0.01），（6.25±0.02），（6.12±0.01），（5.03±0.01）mg/g 和（2.83±0.04）mg/g，這說(shuō)明不同多酚與SDF 之間相互作用會(huì)改變SDF 對(duì)膽固醇的吸附能力， 且復(fù)合物在中性條件下對(duì)膽固醇的吸附量比酸性條件下的高。周笑犁等[36]和楊振寰[37]發(fā)現(xiàn)可溶性膳食纖維對(duì)膽固醇的吸附能力與體系的酸堿性有較大的關(guān)系， 且在中性條件下膳食纖維對(duì)膽固醇的吸附量比在酸性條件大。

2.4 復(fù)合物對(duì)膽酸鹽吸附作用

膽酸鹽是指人體和動(dòng)物膽汁中由膽固醇衍生的具有甾核結(jié)構(gòu)的一類兩性大分子， 膽酸鹽被膳食纖維吸附排出體外， 從而對(duì)脂肪和膽固醇的消化吸收起重要作用[35，38]。 如圖5 所示，SDF 對(duì)膽酸鈉的吸附量最小，SDF-GA 復(fù)合物對(duì)膽酸鈉的吸附量高于SDF-GA 物理混合物（P＜0.05），而SDFCC 復(fù)合物對(duì)膽酸鈉的吸附作用與SDF-CC 物理混合物無(wú)明顯區(qū)別。結(jié)果表明，酚類的存在能顯著性提高SDF 對(duì)膽酸鈉的吸附作用，且吸附量大小與酚類化合物種類有關(guān)。 胡凱等[38]通過(guò)體外模擬不同茶葉結(jié)合膽酸鈉的試驗(yàn)， 發(fā)現(xiàn)茶多酚結(jié)合膽酸鹽的能力與茶多酚含量成正相關(guān)。 劉淑敏等[39]在模擬pH 值與尿素對(duì)膽酸鹽吸附試驗(yàn)中，同樣發(fā)現(xiàn)綠茶多酚是綠茶浸提液中結(jié)合膽酸鹽的功能成分，且主要相互作用力是靜電引力與氫鍵作用。

圖5 復(fù)合物及混合物對(duì)膽酸鹽的吸附能力Fig.5 Adsorption capacity of complex and mixture for cholate

2.5 復(fù)合物對(duì)陽(yáng)離子交換能力

陽(yáng)離子交換能力是膳食纖維維持腸道pH 值穩(wěn)定和保持離子濃度平衡的一種能力， 膳食纖維與酚類化合物的分子結(jié)構(gòu)帶有一些含有羧基和羥基的側(cè)鏈基團(tuán)， 側(cè)鏈基團(tuán)中的羧基和羥基可以與弱酸性陽(yáng)離子實(shí)現(xiàn)可逆交換[24，40]。 曲鵬宇等[3]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)曲線斜率越小表示SDF 的陽(yáng)離子交換能力越強(qiáng)。 如圖6a 所示，各組物質(zhì)對(duì)陽(yáng)離子的交換能力依次為SDF-GA 物理混合物>SDF-GA 復(fù)合物>SDF，圖6b 所示各組物質(zhì)對(duì)陽(yáng)離子的交換能力依次為SDF-CC 復(fù)合物>SDF-CC 物理混合物>SDF，表明酚類加入可以顯著提高SDF 的陽(yáng)離子交換能力。 這是因?yàn)镾DF 與酚類化合物之間相互作用以一定的方式連接改變了復(fù)合物的部分性質(zhì)，復(fù)合物比SDF 中維持溶液的pH 值的基團(tuán)多， 使得復(fù)合物維持溶液pH 值能力顯著高于SDF。

圖6 復(fù)合物及混合物的陽(yáng)離子交換能力Fig.6 Cation exchange capacity of complex and mixture

3 結(jié)論

通過(guò)體外模擬試驗(yàn)可知溫度、pH 值對(duì)蓮藕可溶性膳食纖維與多酚復(fù)合物的穩(wěn)定性有顯著影響，隨著溫度的不斷升高，復(fù)合物中多酚含量逐漸下降。 在極酸的環(huán)境條件下復(fù)合物中的多酚類物質(zhì)較穩(wěn)定， 隨著pH 值升高酚類物質(zhì)顯著性降低。另外，SDF 與酚類化合物之間的相互作用顯著增強(qiáng)了SDF 對(duì)油脂、膽固醇、膽酸鹽的吸附能力和陽(yáng)離子交換能力， 且復(fù)合物對(duì)不飽和油脂的吸附量強(qiáng)于飽和油脂。綜上可見(jiàn)，蓮藕可溶性膳食纖維與多酚間的相互作用在降脂、 降膽固醇等方面有積極的保健作用。