陳良云，蔣琳蘭

(1.華南理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州510640;2.廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院藥劑科，廣東廣州510010)

膳食纖維是一種不能被人體的消化酶消化、也不被小腸吸收的以多糖為主體的高分子物質(zhì)的總稱，并被譽(yù)為21世紀(jì)食品工業(yè)中最受關(guān)注，具有特殊保健功能和食品改性作用的一種食品添加劑。隨著社會(huì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們?cè)谏攀辰Y(jié)構(gòu)中對(duì)高熱量、高蛋白和高脂肪食品和精細(xì)食品攝入量大大增加，肥胖癥、高血壓、高血脂、脂肪肝、糖尿病等現(xiàn)代“富貴病”越來(lái)越普遍。膳食纖維能夠平衡人體營(yíng)養(yǎng)，調(diào)節(jié)機(jī)體功能，被列為繼糖、蛋白質(zhì)、脂肪、水、礦物質(zhì)和維生素傳統(tǒng)的六大營(yíng)養(yǎng)素之后的“第七大營(yíng)養(yǎng)素”［1］。西番蓮(Passiflora edulis Sims)為西番蓮科西番蓮多年生藤本植物，別名百香果、雞蛋果，是著名的熱帶水果，有“果汁之王”的美譽(yù)。在我國(guó)臺(tái)灣、廣東、福建、海南、云南南部及四川攀西等地已有很長(zhǎng)的種植歷史，并形成了一定的商業(yè)規(guī)模，被譽(yù)為第三代新興果樹(shù)［2］。西番蓮在我國(guó)主要應(yīng)用于果汁加工工業(yè)，其種子往往作為廢棄物被加工廠丟棄，造成大量的資源浪費(fèi)［3］。本實(shí)驗(yàn)分別用酶法和化學(xué)法對(duì)西番蓮種子膳食纖維進(jìn)行提取、改性，并對(duì)其性質(zhì)進(jìn)行分析比較，以期為西番蓮種子和相關(guān)膳食纖維食品的研究開(kāi)發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫果西番蓮種子 采自于廣東省五華縣，來(lái)源穩(wěn)定;耐高溫α－淀粉酶、膽固醇 阿拉丁試劑公司;木瓜蛋白酶，800u/mg、淀粉葡萄糖苷酶 威佳科技，100u/mg，貨號(hào):1098923;2－N－嗎啉代－乙烷磺酸(MES)(超純級(jí))、三羥甲基氨基甲烷(Tris) 威佳科技;膽酸鈉 晶欣生物科技公司;檸檬酸 天津市福晨化學(xué)試劑廠;金福魚(yú)牌花生油 市售;豬油 自制;其他試劑均為市售分析純。

SX2箱式電爐 山海金滬電熱儀器聯(lián)營(yíng)廠;KPQ－1200型超聲波清洗器 廣州市科普超聲電子技術(shù)有限公司;SHZ－DⅢ循環(huán)水式真空泵 鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司;PHS－3D型pH計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司;KGN－102F自動(dòng)定氮儀 上海纖檢儀器有限公司;YPJ－337型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 北京萊伯泰科儀器有限公司;BP210S型分析天平 Sartorius公司;HH－2數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市富華儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 西番蓮種子膳食纖維的提取

1.2.1.1 化學(xué)法制備西番蓮種子膳食纖維 50g種子洗凈，干燥，粉碎，石油醚脫脂3 次(1∶40，mg/mL)，每次1h，回收石油醚，加入15倍體積的3%檸檬酸溶液，調(diào)節(jié) pH3.0，超聲提取 50min(40℃，1200W)，過(guò)濾，殘?jiān)?0℃堿溶1h，過(guò)濾合并2次濾液，濃縮后用4倍體積的95%乙醇室溫沉淀，干燥即得可溶性膳食纖維;濾渣用蒸餾水洗至中性，干燥即得不可溶性膳食纖維。

1.2.1.2 酶法制備西番蓮種子膳食纖維 按1.2.1.1進(jìn)行脫脂，加檸檬酸溶液超聲提取30min(40℃，1200W)，調(diào)節(jié)pH至中性，加入100μL耐高溫α－淀粉酶，于85℃水浴20min，冷卻至65℃，加入50mg/mL木瓜蛋白酶溶液1mL，65℃水浴30min，過(guò)濾，濾渣水洗至中性，干燥即得不可溶性膳食纖維;濾液濃縮后用4倍體積的95%乙醇沉淀，干燥后得可溶性膳食纖維。

1.2.2 膳食纖維的化學(xué)成分分析 灰分含量的測(cè)定:采用GB/T5009.4.2003灼燒稱量法;粗蛋白含量的測(cè)定:采用GB/T5009.5.2003凱氏定氮法;粗脂肪含量的測(cè)定:采用GB/T5009.6.2003索氏抽提法;膳食纖維含量的測(cè)定:采用AOAC991.43酶－重量法;水分含量的測(cè)定:采用GB 5009.3－2010直接干燥法。

1.2.3 膳食纖維物理性質(zhì)測(cè)定 膨脹力的測(cè)定參考文獻(xiàn)［4］;持水力的測(cè)定參考文獻(xiàn)［5］;結(jié)合水力的測(cè)定參考文獻(xiàn)［6］;脂肪結(jié)合能力的測(cè)定參考文獻(xiàn)［7］。

1.2.3.1 膽酸鹽體外吸附實(shí)驗(yàn)［8］膽酸鈉標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制:精確稱取膽酸鈉0.1000g，用蒸餾水溶解并定容至50mL，得到濃度為2mg/mL的對(duì)照液。準(zhǔn)確吸取0、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0mL 對(duì)照液至 10mL 容量瓶中，加蒸餾水至刻度得到濃度分別為0、0.2、0.4、0.8、1.2、1.6mg/mL的稀釋液。分別吸取lmL不同濃度的膽酸鈉稀釋液于10mL比色管中，分別加入6mL 45%硫酸，混勻后加入lmL 0.3%糠醛溶液，混勻，置于65℃恒溫水浴中反應(yīng)30min，冷卻至室溫，以0號(hào)管為參比，在620nm處測(cè)定吸光度，以膽酸鈉濃度為橫坐標(biāo)，吸光值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.3.2 膳食纖維吸附膽酸鈉能力的測(cè)定 準(zhǔn)確稱取1.00g樣品于250mL錐形瓶中，加入分別含0.05、0.10、0.15g膽酸鈉的 0.15mol/L NaCl溶液 100mL，用0.1mol/L HCl溶液調(diào)節(jié)pH7.0，37℃恒溫下電磁攪拌反應(yīng)2h，4000r/min離心20min，后移取1mL樣液測(cè)定其中的膽酸鈉的含量，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。根據(jù)反應(yīng)前后溶液中膽酸鈉的含量差異計(jì)算出樣品對(duì)膽酸鈉的吸附量。

1.2.3.3 膽固醇體外吸附實(shí)驗(yàn)［9］膽固醇標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制:分別精確吸取0.3mg/mL膽固醇標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00、0.05、0.16、0.32、0.48、0.64mL 于比色管中，加入冰乙酸至0.80mL，然后依次加入1mg/mL鄰苯二甲醛0.4mL及混合酸(濃硫酸∶冰乙酸=1∶1)8.0mL，靜置15min，于550nm處測(cè)定各標(biāo)準(zhǔn)管的吸光值。以吸光值為縱坐標(biāo)，膽固醇含量(μg)為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

樣品對(duì)膽固醇吸附能力測(cè)定:取市售鮮雞蛋蛋黃，加入9倍量的蒸餾水充分?jǐn)嚧蚧靹虺扇橐?。?.00g樣品于250mL的錐形瓶中，加入50mL稀釋蛋黃液，攪拌均勻，分別調(diào)節(jié)體系pH至2.0和7.0，置搖床中，37℃水浴振蕩4h，4000r/min離心30min，吸取0.1mL上清液，采用鄰苯二甲醛法在550nm測(cè)定膽固醇含量。

1.2.4 實(shí)驗(yàn)相關(guān)指標(biāo)計(jì)算 根據(jù)式(1)～式(2)計(jì)算各膳食纖維得率及膳食纖維凈產(chǎn)率:

1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

顯著性采用 SPSS 17.0 Independent－Samples T test進(jìn)行。圖表中同一列(行)字母a、b不同表示有顯著性差異，取顯著性水平p＜0.05，用“*”表示，取極顯著性水平p＜0.01，用“＊＊”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 膳食纖維得率和外觀形狀

由表1可知，制備工藝對(duì)膳食纖維的感官和得率影響較大:酶法制備的膳食纖維在粒徑分布和粗糙程度方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，它可以減小顆粒粒徑，使其顆粒分布均勻。其次，酶法制備的膳食纖維得率比化學(xué)法的高出10%，可溶性膳食纖維得率比后者高出53%，而可溶性膳食纖維含量是衡量膳食纖維品質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，這說(shuō)明酶法制備的膳食纖維具有較優(yōu)的品質(zhì)。

表1 兩種方法制備的種子膳食纖維外觀形態(tài)和得率比較Table 1 The comparison between two kinds of dietary fibers on appearance and yield

2.2 膳食纖維的化學(xué)組成分析

由表2看出，西番蓮種子膳食纖維含量豐富，是一種潛在的膳食纖維資源。酶法制備的產(chǎn)品蛋白含量比化學(xué)法的高出22.8%，這一方面可能是因?yàn)樗釅A對(duì)蛋白質(zhì)的變性程度更劇烈且選擇性小，而木瓜蛋白酶具有一定的專一性，另一方面由于蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中包裹著淀粉顆粒，淀粉高溫糊化，同時(shí)蛋白質(zhì)受熱后凝固，阻止蛋白酶與酶的反應(yīng)，使得蛋白質(zhì)去除不徹底［10］。而對(duì)于膳食纖維含量方面，酶法制備的樣品純度較高，其TDF含量為81.44%，而化學(xué)法的為74.71%。但結(jié)合得率因素來(lái)看，酶法所得的TDF和SDF的凈產(chǎn)率分別為60.31%、2.98%，而化學(xué)法的TDF和SDF的凈產(chǎn)率分別為50.21%、2.48%，由此可見(jiàn)酶法提取的膳食纖維凈產(chǎn)率明顯高于化學(xué)法的。這可能是因?yàn)闃悠方?jīng)過(guò)酸堿處理后，僅可保留20%的半纖維素，10%～40%的木質(zhì)素，50%～90%的纖維素，損失了大部分的可溶性膳食纖維和部分的不可溶性膳食纖維［11］。

表2 兩種方法制備膳食纖維的化學(xué)成分比較(g/100g)Table 2 The comparison of chemical constituents of the two kinds of dietary fibers(g/100g)

2.3 膨脹力的測(cè)定

由圖1可知，西番蓮種子膳食纖維具有較低的膨脹力，且隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，化學(xué)法制備的樣品的膨脹力明顯高于酶法的，且在4h時(shí)兩者的差異具有顯著性，這與之前的大多數(shù)報(bào)道不相一致。這可能是由于西番蓮種子脂肪含量過(guò)高，使更多的疏水性基團(tuán)暴露，使干燥后相同目數(shù)的纖維顆粒溶于水后能充分伸展產(chǎn)生更大的容積，表現(xiàn)為膨脹力的增大減小，而酸堿處理可以使這些親水基團(tuán)發(fā)生改變。

圖1 膨脹力的比較Fig.1 The comparison of swelling capacity

2.4 持水力測(cè)定

從圖2可以看出，酶法制備的膳食纖維比化學(xué)法的具有較好的持水力，可能一方面是因?yàn)樗懈叩目扇苄陨攀忱w維含量，另一方面可能是因?yàn)槊附饪梢允股攀忱w維結(jié)構(gòu)變得疏松，粒徑減小而均勻，顆粒的比表面積、表面能和孔隙率均增大，更多的纖維素和半纖維素轉(zhuǎn)化為可溶性成分，因而親水基團(tuán)暴露出來(lái)［12］。在24h時(shí)，酶法所得膳食纖維的持水力是2.87g/g，化學(xué)法制備的為2.06g/g，此時(shí)兩者具有顯著性差異，這說(shuō)明提取工藝對(duì)膳食纖維的持水力影響較大。

圖2 持水力的比較Fig.2 The comparison of water－h(huán)olding capacity

2.5 結(jié)合水力的測(cè)定

相對(duì)于化學(xué)法，酶法制備的膳食纖維的結(jié)合水力對(duì)時(shí)間較為敏感，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)有很大的提高。這一方面可能是因?yàn)槊阜ㄖ苽涞纳攀忱w維的顆粒粒徑較小，分子網(wǎng)格排列緊密，水分子不能迅速結(jié)合到親水基團(tuán)，而化學(xué)法在一定程度上破壞了分子微觀結(jié)構(gòu)，另一方面是因?yàn)槊阜ㄖ苽渖攀忱w維的可溶性膳食纖維和蛋白質(zhì)含量較高，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中含有更多的半乳糖醛酸等親水性基團(tuán)。由圖3所示，在4h時(shí)，化學(xué)法制備的膳食纖維結(jié)合水力為3.36g/g，酶法的是2.48g/g，隨著時(shí)間延長(zhǎng)到6h時(shí)，后者略高于前者。

圖3 結(jié)合水力的比較Fig.3 The comparison of water－bonding capacity

2.6 脂肪結(jié)合能力的測(cè)定

由圖4可知，不同方法制備的膳食纖維對(duì)不同脂肪酸的吸附能力具有較大差異:從總體上看，西番蓮種子膳食纖維對(duì)飽和脂肪酸的吸附力高出對(duì)不飽和脂肪酸的吸附力高達(dá)22%;對(duì)于不飽和脂肪酸吸附力而言，化學(xué)法提取的膳食纖維比酶法制備的膳食纖維高出近11%;而在飽和脂肪酸的吸附能力方面，酶法制備的膳食纖維較化學(xué)法制備的膳食纖維吸附力強(qiáng)，且差異具有顯著性。

2.7 膽酸鈉體外吸附實(shí)驗(yàn)

圖4 脂肪結(jié)合能力的比較Fig.4 The comparison of fat－bonding capacity

由圖5可知，膽酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液在0～1.6mg/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)與吸光度值線性關(guān)系良好。從圖6可以看出，西番蓮種子膳食纖維的膽酸鈉吸附能力高于已經(jīng)報(bào)道的多數(shù)膳食纖維。當(dāng)膽酸鈉濃度為0.05g/100mL時(shí)，酶法制備的膳食纖維的吸附量為17.52mg/g，化學(xué)法制備的膳食纖維吸附量為25.89mg/g，后者高出前者48%，且差異極具顯著性，這說(shuō)明提取方法對(duì)膽酸鈉濃度為0.05g/100mL時(shí)的膳食纖維吸附力影響明顯。隨著膽酸鈉濃度的提高，膳食纖維的吸附力發(fā)生一定的變化，當(dāng)膽酸鈉濃度為0.15g/100mL時(shí)，酶法制備的膳食纖維的吸附量為77.01mg/g，吸附力提高4倍多，化學(xué)法制備的膳食纖維吸附量為51.48mg/g，吸附力提高約2倍，前者高出50%，這說(shuō)明體系中膽酸鈉濃度也是影響膳食纖維吸附能力的一個(gè)重要影響因素。

圖5 膽酸鈉紫外吸收標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.5 The standard curve of the adsorption of sodium cholate

圖6 膽酸鈉吸附能力比較Fig.6 The comparison of sodium cholate adsorption

2.8 膽固醇體外吸附實(shí)驗(yàn)

由圖7～圖8可知:在中性條件下(模擬小腸的pH環(huán)境)，各膳食纖維對(duì)膽固醇的吸附力均高于酸性條件下(模擬胃的酸堿條件)的吸附能力，這與張寧等報(bào)道的大豆、小麥和水果膳食纖維相一致［13］。當(dāng)pH2時(shí)，酶法制備的膳食纖維吸附力為4.69mg/g，高出化學(xué)法13%;當(dāng)pH7時(shí)，化學(xué)法所得膳食纖維吸附力為7.47mg/g，略高于酶法的7.16mg/g，這說(shuō)明制備工藝對(duì)西番蓮種子膳食纖維的膽固醇吸附能力影響不明顯。

圖7 膽固醇紫外吸收標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.7 The standard curve of the adsorption of cholesterol

圖8 膽固醇吸附能力比較Fig.8 The comparison of cholesterol adsorption

3 結(jié)論

化學(xué)法方法簡(jiǎn)單，易操作，水解徹底;但非特異性，且需要高堿高酸的條件，對(duì)設(shè)備要求高;在去除雜質(zhì)的同時(shí)也對(duì)膳食纖維造成破壞，而且會(huì)污染環(huán)境;而酶法處理反應(yīng)條件溫和，專一性強(qiáng)，不會(huì)影響膳食纖維的產(chǎn)量和質(zhì)量，但要求嚴(yán)格的工藝條件且生產(chǎn)成本較高。本實(shí)驗(yàn)比較了兩種方法對(duì)制備西番蓮種子膳食纖維物化性質(zhì)的影響:

3.1 酶法制備的膳食纖維粒徑均勻，質(zhì)地細(xì)膩、柔軟，粗蛋白和脂肪含量較高;化學(xué)法制備出的樣品顆粒較大，較粗糙，灰分含量較高。

3.2 酶法提取膳食纖維的凈產(chǎn)率為60.31%，SDF凈產(chǎn)率為2.98%，化學(xué)法的分別為50.21%、2.48%，由此可見(jiàn)酶法制備的膳食纖維不僅產(chǎn)率較高，且SDF含量高。

3.3 兩種方法制備出的膳食纖維在物化性質(zhì)方面各具優(yōu)勢(shì):酶法制備的膳食纖維的持水力、飽和脂肪結(jié)合能力、膽酸鈉吸附能力都高于化學(xué)法的，而化學(xué)法制備的樣品在膨脹力、結(jié)合水力、不飽和脂肪酸結(jié)合力方面較有優(yōu)勢(shì)，在對(duì)膽固醇吸附能力上兩者差異不大。

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