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        機械加工方式及油脂對胡蘿卜中β-胡蘿卜素生物接近度的影響

        2014-03-08 05:39:55樊金玲宋會娟孫玉宇張金迪朱文學(xué)
        食品科學(xué) 2014年15期
        關(guān)鍵詞:化率胡蘿卜素機械加工

        樊金玲,宋會娟,孫玉宇,張金迪,朱文學(xué),*

        (1.河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,河南 洛陽 471023;2.洛陽理工學(xué)院環(huán)境工程與化學(xué)系,河南 洛陽 471023)

        機械加工方式及油脂對胡蘿卜中β-胡蘿卜素生物接近度的影響

        樊金玲1,宋會娟1,孫玉宇2,張金迪1,朱文學(xué)1,*

        (1.河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,河南 洛陽 471023;2.洛陽理工學(xué)院環(huán)境工程與化學(xué)系,河南 洛陽 471023)

        研究不同機械加工方式(1 mm×1 mm×1 mm切丁、2 mm×2 mm× 2 mm切丁、打漿)和油脂(添加量 0%、3%、5%、10%)對β-胡蘿卜素生物接近度的影響。采用高效液相色譜法(high performance liquid chromatography,HPLC)測定β-胡蘿卜素濃度,采用靜態(tài)體外消化法、以釋放率和膠束化率為指標評估β-胡蘿卜素生物接近度。結(jié)果表明:3 種機械加工處理的胡蘿卜在相同油脂添加量條件下,β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率由大至小的排序均為:打漿處理(釋放率為2.069%~32.565%,膠束化率為0.324%~1.999%)、切丁1 mm×1 mm×1 mm(釋放率為1.088%~6.162%,膠束化率為0.226%~0.911%)和2 mm×2 mm×2 mm(釋放率為0.335%~4.102%,膠束化率為0.109%~0.242%);不同油脂添加量均提高了胡蘿卜中β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率,且油脂添加量分別與釋放率和膠束化率均呈線性關(guān)系,但是提高幅度因機械加工方式不同而異:10%油脂添加量與無油脂添加相比,打漿處理的釋放率提高了約15倍,膠束化率提高了約5倍,1 mm×1 mm×1 mm胡蘿卜丁的釋放率和膠 束化率分別提高了約5 倍、3 倍, 2 mm×2 mm×2 mm胡蘿卜丁的釋放率和膠束化率則分別提高了11倍、1 倍。

        胡蘿卜;β-胡蘿卜素;機械加工;膳食油脂;體外消化法;生物接近度

        胡蘿卜中胡蘿卜素的含量很高,主要為β-胡蘿卜素,其次為α-胡蘿卜素,含量分別為46.0~130.0、5.3~51.6 μg/g[1]。α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素是人類食物中85%~97% VA活性的來源,具有抗癌、預(yù)防心血管疾病等多種功能,可防止老化和衰老引起的多種退化性疾病。但其在人體的利用率很低,僅為純品的21%。類胡蘿卜素的生物利用過程分為4 個步驟:從食品基質(zhì)中釋放、小腸內(nèi)脂質(zhì)微粒(膠束)的形成、小腸黏膜細胞的吸收、被轉(zhuǎn)運至門脈及淋巴循環(huán)及在肝臟中轉(zhuǎn)為VA或被貯存[2]。胡蘿卜中β-胡蘿卜素定位于細胞有色體的類囊體膜上,只有在食物的加工以及咀嚼等過程中細胞壁及膜等結(jié)構(gòu)被破壞,β-胡蘿卜素從食物中釋放出來后才能被人體吸收[3-4]。生物接近度用于描述其從食品基質(zhì)中釋放到胃腸道以及被包被在脂質(zhì)微粒中程度。

        食物的加工制備過程影響其生物接近度,由于新鮮胡蘿卜中的β-胡蘿卜素的生物利用率僅為純品的21%,因此,加工方式對其生物接近度的影響顯得尤為重要。已有文獻報道了熱處理、高壓處理等加工方法對胡蘿卜中的β-胡蘿卜素生物接近度的影響,但也許是由于原料狀態(tài)(汁、塊、條、片等)、處理參數(shù)的差異(溫度、時間、壓力等)等原因,已有的研究結(jié)果彼此矛盾。例如:Tydeman等[3]報道了蒸汽加熱和沸水處理(100 ℃、20 min,胡蘿卜片)使胡蘿卜的細胞彼此分離(擦成絲狀),從而造成β-胡蘿卜素的膠囊包埋效應(yīng),使得其生物接近度下降,而Knockaert等[5]的研究則表明沸水處理(70℃、2 min;90℃、10 min)使β-胡蘿卜素的生物接近度提高了1.4~1.5 倍(切成片狀)。

        類胡蘿卜素是一種脂溶性營養(yǎng)素,通常認為油脂能促進類胡蘿卜素的吸收利用,這是因為一方面油脂提供了一個疏水區(qū)域,在消化過程中使胡蘿卜素溶于其中,促進其轉(zhuǎn)運到脂質(zhì)微粒中;另一方面,油脂可促進膽鹽和胰脂酶的分泌,有利于脂質(zhì)膠束的形成,從而增加小腸細胞的吸收[6-8]。如de Jesus Ornelas-Paz 等[9]研究表明:在不同成熟度(早期、中期、完全成熟)的芒果中加入雞肉,膠束化率分別增加了25.7%、114.4%和231.1%,Hornero-Méndez等[10]在胡蘿卜渣(切碎)中加入油脂(5%、10%橄欖油),膠束化率隨油脂添加量的增加而增加,但是與此同時,也有研究報道了油脂對生物接近度無顯著影響,如Knockaert等[6]研究表明:在胡蘿卜泥高壓均質(zhì)處理前加入油脂(5%橄欖油),對β-胡蘿卜素的釋放率無顯著影響,F(xiàn)leshman等[11]的研究表明:添加2.5%~3%油脂對甜瓜β-胡蘿卜素的膠束化率無顯著影響。

        本實驗采用靜態(tài)體外消化法,以釋放率和膠束化率為指標評估β-胡蘿卜素生物接近度,研究了不同機械加工方式(1 mm×1 mm×1 mm切丁、2 mm×2 mm×2 mm切丁、打漿)和油脂(添加量0%、3%、5%、10%)對β-胡蘿卜素生物接近度的影響。本研究對于選擇胡蘿卜合適的加工方式、有效提高β-胡蘿卜素生物利用率具有重要的指導(dǎo)意義。

        1 材料與方法

        1.1 材料與試劑

        胡蘿卜購于當?shù)爻?;食用調(diào)和油(食品級) 中糧北海糧油工業(yè)有限公司。

        正己烷(分析純) 天津大茂化學(xué)試劑廠;丙酮(分析純) 洛陽昊華化學(xué)試劑廠;無水乙醇(分析純) 天津德恩化學(xué)試劑廠;胃蛋白酶、胰酶、膽鹽(均為生化級)、β-胡蘿卜素標準品(純度98%) 美國Sigma公司。

        1.2 儀器與設(shè)備

        FA1004 型分析天平 上海上平儀器公司;LGL-18C型高速臺式離心機 上海安亭科學(xué)儀器廠;NPW-12型水浴氮吹儀 合肥艾本科學(xué)儀器有限公司;1260高效液相色譜儀 美國安捷倫公司;PHS-3C pH計 上海宇隆儀器有限公司。

        1.3 方法

        1.3.1 樣品處理

        切丁:胡蘿卜→清洗→削皮→切?。? mm× 1 mm×1 mm、2 mm×2 mm×2 mm);打漿:胡蘿卜→清洗→削皮→家用打漿機打打成泥漿狀。

        為了研究油脂對β-胡蘿卜素生物接近度的影響,在部分樣品中加入3%、5%、10%的食用油。

        1.3.2 體外消化法

        [8,10,12],做適當修改。將10 g樣品、15 mL電解質(zhì)溶液(50 mmol/L NaCl、14 mmol/L KCl、3.5 mmol/L KH2PO4、10 mmol/L CaCl2·2H2O、3.6 mmol/L MgCl2·6H2O)放入150 mL三角瓶中,用1 mol/L HCl調(diào)節(jié)pH值至2.00±0.05,加2 mL胃蛋白酶(50.25 mg/mL,胃蛋白酶溶于0.1 mol/L HCl)封口放入搖床,于37 ℃、95 r/min消化1 h。取出三角瓶,用1 mol/L NaHCO3調(diào)節(jié)pH值至6.90±0.05,加入9 mL膽鹽-胰酶液(31.13、5 mg/mL;膽鹽、胰酶溶于0.1 mol/L NaHCO3)封口放入搖床于37 ℃、95 r/min消化2 h。消化結(jié)束后,于5 000×g離心10 min得到上清液,用于分析β-胡蘿卜素從食物中釋放出來的程度(釋放率),按式(1)計算釋放率;上清液過0.22 μm濾膜得到膠束,用于分析β-胡蘿卜素可能被小腸吸收的程度(膠束化率),按式(2)計算膠束化率。酶液和樣品需實驗當天準備,每個樣品重復(fù)3次。

        式中:m1為上清液中β-胡蘿卜素的含量/(μg/g);m2為膠束中β-胡蘿卜素的含量/(μg/g);m3為胡蘿卜中β-胡蘿卜素的含量/(μg/g)。

        1.3.3 β-胡蘿卜素的萃取

        稱1 g鮮胡蘿卜樣品于研缽中,放入少量石英砂,用50 mL萃取劑(正己烷、乙醇、丙酮體積比50∶25∶25)分數(shù)次研磨提取,直到萃取劑和渣為無色。合并萃取液,加入15 mL蒸餾水和1 g CaCl2·2H2O,振蕩,避光靜止分層;取分層后的上層有機相,待測。

        在上清液或膠束中加入等體積萃取劑,輕微振蕩,避光靜止分層;重復(fù)2 次,合并分層后的有機相;用氮吹儀吹干后定容,待測。

        1.3.4 β-胡蘿卜素的測定

        采用高效液相色譜外標法定量測定待測樣品液中β-胡蘿卜素含量。

        高效液相色譜法(high performance liquid chromatography,HPLC)條件:色譜柱:ZORBAX SBC18;柱溫:25 ℃;流速:1.2 mL/min;進樣量:10 μL;流動相A:甲醇,流動相B:乙酸乙酯;線性梯度洗脫:0~15 min,90%~85% A,15~30 min,85%~70% A;檢測器波長范圍:190~550 nm;檢測波長:450 nm,胡蘿卜中β-胡蘿卜素的色譜圖和光譜圖分別見圖1、2。

        圖1 胡蘿卜中類胡蘿卜素提取物的HPLC圖(450 nm)Fig.1 HPLC chromatogram of carotenoids extracted from carrots (450 nm)

        圖2 胡蘿卜中β-胡蘿卜素的紫外-可見光譜圖Fig.2 UV-visible absorption spectrum of β-carotene in carrots

        標準曲線制作:精密稱取β-胡蘿卜素標準品5 mg,溶于25 mL二氯甲烷中,得到β-胡蘿卜素標準品儲備液(質(zhì)量濃度為200 μg/mL)。用流動相將儲備液分別稀釋為質(zhì)量濃度2、4、10、20、40、100 μg/mL的標準品使用液,進行HPLC檢測。以峰面積為縱坐標,以溶液質(zhì)量濃度為橫坐標,進行線性回歸,得到標準曲線方程為y=79.526x+13.980,R2=0.999。

        樣品中β-胡蘿卜素的含量測定:取待測樣品過0.45 μm濾膜,進行HPLC分析。通過標準曲線測得樣品中β-胡蘿卜素質(zhì)量濃度,并計算胡蘿卜、上清液和膠束中β-胡蘿卜素的含量。

        1.4 統(tǒng)計分析

        用DPS3.01數(shù)據(jù)處理軟件,對不同樣品的釋放率和膠束化率進行0.01水平上的單因素試驗統(tǒng)計分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 機械加工方式對β-胡蘿卜素生物接近度的影響

        圖3 不同加工方式對β-胡蘿卜素釋放率的影響Fig.3 Effect of different mechanical processing methods on β-carotene bioaccessibility in the supernatant phase

        由圖3可知,在同一油脂添加量條件下,打漿處理胡蘿卜中β-胡蘿卜素的釋放率都顯著高于切丁處理(1 mm×1 mm×1 mm、2 mm×2 mm×2 mm)。在未加油脂時,打漿處理的釋放率為2.069%,約為1 mm×1 mm×1 mm切丁處理的2倍,約為2 mm×2 mm×2 mm切丁處理的6 倍;油脂添加量為10%時,打漿處理的釋放率為32.565%,分別約為1 mm×1 mm×1 mm、2 mm×2 mm×2 mm切丁處理的5.2、7.9倍。同時,未加油脂和油脂添加量添加10%時,切丁1 mm×1 mm×1 mm的釋放率顯著高于2 mm×2 mm×2 mm,添加3%和5%油脂條件下,兩種切丁處理的釋放率差異不顯著。

        由圖4可知,在同一油脂添加量條件下,3種處理方式后β-胡蘿卜素的膠束化率之間的差異均顯著,膠束化率從大至小的順序為打漿處理、1 mm×1 mm×1 mm切丁、2 mm×2 mm×2 mm切丁。未加油脂時,打漿處理的膠束化率(0.324%)約為1 mm×1 mm×1 mm切丁處理的1.4倍,約為2 mm×2 mm×2 mm切丁處理的3倍。

        圖4 不同機械加工方式對β-胡蘿卜素膠束化率的影響Fig.4 Effect of different mechanical processing methods on β-carotene bioaccessibility in the micellar phase

        從上述分析可看出,胡蘿卜中β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率都隨胡蘿卜細胞的破碎程度的增大而增大,即β-胡蘿卜素的生物接近度隨細胞破碎程度的增大而增大。這與β-胡蘿卜素在胡蘿卜中的存在位置和物理狀態(tài)有關(guān)。在鮮胡蘿卜中,β-胡蘿卜素以晶體狀態(tài)存在于細胞(被細胞壁,細胞膜包圍)有色體(雙分子層)的類囊體膜上[6],在機械處理過程中,細胞壁、細胞膜、類囊體膜被破壞,從而使β-胡蘿卜素釋放至消化液中。打漿處理相對于切分處理,細胞被破壞的程度高、被破壞細胞的數(shù)量多,因此,β-胡蘿卜素釋放至消化液中的數(shù)量就多(釋放率高),被膠束包被的數(shù)量也隨之增加(膠束化率高)。Tydeman等[4]研究則表明:在人體內(nèi)消化過程中,消化液僅使被消化胡蘿卜的外層細胞壁略微腫脹,多數(shù)細胞在消化后仍保持完整的細胞結(jié)構(gòu),阻礙了β-胡蘿卜素從類囊體膜向消化液中的釋放。因此,機械加工方式對于β-胡蘿卜素的生物接近度的影響至關(guān)重要。

        目前,多數(shù)采用靜態(tài)體外消化法測定β-胡蘿卜素的生物接近度的報道中,研究者更注重體外消化條件對人體胃腸道的模擬,只有少數(shù)研究者注意到對人體口腔咀嚼作用的模擬,樣品的前處理方式也有較大差異。從本實驗的研究結(jié)果可推測,口腔咀嚼和樣品的前處理方式對于測定結(jié)果將有極大影響,這也是導(dǎo)致研究結(jié)果差異較大,有時甚至相互矛盾的一個重要原因。

        2.2 油脂添加量對β-胡蘿卜素生物接近度的影響

        圖5 不同油脂添加量對β-胡蘿卜素釋放率的影響Fig.5 Effect of amount of oil added on β-carotene bioaccessibility in the supernatant phase

        圖6 不同油脂添加量對β-胡蘿卜素膠束化率的影響Fig.6 Effect of amount of oil added on β-carotene bioaccessibility in the micellar phase

        表1 1β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率隨油脂添加量變化的線性回歸方程Table 1 Linear regression equations ofβ-carotene in supernatant and micellar phases as a function of amount of oil added

        圖5、6為不同油脂添加量對胡蘿卜中β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率的影響,表1為不同粒度胡蘿卜中β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率與油脂添加量間的回歸方程和相關(guān)系數(shù),油脂添加量選擇在正常膳食中油脂含量范圍內(nèi)(10%以下)[6,10-11]。由圖5、6和表1可知,不同油脂添加量均提高了3種粒度不同的胡蘿卜中β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率,且釋放率和膠束化率均隨油脂添加量的增加呈線性增長趨勢,釋放率、膠束化率與油脂添加量線性回歸方程的R2均大于0.88(表1);但不同胡蘿卜粒度中β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率的增長幅度有較大差異,表現(xiàn)為線性回歸方程的斜率顯著不同,增長幅度由大至小的順序為:打漿處理、1 mm×1 mm×1 mm切丁、2 mm×2 mm×2 mm切丁。如油脂添加量從0%~10%時,打漿處理β-胡蘿卜素的釋放率由2.069%增至32.565% ,膠束化率由0.324%增長至1.999%,分別增長了約15、5倍,而1 mm×1 mm×1 mm、2 mm×2 mm×2 mm的釋放率分別增長了約5、11倍,膠束化率分別增長了3、1倍。差異顯著性分析表明,同一種機械加工方式下,10%油脂添加量條件下的釋放率和膠束化率都顯著高于其他油脂添加量(0%、3%和5%);3%、5%油脂添加量條件下的釋放率和膠束化率都顯著高于無油脂添加,但二者之間差異不顯著(打漿時的釋放率除外)。

        類胡蘿卜素是一種脂溶性營養(yǎng)素,目前通常認為膳食油脂一方面提供了一個疏水區(qū)域,在消化過程中使類胡蘿卜素溶于其中,促進其轉(zhuǎn)運到脂質(zhì)微粒中,從而更利于小腸細胞的吸收;另一方面,油脂可促進膽鹽和胰脂酶的分泌,從而有利于脂質(zhì)膠束的形成,增加小腸細胞的吸收[6,8]。例如,Homero-Mendez 等[10]的研究表明在胡蘿卜烹調(diào)過程中或鮮胡蘿卜消化前加入橄欖油(添加量5、10%)均有利于類胡蘿卜素的膠束化率的提高;de Jesus Ornelas-Paz等[9]的研究表明加入雞肉可促進不同成熟度的芒果泥中的β-胡蘿卜素的膠束化率。但也有不同的研究結(jié)論出現(xiàn),如Knockaert等[6]研究表明:在胡蘿卜泥高壓均質(zhì)處理前加入油脂(5%橄欖油),對β-胡蘿卜素的釋放率無顯著影響;Schweiggert等[12]的研究表明:添加2.5%~3%油脂對甜瓜β-胡蘿卜素的膠束化率無顯著影響。本實驗結(jié)果支持前一結(jié)論,即油脂提高了β-胡蘿卜素的生物接近度。同時實驗結(jié)果表明,不同機械處理的胡蘿卜,油脂提高β-胡蘿卜素生物接近度的程度有所不同,提高程度由大至小的順序依次為漿狀、1 mm×1 mm×1 mm切丁、2 mm×2 mm×2 mm切丁。機械加工使胡蘿卜的粒度越小,細胞破壞程度越大,使更多定位于細胞類囊體膜上β-胡蘿卜素有機會接觸到油脂,并溶于其中,從而使釋放率增加的比例增大;進而使得其向膠束中轉(zhuǎn)移的推動力增大,膠束化率增加的比例也因此提高。

        2.3 釋放率與膠束化率的關(guān)系

        圖7 釋放率和膠束化率的關(guān)系Fig.7 Relationship of β-carotene in the supernatant and micellar phases

        由圖7可知,釋放率與膠束化率間成良好的線性關(guān)系,即膠束化率隨釋放率的增加而增加。

        3 結(jié) 論

        機械加工方式和油脂對胡蘿卜中β-胡蘿卜素的生物接近度影響顯著。機械加工處理對胡蘿卜細胞的破碎程度越大、油脂添加量越高,β-胡蘿卜素的生物接近度越高;且隨細胞破碎程度的增加,油脂對β-胡蘿卜素生物接近度提高的幅度也隨之增加。

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        Effect of Mechanical Processing and Dietary Lipids on β-Carotene Bioaccessibility of Carrots

        FAN Jin-ling1, SONG Hui-juan1, SUN Yu-yu2, ZHANG Jin-di1, ZHU Wen-xue1,*
        (1. College of Food and Bioengineering, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471023, China; 2. Department of Environmental Engineering and Chemistry, Luoyang Institute of Science and Technology, Luoyang 471023, China)

        The effect of mechanical processing and oil addition on the bioaccessibility of β-carotene from carrots was investigated. β-Carotene concentration was determined by high performance liquid chromatography (HPLC) and the bioaccessibility of β-carotene from three types of processed carrots (1 mm cubes, 8 mm cubes and grated carrot) was assessed by in vitro digestion model. The fraction of β-carotene transferred from the food matrix to a supernatant and a micellar phase was also investigated. The highest bioaccessibility of β-carotene measured in the supernatant and the micellar phase was observed in grated carrots, followed by 1 mm cubes and 8 mm cubes. The bioaccessibility of β-carotene in both the supernatant and the micellar phase was greatly enhanced after oil addition and highly correlated with oil content. Although the above-mentioned ranking of bioaccessibility remained unchanged after oil addition, there was a significant difference in increment rate among three types of mechanical processed carrots. Compared with no oil addition, the addition of 10% oil could result in approximately 16-fold and 6-fold increases in β-carotene bioaccessibility of the supernatant and the micellar phase from grated carrots, approximately 6-fold and 4-fold increases for 1 mm cubes, and 12-fold and 2-fold increases for 8 mm cubes, respectively.

        carrots; β-carotene; mechanical processing; dietary oil; in vitro digestion; bioaccessibility

        TS201.1

        A

        1002-6630(2014)15-0025-05

        10.7506/spkx1002-6630-201415006

        2013-06-30

        國家自然科學(xué)基金面上項目(31171723)

        樊金玲(1973—),女,教授,博士,研究方向為天然產(chǎn)物化學(xué)。E-mail:fanjinling@haust.edu.cn

        *通信作者:朱文學(xué)(1967—),男,教授,博士,研究方向為農(nóng)產(chǎn)品加工。E-mail:zwx@mail.haust.edu.cn

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