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        機(jī)械加工及油脂對南瓜類胡蘿卜素生物接近度的影響

        2014-12-20 06:29:08白喜婷樊金玲朱文學(xué)孫軍杰河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院河南洛陽471023
        食品與機(jī)械 2014年5期
        關(guān)鍵詞:中類化率消化液

        白喜婷 樊金玲 朱文學(xué) 孫軍杰(河南科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,河南 洛陽 471023)

        類胡蘿卜素具有維生素A源活性,可用于預(yù)防和治療癌癥、心血管和眼部疾病,同時具有抗炎、抗紫外線損傷等多種生理功能[1];但食物中的類胡蘿卜素在人體的利用率較低[2],原因可能與類胡蘿卜素在食物基質(zhì)中被包被、水溶性差以及化學(xué)不穩(wěn)定等有關(guān)[3]。類胡蘿卜素生物利用過程包括:從食品基質(zhì)中釋放至消化液,在小腸內(nèi)形成脂質(zhì)膠束,被小腸粘膜細(xì)胞吸收,被轉(zhuǎn)運(yùn)至門脈及淋巴循環(huán)及在肝臟中轉(zhuǎn)為維生素A或被儲存4個步驟[4]。“生物接近度”(bioaccessibility)用于描述其從食品基質(zhì)中釋放到胃腸道或被包被在脂質(zhì)微粒中的程度;“生物利用度(bioavailability)則為類胡蘿卜素其被吸收的程度[5]。

        在綠色植物組織中,類胡蘿卜素與蛋白質(zhì)形成復(fù)合體存在于葉綠體中,在黃色、橙色和紅色的植物組織中則存在于不同類型的有色體中[6,7]。細(xì)胞器的膜結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞壁、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成阻礙類胡蘿卜素從食物基質(zhì)釋放至消化液的物理屏障。Tydeman等[8]研究了胡蘿卜在人體內(nèi)消化過程中細(xì)胞結(jié)構(gòu)的變化,結(jié)果表明,消化液僅使胡蘿卜的外層細(xì)胞壁略微腫脹,多數(shù)細(xì)胞在消化后仍保持完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu),阻礙了β-胡蘿卜素從有色體向消化液中的釋放。體內(nèi)試驗(yàn)[4]則表明,蔬菜中的β-胡蘿卜素的生物利用度遠(yuǎn)低于添加于簡單食品基質(zhì)(如色拉醬調(diào)料)中的純品。由于細(xì)胞的破壞僅發(fā)生在食品原料的預(yù)處理和加工過程中[9],因此,食物的加工(熱處理、機(jī)械處理、超聲處理等)過程對細(xì)胞壁及膜等有破壞作用,對于類胡蘿卜素從細(xì)胞釋放至消化液、進(jìn)而被吸收利用,具有重要意義。

        類胡蘿卜素是一種脂溶性營養(yǎng)素,通常認(rèn)為油脂能促進(jìn)類胡蘿卜素的吸收利用,這是因?yàn)椋孩?油脂提供了一個親脂庫,有利于類胡蘿卜素在胃消化階段從食物基質(zhì)釋放至消化液的油滴中;② 油脂水解產(chǎn)物參與并改變膠束的物化性質(zhì),可能加強(qiáng)了類胡蘿卜素從油滴至膠束的再分配過程[10]。在體內(nèi),油脂還可促進(jìn)膽鹽和胰脂酶的分泌,其中膽鹽是乳化劑,可促使大油滴裂解形成小油滴,從而有利于脂酶高效水解油脂[3,10-12]。Huo[10]、Colle[12]、Degrou[11]和 Qian等[3]研究了油脂的種類(脂?;逆滈L和不飽和度)對生物接近度的影響。諸多研究報(bào)道了油脂對橙色肉質(zhì)紅薯[13]、胡蘿卜[14]、不同成熟度的芒果[15]、甜瓜[16]、西紅柿[7]中類胡蘿卜素生物接近度的影響。

        南瓜(pumpkin)屬葫蘆科(cucurbitaceae)南瓜屬(Cucuribita),富含類胡蘿卜素,是人類攝取類胡蘿卜素的重要膳食來源[17,18]。根據(jù)產(chǎn)地和植物學(xué)性狀,南瓜現(xiàn)有5種栽培種:中國南瓜、即倭瓜;印度南瓜、即筍瓜;美洲南瓜、即西葫蘆;墨西哥南瓜即黑籽南瓜和灰籽南瓜,其中前4種是可食用南瓜[19]。中國南瓜中主要的類胡蘿卜素為β-胡蘿卜素,其次為α-胡蘿卜素和葉黃素[17,18]。Murkovic[17]報(bào)導(dǎo)了4個中國南瓜品種中α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素和葉黃素含量分別為9.8~59.0,31.0~70.0,0.8~11.0μg/g。宋曙輝等[20]對不同品種鮮南瓜中類胡蘿卜素含量做了分析,結(jié)果表明,α-胡蘿卜素含量為0~31.68μg/g,β-胡蘿卜素含量為0.45~55.27μg/g。但迄今為止,未見有關(guān)南瓜類胡蘿卜素生物接近度的研究報(bào)道。

        本試驗(yàn)以南瓜為研究對象,擬采用高效液相色譜法測定類胡蘿卜素含量,以釋放率和膠束化率為指標(biāo),采用靜態(tài)體外消化法評估類胡蘿卜素生物接近度,重點(diǎn)研究了機(jī)械加工、油脂添加量以及二者交互作用對南瓜中不同種類胡蘿卜素生物接近度的影響。旨為南瓜合適加工方式的選擇及有效提高其類胡蘿卜素生物利用率提供依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與儀器

        1.1.1 材料與試劑

        胡蘿卜:購于當(dāng)?shù)爻校?/p>

        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;

        甲醇:色譜純,西隴化工股份有限公司;

        甲基叔丁基醚:色譜純,美國天地高純?nèi)軇┕荆?/p>

        胃蛋白酶、胰酶、膽鹽:生化級,美國Sigma公司;

        β-胡蘿卜素標(biāo)準(zhǔn)品:純度98%,美國Sigma公司;

        葉黃素標(biāo)準(zhǔn)品:純度98%,美國Sigma公司;

        食用調(diào)和油:食品級,益海嘉里公司。

        1.1.2 主要儀器設(shè)備

        電子天平:FA1004型,上海上平儀器公司;

        高速臺式離心機(jī):LGL-18C型,上海安亭科學(xué)儀器廠;

        水浴氮吹儀:NPW-12型,合肥艾本科學(xué)儀器有限公司;

        高效液相色譜儀:Agilent 1260型,美國安捷倫公司;

        pH計(jì):PhS-3C型,上海宇隆儀器有限公司。

        1.2 方法

        1.2.1 樣品處理 切丁:南瓜→清洗→削皮→切?。?×1×1mm3、2×2×2mm3);打漿:南瓜→清洗→削皮→家用打漿機(jī)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。

        1.2.2 體外消化法 根據(jù)文獻(xiàn)[7,21,22],修改如下:將1 0g樣品、15mL 電解質(zhì)溶液(50mmol/L NaCl、14mmol/L KCl、3.5mmol/L KH2PO4、10mmol/L CaCl2·2H2O、3.6mmol/L MgCl2·6H2O)放入150mL 三角瓶中,用1 mol/L HCl調(diào)節(jié)pH 值至2.00±0.05,加2mL胃蛋白酶(50.25mg/mL,胃蛋白酶溶于0.1mol/L HCl)封口放入搖床,于37℃、95r/min消化1h。取出三角瓶,用1mol/L NaHCO3調(diào)節(jié)pH值至6.90±0.05,加入9mL膽鹽—胰酶液(膽鹽、胰酶溶于0.1mol/L NaHCO3,濃度分別為31.13,5.00mg/mL)封口放入搖床于37℃、95r/min消化2h。消化結(jié)束后,于5 000×g離心10min得到上清液(用于分析類胡蘿卜素從食物中釋放出來的程度(釋放率),按式(1)計(jì)算釋放率),上清液過0.22μm濾膜得到膠束(用于分析類胡蘿卜素可能被小腸吸收的程度(膠束化率),按式(2)計(jì)算膠束化率)。酶液和樣品需試驗(yàn)當(dāng)天準(zhǔn)備,每個樣品重復(fù)3次。

        式中:

        L——釋放率,%;

        M——膠束化率,%;

        m1——上清液中某種類胡蘿卜素的含量,μg/g;

        m2——膠束中某種類胡蘿卜素的含量,μg/g;

        m3——南瓜中某種類胡蘿卜素的含量,μg/g。

        1.2.3 類胡蘿卜素的萃取 稱1g鮮樣品于研缽中,放入少量石英砂,用50mL萃取劑(正己烷、乙醇、丙酮體積比50∶25∶25)分?jǐn)?shù)次研磨提取,直到萃取劑和渣為無色。合并萃取液,加入15mL蒸餾水和1g CaCl2·2H2O,振蕩,避光靜止分層;取分層后的上層有機(jī)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)兩次,合并分層后的有機(jī)相;用氮吹儀吹干后定容,待測。

        1.2.4 類胡蘿卜素的測定 采用高效液相色譜外標(biāo)法定量測定待測樣品液中類胡蘿卜素含量。

        (1)HPLC條件:色譜柱:YMC C30 4.6×250mm,5 μm;柱溫:25℃;流速:0.8mL/min;進(jìn)樣量:10μL;流動相A:甲醇,流動相B:甲基叔丁基醚;線性梯度洗脫:0~5min 100%~95%A,5~20min,95%~70%A,20~40min,7 0%~55%A;檢測器波長范圍:190~550nm;檢測波長:450 nm。南瓜類胡蘿卜素萃取液的高效液相色譜圖見圖1。經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)品等對比,確定峰1為葉黃素,峰3為β-胡蘿卜素,峰2為α-胡蘿卜素。

        圖1 南瓜中類胡蘿卜素提取液的HPLC色譜圖(檢測波長450nm)Figure 1 The HPLC profile of carotenoids from pumpkin recorded at 450nm

        (2)標(biāo)準(zhǔn)曲線制作:精密稱取β-胡蘿卜素、葉黃素標(biāo)準(zhǔn)品各1mg,分別溶于50mL二氯甲烷中,所得β-胡蘿卜素、葉黃素標(biāo)準(zhǔn)品儲備液濃度均為2 0μg/mL。取等體積的2 0μg/mLβ-胡蘿卜素、葉黃標(biāo)準(zhǔn)品儲備液混合,得到母液為10μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)品儲備液。用流動相將儲備液分別稀釋為以下濃度的標(biāo)準(zhǔn)品使用液:0.062 5,0.125,0.25,0.5,1,2,4,6,8,10μg/mL,進(jìn)行 HPLC檢測。以峰面積為縱坐標(biāo),以溶液濃度為橫坐標(biāo),進(jìn)行線性回歸,得到β-胡蘿卜素測定的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=95.025x-17.710,相關(guān)系數(shù)R2為0.991 2,線性范圍為0.5~10μg/mL;葉黃素測定的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=28.888x+4.175 6,相關(guān)系數(shù)R2為0.995 9,線性范圍為0.062 5~4μg/mL。由于α-胡蘿卜素的結(jié)構(gòu)與β-胡蘿卜素類似,因此,采用β-胡蘿卜素含量測定的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計(jì)算α-胡蘿卜素含量。

        (3)樣品中類胡蘿卜素的含量測定:取待測樣品過0.45μm濾膜,進(jìn)行HPLC分析。通過標(biāo)準(zhǔn)曲線測得樣品中類胡蘿卜素質(zhì)量濃度,并計(jì)算南瓜、上清液和膠束中類胡蘿卜素的含量。

        1.2.5 統(tǒng)計(jì)分析 用DPS 3.01數(shù)據(jù)處理軟件,對不同樣品的釋放率和膠束率進(jìn)行0.01水平上的單因素試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)分析。

        2 結(jié)果與分析

        將南瓜進(jìn)行打漿和2種切分處理得到粒度明顯不同的物料,添加不同量油脂,經(jīng)體外消化,測定其中葉黃素、α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率,見圖2。由圖2可知,南瓜類胡蘿卜素的釋放率和膠束化率隨機(jī)械加工方式、油脂添加量及類胡蘿卜素種類不同而異。釋放率的變化范圍為0.232%~29.605%;其中,葉黃素的釋放率小于30%,α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素的釋放率則小于18%。說明南瓜中只有小部分類胡蘿卜素從細(xì)胞中釋放至消化液中。膠束化率變化范圍為0%~5.379%;其中,葉黃素的膠束化率小于6%,α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素的膠束化率則小于2%。消化液中的葉黃素平均約有35%被包被進(jìn)入膠束,消化液的α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素中平均約有11%和9%進(jìn)入膠束。從細(xì)胞釋放至消化液中的類胡蘿卜素可能以膠束化、非膠束化的可溶性聚集體以及溶于油滴等狀態(tài)存在[23]。

        2.1 機(jī)械加工對南瓜類胡蘿卜素生物接近度的影響

        本試驗(yàn)結(jié)果表明,在同一油脂添加量條件下(3%,5%,10%),3種粒度不同的南瓜(打漿處理、1×1×1mm3切丁、2×2×2mm3切?。┲蓄惡}卜素釋放率/膠束化率之間的差異均顯著,見圖2。

        圖2 機(jī)械加工方式對南瓜中類胡蘿卜素生物接近度的影響Figure 2 Effect of different mechanical processing on carotenoid bioaccessibility from pumpkin

        機(jī)械處理如混合、切分、打漿、均質(zhì)等,由于減小了顆粒尺寸、去除了物理屏障,增大了消化酶與物料的接觸面積,因此,促進(jìn)了類胡蘿卜素從食品基質(zhì)中釋放至消化液。體外試驗(yàn)表明:胡蘿卜汁中總胡蘿卜素向消化液油相的釋放高于擦碎胡蘿卜和切成立方塊的胡蘿卜(3×3×3mm)[5];打成漿狀的胡蘿卜中β-胡蘿卜素和α-胡蘿卜素向消化液的釋放高于切成片狀(10×10×40mm)[24];胡蘿卜泥經(jīng)50MPa和100MPa的高壓均質(zhì)后的釋放率均提高[14]。體內(nèi)試驗(yàn)[4]表明,經(jīng)打漿或均質(zhì)處理的番茄中番茄紅素和胡蘿卜中的β-胡蘿卜素的吸收高于未處理。而本試驗(yàn)研究結(jié)果表明,南瓜中3種胡蘿卜素的釋放率和膠束化率隨南瓜細(xì)胞破碎程度的增大而增大。在新鮮南瓜中,類胡蘿卜素存在于細(xì)胞(被細(xì)胞壁,細(xì)胞膜包圍)有色體(雙分子層)中[7],在機(jī)械處理過程中,細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、有色體結(jié)構(gòu)被破壞,從而使類胡蘿卜素釋放至消化液中。打漿處理相對于切分處理,細(xì)胞被破壞的程度高、被破壞細(xì)胞的數(shù)量多,因此,類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)。本試驗(yàn)結(jié)果也表明:α-/β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率呈較好的線性正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)分別為0.854和0.817(見圖3),葉黃素的釋放率和膠束化率的線性相關(guān)關(guān)系雖然不顯著,但基本呈現(xiàn)出相類似的規(guī)律(圖略)。

        2.2 油脂添加量對南瓜類胡蘿卜素生物接近度的影響

        圖3 南瓜類胡蘿卜素的釋放率與膠束化率的相關(guān)關(guān)系Figure 3 Relationship between release and micellarisation of carotenoids from pumpkin

        油脂添加量對類胡蘿卜素釋放率和膠束化率的影響不僅與油脂添加量的范圍有關(guān),而且與物料粒度、類胡蘿卜素種類有關(guān)(見圖2)??傮w來講,在油脂添加量為0%~10%范圍內(nèi),南瓜葉黃素、α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率均隨油脂添加量的增大而增大,但增幅隨油脂添加量的增加不斷減少,預(yù)示在一定油脂含量條件下,釋放率和膠束化率可能會達(dá)到某一極值?;貧w分析表明(見圖4),3種粒度的南瓜中類胡蘿卜素的釋放率和膠束化率與油脂添加量均呈一元二次方程關(guān)系,回歸方程的R2均大于0.94。說明方程很好地?cái)M合了油脂添加量為0%~10%時3種粒度南瓜的釋放率和膠束化率,可用于此范圍內(nèi)其它油脂添加量時的釋放率和膠束化率的預(yù)測。對方程求極值的結(jié)果表明:粒度越大,南瓜類胡蘿卜素的釋放率和膠束化率能達(dá)到的極值水平越低,這一結(jié)果同時說明,當(dāng)油脂添加量足夠大時,物料粒度成為提高類胡蘿卜素生物接近度的限制性因素。

        圖4 油脂添加量與南瓜中類胡蘿卜素生物接近度的相關(guān)關(guān)系Figure 4 Relationship between the amount of oil and carotenoid bioaccessibility from pumpkin

        諸多研究報(bào)道了油脂添加量對類胡蘿卜素生物接近度的影響,但結(jié)論不一。在釋放率方面,Knockaert等[14]報(bào)道了加入5%(m/m)橄欖油對胡蘿卜泥中β-胡蘿卜素的釋放率無影響,而無論樣品是否經(jīng)過高壓均質(zhì)處理(0.1,10,50,100 MPa)。Bengtsson等[13]則發(fā)現(xiàn):切成圓柱體的橙色肉質(zhì)紅薯經(jīng)煮、蒸和微波處理后,再經(jīng)攪拌器制成泥狀,加入2.5%(m/m)的葵花籽油后β-胡蘿卜素釋放率均增加。在膠束化率方面,也有不盡一致的研究結(jié)果,如Ornelas-Paz等[15]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%,2 31.1%;相類似地,Hornero-Méndez等[22]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Fleshman等[16]的研究表明,添加2.5%~3.0%植物油對打漿處理的甜瓜β-胡蘿卜素的膠束化率無顯著影響。Schweiggert等[7]的研究表明,西紅柿中番茄紅素和β-胡蘿卜素、木瓜中的β-胡蘿卜素、胡蘿卜中的葉黃素在油脂添加量(葵花籽油)為2.5%條件下的膠束化率與添加量為1.0%相比,反而有明顯的下降趨勢。Huo等[10]的研究表明,三油酰甘油脂對色拉中番茄紅素膠束化率的影響也呈現(xiàn)先增后降的趨勢。造成上述研究結(jié)果不一致的原因除了與油脂種類、物料種類有關(guān)外,還可能與油脂添加量研究范圍較窄、原料處理方面的差異(如切分、打漿等)有關(guān);同時,原料處理與油脂添加量之間還可能存在交互作用。

        2.3 南瓜中不同種類胡蘿卜素生物接近度的比較

        比較相同機(jī)械處理和油脂添加量條件下南瓜中3種類胡蘿卜素釋放率和膠束化率,可看出:葉黃素的釋放率和膠束化率均顯著高于α-和β-胡蘿卜素。Pugliese等[25]報(bào)道了紅辣椒中葉黃素膠束化率遠(yuǎn)高于β-胡蘿卜素;Courraud等[26]報(bào)道了胡蘿卜汁的葉黃素膠束化率顯著高于α-和β-胡蘿卜素,經(jīng)沸水煮處理的菠菜葉黃素膠束化率遠(yuǎn)高于β-胡蘿卜素。

        不同種類胡蘿卜素生物接近度差異的原因可能有:①疏水性不同;② 在植物組織中存在的部位及化學(xué)形式不同。使其從食物基質(zhì)向消化液釋放以及隨后從消化液的油滴向膠束遷移的能力有所不同。諸多研究報(bào)導(dǎo)了類胡蘿卜素的膠束化率與其疏水性呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[7,10,27,28]。含氧胡蘿卜素由于極性較大,使其更容易向基質(zhì)為水的消化液釋放;同時,當(dāng)類胡蘿卜素釋放至消化液中,通常首先富集在分散的油滴中,烴類結(jié)構(gòu)的胡蘿卜素如α-/β-胡蘿卜素由于極性較小,因此位于油滴中心,而含氧的極性葉黃素則位于油滴表面,使得其從油脂轉(zhuǎn)移到膠束中所受到阻力較小,這有可能是促進(jìn)葉黃素更易轉(zhuǎn)移到膠束中的原因[28,29]。本研究結(jié)果表明南瓜中葉黃素的釋放率顯著高于α-/β-胡蘿卜素,說明葉黃素比α-/β-胡蘿卜素更容易從食物基質(zhì)釋放到消化液中;從物料釋放至消化液中的葉黃素平均約有35%進(jìn)入膠束,而α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素平均分別只有約11%和9%被包被在膠束中,也證實(shí)了葉黃素比α-/β-胡蘿卜素更容易從消化液的油滴中轉(zhuǎn)移至膠束中。

        打漿處理時,β-胡蘿卜素與α-胡蘿卜素的釋放率無顯著差異,但后者的膠束化率顯著高于前者。Hornero-Méndez等[22]以胡蘿卜渣為材料,在研究熱處理對胡蘿卜渣中β-胡蘿卜素生物接近度影響的過程中發(fā)現(xiàn):在生胡蘿卜中,β-胡蘿卜素與α-胡蘿卜素的比值為1.80,將生胡蘿卜渣經(jīng)體外消化后消化液中β-胡蘿卜素與α-胡蘿卜素的比值依然為1.80,但被包被到膠束中時β-胡蘿卜素與α-胡蘿卜素的比值降為1.60,并且這個比值會隨油脂添加量的增加而降低;將胡蘿卜渣于100℃熱水中處理15min,β-胡蘿卜素與α-胡蘿卜素間這種關(guān)系依然存在。說明同種條件下胡蘿卜中α-胡蘿卜素與β-胡蘿卜素相比,釋放程度無差異,但更容易被包被至膠束中,與本試驗(yàn)中打漿處理?xiàng)l件下的研究結(jié)果相吻合。但是,在2種切丁處理時,α-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率均高于β-胡蘿卜素,并在加油量為5%和10%條件下達(dá)到顯著水平。

        3 結(jié)論

        南瓜中類胡蘿卜素的生物接近度因機(jī)械加工和油脂添加量而異:機(jī)械加工所得物料粒度越小,越有利于提高類胡蘿卜素的生物接近度;在一定油脂添加量范圍內(nèi),類胡蘿卜素的生物接近度隨油脂添加量增大而增大,但存在極值;物料粒度越小,可達(dá)到的極值越高。因此,南瓜加工產(chǎn)品可利用機(jī)械加工減少物料粒度和添加適量油脂以提高其類胡蘿卜素生物利用率。另外,油脂種類對南瓜類胡蘿卜素生物利用率的影響有待進(jìn)一步研究,以便為油脂在南瓜產(chǎn)品中的應(yīng)用提供更多的依據(jù)。

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