黃素雅，何亞雯，錢炳俊，鄒彥平，劉 壯

（1.上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，上海 200240；2. 豐益（上海）生物技術(shù)研發(fā)中心有限公司，上海 200240）

高靜壓和高壓均質(zhì)對豆渣水不溶膳食纖維的改性及其功能的影響

黃素雅1，何亞雯1，錢炳俊1，鄒彥平2，劉 壯2

（1.上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，上海 200240；2. 豐益（上海）生物技術(shù)研發(fā)中心有限公司，上海 200240）

以新鮮豆渣為原料，探究高壓均質(zhì)改性和高靜壓改性的水溶性膳食纖維（soluble dietary fi ber，SDF）得率以及改性后SDF理化性質(zhì)和生理功能特性的變化。結(jié)果表明：高壓均質(zhì)改性在最優(yōu)壓力110 MPa條件下SDF得率為32.86%，高靜壓改性在進(jìn)行高壓蒸煮，最優(yōu)400 MPa條件下SDF得率為7.56%，高壓均質(zhì)改性效果明顯優(yōu)于高靜壓改性（P＜0.05）；兩種改性方式均能不同程度改善SDF的理化性質(zhì)，促進(jìn)其對膽酸和膽固醇的吸收，但降低了抗氧化效果。

改性；高壓均質(zhì)；高靜壓；理化性質(zhì)；生理功能特性；膳食纖維

膳食纖維（dietary fiber，DF）被譽為“第七大營養(yǎng)素”，具有重要的生理功能。它在降血糖、降血脂、抗癌、改善腸道菌群、改善便秘等方面都具有一定的調(diào)節(jié)作用。此外，它也被用作脂肪等的替代物，在改善食品質(zhì)地、口感等的同時，降低產(chǎn)品不必要的脂質(zhì)含量，為人體健康保駕護(hù)航［1］。根據(jù)水溶性，膳食纖維可分為水溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）和水不溶性膳食纖維（insoluble dietary fi ber，IDF），但其中發(fā)揮生理調(diào)節(jié)功能的主要是水溶性膳食纖維。

豆渣是傳統(tǒng)大豆制品生產(chǎn)的主要副產(chǎn)物，是一種良好的膳食纖維來源，總膳食纖維含量可高達(dá)62.92%，但水溶性膳食纖維含量卻較低，僅含有2.79%［2］。目前豆渣只是作為飼料或者廢棄物丟掉，其富含的營養(yǎng)素沒有得到充分利用，這不僅浪費資源，還造成環(huán)境污染。所以本實驗對豆渣中水不溶性膳食纖維進(jìn)行改性，以獲得更高含量的水溶性膳食纖維，提高豆渣的利用率和營養(yǎng)價值。

由于SDF比IDF在許多方面都具有更好的保健功效和生理作用，所以IDF改性的研究成了近年來研究的熱點。目前國內(nèi)外關(guān)于膳食纖維改性的研究方法主要包括物理法、化學(xué)法、生物技術(shù)法和綜合改性方法。如馬毓霞等［3］采用纖維蛋白酶處理豆渣，改性的SDF得率為10.8%；連小燕等［4］采用酶解法和化學(xué)方法相結(jié)合，對玉米膳食纖維進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)改性后的SDF持水率和膨脹率與原料相比都具有明顯的提高。但從豆渣改性條件優(yōu)化到理化、生理功能評價等綜合系統(tǒng)的研究報道鮮見，所以本實驗以豆渣為原料，采用高靜壓（high hydrostatic pressure，HHP）和高壓均質(zhì)（high pressure homogenization，HPH）兩種方法對其進(jìn)行改性，優(yōu)化改性條件，改善其理化性質(zhì)，并對其膽酸吸附力、膽固醇吸附力和抗氧化能力的生理功能進(jìn)行評價，以期獲得更優(yōu)質(zhì)的SDF。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

新鮮雞蛋，市售；新鮮豆渣，豐益（上海）生物技術(shù)研發(fā)中心有限公司提供；歐麗薇蘭橄欖油，市售。

胰蛋白酶 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；Trolox（VE） 美國Sigma公司；脫氧膽酸鈉（sodium deoxycholate，SD）和膽固醇 美國MP Biomedicals公司；其他試劑均為分析純。

1.2儀器與設(shè)備

離心機 德國Hermle Labortechnik GmbH公司；UV-1800紫外分光光度計 日本Shimadzu公司；高壓均質(zhì)機 加拿大ATS Engineering公司；300 g密封型手提式中藥粉碎機 廣州市旭朗機械設(shè)備有限公司；色度儀美國Hunter Lab公司；酶標(biāo)儀 美國Thermo Scientific公司；高靜壓裝置系統(tǒng) 包頭科發(fā)高壓科技有限責(zé)任公司；電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；高壓滅菌鍋 德國Systec GmbH公司。

1.3方法

1.3.1IDF的制備

新鮮豆渣在80 ℃烘干后粉碎，80 目過篩得豆渣樣品。加入pH 6磷酸鹽緩沖液-NaOH（5∶1，V/V）混合溶液及胰蛋白酶形成混濁液，55 ℃水浴30 min。1 000 r/min離心10 min，收集上清液為SDF。沉淀進(jìn)一步分別采用去離子水、乙醇和丙酮洗滌，棄上清液，最后沉淀在40 ℃烘干即為IDF樣品。

1.3.2IDF高壓均質(zhì)改性

將3 g IDF樣品用150 mL dH2O制成混濁液，采用高壓均質(zhì)處理，均質(zhì)壓力分別為90、110、130 MPa。取均質(zhì)后60 mL溶液，9 000 r/min離心10 min，收集上清液為改性SDF（mSDF），沉淀即為IDF。

1.3.3IDF高靜壓改性

將1 g IDF樣品溶于30 mL dH2O，經(jīng)120 ℃、20 min高壓蒸煮滅菌后高靜壓處理20 min（蒸煮滅菌Y/N，高靜壓壓力條件優(yōu)化），之后9 000 r/min離心10 min，收集上清液為mSDF，沉淀即為IDF。樣品處理條件見表1。

表1　高靜壓改性實驗樣品處理條件Table 1 HHP modification conditionss

1.3.4改性SDF得率測定

SDF、IDF含量的測定參考文獻(xiàn)［5］。mSDF得率計算公式如下。

1.3.5改性SDF持水力、持油力和膨脹力的測定

參照文獻(xiàn)［6］方法進(jìn)行測定。

1.3.6改性SDF色度測定

采用色度儀對改性SDF的色度進(jìn)行測定。

1.3.7改性SDF抗氧化力測定［7］

稱取20 mg改性SDF樣品加入4 mL去離子水混合均勻，取0.5 mL混合樣品或VE標(biāo)準(zhǔn)液，加入0.5 mL磷酸鹽緩沖液和0.5 mL 1%鐵氰化鉀溶液，50 ℃水浴20 min，冷卻后加0.5 mL 10%三氯乙酸溶液，之后3 000 r/min離心10 min，取上清液加0.8 mL 0.1%氯化鐵溶液和4 mL去離子水，混合均勻后靜置10 min，測定700 nm波長處吸光度。以VE標(biāo)準(zhǔn)液繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，樣品的抗氧化力根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算，結(jié)果用VE當(dāng)量表示（μmol VE/g）。

1.3.8改性SDF膽酸吸附力測定［8］

稱取25 mg改性SDF樣品加入1 mL 0.5 mg/mL SD溶液，37 ℃水浴2 h；空白組取25 mg改性SDF樣品加入1 mL磷酸鹽緩沖液，離心后取0.25 mL上清液或一定質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)液，加入0.75 mL 60%硫酸，70 ℃水浴20 min；冰浴5 min后測定387 nm波長處吸光度。以SD標(biāo)準(zhǔn)液繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，樣品吸附膽酸殘留SD根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算，結(jié)果用SD吸附當(dāng)量表示（mg/g）。

1.3.9改性SDF膽固醇吸附力測定［9］

稱取33 mg改性SDF樣品，加入0.5 mL蛋黃乳液或去離子水（調(diào)節(jié)pH 7或pH 2），37 ℃、80 r/min搖晃水浴加熱2 h；4 000 r/min離心20 min后取0.2 mL上清液或蛋黃液（空白）或一定質(zhì)量濃度膽固醇標(biāo)準(zhǔn)液，加入0.1 mL鄰苯二甲醛，2 mL混合酸；37 ℃水浴靜置10 min；于550 nm波長處測定吸光度。以膽固醇標(biāo)準(zhǔn)液繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，樣品吸附殘留膽固醇根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計算，結(jié)果用膽固醇吸附當(dāng)量表示（mg/g）。

1.4數(shù)據(jù)分析

每組實驗平行3 次，實驗數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行基本分析，用SAS軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)方差分析，數(shù)據(jù)用表示。

2　結(jié)果與分析

2.1高壓均質(zhì)改性SDF得率

表2　高壓均質(zhì)改性纖維素定量結(jié)果Table 2 Quantitative determination of dietary fibers from HPH modificationation

由表2可知，在高壓均質(zhì)的3 種壓力條件下，mSDF得率范圍為29%～33%，且均質(zhì)壓力對mSDF得率的影響差異性顯著（P＜0.05），當(dāng)壓力在90～110 MPa范圍內(nèi)，mSDF得率隨壓力的增大而增加；而在110～130 MPa范圍內(nèi)，mSDF得率隨壓力的增大而減小。均質(zhì)壓力為110 MPa時可獲得最大的mSDF得率。本實驗的mSDF得率比Tu Zongcai等［10］利用高壓均質(zhì)改性豆渣SDF得率（10%～28%）稍有所提高。高壓均質(zhì)過程中，IDF大分子糖苷鍵在高速撞擊、剪切、振蕩、空穴爆炸、膨化等一系列作用條件下發(fā)生斷裂，從而使部分IDF轉(zhuǎn)化成mSDF，提高了SDF質(zhì)量分?jǐn)?shù)的比例［11］。劉成梅等［12］在利用高壓均質(zhì)對豆渣進(jìn)行改性的實驗中發(fā)現(xiàn)，高壓均質(zhì)可以使DF的粒度變細(xì)，IDF含量會隨著壓力的增大而減少得越多，而SDF含量則會增加。最大mSDF得率在均質(zhì)壓力為110 MPa時出現(xiàn)的原因可能是在均質(zhì)壓力為90～110 MPa范圍內(nèi)時，高壓剪切和空穴爆炸的協(xié)同作用，使結(jié)構(gòu)較松散的植物膠分子的糖苷鍵發(fā)生斷裂，當(dāng)均質(zhì)壓力達(dá)到接近110 MPa時，纖維素、半纖維素等結(jié)構(gòu)較緊密糖苷鍵也發(fā)生斷裂，形成小分子多糖，而使SDF含量急劇上升［13］。而當(dāng)均質(zhì)壓力高于110 MPa時，SDF增加幅度變小，可能對DF的結(jié)構(gòu)影響較大，導(dǎo)致mSDF得率變小，具體原因仍需進(jìn)一步研究。

考慮到mSDF得率、經(jīng)濟(jì)因素和操作簡單等因素，選擇高壓均質(zhì)壓力的最優(yōu)條件為110 MPa。

2.2高靜壓改性SDF得率

高靜壓處理可以使形成高分子立體結(jié)構(gòu)之間的一些化學(xué)鍵發(fā)生變化，還可以影響細(xì)胞形態(tài)，從而可以達(dá)到物料改性的目的［14］。HHP處理過程不破壞食品成分中的共價鍵和小分子物質(zhì)，可使風(fēng)味物質(zhì)及一些營養(yǎng)物質(zhì)免受破壞，不僅能延長食品貨架期還能保持食品較好的品質(zhì)［15］，所以HHP技術(shù)是一種較理想的IDF改性方法。

表3　高靜壓改性纖維素定量結(jié)果Table 3 Quantitative determination of dietary fibers from HHP modification

由表3可知，進(jìn)行高壓蒸煮滅菌的IDF改性SDF得率為6%～8%，而未進(jìn)行高壓蒸煮滅菌的mSDF得率僅為2%～3%，兩者存在顯著差異（P＜0.05）。出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因可能是高壓蒸煮過程可以使部分不溶性半纖維素及果膠類化合物發(fā)生熔融現(xiàn)象，或是水進(jìn)入纖維素和半纖維素等大分子的結(jié)晶區(qū)，使連接鍵斷裂，轉(zhuǎn)變成水溶性物質(zhì)，從而提高SDF含量［16］。此外，無論高壓蒸煮與否，mSDF得率在不同壓力作用下均無顯著差異（P＞0.05），這與Mateos-Aparicio等［17］的研究結(jié)果存在一定的差異性，其研究結(jié)果表明，在壓力為200 MPa時DF成分與對照組沒有明顯變化，而當(dāng)壓力變?yōu)?00 MPa時，總膳食纖維含量從38.1%上升為64.8%，SDF含量也明顯提高，因為壓力越高更容易使不溶性IDF間的糖苷鍵斷裂，從而轉(zhuǎn)換為可溶性SDF。

2.3高壓均質(zhì)和高靜壓改性SDF的持水力、持油力和膨脹力

表4　SDF持水力、持油力及膨脹力測定結(jié)果Table 4 Water-holding capacity， oil-holding capacity and swelling power of IDF and SDF

由表4可知，高壓均質(zhì)和高靜壓處理可使改性SDF的理化性質(zhì)發(fā)生較大的變化。兩種方法均能提高mSDF的持水力和膨脹力，這可能是因為高壓處理可使緊密結(jié)合的大分子結(jié)構(gòu)更加松散、多孔，顆粒力度減小，比表面積增大［18］，這樣增加了SDF與水的接觸面積，提高了水合能力。此外，高靜壓處理可以提高SDF的持油力，但高壓均質(zhì)處理卻使樣品持油力有所降低，原因仍需進(jìn)一步探究。

研究表明，通過改性可以使膳食纖維的持水力、持油力和膨脹力發(fā)生變化，陶姝穎等［19］采用超微粉碎和擠壓超微粉碎技術(shù)對釀酒葡萄皮渣進(jìn)行改性處理，結(jié)果顯示，兩種改性處理均能有效增加葡萄皮渣膳食纖維中水溶性膳食纖維的含量，并使其理化性質(zhì)發(fā)生顯著改變，提高了持水力和膨脹力。劉偉等［20］對麥麩膳食纖維進(jìn)行均質(zhì)處理，結(jié)果表明膨脹率、持水力均有不同程度的增加，纖維懸浮液中顆粒分布更均勻，性質(zhì)更穩(wěn)定，在一定程度上提高了膳食纖維的性質(zhì)。

2.4高壓均質(zhì)和高靜壓改性SDF的色度

表5　SDF色度測定結(jié)果Table 5 Color parameters of IDF and SDF

由表5可知，高壓均質(zhì)和高靜壓改性SDF色度有一定差別，在食品加工中，可以根據(jù)所生產(chǎn)食品的要求，添加不同色度的水溶性膳食纖維。

L*為明度指數(shù)，a*、b*為色度指數(shù)，a*代表紅綠值，b*代表黃藍(lán)值，由表5可知，HHP改性SDF與未改性SDF L*值類似，均為80左右，但高壓均質(zhì)改性SDF的L*值明顯降低（P＜0.05）。此外，兩種改性處理均能一定程度降低SDF的a*和b*值。

2.5高壓均質(zhì)和高靜壓改性SDF的抗氧化能力、膽固醇吸附力及膽酸吸附力

表6　改性SDF生理功能特性定量結(jié)果Table 6 Physiological properties of mSDF

由表6可知，高靜壓和高壓均質(zhì)改性均能顯著降低SDF的抗氧化力，但兩種處理結(jié)果之間差異不顯著（P＞0.05）。原因可能是這兩種改性方式存在相同的靜壓處理過程，而壓力可使SDF的微觀基質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生一定變化［21］，這可能破壞了SDF中的抗氧化活性物質(zhì)，從而使其清除自由基的能力減弱，而具體的機理原因仍需進(jìn)一步研究。此外，高壓均質(zhì)mSDF對膽固醇的吸附力優(yōu)于高靜壓mSDF，而且對膽固醇的吸附力受體系酸堿性影響，在pH 7時吸附強度大于pH 2時，這與鐘希瓊等［22］測定多種DF對膽固醇吸附效果以及Nsor-Atindana等［23］探索可可DF吸附膽固醇的實驗結(jié)果一致。這說明改性SDF能提高其對膽固醇的吸附力，從而可有效降低患心血管疾病的風(fēng)險。但是未改性的SDF在pH 2時吸附膽固醇能力卻強于pH 7，這與改性SDF的結(jié)果相反，原因仍需進(jìn)一步的探究。而且高壓均質(zhì)mSDF的膽酸吸附力也明顯高于未改性的，這說明高壓均質(zhì)改性可以有效促進(jìn)SDF對膽酸的吸附，降低膽酸對人體的危害。有研究表明，當(dāng)膽酸鈉濃度相同時，SDF比IDF對膽酸吸附能力大；而當(dāng)膽酸鈉濃度不同時，DF在高濃度時吸附力較低濃度時大，這表明DF對膽酸的吸附可能存在一種動態(tài)平衡［24］。

膳食纖維具有一定的抗氧化作用，其中抗氧化活性物質(zhì)多源于多酚類化合物，如黃酮類、酚酸（如阿魏酸）和縮合單寧［25］。隨著人類膳食中高脂食物的增加，其中過多的膽固醇與血液中的低密度脂蛋白結(jié)合，形成低密度脂蛋白膽固醇，易造成血管阻塞，引起心血管疾病，危害較大。而膽酸是膽固醇合成的前體物質(zhì)，吸附膽酸不僅可以降低人體膽固醇含量，抑制膳食中脂肪的吸收利用，而且還可以減少次生膽汁酸形成，保健腸道，預(yù)防膽結(jié)石形成［8］。

3　結(jié) 論

本實驗采用高壓均質(zhì)和高靜壓的物理方式對豆渣IDF進(jìn)行改性，并測定其mSDF得率、理化性質(zhì)及生理功能特性。從實驗結(jié)果可以看出，高壓均質(zhì)改性在最優(yōu)110 MPa條件下SDF得率為32.86%，高靜壓改性在進(jìn)行高壓蒸煮，400 MPa條件下SDF得率為7.56%，而且高壓均質(zhì)改性在SDF得率上明顯優(yōu)于高靜壓改性（P＜0.05）。此外，兩種方式改性均能不同程度提高SDF的理化性質(zhì)，提高成品品質(zhì)，也能促進(jìn)SDF對膽酸和膽固醇的吸收，這為今后制備SDF相關(guān)產(chǎn)品提供了理論依據(jù)，也為促進(jìn)人體健康提供了保障。但綜合實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，高壓均質(zhì)mSDF的綜合效果要優(yōu)于高靜壓mSDF，所以在考慮通過壓力改性的物理方法時可以優(yōu)先考慮高壓均質(zhì)改性。

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Modification of Insoluble Dietary Fiber in Okara by High Pressure Homogenization and High Hydrostatic Pressure and Functional Properties of the Modified Product

HUANG Suya1， HE Yawen1， QIAN Bingjun1， ZOU Yanping2， LIU Zhuang2
（1. School of Agriculture and Biology， Shanghai Jiaotong University， Shanghai 200240， China；2. Wilmar （Shanghai） Biotechnology Research and Development Center Co. Ltd.， Shanghai 200240， China）

In this study， insoluble dietary fi ber （IDF） from fresh okara was modifi ed by high-pressure homogenization （HPH）and high hydrostatic pressure （HHP） to improve its solubility. The physiochemical and physiological properties of the modifi ed product were analyzed. The results showed that the yield of modifi ed soluble dietary fi ber （mSDF） from HPH modifi cation under the optimal pressure （110 MPa） was approximately 32.86%， and the yield of mSDF from HHP modifi cation under 400 MPa was 7.56%， suggesting that HPH was signifi cantly better than HHP for improving the solubility of IDF （P ＜ 0.05）. Both treatments could improve the physiochemical properties of SDF， and promote the absorption capacities for bile acids and cholesterol， but decrease the antioxidant effect.

modification； high-pressure homogenization； high hydrostatic pressure； physiochemical properties；physiological properties； dietary fi ber

TS209

A

1002-6630（2015）15-0081-05

10.7506/spkx1002-6630-201515016

2014-10-10

黃素雅（1990—），女，碩士研究生，主要從事食品加工與營養(yǎng)研究。E-mail：sueyasuhuang@126.com