朱 玉，郭利娜，楚佳希，呂鳳霞，陸兆新，別小妹，張 充，趙海珍

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，江蘇 南京 210095）

酶法改性對(duì)小米糠膳食纖維體外膽固醇吸附活性的影響

朱 玉，郭利娜，楚佳希，呂鳳霞，陸兆新，別小妹，張 充，趙海珍*

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，江蘇 南京 210095）

以小米糠為原材料，采用AOAC 985.29《食物中總膳食纖維 酶-質(zhì)量法》制備小米糠總膳食纖維（total dietary fi ber，TDF）。利用纖維素酶對(duì)TDF進(jìn)行酶法改性，以提高其體外膽固醇吸附活性。通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)，最終確定TDF的酶法改性條件為：酶解pH 3.8、酶添加量140 U/g、酶解溫度55 ℃、酶解時(shí)間3 h，所得纖維素酶改性膳食纖維（cellulase-modified dietary fiber，CMF）的體外膽固醇吸附效果最佳，吸附量達(dá)到14.21 mg/g，比TDF的膽固醇吸附量（5.91 mg/g）提高了1.40 倍。對(duì)TDF和CMF的單糖組成、紅外光譜以及超微結(jié)構(gòu)等物化特性分析發(fā)現(xiàn)，纖維素酶的作用改變了TDF的單糖組成，形成了更多纖維二糖，產(chǎn)生了較多憎水基團(tuán)，結(jié)構(gòu)粗糙，這些組成及微觀結(jié)構(gòu)的改變可能與CMF膽固醇吸附活性顯著提高有著密切的關(guān)系。

小米糠；總膳食纖維；纖維素酶；膽固醇吸附活性；物理化學(xué)分析

小米又名粟，起源于我國(guó)黃河流域，一年生禾本科植物，是我國(guó)地區(qū)主要的雜糧作物之一。研究表明[1]，小米有增強(qiáng)免疫力、抗氧化、抗真菌及降血糖等多種生物活性功能。而麩皮[2]作為谷物生產(chǎn)過程中的主要副產(chǎn)物，同樣也含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及植物源類生物活性物質(zhì)，例如生物堿、酚醛類等可以起到預(yù)防疾病的作用。膳食纖維就是麩皮中的主要成分之一，它們可以分為水溶性膳食纖維（water-soluble dietary fiber，SDF）和水不溶性膳食纖維（water-insoluble dietary fiber，IDF）。近年來，膳食纖維被證實(shí)可降低糖尿病、心血管疾病、憩室病、結(jié)腸癌等疾病的發(fā)病率，同時(shí)具有緩解便秘、肥胖癥等特性[3]。因此，谷物麩皮中膳食纖維的提取純化、特性分析越來越受到人們的關(guān)注。而其中對(duì)大麥麩皮、小麥麩皮、大米糠、豆粕等的研究居多[4]，有關(guān)小米麩皮中膳食纖維的研究報(bào)道比較少。

膳食纖維的功能特性往往受到其來源、組成和處理的影響[5]。小米糠（millet bran，MB）作為富含膳食纖維的原料之一，IDF占了主要部分，而IDF具有增加腸道蠕動(dòng)、促進(jìn)有毒物質(zhì)及內(nèi)源性化合物排出的功能[6]，可以降低人體對(duì)過度供給的甘油三酯、膽固醇、膽酸鹽的吸收利用，降低血膽固醇水平[7]。SDF在小米糠中含量雖然較少，卻同樣具有明顯的降膽固醇特性[8]。為提高膳食纖維的體外吸附特性，研究者通常采用化學(xué)法（酸堿處理）、生物法（酶解、發(fā)酵）、物理法（超微粉碎、擠壓蒸煮、膜濃縮、焙烤）等[9]來對(duì)其進(jìn)行改性。相比較而言，酶解法操作簡(jiǎn)便快捷，所獲取的產(chǎn)品對(duì)人體健康無害，更具有優(yōu)勢(shì)。因此本實(shí)驗(yàn)通過AOAC 985.29《食物中總膳食纖維 酶-質(zhì)量法》[10]提取小米糠的總膳食纖維（total dietary fiber，TDF），利用纖維素酶對(duì)其進(jìn)行改性以提高其體外膽固醇吸附活性，同時(shí)對(duì)其物化結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，從而為小米糠的有效開發(fā)及利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

MB 山西省晉城市沁水縣；雞蛋 江蘇省南京市蘇果鐵匠營(yíng)社區(qū)店；膽固醇（≥99%） 美國(guó)Sigma公司；酶制劑 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；其他試劑均為分析純 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-2450紫外-可見分光光度計(jì)、LCMS2020高效液相色譜儀 日本Shimadzu公司；XL-30ESEM環(huán)境掃描電子顯微鏡 荷蘭Philips公司；NEXUS870傅里葉變換紅外光譜儀 美國(guó)Nicolet公司；SHZ-88A往復(fù)式恒溫水浴振蕩器 太倉(cāng)市強(qiáng)樂實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；TCL BCD-516WEX60冰箱 廣東惠州TCL公司。

1.3 方法

1.3.1 MB中TDF的制備

1.3.1.1 MB的預(yù)處理

MB經(jīng)充分研磨，過40目篩，按1∶2.5（m/V）的料液比加入正己烷，于55 ℃水浴振蕩器中反應(yīng)2 h后棄上清，如此重復(fù)3 次，將脫脂后的MB置于通風(fēng)廚中，待正己烷揮發(fā)完全即得到脫脂小米糠（defatted millet bran，DMB），存放于－20 ℃冰箱中，用于后續(xù)研究。

1.3.1.2 TDF的酶法提取

取10 g DMB，按1∶10（m/V）的料液比加水?dāng)嚢?，?5～100 ℃水浴糊化15 min后置于水浴振蕩器中，于50 ℃條件下振蕩30 min。調(diào)體系pH值至5.5，加入耐高溫α-淀粉酶0.5 g，于95 ℃條件下振蕩1 h，調(diào)pH至4.2，加入0.03 g糖化酶于60 ℃酶解1 h，調(diào)pH值至7.0，加入0.36 g中性蛋白酶，于55 ℃條件下酶解2 h，最后將反應(yīng)混合物置于沸水浴中滅酶15 min，冷卻至室溫后，加入4 倍體積的95%乙醇，4 ℃條件下醇沉過夜，抽濾，殘?jiān)浞趾娓杉吹玫組B的TDF。

1.3.1.3 TDF及MB的常規(guī)組分測(cè)定

TDF及MB的常規(guī)分析包括水分、灰分、蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉及膳食纖維含量的測(cè)定，分別按照GB 5009.3-2010《食品中水分的測(cè)定》、GB 5009.4-2010《食品中灰分的測(cè)定》、GB 5009.5-2010《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》、GB/T 5009.6-2003《食品中脂肪的測(cè)定》、GB/T 5009.9-2008《食品中淀粉的測(cè)定》中的方法以及差量法進(jìn)行測(cè)定分析。

1.3.2 TDF的酶法處理

以膳食纖維體外膽固醇吸附量為指標(biāo)，利用纖維素酶對(duì)TDF進(jìn)行改性，通過單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)確定其最佳酶解溫度、酶解pH值、酶解時(shí)間以及酶添加量，得到具有較高膽固醇吸附活性的改性膳食纖維（cellulasemodifi ed dietary fi ber，CMF）。

1.3.3 體外膽固醇吸附能力測(cè)定

由于膽固醇試劑水溶性較差，因此本實(shí)驗(yàn)根據(jù)Zhang Ning等[11]的方法，利用蛋黃溶液來測(cè)定膳食纖維對(duì)膽固醇的吸附量。將蛋黃從市售鮮雞蛋中分離出來并加入9 倍質(zhì)量蒸餾水充分?jǐn)嚧虺扇橐?，? g TDF于100 mL錐形瓶中，加入25 g稀釋蛋黃液，充分混勻，調(diào)pH值至7.0，于37 ℃水浴振蕩器中振蕩3 h，4 000 r/min離心20 min（實(shí)驗(yàn)組），以未加膳食纖維的同樣方法處理的蛋黃液為空白對(duì)照組，未做處理的稀釋蛋黃液為陰性對(duì)照組。取0.02 mL的上清液，采用鄰苯二甲醛法[12]，以膽固醇標(biāo)品制備膽固醇標(biāo)準(zhǔn)曲線，測(cè)定膳食纖維對(duì)膽固醇的吸附量。

式中：ρ空白、ρ實(shí)驗(yàn)、ρ陰性分別為空白對(duì)照組、實(shí)驗(yàn)組及陰性對(duì)照組中蛋黃液膽固醇的質(zhì)量濃度/（mg/mL），m為反應(yīng)體系中膳食纖維的質(zhì)量/g。

1.3.3.1 酶解溫度對(duì)CMF膽固醇吸附能力的影響

取5 g TDF，加入40 mL 0.05 mol/L的磷酸鹽緩沖液（phosphate-buffered saline，PBS）（pH 4.0），攪拌均勻后在55 ℃條件下振蕩溶脹2 h，按照100 U/g TDF加入纖維素酶，混勻，在40、45、50、55、60 ℃水浴中作用4 h，然后在沸水浴中滅酶15 min。加入4 倍體積的95%乙醇醇沉過夜，抽濾，充分烘干，獲得CMF，測(cè)定其體外膽固醇吸附量。

1.3.3.2 酶解pH值對(duì)CMF膽固醇吸附能力的影響

在5 g TDF中加入40 mL、0.05 mol/L的PBS （pH 3.4、3.8、4.2、4.6、5.0、5.4），攪拌均勻后在55 ℃條件下溶脹2 h，按照100 U/g TDF加入纖維素酶，混勻，在50 ℃條件下水浴4 h，然后在沸水浴中滅酶15 min。加入4 倍體積的95%乙醇醇沉過夜，抽濾，充分烘干，獲得CMF，測(cè)定其體外膽固醇吸附量。

1.3.3.3 酶解時(shí)間對(duì)CMF膽固醇吸附能力的影響

在5 g TDF中加入40 mL 0.05 mol/L的PBS（pH 3.8），攪拌均勻后在55 ℃條件下溶脹2 h，按照100 U/g TDF加入纖維素酶，混勻，在50 ℃水浴中分別作用1、2、3、4、5 h，然后在沸水浴中滅酶15 min。加入4 倍體積的95%乙醇醇沉過夜，抽濾，充分烘干，獲得CMF，測(cè)定其體外膽固醇吸附量。

1.3.3.4 酶添加量對(duì)CMF膽固醇吸附能力的影響

在5 g TDF中加入40 mL 0.05 mol/L的PBS （pH 3.8），攪拌均勻后在55 ℃溶脹2 h，按照60、80、100、120、140、160 U/g TDF加入纖維素酶，混勻，在50 ℃水浴作用2 h，然后在沸水浴中滅酶15 min。加入4 倍體積的95%乙醇醇沉過夜，抽濾，充分烘干，獲得CMF，測(cè)定其體外膽固醇吸附量。

1.3.3.5 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以膽固醇吸附量為響應(yīng)值，對(duì)影響纖維素酶改性膳食纖維的酶解溫度、酶解pH值、酶解時(shí)間以及酶添加量進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，確定TDF酶法改性的最佳條件。

1.3.4 TDF與CMF的物化性質(zhì)測(cè)定

1.3.4.1 單糖組成及含量測(cè)定

按照美國(guó)谷物化學(xué)師協(xié)會(huì)（American Association of Cereal Chemists，AACC）標(biāo)準(zhǔn)32-07[13]的方法，將TDF 及CMF中的SDF部分及IDF部分分離，分別標(biāo)為SDF、CM-SDF、IDF及CM-IDF，在Stepan等[14]的方法基礎(chǔ)上加以改變來測(cè)定以上物質(zhì)的單糖組成。分別取1 mg樣品或標(biāo)品（葡萄糖、鼠李糖、半乳糖、半乳糖醛酸、阿拉伯糖、木糖、葡萄糖醛酸以及甘露糖），加入300 μL 4 mol/L三氟乙酸，于110℃條件下水解2 h，冷卻，40 ℃條件下真空濃縮4 h，用2 mL甲醇洗3 次。水解后的樣品采用對(duì)氨基苯甲酸進(jìn)行衍生，利用高效液相色譜法進(jìn)行單糖組分測(cè)定。色譜條件為：色譜柱為ODS HyperClone C18柱（250 mm×4 mm，5 μm）；檢測(cè)器為RF-20AXS熒光檢測(cè)器；洗脫液及洗脫程序、柱溫、檢測(cè)器發(fā)射波長(zhǎng)與激發(fā)波長(zhǎng)均與Stepan等的方法一致。最終計(jì)算出樣品中每種單糖組成的物質(zhì)的量百分比，用來表示其含量。

1.3.4.2 紅外光譜測(cè)定

取1～2 mg干燥至恒質(zhì)量的TDF或CMF于干燥的瑪瑙研缽中，加入適量干燥好的KBr，在干燥的條件下混合碾磨均勻，壓片，用Nexus 870 FT-IR型傅里葉變換紅外光譜儀進(jìn)行分析測(cè)定[15]。

1.3.4.3 掃描電鏡觀察

用20%、40%、60%、80%、100%的乙醇對(duì)TDF和CMF脫水，在（105±2）℃條件下干燥至恒質(zhì)量[16]，粉碎后取適量樣品黏于觀察臺(tái)上，采用離子濺射方法鍍金，在放大倍數(shù)為150和1 200的條件下，通過掃描電子顯微鏡對(duì)制備好的樣品進(jìn)行觀察、分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 TDF和MB的常規(guī)組分分析

酶法提取膳食纖維是現(xiàn)如今認(rèn)為提取率最高的一種方法[17]，實(shí)驗(yàn)中以MB為原料，采用AOAC 985.29《食物中總膳食纖維 酶-質(zhì)量法》得到膳食纖維的提取率為72.20%，小米糠及TDF的基本組成成分見表1。MB中膳食纖維的含量較之大米糠（27.04%）及麥麩（44.46%）[17]中的更高，其次蛋白質(zhì)和淀粉含量較多，分別占10.23% 和10.17%。經(jīng)過耐高溫α-淀粉酶和糖化酶的處理，MB中淀粉的去除率達(dá)到75.90%，中性蛋白酶對(duì)蛋白質(zhì)的去除率達(dá)到56.79%。蛋白質(zhì)及碳水化合物的去除，一定程度上加大了灰分的相對(duì)含量，使灰分含量從小米糠中的6.21%增加到7.93%，最終通過酶-質(zhì)量法得到的TDF中膳食纖維的含量達(dá)到77.38%。

表1 TDF和MB的常規(guī)組分含量（x ±sx，n＝3）Table 1 Proximate composition analysis of TDF and MB （x ±sx，n＝3）%

2.2 TDF的體外膽固醇吸附量

以膽固醇為標(biāo)品，采用鄰苯二甲醛法建立標(biāo)準(zhǔn)曲線方程y=0.019 4x+0.012 7（R2=0.999 1），以酶法提取的TDF為吸附劑，采用1.3.3節(jié)的方法，在pH 7.0、37 ℃條件下（模擬小腸環(huán)境），測(cè)定TDF體外膽固醇吸附量，結(jié)果為5.91 mg/g，略低于大豆皮不溶性膳食纖維的吸附量（7.40 mg/g），但明顯高于麥麩不溶性膳食纖維的膽固醇吸附量（3.48 mg/g）[12]。

2.3 TDF酶法改性條件的確定

2.3.1 酶解溫度對(duì)CMF膽固醇吸附量的影響

圖1 酶解溫度對(duì)CMF體外膽固醇吸附量的影響Fig.1 Effect of hydrolysis temperature on cholesterol-binding capacity in vitro of CMF

由圖1可知，在40～60 ℃的范圍內(nèi)，隨酶解溫度的上升，CMF對(duì)膽固醇的吸附量先上升再下降。當(dāng)溫度為50 ℃時(shí)，纖維素酶改性產(chǎn)物CMF的膽固醇吸附量最高，為9.30 mg/g。與TDF相比，膽固醇吸附量提高了60%左右。這主要因?yàn)槊冈谳^低溫度時(shí)隨著溫度升高而酶解能力加強(qiáng)，當(dāng)溫度超過50℃時(shí)，纖維素酶受熱變性因素的影響，酶解能力下降[18]，對(duì)TDF的降解能力降低，導(dǎo)致所得CMF的膽固醇吸附量降低。

2.3.2 酶解pH值對(duì)CMF膽固醇吸附量的影響

圖2 酶解pH值對(duì)CMF體外膽固醇吸附量的影響Fig.2 Effect of hydrolysis pH on cholesterol-binding capacity in vitro of CMF

纖維素酶的最適pH值一般在3.0～6.0，但會(huì)因具體底物的不同而有所差別。pH值對(duì)CMF膽固醇吸附量的影響如圖2所示，在pH 3.4～4.2之間，CMF的膽固醇吸附量隨酶解pH值升高而緩慢上升，當(dāng)pH值為3.8時(shí)，CMF的膽固醇吸附量達(dá)到最大（9.47 mg/g），而后隨pH值上升，CMF體外膽固醇吸附量急劇下降，這可能是酶促反應(yīng)的pH值通過影響酶蛋白結(jié)構(gòu)、活性部位的解離狀態(tài)而影響了其催化效果[18]，當(dāng)超過一定pH值時(shí)，酶活性受到破壞，使得其對(duì)TDF的降解率降低，導(dǎo)致改性得到的CMF的結(jié)構(gòu)或組成不利于吸附膽固醇。

2.3.3 酶解時(shí)間對(duì)CMF膽固醇吸附量的影響

圖3 酶解時(shí)間對(duì)CMF體外膽固醇吸附能力的影響Fig.3 Effect of hydrolysis time on cholesterol-binding capacity in vitro of CMF

如圖3所示，CMF的膽固醇吸附量隨酶解時(shí)間的延長(zhǎng)先上升后下降，酶解時(shí)間為2 h時(shí)，CMF的膽固醇吸附量達(dá)到最大（9.77 mg/g），顯著高于其他處理組，隨著酶解時(shí)間的延長(zhǎng)，底物濃度會(huì)不斷降低，部分酶在反應(yīng)過程中失活，水溶性多糖不斷積累，纖維素酶所受到的反饋抑制效應(yīng)逐漸增強(qiáng)，酶促反應(yīng)效率減慢[19]，改性得到的CMF體外膽固醇吸附量隨之受到一定影響。

2.3.4 酶添加量對(duì)CMF膽固醇吸附量的影響

在酶法改性中，酶添加量即反應(yīng)體系中的生物酶濃度，是決定酶處理效果的一個(gè)關(guān)鍵因素。由圖4可知，隨著纖維素酶用量的加大，其與膳食纖維中的特定底物吸附反應(yīng)速率增加，得到的CMF結(jié)構(gòu)更疏松，體外膽固醇吸附能力升高，當(dāng)酶添加量達(dá)到140 U/g時(shí)，效果最好，此時(shí)CMF的膽固醇吸附量達(dá)到12.48 mg/g。由于纖維素等底物分子與纖維素酶分子的結(jié)合位點(diǎn)是一定的，這些結(jié)合點(diǎn)全部被纖維素酶分子占據(jù)而達(dá)到飽和后，繼續(xù)加酶則不會(huì)再有大量相應(yīng)的細(xì)胞壁被降解[20]，因此得到的CMF的體外膽固醇吸附量保持穩(wěn)定。

圖4 酶添加量對(duì)CMF體外膽固醇吸附能力的影響Fig.4 Effect of enzyme amount on cholesterol-binding capacity in vitro of CMF

2.3.5 正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

表2 L 2 L9（334）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果及極差分析Table 2 L 2 L9(3 (34) orthogonal array design with range analysis of experimental results lts

表3 正交試驗(yàn)方差分析結(jié)果Table 3 Analysis of variance (ANOVA) for the orthogonal array design

從表2、3可知，對(duì)纖維素酶改性TDF提高其體外膽固醇吸附量的影響因素主次順序?yàn)锳＞D＞C＞B，即酶添加量是影響改性效果的主要因素，且差異顯著（P＜0.05），酶解pH值次之。根據(jù)k值可以得出纖維素酶改性TDF的最佳條件組合是A2B3C3D2，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，與第6組試驗(yàn)（CMF體外膽固醇吸附量最高組）組合A2B3C1D2對(duì)比，按照A2B3C3D2組合條件改性TDF測(cè)得其體外膽固醇吸附量為14.21 mg/g，高于A2B3C1D2條件下改性效果（14.18 mg/g），所以確定在酶解溫度55 ℃、酶解pH 3.8的條件下，按140 U/g的酶添加量利用纖維素酶對(duì)TDF酶解3 h，得到CMF的體外膽固醇吸附效果最佳。

2.4 TDF與CMF的物化性質(zhì)

2.4.1 單糖組分分析

表4 IDF、CM-IDF、SDF和CM-SDF的單糖組分分析（x ±sx，n＝33）Tabbllee 44 Monosaccharide composition of IDF, CM-IDF, SDF and CM-SDF ((x ± sx,, n =3) %

由表4可知，TDF中的IDF和SDF都包含有6 種單糖，即半乳糖、甘露糖、葡萄糖、阿拉伯糖、木糖和鼠李糖，但兩者單糖組成在含量上差異較大。IDF中木糖和阿拉伯糖的含量最多，分別達(dá)到73.92%及14.97%，這是因?yàn)樵贗DF很大一部分由木質(zhì)素組成，而阿拉伯木聚糖（araboxylan，AX）則是木質(zhì)素的主要組成部分，且AX具有高黏度、高持水性等特征，能起到降低血清膽固醇含量、調(diào)節(jié)血糖水平、增強(qiáng)免疫力等作用[21]。SDF中葡萄糖和半乳糖含量最高，木糖和阿拉伯糖含量次之，說明在SDF中可能存在大部分果膠及少量水溶性AX，因?yàn)楣z作為一組聚半乳糖醛酸往往會(huì)被水解成大量葡萄糖、半乳糖等單糖，且被證實(shí)具有明顯降膽固醇作用[22]。經(jīng)纖維素酶改性后，CMF單糖組成發(fā)生了明顯變化，CM-IDF中阿拉伯糖和木糖含量有所下降，葡萄糖和半乳糖的相對(duì)含量有所增加，而CM-SDF中的阿拉伯糖含量提高了37.14%，半乳糖相對(duì)含量也有所增加。由此可以說明，經(jīng)纖維素酶改性后的膳食纖維中有部分IDF（尤其是水不溶性AX）水解為SDF，其內(nèi)在組成發(fā)生了改變，從而提高了其體外膽固醇吸附量。

2.4.2 紅外光譜分析

如圖5所示，TDF和CMF的紅外光譜圖（4 000～500 cm－1）中均包含了烴基、吡喃糖環(huán)所含乙醇基的C-O伸縮振動(dòng)，吡喃糖環(huán)狀結(jié)構(gòu)的特征鍵C-O-C的不對(duì)稱收縮振動(dòng)，脂肪族類C-H對(duì)稱和非對(duì)稱伸縮振動(dòng)，C-H不對(duì)稱和對(duì)稱彎曲，C-C伸縮振動(dòng)等一系列典型多聚糖的吸收峰[23]。3 400～3 300 cm－1處是O-H伸縮振動(dòng)吸收峰，是由氫原子和強(qiáng)電負(fù)性的氧原子上的孤對(duì)電子相吸引而形成，纖維素則以此締合狀態(tài)的氫鍵相連接形成巨分子，CMF在此波數(shù)處的吸收峰相對(duì)TDF明顯減弱，另外，CMF在1 655 cm－1處出現(xiàn)的結(jié)晶水吸收峰明顯增強(qiáng)，在1 160 cm－1及1 048 cm－1處的吸收峰相對(duì)減少，它們分別為纖維素和半纖維素的C-O-C伸縮振動(dòng)和C-O的伸縮振動(dòng)[24]，這些都說明纖維素酶對(duì)膳食纖維中的纖維素和半纖維素可能起到了水解作用，而分子鏈間氫鏈斷裂和單一基元纖維的分離，產(chǎn)生更多纖維二糖及短鏈糖類，造成纖維素聚集結(jié)構(gòu)態(tài)的改變，形成更多憎水基團(tuán)[24]，可能因此導(dǎo)致CMF體外膽固醇吸附作用明顯高于TDF。

圖5 TDF和CMF 的紅外 光譜圖Fig.5 FT-IR spectra of TDF and CMF

2.4.3 TDF和CMF的超微結(jié)構(gòu)

圖6 TDF和CMF的掃描電鏡圖Fig.6 SEM images of TDF and CMF

Zhou Kequan等[25]的研究表明，膳食纖維的功能作用往往受其結(jié)構(gòu)的影響。TDF和CMF的超微結(jié)構(gòu)如圖6所示，TDF的纖維表面明顯光滑，而經(jīng)纖維素酶改性后的CMF則表面粗糙，帚化微纖維增加[26]，這主要是由于TDF在纖維素酶的作用下，纖維表面受到一定水解，纖維素酶中的外切葡萄糖苷酶和內(nèi)切葡萄糖苷酶分別作用于纖維素的結(jié)晶區(qū)和無定型區(qū)，使得膳食纖維的超微結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出更疏松的狀態(tài)，形成更強(qiáng)的毛細(xì)管吸附作用，從而使得CMF對(duì)膽固醇的吸附作用明顯高于TDF。

3 結(jié) 論

采用AOAC 985.29《食物中總膳食纖維 酶-質(zhì)量法》得到MB的TDF的提取率為72.20%，膳食纖維含量為77.38%，在體外模擬小腸環(huán)境下其膽固醇吸附量為5.91 mg/g。在酶解溫度55 ℃、酶解pH 3.8的條件下，按140 U/g的酶添加量對(duì)TDF進(jìn)行纖維素酶酶解，3 h后得到改性CMF，其體外膽固醇吸附量達(dá)到14.21 mg/g，是TDF 的2.40倍（提高了1.40倍）。通過對(duì)CMF和TDF的單糖組分及結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，CMF相對(duì)TDF在單糖組分上發(fā)生明顯變化，產(chǎn)生了更多的纖維二糖及短鏈糖，形成更多憎水基團(tuán)。同時(shí)改性后的CMF表面更為粗糙，結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松，這些組成及微觀結(jié)構(gòu)的變化與CMF體外膽固醇吸附能力的提高之間可能有密切的關(guān)系。

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Effect of Enzymatic Treatment on Cholesterol-Binding Capacity of Di etary Fiber from Millet Bran

ZHU Yu, GUO Lina, CHU Jiaxi, Lü Fengxia, LU Zhaoxin, BIE Xiaomei, ZHANG Chong, ZHAO Haizhen*
(College of Food Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China)

Total dietary fi ber (TDF) was prepared from millet bran by enzymatic-gravimetric method. In order to improve its in vitro cholesterol-binding capacity, TDF was modifi ed with cellulase. Based on single factor experiments, an L9(34) orthogonal array design was employed to optimize four parameters for enzymatic modification. The optimal e nzymatic treatment conditions that provided a 2.40-fold increase in cholesterol-binding capacity compared with the original TDF (14.21 versus 5.91 mg/g) were determined as 3.8, 140 U/g, 55 ℃ and 3 h for initial pH, cellulase amount, hydrolysis temperature and time, respectively. Comparative studies between the native and modifi ed TDF showed the cellulase treatment changed the monosaccharide composition of TDF and resulted in formation of more cellobioses in the cellulase-modifi ed dietary fi ber (CMF). Compared with TDF, CMF was rougher and had more hydrophobic groups. These physicochemical changes may be closely related to high cholesterol-binding cap acity of CMF in vitro.

millet bran; total dietary fi ber; cellulase; cholesterol-binding capacity; physicochemical analysis

TS209

A

1002-6630（2015）19-0211-06

10.7506/spkx1002-6630-201519038

2014-12-19

朱玉（1990-），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)。E-mail：2012108080@njau.edu.cn

*通信作者：趙海珍（1975-），女，副教授，博士，研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)。E-mail：zhaohz@njau.edu.cn