劉鴻鋮，樊紅秀，趙 鑫，張閃閃，劉婷婷*，王大為

（1 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 長春 130118 2 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部食用菌加工技術(shù)集成科研基地 長春 130118 3 吉林省糧食精深加工與高效利用工程研究中心 長春 130118 4 吉林省糧食精深加工與副產(chǎn)物高效利用技術(shù)創(chuàng)新重點實驗室 長春 130118）

綠豆 （Vigna radiata （Linn.） Wilczek，mung bean），別名菉豆、青小豆、植豆，為我國傳統(tǒng)的一年生豆科草本作物，其種植歷史在2000年以上。我國綠豆的種植區(qū)域遍布各地，其中以東北地區(qū)、淮河及黃河流域的平原地區(qū)為主產(chǎn)區(qū)，年產(chǎn)量在100 萬t 以上[1]。綠豆?fàn)I養(yǎng)十分豐富，其籽粒中淀粉和蛋白質(zhì)含量的總和約為80%，此外，還含有多種礦物質(zhì)、維生素以及脂肪等成分[2-3]。綠豆籽粒種皮的主要成分是膳食纖維（DF），還含有皂苷、黃酮類化合物、蒽醌類及生物堿等多種生物活性物質(zhì)[4]。

綠豆皮是綠豆的種皮，是綠豆加工企業(yè)生產(chǎn)豆芽過程中產(chǎn)出的副產(chǎn)物，目前多用作肥料、飼料賤賣或廢渣直接扔掉，未得到充分利用，浪費了這一良好的資源。綠豆皮中膳食纖維的含量在75%以上，是生產(chǎn)高品質(zhì)膳食纖維的良好材料。膳食纖維由于具有通便排毒，預(yù)防心血管疾病，調(diào)節(jié)血糖等多種生理功能，被世界上公認(rèn)為七大營養(yǎng)素之一[5]。膳食纖維分為可溶性膳食纖維（SDF）和不溶性膳食纖維（IDF），其中SDF 的生理活性要優(yōu)于IDF，也被譽為高品質(zhì)膳食纖維[6]。天然的膳食纖維中SDF 含量較少，IDF 含量過多，導(dǎo)致其口感較差，限制了其在食品配料中的廣泛應(yīng)用。如何采取簡便、安全與高效的改性手段，使IDF 盡可能多地轉(zhuǎn)化為SDF，現(xiàn)已成為膳食纖維改性研究的熱點[7-8]。

目前，擠出和酶解處理對膳食纖維的改性都有較好的作用，且改性后膳食纖維安全無害，可應(yīng)用于食品工業(yè)。劉婷婷等[9]發(fā)現(xiàn)單螺桿擠出改性處理，可以大幅度降低香菇柄纖維的平均相對分子質(zhì)量和聚合度，持油力、膨脹力等理化指標(biāo)均明顯比改性前增加。張海芳等[10]對比了不同酶法處理馬鈴薯渣膳食纖維，發(fā)現(xiàn)復(fù)合酶改性比其它單一酶法改性更能顯著提高膳食纖維的理化性質(zhì)及功能性單糖含量。周愛麗[11]將綠豆皮進行單螺桿擠出改性后，SDF 含量增加到9.27%，提高了綠豆皮膳食纖維孔洞率和表面積，同時未破壞SDF 的分子結(jié)構(gòu)，官能團也未發(fā)生變化。朱玉等[12]利用纖維素酶改性小米糠膳食纖維，改性后的膳食纖維膽固醇吸附量比改性前提高了1.40 倍。

目前將擠出處理與酶解改性相結(jié)合來改善綠豆皮膳食纖維功能特性的研究還鮮見報道。為提高綠豆皮膳食纖維功能特性，本研究將綠豆皮膳食纖維進行改性處理，以持水力、持油力、膨脹力、陽離子交換能力、吸附葡萄糖能力和吸附膽固醇能力為評價指標(biāo)，研究改性處理對綠豆皮膳食纖維功能特性的影響。采用掃描電子顯微鏡、X 射線衍射和傅里葉變換紅外光譜法研究改性處理對綠豆皮膳食纖維結(jié)構(gòu)的影響，為提高綠豆皮膳食纖維的利用率和進一步合理應(yīng)用其營養(yǎng)價值提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

綠豆（一級），購自長春市中東大市場。

堿性蛋白酶（酶活力≥3×103U/mL）、耐高溫α-淀粉酶（酶活力≥4×104U/g）、糖化酶（酶活力≥1.6×105U/g）、纖維素酶（酶活力≥1.5×104U/g），諾維信（中國）生物技術(shù)有限公司；三羥甲基氨基甲烷，中國醫(yī)藥（集團）上?；瘜W(xué)試劑公司；2-（N-嗎啉代）乙烷磺酸，中國惠世生化試劑有限公司；葡萄糖，北京化工廠；其它試劑均為市售國產(chǎn)分析純。

GB1302 電子精密天平，梅特勒-托利多儀器（上海） 有限公司；TU-1901 雙光束紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限公司；GDE-CSF6膳食纖維測定儀，意大利VELP 公司；Nicolet is20傅里葉變換紅外光譜儀，美國Thermo Fisher 公司；MiniFlx 600 臺式粉末X 射線衍射儀，日本理學(xué)株式會社；Phenom Pro 全自動臺式掃描電子顯微鏡，荷蘭Phenom-World 公司；JC-60A 型單螺桿擠出試驗機，長春市盛達(dá)食品工業(yè)研究所。

1.2 試驗方法

1.2.1 綠豆皮的收集與處理 參照王大為等[13]的方法，并加以修改。挑選表皮無破損、籽粒飽滿的綠豆，移入35 ℃的溫水中浸泡3 h，除去死豆后將其余綠豆放入25 ℃的豆芽機中進行恒溫培養(yǎng)，每30 min 噴淋1 次清水，早晚各換水1 次，連續(xù)培養(yǎng)3 d 后即可收集綠豆皮，常溫條件下晾干后粉碎至80 目（0.20 mm），置于陰涼干燥處保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 綠豆皮基礎(chǔ)組成成分的測定 水分含量測定：直接干燥法，參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》GB 5009.3-2016；脂肪含量測定：索氏抽提法，參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測定》GB 5009.6-2016；灰分含量測定：灼燒重量法，參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測定》GB 5009.4-2016；蛋白質(zhì)含量測定：參照分光光度法，參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測定》GB 5009.5-2016；總膳食纖維（TDF）、不溶性膳食纖維（IDF）、可溶性膳食纖維（SDF）含量測定：酶重量測定法，參照采用《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中膳食纖維的測定》GB 5009.88-2014。

1.2.3 綠豆皮的改性處理

1） 擠出改性 取一定量1.2.1 節(jié)中的綠豆皮粉，采用單螺桿擠出法進行改性，擠出改性參數(shù)為：水分添加量65%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）、擠出溫度160 ℃。物料經(jīng)過擠出改性后在60 ℃條件下進行熱風(fēng)干燥至恒質(zhì)量。

2） 酶解改性 取一定量1.3.1 節(jié)中的綠豆皮粉，采用纖維素酶解法進行改性，酶解改性參數(shù)為：料水比1∶25（g/mL）、纖維素酶添加量0.80%、pH 5.5、反應(yīng)溫度50 ℃、反應(yīng)時間3.0 h。物料經(jīng)過酶解改性后在60 ℃條件下進行熱風(fēng)干燥至恒質(zhì)量。

3） 擠出-酶解復(fù)合改性：取一定量1.3.1 節(jié)中的綠豆皮粉，采用擠出-酶解復(fù)合法進行改性，即將綠豆皮粉加入一定量的水分和纖維素酶進行混合與調(diào)配，經(jīng)潤料攪拌均勻后采用單螺桿擠出機進行改性。擠出-酶解復(fù)合改性參數(shù)為：水分添加量70%、纖維素酶添加量0.30%、pH 5.5、擠出溫度140 ℃。料經(jīng)過擠出-酶解復(fù)合改性后在60 ℃條件下進行熱風(fēng)干燥至恒質(zhì)量。

1.2.4 綠豆皮膳食纖維的提取 參照美國官方分析化學(xué)家協(xié)會《食物中總的、可溶性及不溶性膳食纖維 酶-重量法》AOAC 991.43 提取綠豆皮膳食纖維。

1.2.5 綠豆皮膳食纖維的結(jié)構(gòu)測定

1.2.5.1 掃描電子顯微鏡分析 參照Muneer 等[14]的試驗方法，取適量干燥粉碎至80 目（0.20 mm）的樣品固定于觀察臺上，離子濺射鍍金后放入掃描電子顯微鏡中，在5.0 kV 加速電壓條件下，對樣品2 000 倍的表面微觀結(jié)構(gòu)進行觀察、分析。

1.2.5.2 X 射線衍射測試 衍射條件：采用連續(xù)掃描法，管電壓：40 kV；管電流：40 mA；靶型：Cu-Kα；掃描范圍：5°～45°；掃描速度：2°/min；步長：0.02。

1.2.5.3 傅里葉變換紅外光譜分析 通過Nicolet is20 傅里葉變換紅外光譜儀測得綠豆皮膳食纖維的傅里葉變換紅外光譜曲線[15]。波數(shù)范圍為4 000～400 cm-1，分辨率為4 cm-1，累計掃描次數(shù)為16 次。

1.2.6 綠豆皮膳食纖維功能特性的測定

1.2.6.1 持水力 （持油力） 的分析測定 參照Wang 等[16]的試驗方法，并作適當(dāng)修改。精確稱取干燥至恒質(zhì)量的樣品0.20 g 置于15 mL 的離心管中，迅速加入蒸餾水（植物油）10 mL，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笥檬称繁ｕr膜密封后在室溫條件下放置12 h，然后在室溫以4 000 r/min 的轉(zhuǎn)速離心30 min，快速傾析上清液，少量殘余的水分（油）用濾紙吸干后，記錄樣品濕質(zhì)量，采用公式（1）計算持水力和持油力。

式中：m2——吸水（油）后樣品與離心管質(zhì)量之和，g；m1——離心管質(zhì)量，g；m0——恒質(zhì)量樣品質(zhì)量，g。

1.2.6.2 膨脹力的分析測定 參考Chen 等[17]的試驗方法，并稍加改動。精確稱取干燥至恒質(zhì)量的樣品0.25 g 置于10 mL 量筒中，讀取并記錄樣品自然堆積的體積，然后在室溫條件下添加蒸餾水至5 mL 的刻度線，用食品保鮮膜密封，室溫靜置18 h，讀取并記錄樣品吸水膨脹后的體積，采用公式（2）計算膨脹力。

式中：V1——樣品吸水膨脹后測定的體積，mL；V0——恒質(zhì)量樣品自然堆積測定的體積，mL；m——恒質(zhì)量樣品質(zhì)量，g。

1.2.6.3 陽離子交換能力的分析測定 參照Chau等[18]的試驗方法，并適當(dāng)修改。精確稱取干燥至恒質(zhì)量的樣品1.00 g 置于250 mL 的潔凈錐形瓶中，添加50 mL 1 mol/L 的HCl 溶液，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笥檬称繁ｕr膜密封后在室溫條件下放置24 h，以便使樣品完全被酸化，然后過濾并用蒸餾水充分洗滌樣品至濾液不含Cl－，隨后將濾渣移入盛有150 mL 5 g/100 mL 的NaCl 溶液的錐形瓶中，以300 r/min 的轉(zhuǎn)速磁力攪拌30 min，接著滴入2 滴酚酞指示劑，邊振蕩邊用0.05 mol/L 的NaOH 溶液滴定至終點，同時用蒸餾水做空白試驗，采用公式（3）計算陽離子交換能力。

式中：V0——滴定空白樣所用NaOH 溶液的體積，mL；V1——滴定樣品所用NaOH 溶液的體積，mL；m——恒質(zhì)量樣品質(zhì)量，g；C——滴定所用NaOH 溶液的濃度，mol/L。

1.2.6.4 吸附葡萄糖能力的分析測定 參考Peerajit 等[19]的試驗方法，并稍加改動。稱取干燥后的樣品2.50 g 置于250 mL 的燒杯中，加入150 mL 85%（體積分?jǐn)?shù)） 乙醇溶液，水浴15 min（80℃）后過濾，濾渣經(jīng)洗滌3 次后在60 ℃條件下進行熱風(fēng)干燥至恒質(zhì)量。精確稱取干燥至恒質(zhì)量的樣品0.50 g 置于250 mL 的潔凈錐形瓶中，添加100 mL 濃度為100 mmol/L 的葡萄糖溶液，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笠迫?7 ℃恒溫振蕩水浴中2，4，6，8，10，12，14，16，18 h，然后迅速取出并以12 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心20 min，收取上清液并定容至100 mL。吸取定容后的上清液2 mL，采用DNS 比色法，以葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品繪制葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)工作曲線y=0.5344x－0.051 7（R2=0.9973），在540 nm 波長處測定上清液中葡萄糖的濃度，采用公式（4）計算吸附葡萄糖能力。

式中：C1——吸附前葡萄糖溶液中葡萄糖的濃度，mmol/L；C2——吸附后上清液中葡萄糖的濃度，mmol/L；C——葡萄糖溶液的體積，L，本試驗為0.1 L；m——恒質(zhì)量樣品質(zhì)量，g。

1.2.6.5 吸附膽固醇能力的分析測定 參考Zhang等[20]的試驗方法，并作適當(dāng)修改。取若干新鮮雞蛋并迅速分離出蛋黃，按照1∶9 的體積比加入蒸餾水并充分?jǐn)嚧蚓鶆虺傻包S乳液。精確稱取干燥至恒質(zhì)量的樣品0.50 g 置于250 mL 的潔凈錐形瓶中，添加30 mL 蛋黃乳液并充分?jǐn)嚢杈鶆?。然后分別用0.1 mol/L HCl 和0.1 mol/L NaOH 溶液pH 2（模擬胃部環(huán)境）和pH 7（模擬小腸內(nèi)環(huán)境）的磷酸鹽緩沖液，在37 ℃恒溫振蕩水浴2，4，6，8，10，12，14，16，24 h 后，然后迅速取出并以4 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心20 min，分別吸取上清液1 mL，用鄰苯二甲醛法，以膽固醇標(biāo)準(zhǔn)品繪制膽固醇標(biāo)準(zhǔn)工作曲線y=0.0089x－0.0038（R2=0.9915），在550 nm波長處測定上清液中膽固醇的質(zhì)量濃度ρ1，吸附前蛋黃乳液中膽固醇的質(zhì)量濃度ρ2，采用公式（5）計算吸附膽固醇能力。

式中：ρ2——吸附前蛋黃乳液中膽固醇的質(zhì)量濃度，mg/mL；ρ1——吸附后上清液中膽固醇的質(zhì)量濃度，mg/mL；m——恒質(zhì)量樣品質(zhì)量，g。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

使用Origin 8.0、Statistic 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理，測定結(jié)果采用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差”（±s）來表示，圖中以標(biāo)準(zhǔn)誤差作為誤差棒。采用SPSS 22.0 軟件 （ANOVA 和Duncan's multiple range test） 對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，P＜0.05 時表示為差異顯著，P＜0.01 時表示為差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 改性綠豆皮基礎(chǔ)組成成分

參照食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)測定3 種改性處理方式處理綠豆皮的基礎(chǔ)組成成分，綠豆皮改性前后的水分、脂肪、蛋白質(zhì)、灰分、TDF、IDF 及SDF 含量見表1。綠豆皮經(jīng)過改性處理后，TDF 的含量沒有顯著性差異變化，但SDF 含量相較未改性綠豆皮顯著性增加（P＜0.05），相應(yīng)的IDF 含量則逐漸減少。由此可見，改性處理可使綠豆皮中部分IDF轉(zhuǎn)化為SDF，尤其是擠出-酶解復(fù)合改性處理的效果最明顯。這可能是在擠壓改性過程中IDF 的一些糖苷鍵發(fā)生斷裂，降解成SDF，另一方面纖維素酶可能破壞了綠豆皮細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)，從而有利于可溶性成分溶出，這與Li 等[21]得到的結(jié)果相似。

表1 綠豆皮基礎(chǔ)組成成分Table 1 Basic components of modified mung bean skin

2.2 表面微觀結(jié)構(gòu)觀察

圖1為2 000 倍的掃描電子顯微鏡觀察改性前后綠豆皮膳食纖維的變化。未改性的綠豆皮膳食纖維表面相對較為光滑，有少量褶皺，結(jié)構(gòu)致密，表面略有粗顆粒附著，可能為綠豆取皮過程中粘連的蛋白質(zhì)[22]（圖1a）；經(jīng)擠出改性處理的綠豆皮膳食纖維，表面褶皺較多，結(jié)構(gòu)發(fā)生輕微的蓬松，呈蜂窩狀的多孔性特征（圖1b）；經(jīng)酶解改性處理的綠豆皮膳食纖維，表面變得粗糙，褶皺、孔隙較多，出現(xiàn)不規(guī)則顆粒狀物質(zhì)（圖1c）；經(jīng)擠出-酶解復(fù)合改性處理的綠豆皮膳食纖維，表面變得很粗糙，大量的褶皺和孔隙連成一片，呈多層的疏松網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)（圖1d）。這都為改性處理后的綠豆皮膳食纖維的持水力、持油力和膨脹力的增加提供了依據(jù)。樊紅秀[23]發(fā)現(xiàn)經(jīng)擠出改性處理后，人參膳食纖維的表面出現(xiàn)多層褶皺與較多大的孔隙，比表面積增大。Yu 等[24]報道了通過不同改性方式處理胡蘿卜渣IDF 后，發(fā)現(xiàn)其比表面積增大，結(jié)構(gòu)呈疏松多孔狀致使持水力增強。上述研究發(fā)現(xiàn)均與本文的結(jié)果很相似。

圖1 改性前后綠豆皮膳食纖維的掃描電子顯微鏡圖Fig.1 Scanning electron microscope （SEM） images of dietary fiber in mung bean skin before and after modification

2.3 X 射線衍射掃描結(jié)果

纖維素在固態(tài)下有天然纖維素I、人造纖維素II、III、IV 和X 5 種結(jié)晶構(gòu)型。圖2為改性前后綠豆皮膳食纖維的X 射線衍射譜圖，可以看出在2θ為16.8°和22.4°左右時有明顯的結(jié)晶衍射峰，且在34.8°處有一個較弱的衍射峰，具有典型的纖維素I 晶體構(gòu)型[25]。未經(jīng)改性的綠豆皮膳食纖維的2θ 為16°和22°時出現(xiàn)固有的衍射峰，經(jīng)擠出改性、酶解改性和擠出-酶解復(fù)合改性后的2θ 分別為16.77°，16.83°，16.88°和22.42°，22.38°，22.46°，差異不明顯，這說明改性處理并沒有使綠豆皮膳食纖維的結(jié)晶構(gòu)型發(fā)生顯著性改變。改性處理后的綠豆皮膳食纖維結(jié)晶區(qū)的峰高以及峰面積均有所下降，說明相對結(jié)晶度均有不同程度的降低。Jade 7.0 軟件擬合后發(fā)現(xiàn)，經(jīng)擠出改性、酶解改性和擠出-酶解復(fù)合改性后綠豆皮膳食纖維的相對結(jié)晶度分別為37.56%，36.88%，35.17%，相比未改性處理的42.55%，相對結(jié)晶度分別降低了11.73%，13.33%，17.34%。這是由于上述3 種改性處理過程中，綠豆皮膳食纖維部分結(jié)晶區(qū)結(jié)構(gòu)和非結(jié)晶區(qū)的結(jié)構(gòu)被破壞，分子聚合力降低，使這些結(jié)構(gòu)組分溶出或轉(zhuǎn)化為水溶性成分溶出，一些結(jié)晶區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榉嵌ㄐ詤^(qū)，相對結(jié)晶度降低，從而有利于降低綠豆皮膳食纖維的聚合度，導(dǎo)致綠豆皮膳食纖維的持水力、持油力、膨脹力等功能特性的變化[26]。

圖2 改性前后綠豆皮膳食纖維的X 射線衍射譜圖Fig.2 X-ray diffraction spectra of dietary fiber in mung bean skin before and after modification

2.4 傅里葉變換紅外光譜掃描結(jié)果

改性處理后的綠豆皮膳食纖維與未改性處理的膳食纖維的傅里葉變換紅外光譜分布很相似，但在相應(yīng)的波數(shù)下吸收強度稍有差異。如圖3所示，綠豆皮膳食纖維有典型的多糖類特征吸收峰。在3 362 cm-1處出現(xiàn)較強而寬的圓滑吸收峰，這是半纖維素和纖維素的-OH 伸縮振動吸收峰，擠出改性、酶解改性和擠出-酶解復(fù)合改性處理后吸收峰強度都稍有減弱，這可能是改性處理過程中纖維素分子間的氫鍵斷裂所致[27]，有利于綠豆皮膳食纖維形成多孔結(jié)構(gòu)，持水力增強。2 922 cm-1處的小尖峰是多糖亞甲基和甲基的-CH 拉伸振動吸收峰所致；在1 642 cm-1處的吸收峰是酯類C=O的非對稱伸縮振動吸收峰，1 317 cm-1處的吸收峰是木質(zhì)素強組分的拉伸或彎曲特征吸收峰，經(jīng)上述3 種改性處理后所對應(yīng)的特征吸收峰值都稍有減小，這充分說明改性處理后綠豆皮膳食纖維中木質(zhì)素含量減少，可能是由于經(jīng)過改性處理后，一些木質(zhì)素被降解，轉(zhuǎn)化為SDF[28]；1 039 cm-1處的較強吸收峰是糖環(huán)中醚鍵（C-O-C）伸縮振動的特征峰[29]。896 cm-1處的弱小尖峰是糖單元中β-型吡喃糖的伸縮振動吸收峰，經(jīng)過上述3 種改性處理后吸收峰稍有輕微增強，說明改性處理可使糖單元的連接鍵斷裂。610 cm-1處的弱小吸收峰由α-型吡喃糖環(huán)的環(huán)伸縮振動引起的。上述表明，3 種改性處理綠豆皮膳食纖維的傅里葉變換紅外光譜特征吸收峰的強度有著明顯的變化，使各纖維素組分得到重新分布，部分IDF 向SDF 轉(zhuǎn)化。

圖3 改性前后綠豆皮膳食纖維的傅里葉變換紅外光譜圖Fig.3 Fourier transform infrared spectra of dietary fiber in mung bean skin before and after modification

2.5 膳食纖維的理化性質(zhì)分析

如表2所示，改性處理對綠豆皮膳食纖維的持水力、持油力、膨脹力及陽離子交換能力均具有顯著性的改善作用，其中，擠出-酶解復(fù)合改性處理的效果最好。DF-2、DF-3、DF-4 的持水力分別是DF-1 的1.25，1.28，1.46 倍；DF-2、DF-3、DF-4的持油力分別是DF-1 的1.08，1.11，1.15 倍；DF-2、DF-3、DF-4 的膨脹力分別是DF-1 的1.34，1.22，1.87 倍；DF-2、DF-3、DF-4 的陽離子交換能力分別是DF-1 的4.85，4.32，6.98 倍。這是由于在改性處理過程中，綠豆皮膳食纖維表面出現(xiàn)多層褶皺與較多大的孔隙，比表面積增大，有助于更多的親水基團和親油基團暴露出來[30]，這使與水和油結(jié)合的位點增多，水和油則可以更好地滲透到綠豆皮膳食纖維內(nèi)部與之結(jié)合。另一方面，改性處理也會對綠豆皮膳食纖維中的大分子成分產(chǎn)生一定的破壞作用，使一部分轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿拥目扇苄猿煞?，有利于持水力、持油力及膨脹力的提高[31]。陽離子交換能力的大小與綠豆皮膳食纖維中的糖醛酸含量密切相關(guān)[32]，改性處理后的綠豆皮膳食纖維的陽離子交換能力均增強，可能是由于改性處理過程中也把綠豆皮膳食纖維中部分糖醛酸基團暴露出來。這些發(fā)現(xiàn)與牛希等[33]采用超聲改性處理燕麥膳食纖維得到的結(jié)果類似。

表2 膳食纖維的理化性質(zhì)Table 2 Physiochemical properties of dietary fiber

2.6 吸附葡萄糖能力分析

如圖4所示，3 種改性處理綠豆皮膳食纖維對葡萄糖的吸附能力均有顯著性提升（P＜0.05），且在吸附12 h 后基本達(dá)到吸附平衡。在吸附平衡時，DF-2、DF-3、DF-4 對葡萄糖的吸附能力分別由DF-1 的（8.37 ± 0.18） mmol/g 增加到（11.34 ±0.24）mmol/g，（11.06±0.13）mmol/g，（13.89±0.14）mmol/g，即分別是DF-1 的1.35，1.32，1.66 倍。這可能是由于具有黏性的SDF 將葡萄糖進行包裹與束縛，從而把葡萄糖分子截留[34]，這與表1中綠豆皮經(jīng)過改性處理后SDF 含量顯著高于改性前SDF 含量結(jié)果相符。

圖4 改性前后綠豆皮膳食纖維的吸附葡萄糖能力Fig.4 Glucose adsorption capacity of dietary fiber in mung bean skin before and after modification

2.7 吸附膽固醇能力分析

如圖5所示，在pH=2（模擬胃部環(huán)境）和pH=7（模擬小腸內(nèi)環(huán)境）條件下，未改性和3 種改性處理后的綠豆皮膳食纖維對膽固醇的吸附能力均隨時間的延長呈逐漸上升趨勢，在12 h 時基本達(dá)到吸附平衡。在相同pH 值條件下，改性處理后綠豆皮膳食纖維的吸附膽固醇能力均顯著高于改性前（P＜0.05）。在3 種改性處理綠豆皮膳食纖維中，DF-4 對膽固醇的吸附能力最優(yōu)，在吸附平衡時，DF-4 在pH=2 和pH=7 條件下對膽固醇的吸附能力分別達(dá)到（2.38±0.05）mg/（mL·g）和（3.45±0.12）mg/（mL·g）。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是由于SDF 較IDF分子質(zhì)量小，極性基團較多，更易于吸附膽固醇[13]，這也與表1中綠豆皮經(jīng)過改性處理后SDF 含量顯著高于改性前的結(jié)果相一致。Sera 等[35]研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境pH 值對膽固醇的吸附影響較大，從圖5可以看出，同一種綠豆皮膳食纖維，其在pH=7 時的吸附膽固醇能力要優(yōu)于pH=2。此外，膳食纖維的表面微觀結(jié)構(gòu)也在一定程度上影響其吸附膽固醇能力，膽固醇被膳食纖維吸附的過程是一種物理吸附，改性處理后的綠豆皮膳食纖維的表面出現(xiàn)更多褶皺和孔隙，更加有利于吸附膽固醇。

圖5 改性前后綠豆皮膳食纖維的吸附膽固醇能力Fig.5 Cholesterol adsorption capacity of dietary fiber in mung bean skin before and after modification

3 結(jié)論

本試驗研究了改性處理（擠出改性、酶解改性和擠出-酶解復(fù)合改性）對綠豆皮膳食纖維結(jié)構(gòu)及功能特性（持水力、持油力、膨脹力、陽離子交換能力、吸附葡萄糖能力、吸附膽固醇能力）的影響。結(jié)果表明，3 種改性處理方式均有利于提高綠豆皮中SDF 的含量，其中擠出-酶解復(fù)合改性的效果最佳。X 射線衍射、傅里葉變換紅外光譜結(jié)果顯示，各峰強度發(fā)生不同程度的改變，這是由于膳食纖維部分結(jié)晶區(qū)和木質(zhì)素、纖維素等非結(jié)晶區(qū)的結(jié)構(gòu)被破壞，一些結(jié)晶區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榉嵌ㄐ詤^(qū)，進而使相對結(jié)晶度降低，從而將導(dǎo)致理化特性的變化。綠豆皮膳食纖維經(jīng)上述3 種改性處理后，表面微觀結(jié)構(gòu)均由光滑致密變成不同程度的粗糙與蓬松，出現(xiàn)了多孔性特征或多層褶皺，比表面積大幅度增大。這種改變有利于綠豆皮膳食纖維中更多的親水基團和親油基團暴露出來，使持水力、持油力、膨脹力、陽離子交換能力、吸附葡萄糖能力及吸附膽固醇能力等功能特性得到顯著改善。通過對3 種改性處理方式進行分析與比較，擠出-酶解復(fù)合改性后的綠豆皮膳食纖維，其持水力、持油力、膨脹力、陽離子交換能力等功能特性均為最佳。本研究結(jié)果可為改善綠豆皮膳食纖維的結(jié)構(gòu)、功能特性及其廣泛應(yīng)用于功能食品加工中奠定一定的理論基礎(chǔ)，對提高綠豆資源的附加值，延長綠豆精深加工產(chǎn)業(yè)鏈具有重要意義及市場前景。