紫紅薯渣、膳食纖維和漂白膳食纖維物化特性分析

吳少福 沈勇根 上官新晨 蔣 艷 周小玲 劉娟花

(江西農業大學植物資源開發與利用研究室 江西農業大學食品科學與工程學院,南昌 330045)

紫紅薯渣、膳食纖維和漂白膳食纖維物化特性分析

吳少福 沈勇根 上官新晨 蔣 艷 周小玲 劉娟花

(江西農業大學植物資源開發與利用研究室 江西農業大學食品科學與工程學院,南昌 330045)

對紫紅薯渣、膳食纖維和漂白膳食纖維的物化特性進行了測試與分析。結果表明,紫紅薯膳食纖維的水合性質與紫紅薯渣相比差異極顯著(P<0.01),H2O2處理極顯著地降低了紫紅薯膳食纖維的水合性質;酶法和 H2O2處理降低了樣品吸附膽酸鈉的能力,但提高了吸附亞硝酸鈉的能力;紫紅薯渣、膳食纖維和漂白膳食纖維的水合性質分別為:膨脹力 4.36、14.3、9.30 mL/g,持水力 2.65、8.39、6.49 g/g,結合水力 1.89、3.12、2.05 g/g;紫紅薯渣、膳食纖維和漂白膳食纖維的陽離子交換能力分別為 0.12、0.88、0.48 mmol/g;紫紅薯渣、膳食纖維和漂白膳食纖維吸附膽酸鈉的能力分別為 35.03、24.12、17.84 mg/g;紫紅薯渣、膳食纖維和漂白膳食纖維吸附 NaNO2的能力分別為 1.08、2.81、2.98 mg/g。結果顯示,紫紅薯膳食纖維是一種天然的優質膳食纖維,具有廣闊的應用前景。

紫紅薯 膳食纖維 水合性質 陽離子交換 吸附

物化特性是評價膳食纖維生理活性的指標,主要體現在水合性質、吸附能力和陽離子交換能力等 3個方面。其中水合性質主要通過吸水膨脹能力(Swelling Capacity,S WC)、持水力 (Water Holding Ca2 pacity,WHC)和結合水力 (Water Binding Capacity,WBC)等 3方面來實現,是衡量膳食纖維品質好壞的一個重要指標。膳食纖維吸水膨脹呈凝膠狀,增加食物的黏滯性,延緩或阻礙膳食中多余的膽固醇、膽汁酸和糖類等物質吸收而達到降血脂和血糖等功效;膳食纖維較強的親水性可增加機體排便體積與質量,縮短糞便在腸道內停留時間,減少糞便中有毒物質對腸壁的刺激,清除內外源性有毒有害物質,提高機體免疫能力,可有效的預防便秘、憩室癥和結腸癌等[1-2]。

紫紅薯 (purple Ipomoea Batatas)是一種安全的食飼兼用作物,富含花青素,主要作為天然色素提取的原料,但提取色素后的副產物——紫紅薯渣含有大量的膳食纖維、淀粉、蛋白質等可利用成分,其中膳食纖維含量極高,約占干基的 30%左右[3],一般作為飼料或肥料或垃圾而被摒棄,造成原料的浪費和環境污染。目前,對紫紅薯的研究主要集中在花青素的提取與應用上[4],未見有關紫紅薯膳食纖維物化特性方面的研究。本試驗采用體外模擬的方式對紫紅薯渣、膳食纖維和漂白膳食纖維的物化特性進行了測試,并與國內外常用的麩皮、米糠、海帶、麒麟菜和葛根等膳食纖維的物化特性進行了比較分析,得到了紫紅薯渣及膳食纖維物化特性的相關數據,為紫紅薯渣的開發利用提供了理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

紫紅薯 (川山紫)渣:采自江西省鷹潭市,提取色素后的殘渣,干燥、粉碎過 60目絹篩,酸性洗滌膳食纖維為 31.28%。

紫紅薯膳食纖維:將紫紅薯渣按 1∶10用水調成漿,糊化后冷卻至 75℃,按原料 0.5%加入混合酶(淀粉酶 ∶糖化酶 =7∶3),保溫處理 150 min;滅酶后降溫至 60℃,按原料 0.2%加入木瓜蛋白酶處理60 min;水洗干燥后過 60目絹篩,酸性洗滌膳食纖維為75.46%。

漂白紫紅薯膳食纖維:將紫紅薯膳食纖維用 4%H2O2溶液按 1∶15調成漿,pH值調整為 10.0,在60℃水浴中保溫處理 180 min,水洗干燥后過 60目絹篩,樣品的白度值為 86.39%,酸性洗滌膳食纖維為77.14%。

膽酸鈉 (純度為 88%):上海藍季科技發展有限公司;其他試劑均為分析純。

723型分光光度計:上海光譜儀器有限公司;TDL-40B型離心機:上海安亭科學儀器廠;AR2140型電子分析天平:奧豪斯 (上海)公司;PHB-5型酸度計:上海偉業儀器廠。

1.2 試驗方法

1.2.1 紫紅薯膳食纖維水合性質的測定

1.2.1.1 紫紅薯膳食纖維膨脹力的測定[5-6]

準確稱取 1.000 0 g樣品于 20 mL具塞刻度試管中,加入 15 mL蒸餾水,振蕩均勻,置于冰箱中過夜,讀取試管中樣品的體積數。膨脹力按下式計算:

式中:V1為膨脹后體積/mL;V0為干樣品體積/mL;m為干樣品質量 /g。

1.2.1.2 紫紅薯膳食纖維持水力的測定[5]

準確稱取樣品 100 mg放入燒懷中,用 25℃蒸餾水飽和 1 h,置于濾紙上瀝干,將結合了水的樣品轉移到表面皿上稱重,換算成每克樣品所能滯帶水的克數。

式中:m1為濕樣品質量 /g;m0為干樣品質量 /g。

1.2.1.3 紫紅薯膳食纖維結合水力的測定

參照 MacConnell等[7]提出的離心法進行。將100 mg樣品浸泡于 25 mL、4℃的蒸餾水中 24 h,在14 000 r/min條件下離心 30 min,小心地去掉上清液,殘留物置于 G-2多孔玻璃板上靜置 1 h,稱重殘留物,105℃恒重,兩者差值為所結合水的質量。

式中:m1為濕樣品質量 /g;m0為干樣品質量 /g。

1.2.2 紫紅薯膳食纖維陽離子交換能力的測定

參照鄭建仙等[8]方法進行。將樣品浸沒于0.1 mol/L HCl溶液中,37℃恒溫振蕩 24 h,抽濾,水洗至濾液中不含 Cl-為止,減壓干燥得試驗樣品。準確稱取 250 mg樣品溶解于 100 mL 0.9%NaCl溶液中,用 0.1 mol/L NaOH溶液邊攪拌邊滴定,記錄 pH變化,作VNaOH-pH關系曲線圖。陽離子交換能力以試驗液 pH值達到 7時,每克樣品所消耗 0.1 mol/L NaOH的物質的量來表示。

陽離子交換能力 (mmol/g)=0.1×V/m

式中:V為 0.1 mol/L NaOH的體積/mL;m為樣品質量 /g。

1.2.3 紫紅薯膳食纖維吸附能力的試驗

1.2.3.1 紫紅薯膳食纖維吸附亞硝酸根離子能力的試驗

亞硝酸根離子的測定采用 GB/T 5009.33—2008第二法進行。當亞硝酸鈉濃度在 0～16μg/mL時,亞硝酸鈉濃度(y)與吸光值 (x)的關系符合方程:y=70.56x-0.470 5,R2=0.999 6。

參照歐仕益等[9],胡國華等[10]的方法進行。反應在 250 mL錐形瓶中進行。反應體積為 100 mL,反應體系的 pH值為 2,NaNO2濃度為 15.18μg/mL,樣品為 0.500 0 g;在 37℃的條件下振蕩一定時間,然后取 1 mL樣液測定NO2-濃度,同時做空白對照試驗。

1.2.3.2 紫紅薯膳食纖維對膽酸鈉吸附能力的試驗

參照黃才歡等[11],徐叔云等[12]的方法進行。當膽酸鈉濃度在 0～2.0 mg/mL時,膽酸鈉濃度 (y)與吸光值 (x)的關系符合方程:y=0.528 0x-0.044 2,R2=0.999 3。

稱取 10 g樣品,加入 100 mL 0.01 mol/L HCl溶液,37℃恒溫振蕩 1 h,用 Na2CO3調整 pH為 6.3,離心 (5 000 r/min、15 min),減壓干燥,得膽酸鈉試驗樣品。在 250 mL三角燒瓶中加入膽酸鈉試驗液 (內含2 mg/mL膽酸鈉、0.15 mol/L NaCl、pH 6.3)100 mL,加入 1.000 0 g樣品后搖勻。37℃恒溫振蕩一定時間后,準確吸取 0.5 mL上清液進行膽酸鈉濃度測定。

1.3 統計分析

所有試驗數據均為 4次重復測得的平均值。采用Microsoft Excel中有關函數和圖表處理方法以及DPS統計軟件進行相關性分析[13]。

2 結果與分析

2.1 紫紅薯膳食纖維水合性質分析

由表 1 Duncan新復極差分析可知,3個樣品之間比較,水合性質都存在著極顯著性差異 (P<0.01)。相對于紫紅薯渣來說,酶法和 H2O2處理都極顯著地提高了樣品的水合性質 (P<0.01),但 H2O2處理則極顯著地削弱了紫紅薯膳食纖維的水合性質(P<0.01)。

表 1 紫紅薯膳食纖維水合性質的分析

2.2 紫紅薯膳食纖維陽離子交換能力分析

由圖 1可知,兩個膳食纖維樣品的 pH-VNaOH關系曲線出現了兩個拐點,而紫紅薯渣則只出現了一個拐點,且出現拐點時消耗 0.1 mol/L NaOH的毫升數不一樣,即 V>V漂白>V原料。當 pH達到 7時,紫紅薯渣、漂白膳食纖維和膳食纖維的陽離子交換能力分別為 0.12、0.48、0.88 mmol/g,膳食纖維和漂白膳食纖維的陽離子交換能力分別為紫紅薯渣的 7.33倍和 4倍。

圖 1 陽離子交換能力的比較

2.3 紫紅薯膳食纖維吸附能力分析

2.3.1 紫紅薯膳食纖維吸附膽酸鈉的能力

由圖 2可知,隨著吸附時間的延長,試驗液中膽酸鈉的濃度逐漸降低,達到平衡所需時間約為 60～120 min。紫紅薯渣、膳食纖維和漂白膳食纖維對膽酸鈉的吸附能力分別為 35.03、24.12、17.84 mg/g。經酶處理制備的紫紅薯膳食纖維以及經 H2O2漂白的膳食纖維的吸附能力都被削弱了,吸附能力依次為紫紅薯渣的 68.86%和 50.93%。

圖 2 膽酸鈉吸附能力與吸附時間的關系

2.3.2 紫紅薯膳食纖維吸附亞硝酸根離子的能力

由圖 3可知,在模擬胃環境的條件下,隨著吸附時間的延長,試驗液中 NaNO2的濃度逐漸降低,吸附達到平衡所需時間大約在 120～240 min之間。紫紅薯渣、膳食纖維和漂白膳食纖維吸附 NaNO2的能力分別為 1.08、2.81、2.98 mg/g。

圖 3 亞硝酸鈉吸附能力與吸附時間的關系

3 討論

3.1 紫紅薯膳食纖維水合性質

本試驗通過對原料、膳食纖維和漂白膳食纖維水合性質的分析,發現它們之間存在著極顯著性差異(P<0.01)。膳食纖維和漂白膳食纖維的膨脹力高于蔗渣膳食纖維的 5.3 mL/g[8]、花生殼的 5.05 mL/g[14]和西方國家常用的麩皮纖維的 4.0 mL/g[1];持水力高于蔗渣膳食纖維的3.6 g/g[8]、花生殼的 3.94 g/g[14]和西方國家常用的麩皮纖維的4.0 g/g[1];而結合水力低于蔗渣膳食纖維的 4.7 g/g[8],與花生殼的2.87 g/g[14]和西方國家常用的麩皮纖維的 3.0 g/g[1]相當。這說明紫紅薯膳食纖維具有良好的水合性質。但 H2O2處理則極顯著地削弱了膳食纖維的水合性質,這一結果與李忠海等[15]報道的 H2O2具有改善膳食纖維水合性質的作用不相一致。這可能是脫色的過程中造成了膳食纖維的某些功能基團的破壞(如羥基、羧基或氨基等)或膳食纖維分子間某些化學鍵的斷裂,從而影響膳食纖維的水合性質,至于理論上的原因將有待于紫紅薯膳食纖維結構進一步的分析而探討。

3.2 紫紅薯膳食纖維陽離子交換能力

膳食纖維結構中包含著一些羧基、羥基和氨基等側鏈基團,能產生類似弱酸性陽離子交換樹脂的作用,可與陽離子尤其是有機陽離子進行可逆交換[16-17],形成一個理想的緩沖體系。膳食纖維能夠與腸道中的 K+、Na+結合,使之隨糞便或尿液一同排出體外,降低由于 K+、Na+攝入過量而引起的許多疾病 (如心血管疾病等)的發病率[18-19];當然,膳食纖維的陽離子交換能力也必然影響到機體對某些礦物元素 (如 Ca、Fe、Zn等)的吸收。在體外模擬陽離子交換試驗中,紫紅薯膳食纖維的陽離子交換能力為0.88 mmol/g,高于葛根的 0.37 mmol/g[15]和蔗渣膳食纖維的 0.66 mmol/g[8],但 H2O2處理降低了紫紅薯膳食纖維的陽離子交換能力為 0.48 mmol/g,與原料的 0.12 mmol/g相比得到了加強。這可能是由于H2O2的強氧化性,在脫去紫紅薯膳食纖維有色成分的過程中可能破壞了膳食纖維某些側鏈官能基團,從而影響膳食纖維的陽離子交換能力。因此,紫紅薯膳食纖維具有良好的陽離子交換能力。

3.3 紫紅薯膳食纖維吸附能力

膽酸在其分子結構上既含有疏水的甲基和烴核,同時又含有親水的羥基和羧基。而膳食纖維能在溶液中展開成網絡狀結構,由于其結構上的羧基、羥基和氨基等側鏈基團的影響,能產生類似交換樹脂的作用來束縛膽酸,可以在體外和體內螯合吸附膽固醇和膽汁酸之類的有機分子,抑制人體重吸收,限制膽酸的肝腸循環從而達到加快膽固醇的代謝和脂肪的排泄。膳食纖維的這種吸附功能目前有兩種解釋[20]:一是通過吸附膽酸鹽而排出體外而促進了膽固醇的代謝最終導致體內膽固醇得以下降;二是由于短鏈脂肪酸 (SCFAS)從大腸運輸到肝臟門靜脈而抑制肝臟對膽固醇的合成。通過體外模擬膽酸鈉的吸附試驗,發現經酶處理的膳食纖維及經H2O2漂白的膳食纖維的吸附能力都被削弱了,這與其他報道的結果相一致[15,21-22]。紫紅薯渣、紫紅薯膳食纖維和漂白紫紅薯膳食纖維的吸附能力分別為 35.03、24.12、17.84 mg/g,均低于米糠膳食纖維的 42 mg/g[23]和小麥纖維的 47 mg/g[24]。造成這種現象的原因可能是 H2O2破壞了膳食纖維的結構,或酶處理時洗掉了可溶性膳食纖維,或膳食纖維來源差異等。膳食纖維的這種螯合吸附作用是一個復雜過程,與其生理功能密切相關[1]。至于疏水性脫氧膽酸鈉、結合型脫氧膽酸鈉和牛磺膽酸鈉等膽酸鹽的吸附試驗,以及動物體內試驗和吸附機理將有待于進一步研究和探討。

膳食纖維的吸附作用還表現在能吸附腸道內的有毒和致癌物質,促使它們排出體外。NO2-能與仲胺、叔胺反應形成亞硝胺,后者已被證明是人和動物的致癌劑。Moller等[25]認為酚類物質中阿魏酸是唯一能在酸性條件下與亞硝酸根離子反應的酚酸,膳食纖維中可能存在以酰化途徑與多糖、糖蛋白質等組成復合物的阿魏酸、香豆酸等酚酸,這些酚酸在接近胃腸道酸性條件下與亞硝酸根離子發生反應,從而阻斷強致癌物N-硝基化合物的形成。通過體外模擬亞硝酸根離子的吸附試驗,發現酶處理和 H2O2漂白都提高了樣品吸附亞硝酸根離子的能力,紫紅薯膳食纖維和漂白紫紅薯膳食纖維的吸附能力分別為 2.81、2.98 mg/g。均高于米糠膳食纖維的 1.36 mg/g[10]、花生麩膳食纖維的 2.15 mg/g[26]、海帶的1.19 mg/g[27]、麒麟菜的 0.94 mg/g[28]。說明紫紅薯膳食纖維對 NO2-具有良好的清除作用。至于動物體內試驗以及清除機理將有待于紫紅薯膳食纖維結構的進一步分析而研究。

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Physicochemical Properties ofDregs,Dietary Fiber and Bleached Dietary Fiber from Purple Sweet Potato

Wu Shaofu Shen Yonggen Shangguan Xinchen Jinang Yan Zhou Xiaoling Liu Juanhua
(Plant Resource Exploitation&Utilization Research Room of JiangxiAgriculturalUniversity,Food Science and Engineering Depar tment of JiangxiAgriculturalUniversity,Nanchang 330045)

The physicochemicalpropertiesof the dregs,the dietary fiber and the bleached dietary fiber from pur2 ple s weet potato were measured and compared.Results:There are remarkable differences in the hydration properties(P<0.01)between the dietary fiber and dregs from purple s weet potato;The hydration properties are weakened markedly after bleaching by hydrogen peroxide.In vitro,the adsorption capacity of the dietary fiber for sodium nitrite increases,but for sodium cholate decreases after treatment with H2O2or enzyme.The hydration index values of the dregs,dietary fiber and bleaching dietary fiber from purple s weet potato are as follows:s welling capacity 4.36,14.3,9.30 mL/g,water holding capacity 2.65,8.39,6.49 g/g,water binding capacity 1.89,3.12,2.05 g/g,respectively.Moreover,the cation exchange capacity of the dregs,dietary fibers and bleaching dietary fibers are 0.12,0.88,0.48 mmol/g,and the adsorption capacity to sodium cholate are 35.03,24.12,17.84 mg/g,to sodium nitrite are 1.08,2.81,2.98 mg/g,respectively.It is indicated that the dietary fiber from purple s weet potato is a good natural dietary fiber,valuable for exploitation in the near future.

purple sweet potato,dietary fiber,hydration property,cation exchange,adsorption

TS201.4

A

1003-0174(2011)02-0028-05

國家農業科技成果轉化基金 (2006GB2C500149),江西省科技廳重點項目(贛科發計字 2004211)

2010-04-15

吳少福,男,1969年出生,高級實驗師,食品科學與工程

上官新晨,男,1962年出生,教授,農產品貯藏與加工