復合膳食纖維粉研制及其脂代謝功效評價

賈福懷，韓曉峰，王 俊*，涂宏建，熊菲菲，陳 磊

(1.寧波御坊堂生物科技有限公司，浙江 寧波 315012；2.中國食品發酵工業研究院有限公司功能主食創制與慢病營養干預北京市重點實驗室，北京 100015)

隨著時代發展的加快，現代人的生活水平逐步提高，人們對食品的消費觀念也發生了變化，尤其是飲食越來越精細，所攝入的食物中粗纖維的含量越來越少，日常飲食難以提供足夠的膳食纖維，并且每天攝入了過多的糖分和油脂，給身體造成沉重負擔，導致易疲勞以及糖脂代謝異常，使人體失去膳食營養平衡，從而帶來肥胖、便秘、心血管疾病、高膽固醇、糖尿病等一系列問題，影響人們的身體健康。

膳食纖維被稱為第七類營養素，是被公認的一種非常重要的功能性食品原料，在人體中發揮著重要作用。根據來源不同，可分為天然植物組成來源的膳食纖維；通過物理、化學、酶的方法從植物中提取獲得的膳食纖維；合成的膳食纖維[1]。根據水溶性的不同，分為可溶性膳食纖維和非水溶性膳食纖維，非水溶性食物纖維包括纖維素、半纖維素、木質素，是植物細胞壁的組成部分，來源于禾谷和豆類種子的外皮，以及植物的莖和葉；可溶性食物纖維包括果膠、藻膠、豆膠、樹膠、粘質及一些種類的半纖維素[2]。

膳食纖維有很高的持水性，具有很強的吸附性，在化學組成上有多個碳水化合物聚合物的大分子，結構中含有羧基、羥基、氨基、醛酮基等許多親水基團[3]，可以吸附和螯合膽固醇、膽汁酸以及腸道內的內源性毒素、重金屬等物質[4]；可產生離子交換能力，對陽離子具有交換作用；可在代謝過程中影響消化道的pH值、滲透壓以及氧化還原電位等，能形成一個緩沖的環境，以利于消化吸收[5]；還能促進雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌生長，起到平衡腸道菌群的作用[6]；能影響糖代謝，有利于降低糖尿病的發病率[7]，具有降血糖、降膽固醇的作用；可以降低患直腸癌、乳腺癌、子宮內膜癌的風險[8]；還具有改善口腔、調節體重、影響礦物質吸收、調節免疫等生理功能。

基于膳食纖維的特點和生理功能，針對膳食纖維攝入不足的城市人群研制的復合膳食纖維粉原料天然、安全可靠，可降低血脂，具有保護肝臟和心腦血管的功效，迎合了人們對天然、去油、減重、保護腸道健康的訴求。本研究對復合膳食纖維粉的配方進行優化，并通過HepG2細胞脂肪變性模型試驗[9]，對復合膳食纖維調節脂代謝的作用進行評價，現報道如下。

1 材料與儀器

1.1 材料

圓苞車前子殼(上海諾申貿易有限公司)；魔芋(湖北一致魔芋有限公司)；山楂果(承德福生元農業開發有限公司)；紅曲米(武漢佳成生物制品有限公司)；葛根(青島隆海食品有限公司)；玉米低聚肽(浙江海氏生物科技有限公司)；聚葡萄糖(河南泰利杰生物科技有限公司)；檸檬酸(濰坊英軒實業有限公司)；三氯蔗糖(鹽城捷康三氯蔗糖制造有限公司)；二氧化硅(安徽山河藥用輔料股份有限公司)；紫甘薯、桑葚(農貿市場采購)。

1.2 主要設備與儀器

BT-9300LD激光粒度分布儀、BT-1001智能粉體特性測試儀(丹東百特儀器有限公司)；DFY-500高速萬能粉碎機(上海新諾儀器設備有限公司)；YC-15試驗型噴霧干燥機(上海雅程儀器設備有限公司)；R-1020旋轉蒸發儀(鄭州長城科工貿有限公司)；LXJ-IIB低速大容量多管離心機(上海安亭科學儀器廠)；DHG-9240A鼓風干燥烘箱、BPZ-6093LCB真空干燥箱(上海一恒科學儀器有限公司)；SYH-15三維運動混合機(常州市星干干燥設備有限公司)；LHS16-A烘干法水分測定儀(上海精科天美科學儀器有限公司)；ME3002E電子天平(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司)；微量移液槍(德國Eppendorf公司)；RE-52A旋轉蒸發儀(上海亞榮生化儀器有限公司)；生物安全柜(中國濟南鑫貝西生物技術有限公司)；37 ℃ CO2培養箱(日本松下公司)；pH計、精密電子天平CP214(瑞士Mettler Toledo公司)；759-紫外可見分光光度計(上海菁華科技儀器有限公司)；DK-8D三溫三控水槽(上海博迅實業有限公司)；KQ-250DE數控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)；SHA-B水浴恒溫振蕩器(金壇市精達儀器制造廠)；全波長酶標儀(美國熱電集團)；高速冷凍離心機(美國貝克曼公司)。

1.3 試劑

磷酸緩沖鹽溶液(phosphate bufferedsaline，PBS)、油酸(oleic acid，OA)、棕櫚酸(palmitic acid，PA)、二甲基亞砜(dimethyl sulfoxide，DMSO)、胰蛋白酶、油紅O染色劑，購自美國Sigma化學公司；DMEM培養基、噻唑蘭(3-[4，5-dimethylthiazol-2-yl]-2，5-diphenylterazoliumbromide，MTT)，購自太和華美(北京)醫藥科技股份有限公司；無FFA牛血清蛋白(FFAfreebovine serum albumin，BSA)，購自日本WAKO公司；RIPA細胞裂解液，購自碧云天生物技術研究所；甘油三脂(triglycerol，TG)試劑盒，購自南京建成泰浩生物科技有限公司；無水乙醇、氫氧化鉀，購自國藥集團化學試劑有限公司；6孔板，購自Nest Biotech China。

2 方法

2.1 復合膳食纖維粉制備工藝

2.1.1 制備工藝流程 見圖1。

圖1 工藝流程

2.1.2 原料制備 (1)粉碎原料。圓苞車前子殼粉制備：選擇人工種植的圓苞車前種子外殼為原料，經挑選、除雜，碾磨、粉碎，過100目篩后制得。葛根粉制備：取粉葛根根莖，經清洗、切片、烘干、粉碎、篩分制得。紅曲米粉制備：為市售發酵好的紅曲米，經研磨、粉碎后制得。

(2)提取原料。魔芋粉制備：選擇鮮魔芋，經清洗，去皮，切塊，粉碎，食用酒精浸泡洗滌，過濾固液分離，得濕魔芋精粉粒子，經反復多次食用酒精洗滌脫水，真空干燥(70 ℃)、閃蒸干燥(90 ℃)至水分含量小于7%，除雜、100目篩分后制得。山楂果粉制備：取鮮山楂果，經挑選，清洗，除雜，打漿，均質，噴霧干燥，篩分后制得。紫甘薯粉制備：取紫甘薯塊莖，經清洗，挑選，榨汁，過濾，濃縮(相對密度1.06～1.08)，噴霧干燥、篩分后制得。

桑葚粉制備：取鮮桑葚果，經清洗、挑選、榨汁、過濾、濃縮(相對密度1.08～1.10)、噴霧干燥、篩分后制得。

2.2 感官評價方法

評價小組篩選10人，由具有食品相關背景的人員組成，按照6 g產品加入250 mL溫水的比例進行沖泡，從產品的色澤、氣味、口感、組織狀態四個方面進行評價。感官評價標準見表1。

表1 感官評價標準

2.3 單因素試驗

復合膳食纖維粉產品配方以圓苞車前子殼粉、山楂果粉、聚葡萄、葛根粉、紫甘薯粉、桑葚粉、玉米低聚肽(食用量<4.5 g/天)為基礎，按照感官評價方法評分為指標，通過單因素試驗的方法，每次只改變配方中單一原料的添加比例，其他原料添加比例不變，分別考察不同原料的比例對產品感官質量的影響，確定基礎配方。

2.4 粒徑和流動性分析

物料粉末的狀態和粒徑對產品流動性和混合均勻工藝具有較大影響，關系到產品裝量的穩定性和一致性。筆者利用激光粒徑儀和智能粉體特性測試儀，對原料的粒徑和流動性進行分析。試驗以二氧化硅添加量為單因素試驗，對混合后的物料進行休止角、崩潰角、差角、平板角、松裝密度、振實密度、壓縮度、均齊度、流動性指數測定研究。

2.5 正交試驗篩選優化風味、色澤物質比例

在單因素基礎上，進一步通過正交試驗，考察魔芋粉、紅曲米粉、檸檬酸、三氯蔗糖對產品的氣味、色澤、口感和組織狀態的影響，篩選出最優組合比例。

2.6 膳食纖維含量測定

采用國標GB5009.88《食品安全國家標準食品中膳食纖維的測定》的方法進行復合膳食纖維粉的測定。

2.7 脂代謝功能評價

采用游離混合脂肪酸(FFA)(V油酸∶V棕櫚酸=2∶1)誘導HepG2細胞內脂肪變性細胞模型方法實驗，評價復合膳食纖維粉對脂代謝的調節作用。

3 結果與分析

3.1 基礎原料配比

通過前期的單因素試驗研究，確定復合膳食纖維粉配方中基礎原料添加比例：28%山楂果粉，25%圓苞車前子殼粉，25%聚葡萄糖，6%葛根粉，3.6%玉米低聚肽，2%紫甘薯粉，1.8%桑葚粉。

3.2 原料粒徑分析

利用激光粒度分析儀對11種原料進行粒度分布的測定，并依據粒度分布進行平均粒徑的計算，11種單一原料粒度分布結果及平均粒徑見表2，原料平均粒徑見圖2。由原料體積平均粒徑對比分析可知，復合膳食纖維粉的11種原料平均粒徑差異不大，各物料之間通過三維運動混合機易混合均勻。

表2 膳食纖維粉原料粒徑分析結果

圖2 復合膳食纖維原料平均粒徑比較

3.3 二氧化硅對成品流動性分析

利用BT-1001智能粉體特性測試儀，對混合后的物料進行休止角、崩潰角、差角、平板角、松裝密度、振實密度、壓縮度、均齊度、流動性指數測定研究，對添加不同比例二氧化硅后的物料進行整體流動性評價，其流動性分析評價結果見表3。

表3 流動性分析評價結果

由表3結果可以看出，添加二氧化硅比例為0.4%，成品粉體流動性指數最高，流動性評價為相當良好，作為本品助流劑添加量，有助于改善產品流動性，便于產品包裝。

3.4 正交試驗優化配方

以魔芋粉、紅曲米粉、檸檬酸、三氯蔗糖作為4因素，各取3水平，采用L9(34)的正交試驗設計，以感官評分為考察指標，正交試驗的因素水平如表4所示，試驗及結果見表5。

表4 正交試驗因素水平設計

表5 正交試驗結果分析

由表5結果可知，第6組評分最高，水平組合為A2B3C1D2；從K值分析中也是組合A2B3C1D2評分最高。綜上得出復合膳食纖維粉最佳比例為A2B3C1D2，即檸檬酸3.2%，紅曲米粉1.6%，魔芋粉3.0%，三氯蔗糖0.4%。

3.5 復合膳食纖維粉中膳食纖維含量測定

采用GB5009.88《食品安全國家標準 食品中膳食纖維的測定》的檢測方法，對不同批次復合膳食纖維粉進行膳食纖維含量測定。結果見表6。

表6 復合膳食纖維粉膳食纖維含量

3.6 復合膳食纖維粉脂代謝功能評價

本實驗采用游離混合脂肪酸(FFA)(V油酸∶V棕櫚酸=2∶1)誘導HepG2細胞內脂肪變性細胞模型方法實驗，評價復合膳食纖維粉對脂代謝的調節作用。給予含不同濃度的復合膳食纖維粉的培養基培養24 h，采用MTT法測定細胞活性，篩選受試物的最佳作用濃度。

3.6.1 HepG2細胞脂肪變性模型甘油三酯(TG)代謝評價實驗

3.6.1.1 測試樣品功能成分提取 稱取20 g復合膳食纖維樣品，倒入250 mL錐形瓶中，加入100 mL75%酒精充分攪拌，超聲攝取15 min，靜置分層后，上清液濾；共提取3次，直到提取液顏色變淡；合并濾液，減壓蒸除溶劑；剩余黏稠狀物質經冷凍干燥24 h，得到深紅色固體粉末。

3.6.1.2 測試樣品濃度篩選MTT實驗 取生長良好、對數生長期的HepG2細胞，PBS洗3次，胰酶消化后進行計數，調整細胞濃度為105個/mL，接種于96孔板，每孔200 μL，置于5% CO2，37 ℃的培養箱培養，待細胞貼壁后吸棄培養上清液，PBS洗去未貼壁細胞，分別加入100 μL DMEM培養基和不同待測樣品(25～1 000 μg/mL)。每組設6個復孔，置于5% CO2，37 ℃的培養箱中培養，24 h后吸棄孔內培養液，換成100 μL無血清DMEM培養基，每孔加50 μL MTT(2 mg/mL)，繼續培養4 h后，吸棄孔內培養液，每孔加入100 μL DMSO，振蕩儀振蕩10 min后，使用酶標儀測490 nm下的各孔OD值。獨立批次細胞試驗重復3次。

根據測得的OD值計算各組細胞的活力占比，由圖3所示，與正常細胞Control組相比，25～1 000 μg/mL各濃度組中，只有1 000 μg/mL表現出顯著性差異，即25～500 μg/mL為合適的濃度考察范圍。

圖3 MTT實驗數據結果

3.6.2 脂肪變性模型甘油三酯(TG)代謝評價實驗

3.6.2.1 FFA(油酸∶棕櫚酸=2∶1的混合物)配制 稱取一定量BSA，溶于無糖無酚紅不完全DMEM培養基中，用10 mol/L的KOH調pH=10，超聲至澄清。稱取一定量的油酸和棕櫚酸，溶于少量含BSA相應不完全培養基中，使得FFA溶液中油酸與棕櫚酸的摩爾比例為2∶1，同時FFA與BSA的摩爾比例為6.6∶1(即1 mM FFA∶1% BSA)，超聲至澄清。將BSA-FFA復合物溶液pH調至7.4，用0.22 μm過濾器過濾除菌，于-20 ℃保存備用。使用前孵育至37 ℃。

3.6.2.2 上清液及細胞內TG含量測定 各組細胞加樣處理24 h后，取50 μL待測細胞上清液，采用TG試劑盒測定TG含量，結果以對照組TG含量的百分比表示(%)。各組細胞加樣處理24 h后，小心棄去培養液，將板內待測定細胞用PBS潤洗2次后，每孔加入30 μL RIPA裂解液。充分裂解后，采用TG試劑盒測定TG含量，結果以對照組TG含量的百分比表示(%)。

3.6.2.3 實驗結果分析 采用游離脂肪酸(FFA)誘導HepG2細胞吞噬大量脂肪酸，使得細胞TG分泌提高，胞內和上清液的TG顯著累積，此模型可以很好地模擬人體肝臟糖脂代謝紊亂的狀態。如圖4所示，模型組(Model)細胞內TG含量明顯高于正常組(Control)，可以表明HepG2細胞脂肪變性模型造模成功(P<0.001)。同時，如圖5所示，250 μg/mL和500 μg/mL兩個劑量組的胞內TG和上清液TG含量明顯比模型組低20%～50%(與模型組比較，各濃度組顯著性差異P<0.01)，優于陽性對照組二甲雙胍(MET)，也體現出明顯的劑量依賴性。

圖4 HepG2糖脂代謝實驗胞內TG結果

圖5 HepG2糖脂代謝實驗上清液TG結果

4 討論

復合膳食纖維粉的主要原料為圓苞車前子殼、山楂、紅曲米、魔芋、桑葚、葛根、紫甘薯、聚葡萄糖和玉米低聚肽等。圓苞車前子殼為新食品原料，富含的膳食纖維高達80%以上，具有極高的保水性和膨潤性。魔芋中含有高分子葡苷聚糖，同樣是一種具有強吸水性和膨脹性的膳食纖維。聚葡萄糖是一種可溶性膳食纖維，能夠降低總膽固醇和非高密度脂蛋白膽固醇水平，而不影響高密度脂蛋白膽固醇水平[10]。紅曲米是中國傳統藥食兩用品，由稻米經發酵加工而成，具有活血化瘀、健脾消食等功效，不僅能降低總膽固醇、低密度脂蛋白、三酰甘油水平，還能升高高密度脂蛋白水平[11]。山楂為藥食兩用原料，性味酸、甘，微溫，歸脾、胃、肝經，可消食健胃、行氣散瘀、化濁降脂，用于肉食積滯、胃脘脹滿、瀉痢腹痛、瘀血經閉、產后瘀阻、心腹刺痛、胸痹心痛、疝氣疼痛的治療[12]。葛根為藥食兩用原料，味甘、辛，性涼，歸肺、胃經，具有解肌退熱、透疹、生津止渴、升陽止瀉的功效，主治表證發熱、項背強痛、麻疹不透、熱病口渴、陰虛消渴、熱瀉熱痢、脾虛泄瀉[13]，對肝臟具有很好的保護作用。大量研究表明[14-17]，玉米低聚肽安全性高，具有降血壓、抗氧化、緩解疲勞、降膽固醇、保護肝臟的作用，是極具發展前景的材料。桑葚為藥食兩用原料，為桑科植物桑的干燥果穗，性甘、咸，平，歸肝、腎經，具有固精縮尿、補腎助陽的功效，用于遺精滑精、遺尿尿頻、小便白濁的治療[18]。

本研究結果表明，以圓苞車前子殼、聚葡萄糖、山楂、魔芋等原料開發的復合膳食纖維粉的最佳配方為檸檬酸3.2%，紅曲米粉1.6%，魔芋粉3.0%，三氯蔗糖0.4%，其具有很好的調控脂質代謝的作用。