酶解改性兩種食用菌膳食纖維理化及功能性質(zhì)比較

楊晰茗徐紅艷,2王 超李勝男趙欣銳

(1. 延邊大學農(nóng)學院，吉林 延吉 133002；2. 延邊大學食品研究中心，吉林 延吉 133002)

膳食纖維具有降血脂、抑制肥胖及調(diào)節(jié)腸道健康[1-3]等多種功效，被譽為“第七大營養(yǎng)素”，作為果蔬類食物的主要成分，可分為可溶性膳食纖維(Soluble dietary fiber，SDF)和不溶性膳食纖維(Insoluble dietary fiber，IDF)。不同來源的SDF與IDF在體內(nèi)的生理功能有所不同[4]，并且具有良好理化特性的膳食纖維可顯著提高加工食品的質(zhì)構和風味[5]。IDF可通過酶法、化學法、物理法和微波法等實現(xiàn)改性，從而提高SDF得率并改善膳食纖維的理化與功能特性[6]，使其廣泛應用成為可能。其中酶法改性具有高效、特異、溫和的特點[7]，課題組[8]研究也發(fā)現(xiàn)木聚糖酶改性膳食纖維的得率更高。

高粱烏米(Sporisoriumreilianum)是黑粉菌寄生在高粱穗上形成的真菌，因在生長結菌期內(nèi)不可施用化肥農(nóng)藥，被公認為無污染無公害的新興菌類產(chǎn)品[9]。目前中國種植保鮮技術已趨于成熟，吉林、遼寧等省份均有大面積種植，且產(chǎn)量逐步提升，主要以鮮食和速凍的初級加工產(chǎn)品為主，精深加工程度極低[10]，功能性質(zhì)等方面的研究更少。杏鮑菇(Pleurotuseryngii)作為一種餐桌常見菌類，是中國工廠化栽培程度最高的食用菌之一，集食藥用功能于一身，其中多糖含量遠高于金針菇和平菇[11]，具有良好的降血糖、降血脂和保護腎臟的功能[12]。目前杏鮑菇產(chǎn)品主要以加工程度較低的干制品和罐頭制品為主[13]，精深加工種類少，缺乏創(chuàng)新性，活性物質(zhì)的研究也主要集中于多糖成分。

基于改性可改善膳食纖維的理化和功能性質(zhì)，以及目前關于高梁烏米研究較少，杏鮑菇研究多集中于多糖成分，研究擬以高粱烏米和杏鮑菇為原料，利用木聚糖酶改性，制備SDF與IDF，在測定理化性質(zhì)的基礎上，通過模擬胃腸道環(huán)境，測定體外功能性質(zhì)，并進行比較分析，旨在為高粱烏米和杏鮑菇中膳食纖維的深入研究提供理論依據(jù)，同時也為食用菌膳食纖維的研究提供參考，以促進食用菌的精深加工及應用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 原料與試劑

高粱烏米：東遼縣順禾烏米種植專業(yè)合作社；

杏鮑菇：市售；

高峰α-淀粉酶(≥4 000 U/g)、堿性蛋白酶(≥2.0×105U/g)、淀粉葡萄糖苷酶(200 U/mg)、纖維素酶(50 U/mg)，上海源葉生物技術有限公司；

鄰苯二甲醛、膽固醇、糠醛：分析純，北京博奧拓達科技有限公司；

無水乙醇、石油醚、濃硫酸、冰乙酸、鹽酸、葡萄糖：分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.1.2 主要儀器設備

酸度計：PHS-3C型，上海儀電科學儀器股份有限公司；

多功能粉碎機：SB-10A型，上海市浦恒信息科技有限公司；

速凍離心機：Z400K型，德國Hermle公司；

冷凍干燥機：LGJ-10型，北京四環(huán)儀器廠制造；

分光光度計：UV-7504型，上海欣茂儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 膳食纖維的制備 參照GB 5009.88—2014《食品中膳食纖維的測定》并稍作修改。將預處理的原料烘干、粉碎過篩、脫脂脫糖3次后，取1 000 g放入燒杯中，按m原料∶V水=1∶20 (g/mL)加入蒸餾水混勻，加入淀粉酶溶液，攪勻密封置于95 ℃水浴35 min后冷卻至60 ℃。調(diào)pH至9加入蛋白酶溶液，鋁箔密封置于50 ℃水浴30 min，取出后不斷攪拌。調(diào)pH至4.1加入糖化酶溶液，密封置于60 ℃ 水浴30 min，取出冷卻至50 ℃，不斷攪拌。調(diào)pH至4.5加入纖維素酶溶液，密封置于50 ℃水浴2 h后取出，不斷攪拌。沸水浴滅酶10 min后，冷卻離心所得沉淀為高粱烏米不可溶膳食纖維(S-IDF)，上清液濃縮后醇沉離心得到烏米可溶性膳食纖維(S-SDF)，凍干后保存?zhèn)溆谩０聪嗤椒ㄖ苽湫吁U菇膳食纖維，得杏鮑菇可溶性膳食纖維(P-SDF)和杏鮑菇不可溶性膳食纖維(P-IDF)。

1.2.2 膳食纖維含量的測定 參照GB/T 5009.88—2014《食品中膳食纖維的測定》，計算公式如式(1)所示。

(1)

式中：

DF——膳食纖維含量，%；

m1——膳食纖維質(zhì)量，g；

m0——試樣質(zhì)量，g。

1.2.3 膳食纖維理化性質(zhì)的測定

(1) 溶脹力：參照胡榮鎖等[14]的方法，計算公式如式(2) 所示。

(2)

式中：

CS——溶脹力，mL/g；

V1——試樣膨脹后體積，mL；

V0——試樣干體積，mL；

m0——試樣干重，g。

(2) 持水力：參照Zhang等[15]的方法，計算公式如式(3) 所示。

(3)

式中：

CWH——持水力，g/g；

m1——試樣濕重，g；

m0——試樣干重，g。

(3) 持油力：參照Sangnark等[16]的方法，計算公式如式(4)所示。

(4)

式中：

COH——持油力，g/g；

m1——吸油后試樣重量，g；

m0——試樣干重，g。

1.2.4 膳食纖維功能性質(zhì)的測定

(1) 對葡萄糖吸附能力：參照周笑犁等[17]的方法，制作葡萄糖吸附量的標準曲線，方程為：Y=2.326 4X-0.026 7，R2=0.994 1。計算公式如式(5)所示。

(5)

式中：

CGA——葡萄糖吸附能力，mg/g；

c0——吸附前葡萄糖濃度，mg/mL；

c1——吸附后葡萄糖濃度，mg/mL；

V——溶液體積，mL；

m——試樣質(zhì)量，g。

(2) 對膽固醇吸附能力：參照程明明[18]的方法。制作膽固醇吸附量的標準曲線，方程為：Y=9.48X-0.015 3，R2=0.996 6。計算公式如式(6)所示。

(6)

式中：

CCA——膽固醇吸附能力，mg/g；

c0——吸附前膽固醇濃度，mg/mL；

c1——吸附后膽固醇濃度，mg/mL；

V——溶液體積，mL；

m——試樣質(zhì)量，g。

(3) 對膽酸鈉吸附能力：參照羅磊等[19]的方法。制作膽酸鈉標準曲線，方程為：Y=1.424 7X-0.004 2，R2=0.996 5。計算公式如式(7)所示。

(7)

式中：

CSCA——膽酸鈉吸附能力，mg/g；

c0——吸附前膽酸鈉濃度，mg/mL；

c1——吸附后膽酸鈉濃度，mg/mL；

V——溶液體積，mL；

m——試樣質(zhì)量，g。

(4) 葡萄糖透析延遲指數(shù)：參照Fuentes-Alventosa等[20]的方法。制作葡萄糖吸附量標準曲線，方程為：Y=0.010 2X-0.046 8，R2=0.994。計算公式如式(8)所示。

(8)

式中：

GDRI——葡萄糖透析延遲指數(shù)，%；

c——試樣溶液葡萄糖濃度，mg/mL；

cd——試樣對照葡萄糖濃度，mg/mL；

c0——空白對照葡萄糖濃度，mg/mL。

1.2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析 試驗結果通過SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計分析，以最小顯著差異(least signicant difference，LSD)法進行兩兩比較。

2 結果與分析

2.1 膳食纖維的含量

測得S-SDF含量為20.8%，S-IDF含量為55.13%；P-SDF含量為10%，P-IDF含量為69.15%。研究[21]表明，IDF含量高于90%可使膳食纖維的功能受到抑制，但隨著SDF在總膳食纖維中所占比例的增加，其功能性質(zhì)隨之提高，當SDF含量高于10%時可稱為優(yōu)質(zhì)膳食纖維。試驗結果發(fā)現(xiàn)，高粱烏米中SDF所占比例大于杏鮑菇，預示高粱烏米膳食纖維可能具有更好的功能性質(zhì)。

2.2 膳食纖維理化性質(zhì)分析

膳食纖維的高持水力、溶脹力和持油力，在胃腸道中有利于推遲胃排空進程、增加糞便體積、加快排泄速度，促進腸道健康[22]；且良好的理化性質(zhì)有利于改善食品的風味口感，并提高加工中的穩(wěn)定性及產(chǎn)率[23]。由表1可知，高粱烏米膳食纖維的溶脹力顯著強于杏鮑菇膳食纖維(P<0.05)，S-SDF的溶脹力達到11.83 mL/g；P-IDF的持水力顯著強于其他3種膳食纖維(P<0.05)，達到4.55 g/g，S-SDF顯著強于P-SDF；SDF的持油力顯著強于IDF(P<0.05)，其中P-SDF的持油力最強，達到3.01 g/g。

2.3 膳食纖維功能性質(zhì)分析

2.3.1 膳食纖維葡萄糖吸附能力分析 膳食纖維可有效地吸附葡萄糖，抑制其擴散，減少腸道內(nèi)可獲得的葡萄糖量，從而達到控制血糖的目的[24]。由圖1可知，4種膳食纖維的葡萄糖吸附能力均隨葡萄糖濃度的增加而提高，大小依次為S-IDF>P-IDF>S-SDF>P-SDF。高粱烏米膳食纖維對葡萄糖的吸附能力顯著強于杏鮑菇膳食纖維(P<0.05)，IDF的吸附能力強于SDF。有研究[25]發(fā)現(xiàn)，并不是所有的SDF都具有良好的改善血糖、降低膽固醇等功效，與其黏性、發(fā)酵性能均具有相關性。試驗中可能是高粱烏米膳食纖維的孔隙率、黏性和比表面積大于杏鮑菇，使其捕獲葡萄糖分子的能力更強[26]，且酶解改性可能進一步造成了S-SDF與P-SDF微觀結構的變化[27]，影響了膳食纖維與葡萄糖的相互作用。以上結果表明高粱烏米膳食纖維具有更好的葡萄糖吸附能力。

2.3.2 膳食纖維膽固醇吸附能力分析 由圖2可知，模擬胃環(huán)境(pH 2)中，膽固醇吸附能力大小順序為P-IDF>S-IDF>S-SDF>P-SDF；模擬腸道環(huán)境(pH 7)中，膽固醇吸附能力順序為P-IDF>S-IDF>P-SDF>S-SDF，且膳食纖維在腸道環(huán)境中膽固醇吸附能力均強于胃環(huán)境中。主要原因可能是酸性環(huán)境中大量存在的氫離子，導致膳食纖維與膽固醇攜帶部分正電荷，由于兩者之間存在的排斥力使結合力減弱，導致膳食纖維的膽固醇吸附能力降低[28]。P-IDF的吸附能力在兩種環(huán)境中均顯著優(yōu)于S-IDF，在模擬胃環(huán)境中S-SDF的吸附能力顯著優(yōu)于P-SDF(P<0.05)，而在模擬腸道環(huán)境中正好相反。預示在胃環(huán)境中，高梁烏米膳食纖維可能具有更好的調(diào)節(jié)作用；腸道環(huán)境中，杏鮑菇膳食纖維的調(diào)節(jié)作用可能優(yōu)于高粱烏米膳食纖維。

表1 高粱烏米與杏鮑菇4種膳食纖維的理化性質(zhì)?

2.3.3 膳食纖維膽酸鈉吸附能力分析 人體中90%以上的膽汁酸以膽酸鈉等結合物的形式存在，膳食纖維通過結合膽酸鹽可降低其再吸收，抑制其表面活性劑在小腸內(nèi)的活性，減少脂質(zhì)乳化，而大腸內(nèi)的解吸膽鹽將被微生物群代謝或隨糞便排出[29]。由圖3可知，4種膳食纖維對膽酸鈉吸附能力大小為S-IDF>P-IDF>S-SDF>P-SDF。

字母不同表示差異性顯著(P<0.05)

字母不同表示差異性顯著(P<0.05)

其中S-IDF的膽酸鈉吸附能力最強，達83.8%，其原因可能是與酶解改性后的SDF相比，IDF具有較強的分子極性和較高的陽離子化程度，更易與膽酸鹽陰離子形成相互作用[30]；S-SDF的吸附能力強于P-SDF，可能是S-SDF分子極性強于P-SDF，導致吸附能力更強。預示高粱烏米膳食纖維可能具有更好的腸道健康調(diào)節(jié)作用，有待于深入研究。

2.3.4 膳食纖維葡萄糖透析延遲指數(shù)分析 葡萄糖在腸道的透析延遲有利于腸道中益生菌發(fā)酵，通過產(chǎn)生短鏈脂肪酸降低腸道pH，從而降低感染危險。葡萄糖透析延遲指數(shù)可有效地反映葡萄糖在胃腸道中的延遲吸收進程，研究[31]表明，其與可溶性膳食纖維的含量呈正相關。因此測定S-SDF與P-SDF的葡萄糖透析延遲指數(shù)，結果如圖4所示，P-SDF與S-SDF的葡萄糖透析延遲指數(shù)隨時間的延長呈上升趨勢，且S-SDF顯著高于P-SDF(P<0.05)，在60 min時達38.28%。主要原因可能是兩者結構的差異，S-SDF的黏性優(yōu)于P-SDF，導致其延遲胃排空的能力更強[32]。表明高粱烏米可溶性膳食纖維葡萄糖透析延遲的能力顯著優(yōu)于杏鮑菇可溶性膳食纖維，可能更有利于胃腸道健康。

字母不同表示差異性顯著(P<0.05)

字母不同表示差異性顯著(P<0.05)

3 結論

通過比較理化性質(zhì)與功能性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)理化性質(zhì)方面杏鮑菇膳食纖維強于高粱烏米膳食纖維，其中杏鮑菇不可溶性膳食纖維持水力和杏鮑菇可溶性膳食纖維持油力最強；烏米可溶性膳食纖維溶脹力最強。功能性質(zhì)方面，高粱烏米膳食纖維總體強于杏鮑菇膳食纖維，具體表現(xiàn)在高粱烏米膳食纖維的葡萄糖吸附能力、膽酸鈉吸附能力、葡萄糖透析延遲指數(shù)均顯著強于杏鮑菇膳食纖維。以上結果表明杏鮑菇膳食纖維可能更適用于食品的加工，以促進食品品質(zhì)的改善；相比于杏鮑菇膳食纖維，高粱烏米膳食纖維具有更好的功能性質(zhì)，預示在體內(nèi)可能具有良好的促進腸道健康、降糖等功效。但目前關于高粱烏米和杏鮑菇膳食纖維理化功能性質(zhì)差異的原因尚不清楚，因此關于兩種膳食纖維的結構表征、以及通過體內(nèi)試驗或細胞試驗進一步評價相關生理功能還有待深入研究，以促進相關功能性食品的開發(fā)。