胡蘿卜膳食纖維中結(jié)合多酚的體外消化酵解規(guī)律和營養(yǎng)特性、功能應(yīng)用研究

摘要：膳食纖維是多酚類化合物的重要載體，能促進腸道蠕動和維持腸道微生態(tài)平衡，通過與多酚結(jié)合，可以將多酚引導(dǎo)至腸道，在腸道環(huán)境中發(fā)揮重要功效。先前的研究一直停留在膳食纖維中的可萃取多酚，關(guān)于結(jié)合多酚的相關(guān)報道較少。該研究基于此，利用酶解法對胡蘿卜膳食纖維進行提取，并研究體外消化和結(jié)腸發(fā)酵對胡蘿卜膳食纖維中結(jié)合多酚含量、組分以及抗氧化活性的影響。結(jié)果表明，相對于體外發(fā)酵，結(jié)腸發(fā)酵期間膳食纖維中釋放的結(jié)合多酚更多，另外，經(jīng)過小腸消化后的胡蘿卜膳食纖維釋放的結(jié)合多酚對α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性具有明顯的抑制作用。

關(guān)鍵詞：膳食纖維；結(jié)合多酚；釋放；代謝

中圖分類號：TS201.1""""" 文獻標志碼：A""""" 文章編號：1000-9973（2024）08-0045-04

Study on in Vitro Digestion and Fermentation Rules， Nutritional Properties

and Functional Application of Bound Polyphenols in Carrot Dietary Fiber

ZHANG Xiao-xiao， LI Wu-xiang

（Chongqing Metropolitan College of Science and Technology， Chongqing 402168， China）

Abstract： Dietary fiber is an important carrier of polyphenolic compounds， which can promote intestinal peristalsis and maintain intestinal microecological balance. By combining with polyphenols， polyphenols can be guided into intestines and play an important role in the intestinal environment. Previous researches have focused on extractable polyphenols in dietary fiber， and there are few reports on bound polyphenols. Based on this， in this study， enzymatic hydrolysis method is used to extract dietary fiber from carrots， and the effects of in vitro digestion and colonic fermentation on the content， components and antioxidant activity of bound polyphenols in carrot dietary fiber are studied. The results show that compared with in vitro fermentation， more bound polyphenols are released from carrot dietary fiber during colonic fermentation. In addition， the bound polyphenols released from carrot dietary fiber after small intestinal digestion have a significant inhibitory effect on the activity of α-amylase and α-glucosidase.

Key words： dietary fiber; bound polyphenols; release; metabolism

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.08.009

引文格式：張瀟瀟，李武祥.胡蘿卜膳食纖維中結(jié)合多酚的體外消化酵解規(guī)律和營養(yǎng)特性、功能應(yīng)用研究.中國調(diào)味品，2024，49（8）：45-48，62.

ZHANG X X， LI W X.Study on in vitro digestion and fermentation rules， nutritional properties and functional application of bound polyphenols in carrot dietary fiber.China Condiment，2024，49（8）：45-48，62.

收稿日期：2024-01-02

基金項目：中國管理科學(xué)研究院區(qū)域改革發(fā)展研究所項目（jjyj4241）；“三全育人”背景下體育專業(yè)“課程思政”實施路徑研究與實踐（202053S）

作者簡介：張瀟瀟（1986—），女，副教授，碩士，研究方向：運動營養(yǎng)學(xué)。

多酚是自然界中具有酚類結(jié)構(gòu)特征的次級代謝產(chǎn)物，這些植物中的化學(xué)成分與人類健康息息相關(guān)，具有預(yù)防人體動脈硬化、抗癌、降低血糖和抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)等多種生物活性功效。根據(jù)酚類結(jié)合特性可將其分為兩類：一類是能夠通過水和有機溶劑提取獲得的游離多酚，被稱為可萃取多酚；一類是存在于植物基質(zhì)中的結(jié)合多酚，它們通過共價鍵、疏水鍵以及氫鍵與膳食纖維相互作用并且緊密相連。結(jié)合多酚一般可通過化學(xué)法、酶解法和物理法獲得。

對于膳食纖維中結(jié)合多酚的研究尚處于起步階段，相關(guān)報道較少，目前已有的研究結(jié)果表明，結(jié)合多酚是植物膳食纖維中的主要多酚成分，在豆類、谷物、水果、蔬菜中均有發(fā)現(xiàn)，堅果和水果中的結(jié)合多酚含量高于可萃取多酚。Oboh等的研究結(jié)果表明，紅辣椒中富含大量的結(jié)合多酚。Kapoor等對番茄中的結(jié)合多酚進行了分離，并對結(jié)合多酚中的化合物進行了分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)合多酚中的化合物種類主要為沒食子酸、香草酸、肉桂酸和咖啡酸，且這些化合物具有較強的抗氧化活性。

膳食纖維中含有豐富的半纖維素、纖維素、果糖和低聚糖等，可以用于預(yù)防糖尿病、心血管疾病和肝脂肪變性等。由于膳食纖維和多酚結(jié)構(gòu)存在較大差異，以往的研究學(xué)者趨向?qū)⒍叻珠_，然而最新的研究結(jié)果表明，膳食纖維上結(jié)合著豐富的多酚類化合物，這些結(jié)合多酚類化合物與膳食纖維一起進入胃腸道中，相互影響和協(xié)調(diào)發(fā)酵，發(fā)揮著各自的功能性質(zhì)，因此膳食纖維被認為是多酚進入胃腸道的重要載體。

本研究通過對胡蘿卜膳食纖維中結(jié)合多酚含量、組分、抗氧化活性進行研究，旨在為胡蘿卜膳食纖維在食品研究與開發(fā)中的應(yīng)用提供新的思路。

1" 材料與方法

1.1" 試驗材料與試劑

胡蘿卜、大腸桿菌、α-淀粉酶、α-葡萄糖苷酶、沒食子酸、蘋果酸、咖啡酸、香草酸、檸檬酸、奎寧酸。

1.2" 試驗儀器

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、冷凍干燥機、電動攪拌器和多功能酶標儀。

1.3" 試驗方法

1.3.1" 胡蘿卜膳食纖維的提取

采用酶解法對胡蘿卜膳食纖維進行提取，稱取一定量的胡蘿卜粉，加入去離子水攪拌均勻，隨后加入α-淀粉酶、糖化酶和木瓜蛋白酶混合均勻，離心，再用80%的乙醇洗滌后獲得胡蘿卜膳食纖維。

1.3.2" 胡蘿卜膳食纖維結(jié)合多酚的提取

準確稱取1 g胡蘿卜膳食纖維，加入10 mL濃度為2%的NaOH，將其放入恒溫振蕩箱中振蕩4 h，用HCl調(diào)節(jié)溶液的pH為2，將其離心后用乙酸乙酯萃取上清液3次，再將其蒸發(fā)濃縮至干。用1 mL甲醇將其復(fù)溶，再用0.2 μm的有機濾膜進行過濾，最終獲得胡蘿卜膳食纖維結(jié)合多酚。

1.3.3" 抗氧化活性的測定

1.3.3.1" DPPH自由基清除能力的測定

將胡蘿卜膳食纖維結(jié)合多酚調(diào)節(jié)到適當濃度，取50 μL結(jié)合多酚溶液與100 μL DPPH溶液混合，在室溫條件下放置30 min，再使用多功能酶標儀在517 nm波長處測定吸光度。

1.3.3.2" 活性氧自由基和過氧自由基清除能力的測定

胡蘿卜膳食纖維結(jié)合多酚對活性氧自由基和過氧自由基清除能力的測定參考先前的相關(guān)研究。

1.3.4" 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2019進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析。

2" 結(jié)果和討論

2.1" 結(jié)腸發(fā)酵和體外消化對胡蘿卜膳食纖維結(jié)合多酚含量的影響

由圖1可知，隨著胡蘿卜膳食纖維在結(jié)腸中發(fā)酵時間的增加，所檢測到的結(jié)合多酚含量先升高后降低，當發(fā)酵時間小于12 h時，結(jié)合多酚含量隨著發(fā)酵時間的增加而不斷升高，這是由于在微生物環(huán)境中，大部分結(jié)合多酚不斷釋放；當發(fā)酵時間超過12 h時，所檢測到的結(jié)合多酚含量開始降低，這是由于微生物開始分解和轉(zhuǎn)化腸道中的結(jié)合多酚。

由圖2可知，在體外模擬消化的條件下，胡蘿卜膳食纖維中的結(jié)合多酚大多數(shù)被束縛，不能在體外消化的各個階段被水解和釋放。綜合圖1和圖2的結(jié)果可知，胡蘿卜膳食纖維中的結(jié)合多酚在結(jié)腸發(fā)酵過程中釋放的含量更多，在體外消化過程中釋放的含量較少。

2.2" 胡蘿卜膳食纖維結(jié)合多酚的定性分析

本研究利用UPLC-qTOF-MS/MS法對胡蘿卜膳食纖維釋放的結(jié)合多酚進行了檢測，一共檢測出25種多酚類化合物。體外消化后的胡蘿卜膳食纖維結(jié)合多酚在280 nm處的色譜圖見圖3，體外消化的口腔期釋放的結(jié)合多酚種類明顯多于小腸期和胃期。

結(jié)腸消化胡蘿卜膳食纖維釋放的結(jié)合多酚在280 nm處的色譜圖見圖4。

由圖4可知，發(fā)酵時間為0.5 h時，胡蘿卜膳食纖維釋放的結(jié)合多酚種類較少，這是由于發(fā)酵初期胡蘿卜膳食纖維發(fā)酵不夠充分；當發(fā)酵時間為4～24 h時，胡蘿卜膳食纖維釋放的結(jié)合多酚種類明顯增多；且在不同的發(fā)酵時間內(nèi)，胡蘿卜膳食纖維釋放的結(jié)合多酚種類差異不明顯。

2.3" 胡蘿卜膳食纖維結(jié)合多酚的定量分析

結(jié)腸發(fā)酵和體外消化的胡蘿卜膳食纖維中結(jié)合多酚變化情況見表1，選擇膳食纖維中9種酚酸進行定量分析，一共測出結(jié)合多酚含量356.23 μg/g。在體外模擬消化過程中，釋放的結(jié)合多酚含量為4.35 μg/g，說明大部分胡蘿卜膳食纖維結(jié)合多酚經(jīng)過小腸消化后不能被釋放。當采用結(jié)腸發(fā)酵時，隨著發(fā)酵時間的增加，胡蘿卜膳食纖維中釋放的結(jié)合多酚含量變化幅度為7.68%～18.99%，隨著發(fā)酵時間的增加，胡蘿卜膳食纖維逐漸被細菌破壞，使得結(jié)合多酚被大量釋放。

由表1可知，在結(jié)腸發(fā)酵過程中，隨著發(fā)酵時間的增加，沒食子酸和原兒茶酸的含量先升高后降低，說明在胡蘿卜膳食纖維結(jié)合多酚釋放過程中，一些結(jié)合多酚化合物不斷被結(jié)腸中的微生物降解。

2.4" 胡蘿卜膳食纖維結(jié)合多酚的抗氧化能力分析

胡蘿卜膳食纖維經(jīng)過體外消化和結(jié)腸發(fā)酵后，釋放和代謝的結(jié)合多酚的抗氧化能力見圖5～圖7。

在不同的發(fā)酵過程中，采用結(jié)腸微生物發(fā)酵方式的胡蘿卜膳食纖維結(jié)合多酚的抗氧化能力較高，其中包括DPPH自由基清除能力、過氧自由基清除能力和活性氧自由基清除能力。

體外消化過程中（口腔期、胃期和小腸期），胃消化后，DPPH自由基清除能力最高，為2 μmol TE/g DE，過氧自由基清除能力和活性氧自由基清除能力均在小腸期最高，抗氧化能力的峰值分別為5 μmol TE/g DE和4 μmol TE/g DE。

在結(jié)腸發(fā)酵過程中，當發(fā)酵時間為12 h時，DPPH自由基、過氧自由基和活性氧自由基的清除能力最高，峰值分別為18，100，75 μmol TE/g DE；當結(jié)腸發(fā)酵時間低于或者高于12 h時，DPPH自由基、過氧自由基和活性氧自由基的清除能力均呈現(xiàn)下降趨勢。

2.5" 胡蘿卜膳食纖維結(jié)合多酚對α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性抑制作用分析

由圖8和圖9可知，隨著體外消化（小腸消化）釋放的結(jié)合多酚提取物（CDF-S）和阿卡波糖濃度的不斷增加，對α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性的抑制能力也明顯提升，相比于CDF-S對α-淀粉酶活性的抑制率，CDF-S對α-葡萄糖苷酶活性的抑制率明顯更高。徐莉娜等的研究結(jié)果也表明，阿魏酸具有和阿卡波糖同等的功效，能夠控制血糖水平，由表1可知，經(jīng)過小腸消化后的胡蘿卜膳食纖維中的結(jié)合多酚中含有阿魏酸。

將阿卡波糖合成藥物后，可以用于抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性，然而藥物會在人體內(nèi)表現(xiàn)出副作用。為避免阿卡波糖對身體帶來的不良影響，采用胡蘿卜膳食纖維結(jié)合多酚來調(diào)節(jié)機體血糖的食品或藥物具有非凡的意義和廣闊的前景。

3" 小結(jié)

最近的一些研究結(jié)果表明，膳食纖維中的多酚具有預(yù)防糖尿病、代謝綜合征和心血管疾病等功效，使得大量科研者研究和開發(fā)膳食纖維中多酚在保健品中的應(yīng)用。張瀟瀟等研究表明，膳食纖維中的多酚進入機體腸道后，非常容易被腸道微生物轉(zhuǎn)化吸收，使得多酚利用率降低。通過對胡蘿卜膳食纖維中結(jié)合多酚經(jīng)過體外消化和結(jié)腸發(fā)酵后結(jié)合多酚含量、組分以及抗氧化活性的研究，為研究膳食纖維結(jié)合多酚在腸道消化釋放和代謝提供了理論基礎(chǔ)。

多酚與膳食纖維結(jié)合，不僅有助于提高多酚生物利用率，而且能為食品增加纖維含量，使食品中富含更多營養(yǎng)成分。結(jié)合多酚和膳食纖維組合也可以用于研發(fā)功能性食品，如抗氧化食品和腸道健康食品。隨著當代人們越來越關(guān)注飲食健康，研究膳食纖維作為結(jié)合多酚的載體具有重要意義。

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