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機械加工及油脂對南瓜類胡蘿卜素生物接近度的影響

2014-12-20 06:29:08白喜婷樊金玲朱文學孫軍杰河南科技大學食品與生物工程學院河南洛陽471023
食品與機械 2014年5期
關鍵詞:油脂生物

白喜婷 樊金玲 朱文學 孫軍杰(河南科技大學食品與生物工程學院,河南 洛陽 471023)

類胡蘿卜素具有維生素A源活性,可用于預防和治療癌癥、心血管和眼部疾病,同時具有抗炎、抗紫外線損傷等多種生理功能[1];但食物中的類胡蘿卜素在人體的利用率較低[2],原因可能與類胡蘿卜素在食物基質中被包被、水溶性差以及化學不穩定等有關[3]。類胡蘿卜素生物利用過程包括:從食品基質中釋放至消化液,在小腸內形成脂質膠束,被小腸粘膜細胞吸收,被轉運至門脈及淋巴循環及在肝臟中轉為維生素A或被儲存4個步驟[4]?!吧锝咏取保╞ioaccessibility)用于描述其從食品基質中釋放到胃腸道或被包被在脂質微粒中的程度;“生物利用度(bioavailability)則為類胡蘿卜素其被吸收的程度[5]。

在綠色植物組織中,類胡蘿卜素與蛋白質形成復合體存在于葉綠體中,在黃色、橙色和紅色的植物組織中則存在于不同類型的有色體中[6,7]。細胞器的膜結構以及細胞壁、細胞膜結構共同構成阻礙類胡蘿卜素從食物基質釋放至消化液的物理屏障。Tydeman等[8]研究了胡蘿卜在人體內消化過程中細胞結構的變化,結果表明,消化液僅使胡蘿卜的外層細胞壁略微腫脹,多數細胞在消化后仍保持完整的細胞結構,阻礙了β-胡蘿卜素從有色體向消化液中的釋放。體內試驗[4]則表明,蔬菜中的β-胡蘿卜素的生物利用度遠低于添加于簡單食品基質(如色拉醬調料)中的純品。由于細胞的破壞僅發生在食品原料的預處理和加工過程中[9],因此,食物的加工(熱處理、機械處理、超聲處理等)過程對細胞壁及膜等有破壞作用,對于類胡蘿卜素從細胞釋放至消化液、進而被吸收利用,具有重要意義。

類胡蘿卜素是一種脂溶性營養素,通常認為油脂能促進類胡蘿卜素的吸收利用,這是因為:① 油脂提供了一個親脂庫,有利于類胡蘿卜素在胃消化階段從食物基質釋放至消化液的油滴中;② 油脂水解產物參與并改變膠束的物化性質,可能加強了類胡蘿卜素從油滴至膠束的再分配過程[10]。在體內,油脂還可促進膽鹽和胰脂酶的分泌,其中膽鹽是乳化劑,可促使大油滴裂解形成小油滴,從而有利于脂酶高效水解油脂[3,10-12]。Huo[10]、Colle[12]、Degrou[11]和 Qian等[3]研究了油脂的種類(脂?;逆滈L和不飽和度)對生物接近度的影響。諸多研究報道了油脂對橙色肉質紅薯[13]、胡蘿卜[14]、不同成熟度的芒果[15]、甜瓜[16]、西紅柿[7]中類胡蘿卜素生物接近度的影響。

南瓜(pumpkin)屬葫蘆科(cucurbitaceae)南瓜屬(Cucuribita),富含類胡蘿卜素,是人類攝取類胡蘿卜素的重要膳食來源[17,18]。根據產地和植物學性狀,南瓜現有5種栽培種:中國南瓜、即倭瓜;印度南瓜、即筍瓜;美洲南瓜、即西葫蘆;墨西哥南瓜即黑籽南瓜和灰籽南瓜,其中前4種是可食用南瓜[19]。中國南瓜中主要的類胡蘿卜素為β-胡蘿卜素,其次為α-胡蘿卜素和葉黃素[17,18]。Murkovic[17]報導了4個中國南瓜品種中α-胡蘿卜素、β-胡蘿卜素和葉黃素含量分別為9.8~59.0,31.0~70.0,0.8~11.0μg/g。宋曙輝等[20]對不同品種鮮南瓜中類胡蘿卜素含量做了分析,結果表明,α-胡蘿卜素含量為0~31.68μg/g,β-胡蘿卜素含量為0.45~55.27μg/g。但迄今為止,未見有關南瓜類胡蘿卜素生物接近度的研究報道。

本試驗以南瓜為研究對象,擬采用高效液相色譜法測定類胡蘿卜素含量,以釋放率和膠束化率為指標,采用靜態體外消化法評估類胡蘿卜素生物接近度,重點研究了機械加工、油脂添加量以及二者交互作用對南瓜中不同種類胡蘿卜素生物接近度的影響。旨為南瓜合適加工方式的選擇及有效提高其類胡蘿卜素生物利用率提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

胡蘿卜:購于當地超市;

正己烷:分析純,天津大茂化學試劑廠;

丙酮:分析純,洛陽昊華化學試劑廠;

無水乙醇:分析純,天津德恩化學試劑廠;

甲醇:色譜純,西隴化工股份有限公司;

甲基叔丁基醚:色譜純,美國天地高純溶劑公司;

胃蛋白酶、胰酶、膽鹽:生化級,美國Sigma公司;

β-胡蘿卜素標準品:純度98%,美國Sigma公司;

葉黃素標準品:純度98%,美國Sigma公司;

食用調和油:食品級,益海嘉里公司。

1.1.2 主要儀器設備

電子天平:FA1004型,上海上平儀器公司;

高速臺式離心機:LGL-18C型,上海安亭科學儀器廠;

水浴氮吹儀:NPW-12型,合肥艾本科學儀器有限公司;

高效液相色譜儀:Agilent 1260型,美國安捷倫公司;

pH計:PhS-3C型,上海宇隆儀器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理 切?。耗瞎稀逑础髌ぁ卸。?×1×1mm3、2×2×2mm3);打漿:南瓜→清洗→削皮→家用打漿機打打成泥漿狀。為了研究油脂對β-胡蘿卜素生物接近度的影響,在部分樣品中加入3%,5%,10%的食用油。

1.2.2 體外消化法 根據文獻[7,21,22],修改如下:將1 0g樣品、15mL 電解質溶液(50mmol/L NaCl、14mmol/L KCl、3.5mmol/L KH2PO4、10mmol/L CaCl2·2H2O、3.6mmol/L MgCl2·6H2O)放入150mL 三角瓶中,用1 mol/L HCl調節pH 值至2.00±0.05,加2mL胃蛋白酶(50.25mg/mL,胃蛋白酶溶于0.1mol/L HCl)封口放入搖床,于37℃、95r/min消化1h。取出三角瓶,用1mol/L NaHCO3調節pH值至6.90±0.05,加入9mL膽鹽—胰酶液(膽鹽、胰酶溶于0.1mol/L NaHCO3,濃度分別為31.13,5.00mg/mL)封口放入搖床于37℃、95r/min消化2h。消化結束后,于5 000×g離心10min得到上清液(用于分析類胡蘿卜素從食物中釋放出來的程度(釋放率),按式(1)計算釋放率),上清液過0.22μm濾膜得到膠束(用于分析類胡蘿卜素可能被小腸吸收的程度(膠束化率),按式(2)計算膠束化率)。酶液和樣品需試驗當天準備,每個樣品重復3次。

式中:

L——釋放率,%;

M——膠束化率,%;

m1——上清液中某種類胡蘿卜素的含量,μg/g;

m2——膠束中某種類胡蘿卜素的含量,μg/g;

m3——南瓜中某種類胡蘿卜素的含量,μg/g。

1.2.3 類胡蘿卜素的萃取 稱1g鮮樣品于研缽中,放入少量石英砂,用50mL萃取劑(正己烷、乙醇、丙酮體積比50∶25∶25)分數次研磨提取,直到萃取劑和渣為無色。合并萃取液,加入15mL蒸餾水和1g CaCl2·2H2O,振蕩,避光靜止分層;取分層后的上層有機相,待測。在上清液或膠束中加入等體積萃取劑,輕微振蕩,避光靜止分層;重復兩次,合并分層后的有機相;用氮吹儀吹干后定容,待測。

1.2.4 類胡蘿卜素的測定 采用高效液相色譜外標法定量測定待測樣品液中類胡蘿卜素含量。

(1)HPLC條件:色譜柱:YMC C30 4.6×250mm,5 μm;柱溫:25℃;流速:0.8mL/min;進樣量:10μL;流動相A:甲醇,流動相B:甲基叔丁基醚;線性梯度洗脫:0~5min 100%~95%A,5~20min,95%~70%A,20~40min,7 0%~55%A;檢測器波長范圍:190~550nm;檢測波長:450 nm。南瓜類胡蘿卜素萃取液的高效液相色譜圖見圖1。經與標準品等對比,確定峰1為葉黃素,峰3為β-胡蘿卜素,峰2為α-胡蘿卜素。

圖1 南瓜中類胡蘿卜素提取液的HPLC色譜圖(檢測波長450nm)Figure 1 The HPLC profile of carotenoids from pumpkin recorded at 450nm

(2)標準曲線制作:精密稱取β-胡蘿卜素、葉黃素標準品各1mg,分別溶于50mL二氯甲烷中,所得β-胡蘿卜素、葉黃素標準品儲備液濃度均為2 0μg/mL。取等體積的2 0μg/mLβ-胡蘿卜素、葉黃標準品儲備液混合,得到母液為10μg/mL的混合標準品儲備液。用流動相將儲備液分別稀釋為以下濃度的標準品使用液:0.062 5,0.125,0.25,0.5,1,2,4,6,8,10μg/mL,進行 HPLC檢測。以峰面積為縱坐標,以溶液濃度為橫坐標,進行線性回歸,得到β-胡蘿卜素測定的標準曲線方程為y=95.025x-17.710,相關系數R2為0.991 2,線性范圍為0.5~10μg/mL;葉黃素測定的標準曲線方程為y=28.888x+4.175 6,相關系數R2為0.995 9,線性范圍為0.062 5~4μg/mL。由于α-胡蘿卜素的結構與β-胡蘿卜素類似,因此,采用β-胡蘿卜素含量測定的標準曲線方程計算α-胡蘿卜素含量。

(3)樣品中類胡蘿卜素的含量測定:取待測樣品過0.45μm濾膜,進行HPLC分析。通過標準曲線測得樣品中類胡蘿卜素質量濃度,并計算南瓜、上清液和膠束中類胡蘿卜素的含量。

1.2.5 統計分析 用DPS 3.01數據處理軟件,對不同樣品的釋放率和膠束率進行0.01水平上的單因素試驗統計分析。

2 結果與分析

將南瓜進行打漿和2種切分處理得到粒度明顯不同的物料,添加不同量油脂,經體外消化,測定其中葉黃素、α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率,見圖2。由圖2可知,南瓜類胡蘿卜素的釋放率和膠束化率隨機械加工方式、油脂添加量及類胡蘿卜素種類不同而異。釋放率的變化范圍為0.232%~29.605%;其中,葉黃素的釋放率小于30%,α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素的釋放率則小于18%。說明南瓜中只有小部分類胡蘿卜素從細胞中釋放至消化液中。膠束化率變化范圍為0%~5.379%;其中,葉黃素的膠束化率小于6%,α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素的膠束化率則小于2%。消化液中的葉黃素平均約有35%被包被進入膠束,消化液的α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素中平均約有11%和9%進入膠束。從細胞釋放至消化液中的類胡蘿卜素可能以膠束化、非膠束化的可溶性聚集體以及溶于油滴等狀態存在[23]。

2.1 機械加工對南瓜類胡蘿卜素生物接近度的影響

本試驗結果表明,在同一油脂添加量條件下(3%,5%,10%),3種粒度不同的南瓜(打漿處理、1×1×1mm3切丁、2×2×2mm3切丁)中類胡蘿卜素釋放率/膠束化率之間的差異均顯著,見圖2。

圖2 機械加工方式對南瓜中類胡蘿卜素生物接近度的影響Figure 2 Effect of different mechanical processing on carotenoid bioaccessibility from pumpkin

機械處理如混合、切分、打漿、均質等,由于減小了顆粒尺寸、去除了物理屏障,增大了消化酶與物料的接觸面積,因此,促進了類胡蘿卜素從食品基質中釋放至消化液。體外試驗表明:胡蘿卜汁中總胡蘿卜素向消化液油相的釋放高于擦碎胡蘿卜和切成立方塊的胡蘿卜(3×3×3mm)[5];打成漿狀的胡蘿卜中β-胡蘿卜素和α-胡蘿卜素向消化液的釋放高于切成片狀(10×10×40mm)[24];胡蘿卜泥經50MPa和100MPa的高壓均質后的釋放率均提高[14]。體內試驗[4]表明,經打漿或均質處理的番茄中番茄紅素和胡蘿卜中的β-胡蘿卜素的吸收高于未處理。而本試驗研究結果表明,南瓜中3種胡蘿卜素的釋放率和膠束化率隨南瓜細胞破碎程度的增大而增大。在新鮮南瓜中,類胡蘿卜素存在于細胞(被細胞壁,細胞膜包圍)有色體(雙分子層)中[7],在機械處理過程中,細胞壁、細胞膜、有色體結構被破壞,從而使類胡蘿卜素釋放至消化液中。打漿處理相對于切分處理,細胞被破壞的程度高、被破壞細胞的數量多,因此,類胡蘿卜素釋放至消化液中的數量就多(釋放率高),被膠束包被的數量也隨之增加(膠束化率高)。本試驗結果也表明:α-/β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率呈較好的線性正相關關系,相關系數分別為0.854和0.817(見圖3),葉黃素的釋放率和膠束化率的線性相關關系雖然不顯著,但基本呈現出相類似的規律(圖略)。

2.2 油脂添加量對南瓜類胡蘿卜素生物接近度的影響

圖3 南瓜類胡蘿卜素的釋放率與膠束化率的相關關系Figure 3 Relationship between release and micellarisation of carotenoids from pumpkin

油脂添加量對類胡蘿卜素釋放率和膠束化率的影響不僅與油脂添加量的范圍有關,而且與物料粒度、類胡蘿卜素種類有關(見圖2)。總體來講,在油脂添加量為0%~10%范圍內,南瓜葉黃素、α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率均隨油脂添加量的增大而增大,但增幅隨油脂添加量的增加不斷減少,預示在一定油脂含量條件下,釋放率和膠束化率可能會達到某一極值?;貧w分析表明(見圖4),3種粒度的南瓜中類胡蘿卜素的釋放率和膠束化率與油脂添加量均呈一元二次方程關系,回歸方程的R2均大于0.94。說明方程很好地擬合了油脂添加量為0%~10%時3種粒度南瓜的釋放率和膠束化率,可用于此范圍內其它油脂添加量時的釋放率和膠束化率的預測。對方程求極值的結果表明:粒度越大,南瓜類胡蘿卜素的釋放率和膠束化率能達到的極值水平越低,這一結果同時說明,當油脂添加量足夠大時,物料粒度成為提高類胡蘿卜素生物接近度的限制性因素。

圖4 油脂添加量與南瓜中類胡蘿卜素生物接近度的相關關系Figure 4 Relationship between the amount of oil and carotenoid bioaccessibility from pumpkin

諸多研究報道了油脂添加量對類胡蘿卜素生物接近度的影響,但結論不一。在釋放率方面,Knockaert等[14]報道了加入5%(m/m)橄欖油對胡蘿卜泥中β-胡蘿卜素的釋放率無影響,而無論樣品是否經過高壓均質處理(0.1,10,50,100 MPa)。Bengtsson等[13]則發現:切成圓柱體的橙色肉質紅薯經煮、蒸和微波處理后,再經攪拌器制成泥狀,加入2.5%(m/m)的葵花籽油后β-胡蘿卜素釋放率均增加。在膠束化率方面,也有不盡一致的研究結果,如Ornelas-Paz等[15]研究表明:在不同成熟度(早期、中期、完全成熟)的芒果中加入雞肉,膠束化率分別增加了25.7%,114.4%,2 31.1%;相類似地,Hornero-Méndez等[22]在胡蘿卜渣(切碎)中加入油脂(5%,10%橄欖油),膠束化率隨油脂添加量的增加而增加;但是Fleshman等[16]的研究表明,添加2.5%~3.0%植物油對打漿處理的甜瓜β-胡蘿卜素的膠束化率無顯著影響。Schweiggert等[7]的研究表明,西紅柿中番茄紅素和β-胡蘿卜素、木瓜中的β-胡蘿卜素、胡蘿卜中的葉黃素在油脂添加量(葵花籽油)為2.5%條件下的膠束化率與添加量為1.0%相比,反而有明顯的下降趨勢。Huo等[10]的研究表明,三油酰甘油脂對色拉中番茄紅素膠束化率的影響也呈現先增后降的趨勢。造成上述研究結果不一致的原因除了與油脂種類、物料種類有關外,還可能與油脂添加量研究范圍較窄、原料處理方面的差異(如切分、打漿等)有關;同時,原料處理與油脂添加量之間還可能存在交互作用。

2.3 南瓜中不同種類胡蘿卜素生物接近度的比較

比較相同機械處理和油脂添加量條件下南瓜中3種類胡蘿卜素釋放率和膠束化率,可看出:葉黃素的釋放率和膠束化率均顯著高于α-和β-胡蘿卜素。Pugliese等[25]報道了紅辣椒中葉黃素膠束化率遠高于β-胡蘿卜素;Courraud等[26]報道了胡蘿卜汁的葉黃素膠束化率顯著高于α-和β-胡蘿卜素,經沸水煮處理的菠菜葉黃素膠束化率遠高于β-胡蘿卜素。

不同種類胡蘿卜素生物接近度差異的原因可能有:①疏水性不同;② 在植物組織中存在的部位及化學形式不同。使其從食物基質向消化液釋放以及隨后從消化液的油滴向膠束遷移的能力有所不同。諸多研究報導了類胡蘿卜素的膠束化率與其疏水性呈負相關關系[7,10,27,28]。含氧胡蘿卜素由于極性較大,使其更容易向基質為水的消化液釋放;同時,當類胡蘿卜素釋放至消化液中,通常首先富集在分散的油滴中,烴類結構的胡蘿卜素如α-/β-胡蘿卜素由于極性較小,因此位于油滴中心,而含氧的極性葉黃素則位于油滴表面,使得其從油脂轉移到膠束中所受到阻力較小,這有可能是促進葉黃素更易轉移到膠束中的原因[28,29]。本研究結果表明南瓜中葉黃素的釋放率顯著高于α-/β-胡蘿卜素,說明葉黃素比α-/β-胡蘿卜素更容易從食物基質釋放到消化液中;從物料釋放至消化液中的葉黃素平均約有35%進入膠束,而α-胡蘿卜素和β-胡蘿卜素平均分別只有約11%和9%被包被在膠束中,也證實了葉黃素比α-/β-胡蘿卜素更容易從消化液的油滴中轉移至膠束中。

打漿處理時,β-胡蘿卜素與α-胡蘿卜素的釋放率無顯著差異,但后者的膠束化率顯著高于前者。Hornero-Méndez等[22]以胡蘿卜渣為材料,在研究熱處理對胡蘿卜渣中β-胡蘿卜素生物接近度影響的過程中發現:在生胡蘿卜中,β-胡蘿卜素與α-胡蘿卜素的比值為1.80,將生胡蘿卜渣經體外消化后消化液中β-胡蘿卜素與α-胡蘿卜素的比值依然為1.80,但被包被到膠束中時β-胡蘿卜素與α-胡蘿卜素的比值降為1.60,并且這個比值會隨油脂添加量的增加而降低;將胡蘿卜渣于100℃熱水中處理15min,β-胡蘿卜素與α-胡蘿卜素間這種關系依然存在。說明同種條件下胡蘿卜中α-胡蘿卜素與β-胡蘿卜素相比,釋放程度無差異,但更容易被包被至膠束中,與本試驗中打漿處理條件下的研究結果相吻合。但是,在2種切丁處理時,α-胡蘿卜素的釋放率和膠束化率均高于β-胡蘿卜素,并在加油量為5%和10%條件下達到顯著水平。

3 結論

南瓜中類胡蘿卜素的生物接近度因機械加工和油脂添加量而異:機械加工所得物料粒度越小,越有利于提高類胡蘿卜素的生物接近度;在一定油脂添加量范圍內,類胡蘿卜素的生物接近度隨油脂添加量增大而增大,但存在極值;物料粒度越小,可達到的極值越高。因此,南瓜加工產品可利用機械加工減少物料粒度和添加適量油脂以提高其類胡蘿卜素生物利用率。另外,油脂種類對南瓜類胡蘿卜素生物利用率的影響有待進一步研究,以便為油脂在南瓜產品中的應用提供更多的依據。

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