超微粉碎對松仁膳食纖維體外降血糖、降血脂功能的影響

馮雁波,包怡紅

(東北林業大學林學院,黑龍江哈爾濱 150040)

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超微粉碎對松仁膳食纖維體外降血糖、降血脂功能的影響

馮雁波,包怡紅*

(東北林業大學林學院,黑龍江哈爾濱 150040)

以松仁粕為原料制備松仁粕膳食纖維,研究超微粉碎對松仁粕及松仁粕膳食纖維體外降血糖、降血脂功能的影響。結果表明:經超微粉碎后,松仁粕膳食纖維及松仁粕的膳食纖維含量無顯著變化,但各功能性質均有不同程度的改善,且松仁粕膳食纖維的各功能性質均優于松仁粕。與粗粉相比,二者微粉的葡萄糖吸附量、淀粉酶抑制力、膽酸鈉吸附量及膽酸鈉束縛力都有顯著提高(p<0.05),其葡萄糖延遲吸收指數在透析30 min時最大;且二者在pH7.0條件下的膽固醇吸附能力顯著優于pH2.0條件下的膽固醇吸附能力。說明一定程度的超微粉碎有利于松仁粕膳食纖維功能性質的改善。

松仁粕,膳食纖維,超微粉碎,降血糖,降血脂

紅松為松科,松屬,裸子植物,是我國東北地區的珍貴樹種,主產于東北長白山、小興安嶺等地區[1-2]。紅松松仁富含脂肪、蛋白質、碳水化合物及多種微量元素,具有美容、長壽、抗衰老等功效,自古

就受到醫學家、營養學家的推崇以及消費者的喜愛,有“長壽果”的美稱[3-4]。

隨著人們健康意識的增強,膳食纖維的重要性逐漸受到重視。膳食纖維具有降血脂[5]、降血糖[6]、改善腸道[7]等多種生理功能。超微粉碎是一種新型粉碎技術,相對于傳統技術,粉碎顆粒微細化,比表面積增大,空間網絡結構更為疏松,不僅能夠有效改善膳食纖維的持水力、膨脹力、吸附能力等物化及功能特性,且能使其口感細膩,彌補膳食纖維在食品加工的缺陷與不足[8-9]。松仁粕作為松仁提油、提蛋白后所剩的副產物,含有大量可利用的膳食纖維,從中提取膳食纖維不僅可以減少資源的浪費,而且提高了松仁的利用率,目前關于松仁膳食纖維的功能性質的相關研究尚未見報道。本實驗以松仁粕為原料,采用酶法制備膳食纖維,將松仁粕及膳食纖維超微粉碎,研究超微粉碎前后松仁粕及膳食纖維的體外降血糖、降血脂功能的變化,包括葡萄糖吸附量、淀粉酶抑制力、葡萄糖延遲吸收能力、膽固醇吸附量、膽酸鈉吸附量及膽酸鈉束縛能力,為松仁膳食纖維的開發利用提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

松仁粕 黑龍江省宏泰松果有限公司;高溫α-淀粉酶(20000 U/g)、牛磺膽酸鈉 上海源葉生物科技有限公司;堿性蛋白酶(140450 U/g) 北京博奧拓達科技有限公司;膽固醇 天津市光復精細化工研究所;其他試劑均為分析純。

FW100型高速萬能粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司;AK-98型流水式超細中藥粉碎機 溫嶺市奧力中藥機械有限公司;DK-8D電熱恒溫水浴槽;DHG-9240電熱恒溫鼓風干燥箱;TDL-40B-W型離心機 上海標儀儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 松仁膳食纖維的制備

1.2.1.1 原料預處理 將松仁粕粉碎過60目篩,得到松仁粕粗粉,備用。

1.2.1.2 松仁膳食纖維的制備 稱取一定量的松仁粕粗粉,以1∶20的料水比分散于蒸餾水中,調節pH6.0,添加2000 U/g的高溫α-淀粉酶,置于95 ℃水浴鍋恒溫水浴40 min,降溫至50 ℃,調節pH至9.2,添加10148 U/g的堿性蛋白酶,50 ℃恒溫水浴3.1 h,沸水浴滅酶10 min,調節pH至中性,加入4倍體積95%乙醇,靜置過夜,抽濾,保留濾渣,50 ℃烘干,粉碎后過60目篩,得到膳食纖維粗粉。

1.2.1.3 膳食纖維微粉的制備 將上述方法制得的膳食纖維粗粉及松仁粕粗粉采用超細粉碎機分別處理1、5、10 min,得到不同粉碎程度的微粉,分別稱為微粉Ⅰ、微粉Ⅱ、微粉Ⅲ。

1.2.1.4 膳食纖維含量的測定 參照GB/T5009.88-2008《食品中膳食纖維的測定》,測定總膳食纖維的含量,膳食纖維含量計算公式如下:

1.2.2 粒徑的測定 用BT-9300型激光粒度分布儀測定不同粉碎粒度粉體的粒徑。

1.2.3 體外降血糖功能的測定

1.2.3.1 葡萄糖透析延遲指數的測定 參照黃清霞[10]和黃冬云[11]的方法,準確稱取0.500 g樣品,置于15 mL 100 mmol/L的葡萄糖溶液中,攪拌均勻,連續震搖1 h,轉移到20 cm長、截留分子量為7000的透析袋中,同時做空白對照。將各透析袋分別置于盛有200 mL去離子水的燒杯中,37 ℃恒溫水浴振搖1 h,分別在30、60、90 min時測定透析液中葡萄糖含量。葡萄糖的測定采用蒽酮比色法[12]。

葡萄糖透析延遲指數(GDRI)計算公式如下:

1.2.3.2 葡萄糖吸附能力的測定 參照Cheickna Daou[13]的方法,準確稱取1.000 g樣品,置于pH7.0、100 mL 100 mmol/L的葡萄糖溶液中,攪拌均勻,37 ℃振搖6 h,3000 r/min離心20 min,測定上清液葡萄糖含量,同時做空白對照。吸附量計算公式如下:

吸附量(mg/g)=初始溶液中葡萄糖含量-上清液中葡萄糖含量/樣品質量

1.2.3.3 對α-淀粉酶活力抑制的測定 參照Chau[14]和梅新[15]的方法,準確稱取1.000 g樣品及4 mgα-淀粉酶,置于40 mL 4%的可溶性淀粉溶液中,25 ℃充分混合1 h。3000 r/min離心20 min,取上清液測定葡萄糖含量,同時做空白對照。α-淀粉酶活性的抑制能力計算公式如下:

α-淀粉酶酶活抑制力 (%)

1.2.4 體外降血脂功能的測定

1.2.4.1 體外吸附膽固醇的測定 參照鐘希瓊等[16]的方法,取超市買的新鮮雞蛋的蛋黃,加入9倍量的蒸餾水,攪打成乳液。分別取50 g稀釋蛋黃液于兩個200 mL的三角瓶中,并加入2.000 g樣品,調節pH至2.0和7.0,37 ℃振蕩2 h,4000 r/min下離心20 min,吸取0.04 mL上清液,采用鄰苯二甲醛法在550 nm下比色測定膽固醇含量。膽固醇的測定采用領苯二甲醛法[17]。

膽固醇的吸附量計算公式如下:

吸附量(mg/g)=吸附前蛋黃液中膽固醇量-吸附后上清液中膽固醇量/樣品質量

1.2.4.2 膽酸鈉吸附量的測定 參照李海云等[18]的方法略作修改,在2個250 mL錐形瓶中分別加入100 mL含0.2 g膽酸鈉的0.15 mol/L的NaCl溶液,調節pH為7.0,加入樣品1.00 g,攪拌均勻,37 ℃振搖2 h,4000 r/min離心20 min,移取1 mL上清液,測定殘余膽酸鈉的量。膽酸鈉的測定采用糠醛比色法[19]測定。

膽酸鈉的吸附量計算公式如下:

吸附量(mg/g)=吸附前膽酸鈉量-吸附后膽酸鈉量/樣品質量

表1 總膳食纖維的含量(%)
Table 1 Content of total dietary fiber(%)

樣品粗粉微粉Ⅰ微粉Ⅱ微粉Ⅲ松仁粕4990±014Ba4886±092Ba4875±106Ba4867±109Ba膳食纖維7767±078Aa7660±123Aa7655±144Aa7652±112Aa

注:大寫字母表示相同粉碎程度不同樣品間差異性,小寫字母表示同一樣品不同粉碎程度的差異性,p<0.05,圖3～圖8同。

表2 粒徑測定結果
Table 2 Particle size measurement results

粒徑樣品粗粉微粉Ⅰ微粉Ⅱ微粉ⅢD50(μm)6837±147a411±009b257±012c026±008d

注:小寫字母表示不同粉體平均粒徑的顯著性,p<0.05。

1.2.4.3 體外模擬膽酸鈉束縛能力的測定 參照Zacherl C[20]的方法建立體外模型并對膽酸鈉體外吸附能力進行測定。

以消膽胺代替樣品作為對照,空白組不加樣品,取透析液測定膽酸鈉含量,樣品對膽酸鈉的束縛力(binding ability,BA0)計算公式如下,校準之后樣品對膽酸鈉的束縛力用BA表示,文中膽酸鈉束縛力均以校正后的束縛力表示。

1.2.5 數據處理 實驗中每個處理重復三次,采用SPSS 17.0軟件進行數據的顯著性分析,應用Excel軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 膳食纖維含量的測定

不同粉碎程度的松仁粕及膳食纖維中總膳食纖維的含量測定結果見表1。

由表1可知,經酶解制備得到的膳食纖維中總膳食纖維含量達到77.67%,比松仁粕的49.90%有顯著提高(p<0.05)。松仁粕及膳食纖維超微粉碎后粉體的總膳食纖維含量較粗粉均有所降低,但無顯著差異。說明超微粉碎對膳食纖維含量的影響較小。

2.2 粒徑測定

對不同粉碎程度的松仁粕膳食纖維的粒徑進行測定,測定結果見表2。

由表2可見,微粉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的平均粒徑分別為4.11、2.57、0.26 μm,不同粉體的平均粒徑均存在顯著差異(p<0.05)。可見隨著粉碎時間的延長,得到了不同粉碎程度的微粉,微粉的粒度隨著粉碎時間的延長,粒度越來越小,微粉Ⅲ的平均粒度最小,可達到0.26 μm。

2.3 體外降血糖功能分析

2.3.1 葡萄糖透析延遲指數的分析 葡萄糖透析延遲指數是一個表示葡萄糖在胃腸道被延遲吸收的體外指標,能夠很好地反映膳食纖維使葡萄糖延遲吸收的能力。超微粉碎對松仁粕及松仁粕膳食纖維葡萄糖延遲吸收能力的影響分別見圖1、圖2。

圖1 超微粉碎對松仁粕葡萄糖延遲吸收能力的影響Fig.1 The effect of ultrafine grinding on glucose retardation index of pine residue

圖2 超微粉碎對松仁粕膳食纖維葡萄糖延遲吸收能力的影響Fig.2 The effect of ultrafine grinding on glucose retardation index of dietary fiber注:大寫字母表示相同粉碎程度不同透析時間的差異性,小寫字母表示相同透析時間不同粉碎程度的差異性。

由圖1、圖2可見,松仁粕膳食纖維葡萄糖延遲吸收能力明顯高于松仁粕,且二者的葡萄糖延遲吸收能力均隨粒度的減小呈增大趨勢,相同時間內,微粉Ⅲ的葡萄糖延遲吸收指數最大;普通粉碎條件下,松仁粕膳食纖維葡萄糖延遲吸收指數在30、60、90 min時均顯著優于松仁粕葡萄糖延遲吸收指數,說明松仁粕經酶解后得到膳食纖維,具有更強的葡萄糖延遲吸收能力。對于所有的松仁粕膳食纖維樣品,其葡萄糖延遲吸收指數隨透析時間的延長而減小,松仁粕膳食纖維微粉Ⅲ在30、60、90 min時的葡萄糖延遲吸收指數分別為41.54%、39.89%、37.24%。這與Daou[13]等研究的葡萄糖延遲吸收指數隨透析時間的延長變化趨勢一致。主要是因為隨透析時間的不斷延長,膳食纖維樣品對葡萄糖的吸附量接近飽和,吸附過程達到動態平衡[21]。

2.3.2 葡萄糖吸附能力的分析 膳食纖維可以通過吸附葡萄糖降低葡萄糖吸收速率,降低小腸葡萄糖濃度,從而達到降血糖效果[21]。超微粉碎對松仁粕及松仁粕膳食纖維葡萄糖吸附量的影響見圖3。

圖3 超微粉碎對葡萄糖吸附量的影響Fig.3 The effect of ultrafine grinding on the adsorption capacity for glucose

由圖3可見,相同粉碎條件下,松仁粕膳食纖維的葡萄糖吸附量顯著大于松仁粕(p<0.05)。且經超微粉碎后,松仁粕及松仁粕膳食纖維微粉的葡萄糖吸附能力都明顯增大,與粗粉相比呈顯著差異(p<0.05)。隨超微粉碎時間的延長,微粉粒度減小,松仁粕膳食纖維葡萄糖吸附量增大,微粉Ⅱ葡萄糖吸附量達到最大為374.41 mg/g,之后隨粒度減小,松仁粕膳食纖維葡萄糖吸附量減小,這與楊遠通等[22]研究結果相似,粒度減小有利于葡萄糖的吸附,但減小到一定程度后,吸附量反而下降。這是因為超微粉碎使膳食纖維網絡結構松散,比表面積增大,截留能力增強,葡萄糖吸附量增大;但粉碎時間太長使得膳食纖維長鏈減少,短鏈增多,束縛能力減小[23]。

2.3.3α-淀粉酶活力抑制力的測定 通過抑制淀粉酶的活力,減少淀粉水解,是膳食纖維能夠降血糖的另一作用機理。超微粉碎對松仁粕及松仁粕膳食纖維α-淀粉酶活力抑制力的影響見圖4。

圖4 超微粉碎對α-淀粉酶活力抑制力的影響Fig.4 The effect of ultrafine grinding on the inhibitory activity for α-amylase

由圖4可知,松仁粕經酶解制備得到的松仁粕膳食纖維的α-淀粉酶抑制率顯著提高(p<0.05),具有更高的α-淀粉酶活力抑制力。隨超微粉碎時間的延長,微粉粒度減小,松仁粕膳食纖維的α-淀粉酶抑制率不斷增大,其粗粉的α-淀粉酶抑制率為16.24%,微粉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的α-淀粉酶抑制率分別高達19.51%、22.40%、27.11%,這是由于經超微粉碎后,膳食纖維空間結構及表面基團的變化致使其對淀粉酶作用發生改變[24]。

2.4 體外降血脂功能分析

2.4.1 膽固醇吸附量的分析 分別測定pH2.0和pH7.0條件下松仁粕及松仁粕膳食纖維對膽固醇的吸附作用,從而體外模擬人體胃環境和小腸環境下的膽固醇吸附情況,實驗結果分別見圖5、圖6。

圖5 超微粉碎對膽固醇吸附能力的影響(pH2.0)Fig.5 The effect of ultrafine grinding on the adsorption capacity for cholesterol(pH2.0)

圖6 超微粉碎對膽固醇吸附能力的影響(pH7.0)Fig.6 The effect of ultrafine grinding on the adsorption capacity for cholesterol(pH7.0)

由圖5,圖6可知,在pH2.0和pH7.0條件下,松仁粕膳食纖維的膽固醇吸附量顯著優于松仁粕(p<0.05),普通粉碎條件下分別高29.67%和46.12%。且中性條件下松仁粕膳食纖維的膽固醇吸附量顯著優于酸性條件(p<0.05),這與Nsor-Atindana等[25]的研究結果一致,表明膳食纖維在中性環境中更利于吸附膽固醇。經超微粉碎后,松仁粕膳食纖維的膽固醇吸附量有顯著提高,中性條件下,微粉Ⅱ的膽固醇吸附量高達29.88 mg/g,比粗粉高40.02%,但微粉Ⅲ的膽固醇吸附量較微粉Ⅱ有所降低;這是因為經超微粉碎后,膳食纖維網絡結構松散,比表面積增大,有利于吸附,但過度粉碎則會使膳食纖維結構受到一定程度的破壞,吸附能力下降[26]。

2.4.2 膽酸鈉吸附量的測定 取相同質量不同粉碎程度的松仁粕及膳食纖維,置于同一濃度的膽酸鈉溶液在37 ℃條件下恒溫震蕩2 h,測定超微粉碎對松仁粕及松仁粕膳食纖維膽酸鈉吸附量的影響,實驗結果見圖7。

圖7 超微粉碎對膽酸鈉吸附的影響Fig.7 The effect of ultrafine grinding on the adsorption capacity for sodium cholate

由圖7可知,超微粉碎對松仁粕膳食纖維的膽酸鈉吸附作用影響顯著,經超微粉碎后松仁粕膳食纖維膽酸鈉吸附量有顯著提高(p<0.05),且隨超微粉碎時間的延長,吸附量不斷增大,微粉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的膽酸鈉吸附量分別達到51.87、54.50、55.34 mg/g。不同粉碎程度下松仁粕膳食纖維的膽酸鈉吸附量均顯著優于松仁粕(p<0.05),其粗粉及微粉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的膽酸鈉吸附量分別是松仁粕的1.26、1.18、1.21、1.21倍。松仁粕膳食纖維的膽酸鈉吸附量明顯高于相同膽酸鈉濃度下江蘺藻膳食纖維、米糠膳食纖維及麥麩膳食纖維,說明松仁膳食纖維具有較好的膽酸鈉吸附能力[16,27]。

2.4.3 膽酸鈉束縛能力的測定 本實驗采用體外模擬人體消化過程,進一步研究松仁粕及松仁粕膳食纖維對膽酸鈉的束縛能力,實驗結果見圖8。

圖8 超微粉碎對膽酸鈉束縛能力的影響Fig.8 The effect of ultrafine grinding on constraint capacity of sodium cholate

由圖8可見,松仁粕膳食纖維對膽酸鈉的束縛能力顯著優于松仁粕(p<0.05),二者粗粉膽酸鈉束縛力分別為6.46%、9.34%。經超微粉碎后,二者的膽酸鈉束縛力都明顯提高,且隨著超微粉碎時間的延長,束縛能力呈增大趨勢,即超微粉碎10 min所得微粉Ⅲ的膽酸鈉束縛力最大,松仁粕膳食纖維微粉Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的膽酸鈉束縛力分別為14.04%、16.36%、20.80%。

3 結論

參照GB/T5009.88-2008《食品中膳食纖維的測定》測定松仁粕膳食纖維粗粉中膳食纖維含量為77.67%,比松仁粕提高了55.65%。經過不同時間的超微粉碎后,松仁粕膳食纖維粒度有顯著降低(p<0.05),微粉粒度均小于5 μm。經測定的降血糖和降血脂指標中,松仁粕膳食纖維明顯優于松仁粕;與粗粉相比,松仁粕膳食纖維微粉的各功能性質均有不同程度的改善。松仁粕膳食纖維微粉Ⅱ的葡萄糖吸附量達到最大為374.41 mg/g,微粉Ⅲ對α-淀粉酶活力抑制率最高(27.11%),其葡萄糖延遲吸收指數隨透析時間的延長而降低;降血脂指標中,pH7.0條件下松仁粕膳食纖維的膽固醇吸附量好于pH2.0時膽固醇吸附量,微粉Ⅲ膽酸鈉吸附量及膽酸鈉束縛力均最大,分別為55.34 mg/g、20.80%。因此,一定程度的超微粉碎不僅可以改善松仁粕膳食纖維的口感,還能有效提高其功能性質,對松仁粕膳食纖維微粉的應用具有一定的實用參考價值。

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Effect of ultrafine grinding on hypoglycemic and hypolipidemic functional properties in vitro of dietary fiber from pine residue

FENG Yan-bo,BAO Yi-hong*

(College of Forestry,Northeast Forestry University,Harbin 150040,China)

Dietary fiber was extracted from pine residue,the hypoglycemic and hypolipidemic functional properties of dietary fiber and pine residue after ultrafine grinding were compared with the control group in order to evaluate the influences of ultrafine grinding treatment. The results showed that ultrafine grinding could not lead to a significant increase in dietary fiber content,but it could improve the functional properties of pine residue and dietary fiber,and dietary fiber had better functional properties than pine residue.Compared with the coarse powder,the glucose-adsorption capacity,amylase-inhibitory activity,bile acid-adsorption capacity and bile acid-binding capacity of micro-powder were increased significantly(p<0.05),glucose retardation index achieved the maximum at 30 min. Pine residue and dietary fiber had a significantly better cholesterol-absorption ability at pH7.0 than that at pH2.0. It concluded that a certain degree of ultrafine grinding of dietary fiber can improve its functional properties.

pine residue;dietary fiber;ultrafine grinding;hypoglycemic;hypolipidemic

2016-06-20

馮雁波(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：生物分離技術，E-mail:fengyanbo_mail@163.com。

*通訊作者:包怡紅(1970-)，女，博士，教授，研究方向：食品生物技術與功能食品，E-mail:baoyihong@163.com。

中央高校基本科研業務費專項資金項目(2572014EA02)；哈爾濱市科技創新人才項目(2015RAXXJ010)。

TS209

A

1002-0306(2016)23-0342-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.23.056