粒度大小對姜渣膳食纖維功能特性的影響

陸紅佳，袁進文，游玉明

(重慶文理學院 林學與生命科學學院，重慶 402160)

生姜為姜科植物姜的根莖，是熱帶、亞熱帶地區的一種重要栽培植物，被世界廣泛用作調味植物和中藥材。我國是世界上姜科植株栽培面積最大、生產量最多的國家，出口貿易量占世界總量的70%以上，具有豐富的原料資源。姜渣是生姜加工的副產物，其中含有大量的膳食纖維，通常被當作廢棄物丟棄或作為飼料簡單加工，不僅造成資源的大量浪費，還對環境造成了一定的污染[1]。但目前我國對生姜的利用還沒有得到足夠的重視，對其深度開發、綜合利用的研究甚少。因此，極有必要對其進行更加深入的研究。

膳食纖維不被胃腸道消化吸收，也不能產生能量，研究發現膳食纖維具有重要的生理作用。在飲食中增加膳食纖維的攝入可以有效地改善腸道的吸收功能，預防結腸癌[2-4]，同時還具有降血脂、降血糖、抗氧化、促進腸道蠕動等功效[5-8]。但由于膳食纖維的韌性較強、口感較粗糙、生產利用率極低，從而導致了資源和功能成分的浪費。而有研究表明，膳食纖維的功能特性與其粒度大小有著密切的關系，隨著膳食纖維粒度的減小，其功能特性有所提高[9,10]。關于姜渣膳食纖維粒度大小和功能特性之間關系的研究尚未見相關報道，那么對于不同粒度大小的姜渣膳食纖維，其功能特性是否會有同樣的變化趨勢，是值得研究的。本研究主要通過測定不同粒度姜渣膳食纖維對膽固醇和膽酸鈉的吸附性、陽離子交換能力、葡萄糖束水能力、酶活性抑制力、DPPH·自由基清除能力等功能特性，分析對比粒度大小對其特性的影響，不僅可以提高姜渣的附加值，而且為姜渣膳食纖維在食品加工領域更好地發揮其功能作用提供理論基礎，對推動我國農副產品的綜合利用和應用具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

姜渣膳食纖維：實驗室自制；馬鈴薯淀粉：懷來隆晨食品有限公司；大豆油：成都糧油食品有限公司。

無水乙醇、氫氧化鈉、氯化鈉(均為分析純)：重慶川東化工有限公司；糠醛、硫酸鐵銨(均為分析純)：天津市大茂化學試劑廠；冰乙酸、蒽酮、鹽酸、過氧化氫、硫酸銅、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、硝酸銀、磷酸、胰脂肪酶、DPPH、硝酸銀、硫酸(均為分析純)：成都市科龍化工試劑廠；膽酸鈉、膽固醇：北京酷爾化學科技有限公司；α-淀粉酶(活性≥3700 U/g)：北京奧博星生物技術責任有限公司。

1.2 儀器與設備

RRH-25型高速多功能粉粹機 上海緣沃工貿有限公司；SB-2500DTDN 超聲波清洗機 寧波新芝生物科技股份有限公司；DGG-9246A電熱恒溫鼓風干燥箱 上海齊欣科學儀器有限公司；TG16W高速離心機 長沙平凡儀器儀表有限公司；Q/BKYY29-2000電熱恒溫水溫箱 上海躍進醫療器械有限公司；ZWY-240恒溫培養振蕩器 上海智城分析儀器制造有限公司；752型紫外可見分光光度計 上海舜宇恒平科學儀器有限公司；79-1磁力加熱攪拌器 金壇市友聯儀器研究所；電子萬用爐 天津市泰斯特有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 不同粒度姜渣膳食纖維的制備

將姜渣膳食纖維進行粉碎處理，分別過60，80，100目的篩子，得到不同粒度的姜渣膳食纖維(dietary fiber, DF)，即姜渣DF-a、姜渣DF-b、姜渣DF-c。在測定時，以姜渣原料粉碎過60目篩作為對照組，即姜渣-a，進行相關指標的測定。

1.3.2 不同粒度姜渣膳食纖維對膽固醇吸附性的測定[11]

膽固醇標準儲備液(1 mg/mL)：精準稱取膽固醇100 mg，加入100 mL的容量瓶中，用冰乙酸定容；此液在2個月內保持穩定。

膽固醇標準常備液(100 μg/mL)：準確吸取膽固醇標準儲備液10 mL，加入100 mL的容量瓶中，用冰乙酸定容至100 mL，此液現配現用。

分別取膽固醇標準常備液0，0.5，1.0，1.5，2.0 mL置于10 mL試管中，加入冰乙酸使總體積達4 mL。吸取2 mL鐵礬顯色液沿管壁加入，混勻后置于570 nm波長處測定其吸光度。繪制標準曲線，y=0.6800x-0.0018，R2=0.9948。

準確稱取1.00 g待測樣品，分別放入含10 mL膽固醇標準常備液中，調節pH值分別為2.0(模擬人體胃部環境)和7.0(模擬人體腸道環境)，在37 ℃振蕩2 h，吸取上清液4 mL，沸水浴上蒸干后再分別加入無水乙醇4 mL和鐵礬顯色液2 mL，混合均勻，在570 nm處測定其吸光度，依據標準曲線，計算不同pH值下膽固醇的吸附性。

1.3.3 不同粒度姜渣膳食纖維對膽酸鈉吸附性的測定

分別準確稱取0，10，20，40，60，80，100 mg的膽酸鈉置于50 mL容量瓶中，加蒸餾水定容至刻度線。吸取1 mL各濃度的標準膽酸鈉溶液于15 mL帶塞試管中，加入45%的硫酸6 mL，混勻后加入0.3%的糠醛1 mL，搖勻后置于恒溫水浴鍋中，65 ℃反應30 min，取出并冷卻至室溫，在620 nm處測定其吸光度。繪制相應的標準曲線，y=0.2212x+0.0125，R2=0.9817。

準確稱取1.00 g待測樣品于帶塞的錐形瓶中，向其中加入2 mg/mL膽酸鈉溶液100 mL，在37 ℃下磁力攪拌2 h，以4000 r/min離心20 min后取上清液1 mL，加入6 mL濃度為45%的硫酸，混勻，加入1 mL濃度為0.3%的糠醛，混勻置于65 ℃恒溫水浴鍋中反應30 min，冷卻至室溫后，于620 nm處測定吸光度，根據標準曲線計算膽酸鈉的吸附性。

1.3.4 不同粒度姜渣膳食纖維陽離子交換能力的測定

準確稱取2.0 g待測樣品，置于裝有50 mL 0.1 mol/L HCl的燒杯中浸泡24 h，然后過濾并用蒸餾水沖洗，直到不含氯離子為止(用10%的硝酸銀溶液滴定濾液)，置于干燥器中備用。

準確稱取0.25 g干燥后的濾渣于錐形瓶中，加入100 mL濃度為15%的NaCl溶液，攪拌均勻后，用0.1 mol/L的NaOH進行滴定[12]，陽離子交換能力計算公式如下：

CEC(mmol/kg)=C×V×1000/M。

式中：C為滴定所用 NaOH 的濃度，mol/L；V為滴定所消耗的NaOH的體積，mL；M為滴定所用酸化形式樣品的質量，g。

在上述條件下每個實驗做3次重復。

1.3.5 不同粒度姜渣膳食纖維酶活力抑制力的測定

1.3.5.1 α-淀粉酶活力抑制力的測定

準確稱取 1.00 g待測樣品置于40 g已糊化的馬鈴薯淀粉溶液(4%，W/V)中，調節 pH為6.0，吸取0.3 mL 1% 的α-淀粉酶溶液加入其中，置于恒溫水浴鍋中， 于95 ℃水浴反應1 h，然后取出，用離心機離心5 min(3000 r/min)，吸取上清液，用斐林試劑法測定其中還原糖的含量[13，14]。淀粉酶活力抑制力以還原糖減少量的百分比計。

α-淀粉酶活力抑制力(%)=(A-A1)/A。

式中：A為空白組未添加樣品反應后還原糖含量，g/100 g；A1為添加樣品反應后還原糖含量，g/100 g。

1.3.5.2 胰脂肪酶活力抑制力的測定

準確稱取0.5 g待測樣品置于100 mL 錐形瓶中，吸取10 mL的大豆油加入其中，再量取50 mL磷酸鈉緩沖液(0.1 mol/L，pH 7.2)和 10 mL胰脂肪酶溶液分別加入其中，37 ℃磁力攪拌1 h，置于沸水浴中終止反應。所釋放的游離脂肪酸的量用0.1 mol/L NaOH 滴定測得V1。產生的自由脂肪酸的量與對照組相比降低的百分率即為脂肪酶活力的抑制力。

胰脂肪酶活力抑制力(%)= (V-V1)×C×M/V×C×M。

式中：V為不加待測樣品時消耗 NaOH溶液的體積，mL；V1為滴定消耗NaOH 溶液的體積，mL；C為滴定用 NaOH 標準溶液的濃度，mol/L；M為自由脂肪酸的摩爾質量，g/mol。

1.3.6 不同粒度姜渣膳食纖維對DPPH·自由基清除能力的測定[15]

用70%的乙醇配制濃度為80 g/L的待測樣品溶液，在比色管中依次加入2 mL樣品溶液和2 mL 0.2 mmol/L的DPPH乙醇溶液，混勻，避光反應30 min。然后于517 nm波長處測定吸光度A1；同時，將樣品溶液2 mL與無水乙醇2 mL混勻反應后于517 nm處測定其吸光度A2；將2 mL DPPH乙醇溶液和2 mL 70%乙醇溶液混勻反應后于517 nm處測定其吸光度A0。DPPH·自由基的清除率計算公式如下：

DPPH·清除率(%)=1-(A1-A2)/A0。

式中：A1為加入待測樣品溶液后的吸光度；A2為待測樣品溶液本底的吸光度；A0為空白對照液的吸光度。

1.4 數據處理

以上指標均進行3次平行實驗，實驗數據經SPSS 18.0進行顯著性分析，P<0.05為有顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 粒度大小對姜渣膳食纖維膽固醇吸附性的影響

粒度大小對姜渣膳食纖維膽固醇吸附性的影響見圖1，膽固醇吸附性主要模擬了胃部環境pH為2和腸道環境pH為7。

圖1 粒度大小對姜渣膳食纖維膽固醇吸附性的影響Fig.1 Effects of particle size on the cholesterol adsorption of dietary fiber from ginger slag

注：不同小寫字母表示樣品間差異顯著(P<0.05)，下同。

由圖1可知，與姜渣原料對比，不同粒度的姜渣膳食纖維膽固醇吸附性均有不同程度的增加，說明膳食纖維具有較好的膽固醇吸附能力。通過對比不同粒度姜渣膳食纖維對膽固醇的吸附性可以看出，隨著姜渣膳食纖維粒度的減小，其對膽固醇的吸附能力呈逐漸增加的趨勢，其中粒度最小的姜渣DF-c的膽固醇吸附能力分別為7.27 mg/g(pH為2)和13.37 mg/g(pH為7)，說明粒度的減小可增加姜渣膳食纖維對膽固醇的吸附能力。膳食纖維對膽固醇的吸附性是其降血脂的作用機理之一，由于其對體內膽固醇的吸附，使膽固醇可以隨糞便排出，從而降低體內膽固醇的含量[16]，所以，對膽固醇吸附能力的增加，可間接說明其具有較好的降血脂功能。

2.2 粒度大小對姜渣膳食纖維膽酸鈉吸附性的影響

姜渣及不同粒度的姜渣膳食纖維對膽酸鈉的吸附性見圖2。

圖2 粒度大小對姜渣膳食纖維膽酸鈉吸附性的影響Fig.2 Effect of particle size on the sodium cholate adsorption of dietary fiber from ginger slag

由圖2可知，與姜渣-a對比，不同粒度姜渣膳食纖維的膽酸鈉吸附能力均有顯著性(P<0.05)增加。對比不同粒度姜渣膳食纖維對膽酸鈉的吸附性可以看出，姜渣DF-b的膽酸鈉吸附能力最強，其吸附量為7.29 mg/mL，其次是姜渣DF-c,其吸附量為6.61 mg/mL。隨著姜渣膳食纖維的粒度由60目減小至80目，其對膽酸鈉吸附能力呈逐漸增加的趨勢，而當粒度減小到100目時，其膽酸鈉吸附能力有所降低，說明粒度的改變使得姜渣膳食纖維的吸附能力發生了變化。膽酸鈉在機體的小腸中被膳食纖維吸附，不能進入肝腸循環，使得體內膽汁酸不能被腸道重吸收，膽汁酸便隨糞便排出體外，從而降低體內膽固醇含量。

2.3 粒度大小對姜渣膳食纖維陽離子交換能力的影響

膳食纖維分子結構中含有部分側鏈基團，這些側鏈基團因為帶有一些羧基和氨基，從而起到弱酸性陽離子交換作用，可與陽離子實現逆交換[17-19]。姜渣及不同粒度的姜渣膳食纖維陽離子交換能力見圖3。

圖3 粒度大小對姜渣膳食纖維陽離子交換能力的影響Fig.3 Effect of particle size on the cation exchange capacity of dietary fiber from ginger slag

由圖3可知，與姜渣-a相比，不同粒度的姜渣膳食纖維的陽離子交換能力顯著增高。通過比較可以看出，隨著姜渣膳食纖維粒度的減小，其陽離子交換能力依次增加，其中粒度最小的姜渣DF-c的陽離子交換能力達到最高，為200.04 mmol/kg，可能是由于隨著姜渣膳食纖維粒度的減小，其表面暴露出許多陽離子或糖醛酸結合位點。陽離子交換能力的提高一方面能夠有效的抑制機體中膽固醇或脂肪的擴散和吸收[20]，另一方面則有助于增加對重金屬的吸附，使其隨糞便排出[21]。

2.4 粒度大小對姜渣膳食纖維酶活力抑制力的影響

2.4.1 粒度大小對姜渣膳食纖維α-淀粉酶活力抑制力的影響

姜渣及不同粒度的姜渣膳食纖維對α-淀粉酶活力抑制能力的影響見圖4。

圖4 粒度大小對姜渣膳食纖維α-淀粉酶活力抑制力的影響Fig.4 Effect of particle size on the activity inhibitory of alpha-amylase of dietary fiber from ginger slag

由圖4可知，與姜渣-a相比，姜渣DF-a和姜渣DF-b對α-淀粉酶活力的抑制力顯著性(P<0.05)降低。而與不同粒度姜渣膳食纖維相比，隨著姜渣膳食纖維粒度的減小，其淀粉酶活力抑制力逐漸增強，其中姜渣DF-c對α-淀粉酶活力的抑制力最強，達到38.02%，同時其顯著性高于姜渣-a，說明粒度越小，姜渣膳食纖維對α-淀粉酶活力的抑制力越強。研究表明，α-淀粉酶抑制劑能有效抑制腸胃道中唾液和胰淀粉酶的活性，從而阻礙或者延緩機體對食物中所含碳水化合物的水解和消化，從而降低食物中淀粉糖類物質的分解吸收，起到降低血脂、血糖的作用[22,23]。

2.4.2 粒度大小對姜渣膳食纖維胰脂肪酶活力抑制力的影響

胰脂肪酶是水解脂肪的重要酶類。不同粒度姜渣膳食纖維的脂肪酶活力抑制力見圖5。主要分析對比不同粒度的姜渣膳食纖維對胰脂肪酶活力的抑制作用。

圖5 粒度大小對姜渣膳食纖維胰脂肪酶活力抑制力的影響Fig.5 Effect of particle size on the inhibition activity of pancreatic lipase of dietary fiber from ginger slag

由圖5可知，與姜渣-a相比，姜渣膳食纖維對胰脂肪酶活力的抑制力顯著性增加(P<0.05)。不同粒度的膳食纖維對胰脂肪酶活力的抑制能力不同，隨著粒度的減小，抑制能力逐漸增強，其中姜渣DF-c對胰脂肪酶活力的抑制力最強，達到6.66%?？赡苁怯捎陔S著姜渣膳食纖維粒度的減小，其比表面積逐漸增大，表面暴露出許多酶活力抑制基團，從而增強對酶活的抑制力。

2.5 粒度大小對姜渣膳食纖維的DPPH·自由基清除能力的影響

不同粒度姜渣膳食纖維對DPPH·自由基的清除能力見圖6。

圖6 粒度大小對姜渣膳食纖維的DPPH·自由基清除能力的影響Fig.6 Effect of different particle sizes of DPPH· radical scavenging capacity of dietary fiber from ginger slag

由圖6可知，在姜渣膳食纖維中，不同粒度的膳食纖維對DPPH·自由基的清除能力有所不同，隨著粒度的減小，其對DPPH·自由基的清除能力逐漸增強。與姜渣-a相比，姜渣DF-a和姜渣DF-b的DPPH·自由基清除能力顯著性(P<0.05)降低，而姜渣DF-c 的DPPH·自由基清除能力最強，可以達到87.05%。說明隨著姜渣粒度的減小，其對DPPH·自由基的清除能力呈逐漸增強的趨勢。DPPH·是一種很穩定的氮中心的自由基，自由基是機體正常代謝的中間產物，具有較高的活性，過高的自由基導致生物膜結構和功能破壞、蛋白質降解與斷裂酶活性變化，加速人體的衰老。

3 結論

本研究以姜渣為原料，通過制備不同粒度姜渣膳食纖維，對比分析粒度大小對姜渣功能特性的影響，研究結果表明：與姜渣相比，姜渣膳食纖維具有較好的功能特性，且粒度的改變對姜渣膳食纖維的功能特性有一定的影響。其中隨著姜渣膳食纖維粒度的減小，其對膽固醇吸附性、陽離子交換能力、酶活力抑制力及DPPH·自由基清除能力呈逐漸增加的趨勢，其中粒度最小的姜渣DF-c的膽固醇吸附能力分別為(7.27 mg/g)(pH為2)和13.37 mg/g(pH為7)，對α-淀粉酶活力的抑制力最強，達到38.02%；隨著粒度的減小，其對DPPH·自由基的清除能力逐漸增強，姜渣DF-c 的DPPH·自由基的清除能力最強，可以達到87.05%。說明隨著姜渣膳食纖維粒度的減小，其比表面積增大，同時暴露更多的極性基團，使其功能特性得到一定的改善。因此，對于粒度大小與姜渣膳食纖維功能特性的研究，一方面可以擴大姜渣的綜合利用途徑，增加其附加值；另一方面為其在食品中的應用提供了理論參考。