紅棗果汁果渣與果酒果渣膳食纖維功能特性的比較研究

(寧夏大學農學院,寧夏銀川 750021)

隨著人們生活質量的提高,因營養失衡造成的如糖尿病、肥胖癥、便秘等文明病已經嚴重威脅著人類健康。研究證明,膳食纖維的攝入量與現代文明病的預防和治療密切相關[1]。膳食纖維是指在人體小腸內抵抗消化吸收而在大腸內能夠完全或部分發酵的多糖類碳水化合物[2],具有良好的水合特性、持油性、陽離子交換能力,吸附作用等,因能改善食品感官及流變特性[3],調節人體腸內菌群結構、降低血清膽固醇、降低餐后血糖和預防肥胖癥[4-6]而受到人們的高度重視。

紅棗含有豐富的鉀、鈣、鐵、錳、鋅等和維生素C、B1及B2,且富含蘆丁、多糖、環磷腺苷、黃酮、皂苷等活性成分[7],可提高機體免疫力、抗氧化、防止衰老、降低膽固醇、保護肝臟等[8-9]。紅棗除鮮食、干制外,已開發為紅棗果汁、果酒等多種深加工產品,加工中產生的大量棗渣多作為廢棄物或直接用作飼料處理。棗渣除含有豐富的蛋白質、淀粉、天然紅色素外,還含有3.1%的粗纖維[10]。目前國內對紅棗果渣研究較少,大多集中在棗渣膳食纖維的提取、改性、功能性質等方面。張向前等[11]、張孟凡等[12]分別采用酶解法、超聲輔助-酶解協同法研究了紅棗膳食纖維的提取工藝;孫靜等[10]研究了高溫蒸煮結合酶解改性棗渣膳食纖維;謝惠等[13]、張麗芬等[14]分別研究了紅棗可溶性膳食纖維的抗氧化活性和抗脂質過氧化作用,有關紅棗果汁果渣與果酒果渣膳食纖維功能特性的差異有待深入探討。本實驗研究了紅棗果汁果渣與果酒果渣膳食纖維功能特性,以期為提高紅棗深加工產品附加值、開發紅棗膳食纖維及膳食纖維應用于食品提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅棗果汁果渣、果酒果渣 寧夏大學食品化學與分析實驗室自制;安琪SY型葡萄酒果酒專用酵母 安琪酵母股份有限公司;α-淀粉酶(≥4000 U/g) 北京奧博星生物技術有限責任公司;膽固醇、脫氧膽酸鈉 天津市凱通化學試劑有限公司;蒽酮、鄰苯二甲醛、糠醛、葡萄糖 均為分析純,國藥集團化學試劑有限公司;雞蛋、棕櫚油 均為食品級。

722-型可見分光光度計 上海棱光技術有限公司;HH-4數顯恒溫水浴鍋 天津匯科儀器設備有限公司;GL-10C離心機 上海安亭科學儀器廠;DHP型電熱恒溫培養箱 常州菲普儀器廠;85-2型恒溫磁力攪拌器 上海藍凱儀器儀表有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 膳食纖維的制備 選擇無霉爛紅棗加入3倍重量的純凈水浸泡5 h后脫核打漿,將漿液過60目篩,濾出適量棗渣干燥后即得果汁果渣,將剩余果渣置于無菌發酵罐中,按0.4 g/L添加酵母菌,發酵8 d后,糖度不再變化,無氣泡產生,無明顯發酵跡象,說明此時發酵結束,過濾即得果酒果渣。將紅棗果汁果渣和發酵2、4、6、8 d的果酒果渣分別經水洗3～5遍,除去果肉,瀝干水分,45 ℃烘干,粉碎過40目篩,以料液比1∶10 g/mL加入0.3%α-淀粉酶于60 ℃酶解1 h,100 ℃煮沸5 min滅酶活,冷卻、過濾,濾渣按1∶12 g/mL料液比加入0.01 mol/L NaOH,50 ℃堿解1 h,冷卻、過濾、65 ℃熱風干燥即得到膳食纖維[10]。

1.2.2 持水力的測定 準確稱取1.0 g紅棗果汁果渣膳食纖維和發酵2、4、6、8 d的果酒果渣膳食纖維(下同)樣品于15 mL離心管中,加入10 mL蒸餾水,充分攪拌使樣品混勻,密封后室溫靜置24 h,4000 r/min離心25 min,棄上清液,并用濾紙吸干管壁殘留水分,稱量沉淀物濕質量,計算持水力[15]。

式(1)

式中:m1為離心管質量,g;m2為吸水后樣品和離心管質量和,g;m0為樣品干質量,g。

1.2.3 膨脹力的測定 準確稱取1.0 g膳食纖維樣品于10 mL帶刻度試管中,測干樣品體積,并向其中加入蒸餾水5 mL,充分混勻,密封后室溫下靜置24 h,準確讀取膨脹后的體積數,計算膨脹力[16]。

式(2)

式中:V2為膨脹后樣品的體積,mL;V1為干樣品的體積,mL;m為樣品干質量,g。

1.2.4 溶解性的測定 準確稱取1.0 g膳食纖維樣品于離心管中,按3∶100 (g/mL)加入蒸餾水,充分攪拌混勻合,85 ℃恒溫水浴30 min,3000 r/min離心20 min,上清液于105 ℃烘至恒質量,計算溶解性[17]。

式(3)

式中:m1為離心管質量,g;m2為上清液烘至恒質量和離心管的質量,g;m0為樣品干質量,g。

1.2.5 持油力的測定 準確稱取0.5 g膳食纖維樣品于離心管中,加入花生油10 mL,充分混勻,37 ℃靜置1 h,5000 r/min離心20 min,傾去上層油,用濾紙吸干游離的花生油,記錄吸附花生油樣品質量為m2,計算持油力[18]。

式(4)

式中:m1為樣品干質量,g;m2為吸油后樣品的質量,g。

1.2.6 陽離子交換能力的測定 稱取0.5 g膳食纖維于錐形瓶中,加入0.1 mol/L鹽酸溶液30 mL,室溫靜置24 h后過濾,并用蒸餾水反復洗滌濾渣,直到濾液中不含氯離子為止。在處理后的樣品中加入5%氯化鈉溶液100 mL,用磁力攪拌機攪拌均勻后,以0.5%酚酞-乙醇溶液作為反應指示劑,用0.1 mol/L NaOH溶液滴定,邊滴定邊振搖,溶液變色5 s內不褪色即為滴定終點,同時做空白實驗,重復測定3次。計算陽離子交換能力[19]。

式(5)

式中:V0為空白對照消耗的氫氧化鈉溶液體積,mL;V1為膳食纖維樣品消耗的氫氧化鈉溶液體積,mL;M為樣品干質量,g;0.1為氫氧化鈉溶液濃度,mol/L。

1.2.7 吸附膽固醇能力的測定 稱取2.0 g膳食纖維樣品于錐形瓶中,加入用9倍餾水稀釋的蛋黃液50 g,調節pH至7.0,37 ℃恒溫水浴振蕩2 h,以4000 r/min離心20 min,取0.1 mL上清液,采用鄰苯二甲醛法于550 nm處測吸光度,對比固醇標準曲線換算吸附膽固醇量[20]。

式(6)

式中:m0為樣品干質量,g;m1為吸附前蛋黃中膽固醇量,mg;m2為吸附后上清液中膽固醇量,mg。

1.2.8 吸附膽酸鈉能力的測定 準確稱取0.2 g膽酸鈉于錐形瓶中,加入0.15 mol/L NaCl溶液100 mL,調節pH6.0,分別加入膳食纖維樣品1.0 g,攪拌均勻,37 ℃振搖2 h,4000 r/min離心20 min,移取樣液取上清液1 mL于15 mL帶塞試管中,加45%硫酸溶液6 mL,混勻,加0.3%糠醛溶液1 mL,混勻,置65 ℃恒溫水浴30 min,冷卻至室溫后,于620 nm處測吸光度,對比膽酸鈉標準曲線換算吸附膽酸鈉量[21]。

式(7)

式中:m0為樣品干質量,g;m1為吸附前膽酸鈉的量,mg;m2為吸附后上清液中膽酸鈉的量,mg。

1.2.9 吸附葡萄糖能力的測定 準確稱取0.5 g膳食纖維樣品于錐形瓶中,加入200 mmol/L葡萄糖溶液50 mL,充分混合,調節pH至7.0,于37 ℃水浴6 h,4000 r/min離心20 min,于540 nm測定上清液的吸光值,計算葡萄糖吸附量[22]。

式(8)

式中:m0為樣品干質量,g;m1為吸附前葡萄糖的量,mg;m2為吸附后葡萄糖的量,mg。

1.3 數據處理

所有實驗均進行3次重復測定,測定結果以平均數±標準差表示,采用SPSS 18.0軟件進行差異分析,以P<0.05判斷為差異顯著,Microsoft Excel 2010軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 紅棗果渣膳食纖維的持水力

膳食纖維持水力是指在外力作用下水分子束縛在水合纖維里的含量[23]。紅棗果汁果渣(0 d)和果酒果渣(8 d)膳食纖維的持水力分別為6.13和6.76 g/g,且隨發酵天數增加,紅棗果渣膳食纖維的持水力逐漸增大(圖1)。紅棗果酒果渣膳食纖維持水力增加,可能是發酵作用改變了膳食纖維結構,使其由緊密排布變得疏松多孔,比表面積增大,促使膳食纖維中更多的親水基團暴露出來,使其對水分的束縛力增加[24]。高持水性膳食纖維可使糞便體積增加,排便速度加快,減輕直腸內壓力,防止便秘[25]。

圖1 發酵時間對紅棗果渣膳食纖維持水力的影響Fig.1 Effect of fermentation time on water holding capacity of dietary fiber from jujube pomace注:不同字母表示在P<0.05水平差異顯著。圖2～圖8同。

2.2 紅棗果渣膳食纖維的膨脹力

膳食纖維分子表面含有許多親水性基團(如羥基),富含膳食纖維的食物進入人體消化道內,在胃中可吸水膨脹形成高粘度的溶膠或凝膠,易產生飽腹感[21]。紅棗果汁果渣(0 d)膳食纖維的膨脹力為4.71 mL/g,顯著低于果酒果渣(8 d)膳食纖維5.25 mL/g(P<0.05),隨發酵天數延長,紅棗果渣膳食纖維的膨脹力逐漸增大(圖2)。果酒果渣膳食纖維膨脹力增加可能是發酵過程中淀粉、蛋白質發生水解[26],使膳食纖維部分結構發生斷裂,纖維素、半纖維素等成分中親水基團暴露出來,增加了膳食纖維與水的接觸機會;另外,纖維顆粒孔洞的數量和體積增加,使纖維結構變得較疏松,增強了膳食纖維對水的親和能力[27]。

圖2 發酵時間對紅棗果渣膳食纖維膨脹力的影響Fig.2 Effect of fermentation time on swelling capacity of dietary fiber from jujube pomace

2.3 紅棗果渣膳食纖維的溶解性

圖3 發酵時間對紅棗果渣膳食纖維溶解性的影響Fig.3 Effect of fermentation time on solubility of dietary fiber from jujube pomace

2.4 紅棗果渣膳食纖維的持油力

膳食纖維的持油力取決于纖維的表面性質、電荷密度、厚度及顆粒的疏水性[19]。圖4結果顯示,果酒果渣(8 d)膳食纖維的持油力顯著高于果汁果渣(0 d)膳食纖維(P<0.05),隨發酵天數延長,膳食纖維持油力逐漸增大,但發酵4和6 d間無顯著差異(P>0.05)。發酵8 d果酒果渣膳食纖維的持油力為1.43 g/g,較果汁果渣膳食纖維1.03 g/g增加了1.39倍,可能是發酵作用使膳食纖維比表面積增大,表面毛細孔增多,親油基團暴露[24],表現為膳食纖維持油力增加。

圖4 發酵時間對紅棗果渣膳食纖維持油力的影響Fig.4 Effect of fermenting time on oil holding capacity of dietary fiber from jujube pomace

2.5 紅棗果渣膳食纖維的陽離子交換能力

膳食纖維結構中含有呈弱酸性的羧基、羥基等側鏈基團,類似陽離子交換樹脂作用,可與陽離子進行可逆交換[31]。若體內Na+被膳食纖維交換后隨糞便排出體外,可有效預防高血壓等[32]。果酒果渣(8 d)膳食纖維的陽離子交換能力為0.69 mmol/L(圖5),顯著優于果汁果渣(0 d)膳食纖維0.34 mmol/L(P<0.05),是果汁果渣膳食纖維的2.03倍,并隨發酵天數延長,膳食纖維陽離子交換能力逐漸增強。膳食纖維陽離子交換能力強弱與其中的糖醛酸含量有關[33],表明發酵作用可暴露出膳食纖維中的糖醛酸側鏈基團。

圖5 發酵時間對紅棗果渣膳食纖維的陽離子交換能力的影響Fig.5 Effect of fermentation time on cation exchange capacity of dietary fiber from jujube pomace

2.6 紅棗果渣膳食纖維吸附膽固醇的能力

膳食纖維具有吸附或包埋人體內膽固醇的能力,可降低血漿膽固醇水平,減少機體對膽固醇的吸收,排出體內吸附的多余的膽固醇[34]。果酒果渣(8 d)膳食纖維吸附膽固醇的能力為27.51 mg/g(圖6),顯著高于果汁果渣(0 d)膳食纖維18.42 mg/g(P<0.05),隨發酵天數延長,其吸附膽固醇能力逐漸增強。果酒果渣膳食纖維吸附膽固醇能力較強,可能是發酵使不溶性膳食纖維向可溶性膳食纖維轉變,可溶性膳食纖維較不溶性膳食纖維表現為更強的生物學活性[35],可提高了紅棗果渣膳食纖維吸附膽固醇的能力。

圖6 發酵時間對紅棗果渣膳食纖維膽固醇吸附量的影響Fig.6 Effect of fermentation time on cholesterol adsorption capacity of dietary fiber from jujube pomace

2.7 紅棗果渣膳食纖維吸附膽酸鈉的能力

膳食纖維通過吸附膽酸鹽排出體外,促進膽固醇的代謝,減少膽汁酸的重吸收,阻斷膽固醇的腸肝循環,使體內膽固醇水平下降[36],因此,了解膳食纖維對膽酸鹽的吸附能力有助于了解其調節血脂的能力。圖7結果顯示,果酒果渣(8 d)膳食纖維吸附膽酸鈉的能力顯著高于果汁果渣(0 d)膳食纖維(P<0.05),隨發酵時間延長,吸附膽酸鈉能力逐漸增加,超過6 d后增速趨于平緩。果渣膳食纖維吸附膽酸鈉能力增加可能是由于發酵過程中膳食纖維多糖被部分利用,使膳食纖維結構變得疏松,比表面積增大[37],吸附膽酸鈉能力增大。發酵末期,膳食纖維吸附膽酸鈉能力趨于平穩,可能是膳食纖維經發酵后,結構已經變得疏松,比表面積增加達到了最大。表明發酵可使紅棗果渣膳食纖維吸附膽酸鈉能力增加。

圖7 發酵時間對紅棗果渣膳食纖維膽酸鈉吸附量的影響Fig.7 Effect of fermentation time on deoxycholic acid sodium adsorption capacity of dietary fiber from jujube pomace

2.8 紅棗果渣膳食纖維吸附葡萄糖的能力

膳食纖維具有降低餐后血糖水平的生理功效,是因其可以吸附葡萄糖[38]。圖8結果顯示,紅棗果酒果渣(8 d)膳食纖維對葡萄糖的吸附能力顯著優于果汁果渣(0 d)膳食纖維(P<0.05),隨發酵天數延長,吸附葡萄糖的能力逐漸增強,果汁果渣中膳食纖維吸附葡萄糖的能力為0.18 mg/g,發酵8 d果酒果渣膳食纖維吸附葡萄糖的能力為0.33 mg/g,較果汁果渣膳食纖維提高了0.15 mg/g,果酒果渣膳食纖維吸附葡萄糖能力強是由于果渣膳食纖維經發酵后,不溶性膳食纖維向可溶性膳食纖維轉變,且可溶性膳食纖維在溶液中的黏性較大,當可溶性膳食纖維在溶液中的含量增多,溶液的黏性隨之增強,表現為對葡萄糖分子的吸附能力增強[39]。表明發酵后棗渣膳食纖維可提高對葡萄糖的吸附能力。

圖8 發酵時間對紅棗果渣膳食纖維葡萄糖吸附量的影響Fig.8 Effect of fermentation time on glucose adsorption capacity of dietary fiber from jujube pomace

3 結論

紅棗果酒果渣膳食纖維的持水力、膨脹力、溶解性、持油力、陽離子交換能力以及吸附膽固醇、膽酸鈉、葡萄糖能力均明顯優于果汁果渣膳食纖維,且隨發酵天數延長,果酒果渣膳食纖維的持水力、膨脹力、溶解性、持油力、陽離子交換能力以及吸附膽固醇、膽酸鈉、葡萄糖能力均逐漸增強,表明發酵能提高紅棗果渣膳食纖維的功能特性。若后期進一步研究和利用紅棗果渣膳食纖維,開發功能性膳食纖維保健產品,還需研究紅棗果渣膳食纖維的化學組成及生理活性的構效關系。