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蘆筍膳食纖維品質分析及抗氧化性研究

[導讀]通過對酶堿法工藝提取的蘆筍老莖膳食纖維[包括可溶性膳食纖維(SDF)、不溶性膳食纖維(IDF)和總膳 食纖維(SDF∶IDF=1∶2)]常規化學成分、持水力、膨脹力、持油力、陽離子交換能力、膽固醇吸附能力、吸收亞硝酸根離子能力及抗氧化性的測定以及 3 組膳食纖維各指標的分析,不同膳食纖維特性的比較,結果表明:3 組膳食纖維的理化特性及抗氧化性都存在顯著性差異。

膳食纖維(DF)是指不能被人體消化的多糖 類碳水化合物和木質素的總稱。 根據其溶解性的 不同,可分為可溶性膳食纖維(SDF)和不溶性膳 食纖維(IDF)兩大類。 可溶性膳食纖維主要成分為 植物細胞內的分泌物和儲存物質, 還包括部分微 生物多糖和合成多糖, 在結構上一般具有較多能 夠與人體腸道內有害物質結合的分支; 同時其能 夠被腸道內部分有益微生物作為自身需要的營養 物而降解利用。 不溶性膳食纖維主要成分是木質 素、原果膠、纖維素、半纖維素和殼聚糖等,其結構 緊密,不能被腸道微生物所分解利用,其主要作用 是促進腸道的蠕動[1]。 膳食纖維對人體具有重要的 生理功能,能有效地減少和預防心腦血管病、肥胖 癥、心肌梗塞、冠心病、動脈硬化、糖尿病、高血壓、 結腸炎、便秘及腸道癌等疾病的發生,被稱之為繼 水、碳水化合物、礦物質、維生素、蛋白質、脂肪之 外的“第七大營養素”[2-4]。 隨著人們飲食習慣的改 變,各類“文明病”的不斷出現,使得膳食纖維的重 要性逐漸被人們認識。 20 世紀 80 年代后期,在 世界范圍內掀起了一股研究膳食纖維的浪潮。 在 西方發達國家已將其作為一個熱門的研究課題進 行推廣研究, 許多研究成果已被應用到食品工業 中[5]。 目前, 國內局部地區有大規模的蘆筍種植基 地, 主要是把蘆筍嫩莖作為蔬菜或加工蘆筍罐頭 來食用, 而植株 70%~80% 的莖葉被當作廢棄物 料丟棄,這樣既浪費了 資 源,又對環境造成了污 染[6-7]。 

本文對酶堿法提取的綠蘆筍老莖中膳食纖 維進行品質分析,截至發稿前還未見報道。 通過酶 堿法提取蘆筍老莖中的膳食纖維, 不僅可以充分 利用蘆筍這一資源, 而且還可以加快蘆筍產業的 發展,帶動農民種植積極性,增加農民收入,具有 深遠的經濟效益和社會效益[8]

1 材料與方法

 1.1 材料與儀器 

1.1.1 試劑 無水乙醚、85%乙醇、碘化鉀、鹽酸、 氫氧化鈉、葡萄糖、次甲基藍、硫酸銅、酒石 酸 鉀 鈉、硼酸、溴甲酚綠、甲基紅、DPPH 標準品、水楊 酸、95%乙醇、硫酸亞鐵、雙氧水、ferrozine、氯化亞 鐵、鐵 氰 化 鉀、三 氯 乙 酸 TCA、ABTS、蘆 筍 粉、脂 肪、α-淀粉酶糖化酶、中性蛋白酶、纖維素酶等。

 1.1.2 主要設備與儀器 JFSD-70 實驗室粗粉碎 磨 , 上海嘉定糧油儀器有限公司 ; 細 粉 碎 磨 (Retsch 世界銀行貸款 2114-CHA 設備 0781);數 顯恒溫水浴鍋 HH6, 江蘇省金壇市榮華儀器制造 有限公司;SHD-Ⅲ型循環水式多用真空泵, 保定 高新區陽光科教儀器廠;TGL-20M 高速臺式冷凍 離心機、鼓風干燥箱、電爐、消化爐;FA2204B 萬分 之一電子天平, 上海密科儀器有限公司; 雷 磁 PHS-3C PH 計、723N 可見分光光度計, 上海 精 科。

 1.2 實驗方法 

1.2.1 酶堿法提取膳食纖維的工藝流程 蘆筍老 莖→清洗切片→60 ℃恒溫干燥→粉碎→過 120 目 篩→蘆筍老莖干粉→以 1∶25 比例加蒸餾水→纖 維素酶酶解→滅酶→調 pH 堿解→真空抽濾 (不 溶性膳食纖維)→減壓旋蒸、濃縮→4 倍體積無水 乙醇醇沉→高速離心 (4 000 r/min)→干燥→成品 可溶性膳食纖維[8]。 

1.2.2 3 組蘆筍老莖膳食纖維常規化學成分的測 定 水分:直接干燥法[6];灰分:高 溫 灼 燒 法[6];脂 肪:索式提取法[9];淀粉:標準方法 GB5009.9-85 食 品中淀粉含量的測定方法;總糖:GB5009.7-1985; 蛋白質:凱氏定氮法[9]。 

1.2.3 持水力 稱取 1.0000 g(m1)樣品,置于離心 管中,加入 40 mL 蒸餾水,置冰箱中過夜,然后在 3 500 r/min 條件下離心 30 min,傾去上清液,稱得 質量為 m2 [10]。 持水力(g·g-1)=(m2-m1)/m1 

1.2.4 膨脹力 稱取 1.0000 g (m) 樣品于 20 mL 具塞刻度試管中,鋪平,讀取干物料的體積(V1)。 準確加入 15 mL 蒸餾水, 振蕩均勻后置冰箱中過 夜。 讀取試管中物料體積(V2)[10]。 膨脹力(mL·g-1)=(V2-V1)/m 1.2.5 持油力 稱取 1.0000g(m1)樣 品 于 離 心 管 中, 加入 5 mL 食用油, 每隔 5 min 攪拌 1 次,30 min 后,在 3 500 r/min 條件下離心 20 min。 立即棄 上清液,擦干離心管內外壁所附著的油脂和水分, 稱重 m2 [10]。 持油力(g·g-1)=(m2-m1)/m1 

1.2.6 陽離子交換能力的測定 將待測樣品浸沒 于 0.1 mol/L HCl 溶液中, 在 37 ℃條件下恒溫振 蕩 24 h,然后邊抽濾邊用蒸餾水洗去過量的酸(用 質量分數 10%的 AgNO3 溶液鑒定, 至不含 Cl為 止),然后對樣品進行干燥處理。 稱取 250 mg 干燥 樣品, 溶解于 100 mL 0.5% NaCl 溶液中, 用 0.1 mol/L NaOH 溶液滴定,記錄 pH,作 VNaOH-pH 關系 曲線圖。 以試驗液 pH 值達到 7 時,每克樣品所消 耗 0.1 mol/L NaOH 的物質的量來衡量陽離子交 換能力[11]。 陽離子交換能力(mmol·g-1)=0.1×V/m 式中,V——0.1 mol/L NaOH 體積/mL;m—— 樣品質量/g。 1.2.7 膽固醇吸附能力 膽固醇標準曲線的繪制 方 法[12] 按 GB/T 5009.128-2003 法,準 確 吸 取 0.0,0.5,1.0,1.5,2.0 mL 膽固醇標準液(100 μg/mL) 于 10 mL 試管中,在 20~37 ℃條件下靜置 10 min, 然后在各試管中加入冰乙酸, 使總體積均為 4.0 mL, 再加入 2.0 mL 鐵礬顯色劑, 搖勻, 靜置 15 min,在波長 560 nm 處比色測定。 以總膽固醇量為 橫坐標,吸光值為縱坐標繪制標準曲線。 膳食纖維吸附膽固醇能力的標準曲線: y=0.0015x-0.0038 R2 =0.9907。 膳食纖維對膽固醇吸附能力的測定方法[13]: 膽固醇含量的測定采用分光光度法。 將市售鮮雞 蛋的蛋黃用蒸餾水稀釋到 10 倍體積,充分攪打成 乳液。 稱取 1.0000 g 膳食纖維于 200 mL 三角瓶 中,加入稀釋的蛋黃液 50 g,攪拌均勻,調 pH 至 7.0,在 37 ℃、160 r/min 條件下振蕩 2 h,取出,在 4 000 r/min 條件下離心 20 min (沉淀膳食纖維)。 移取 0.04 mL 上清液, 采用鄰苯二甲醛法在 550 nm 處比色。膳食纖維對膽固醇的吸附量(mg·g-1)= [吸附前蛋黃液中膽固醇量(mg)-吸附后上清液中 膽固醇量(mg)]/膳食纖維質量(g)。 1.2.8 吸收亞硝酸根 標準曲線繪制方法[14]:吸取 0.00,0.20,0.40,0.60,0.80,1.00,1.50,2.00,2.50 mL亞 硝酸鈉標準溶液(相當于 0.0,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0, 7.5,10.0,12.5 μg 亞硝酸鈉), 置于 50 mL 帶塞比 色管中。 加入4 g/L 對氨基苯磺酸溶液 2 mL,混勻, 靜 置 3 min。 各 加 入 2 g/L 鹽酸萘乙二胺溶液 1 mL,加水至 50 mL,混勻,靜置 15 min。 以零管調節 零點,在 538 nm 處測吸光度,繪制標準曲線。 同時 做試劑空白。 膳食纖維吸附亞硝酸根能力標準曲線: y=0.0129x-0.0002 R2 =0.9972。 試樣測定[15]:取 100 mL 20 μg/mL 亞硝酸鈉溶 液于 250 mL 錐形瓶中,調 pH 值為 2。 加入樣品 0.2000 g,在 37 ℃的條件下震蕩 20 min。 取 10 mL 樣液,稀釋到 100 mL,測定亞硝酸根濃度。 同時做 空白對照試驗。 取 25 mL 濾液于 50 mL 比色管中, 加入 4 g/L 對氨基苯磺酸溶液 2 mL,混勻,靜置 3 min。 各加入 2 g/L 鹽酸萘乙二胺溶液 1 mL,加水 至刻度,混勻,靜置 15 min。 以零管調零,在 538 nm 處測吸光度。 

1.2.9 抗氧化性研究 DF 抗氧化性包括對羥基 自由基(-OH)清除力、DPPH·自由基清除力、還原 能力、金屬的螯合力、H2O2 清除力和總抗氧化力的 測定。 1.2.9.1 羥基自由基(-OH)清除能力的測定 實 驗原理:FeSO4 和 H2O2 作用產生-OH,后者氧化水 楊酸所得產物在 510 nm 處有吸光值。 吸光值越 大,-OH 越多。 樣品組試管中加入 0.4 mL 2 mmol/L 水楊酸、 1 mL 0.15 mmol/L FeSO4、0.2 mL 樣 品 溶 液、1 mL 6 mmol/L H2O2 和 0.4 mL 蒸餾水。對照組用蒸餾水 代替水楊酸,空白組用蒸餾水代替樣品溶液。 以上 3 組試管 37 ℃恒溫水浴 1 h,取出冷卻,用蒸餾水 調零,在 510 nm 處測吸光值,吸光值越小,清除OH 的效果越好[16-17]。 -OH 清除率(%)=[A 空 白-(A 樣-A 對 照 )]/A 空 白× 100 1.2.9.2 DPPH·自由基清除能力的測定 準確稱 取 DPPH 標準品 2.56 mg,用 95%乙醇定容到 100 mL,使其最終濃度為 6.5×10-5 mol/L。 樣品管中加 入 0.5 mL 待測液、2.5 mL DPPH 溶液, 空白管用 蒸餾水代替樣品溶 液, 對 照 管 用 95%乙 醇 代 替 DPPH 溶液。 以上 3 組在避光條件下反應 30 min。 用 0.5 mL 蒸餾水和 2.5 mL 95%乙醇調零,于 515 nm 處測定吸光值[18]。 DPPH 自由基清除率(%)=[A 空白-(A 樣品-A 對照)]/ A 空白×100 1.2.9.3 H2O2 清除能力的測定 將 H2O2 溶于 0.1 mmol/L pH 7.4 的磷酸緩沖液中, 使其濃度為 40 mmol/L。 在樣品管中加入樣品溶液 3.4 mL 和 H2O2 溶液 0.6 mL。 空白管用蒸餾水代替樣品溶液,對照 管用 0.1 mmol/L pH 7.4 的磷酸緩沖液代替 H2O2 溶液, 用 3.4 mL 蒸餾水和 0.6 mL 磷酸緩沖液調 零,在 230 nm 處測定吸光值[19]。 H2O2 清除率(%)=[A 空白-(A 樣 品-A 對 照)]/A 空 白× 100 

1.2.9.4 對金屬螯合力的測定方法 樣品管中加 入不同樣品溶液各 1 mL, 再加入 3.7 mL 蒸餾水, 0.1 mL 2 mmol/L FeCl2 溶液,混和均勻,最后加入 0.2 mL 5 mmol/L 菲洛嗪啟動反應, 劇烈振蕩均 勻, 室溫靜置 10 min。 空白管用蒸餾水代替樣品 液,標準管用蒸餾水代替 FeCl2 溶液。 以上 3 組室 溫放置 10 min 后,在 562 nm 處測定吸收值,設 3 個平行,結果取平均值[20]。 金屬螯合能力(%)=[A 空白-(A 樣品-A 標準)]/A 空白× 100 

1.2.9.5 還 原 能 力 樣 品 組:1 mL 樣 品 溶 液、0.2 mL 0.2 mol/L 磷酸緩沖液(PBS,pH 6.6)和 0.5 mL 1%K3[Fe(CN)6],混勻。對照組:用 0.5 mL 蒸餾水代 替 K3[Fe(CN)6]溶液,其它同樣品組。 空白組:用 1 mL 蒸餾水代替樣品溶液,其它同樣品組。 以上 3 組同時在 50℃水浴中反應 20 min, 取出, 迅速冷 卻, 加入 1 mL 10%三氯乙酸搖勻,3 000 r/min 離 心 10 min。 取 1.5 mL 上 清 液, 加 入 0.2 mL 1% FeCl3 和 3 mL 蒸餾水, 搖勻, 靜置 5 min, 在 700 nm 處測定吸光值,吸光值越大還原能力越強[21]。 還原力(%)=(A 樣品-A 對 照)-A 空 白×100 1.2.9.6 ABTS 法測定總抗氧 化 能 力 將 5mL 7 mmol/L ABTS 和 88 μL 140 mmol/L 過 硫 酸 鉀 混 勻于試管中,在室溫、避光的條件下靜置過夜,形 成 ABTS 自由基儲備液。 按 1∶50 的比例用蒸餾水 稀釋, 使其在 30 ℃、734 nm 波長處的吸光度 為 0.74±0.02。在樣品管中加入 200 μL 樣品液和3 mLABTS 溶液, 對照管用蒸餾水代替 ABTS 溶液,空 白管用蒸餾水代替樣品溶液。 以上 3 組在室溫、避 光條件下放置 1 h,于 734 nm 處測定其吸光值[22-23]。 ABTS 清除率(%)=[A 空白-(A 樣品-A 對照)]/A 空白× 100 

1.2.10 數據處理方法 試驗數據為 3 個或 3 個 以上試驗樣本的平均值 。 使用統計分析軟件 SPSS Statistics 16.0 分析數據。 2 結果與分析 2.1 常規組成成分測定結果(見表 1) 

2.2 持水力 由表 2 可知,蘆筍老莖中可溶性、不溶性膳食 纖維以及總膳食纖維的持水力存在著明顯的差 異,各持水力值分別是 3.47,8.80 和 6.36 g/g,高于 脫脂米糠膳食纖維和麥麩膳食纖維的持水力[5]。 持 水力在食品加工中具有重要的影響, 較高的持水 力能促進人體消化,改善食品口感,尤其在焙烤食 品中,淀粉的膠凝化,風味和顏色的形成,酵母和 酶的失活等都需要水的參與[24]

2.3 膨脹力 膳食纖維的膨脹作用是指膳食纖維在胃腸中 吸收水分,增加人體的膨脹飽腹感。 由表 2 可知, 蘆筍老莖中可溶性、 不溶性膳食纖維以及總膳食 纖維的膨脹力分別為 4.56,3.40,3.64 mL/g。 與孫 雁霞等人所測水豆渣可溶性膳食纖維膨脹力的結 果相近[25]。 

2.4 持油力 由表 2 可知,蘆筍老莖中可溶性、不溶性膳食 纖維以及總膳食纖維的結合脂肪能力存在顯著的 差異。 吸附脂肪能力依次為不溶性膳食纖維、總膳 食纖維、可溶性膳食纖維,測定結果分別為 5.59, 4.62,2.05 g/g,其吸附油脂能力高于脫脂米糠膳食 纖維和麥麩膳食纖維[5]。 

2.5 陽離子交換能力 膳食纖維的陽離子交換能力是指膳食纖維在 水溶液中離解出某些陽離子, 通過吸附溶液中原 有的陽離子來進行離子交換,從而起到排毒、降血 壓的生理功效。 由表 2 和圖 1 可知,SDF、IDF、TDF 的陽離子交換能力分別為 0.77,0.27,0.48 mmol/g。 與脫脂米糠膳食纖維陽離子交換能力相差無幾[26]。

2.6 膽固醇吸附能力 由表 2 可知,SDF 吸附膽固醇的能力為 20.71 mg/g,IDF 吸附膽固醇的能力為 15.69 mg/g, 總膳 食纖維吸附膽固醇的能力為 17.45 mg/g,酶堿法提 取的綠蘆筍老莖膳食纖維吸附膽固醇的能力遠高 于沙果膳食纖維對膽固醇的吸附能力[15]。 膽固醇 吸附能力的高低是衡量膳食纖維品質的重要指 標。 對膽固醇的高吸附力,能有效降低血清濃度, 從而有效減少和預防心腦血管疾病的發病率。

 2.7 吸收亞硝酸根 膳食纖維能夠吸收體內的一些有害物質,起 到防治疾病的作用。 由表 2 可知,SDF 吸收亞硝酸 根的能力為 7.14 mg/g,IDF 吸收亞硝酸根的能力 為 3.80 mg/g, 總膳食纖維吸收亞硝酸根的能力為 5.00 mg/g,表明 SDF 吸收亞硝酸根能力高于 IDF, 其綜合吸收亞硝酸根能力高于沙果膳食纖維吸附 能力[15]。 

2.8 抗氧化性研究 對于抗氧化劑, 科學家認為人體內有兩種巨 大的力量共同運作:一種是具有破壞力的氧化劑, 從外界環境產生的大量氧化物, 能把細胞內和細 胞膜的質膜氧化,不僅對身體造成破壞,也是引發 癌癥的前奏曲; 另一種力量是對人體具有保護作 用的抗氧化劑,發揮強大的抗氧化作用,對氧自由 基造成的損害作出預防及彌補, 起到預防衰老及 延長人類壽命的作用。 膳食纖維具有一定的抗氧 化性[27]。 

2.8.1 羥基自由基(-OH)清除能力 羥基自由基 被認為毒性最強的活性氧自由基, 輻射損傷等物 理、化學因子都會促進它的形成,是造成生物有機 體過氧化損傷的主要因素。 從圖 2 可以看出,3 種 膳食纖維對羥基自由基均有不同程度的清除作 用,其清除能力隨膳食纖維濃度的增大而增強,清 除效果明顯。 其中 SDF 的清除效果最強, 達到 93.33%。 

2.8.2 DPPH·自 由 基 清 除 能 力 由 圖 3 可 以 看 出,3 種膳食纖維在 DPPH·自由基清除能力方面 效果一般,差異不是很明顯。 其中 SDF 的清除能 力最強為 14.23%,IDF 的清除能力為 8.5%, 總膳 食纖維清除能力為 10.61%。 2.8.3 H2O2 清除能力 H2O2 對細胞膜有很強的 透入性, 當它在細胞內與 Fe2+或超氧陰離子自由 基反應時形成羥基。 從圖 4 可以看出,3 組膳食纖 維的清除能力隨溶液濃度的增加而顯著升高,且 其清除能力存在較大差異。 其中 SDF 清除能力最 強,可達到 68.34%。 

2.8.4 對金屬的螯合力 有些金屬離子, 如鐵離 子, 在脂質氧化過程中起催化作用。 它 們 通 過 Fenton 反應使過氧化物產生自由基,引起脂質、蛋 白質、脫氧核糖和細胞等化合物或組織氧化損傷。 對金屬螯合力的測定, 是評價抗氧化劑抗氧化性 能常用的方法。 由圖 5 可以看出,3 組膳食纖維對 金屬的螯合力存在顯著差異, 其中 SDF 能力最 強,螯合能力可達 90.11%。

2.8.5 還原能力 抗氧化劑的還原力與其抗氧化 活性之間存在聯系。 抗氧化劑是通過自身的還原 作用給出電子,從而清除自由基,還原力越大,抗 氧化性越強[28]。 從圖 6 可以看出,3 組膳食纖維的 還原能力存在顯著差異, 其中 SDF 的還原力最 強,達到 91.56%。 

2.8.6 ABTS 法測總抗氧化能力 由圖 7 可以看 出,3 組膳食纖維的總抗氧化能力隨溶液濃度的 增加而顯著增強, 并且 3 組的總抗氧化能力存在 顯著差異,其中 SDF 總抗氧化能力最高,最大值 為 93.33%。 通過與脫脂米糠膳食纖維[26]和海蘆筍膳食纖 維[29]抗氧化性的對比,用酶堿法提取的綠蘆筍老 莖膳食纖維各項抗氧化性能力表現突出, 具有較 強的抗氧化性能力。

3 結論

1) SDF 在膨脹力、吸附亞硝酸根離子、吸附 膽固醇以及抗氧化性方面性能突出, 而 IDF 在持 水能力、持油力方面性能優良。 2) SDF 的高抗氧化性能, 使其在食品保鮮、 高營養食品的加工中得到廣泛的應用。 3) 用酶堿法提取的蘆筍膳食纖維品質佳,適 合生產高品質的膳食纖維產品以及作為保健、休 閑食品的添加劑

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