豆渣及其胃肠道模拟消化产物的物化特性和抗氧化力分析

黄素雅，邹彦平，刘 壮

（1.上海交通大学农业与生物学院食品科学与工程系，上海 200240;2.丰益（上海）生物技术研发中心有限公司，上海 200240）

目前，肥胖症已成为许多国家严重威胁公众健康的问题之一，富含不可消化碳水化合物的膳食因其含有较低的热量已成为肥胖症患者的首选食物［1］。膳食纤维（Dietary Fiber，DF）被誉为“第七大营养素”，具有重要的生理功能，在降血糖、降血脂、改善肠道菌群等方面作用显著，但是DF仅占肠道微生物所需物质的1/3，所以现阶段把DF的概念扩大到能到达盲肠的所有物质成分的总称，并将其定义为不可消化部分（Indigestible fraction，IF）。IF是膳食经人体肠道消化后小肠所不能消化吸收的部分，主要包括DF、抗性淀粉和抗性蛋白等。在果蔬和坚果类食品中，IF含量高于DF，而且IF更接近于膳食经人体肠道消化后到达盲肠的物质，其在盲肠中能被微生物有效地利用，改善人体肠道菌群的微生态环境，对人体健康十分有利。在营养学观点上，IF的研究比DF更有价值，其可代替DF作为一种食品添加剂、营养强化剂等［2－3］。

豆渣（Okara）是传统大豆制品生产中的主要副产物，来源广、资源多，而且是一种良好的膳食纤维来源。但是目前豆渣最多的只是作为饲料或者废弃物丢掉，其富含的营养素没有得到充分利用，这不仅浪费资源，还造成环境污染。所以近年来，许多学者开始研究豆渣膳食纤维的提取、理化特性、生理功能特性及其开发利用。杨梦曦等［4］采用α－淀粉酶和木瓜蛋白酶配比成复合酶来提取豆渣膳食纤维，发现在酶制剂配比为1∶3、用量为1%、酶解时间为2 h时，豆渣中膳食纤维的提取率最高，为76.89%。涂宗财等［5］研究了经乳酸菌发酵和经动态高压微射流处理过的豆渣膳食纤维对重金属铅离子、汞离子和镉离子的吸附能力，发现豆渣膳食纤维对三种重金属离子的吸附能力是铅＞汞＞镉，而且在20 min内达到吸附平衡，两种处理均能提高豆渣膳食纤维的吸附能力。徐虹等［6］进行大豆纤维粉对糖尿病鼠血糖及肝脏脂质过氧化的作用研究时发现，膳食纤维可降低糖尿病小鼠的空腹血糖值及改善糖耐量状况;也能使小鼠肝脏的超氧化物歧化酶活性增加，脂质过氧化物丙二醛含量降低。刘宇等［7］研究酶法提取豆渣中的SDF、IDF和商业购买的菊粉对酥性饼干物理特性和感官品质时发现，添加豆渣IDF的饼干持水性和硬度较高，添加豆渣SDF和菊粉的松密度值和过氧化值较低;此外添加4%豆渣SDF的饼干感官评定结果最优。

但是目前，国内外对豆渣模拟人体胃肠道消化产物的综合性研究鲜见报道，因此，本实验以热风干燥豆渣为原料，模拟人体肠道消化系统得到IF，并对两者的基本营养成分、物化特性、多酚含量及抗氧化力进行分析比较，以期获得更优的IF，提高豆渣的利用率和营养价值，也为开发富含优质膳食纤维、具有抗氧化功能性的功能食品提供一种新型的安全营养添加剂。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜豆渣 丰益国际有限公司（上海）;欧丽薇兰橄榄油（市售）;胰蛋白酶、胃蛋白酶 国药集团化学试剂有限公司;脂肪酶、α－淀粉酶 Sigma公司;没食子酸、福林酚试剂 国药集团化学试剂有限公司;所用其他试剂均为分析纯。

离心机 Z－326K，Hermle Labortechnik GmbH;色度仪 LabScan XE，HunterLab;酶标仪 MULTISKAN GO，Thermo scientific;电子天平 AL204，梅特勒－托利多仪器（上海）有限公司;密封型手提式中药粉碎机 XL－06A，广州市旭朗机械设备有限公司;半自动凯氏定氮仪 SCINO KT260，FOSS;冷冻干燥机 TriadTM，LABCONCO;浅型往复振荡水浴 2875，Thermo Scientific。

1.2 实验方法

1.2.1 IF的制备 新鲜豆渣在80℃烘干后粉碎，80目过筛得豆渣样品。称取1.5 g干燥样品，加入6 mL胃蛋白液（5 mg胃蛋白酶加入至1 mL 0.2 mol/L，pH1.5的HCl－KCl缓冲液），40℃水浴振荡1 h;加入6 mL胰蛋白液（5 mg胰蛋白酶加入至1 mL 0.15 mol/L，pH7.5的磷酸缓冲液），37℃水浴振荡6 h;加入10 mL脂肪酶液（7 mg脂肪酶加入至1 mL 0.15 mol/L，pH7.5的磷酸缓冲液），37℃水浴振荡6 h;加入 5 mL α－淀粉酶液（120 mg α－淀粉酶加入至1 mL 0.1 mol/L，pH6.9的 Trish－maleate缓冲液），37℃水浴振荡16 h;25℃，5000 r/min离心8 min，上清液透析（截留分子量:14000±2000，上海源聚生物科技有限公司）48 h后为可溶性IF（soluble IF，sIF），沉淀为不溶性 IF（insoluble IF，iIF）［8］，冷冻干燥即可得到sIF和iIF。

1.2.2 豆渣及IF化学成分的测定 水分:常压干燥法（GB/T5009.3－2003）;灰分:高温灼烧法（GB 5009.4－2010）;蛋白质:凯氏定氮法（GB 5009.5－2010）;脂肪:酸水解法（GB/T5009.6－2003）;水溶性膳食纤维（Soluble dietary fiber，SDF）、水不溶性膳食纤维（Insoluble Dietary Fiber，IDF）和总膳食纤维含量的测定按 AOAC 法［9］。

1.2.3 豆渣及IF持水力、持油力、膨胀力和结合水力的测定 参考文献方法［10］。

1.2.4 豆渣及IF色度的测定 采用色度仪进行测定。

1.2.5 豆渣及IF多酚含量的测定 称取1 g豆渣或IF样品，加入甲醇－水（50∶50 v/v）50 mL和丙酮－水（70∶30 v/v）50 mL，室温下振摇1 h后3000 r/min离心15 min，上清液用福林酚法测定可提取多酚（Extractable polyphenol，EPP），沉淀为不可提取多酚（Non－extractable polyphenol，NEPP）。冻干的 NEPP一部分经甲醇－浓硫酸（10∶1 v/v）在85℃水浴20 h后5000 r/min离心5 min后取上清液测水解多酚含量，没食子酸（Gallic acid，GA）作标曲［11］;另一部分经正丁醇－浓盐酸（95∶5 v/v）在95℃水浴2 h后5000 r/min离心5 min后取上清液测缩合单宁含量，儿茶素（Catechinic acid，CA）作标曲［12］。

1.2.6 豆渣及IF抗氧化力的测定 DPPH的测定:参照文献方法［13］，取0.25 mL提取液或Vc标准液，加入0.5 mL DPPH溶液，在室温静置反应30 min后测A517，结果用Vc当量来表征。

总还原力的测定:参照文献方法［14］，取0.5 mL提取液或VE标准液，加入0.5 mL磷酸缓冲液和0.5 mL 1%铁氰化钾溶液，50℃水浴20 min，冷却后加0.5 mL 10%三氯乙酸溶液，之后3000 r/min离心10 min，取上清液加0.8 mL 0.1%三氯化铁溶液和4 mL去离子水，混合均匀后静置10 min，测700 nm处吸光度，结果用VE当量来表征。

1.2.7 数据统计分析 每组实验平行三次，实验数据采用Excel软件进行基本分析，用SAS软件进行统计学方差分析，数据用平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 豆渣及IF的化学组成

豆渣中IF含量高达90.64%，其中iIF占绝大部分，占整个IF含量的94.92%，它主要包括抗性淀粉、不可消化蛋白、多酚及一些非淀粉多糖，而sIF主要由一些单糖、双糖及多聚糖组成，只有5.08%（表1）。从表2中可以发现，豆渣是一种高蛋白、高膳食纤维、低脂肪的食品加工副产物，这与之前的研究结果类似［15］:豆渣总膳食纤维含量可高达62.92%，其中IDF含量十分丰富，约占DF总量的97%。豆渣经模拟肠道消化所得的IF中DF含量高达56.54%，而且其中SDF含量为23.75%，明显高于豆渣中的SDF含量，这可能的原因是豆渣在肠道各种酶的作用下，一些结构连接紧密的糖苷键发生断裂，生成小分子多糖，使SDF的含量增加，从而提高了IF的溶解性，使其更适用于作饮料、乳制品等食品的功能性添加剂［16］。此外，IF 富含抗性蛋白（Resistant protein，RP），约有18.21%，其他成分如抗性淀粉、矿物质等含量也较高，为20.03%。

表1 豆渣中IF含量Table 1 The IF contents of okara

表2 豆渣及IF中主要成分含量分析Table 2 Compositions of okara and IF

IF不能被人体小肠消化吸收利用，但可以到达盲肠被微生物利用，促进有益菌，抑制有害菌的生长，调节人体肠道微生态的平衡，对人体健康十分有利。其中富含的DF更是具有重要的生理功能，在降血糖、降血脂、抗癌、改善便秘等方面都具有一定的调节作用。RP主要是内源性的，虽然DF可以促使含氮物质进入盲肠，而且研究显示，一般每人一天有3～9 g RP能进入盲肠，这数据的差异性主要取决于摄取食物的蛋白质含量［17］。

2.2 豆渣及IF理化性质分析

物化特性是评价DF的生理活性指标，持水力、膨胀力和结合水力等三方面是其水合性质的主要体现形式，可以有效地衡量DF的品质［18］。

表3显示，温度对豆渣原料及IF的膨胀力和结合水力以及豆渣原料的持油力没有显著性影响（p＞0.05），但对持水力以及IF的持油力则具有显著性影响（p＜0.05），而且数据显示，在37℃条件下时IF的持水力和持油力明显高于25℃条件下的，这可能是因为IF在多种肠道酶的作用下，纤维素粒度减小，比表面积增大，提高了持水力和持油力，而温度的升高使得作用环境更佳，提高了IF对去离子水和橄榄油的束缚作用，增强了抵御离心力的能力，所以就大大提高了IF的持水力和持油力。与豆渣原料相比较，IF显著提高了持水力、持油力及结合水力（p＜0.05），但其膨胀力没有显著变化。这标示着豆渣在通过肠道各种酶的作用以后，粒度减小，比表面积增大，提高了IF与油、水的结合能力，故理化特性优势显著提高，这为IF的研究开发利用提供了更优的品质保证。

L*为亮度指数，a*、b*为红绿和黄蓝指数。IF的L*值为82.53，显著大于豆渣的78.18，而a*、b*值分别为2.21和16.73，显著小于豆渣的4.25和21.18（表4），这说明IF的颜色较豆渣要亮白，这为IF作为食品添加剂提供了较有优势的品质保证。

2.3 豆渣及IF多酚含量及抗氧化力分析

豆渣中不仅富含高分子活性成分（如多糖、多肽等），也含有小分子活性物质（如大豆异黄酮、大豆多酚等）。实验结果表明:豆渣中EPP为1.44 mg/g没食子酸当量，水解多酚含量为4.60 mg/g没食子酸当量，缩合单宁含量为15.07 mg/g儿茶素当量。而IF中EPP、水解多酚和缩合单宁含量分别是4.89 mg/g

表3 豆渣及IF持水力、持油力、膨胀力和结合水力的测定结果Table 3 Water/oil－holding capacities and swelling capacities of oakra and IF

表4 豆渣及IF色度测定结果Table 4 Color parameters of okara and IF

注:同列不同字母表示差异性显著（p＜0.05）。没食子酸当量、8.83 mg/g没食子酸当量和0.02 mg/g儿茶素当量（表5）。由此可知豆渣中缩合单宁的含量较高，而IF富含水解多酚，这意味着缩合单宁在小肠中的生物利用度高于水解多酚。其它研究还表明，膳食多酚主要是NEPP组成，而其在小肠中的利用率为48%，在大肠中是52%，只有10%是无法被人体肠道消化系统吸收利用的，但是多酚在肠道被生物酶水解消化后，只有小部分能被吸收利用，大概为 5% ～10%［8］。

表5 豆渣及IF多酚含量及抗氧化力分析Table 5 Polyphenols content and antioxidant capacity in okara and IF

果蔬膳食的抗氧化机制主要包括清除自由基，螯合金属离子和淬灭单线态氧等［19］。而抗氧化剂可以通过自身的还原作用给出能与自由基形成稳定产物的电子和氢原子来终止链式反应，故还原力越强，抗氧化力则越强［20］。在本实验中，豆渣及IF中多酚成分的抗氧化力通过DPPH和总还原力法来表征分析，结果表明，在豆渣和IF中，若以DPPH来表征抗氧化力，则都是缩合单宁表现出较高的抗氧化力，分别是4.26 mg AAE/g和14.67 mg AAE/g;若以总还原力来表征抗氧化力，则均为水解多酚表现出较高的抗氧化力，分别是 16.12 μmol/L TE/g和 17.19 μmol/L TE/g。而且无论是EPP还是NEPP，IF的多酚各成分抗氧化力均高于豆渣的，特别是IF水解多酚的DPPH和IF的EPP总还原力分别提高了359.72%和1216.90%（与豆渣相比）。这说明IF比豆渣原料具有更强的抗氧化力，这为豆渣的进一步开发利用提供了一定的理论数据支持。

3 结论

热风干燥豆渣原料中IF含有90.64%，而且IF中膳食纤维含量可高达56.54%。与热风干燥豆渣相比，IF的持水力，持油力和结合水力在25℃和37℃下均有显著性提高，但膨胀力与豆渣原料无显著性差异，且受温度影响较小。此外，IF的颜色较豆渣原料更亮白，这为IF作为新型食品添加剂提供了更为优质的品质保障。

豆渣中缩合单宁含量丰富，为15.07 mg CA/g，显著高于IF中的0.02 mg CA/g，而IF中水解多酚的含量较高，为8.83 mg GA/g，说明缩合单宁在小肠中的生物利用度高于水解多酚。在抗氧化性方面，无论是用DPPH或总还原力来表征，IF都比豆渣原料表现出更强的抗氧化力。但是若以DPPH来表征，豆渣原料和IF则是缩合单宁表现出较高的抗氧化力，分别是4.26 mg AAE/g和14.67 mg AAE/g;而若以总还原力来表征，则均为水解多酚表现出较高的抗氧化力，分别是16.12 μmol/L TE/g 和17.19 μmol/L TE/g。

实验结果表明IF是一种富含大量优质膳食纤维、并能开发具有抗氧化功能性食品的潜在来源，并且提高了豆渣的利用率和营养价值。而目前，国内外对豆渣模拟人体胃肠道消化产物的综合性研究鲜见报道，所以为充分开发利用豆渣的膳食纤维资源，制备新型、绿色、安全的功能性食品添加剂，仍需广大学者进行更进一步的研究。

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