高静压和高压均质对豆渣水不溶膳食纤维的改性及其功能的影响

黄素雅，何亚雯，钱炳俊，邹彦平，刘 壮

（1.上海交通大学农业与生物学院，上海 200240；2. 丰益（上海）生物技术研发中心有限公司，上海 200240）

高静压和高压均质对豆渣水不溶膳食纤维的改性及其功能的影响

黄素雅1，何亚雯1，钱炳俊1，邹彦平2，刘 壮2

（1.上海交通大学农业与生物学院，上海 200240；2. 丰益（上海）生物技术研发中心有限公司，上海 200240）

以新鲜豆渣为原料，探究高压均质改性和高静压改性的水溶性膳食纤维（soluble dietary fi ber，SDF）得率以及改性后SDF理化性质和生理功能特性的变化。结果表明：高压均质改性在最优压力110 MPa条件下SDF得率为32.86%，高静压改性在进行高压蒸煮，最优400 MPa条件下SDF得率为7.56%，高压均质改性效果明显优于高静压改性（P＜0.05）；两种改性方式均能不同程度改善SDF的理化性质，促进其对胆酸和胆固醇的吸收，但降低了抗氧化效果。

改性；高压均质；高静压；理化性质；生理功能特性；膳食纤维

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。它在降血糖、降血脂、抗癌、改善肠道菌群、改善便秘等方面都具有一定的调节作用。此外，它也被用作脂肪等的替代物，在改善食品质地、口感等的同时，降低产品不必要的脂质含量，为人体健康保驾护航［1］。根据水溶性，膳食纤维可分为水溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）和水不溶性膳食纤维（insoluble dietary fi ber，IDF），但其中发挥生理调节功能的主要是水溶性膳食纤维。

豆渣是传统大豆制品生产的主要副产物，是一种良好的膳食纤维来源，总膳食纤维含量可高达62.92%，但水溶性膳食纤维含量却较低，仅含有2.79%［2］。目前豆渣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。所以本实验对豆渣中水不溶性膳食纤维进行改性，以获得更高含量的水溶性膳食纤维，提高豆渣的利用率和营养价值。

由于SDF比IDF在许多方面都具有更好的保健功效和生理作用，所以IDF改性的研究成了近年来研究的热点。目前国内外关于膳食纤维改性的研究方法主要包括物理法、化学法、生物技术法和综合改性方法。如马毓霞等［3］采用纤维蛋白酶处理豆渣，改性的SDF得率为10.8%；连小燕等［4］采用酶解法和化学方法相结合，对玉米膳食纤维进行改性，发现改性后的SDF持水率和膨胀率与原料相比都具有明显的提高。但从豆渣改性条件优化到理化、生理功能评价等综合系统的研究报道鲜见，所以本实验以豆渣为原料，采用高静压（high hydrostatic pressure，HHP）和高压均质（high pressure homogenization，HPH）两种方法对其进行改性，优化改性条件，改善其理化性质，并对其胆酸吸附力、胆固醇吸附力和抗氧化能力的生理功能进行评价，以期获得更优质的SDF。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

新鲜鸡蛋，市售；新鲜豆渣，丰益（上海）生物技术研发中心有限公司提供；欧丽薇兰橄榄油，市售。

胰蛋白酶 国药集团化学试剂有限公司；Trolox（VE） 美国Sigma公司；脱氧胆酸钠（sodium deoxycholate，SD）和胆固醇 美国MP Biomedicals公司；其他试剂均为分析纯。

1.2仪器与设备

离心机 德国Hermle Labortechnik GmbH公司；UV-1800紫外分光光度计 日本Shimadzu公司；高压均质机 加拿大ATS Engineering公司；300 g密封型手提式中药粉碎机 广州市旭朗机械设备有限公司；色度仪美国Hunter Lab公司；酶标仪 美国Thermo Scientific公司；高静压装置系统 包头科发高压科技有限责任公司；电子天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；高压灭菌锅 德国Systec GmbH公司。

1.3方法

1.3.1IDF的制备

新鲜豆渣在80 ℃烘干后粉碎，80 目过筛得豆渣样品。加入pH 6磷酸盐缓冲液-NaOH（5∶1，V/V）混合溶液及胰蛋白酶形成混浊液，55 ℃水浴30 min。1 000 r/min离心10 min，收集上清液为SDF。沉淀进一步分别采用去离子水、乙醇和丙酮洗涤，弃上清液，最后沉淀在40 ℃烘干即为IDF样品。

1.3.2IDF高压均质改性

将3 g IDF样品用150 mL dH2O制成混浊液，采用高压均质处理，均质压力分别为90、110、130 MPa。取均质后60 mL溶液，9 000 r/min离心10 min，收集上清液为改性SDF（mSDF），沉淀即为IDF。

1.3.3IDF高静压改性

将1 g IDF样品溶于30 mL dH2O，经120 ℃、20 min高压蒸煮灭菌后高静压处理20 min（蒸煮灭菌Y/N，高静压压力条件优化），之后9 000 r/min离心10 min，收集上清液为mSDF，沉淀即为IDF。样品处理条件见表1。

表1　高静压改性实验样品处理条件Table 1 HHP modification conditionss

1.3.4改性SDF得率测定

SDF、IDF含量的测定参考文献［5］。mSDF得率计算公式如下。

1.3.5改性SDF持水力、持油力和膨胀力的测定

参照文献［6］方法进行测定。

1.3.6改性SDF色度测定

采用色度仪对改性SDF的色度进行测定。

1.3.7改性SDF抗氧化力测定［7］

称取20 mg改性SDF样品加入4 mL去离子水混合均匀，取0.5 mL混合样品或VE标准液，加入0.5 mL磷酸盐缓冲液和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3 000 r/min离心10 min，取上清液加0.8 mL 0.1%氯化铁溶液和4 mL去离子水，混合均匀后静置10 min，测定700 nm波长处吸光度。以VE标准液绘制标准曲线，样品的抗氧化力根据标准曲线计算，结果用VE当量表示（μmol VE/g）。

1.3.8改性SDF胆酸吸附力测定［8］

称取25 mg改性SDF样品加入1 mL 0.5 mg/mL SD溶液，37 ℃水浴2 h；空白组取25 mg改性SDF样品加入1 mL磷酸盐缓冲液，离心后取0.25 mL上清液或一定质量浓度标准液，加入0.75 mL 60%硫酸，70 ℃水浴20 min；冰浴5 min后测定387 nm波长处吸光度。以SD标准液绘制标准曲线，样品吸附胆酸残留SD根据标准曲线计算，结果用SD吸附当量表示（mg/g）。

1.3.9改性SDF胆固醇吸附力测定［9］

称取33 mg改性SDF样品，加入0.5 mL蛋黄乳液或去离子水（调节pH 7或pH 2），37 ℃、80 r/min摇晃水浴加热2 h；4 000 r/min离心20 min后取0.2 mL上清液或蛋黄液（空白）或一定质量浓度胆固醇标准液，加入0.1 mL邻苯二甲醛，2 mL混合酸；37 ℃水浴静置10 min；于550 nm波长处测定吸光度。以胆固醇标准液绘制标准曲线，样品吸附残留胆固醇根据标准曲线计算，结果用胆固醇吸附当量表示（mg/g）。

1.4数据分析

每组实验平行3 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，数据用表示。

2　结果与分析

2.1高压均质改性SDF得率

表2　高压均质改性纤维素定量结果Table 2 Quantitative determination of dietary fibers from HPH modificationation

由表2可知，在高压均质的3 种压力条件下，mSDF得率范围为29%～33%，且均质压力对mSDF得率的影响差异性显著（P＜0.05），当压力在90～110 MPa范围内，mSDF得率随压力的增大而增加；而在110～130 MPa范围内，mSDF得率随压力的增大而减小。均质压力为110 MPa时可获得最大的mSDF得率。本实验的mSDF得率比Tu Zongcai等［10］利用高压均质改性豆渣SDF得率（10%～28%）稍有所提高。高压均质过程中，IDF大分子糖苷键在高速撞击、剪切、振荡、空穴爆炸、膨化等一系列作用条件下发生断裂，从而使部分IDF转化成mSDF，提高了SDF质量分数的比例［11］。刘成梅等［12］在利用高压均质对豆渣进行改性的实验中发现，高压均质可以使DF的粒度变细，IDF含量会随着压力的增大而减少得越多，而SDF含量则会增加。最大mSDF得率在均质压力为110 MPa时出现的原因可能是在均质压力为90～110 MPa范围内时，高压剪切和空穴爆炸的协同作用，使结构较松散的植物胶分子的糖苷键发生断裂，当均质压力达到接近110 MPa时，纤维素、半纤维素等结构较紧密糖苷键也发生断裂，形成小分子多糖，而使SDF含量急剧上升［13］。而当均质压力高于110 MPa时，SDF增加幅度变小，可能对DF的结构影响较大，导致mSDF得率变小，具体原因仍需进一步研究。

考虑到mSDF得率、经济因素和操作简单等因素，选择高压均质压力的最优条件为110 MPa。

2.2高静压改性SDF得率

高静压处理可以使形成高分子立体结构之间的一些化学键发生变化，还可以影响细胞形态，从而可以达到物料改性的目的［14］。HHP处理过程不破坏食品成分中的共价键和小分子物质，可使风味物质及一些营养物质免受破坏，不仅能延长食品货架期还能保持食品较好的品质［15］，所以HHP技术是一种较理想的IDF改性方法。

表3　高静压改性纤维素定量结果Table 3 Quantitative determination of dietary fibers from HHP modification

由表3可知，进行高压蒸煮灭菌的IDF改性SDF得率为6%～8%，而未进行高压蒸煮灭菌的mSDF得率仅为2%～3%，两者存在显著差异（P＜0.05）。出现此现象的原因可能是高压蒸煮过程可以使部分不溶性半纤维素及果胶类化合物发生熔融现象，或是水进入纤维素和半纤维素等大分子的结晶区，使连接键断裂，转变成水溶性物质，从而提高SDF含量［16］。此外，无论高压蒸煮与否，mSDF得率在不同压力作用下均无显著差异（P＞0.05），这与Mateos-Aparicio等［17］的研究结果存在一定的差异性，其研究结果表明，在压力为200 MPa时DF成分与对照组没有明显变化，而当压力变为400 MPa时，总膳食纤维含量从38.1%上升为64.8%，SDF含量也明显提高，因为压力越高更容易使不溶性IDF间的糖苷键断裂，从而转换为可溶性SDF。

2.3高压均质和高静压改性SDF的持水力、持油力和膨胀力

表4　SDF持水力、持油力及膨胀力测定结果Table 4 Water-holding capacity， oil-holding capacity and swelling power of IDF and SDF

由表4可知，高压均质和高静压处理可使改性SDF的理化性质发生较大的变化。两种方法均能提高mSDF的持水力和膨胀力，这可能是因为高压处理可使紧密结合的大分子结构更加松散、多孔，颗粒力度减小，比表面积增大［18］，这样增加了SDF与水的接触面积，提高了水合能力。此外，高静压处理可以提高SDF的持油力，但高压均质处理却使样品持油力有所降低，原因仍需进一步探究。

研究表明，通过改性可以使膳食纤维的持水力、持油力和膨胀力发生变化，陶姝颖等［19］采用超微粉碎和挤压超微粉碎技术对酿酒葡萄皮渣进行改性处理，结果显示，两种改性处理均能有效增加葡萄皮渣膳食纤维中水溶性膳食纤维的含量，并使其理化性质发生显著改变，提高了持水力和膨胀力。刘伟等［20］对麦麸膳食纤维进行均质处理，结果表明膨胀率、持水力均有不同程度的增加，纤维悬浮液中颗粒分布更均匀，性质更稳定，在一定程度上提高了膳食纤维的性质。

2.4高压均质和高静压改性SDF的色度

表5　SDF色度测定结果Table 5 Color parameters of IDF and SDF

由表5可知，高压均质和高静压改性SDF色度有一定差别，在食品加工中，可以根据所生产食品的要求，添加不同色度的水溶性膳食纤维。

L*为明度指数，a*、b*为色度指数，a*代表红绿值，b*代表黄蓝值，由表5可知，HHP改性SDF与未改性SDF L*值类似，均为80左右，但高压均质改性SDF的L*值明显降低（P＜0.05）。此外，两种改性处理均能一定程度降低SDF的a*和b*值。

2.5高压均质和高静压改性SDF的抗氧化能力、胆固醇吸附力及胆酸吸附力

表6　改性SDF生理功能特性定量结果Table 6 Physiological properties of mSDF

由表6可知，高静压和高压均质改性均能显著降低SDF的抗氧化力，但两种处理结果之间差异不显著（P＞0.05）。原因可能是这两种改性方式存在相同的静压处理过程，而压力可使SDF的微观基质结构发生一定变化［21］，这可能破坏了SDF中的抗氧化活性物质，从而使其清除自由基的能力减弱，而具体的机理原因仍需进一步研究。此外，高压均质mSDF对胆固醇的吸附力优于高静压mSDF，而且对胆固醇的吸附力受体系酸碱性影响，在pH 7时吸附强度大于pH 2时，这与钟希琼等［22］测定多种DF对胆固醇吸附效果以及Nsor-Atindana等［23］探索可可DF吸附胆固醇的实验结果一致。这说明改性SDF能提高其对胆固醇的吸附力，从而可有效降低患心血管疾病的风险。但是未改性的SDF在pH 2时吸附胆固醇能力却强于pH 7，这与改性SDF的结果相反，原因仍需进一步的探究。而且高压均质mSDF的胆酸吸附力也明显高于未改性的，这说明高压均质改性可以有效促进SDF对胆酸的吸附，降低胆酸对人体的危害。有研究表明，当胆酸钠浓度相同时，SDF比IDF对胆酸吸附能力大；而当胆酸钠浓度不同时，DF在高浓度时吸附力较低浓度时大，这表明DF对胆酸的吸附可能存在一种动态平衡［24］。

膳食纤维具有一定的抗氧化作用，其中抗氧化活性物质多源于多酚类化合物，如黄酮类、酚酸（如阿魏酸）和缩合单宁［25］。随着人类膳食中高脂食物的增加，其中过多的胆固醇与血液中的低密度脂蛋白结合，形成低密度脂蛋白胆固醇，易造成血管阻塞，引起心血管疾病，危害较大。而胆酸是胆固醇合成的前体物质，吸附胆酸不仅可以降低人体胆固醇含量，抑制膳食中脂肪的吸收利用，而且还可以减少次生胆汁酸形成，保健肠道，预防胆结石形成［8］。

3　结 论

本实验采用高压均质和高静压的物理方式对豆渣IDF进行改性，并测定其mSDF得率、理化性质及生理功能特性。从实验结果可以看出，高压均质改性在最优110 MPa条件下SDF得率为32.86%，高静压改性在进行高压蒸煮，400 MPa条件下SDF得率为7.56%，而且高压均质改性在SDF得率上明显优于高静压改性（P＜0.05）。此外，两种方式改性均能不同程度提高SDF的理化性质，提高成品品质，也能促进SDF对胆酸和胆固醇的吸收，这为今后制备SDF相关产品提供了理论依据，也为促进人体健康提供了保障。但综合实验结果可以发现，高压均质mSDF的综合效果要优于高静压mSDF，所以在考虑通过压力改性的物理方法时可以优先考虑高压均质改性。

［1］ de MORAES CRIZEL T， JABLONSKI J， de OLIVEIRA RIOS A， et al. Dietary fiber from orange byproducts as a potential fat replacer［J］. LWT-Food Science and Technology， 2013， 53（1）： 9-14.

［2］ 娄海伟， 迟玉杰. 挤压蒸煮对豆渣中可溶性膳食纤维含量的影响［J］.中国粮油学报， 2009， 24（6）： 31-35.

［3］ 马毓霞， 王勇， 高阳， 等. 大豆膳食纤维多功能活化研究［J］. 粮油食品科技， 2005， 13（5）： 35-36.

［4］ 连小燕， 钟振声. 一种提高非水溶性玉米膳食纤维持水力的方法［J］.食品工业科技， 2012， 33（12）： 180-183； 187.

［5］ TSENG A， ZHAO Yanyun. Effect of different drying methods and storage time on the retention of bioactive compounds and antibacterial activity of wine grape pomace （pinot noir and merlot）［J］. Journal of Food Science， 2012， 77（9）： 192-201.

［6］ 冼惠形， 夏杏洲， 袁霞. 菠萝皮渣水不溶性膳食纤维对油脂、胆固醇、胆酸钠及NO2的吸附作用［J］. 农产品加工： 学刊， 2012（9）：12-15.

［7］ 王雪飞， 张华， 王振宇， 等. 11 种花粉水提物体外抗氧化能力研究［J］.食品工业科技， 2014， 35（15）： 139-143.

［8］ 黄才欢， 欧仕益， 张宁， 等. 膳食纤维吸附脂肪、胆固醇和胆酸盐的研究［J］. 食品科技， 2006， 31（5）： 133-136.

［9］ ZHANG Ning， HUANG Caihuan， OU Shiyi. In vitro binding capacities of three dietary fibers and their mixture for four toxicelements， cholesterol， and bile acid［J］. Journal of Hazardous Materials，2011， 186（1）： 236-239.

［10］ TU Zongcai， LI Jinglin， RUAN R， et al. Process for increasing soluble dietary fiber content of soybean meals［J］. 农业工程学报， 2007， 23（5）：246-249.

［11］ 韩东平， 刘玉环， 李瑞真， 等. 提高豆渣膳食纤维活性改性研究［J］.食品科学， 2008， 29（8）： 670-672.

［12］ 刘成梅， 刘伟， 万婕， 等. 瞬时高压作用对膳食纤维可溶性的影响［J］.食品科学， 2005， 26（8）： 110-113.

［13］ 林德荣， 涂宗财， 阮榕生， 等. 提高大豆膳食纤维中可溶性成分的方法［J］. 粮食加工， 2008， 33（5）： 39-41.

［14］ 令博， 吴洪斌， 郑刚， 等. 高压技术在膳食纤维改性中的应用［J］. 食品科学， 2010， 31（15）： 312-316.

［15］ BUTZ P， EDENHARDER R， FERNANDEZ G A， et al. Changes in functional properties of vegetables induced by high pressure treatment［J］. Food Research International， 2002， 35（2）： 295-300.

［16］ 朱国君， 赵国华. 膳食纤维改性研究进展［J］. 粮食与油脂， 2008（4）：40-42.

［17］ MATEOS-APARICIO I， MATEOS-PEINADO C， RUP☒REZ P. High hydrostatic pressure improves the functionality of dietary fiber in okara by-product from soybean［J］. Innovative Food Science and Emerging Technologies， 2010， 11： 445-450.

［18］ 申瑞玲， 王英. 膳食纤维的改性及其对功能特性的影响［J］. 农产品加工： 学刊， 2009（3）： 17-20； 25.

［19］ 陶姝颖， 郭晓晖， 令博， 等. 改性葡萄皮渣膳食纤维的理化特性和结构［J］. 食品科学， 2012， 33（15）： 171-177.

［20］ 刘伟， 刘成梅， 黎冬明， 等. 瞬时高压作用对麦麸膳食纤维改性的研究［J］. 食品科学， 2006， 27（11）： 82-85.

［21］ VEGA-GÁLVEZ A， LÓPEZ J， TORRES-OSSANDÓN M J， et al. High hydrostatic pressure effect on chemical composition， color，phenolic acids and antioxidant capacity of Cape gooseberry pulp（Physalis peruviana L.）［J］. LWT-Food Science and Technology， 2014，58（2）： 519-526.

［22］ 钟希琼， 胡文娥， 林丽超. 膳食纤维对油脂、胆固醇、胆酸钠和亚硝酸根离子吸附作用的研究［J］. 食品工业科技， 2010， 31（5）： 134-136.

［23］ NSOR-ATINDANA J， ZHONG F， MOTHIBE K J. In vitro hypoglycemic and cholesterol lowering effects of dietary fi ber prepared from cocoa （Theobroma cacao L.） shells［J］. Food and Function， 2012，3（10）： 1044-1050.

［24］ 叶静， 肖美添， 汤须崇. 江蓠藻膳食纤维吸附脂肪胆固醇和胆酸钠的研究［J］. 食品与机械， 2010， 26（1）： 92-94.

［25］ SANCHEZ A I， BORDERIAS A J， LARSSON K， et al. Inhibition of hemoglobin mediated oxidation of regular and lipid for tified washed codmince by a white grape dietary fiber［J］. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2007， 55（13）： 5299-5305.

Modification of Insoluble Dietary Fiber in Okara by High Pressure Homogenization and High Hydrostatic Pressure and Functional Properties of the Modified Product

HUANG Suya1， HE Yawen1， QIAN Bingjun1， ZOU Yanping2， LIU Zhuang2
（1. School of Agriculture and Biology， Shanghai Jiaotong University， Shanghai 200240， China；2. Wilmar （Shanghai） Biotechnology Research and Development Center Co. Ltd.， Shanghai 200240， China）

In this study， insoluble dietary fi ber （IDF） from fresh okara was modifi ed by high-pressure homogenization （HPH）and high hydrostatic pressure （HHP） to improve its solubility. The physiochemical and physiological properties of the modifi ed product were analyzed. The results showed that the yield of modifi ed soluble dietary fi ber （mSDF） from HPH modifi cation under the optimal pressure （110 MPa） was approximately 32.86%， and the yield of mSDF from HHP modifi cation under 400 MPa was 7.56%， suggesting that HPH was signifi cantly better than HHP for improving the solubility of IDF （P ＜ 0.05）. Both treatments could improve the physiochemical properties of SDF， and promote the absorption capacities for bile acids and cholesterol， but decrease the antioxidant effect.

modification； high-pressure homogenization； high hydrostatic pressure； physiochemical properties；physiological properties； dietary fi ber

TS209

A

1002-6630（2015）15-0081-05

10.7506/spkx1002-6630-201515016

2014-10-10

黄素雅（1990—），女，硕士研究生，主要从事食品加工与营养研究。E-mail：sueyasuhuang@126.com