香蕉不溶性膳食纤维的理化特性与通便功能研究

王 娟,汪雨亭,杨公明

(1.华南理工大学食品科学与工程学院,广东广州 510641;2.华南农业大学食品学院,广东广州 510642)

香蕉不溶性膳食纤维的理化特性与通便功能研究

王 娟1,2,汪雨亭1,杨公明2

(1.华南理工大学食品科学与工程学院,广东广州 510641;2.华南农业大学食品学院,广东广州 510642)

研究香蕉不可溶膳食纤维(IDF)的理化性质,通过动物实验评价其通便功能。结果表明,香蕉IDF的持水力、膨胀力和容积密度分别为11.91 g/g,9.66 mL/g和0.345 g/mL,电镜观察IDF为长条片状纤维,结晶度为66.14%。香蕉IDF的单糖组分包括鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖和葡萄糖。小鼠通便实验结果表明,香蕉IDF具有通便功能,在4 g/(kg·BW·d)的喂饲剂量下,具有促进便秘模型小鼠小肠蠕动的作用;在1 g/(kg·BW·d)的剂量下,显示出缩短首便时间、加快排便速度的效果。香蕉IDF对小鼠粪便含水量有显著影响,并且呈现量效关系。研究得出，香蕉不可溶性膳食纤维具有润肠通便作用。

香蕉,不可溶膳食纤维,理化特性,通便功能

膳食纤维(Dietary fiber,DF)是指不能被人体消化的可食性碳水化合物及其类似物,这些物质不能被小肠消化吸收,但在大肠中可全部或部分发酵,其成分包括多糖、低聚糖、木质素或与之相缔合的植物成分。膳食纤维包括纤维素、半纤维素、木质素、果胶、树胶和抗性淀粉等[1]。研究表明,膳食纤维能够平衡人体营养、调节机体机能,并对便秘、结肠癌、糖尿病、肥胖症、冠状动脉粥样硬化等多种疾病具有明显的预防和改善作用[2]。根据溶解性不同,膳食纤维可分为水溶性膳食纤维(SDF)和水不溶性膳食纤维(IDF),不溶性膳食纤维包括纤维素、木质素和部分半纤维素,有助于胃肠蠕动,具有防治便秘的功能[3]。便秘是一种容易被忽视的疾病,但对身心健康的影响很大。随着相关科学研究的深入发展,香蕉丰富的营养价值和良好的保健作用已越来越受到人们的重视。香蕉具有润肠通便的功能,但生效物质及作用机理尚未清晰。王娟等报道了香蕉低聚糖、抗性淀粉的润肠通便功能[4-5],本文以香蕉不可溶膳食纤维为研究对象,通过动物实验考察其通便功能。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

香蕉(Musa AAB group,Plantain Subgroup) 购于农贸市场;单糖标准品 Sigma公司,色谱纯;其他生物化学试剂 均为分析纯;复方地芬诺酯 常州康普药业有限公司;实验动物 50只雄性SPF级昆明鼠,购于广东省医学实验动物中心,动物许可证号SCXK 2003-0002,2007A006;淀粉酶(480 U/g)、糖化酶(300 U/mL)、蛋白酶(500 U/g) 诺维信公司。

P/ACETMMDQ毛细管电泳分析仪 美国贝克曼公司;Vector 33傅里叶变换红外光谱仪 德国Bruker公司;D/max-IIIA全自动X射线衍射仪 日本理学公司;FEI-XL30环境扫描电子显微镜 飞利浦;打浆机 美的公司;热风干燥机、真空冷冻干燥机 广东省农机所;离心机 上海安亭科学仪器厂。

1.2 香蕉粉的制备方法

香蕉→去皮→打浆→热风干燥(100 ℃,8 h)→粉碎→过80目筛→香蕉粉

1.3 香蕉IDF的制备

香蕉→去皮→打浆→温水洗涤(洗去糖分)→离心分离→弃上清液,取沉淀加入淀粉酶酶解(酶用量0.2%,50 ℃,pH=4,2 h)→高效糖化酶酶解(酶用量0.2%,50 ℃,pH=4,2 h)→冷却→离心分离→弃上清液,沉淀加入1∶1的蒸馏水→加入蛋白酶酶解(酶用量0.2%,50 ℃,pH=7,2 h)→离心分离→沉淀→真空冻干→IDF

1.4 香蕉粉和香蕉膳食纤维理化特性研究

1.4.1 持水力的测定 称取0.1 g试样于烧杯中,加入过量的蒸馏水浸泡60 min,用滤纸沥干多余水分,转移到表面皿中称量,计算持水力(WHC)[6]。

式中,m1-样品湿重(g);m2-样品干重(g)。

1.4.2 膨胀力的测定 称取试样0.1 g并置于10 mL量筒中,读取试样体积,准确加入5 mL蒸馏水,振荡均匀后放置24 h,读取试样膨胀后的体积,计算膨胀力(WBC)[6]。

式中,V1-膨胀后试样体积(mL);V-干品体积(mL);M-样品干重(g)。

1.4.3 容积密度的测定 取一定量试样放入量筒，读出体积(mL)，称重得到质量(g),试样质量与体积的比值，即为容积密度(g/mL)。

1.4.4 形貌的观察 将少量香蕉粉和IDF样品悬液滴于载玻片上,盖上盖玻片,放入显微镜样品台,观察和记录香蕉粉和香蕉膳食纤维的形貌。

1.4.5 晶体X-射线衍射分析 采用X-射线衍射仪进行分析,检测条件如下:扫描范围为2θ=4～60 °,采用Cu 靶,石墨单色器、40 kV、20 mA,扫描速度为24 °/min。

1.4.6 红外吸收光谱分析(FT-IR) 取少量香蕉不溶性膳食纤维,用KBr压片,红外吸收光谱扫描波数4000～400 cm-1。

1.4.7 香蕉不溶性膳食纤维的单糖组成分析 用三氟乙酸将IDF水解成单糖,利用毛细管电泳测定单糖的组分和相对含量[7],实验条件如下:毛细管75 μm×55 cm,进样时间0.5 Psi,5 s;检测器UV 214 nm,分离电压20 kV,分离温度24 ℃,泳动液(运行缓冲液)为150 mmol/L硼酸-50 mmol/L磷酸钠缓冲液(pH7.0)。

1.5 香蕉不可溶膳食纤维(IDF)通便功能动物实验

参照《保健食品检验与评价技术规范实施手册》(2003)中的“通便功能检验方法”。

设置高、中、低3个剂量IDF处理组,灌胃剂量分别为4、2和1 g/(kg·BW·d)。

1.5.1 小肠运动实验 小鼠随机分为空白组、模型组和高、中、低药剂组,每组10只。经口灌胃给予香蕉IDF,空白组和模型组灌胃蒸馏水,全部小鼠均以普通饲料喂饲。

1.5.1.1 小鼠体重和每日进食量的测定 每天于第一次灌胃前称量小鼠体重(精确到0.1 g),据此计算每日灌胃量。

每天固定给每笼小鼠一定量的鼠粮(50.0 g),于次日同一时间称量剩余鼠粮重量(精确到0.1 g),计算小鼠每日平均进食量。

1.5.1.2 小鼠便秘模型建立 给予受试样品7 d后,各组小鼠禁食不禁水24 h。模型对照组和3个实验组灌胃给予复方地芬诺酯(5 mg/kg·BW),空白对照组灌胃相同体积蒸馏水。

1.5.1.3 指标的测定 给予复方地芬诺酯0.5 h后,剂量组分别给予含相应受试样品的墨汁(含5%的活性炭粉、10%阿拉伯树胶),空白和模型对照给予墨汁灌胃。25 min后立即脱颈椎处死动物,取小肠,测量肠管长度为“小肠总长度”,自幽门至墨汁前沿为“墨汁推进长度”。按以下公式计算墨汁推进率:

1.5.2 排便时间、粪便粒数和粪便重量的测定 模型对照组和3个实验组灌胃给予复方地芬诺酯(10 mg/kg·BW),空白对照组给予蒸馏水。给予复方地芬诺酯0.5 h后,香蕉IDF处理组分别给予含相应受试样品的墨汁,空白和模型对照给予墨汁灌胃。从灌胃墨汁开始,记录每只小鼠首粒排黑便时间,每3 h内的排便粒数及重量,6 h内的排便总粒数及重量,观察记录粪便性状(大小、软硬程度等)。每组各取3个样品测定粪便含水量。

1.5.3 数据处理及结果判定 进行方差齐性检验,计算F值,F值

1.6 数据处理

采用SAS(Statistical Analysis System)v8.1软件分析实验数据

2 结果与分析

2.1 香蕉膳食纤维的理化特性

2.1.1 物性指标 由表1可知,香蕉IDF的持水力、膨胀力、容积密度分别为11.91 g/g,9.66 mL/g和0.345 g/mL。香蕉原粉、IDF都有较好的持水力和膨胀力。

表1 香蕉膳食纤维的物性指标Table 1 Physical characters of banana IDF

2.1.2.1 香蕉膳食纤维颗粒形貌的观察 从图1可知,香蕉粉呈团状物,互相包裹(图1A);IDF显示为分散物,呈分散片状(图1B)。由图1(C)和图1(D)可知,香蕉粉中有包裹着的不规则的卵圆形淀粉颗粒,而IDF图形则显示出长条片状纤维,且纤维片上均匀分布有孔洞,推测纤维素上的这些孔洞是其具有较好网孔吸附作用的原因,这可能是膳食纤维具有吸附胆固醇、重金属及有毒物质等生理功能的结构基础。

表2 小肠运动实验中香蕉IDF对小鼠体重和进食量的影响Table 2 Effects of banana IDF on the body weights and food intake of mice during the small intestine movement experiment

图1 香蕉粉与香蕉不可溶膳食纤维的显微结构Fig.1 Microscopic structure of banana powder and banana IDF

2.1.2.2 香蕉IDF结晶结构分析 由图2可知,香蕉IDF在扫描角度17.7°和21.1°处有强衍射峰,其结晶度为66.14%。

图2 香蕉IDF的X-衍射图Fig.2 X-diffraction diagram of banana IDF

2.1.2.3 香蕉IDF的红外吸收性质 结合Virkki、Proniewicz文献[8-9]对不可溶膳食纤维的红外光谱分析,香蕉IDF的红外光谱(图3)中,3448cm-1是羟基的特征吸收峰,2930cm-1和2960cm-1是CH2的吸收,1642cm-1是C=O的吸收峰,1104cm-1和1049cm-1是C-O的伸缩振动。根据KacUráková文献[10]可知，1035cm-1为葡萄糖的特征吸收,895cm-1是β糖苷键的特征吸收,图3中有1035cm-1及895cm-1的吸收峰,表明构成香蕉IDF的单糖中有β型葡萄糖。

图3 香蕉IDF的红外光谱Fig.3 IR chart of Banana IDF

2.1.2.4 香蕉IDF的单糖组成分析 香蕉IDF的单糖组成中含量最高的是葡萄糖(81.4%),其次为鼠李糖(5.6%)、阿拉伯糖(5.2%)、半乳糖(5.2%)和木糖(5.2%)。

2.2 香蕉IDF通便功能研究

2.2.1 小肠运动实验 经口给予各组小鼠不同剂量的IDF 7 d,饲养期间空白组、模型对照组与各药剂组小鼠的粪便均为椭圆形、粒状便;各药剂组动物均未出现腹泻现象,粪便的形态均为黑褐色颗粒状,肉眼可见药剂组小鼠的粪便与对照组的相比稍软、体积较大,粪便湿润度较高,感官正常。实验期间各组动物的饮食和活动正常,香蕉IDF处理组小鼠的精神状态与健康状况良好。

表3 香蕉IDF对小肠墨汁推进率的影响 Table 3 Effects of banana IDF on the activated carbon suspension solution advance ratio

表4 排便情况实验中香蕉IDF对小鼠体重和进食量的影响Table 4 Effects of banana IDF on the body weight and food intake of mice in defecation experiment

表5 香蕉IDF对小鼠首便时间及粪便含水量的影响Table 5 Effects of banana IDF on the time of the first black dejecta and the dejecta moisture content

表6 香蕉IDF对小鼠粪便粒数及重量的影响Table 6 Effects of banana IDF on dejecta granules and their weight in mice

由表2可知,小肠运动实验期间各组小鼠初始体重和最终体重均无显著差异。说明在实验期限内IDF在控制体重增长、缓解肥胖症方面的效果不明显。实验期间,各组小鼠每日进食量差异不显著,表明IDF对小鼠食欲的影响不显著。

由表3可知,与空白组相比,模型组的墨汁推进率显著降低(p<0.05),表明复方地芬诺酯造便秘模型成功。与模型组相比,香蕉IDF高剂量组的墨汁推进率显著增大(p<0.05),而中、低剂量组与模型组的差异不显著,表明高浓度IDF具有促进便秘模型小鼠小肠蠕动的作用。

2.2.2 排便情况实验 由表4可见,排便情况实验的7 d周期内,5个组小鼠的初始体重无显著差异;虽然中、高剂量组小鼠的最终体重低于空白组小鼠,但差异未达到显著程度,说明IDF对控制体重增长有一定的作用,但较空白组的体重增长差异尚未显著。后续需要继续进行更长时间的香蕉IDF干预实验,以判断在其控制体重增长方面的效果。

由表5可知,与空白组相比,模型组小鼠首粒黑便排出时间显著延长(p<0.05),表明造模成功;与模型组相比,三个香蕉IDF处理组首便时间均显著缩短(p<0.05),表明香蕉IDF能够改善复方地芬诺酯诱导的便秘模型小鼠的症状。与模型相比,中、高剂量组小鼠的粪便含水量差异显著,小鼠粪便含水量分别比模型组高了25.7%和36.7%。可能是由于IDF吸水性强的物理性质,因此吸水增容可能是IDF通便的原因之一。

由表6可知,3、6 h的粪便粒数及重量在空白组、模型组、3个剂量组之间均无显著差异,表明香蕉IDF对小鼠的排便粒数及粪便重量无显著影响。

3 结论

香蕉不可溶性膳食纤维具有润通通便效果,能够加快肠道蠕动,缩短首便时间。同时,香蕉IDF在体内显示出良好的吸水效果,能够增加小鼠粪便含水率。

课题组前期报道过关于香蕉低聚糖、抗性淀粉的通便功能[4-5],动物实验显示出香蕉的低聚糖、抗性淀粉与不可溶性膳食纤维均具有促进排便的功能,但是发挥作用的生效剂量不同。后续还将报道香蕉可溶性膳食纤维的通便实验相关研究结果。这些研究是了解香蕉润肠通便的物质基础,为香蕉功能食品的开发利用奠定了基础。后期还将继续研究香蕉活性成分通便功能的作用机理。

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Research on the physicochemical characteristics and laxative effects of insoluble dietary fiber from bananas

WANG Juan1,2,WANG Yu-ting1,YANG Gong-ming2

(1.School of Food Science and Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510641,China;2.College of Food Science,South China Agricultural University,Guangzhou 510642,China)

The properties and laxative effects of banana insoluble dietary fiber(IDF)were investigated in this study. Results showed that the water holding capacity,swelling capacity,and volume density of IDF were 11.91 g/g,9.66 mL/g,and 0.345 g/mL respectively. The crystallinity of banana IDF was 66.14%. Banana IDF was bar fiber under scanning electron microscopy. IDF from bananas was constituted by rhamnose,galactose,xylose,arabinose,and glucose. It was discovered by animal experiments that banana IDF had laxative effects. Banana IDF at dose 4 g/(kg·BW·d)was able to accelerate the movement of the small intestine and was effective in shortening the time to the first black dejecta and quickening catharisis at the dose of 1 g/(kg·BW·d). Banana IDF significantly impacted the dejecta moisture content of mice,and the moisture content was positive correlated to IDF-dose. In conclusion,banana IDF had laxative effects.

banana;insoluble dietary fiber;physicochemical characteristics;laxative effect

2016-07-05

王娟(1981-)，女，博士，副研究员，研究方向：食品科学与工程，E-mail：wangjuan@scut.edu.cn。

国家自然科学基金项目(31301530)；中央高校基本科研业务费项目(2015ZZ122)。

TS255.1

A

1002-0306(2017)02-0337-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.02.057