香蕉可溶性膳食纤维的特性及通便功能研究

余拓，王娟，*，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）

香蕉可溶性膳食纤维的特性及通便功能研究

余拓1，王娟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）

从香蕉中提取可溶性膳食纤维（SDF），分析其结构特性，并通过动物实验考察其通便功能。结果显示：SDF分子呈透明状的球形，同时通过电镜观察呈现为不规则的相互连接的团状物以及粗糙的表面。香蕉SDF的单糖组成中有鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖和葡萄糖。通便实验每天按1、2、4 g/（kg·BW·d）的剂量对实验小鼠进行喂食，结果表明，香蕉可溶性膳食纤维能减少小鼠的每日进食量和体重增加，并且呈现量效关系；SDF减少了小鼠首粒黑色粪便出现的时间，并且SDF干预组能够加速小肠运动。香蕉可溶性膳食纤维（SDF）不仅有利于缓解便秘，而且能帮助减少体重增长。

香蕉；便秘；通便；可溶性膳食纤维；结构

Abstract：Banana soluble dietary fiber （SDF）was extracted and its structure properties were analyzed.Then banana SDF was applied to mice in order to investigate its laxative effects.Results showed that SDF particles were transparent roundness observed，while they showed some irregular shape clumps connected and unsmooth surfaces in scanning electron microscopy.SDF was possibly composed of five monosaccharides，rhamnose，galatcose，xylose，arabinose and glucose at least.Mice were treated with the dose at 1，2，4 g/kg bodyweight per day in our research.Results showed that banana SDF were able to control daily food intake and body weight increase in mice，and these capacities were positively related to SDF dose.SDF decreased the time of the first black dejecta ejection of mice.The SDF treated groups were able to accelerate the movement of small intestine.Consequently，banana SDF was not only benefit for constipation remission，but also benefit for reducing body weight growth.

Key words：banana；constipation；laxative；soluble dietary fiber；structure

膳食纤维是指不能被人体小肠消化吸收，而在人体大肠能部分或全部发酵的可食用的植物性成分、碳水化合物及其相类似物质的总和，包括多糖、寡糖、木质素以及相关的植物类物质[1]，按溶解特性可分为可溶性膳食纤维（SDF）和不溶性膳食纤维（IDF）两大类[2]。

SDF是指不被人体消化道酶消化，但可溶解于温、热水且又能被乙醇再沉淀的那部分膳食纤维，它主要是植物细胞内的储存物质和分泌物，包括果胶、树胶、葡聚糖、阿拉伯胶、角叉胶、瓜儿豆胶、卡拉胶、黄原胶、琼脂以及半乳甘露聚糖、葡萄糖、海藻酸盐、羧甲基纤维素等[3-4]，对多种金属离子有良好的吸附特性，能促进人体代谢和小肠蠕动，具有缓解便秘的功能[5-6]。便秘是一种在儿童和成人中常见的疾病，尤其是老人和孕妇[7]。治疗慢性便秘的方法这几十年有所改变。新的治疗方法依靠益生元、益生菌和合生元[8-9]。

香蕉有很多的益生元，比如膳食纤维、低聚糖以及抗性淀粉等，王娟等[10-11]报道了香蕉低聚糖、抗性淀粉的润肠通便功能。本文从香蕉中提取可溶性膳食纤维，分析其性质，并通过测试排便和肠道运动情况，来评价香蕉可溶性膳食纤维的通便功能。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

香蕉（Musa AAB group，Plantain Subgroup）：广州市农贸市场；单糖标准品：Sigma公司，色谱纯；三氟乙酸：天津市福晨化学试剂厂，分析纯；复方地芬诺酯：常州康普药业有限公司，国药准字（H32022716）；蛋白酶（500 U/g）：诺维信公司。

50只雄性SPF级昆明鼠：广东省医学实验动物中心，动物许可证号（SCXK 2003-0002，2007A006）。

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：飞利浦公司；DE12G13打浆机：美的公司；FD-1C真空冷冻干燥机：广东省农机所；TDL-5-A离心机：上海安亭科学仪器厂。

1.2 方法

1.2.1 可溶性膳食纤维的提取制备

香蕉→去皮→打浆→温水洗涤（洗去糖分，水温45℃）→离心分离（离心速度3 000 r/min，10 min）→弃上清液→沉淀加入蒸馏水（沉淀质量∶蒸馏水质量=1∶1）→加入蛋白酶酶解（酶用量 0.2%，50℃，pH=7，2 h）→离心分离→收集上清液→真空浓缩→浓缩液加入乙醇（国产分析纯）→室温下沉淀1 h→离心→收集沉淀→真空冻干→SDF

1.2.2 可溶性膳食纤维的特性研究

1.2.2.1 形貌的观察

将少量香蕉粉和SDF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。

1.2.2.2 晶体X-射线衍射分析

采用X-射线衍射仪进行分析，具体条件：在2θ=4°～60°范围扫描，采用 Cu靶，石墨单色器、40kV、20mA，扫描速度为24°/min。

1.2.2.3 红外吸收光谱分析（FT-IR）

取少量香蕉可溶性膳食纤维，用KBr压片，扫描波数 4 000 cm-1～400 cm-1。

1.2.2.4 纤维单糖组成定性定量分析

用三氟乙酸将SDF水解成单糖后，利用毛细管电泳测定单糖的组分和相对含量[12]，试验条件如下：毛细管75 μm×55 cm，进样时间0.5 Psi（1 Psi=6 894.76 Pa），5s。检测器UV214 nm，分离电压20kV，分离温度24℃，泳动液（运行缓冲液）150 mmol/L硼酸-50 mmol/L磷酸钠缓冲液（pH7.0）。

1.2.3 香蕉可溶性膳食纤维（SDF）通便功能动物实验

方法：《保健食品检验与评价技术规范实施手册》（2003年出版），“通便功能检验方法”。其原理是经口灌胃给予造模药物复方地芬诺酯，建立小鼠小肠蠕动抑制模型，计算一定时间内小肠的墨汁推进率，来判断模型小鼠胃肠蠕动功能。本实验设置高、中、低3个剂量SDF处理组，灌胃剂量分别为4、2、1g/（kg·BW·d）。

1.2.3.1 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SDF处理组分别给予含相应受试样品的墨汁（含5%的活性碳粉，10%阿拉伯树胶），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小时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。

1.2.3.2 小肠运动实验

小白鼠随机分为空白组，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）小鼠体重和每日进食量测定

每天于第一次灌胃前称量小鼠体重（精确到0.1g），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），即可算出小鼠每日进食量。

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。

3）指标测定的方法

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，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，打开腹腔分离肠系膜，剪取上端自幽门、下端至回盲部的肠管，置于托盘上，轻轻将小肠拉成直线，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”。按下式计算墨汁推进率：

墨汁推进率按下式进行数据转换获得X，式中：P为墨汁推进率，用小数表示。

1.2.3.3 数据处理及结果判定

按方差分析的程序先进行方差齐性检验，方差齐，计算F值，F值＜F0.05，结论：各组均数间差异无显著性；F 值≥F0.05，P≤0.05，组间均数差异显著。

在小肠便秘模型成立的前提下，受试样品组小鼠的首粒黑便时间明显短于模型对照组，即可判定该项指标结果阳性。6 h内排黑便粒数明显高于模型对照组，可判定该项指标结果阳性。6 h内排黑便重量明显高于模型对照组，可判定该项指标结果阳性。

墨汁推进率显著高于模型对照组的墨汁推进率时，可判定该项实验结果阳性。

1.2.3.4 数据处理

采用SAS（Statistical Analysis System）v8.1软件用来分析实验数据。

2 结果与分析

2.1 香蕉膳食纤维的特性研究

2.1.1 香蕉膳食纤维颗粒形貌的观察

香蕉膳食纤维颗粒形貌的观察见图1。

图1 香蕉粉及香蕉可溶性膳食纤维微观结构图Fig.1 Microscopic structure of banana powder and soluble dietary fiber samples

从图1可知，香蕉粉中既有圆形透明的颗粒，又有长条形的纤维束，还有团状不透明的部分（图1A），SDF中有很多大小不一的球形颗粒（图1B）。

从放大倍数为200的图1的C、D可见，香蕉粉呈广泛联接的团状物，互相包裹而SDF呈分散的絮状。放大倍数为800的图E、F可见，香蕉粉中有包裹着的不规则的卵圆形淀粉颗粒；而SDF中有大小不一的团状物，并且表面不平整。

2.1.2 香蕉SDF结晶结构分析

香蕉SDF结晶结构分析见图2。

图2 SDF的红外光谱图Fig.2 IR chart of banana SDF

分析图2得知：1 500 cm-1～1 900 cm-1是果胶衍生物的官能团区；900 cm-1～1 200 cm-1是C-O基团和成环振动。香蕉 SDF 图谱与 Kacˇuráková[13]文献中果胶（Pectin）的红外光谱图的峰形近似，其中1 036 cm-1是葡萄糖特征吸收，1 072 cm-1为β-半乳糖的特征吸收，1 078 cm-1为连接半乳糖的β-型糖苷键吸收峰，1 416 cm-1为C-O键吸收。

2.1.3 香蕉可溶性膳食纤维的单糖组成分析

通过毛细管电泳实验分析得知，香蕉SDF的单糖组成中含量最高的是葡萄糖（63.9%），其次为半乳糖（27.7%）、鼠李糖（5.2%）、木糖（1.9%）和阿拉伯糖（1.3%）。

2.2 香蕉SDF通便功能研究

2.2.1 排便情况实验

经口给予各组小鼠不同剂量的SDF 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，粪便湿润程度适中。经饲养员观察，实验期间各组动物的饮食和活动正常，虽然喂饲SDF后药剂组小鼠总体比空白组的瘦小，但它们精神状态与健康状况良好。SDF对小鼠体重和进食量的影响见表1。

表1 SDF对小鼠体重和进食量的影响（±s）Table 1 Effects of SDF on the body weight and food intake of mice（±s）

表1 SDF对小鼠体重和进食量的影响（±s）Table 1 Effects of SDF on the body weight and food intake of mice（±s）

注：与空白组比较 *P＜0.05；数据以±s表示，n=10。

每日进食量/g空白 10 0 19.1±1.2 28.3±0.9 4.9±0.3模型 10 0 18.9±0.9 26.6±1.5 5.1±0.5低剂量 10 1.0 18.2±1.2 26.4±2.3 4.7±0.4中剂量 10 2.0 18.9±1.4 24.6±2.3* 4.4±0.4*高剂量 10 4.0 18.4±1.6 20.0±2.5* 3.3±0.6*组别 动物数/只SDF剂量/[g/（kg·BW·d）]初始体重/g最终体重/g

表1显示，排便情况实验期间，各组小鼠的初始体重差异不显著，但最终体重，中、高剂量组与空白组相比，差异显著，体重分别轻了3.7、8.3 g。此外，中、高剂量组小鼠的平均每日进食量与空白组相比差异显著，进食量分别少了0.5、1.6 g。这表明SDF在控制进食量、减少体重增长方面效果良好。

SDF对小鼠首便时间及粪便含水量的影响见表2。

表2 SDF对小鼠首便时间及粪便含水量的影响（±s）Table 2 Effects of SDF on the time of the first black dejecta and the dejecta moisture content（±s）

表2 SDF对小鼠首便时间及粪便含水量的影响（±s）Table 2 Effects of SDF on the time of the first black dejecta and the dejecta moisture content（±s）

注：与模型组比较 *P＜0.05；数据以±s表示，n=10。

粪便含水量/%空白 10 0 86.0±13.7* 29.34±4.04*模型 10 0 140.0±21.6 20.11±6.53低剂量 10 1.0 93.4±16.9* 22.15±0.91中剂量 10 2.0 102.8±27.5* 22.97±1.61高剂量 10 4.0 101.8±27.5* 17.79±5.11组别 动物数 IDF剂量/[g/（kg·BW·d）]首便时间/min

由表2可知，空白组小鼠的首粒黑便时间显著比模型组的短，表明复方地芬诺酯造便秘模型成功。3个剂量组的首便时间均比模型组短，且差异显著，各自比模型组缩短了47、37、38 min，表明SDF灌胃剂量为1 g/（kg·BW·d）时即可产生缩短首便时间的作用。

粪便含水量的实验结果显示，3个SDF干预组与模型组比差异均未达到显著程度，这说明SDF的通便作用可能不是通过吸水增容产生的。SDF对小鼠粪便粒数及重量的影响见表3。

表3 SDF对小鼠粪便粒数及重量的影响（±s）Table 3 Effects of SDF on dejecta granules and their weight in mice（±s）

表3 SDF对小鼠粪便粒数及重量的影响（±s）Table 3 Effects of SDF on dejecta granules and their weight in mice（±s）

注：数据以±s表示，n=10。

6 h粪便重量/mg空白 10 0 6.2±3.9 88±14 16.5±7.2 194±33模型 10 0 3.5±2.6 37±0 11.6±4.3 108±1低剂量 10 1.0 3.0±2.2 45±8 12.2±5.6 118±44中剂量 10 2.0 3.7±1.9 34±4 9.5±3.9 101±16高剂量 10 4.0 1.8±0.7 34±1 9.4±1.6 94±20组别 动物数SDF剂量/[g/（kg·BW·d）]3 h粪便粒数3 h粪便重量/mg 6 h粪便粒数

如表3所示，3 h和6 h的粪便粒数、重量相比，空白、剂量组与模型组之间的差异均不显著，说明灌胃SDF对小鼠排便次数与粪便重量无明显影响。

2.2.2 小肠运动实验

经口给予各组小鼠不同剂量的SDF 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，粪便湿润程度适中，感官正常。经饲养员观察，实验期间各组动物的饮食和活动正常，喂饲SDF后药剂组小鼠的体重没有空白组增加得快，但它们精神状态与健康状况良好。SDF对小鼠体重和进食量的影响见表4。

表4 SDF对小鼠体重和进食量的影响（±s）Table 4 Effects of SDF on the body weight and food intake of mice（±s）

表4 SDF对小鼠体重和进食量的影响（±s）Table 4 Effects of SDF on the body weight and food intake of mice（±s）

注：与空白组比较 *P＜0.05；数据以±s表示，n=10。

每日进食量/g空白 10 0 30.6±0.8 34.7±2.4 6.3±0.6模型 10 0 30.1±1.3 34.6±2.0 6.3±0.6低剂量 10 1.0 27.2±1.9 33.2±1.5 5.4±0.6*中剂量 10 2.0 26.2±2.6* 28.8±2.0* 4.4±0.6*高剂量 10 4.0 23.8±2.2*24.2±2.6* 3.4±0.5*组别 动物数SDF剂量/[g/（kg·BW·d）]初始体重/g最终体重/g

由表4可见，小肠运动实验期间，各组小鼠初始体重和最终体重均有显著差异。小肠实验动物是排便实验完成后的同组动物，所以中、高剂量组小鼠的初始体重也与空白组已有显著差异。说明在实验期限内SDF在控制体重增长、缓解肥胖症方面的效果明显。试验期间，各组小鼠每日进食量差异显著，表明SDF对小鼠食欲的影响显著，能够减少进食量。

SDF对小肠墨汁推进率的影响见表5。

表5 SDF对小肠墨汁推进率的影响（±s）Table 5 Effects of SDF on the CSS advance ratio（±s）

表5 SDF对小肠墨汁推进率的影响（±s）Table 5 Effects of SDF on the CSS advance ratio（±s）

注：与模型组比较 *P＜0.05；数据以±s表示，n=10。

组别 动物数SDF剂量/[g/（kg·BW·d）]墨汁推进率P/%转换值X空白 10 0 77.6±7.0* 1.30±0.05*模型 10 0 41.1±3.8 1.68±0.06低剂量 10 1.0 50.9±12.0 1.55±0.14*中剂量 10 2.0 62.6±11.8* 1.42±0.11*高剂量 10 4.0 61.1±12.9* 1.44±0.13*

表5中，就墨汁推进率而言，空白组（77.6%）与模型组（41.1%）相比差异显著，便秘模型建模成功。SDF药剂组的中剂量组2 g/（kg·BW·d）、高剂量组4 g/（kg·BW·d）的小鼠墨汁推进率显著高于模型组，墨汁推进率分别达到62.6%、61.1%。

表5中，就墨汁推进率与转换值X而言，低、中、高个剂量组的值都比模型组小，差异显著，说明SDF剂量为1 g/（kg·BW·d）时即可产生促进便秘模型小鼠肠蠕动的效果。

3 结论

1）香蕉可溶性膳食纤维为球形分散颗粒，大小不一团状物，组成中有鼠李糖、半乳糖、木糖、阿拉伯糖、葡萄糖等单糖，其中葡萄糖、半乳糖比例较高，分别为64.0%和27.7%。

2）动物实验显示，香蕉可溶性膳食纤维能够加快肠道蠕动，缩短首便时间。同时，在控制体重增长以及降低进食量等方面的效果明显。

3）香蕉可溶性膳食纤维显示出了良好的通便功能，同时具有减少体重增长的效果，在后续的产品开发中，可以利用香蕉SDF的这些特性，开发润肠通便和减肥功能食品。

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Properties of Soluble Dietary Fiber from Bananas and Its Laxative Effects

YU Tuo1，WANG Juan1，*，YANG Gong-ming2
（1.School of Food Science and Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510641，Guangdong，China；2.College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，Guangdong，China）

2017-01-14

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.20.037

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）

余拓（1994—），男（汉），硕士研究生，研究方向：食品科学与工程。

*通信作者：王娟（1981—），女，副教授，博士，研究方向：食品科学与工程。