提取方式对枣膳食纤维理化及功能特性的影响

2019-11-07梁志宏尹蓉张倩茹吕英忠

食品与发酵工业 2019年19期

梁志宏，尹蓉，张倩茹，吕英忠

(山西省农业科学院果树研究所，山西太谷，030815)

枣为鼠李科枣属木本植物，在我国栽培面积和产量都十分巨大[1]。山西省是枣果主产区之一，产量居全国第3或第4位[2]，但因品种、气候、栽培管理和加工技术等原因，生产和加工过程中会出现大量残次裂果，这些果实大部分被直接扔掉，少部分作为动物饲料，从而造成严重经济损失。

膳食纤维被誉为人类的第七大营养素，许多研究表明：膳食纤维具有持水、螯合有机化合物、阳离子交换和改变肠道微生物群系等特性，可以起到维护肠道健康、预防肥胖和心血管疾病、解毒、增强机体免疫力[3-7]等作用。天然植物中可溶性膳食纤维含量较低，导致其理化特性较差，需经过改性处理后许多功能特性才可以更好的发挥。目前研究较多的膳食纤维改性方法主要有以下几种：(1)以超高压、粉碎、挤压膨化等技术为主的物理方法；(2)以酸、碱法为主的化学方法；(3)以酶法、发酵法为主的生物技术方法；(4)以上3种方法同时使用的联合处理方法[8]。以上四种方法在枣膳食纤维提取中都有应用，如张江宁等[9]发现枣渣超微粉碎后可溶性膳食纤维比例提高,持水性、溶胀性、吸附油脂、胆固醇、胆酸钠能力增强；张华等[10]用碱法提取枣渣中不溶性膳食纤维，得到产品呈淡黄色，无异味；黄雪姣等[11]以α-淀粉酶和中性蛋白酶酶解残次枣中不溶性膳食纤维，提取率达13.04%；李黎等[12]运用保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌和植物乳酸菌复合发酵提取枣渣中不溶性膳食纤维，提高了不溶性膳食纤维得率；孙静等[13]采用高温蒸煮、纤维素酶酶解改性枣渣水不溶性膳食纤维,不溶性膳食纤维得率达20.03%。以上研究多以枣渣为原料，分别采用物理法、化学法、发酵法和联合法优化膳食纤维提取工艺，但对制得的膳食纤维的品质研究较少。目前，以残次裂枣为原料，对不同提取方式制备的膳食纤维进行品质分析的研究未见报道。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

枣粉：残次裂枣去核，切片后60 ℃烘箱干燥，粉碎过40目筛备用；纤维素酶(5万U/g)、木聚糖酶(5万U/g)、糖化酶(10万U/g)，北京索莱宝科技有限公司；m(保加利亚乳杆菌)∶m(嗜热链球菌)∶m(植物乳杆菌)=1∶1∶1混合备用；其他常用化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

TGL20M-II型台式高速离心机，湖南凯达科学仪器有限公司；SX系列马弗炉，南阳市鑫宇炉业有限公司；DZF-1B电热恒温真空干燥箱，上海跃进医疗器械有限公司； ZWY-103B型恒温培养振荡器，上海智城分析仪器制造有限公司；WFZ UV-2102C型紫外可见分光光度计，尤尼柯(上海)仪器有限公司；LRH-70型生化培养箱，上海一恒科学仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 膳食纤维提取方式

1.3.1.1 碱法膳食纤维(DF1)制备

取脱糖干燥后枣粉，质量浓度20 g/L NaOH，料液比1∶15(g∶mL)，60 ℃ 提取 40 min,4 000 r/min 离心20 min，收集残渣；上清液真空浓缩至原体积1/3左右，加入4倍95%乙醇(体积分数)醇沉6 h，离心，得滤渣，将2次滤渣混合，水洗至中性，60 ℃烘干，粉碎过80目筛备用。

1.3.1.2 酶法膳食纤维(DF2)制备：

取脱糖干燥后枣粉，料液比1∶20(g∶mL)，添加质量浓度7 g/L纤维素酶，pH 4.8在50 ℃条件下酶解 70 min，灭酶。其他操作同1.3.1.1。

1.3.1.3 发酵法膳食纤维(DF3)制备：

取脱糖干燥后枣粉，料液比1∶10(g∶mL)，加入质量浓度20 g/L的脱脂奶粉和质量浓度10 g/L白砂糖混匀后灭菌，迅速冷却,接入质量浓度50 g/L混合菌剂，40 ℃条件下发酵15 h。其他操作方法同上。

1.3.1.4 超声辅助酶法膳食纤维(DF4)制备:

取脱糖干燥后枣粉，料液比 1∶20(g∶mL)调成悬液，加入质量浓度7 g/L纤维素酶，50 ℃条件下超声提取 50 min。其他操作同上。

1.3.2 膳食纤维化学组成的测定

水分、灰分、粗蛋白和粗脂肪质量分数的测定参照AOAC方法[14]，总膳食纤维(TDF)、可溶性膳食纤维(SDF)及不溶性膳食纤维(insoluble dietary fiber, IDF)质量分数的测定参照GB 5009.88—2014[15]。

1.3.3 膳食纤维理化性质测定

持水力和膨胀力的测定参照陶永霞等[16]方法；持油力的测定参照SANGNARK等[17]的方法。

1.3.4 功能特性测定

1.4 数据分析

试验数据均为3 个平行样的平均值±标准差，结果采用SPSS 23.0软件中的Duncan’s进行显著性差异分析(P<0.05)，图表用Excel绘制。

2 结果与分析

2.1 不同提取方式对膳食纤维化学组成和提取率的影响

由表1可以看出，经碱、酶、发酵和超声处理后，粗纤维含量较枣粉有显著提高，提取率增大，说明物理、化学和生物技术处理均可使细胞壁中的果胶和纤维结构降解，更多的纤维素、半纤维素、木质素和果胶等物质溶出，使膳食纤维比率提高。提取方式对枣粉中粗蛋白清除率最高，在39.04%～58.88%之间，与枣粉之间差异显著(P<0.05)；对粗脂肪也有显著清除效果，但清除率没有粗蛋白高。说明不同处理方式均对蛋白和脂肪有一定降解破坏作用。

表1 不同提取方式膳食纤维的成分组成及提取率Table 1 Chemical compositions and yields of dietary fibers from different extraction methods

注：同行不同小写字母表示在P<0.05水平上差异显著，下同。

4种提取方式中，发酵法提取率最高，为40.74%，与其他处理之间差异显著，碱法提取率最低，为35.25%，与其他处理之间亦差异显著，超声辅助酶法提取率略高于酶法，但二者之间差异不显著。SDF与IDF的组成比例是影响膳食纤维生理功能的一个重要指标[21]，目前普遍认为SDF与IDF比率1∶3左右较合理，为方便后续理化特性和功能特性比较，本研究尽量将4种膳食纤维样品SDF和IDF比例控制在1∶3左右。超声辅助酶法SDF含量最高，与IDF比率基本与枣粉一致，其他3种处理SDF含量相近，三者之间差异不显著，与IDF比率略高于1∶3，碱法膳食纤维SDF含量在4种提取方式中最低。4种膳食纤维样品纯度由大到小依次为：超声辅助酶法>酶法>发酵法>碱法，超声辅助酶法膳食纤维的纯度最高，达85.42%，其次是发酵法和酶法制备的膳食纤维，分别为82.02%和80.01%，碱法膳食纤维纯度最低，只有78.13%，4种膳食纤维样品之间纯度差异显著。

2.2 不同提取方式对残次裂枣膳食纤维理化性质的影响

2.2.1 对持水力的影响

高持水力是高品质膳食纤维的主要物化特性之一，可以调节食品体系中水分分布情况，防止加工品组织结构的脱水收缩，对食品外观、风味及商品价值都有较大影响[22]。由图1可以看出，4种处理方式制备的膳食纤维与枣粉相比持水力都有显著提升(P<0.05)，其中超声辅助酶法制备的TDF持水力最高，化学法制备的最低，持水力由大到小排序依次是超声辅助酶法>酶法>发酵法>碱法>枣粉，除酶法和发酵法膳食纤维之间差异不显著外，其他处理之间差异显著。超声辅助酶法持水力最大的原因是在超声波作用下，纤维素酶在水分子带动下可以更多的渗入纤维结构中，水解部分纤维糖苷键，使纤维分子向可溶性小分子变化，纤维结构更加疏松，比表面积增大，亲水基团更多地暴露出来，持水力大幅度提高[23]。所有处理中，碱法膳食纤维持水力最低，说明碱液处理对膳食纤维的骨架结构破坏明显，对水分的吸收和保持能力较弱。

图1 不同提取方式对残次裂枣膳食纤维持水力的影响Fig.1 Water holding capacity of dietary fibers from different extraction methods

2.2.2 对膨胀力的影响

膨胀力与持水力一样，均是膳食纤维的重要性质之一，同样与加工食品的品质有较大关系。由图2可以看出，不同提取方式制备的膳食纤维的膨胀力都显著高于枣粉(P<0.05)，由大到小依次为：超声辅助酶法>发酵法>酶法>碱法>枣粉，酶法与碱法之间差异不显著(P>0.05)，其他处理之间差异显著。超声辅助酶法膳食纤维膨胀力最大的原因是在物理和化学共同作用下，膳食纤维中大分子组分的连接键断裂转变为小分子组分，膳食纤维结构变得疏松，体积和比表面积增大，但并未破坏其骨架结构[24]。

图2 不同提取方式对残次裂枣膳食纤维膨胀力的影响Fig.2 Swelling power of dietary fibers from different extraction methods

2.2.3 对持油力的影响

膳食纤维表面不仅有亲水基团，也有亲油基团，亲油基团可以通过吸附食物中的油脂减少人体对脂肪的摄入量。膳食纤维持油性可有效改善食品的质构特性，赋予食品更好的感官品质[22]。由图3可以看出，提取的膳食纤维的持油力都显著大于枣粉(P<0.05)，超声辅助酶法制备的膳食纤维持油力最大，碱法膳食纤维在所有处理中最小，从大到小排序与持水力相同，超声辅助酶法膳食纤维与其他TDF差异显著。超声辅助酶法膳食纤维持油力最大的原因与持水力一样，在超声和酶的双重作用下，更多亲水基团暴露的同时,更多亲油基团也裸露出来，导致持油力增大。

图3 不同提取方式对残次裂枣膳食纤维持油力的影响Fig.3 Oil holding capacity of dietary fibers from different extraction methods

通过对不同提取方式膳食纤维理化特性分析可知，超声辅助酶法膳食纤维比其他膳食纤维有更好的持水力、膨胀力和持油力，可应用于肉、焙烤等多种加工食品中，提高食品的加工特性及品质，作为新型品质改良剂应用于食品加工中。

2.3 不同提取方式对残次裂枣膳食纤维功能特性的影响

2.3.1 对阳离子交换能力的影响

膳食纤维结构中含有的羧基和羟基类侧链基团可以与阳离子可逆交换形成一个较为理想的缓冲体系，从而有利于机体的消化吸收[25]。如Na+、K+可在肠道中与膳食纤维结合随粪便或尿液排出体外，调节血液中的Na+/K+比，产生降压效果[26]。由图4可以看出，所有处理的阳离子交换能力都显著高于枣粉，各处理间由大到小依次为：超声辅助酶法>酶法>碱法>发酵法>枣粉，除酶法和碱法制备的膳食纤维差异不显著外，其他样品之间差异显著。发酵法TDF的阳离子交换能力显著低于其他样品，可能与其SDF含量较低有关。

图4 不同提取方式对残次裂枣膳食纤维阳离子交换能力的影响Fig.4 Cation exchange capacity of dietary fibers from different extraction methods

2.3.2 对葡萄糖吸附能力的影响

膳食纤维对葡萄糖具有吸附和阻碍扩散作用，可以降低小肠内葡萄糖浓度，抑制餐后血糖上升，改善葡萄糖耐量[19]。由图5可以看出，不同提取方式制备的TDF对葡萄糖的吸附能力显著高于枣粉，4种TDF样品中，超声辅助酶法制备的膳食纤维吸附能力最强，显著高于其他3个处理，碱法、酶法和发酵法膳食纤维虽然吸附量略有不同，但相差不大，三者之间差异不显著(P>0.05)。

图5 不同提取方式对残次裂枣膳食纤维葡萄糖吸附能力的影响Fig.5 Glucose adsorption capacity of dietary fibers from different extraction methods

2.3.3 对胆固醇吸附能力的影响

膳食纤维表面带有的活性基团可以螯合吸附胆固醇和胆汁酸等有机分子，造成胆酸减少,肝脏就会利用机体自身的胆固醇合成胆酸,从而降低肝组织和血浆中胆固醇水平[27]。本文分别以pH 2.0和pH 7.0条件模拟胃和小肠环境，由图6可以看出，所有处理在pH 7.0环境下的吸附能力均大于pH 2.0环境下，2种pH环境下样品对胆固醇的吸附量都以超声辅助酶解法最大，碱法最小，pH 7.0条件下由大到小依次是：超声辅助酶法>发酵法>枣粉>酶法>碱法，超声辅助酶法除与发酵法差异不显著外，与其他样品之间差异显著(P<0.05)。枣粉胆固醇吸附量大于碱法TDF,与酶法和发酵法相差不大，说明枣粉中的多糖对胆固醇也有相似的吸附作用。