红枣果汁果渣与果酒果渣膳食纤维功能特性的比较研究

(宁夏大学农学院,宁夏银川 750021)

随着人们生活质量的提高,因营养失衡造成的如糖尿病、肥胖症、便秘等文明病已经严重威胁着人类健康。研究证明,膳食纤维的摄入量与现代文明病的预防和治疗密切相关[1]。膳食纤维是指在人体小肠内抵抗消化吸收而在大肠内能够完全或部分发酵的多糖类碳水化合物[2],具有良好的水合特性、持油性、阳离子交换能力,吸附作用等,因能改善食品感官及流变特性[3],调节人体肠内菌群结构、降低血清胆固醇、降低餐后血糖和预防肥胖症[4-6]而受到人们的高度重视。

红枣含有丰富的钾、钙、铁、锰、锌等和维生素C、B1及B2,且富含芦丁、多糖、环磷腺苷、黄酮、皂苷等活性成分[7],可提高机体免疫力、抗氧化、防止衰老、降低胆固醇、保护肝脏等[8-9]。红枣除鲜食、干制外,已开发为红枣果汁、果酒等多种深加工产品,加工中产生的大量枣渣多作为废弃物或直接用作饲料处理。枣渣除含有丰富的蛋白质、淀粉、天然红色素外,还含有3.1%的粗纤维[10]。目前国内对红枣果渣研究较少,大多集中在枣渣膳食纤维的提取、改性、功能性质等方面。张向前等[11]、张孟凡等[12]分别采用酶解法、超声辅助-酶解协同法研究了红枣膳食纤维的提取工艺;孙静等[10]研究了高温蒸煮结合酶解改性枣渣膳食纤维;谢惠等[13]、张丽芬等[14]分别研究了红枣可溶性膳食纤维的抗氧化活性和抗脂质过氧化作用,有关红枣果汁果渣与果酒果渣膳食纤维功能特性的差异有待深入探讨。本实验研究了红枣果汁果渣与果酒果渣膳食纤维功能特性,以期为提高红枣深加工产品附加值、开发红枣膳食纤维及膳食纤维应用于食品提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红枣果汁果渣、果酒果渣 宁夏大学食品化学与分析实验室自制;安琪SY型葡萄酒果酒专用酵母 安琪酵母股份有限公司;α-淀粉酶(≥4000 U/g) 北京奥博星生物技术有限责任公司;胆固醇、脱氧胆酸钠 天津市凯通化学试剂有限公司;蒽酮、邻苯二甲醛、糠醛、葡萄糖 均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司;鸡蛋、棕榈油 均为食品级。

722-型可见分光光度计 上海棱光技术有限公司;HH-4数显恒温水浴锅 天津汇科仪器设备有限公司;GL-10C离心机 上海安亭科学仪器厂;DHP型电热恒温培养箱 常州菲普仪器厂;85-2型恒温磁力搅拌器 上海蓝凯仪器仪表有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 膳食纤维的制备 选择无霉烂红枣加入3倍重量的纯净水浸泡5 h后脱核打浆,将浆液过60目筛,滤出适量枣渣干燥后即得果汁果渣,将剩余果渣置于无菌发酵罐中,按0.4 g/L添加酵母菌,发酵8 d后,糖度不再变化,无气泡产生,无明显发酵迹象,说明此时发酵结束,过滤即得果酒果渣。将红枣果汁果渣和发酵2、4、6、8 d的果酒果渣分别经水洗3～5遍,除去果肉,沥干水分,45 ℃烘干,粉碎过40目筛,以料液比1∶10 g/mL加入0.3%α-淀粉酶于60 ℃酶解1 h,100 ℃煮沸5 min灭酶活,冷却、过滤,滤渣按1∶12 g/mL料液比加入0.01 mol/L NaOH,50 ℃碱解1 h,冷却、过滤、65 ℃热风干燥即得到膳食纤维[10]。

1.2.2 持水力的测定 准确称取1.0 g红枣果汁果渣膳食纤维和发酵2、4、6、8 d的果酒果渣膳食纤维(下同)样品于15 mL离心管中,加入10 mL蒸馏水,充分搅拌使样品混匀,密封后室温静置24 h,4000 r/min离心25 min,弃上清液,并用滤纸吸干管壁残留水分,称量沉淀物湿质量,计算持水力[15]。

式(1)

式中:m1为离心管质量,g;m2为吸水后样品和离心管质量和,g;m0为样品干质量,g。

1.2.3 膨胀力的测定 准确称取1.0 g膳食纤维样品于10 mL带刻度试管中,测干样品体积,并向其中加入蒸馏水5 mL,充分混匀,密封后室温下静置24 h,准确读取膨胀后的体积数,计算膨胀力[16]。

式(2)

式中:V2为膨胀后样品的体积,mL;V1为干样品的体积,mL;m为样品干质量,g。

1.2.4 溶解性的测定 准确称取1.0 g膳食纤维样品于离心管中,按3∶100 (g/mL)加入蒸馏水,充分搅拌混匀合,85 ℃恒温水浴30 min,3000 r/min离心20 min,上清液于105 ℃烘至恒质量,计算溶解性[17]。

式(3)

式中:m1为离心管质量,g;m2为上清液烘至恒质量和离心管的质量,g;m0为样品干质量,g。

1.2.5 持油力的测定 准确称取0.5 g膳食纤维样品于离心管中,加入花生油10 mL,充分混匀,37 ℃静置1 h,5000 r/min离心20 min,倾去上层油,用滤纸吸干游离的花生油,记录吸附花生油样品质量为m2,计算持油力[18]。

式(4)

式中:m1为样品干质量,g;m2为吸油后样品的质量,g。

1.2.6 阳离子交换能力的测定 称取0.5 g膳食纤维于锥形瓶中,加入0.1 mol/L盐酸溶液30 mL,室温静置24 h后过滤,并用蒸馏水反复洗涤滤渣,直到滤液中不含氯离子为止。在处理后的样品中加入5%氯化钠溶液100 mL,用磁力搅拌机搅拌均匀后,以0.5%酚酞-乙醇溶液作为反应指示剂,用0.1 mol/L NaOH溶液滴定,边滴定边振摇,溶液变色5 s内不褪色即为滴定终点,同时做空白实验,重复测定3次。计算阳离子交换能力[19]。

式(5)

式中:V0为空白对照消耗的氢氧化钠溶液体积,mL;V1为膳食纤维样品消耗的氢氧化钠溶液体积,mL;M为样品干质量,g;0.1为氢氧化钠溶液浓度,mol/L。

1.2.7 吸附胆固醇能力的测定 称取2.0 g膳食纤维样品于锥形瓶中,加入用9倍馏水稀释的蛋黄液50 g,调节pH至7.0,37 ℃恒温水浴振荡2 h,以4000 r/min离心20 min,取0.1 mL上清液,采用邻苯二甲醛法于550 nm处测吸光度,对比固醇标准曲线换算吸附胆固醇量[20]。

式(6)

式中:m0为样品干质量,g;m1为吸附前蛋黄中胆固醇量,mg;m2为吸附后上清液中胆固醇量,mg。

1.2.8 吸附胆酸钠能力的测定 准确称取0.2 g胆酸钠于锥形瓶中,加入0.15 mol/L NaCl溶液100 mL,调节pH6.0,分别加入膳食纤维样品1.0 g,搅拌均匀,37 ℃振摇2 h,4000 r/min离心20 min,移取样液取上清液1 mL于15 mL带塞试管中,加45%硫酸溶液6 mL,混匀,加0.3%糠醛溶液1 mL,混匀,置65 ℃恒温水浴30 min,冷却至室温后,于620 nm处测吸光度,对比胆酸钠标准曲线换算吸附胆酸钠量[21]。

式(7)

式中:m0为样品干质量,g;m1为吸附前胆酸钠的量,mg;m2为吸附后上清液中胆酸钠的量,mg。

1.2.9 吸附葡萄糖能力的测定 准确称取0.5 g膳食纤维样品于锥形瓶中,加入200 mmol/L葡萄糖溶液50 mL,充分混合,调节pH至7.0,于37 ℃水浴6 h,4000 r/min离心20 min,于540 nm测定上清液的吸光值,计算葡萄糖吸附量[22]。

式(8)

式中:m0为样品干质量,g;m1为吸附前葡萄糖的量,mg;m2为吸附后葡萄糖的量,mg。

1.3 数据处理

所有实验均进行3次重复测定,测定结果以平均数±标准差表示,采用SPSS 18.0软件进行差异分析,以P<0.05判断为差异显著,Microsoft Excel 2010软件作图。

2 结果与分析

2.1 红枣果渣膳食纤维的持水力

膳食纤维持水力是指在外力作用下水分子束缚在水合纤维里的含量[23]。红枣果汁果渣(0 d)和果酒果渣(8 d)膳食纤维的持水力分别为6.13和6.76 g/g,且随发酵天数增加,红枣果渣膳食纤维的持水力逐渐增大(图1)。红枣果酒果渣膳食纤维持水力增加,可能是发酵作用改变了膳食纤维结构,使其由紧密排布变得疏松多孔,比表面积增大,促使膳食纤维中更多的亲水基团暴露出来,使其对水分的束缚力增加[24]。高持水性膳食纤维可使粪便体积增加,排便速度加快,减轻直肠内压力,防止便秘[25]。

图1 发酵时间对红枣果渣膳食纤维持水力的影响Fig.1 Effect of fermentation time on water holding capacity of dietary fiber from jujube pomace注:不同字母表示在P<0.05水平差异显著。图2～图8同。

2.2 红枣果渣膳食纤维的膨胀力

膳食纤维分子表面含有许多亲水性基团(如羟基),富含膳食纤维的食物进入人体消化道内,在胃中可吸水膨胀形成高粘度的溶胶或凝胶,易产生饱腹感[21]。红枣果汁果渣(0 d)膳食纤维的膨胀力为4.71 mL/g,显著低于果酒果渣(8 d)膳食纤维5.25 mL/g(P<0.05),随发酵天数延长,红枣果渣膳食纤维的膨胀力逐渐增大(图2)。果酒果渣膳食纤维膨胀力增加可能是发酵过程中淀粉、蛋白质发生水解[26],使膳食纤维部分结构发生断裂,纤维素、半纤维素等成分中亲水基团暴露出来,增加了膳食纤维与水的接触机会;另外,纤维颗粒孔洞的数量和体积增加,使纤维结构变得较疏松,增强了膳食纤维对水的亲和能力[27]。

图2 发酵时间对红枣果渣膳食纤维膨胀力的影响Fig.2 Effect of fermentation time on swelling capacity of dietary fiber from jujube pomace

2.3 红枣果渣膳食纤维的溶解性

图3 发酵时间对红枣果渣膳食纤维溶解性的影响Fig.3 Effect of fermentation time on solubility of dietary fiber from jujube pomace

2.4 红枣果渣膳食纤维的持油力

膳食纤维的持油力取决于纤维的表面性质、电荷密度、厚度及颗粒的疏水性[19]。图4结果显示,果酒果渣(8 d)膳食纤维的持油力显著高于果汁果渣(0 d)膳食纤维(P<0.05),随发酵天数延长,膳食纤维持油力逐渐增大,但发酵4和6 d间无显著差异(P>0.05)。发酵8 d果酒果渣膳食纤维的持油力为1.43 g/g,较果汁果渣膳食纤维1.03 g/g增加了1.39倍,可能是发酵作用使膳食纤维比表面积增大,表面毛细孔增多,亲油基团暴露[24],表现为膳食纤维持油力增加。

图4 发酵时间对红枣果渣膳食纤维持油力的影响Fig.4 Effect of fermenting time on oil holding capacity of dietary fiber from jujube pomace

2.5 红枣果渣膳食纤维的阳离子交换能力

膳食纤维结构中含有呈弱酸性的羧基、羟基等侧链基团,类似阳离子交换树脂作用,可与阳离子进行可逆交换[31]。若体内Na+被膳食纤维交换后随粪便排出体外,可有效预防高血压等[32]。果酒果渣(8 d)膳食纤维的阳离子交换能力为0.69 mmol/L(图5),显著优于果汁果渣(0 d)膳食纤维0.34 mmol/L(P<0.05),是果汁果渣膳食纤维的2.03倍,并随发酵天数延长,膳食纤维阳离子交换能力逐渐增强。膳食纤维阳离子交换能力强弱与其中的糖醛酸含量有关[33],表明发酵作用可暴露出膳食纤维中的糖醛酸侧链基团。

图5 发酵时间对红枣果渣膳食纤维的阳离子交换能力的影响Fig.5 Effect of fermentation time on cation exchange capacity of dietary fiber from jujube pomace

2.6 红枣果渣膳食纤维吸附胆固醇的能力

膳食纤维具有吸附或包埋人体内胆固醇的能力,可降低血浆胆固醇水平,减少机体对胆固醇的吸收,排出体内吸附的多余的胆固醇[34]。果酒果渣(8 d)膳食纤维吸附胆固醇的能力为27.51 mg/g(图6),显著高于果汁果渣(0 d)膳食纤维18.42 mg/g(P<0.05),随发酵天数延长,其吸附胆固醇能力逐渐增强。果酒果渣膳食纤维吸附胆固醇能力较强,可能是发酵使不溶性膳食纤维向可溶性膳食纤维转变,可溶性膳食纤维较不溶性膳食纤维表现为更强的生物学活性[35],可提高了红枣果渣膳食纤维吸附胆固醇的能力。

图6 发酵时间对红枣果渣膳食纤维胆固醇吸附量的影响Fig.6 Effect of fermentation time on cholesterol adsorption capacity of dietary fiber from jujube pomace

2.7 红枣果渣膳食纤维吸附胆酸钠的能力

膳食纤维通过吸附胆酸盐排出体外,促进胆固醇的代谢,减少胆汁酸的重吸收,阻断胆固醇的肠肝循环,使体内胆固醇水平下降[36],因此,了解膳食纤维对胆酸盐的吸附能力有助于了解其调节血脂的能力。图7结果显示,果酒果渣(8 d)膳食纤维吸附胆酸钠的能力显著高于果汁果渣(0 d)膳食纤维(P<0.05),随发酵时间延长,吸附胆酸钠能力逐渐增加,超过6 d后增速趋于平缓。果渣膳食纤维吸附胆酸钠能力增加可能是由于发酵过程中膳食纤维多糖被部分利用,使膳食纤维结构变得疏松,比表面积增大[37],吸附胆酸钠能力增大。发酵末期,膳食纤维吸附胆酸钠能力趋于平稳,可能是膳食纤维经发酵后,结构已经变得疏松,比表面积增加达到了最大。表明发酵可使红枣果渣膳食纤维吸附胆酸钠能力增加。

图7 发酵时间对红枣果渣膳食纤维胆酸钠吸附量的影响Fig.7 Effect of fermentation time on deoxycholic acid sodium adsorption capacity of dietary fiber from jujube pomace

2.8 红枣果渣膳食纤维吸附葡萄糖的能力

膳食纤维具有降低餐后血糖水平的生理功效,是因其可以吸附葡萄糖[38]。图8结果显示,红枣果酒果渣(8 d)膳食纤维对葡萄糖的吸附能力显著优于果汁果渣(0 d)膳食纤维(P<0.05),随发酵天数延长,吸附葡萄糖的能力逐渐增强,果汁果渣中膳食纤维吸附葡萄糖的能力为0.18 mg/g,发酵8 d果酒果渣膳食纤维吸附葡萄糖的能力为0.33 mg/g,较果汁果渣膳食纤维提高了0.15 mg/g,果酒果渣膳食纤维吸附葡萄糖能力强是由于果渣膳食纤维经发酵后,不溶性膳食纤维向可溶性膳食纤维转变,且可溶性膳食纤维在溶液中的黏性较大,当可溶性膳食纤维在溶液中的含量增多,溶液的黏性随之增强,表现为对葡萄糖分子的吸附能力增强[39]。表明发酵后枣渣膳食纤维可提高对葡萄糖的吸附能力。

图8 发酵时间对红枣果渣膳食纤维葡萄糖吸附量的影响Fig.8 Effect of fermentation time on glucose adsorption capacity of dietary fiber from jujube pomace

3 结论

红枣果酒果渣膳食纤维的持水力、膨胀力、溶解性、持油力、阳离子交换能力以及吸附胆固醇、胆酸钠、葡萄糖能力均明显优于果汁果渣膳食纤维,且随发酵天数延长,果酒果渣膳食纤维的持水力、膨胀力、溶解性、持油力、阳离子交换能力以及吸附胆固醇、胆酸钠、葡萄糖能力均逐渐增强,表明发酵能提高红枣果渣膳食纤维的功能特性。若后期进一步研究和利用红枣果渣膳食纤维,开发功能性膳食纤维保健产品,还需研究红枣果渣膳食纤维的化学组成及生理活性的构效关系。