勃氏甜龙竹竹叶膳食纤维的理化特性

2021-12-06马思雨欧阳吾乐刘晓贺韩明升杨亚晋郭爱伟

食品研究与开发 2021年22期

马思雨，欧阳吾乐，刘晓贺，韩明升，杨亚晋，郭爱伟

（西南林业大学生命科学学院，云南昆明 650224）

膳食纤维（dietary fiber，DF）具有降血糖、降血脂、减肥、调节肠道微生物、预防糖尿病和肠道癌症等诸多生理功能[1-3]，被称为人类的“第七大营养素”。DF在维持体重和健康调控方面的作用受到越来越多的关注，因此世界卫生组织（World Health Organization，WHO）建议健康成年人每天推荐摄入的膳食纤维量应大于25 g[4]。植物是人类和动物获得DF的重要的来源之一，近几年人们开始寻求一些新的膳食纤维资源，来满足对膳食纤维的需求。

竹子具有生长快、生物量大等特点，引起了研究者的广泛关注。云南有丰富的竹类资源，蕴含着丰富的膳食纤维，为开发新型的纤维源提供了丰富的原材料。

勃氏甜龙竹（Dendrocalamus brandisii）是禾本科（Gramineae）牡竹属（Dendrocalamus）竹类植物，广泛分布于我国云南南部地区，是笋、材两用的大型丛生竹[5]。研究表明，竹笋膳食纤维可改善便秘、高血压、预防心血管疾病和癌症，此外碱法提取的竹笋膳食纤维可通过调控肠道菌群来预防小鼠的肥胖。在其他国家，笋及相关产品因含有丰富的高纤维和植物甾醇成分，被认为是营养保健品[6]。除竹笋外，Felisberto等[7]对竹竿进行了提取DF的研究，研究表明，幼嫩的竹竿可以作为人类和动物未来优质DF的潜在来源。

目前，对竹叶膳食纤维的研究和开发缺乏基础数据，本研究以云南分布较广和生物量大的勃氏甜龙竹竹叶（Dendrocalamus brandisii leaves，DBL）为原料，用碱法提取勃氏甜龙竹竹叶膳食纤维（Dendrocalamus brandisii leaves fiber，DBLF），以微晶纤维素（microcrystalline cellulose，MCC）为对照，比较分析DBLF和微晶纤维素的化学组成、颜色、持水力、吸油力、胆固醇吸附量、葡萄糖吸附值及葡萄糖延迟指数（glucose lag index，GRI）等理化性质指标，采用扫描电镜观察DBLF微观结构，为竹类资源的科学利用和新型竹类膳食纤维开发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 原料制备

勃氏甜龙竹竹叶：采自云南省普洱市墨江，采集的竹叶经过65℃干燥至恒重，将干燥的竹叶用高速粉碎机粉碎后过80目筛，装入样品袋中保存备用；微晶纤维素（98%）：湖州市菱湖新望化学有限公司；电镜固定液：武汉赛维尔生物科技有限公司；无水乙醇、乙酸异戊酯（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 试验仪器

SU8100扫描电子显微镜：日本日立公司；CM-2300d色差计：日本Konica Minolta公司；CS601高精度恒温水浴锅：上海博迅实业有限公司；Practum224-1CN电子天平：德国赛多利斯公司；101-1AB电热鼓风干燥箱：天津市泰斯特仪器有限公司；Kjeltec 8100凯氏定氮仪、FOSS FT 122 Fibertec纤维测定仪：丹麦福斯集团公司；TU-1901紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司。

1.3 竹叶膳食纤维提取

称取一定量的竹叶粉，参照文献[8]的方法并加以改进，具体方法如下，称取1 g竹叶样品添加20 mL 10%NaOH溶液，在40℃条件下提取20 h，然后将提取的竹叶膳食纤维用水冲洗至中性，放入干燥箱中，在65℃干燥8 h，然后回潮使其与周围环境的空气湿度保持平衡后称重，再将其放入65℃烘箱内烘2 h，再回潮、称重、备用。

1.4 主要分析指标

1.4.1 营养成分和膳食纤维含量测定

干物质（dry matter，DM）、粗蛋白（crude protein，CP）、灰分、钙（Ca）、总磷（total phosphorus，TP）、可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）和不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）等参照美国分析化学家协会（Association of Official Analytical Chemists，AOAC）[9]中的方法。

1.4.2 持水力和水溶性指数测定

持水力参照高荫榆等[10]的方法进行测定，准确称取1.000gDBLF于50mL烧杯中，加入40mL蒸馏水，室温下（25℃）磁力搅拌2 h，在4 000 r/min下离心20 min，将上清液倒出，用滤纸吸干残留水分后称重。持水力（g/g）按如下公式计算。

水溶性指数参考Zhang等[11]的方法测定。准确称取样品2.000 g（m0）加入 80 mL蒸馏水，在 80℃水浴 30 min，冷却至室温（25℃），在5 000 r/min下离心10 min。取上清液置于预先称得质量（m1）的干燥烧杯中，用酒精灯加热除去部分水分，在105℃下干燥，称量干燥好的样品与烧杯质量（m2），按如下公式计算水溶性指数。

1.4.3 脂肪的吸附能力测定

不饱和脂肪吸附能力测定参照Sangnark等[12]的方法。称2.000 g DBLF于50 mL烧杯中，加入35 mL花生油，在室温下（25℃）磁力搅拌1 h后离心（4 000 r/min，20 min），去掉上层油，用滤纸吸干残油后称重。

饱和脂肪的吸附能力测定参照欧仕益等[13]的方法，准确称3.000 g DBLF于50 mL离心管中，加入35 mL猪油，在60℃下搅拌1 h后离心（4 000 r/min，20 min），去上层油，用滤纸吸干残留猪油后称重。吸油量（g/g）按如下公式计算。

1.4.4 胆固醇吸附能力测定

参照钟希琼等[14]的方法测定胆固醇吸附能力，将新鲜的蛋黄中加入9倍质量的水后混匀，称取2.000 g DBLF于200 mL的三角瓶中，加入蛋黄液50 mL，搅拌均匀后将pH值调节到2.0和7.0，于37℃摇床中振荡2 h，在4 000 r/min离心20 min，吸取上清液，采用邻苯二甲醛法在550 nm下比色测定胆固醇含量。按如下公式计算胆固醇吸附量（mg/g）。

1.4.5 葡萄糖吸附能力测定

葡萄糖吸附能力的测定参照Ou等[15]的方法。准确称取1.000 g DBLF于50 mL烧杯中，加40 mL葡萄糖溶液（200 mmol/L），在 37℃下恒温 6 h，以 4 000 r/min离心20 min，用分光光度计测定上清液中的葡萄糖含量，按如下公式计算葡萄糖吸附能力（mmol/g）。

式中：Ci为原始溶液的葡萄糖浓度，mmol/L；Cs为吸附达到平衡时的葡萄糖浓度，mmol/L；Ws为纤维质量，g；Vi为葡萄糖溶液的体积，mL。

1.4.6 葡萄糖延迟指数测定

葡萄糖延迟指数（GRI）参照Chau等[16]的方法测定，将0.500 g DBLF与25 mL浓度为50 mmol/L的葡萄糖溶液混合，后装入截留分子量为12 000 Da的透析袋中，每个透析袋用100 mL蒸馏水在37℃120 r/min的摇床中持续搅拌，透析30、60 min和120 min后，吸取1 mL从膳食纤维和对照样品中扩散出透析液，用分光光度计测量吸光值，并计算透析液中葡萄糖的量，以未添加膳食纤维为对照样品，按如下公式计算GRI（%）。

1.4.7 色度测定

色度的测定参照Felisberto等[7]推荐的方法，用亮度（L*，L*=0 为黑，L*=100为白）、红度（a*，a*＞0表示红色；a*＜0 表示绿色）、黄度（b*，b*＞0 表示黄色，b*＜0 表示蓝色）表示。

1.4.8 扫描电镜观测

取适量样品，干燥至恒重，采用溅射镀膜法对固定后的样品进行表面镀金，置于SU8100扫描电子显微镜观察，加速电压为3 kV，在2 500倍和15 000倍下拍照。

1.5 数据分析

每个试验重复测定3次，结果用平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 主要营养组成分析

勃氏甜龙竹竹叶膳食纤维和微晶纤维素的主要营养组成见表1。

表1 勃氏甜龙竹竹叶膳食纤维和微晶纤维素的营养组成Table 1 Nutritional composition of dietary fiber of Dendrocalamus brandisii leaves and microcrystalline cellulose %

由表1可知，DBLF中干物质含量（95.29±0.43）%、粗蛋白含量（3.01±0.00）%、灰分含量（8.45±0.14）%、钙含量（0.35±0.01）%、总磷含量（0.04±0.00）%；而 MCC 中干物质含量（95.16±0.06）%、灰分含量（0.21±0.02）%、钙含量（0.01±0.00）%、总磷含量（0.02±0.00）%。Felisberto等[7]报道的竹竿膳食纤维中粗蛋白为1.31%～2.03%，与勃氏甜龙竹竹叶膳食纤维中的接近。

2.2 膳食纤维类型对比

勃氏甜龙竹竹叶纤维和微晶纤维素膳食纤维类型组成见表2。

表2 勃氏甜龙竹竹叶膳食纤维和微晶纤维素类型组成Table 2 Composition of dietary fiber types of Dendrocalamus brandisii leaves and microcrystalline cellulose

由表2可知，DBL中SDF含量为（8.93±0.17）%，IDF含量（18.10±0.09）%，TDF含量（27.02±0.09）%，IDF∶SDF为2.03。对DBLF中的膳食纤维类型进行分析，结果表明，DBLF中 SDF为（10.07±0.01）%，IDF为（80.52±0.01）%，TDF（90.59±0.01）%，IDF∶SDF 为 8.00，表明提取了竹叶膳食纤维后，TDF比竹叶提高2.35倍。然而 MCC 中的 SDF为（2.25±0.19）%，IDF为（94.47±0.24）%，IDF∶SDF 为 41.99。MCC 主要以不溶性纤维为主，而DBLF中除了一定的不溶性膳食纤维外，还有适当比例的可溶性膳食纤维。雷福红等[8]研究了慈竹竹叶膳食纤维，结果表明，慈竹竹叶纤维中SDF为（12.86±0.26）%，IDF 为（76.11±0.44）%，IDF∶SDF 为 6，表明DBLF组成类型与慈竹竹叶膳食纤维接近。DF的生理功效和对人类肠道健康的影响与其IDF与SDF的含量与比例有关。DF中IDF对机体健康的影响表现在促进肠道的发育、增加粪便体积、减少肠道运输时间以及预防便秘，而SDF除具有较好的溶胀性外，SDF可在后肠被微生物发酵产生对机体有益的短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）（包括乙酸、丙酸和丁酸），而SCFAs使促炎因子基因表达下调，从而抑制肠道的炎症反应[17-18]，改善机体肠道健康。对于DF中IDF和SDF的最佳比例还没有最佳的标准，但有研究表明，优质膳食纤维中应该含有30%～50%的SDF和50%～70%的IDF[19]。与MCC相比，本研究提取的DBLF是一种具有开发价值的膳食纤维。

2.3 色度值分析

颜色是食品的主要表观特征之一，食品颜色的影响不仅仅是视觉上，而且也是消费者选择食品时考虑的重要的一个因素[20]，浅色膳食纤维广泛应用到浅色食品中，应用前景更广。勃氏甜龙竹竹叶膳食纤维和微晶纤维素的色度值见表3。

表3 勃氏甜龙竹竹叶膳食纤维和微晶纤维素色度Table 3 Color parameters of dietary fiber from Dendrocalamus brandisii leaves and microcrystalline cellulose

由表3可知，本研究提取的DBLF由于没有脱色，其亮度适中，a*<0，黄度值也较高，表明纤维素呈现浅绿色。MCC 的 L*为（97.35±0.40），a*为（0.12±0.00），b*在（4.07±0.21）。Felisberto等[7]研究结果表明，竹竿纤维的L*在78.09～85.55范围内，a*在 0.89～2.61范围内，b*在16.42～22.95范围内。因此，如果要将DBLF广泛应用到浅色食品工艺中，还应该对DBLF进行脱色处理，但如果应用到动物食品工业（包括宠物食品）中适当的绿色可以增加食品颜色的丰富度，促进动物食欲和采食量。

2.4 扫描电镜结构对比

勃氏甜龙竹竹叶膳食纤维和微晶纤维素的扫描电镜结构见图1。

图1 勃氏甜龙竹竹叶膳食纤维和微晶纤维素扫描电镜Fig.1 Scanning electron microscopy of Dendrocalamus brandisii leaves and microcrystalline cellulose

由图1可知，MCC表面粗糙、颗粒大小不规则、大小不一的孔洞和空穴较少。DBLF颗粒表面粗糙、颗粒尺寸大小分布不一，并且颗粒表面分布有明显的大小不一的孔洞和空穴。DBLF颗粒疏松多孔、蜂窝状结构极密集、分布无规律，呈现空间网络结构，且网络结构是无规则的，这样的微观形态解释了膳食纤维良好的持水性和膨胀性，与蔡沙等[21]研究的马铃薯膳食纤维和Felisberto等[7]研究的竹竿膳食纤维电镜结构相似。

2.5 理化性质比较

2.5.1 持水力和水溶性指数

持水力是DF非常重要的一个物理指标，对人体健康有重要的生理效应。进食持水能力高的DF后，排泄的粪便体积大且质地柔软，有助于预防便秘和结肠癌[22]。不同DF持水力存在差异是由于DF的表面多孔性及密度的不同所造成[23]。勃氏甜龙竹竹叶膳食纤维和微晶纤维素水溶性指数和持水力见表4。

表4 勃氏甜龙竹竹叶膳食纤维和微晶纤维素水溶性指数和持水力Table 4 Water solubility index and water holding capacity of Dendrocalamus brandisii leaves and microcrystalline cellulose

由表 4可知，MCC 的持水力为（1.98±0.05）g/g，而DBLF的持水力为（6.06±0.09）g/g，DBLF的持水力明显优于MCC，与常见的优质纤维源小麦麸（6.4 g/g～6.6 g/g）、燕麦麸（5.5 g/g）的持水力接近，DBLF满足对膳食纤维持水力的基本要求（2.0 g/g）[24-25]。DBLF的水溶性指数为（0.63±0.10）%，而 MCC 为（0.32±0.09）%，两种纤维主要以不溶性膳食纤维为主。研究表明，与MCC相比，DBLF具有良好的持水性，这可能与DBLF的疏松多孔特征有关。因此，DBLF在缓解人体和动物机体便秘、改善肠道健康及预防肥胖和肠道癌症等方面具有重要的生理功能。

2.5.2 脂肪、胆固醇和葡萄糖的吸附作用

勃氏甜龙竹竹叶纤维和微晶纤维素对脂肪、胆固醇和葡萄糖的吸附作用见表5。

表5 勃氏甜龙竹竹叶纤维和微晶纤维素对脂肪、胆固醇和葡萄糖的吸附作用Table 5 Adsorption capacity of Dendrocalamus brandisii leaves fiber and microcrystalline cellulose on fat，cholesterol and glucose

由表5可知，DBLF对饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸具有一定的吸附作用，且对饱和脂肪酸的吸附能力明显高于不饱和脂肪酸的吸附能力，其吸油量分别为（2.91±0.04）g/g 和（1.26±0.23）g/g，而 MCC 对饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的吸油量分别为（1.46±0.12）g/g和（1.28±0.05）g/g。DBLF对饱和脂肪酸的吸附能力优于MCC。有研究表明，马铃薯膳食纤维对油的吸附值1.76 g/g，DF在消化道中与部分脂肪酸结合，使脂肪酸通过消化道时，不能被吸收，从而起到预防肥胖等功效[21]。

在pH值为7时，DBLF对胆固醇的吸附量为（8.45±0.46）mg/g，MCC 为（14.14±0.19）mg/g。当 pH 值为 2时，DBLF对胆固醇的吸附量为（5.19±0.22）mg/g，MCC 为（6.37±0.06）mg/g，这表明在中性条件下 DF对胆固醇的吸附能力高于酸性条件，在吸附胆固醇方面MCC优于DBLF。DF可吸附体内胆固醇，降低血浆胆固醇水平，从而减少机体对胆固醇的吸收。研究表明，在中性条件下黑小麦麸皮SDF对胆固醇的吸附能力大于酸性条件下的吸附能力[26-27]，这与本研究的结果一致。

DBLF 对葡萄糖的吸附量（15.69±0.38）mmol/g，而MCC对葡萄糖的吸附量（3.55±0.01）mmol/g，DBLF对葡萄糖的吸附能力优于MCC。研究表明，膳食纤维能够有效结合葡萄糖，从而减少或降低葡萄糖在体内的吸收速率。番茄皮渣DF可以有效缓解糖尿病人对葡萄糖的吸收速率，并控制血糖的上升[23]。Peerajit等[10]研究发现，柠檬渣DF的葡萄糖吸附量可达18.069mmol/g，而番茄皮渣膳食纤维的葡萄糖吸附量为（19.21±0.01）mmol/g，与本研究的DBLF葡萄糖吸附能力接近。这可能与这几种膳食纤维在结构上的多孔性及颗粒大小有关[23]。DF还具有抑制葡萄糖扩散的功效，可降低血液中葡萄糖的含量，有效控制血糖指数[27]。李杨等[28]研究表明，DF的对葡萄糖吸收能力与其SDF的含量及物理结构有关。由于SDF与水接触后产生的凝胶状物体将葡萄糖分子包裹其中，并且膳食纤维疏松的网状结构也会减缓葡萄糖分子在食品体系中的扩散速率。杜斌等[29]研究表明，发酵法制取的蓝莓果渣可溶性膳食纤维对不饱和脂肪的吸附量为（2.35±0.06）g/g，对饱和脂肪吸附量为（1.67±0.05）g/g，对葡萄糖的吸附量为（1.40±0.62）mmol/g。本研究的DBLF在脂肪、胆固醇和葡萄糖的吸附能力方面与优良膳食纤维（如马铃薯膳食纤维、番茄皮渣膳食纤维）接近，优于蓝莓果渣可溶性膳食纤维和MCC，是一种值得开发的膳食纤维。

2.5.3 葡萄糖延迟指数

勃氏甜龙竹竹叶纤维和微晶纤维素对葡萄糖延迟指数的影响见图2。

图2 勃氏甜龙竹竹叶纤维和微晶纤维素对葡萄糖延迟指数（GRI）的影响Fig.2 Effect of Dendrocalamus brandisii leaves fiber and microcrystalline cellulose on glucose retardation index

由图2可知，DBLF对葡萄糖延迟指数（GRI）最大值出现在透析30 min（41.8%），继续延长透析时间，GRI会减小。而MCC最大的GRI出现在透析后60 min，透析120 min后2种膳食纤维的GRI都有下降的趋势。GRI是反映肠道中延迟葡萄糖吸收效果的重要指标。DF具有阻滞葡萄糖扩散的作用，这与王庆玲等[23]研究的番茄皮渣DF对葡萄糖延迟指数的结果相一致。DF对葡萄糖扩散的阻滞作用可能是由不溶性部分和可溶性部分协同对葡萄糖吸附而引起，并且使溶液黏度增加，减缓了葡萄糖的扩散速率[16]。与已有的研究GRI对比表明，DBLF对葡萄糖延迟指数的影响优于MCC、酸橙渣DF（9.92%～24.71%）[30]、柑橘皮DF（0.84%～26.6%）[16]和橙果肉 DF（16.04%～25.92%）[31]等，这可能与DBLF有较高的葡萄糖吸附量有关。