紫红薯渣、膳食纤维和漂白膳食纤维物化特性分析

吴少福 沈勇根 上官新晨 蒋 艳 周小玲 刘娟花

(江西农业大学植物资源开发与利用研究室 江西农业大学食品科学与工程学院,南昌 330045)

紫红薯渣、膳食纤维和漂白膳食纤维物化特性分析

吴少福 沈勇根 上官新晨 蒋 艳 周小玲 刘娟花

(江西农业大学植物资源开发与利用研究室 江西农业大学食品科学与工程学院,南昌 330045)

对紫红薯渣、膳食纤维和漂白膳食纤维的物化特性进行了测试与分析。结果表明,紫红薯膳食纤维的水合性质与紫红薯渣相比差异极显著(P<0.01),H2O2处理极显著地降低了紫红薯膳食纤维的水合性质;酶法和 H2O2处理降低了样品吸附胆酸钠的能力,但提高了吸附亚硝酸钠的能力;紫红薯渣、膳食纤维和漂白膳食纤维的水合性质分别为:膨胀力 4.36、14.3、9.30 mL/g,持水力 2.65、8.39、6.49 g/g,结合水力 1.89、3.12、2.05 g/g;紫红薯渣、膳食纤维和漂白膳食纤维的阳离子交换能力分别为 0.12、0.88、0.48 mmol/g;紫红薯渣、膳食纤维和漂白膳食纤维吸附胆酸钠的能力分别为 35.03、24.12、17.84 mg/g;紫红薯渣、膳食纤维和漂白膳食纤维吸附 NaNO2的能力分别为 1.08、2.81、2.98 mg/g。结果显示,紫红薯膳食纤维是一种天然的优质膳食纤维,具有广阔的应用前景。

紫红薯 膳食纤维 水合性质 阳离子交换 吸附

物化特性是评价膳食纤维生理活性的指标,主要体现在水合性质、吸附能力和阳离子交换能力等 3个方面。其中水合性质主要通过吸水膨胀能力(Swelling Capacity,S WC)、持水力 (Water Holding Ca2 pacity,WHC)和结合水力 (Water Binding Capacity,WBC)等 3方面来实现,是衡量膳食纤维品质好坏的一个重要指标。膳食纤维吸水膨胀呈凝胶状,增加食物的黏滞性,延缓或阻碍膳食中多余的胆固醇、胆汁酸和糖类等物质吸收而达到降血脂和血糖等功效;膳食纤维较强的亲水性可增加机体排便体积与质量,缩短粪便在肠道内停留时间,减少粪便中有毒物质对肠壁的刺激,清除内外源性有毒有害物质,提高机体免疫能力,可有效的预防便秘、憩室症和结肠癌等[1-2]。

紫红薯 (purple Ipomoea Batatas)是一种安全的食饲兼用作物,富含花青素,主要作为天然色素提取的原料,但提取色素后的副产物——紫红薯渣含有大量的膳食纤维、淀粉、蛋白质等可利用成分,其中膳食纤维含量极高,约占干基的 30%左右[3],一般作为饲料或肥料或垃圾而被摒弃,造成原料的浪费和环境污染。目前,对紫红薯的研究主要集中在花青素的提取与应用上[4],未见有关紫红薯膳食纤维物化特性方面的研究。本试验采用体外模拟的方式对紫红薯渣、膳食纤维和漂白膳食纤维的物化特性进行了测试,并与国内外常用的麸皮、米糠、海带、麒麟菜和葛根等膳食纤维的物化特性进行了比较分析,得到了紫红薯渣及膳食纤维物化特性的相关数据,为紫红薯渣的开发利用提供了理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

紫红薯 (川山紫)渣:采自江西省鹰潭市,提取色素后的残渣,干燥、粉碎过 60目绢筛,酸性洗涤膳食纤维为 31.28%。

紫红薯膳食纤维:将紫红薯渣按 1∶10用水调成浆,糊化后冷却至 75℃,按原料 0.5%加入混合酶(淀粉酶 ∶糖化酶 =7∶3),保温处理 150 min;灭酶后降温至 60℃,按原料 0.2%加入木瓜蛋白酶处理60 min;水洗干燥后过 60目绢筛,酸性洗涤膳食纤维为75.46%。

漂白紫红薯膳食纤维:将紫红薯膳食纤维用 4%H2O2溶液按 1∶15调成浆,pH值调整为 10.0,在60℃水浴中保温处理 180 min,水洗干燥后过 60目绢筛,样品的白度值为 86.39%,酸性洗涤膳食纤维为77.14%。

胆酸钠 (纯度为 88%):上海蓝季科技发展有限公司;其他试剂均为分析纯。

723型分光光度计:上海光谱仪器有限公司;TDL-40B型离心机:上海安亭科学仪器厂;AR2140型电子分析天平:奥豪斯 (上海)公司;PHB-5型酸度计:上海伟业仪器厂。

1.2 试验方法

1.2.1 紫红薯膳食纤维水合性质的测定

1.2.1.1 紫红薯膳食纤维膨胀力的测定[5-6]

准确称取 1.000 0 g样品于 20 mL具塞刻度试管中,加入 15 mL蒸馏水,振荡均匀,置于冰箱中过夜,读取试管中样品的体积数。膨胀力按下式计算:

式中:V1为膨胀后体积/mL;V0为干样品体积/mL;m为干样品质量 /g。

1.2.1.2 紫红薯膳食纤维持水力的测定[5]

准确称取样品 100 mg放入烧怀中,用 25℃蒸馏水饱和 1 h,置于滤纸上沥干,将结合了水的样品转移到表面皿上称重,换算成每克样品所能滞带水的克数。

式中:m1为湿样品质量 /g;m0为干样品质量 /g。

1.2.1.3 紫红薯膳食纤维结合水力的测定

参照 MacConnell等[7]提出的离心法进行。将100 mg样品浸泡于 25 mL、4℃的蒸馏水中 24 h,在14 000 r/min条件下离心 30 min,小心地去掉上清液,残留物置于 G-2多孔玻璃板上静置 1 h,称重残留物,105℃恒重,两者差值为所结合水的质量。

式中:m1为湿样品质量 /g;m0为干样品质量 /g。

1.2.2 紫红薯膳食纤维阳离子交换能力的测定

参照郑建仙等[8]方法进行。将样品浸没于0.1 mol/L HCl溶液中,37℃恒温振荡 24 h,抽滤,水洗至滤液中不含 Cl-为止,减压干燥得试验样品。准确称取 250 mg样品溶解于 100 mL 0.9%NaCl溶液中,用 0.1 mol/L NaOH溶液边搅拌边滴定,记录 pH变化,作VNaOH-pH关系曲线图。阳离子交换能力以试验液 pH值达到 7时,每克样品所消耗 0.1 mol/L NaOH的物质的量来表示。

阳离子交换能力 (mmol/g)=0.1×V/m

式中:V为 0.1 mol/L NaOH的体积/mL;m为样品质量 /g。

1.2.3 紫红薯膳食纤维吸附能力的试验

1.2.3.1 紫红薯膳食纤维吸附亚硝酸根离子能力的试验

亚硝酸根离子的测定采用 GB/T 5009.33—2008第二法进行。当亚硝酸钠浓度在 0～16μg/mL时,亚硝酸钠浓度(y)与吸光值 (x)的关系符合方程:y=70.56x-0.470 5,R2=0.999 6。

参照欧仕益等[9],胡国华等[10]的方法进行。反应在 250 mL锥形瓶中进行。反应体积为 100 mL,反应体系的 pH值为 2,NaNO2浓度为 15.18μg/mL,样品为 0.500 0 g;在 37℃的条件下振荡一定时间,然后取 1 mL样液测定NO2-浓度,同时做空白对照试验。

1.2.3.2 紫红薯膳食纤维对胆酸钠吸附能力的试验

参照黄才欢等[11],徐叔云等[12]的方法进行。当胆酸钠浓度在 0～2.0 mg/mL时,胆酸钠浓度 (y)与吸光值 (x)的关系符合方程:y=0.528 0x-0.044 2,R2=0.999 3。

称取 10 g样品,加入 100 mL 0.01 mol/L HCl溶液,37℃恒温振荡 1 h,用 Na2CO3调整 pH为 6.3,离心 (5 000 r/min、15 min),减压干燥,得胆酸钠试验样品。在 250 mL三角烧瓶中加入胆酸钠试验液 (内含2 mg/mL胆酸钠、0.15 mol/L NaCl、pH 6.3)100 mL,加入 1.000 0 g样品后摇匀。37℃恒温振荡一定时间后,准确吸取 0.5 mL上清液进行胆酸钠浓度测定。

1.3 统计分析

所有试验数据均为 4次重复测得的平均值。采用Microsoft Excel中有关函数和图表处理方法以及DPS统计软件进行相关性分析[13]。

2 结果与分析

2.1 紫红薯膳食纤维水合性质分析

由表 1 Duncan新复极差分析可知,3个样品之间比较,水合性质都存在着极显著性差异 (P<0.01)。相对于紫红薯渣来说,酶法和 H2O2处理都极显著地提高了样品的水合性质 (P<0.01),但 H2O2处理则极显著地削弱了紫红薯膳食纤维的水合性质(P<0.01)。

表 1 紫红薯膳食纤维水合性质的分析

2.2 紫红薯膳食纤维阳离子交换能力分析

由图 1可知,两个膳食纤维样品的 pH-VNaOH关系曲线出现了两个拐点,而紫红薯渣则只出现了一个拐点,且出现拐点时消耗 0.1 mol/L NaOH的毫升数不一样,即 V>V漂白>V原料。当 pH达到 7时,紫红薯渣、漂白膳食纤维和膳食纤维的阳离子交换能力分别为 0.12、0.48、0.88 mmol/g,膳食纤维和漂白膳食纤维的阳离子交换能力分别为紫红薯渣的 7.33倍和 4倍。

图 1 阳离子交换能力的比较

2.3 紫红薯膳食纤维吸附能力分析

2.3.1 紫红薯膳食纤维吸附胆酸钠的能力

由图 2可知,随着吸附时间的延长,试验液中胆酸钠的浓度逐渐降低,达到平衡所需时间约为 60～120 min。紫红薯渣、膳食纤维和漂白膳食纤维对胆酸钠的吸附能力分别为 35.03、24.12、17.84 mg/g。经酶处理制备的紫红薯膳食纤维以及经 H2O2漂白的膳食纤维的吸附能力都被削弱了,吸附能力依次为紫红薯渣的 68.86%和 50.93%。

图 2 胆酸钠吸附能力与吸附时间的关系

2.3.2 紫红薯膳食纤维吸附亚硝酸根离子的能力

由图 3可知,在模拟胃环境的条件下,随着吸附时间的延长,试验液中 NaNO2的浓度逐渐降低,吸附达到平衡所需时间大约在 120～240 min之间。紫红薯渣、膳食纤维和漂白膳食纤维吸附 NaNO2的能力分别为 1.08、2.81、2.98 mg/g。

图 3 亚硝酸钠吸附能力与吸附时间的关系

3 讨论

3.1 紫红薯膳食纤维水合性质

本试验通过对原料、膳食纤维和漂白膳食纤维水合性质的分析,发现它们之间存在着极显著性差异(P<0.01)。膳食纤维和漂白膳食纤维的膨胀力高于蔗渣膳食纤维的 5.3 mL/g[8]、花生壳的 5.05 mL/g[14]和西方国家常用的麸皮纤维的 4.0 mL/g[1];持水力高于蔗渣膳食纤维的3.6 g/g[8]、花生壳的 3.94 g/g[14]和西方国家常用的麸皮纤维的4.0 g/g[1];而结合水力低于蔗渣膳食纤维的 4.7 g/g[8],与花生壳的2.87 g/g[14]和西方国家常用的麸皮纤维的 3.0 g/g[1]相当。这说明紫红薯膳食纤维具有良好的水合性质。但 H2O2处理则极显著地削弱了膳食纤维的水合性质,这一结果与李忠海等[15]报道的 H2O2具有改善膳食纤维水合性质的作用不相一致。这可能是脱色的过程中造成了膳食纤维的某些功能基团的破坏(如羟基、羧基或氨基等)或膳食纤维分子间某些化学键的断裂,从而影响膳食纤维的水合性质,至于理论上的原因将有待于紫红薯膳食纤维结构进一步的分析而探讨。

3.2 紫红薯膳食纤维阳离子交换能力

膳食纤维结构中包含着一些羧基、羟基和氨基等侧链基团,能产生类似弱酸性阳离子交换树脂的作用,可与阳离子尤其是有机阳离子进行可逆交换[16-17],形成一个理想的缓冲体系。膳食纤维能够与肠道中的 K+、Na+结合,使之随粪便或尿液一同排出体外,降低由于 K+、Na+摄入过量而引起的许多疾病 (如心血管疾病等)的发病率[18-19];当然,膳食纤维的阳离子交换能力也必然影响到机体对某些矿物元素 (如 Ca、Fe、Zn等)的吸收。在体外模拟阳离子交换试验中,紫红薯膳食纤维的阳离子交换能力为0.88 mmol/g,高于葛根的 0.37 mmol/g[15]和蔗渣膳食纤维的 0.66 mmol/g[8],但 H2O2处理降低了紫红薯膳食纤维的阳离子交换能力为 0.48 mmol/g,与原料的 0.12 mmol/g相比得到了加强。这可能是由于H2O2的强氧化性,在脱去紫红薯膳食纤维有色成分的过程中可能破坏了膳食纤维某些侧链官能基团,从而影响膳食纤维的阳离子交换能力。因此,紫红薯膳食纤维具有良好的阳离子交换能力。

3.3 紫红薯膳食纤维吸附能力

胆酸在其分子结构上既含有疏水的甲基和烃核,同时又含有亲水的羟基和羧基。而膳食纤维能在溶液中展开成网络状结构,由于其结构上的羧基、羟基和氨基等侧链基团的影响,能产生类似交换树脂的作用来束缚胆酸,可以在体外和体内螯合吸附胆固醇和胆汁酸之类的有机分子,抑制人体重吸收,限制胆酸的肝肠循环从而达到加快胆固醇的代谢和脂肪的排泄。膳食纤维的这种吸附功能目前有两种解释[20]:一是通过吸附胆酸盐而排出体外而促进了胆固醇的代谢最终导致体内胆固醇得以下降;二是由于短链脂肪酸 (SCFAS)从大肠运输到肝脏门静脉而抑制肝脏对胆固醇的合成。通过体外模拟胆酸钠的吸附试验,发现经酶处理的膳食纤维及经H2O2漂白的膳食纤维的吸附能力都被削弱了,这与其他报道的结果相一致[15,21-22]。紫红薯渣、紫红薯膳食纤维和漂白紫红薯膳食纤维的吸附能力分别为 35.03、24.12、17.84 mg/g,均低于米糠膳食纤维的 42 mg/g[23]和小麦纤维的 47 mg/g[24]。造成这种现象的原因可能是 H2O2破坏了膳食纤维的结构,或酶处理时洗掉了可溶性膳食纤维,或膳食纤维来源差异等。膳食纤维的这种螯合吸附作用是一个复杂过程,与其生理功能密切相关[1]。至于疏水性脱氧胆酸钠、结合型脱氧胆酸钠和牛磺胆酸钠等胆酸盐的吸附试验,以及动物体内试验和吸附机理将有待于进一步研究和探讨。

膳食纤维的吸附作用还表现在能吸附肠道内的有毒和致癌物质,促使它们排出体外。NO2-能与仲胺、叔胺反应形成亚硝胺,后者已被证明是人和动物的致癌剂。Moller等[25]认为酚类物质中阿魏酸是唯一能在酸性条件下与亚硝酸根离子反应的酚酸,膳食纤维中可能存在以酰化途径与多糖、糖蛋白质等组成复合物的阿魏酸、香豆酸等酚酸,这些酚酸在接近胃肠道酸性条件下与亚硝酸根离子发生反应,从而阻断强致癌物N-硝基化合物的形成。通过体外模拟亚硝酸根离子的吸附试验,发现酶处理和 H2O2漂白都提高了样品吸附亚硝酸根离子的能力,紫红薯膳食纤维和漂白紫红薯膳食纤维的吸附能力分别为 2.81、2.98 mg/g。均高于米糠膳食纤维的 1.36 mg/g[10]、花生麸膳食纤维的 2.15 mg/g[26]、海带的1.19 mg/g[27]、麒麟菜的 0.94 mg/g[28]。说明紫红薯膳食纤维对 NO2-具有良好的清除作用。至于动物体内试验以及清除机理将有待于紫红薯膳食纤维结构的进一步分析而研究。

[1]郑建仙.功能性食品:第一卷 [M].北京:中国轻工业出版社,1995:9-72

[2]Kranz S,Mitchell D C,Siega-Riz A M,et al.Dietary Fiber Intake byAmerican Preschoolers isAssociated withMore Nu2 trient-dense Diets[J].Journal of the American Dietetic As2 sociation,2005,105(2):221-225

[3]吴少福,上官新晨,沈勇根.处理方式对紫红薯膳食纤维物化特性的影响[J].食品科技,2009,34(9):104-107

[4]张明晶.紫心甘薯的研究进展与综合开发利用 [J].中国食物与营养,2006,(4):19-21

[5]曹树稳,黄绍华.几种膳食纤维的制备工艺研究[J].食品科学,1997,(6):41-42

[6]田学森.影响麦麸膳食纤维得率的因素分析[J].食品工业科技,2003,(1):77

[7]MacconnellA A,EastwoodM A,MitchellW D.Physical char2 acteristics of vegetable food stuffs that could influence bowel function[J].Science Food Agric,1974,25:1457-1464.

[8]郑建仙,耿立萍,高孔荣.利用蔗渣制备高活性膳食纤维添加剂的研究[J].食品与发酵工业,1996(3):58-61

[9]欧仕益,高孔荣,黄惠华.麦麸水不溶性膳食纤维对 NO清除作用的研究[J].食品科学,1997,18(3):6-9

[10]胡国华.米糠膳食纤维对 NO2-吸附作用研究 [J].粮食与油脂,2001(11):2-3

[11]黄才欢,欧仕益,张宁,等.膳食纤维吸附脂肪、胆固醇和胆酸盐的研究[J].食品科技,2006,31(5):133-136

[12]徐叔云.药理实验方法学 [M].北京:人民卫生出版社,1982:852

[13]唐启义,冯明光.实用统计分析及其 DPS数据处理系统[M].北京:科学出版社,2002:100-105

[14]吴丽萍,陈雪峰.酶法提取花生壳膳食纤维及其性能研究[J].食品工业科技,2008(1):94-196

[15]李忠海,钟海,雁韩军.漂白对葛根膳食纤维主要理化性质及吸附性能的影响[J].中国粮油学报,2006,21(6):67-70

[16]陈存社,刘玉峰.超微粉碎对小麦胚芽膳食纤维物化性质的影响[J].食品科技,2004,29(9):23-27

[17]华聘聘,刘忠萍.可溶性大豆膳食纤维的单糖组分分析及物性测定[J].中国油脂,2004,29(9):23-27

[18]闵锐.开发人体第七营养素——膳食纤维[J].中国食物与营养,1999,(3):18-21

[19]Lee S,Park H,Cho S.The Supplementary effects of high di2 etary fiber rice(suwon464)on blood pressure and lipid me2 tabolism in spontaneously hypertensive rats[J].Cardiovas2 cular Pathology,2004,13(3):87

[20]胡国华,黄绍华.米糠膳食纤维对胆酸钠吸附作用的研究[J].中国食品添加剂,2001,(2):10-12

[21]黄小华,徐宝华,方宜霞,等.大豆蛋白纤维化学性能及漂白工艺研究 [J].安徽工程科技学院学报,2003,18(4):9-14

[22]胡叶碧,王璋.不同生物制备方法对玉米皮膳食纤维组成和功能特性的影响[J].食品科学,2006,27(10):96-99

[23]曾凯宏,陈宗道.脱脂米糠膳食纤维的理化特性研究[J].广州食品工业科技,2001,17(2):15-17

[24]邵佩兰,徐明.制备麦麸膳食纤维的影响因素研究[J].食品与发酵工业,2003,29(5):77-79

[25]MollerM E,Dahl R,Bockman O C.A possible role of the dietary fibre product,wheat bran,as a nitrite scavenger[J].Food Chemistry Toxicology,1998,26(10):841-845

[26]潘英明,李海云,王刚,等.花生麸水不溶性膳食纤维的提取及其吸附亚硝酸根离子的研究[J].中国食品添加剂,2005,(4):32-35

[27]李来好,陈培基,李刘冬.海带膳食纤维的提取与功能性试验[J].青岛海洋大学学报,2003,33(5):687-694

[28]李来好,杨贤庆,陈培基,等.麒麟菜高活性膳食纤维的提取与功能性试验 [J].湛江海洋大学学报,2000,20(2):28-33.

Physicochemical Properties ofDregs,Dietary Fiber and Bleached Dietary Fiber from Purple Sweet Potato

Wu Shaofu Shen Yonggen Shangguan Xinchen Jinang Yan Zhou Xiaoling Liu Juanhua
(Plant Resource Exploitation&Utilization Research Room of JiangxiAgriculturalUniversity,Food Science and Engineering Depar tment of JiangxiAgriculturalUniversity,Nanchang 330045)

The physicochemicalpropertiesof the dregs,the dietary fiber and the bleached dietary fiber from pur2 ple s weet potato were measured and compared.Results:There are remarkable differences in the hydration properties(P<0.01)between the dietary fiber and dregs from purple s weet potato;The hydration properties are weakened markedly after bleaching by hydrogen peroxide.In vitro,the adsorption capacity of the dietary fiber for sodium nitrite increases,but for sodium cholate decreases after treatment with H2O2or enzyme.The hydration index values of the dregs,dietary fiber and bleaching dietary fiber from purple s weet potato are as follows:s welling capacity 4.36,14.3,9.30 mL/g,water holding capacity 2.65,8.39,6.49 g/g,water binding capacity 1.89,3.12,2.05 g/g,respectively.Moreover,the cation exchange capacity of the dregs,dietary fibers and bleaching dietary fibers are 0.12,0.88,0.48 mmol/g,and the adsorption capacity to sodium cholate are 35.03,24.12,17.84 mg/g,to sodium nitrite are 1.08,2.81,2.98 mg/g,respectively.It is indicated that the dietary fiber from purple s weet potato is a good natural dietary fiber,valuable for exploitation in the near future.

purple sweet potato,dietary fiber,hydration property,cation exchange,adsorption

TS201.4

A

1003-0174(2011)02-0028-05

国家农业科技成果转化基金 (2006GB2C500149),江西省科技厅重点项目(赣科发计字 2004211)

2010-04-15

吴少福,男,1969年出生,高级实验师,食品科学与工程

上官新晨,男,1962年出生,教授,农产品贮藏与加工