石莼水溶性膳食纤维的理化性质及体外降血糖的活性

汤宇青, 吕 峰, 林海兰, 傅丽娟

(福建农林大学食品科学学院，福建 福州 350002)

石莼水溶性膳食纤维的理化性质及体外降血糖的活性

汤宇青, 吕 峰, 林海兰, 傅丽娟

(福建农林大学食品科学学院，福建 福州 350002)

测定、比较了脱蛋白前后石莼水溶性膳食纤维(SDF)的水合性质，体外吸附水、油脂、胆固醇等的能力及抑制α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶的体外降血糖能力.结果表明：石莼脱蛋白SDF的分子空间结构和化学成分发生了变化，其水合性质和体外油脂吸附力均极显著高于未脱蛋白SDF(P<0.01)；未脱蛋白SDF对胆固醇的吸附力及体外降血糖的能力均极显著高于脱蛋白SDF(P<0.01).

石莼； 水溶性膳食纤维; 脱蛋白; 理化性质; 体外降血糖能力

大量研究表明，水溶性膳食纤维(soluble dietary fiber, SDF)在维持人体健康方面有着不可替代的生理作用[1].SDF的水合性质越好，越容易吸水膨胀，使人产生饱腹感并促进肠蠕动，起到减肥和预防肠道疾病的功效[2]；此外，SDF溶液呈凝胶网状结构，具有乳化作用，可以粘着脂类物质和胆固醇，增加肠胃中食糜的粘度，延缓、降低对葡萄糖、脂肪和胆固醇等物质的吸收，具有预防糖尿病和心血管疾病等重要生理功能[3].SDF具有一系列重要性能的原因是拥有特殊的结构，但不同加工处理对其结构乃至性能将产生一定的影响.

衡量SDF水合性质的优劣的重要指标通常有持水力、膨胀力和结合水力；评价其体外吸附力强弱的指标有饱和脂肪吸附力、不饱和脂肪吸附力、模拟人体胃肠环境条件下的胆固醇吸附力；而体外分析SDF降血糖的方法通常采用微孔板-PNPG法测定α-葡萄糖苷酶抑制能力及采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定α-淀粉酶抑制能力[4].

石莼(UlvalactucaL.)味道鲜美，营养价值高，主要成分有膳食纤维、粗蛋白质、碳水化合物、水溶性多糖以及丰富的无机矿物元素[5].目前对石莼的研究主要在生态养殖、赤潮防治、废水处理、饲料加工、净水和抗菌作用等方面；对石莼生物活性成分的研究多集中在其多糖类物质的提取及组成.本试验以脱蛋白前后的石莼SDF为试材，通过测定其水合性质、体外油脂和胆固醇的吸附力以及体外降血糖活性，分析、比较其重要的理化性质，进而了解石莼SDF辅助减肥与降血糖功能，为石莼SDF的开发与应用提供参考.

1 材料与方法

1.1 材料

石莼购买于福建海兴保健食品有限公司.

花生油、猪油和鸡蛋均为市售.

α-葡萄糖苷酶(6.02×104U·g-1)和α-淀粉酶(1.3×104U·g-1)为上海源叶生物科技有限公司产品；4-硝基苯-α-D吡喃葡萄糖苷(PNPG)、邻苯二甲醛、冰醋酸、可溶性淀粉、磷酸钠缓冲液、四水合酒石酸钾钠、二硝基水杨酸、苯酚、二甲基亚砜(DMSO)和胆固醇均为分析纯.

主要仪器设备有AL104型精密分析天平[梅特勒—托利多仪器(上海)有限公司]、HH-4型数显恒温水浴锅(上海一恒科学仪器有限公司)、UV-1800PC型紫外可见分光光度计(上海美谱达仪器有限公司)、CF15RN高速冷冻离心机(上海安亭科学仪器厂)和SYNERGY酶标仪(美国伯腾仪器有限公司).

1.2 原料制备

1.2.1 未脱蛋白石莼SDF 采用纤维素酶法[6]提取.准确称取一定量的干燥石莼粉末，过滤，真空旋转蒸发至原溶液体积的1/5，加入4倍体积的无水乙醇，隔夜静置后过滤，收集沉淀物SDF，冷冻干燥后即为SDF粗品，其蛋白质、SDF和水分含量分别为10.5%、68.60%和8.08%.

1.2.2 脱蛋白石莼SDF 采用超声波辅助酶法[7]脱除石莼SDF粗品中的蛋白质后制得，其蛋白质、SDF和水分含量分别为1.69%、81.72%和8.02%.

1.3 脱蛋白前后石莼SDF水合性质的测定

1.3.1 持水力 参考麻佩佩[2]的方法测定.准确称取脱蛋白前后的石莼SDF各1.0 g，放入50 mL离心管中，加入25 mL蒸馏水，室温下振荡摇匀后使其饱和1 h；于5 000 r·min-1离心10 min，弃去上清液并用滤纸吸干离心管壁残留的水分，称取剩余物质的质量.

式中，M0：干燥样品的质量(g)；M1：离心管的质量(g)；M2：离心管和吸水后样品的质量(g).

1.3.2 膨胀力 参考Zhang et al[8]的方法测定.准确称取脱蛋白前后的石莼SDF各1.0 g，以自由落体的形式落置于50 mL具塞试管中，测量样品的体积；加入25 mL蒸馏水振荡混匀，于25 ℃水浴锅中恒温保持24 h，观察量筒中样品的膨胀体积.

式中，M0：干燥样品的质量(g)；V0：干燥样品的体积(mL)；V1：干燥样品吸水膨胀后的体积(mL).

1.3.3 结合水力 参考周阿娣[9]的方法测定.准确称取脱蛋白前后的石莼SDF各1.0 g，置于50 mL离心管中，加入25 mL蒸馏水，于3 000 r·min-1离心1 h，倾去上清液，称重；将残留物置于120 ℃烘箱中干燥2 h后称重.

式中，M0：样品的质量(g)；M1：样品干燥后的干重(g)；M2：样品干燥前的湿重(g).

1.4 脱蛋白前后石莼SDF体外吸附油脂能力的测定

参考Sangnark et al[10]的方法测定.准确称取脱蛋白前后的石莼SDF各1.0 g于50 mL离心管中，分别加入8.0 g已融化的猪油和花生油，置于37 ℃的恒温水浴中保持1 h后，于4 000 r·min-1离心20 min，弃去离心管中的上层游离油，同时用滤纸吸干挂在管壁的残留油，最后称量离心管的总重量.

式中，M0：干燥样品的质量(g)；M1：离心管的质量(g)；M2：离心管和吸油后样品的质量(g).

1.5 脱蛋白前后石莼SDF体外吸附胆固醇能力的测定

1.5.1 标准曲线的绘制 取5支试管，按表1的试剂分别加入各试剂，混匀，静置10 min，在波长550 nm处测定各标准管的光密度(D).以胆固醇含量为横坐标，D为纵坐标，绘制标准曲线.胆固醇标准曲线的回归方程为：Y=9.326 3X+0.001 3，R2=0.999 8.

表1 胆固醇不同含量标准管的配制Table 1 Formula for different concentrations of standard cholesterol

1.5.2 对胆固醇吸附力的测定 按钟艳萍[11]的方法操作.取一定质量的鸡蛋黄，用9倍量的蒸馏水稀释，搅打成乳液.分别准确称取1.0 g脱蛋白前后的石莼SDF各2份于100 mL锥形瓶中，各加入50 g稀释的蛋黄液搅匀，调节脱蛋白前后的SDF与蛋黄液混合液的pH分别为7.0和2.0(模拟小肠和胃环境的pH)，于37 ℃摇床中振荡2 h，抽滤，吸取0.04 mL上清液，采用邻苯二甲醛(OPA)法在波长550 nm下比色，测定上清液的胆固醇含量.

式中，M0：样品的质量(g)；M1：吸附前蛋黄液中胆固醇的质量(mg)；M2：吸附后上清液中胆固醇的质量(mg).

1.6 脱蛋白前后石莼SDF体外降血糖活性的测定

1.6.1 对α-葡萄糖苷酶抑制力的测定 参照陈浩[12]的方法操作，稍作修改.用0.1 mol·mL-1磷酸钠缓冲液分别溶解脱蛋白前后的SDF，并分别配制含量为10、15、20、25和30 mg·mL-1的溶液，各取50 μL置于96孔板孔中，再移取50 μL 5×10-3mol·mL-1PNPG溶液于每个孔作为反应底物，置多功能酶标仪中于37 ℃恒温条件下温孵10 min，各加入50 μL 0.1 U·mL-1α-葡萄糖苷酶溶液，于37 ℃恒温反应30 min，用酶标仪测定405 nm波长处的D.

式中，D1：样品试验组的D；D2：样品空白组的D；D3：对照试验组的D；D4：对照空白组的D.

1.6.2 对α-淀粉酶抑制力的测定 参照Adefegha et al[13]的方法操作，稍作修改.在试管中依次加入300 μL不同含量(10、15、20、25、30 mg·mL-1)脱蛋白前后的SDF溶液(以2.5×10-2mol·mL-1磷酸钠缓冲液为溶剂)，分别取300 μL α-淀粉酶溶液与上述SDF溶液混匀，于37 ℃温孵15 min；各加入300 μL 1%可溶性淀粉酶溶液起始反应，于37 ℃反应15 min，各加入500 μL DNS试剂显色并终止反应；沸水浴10 min灭酶，稀释并定容至20 mL，分别在540 nm波长处测定D.

式中，D1：样品试验组的D；D2：样品空白组的D；D3：对照试验组的D；D4：对照空白组的D.

1.7 数据统计

试验重复3次，结果以平均值±标准偏差表示.采用DPS v7.05等软件对数据进行处理，显著性临界值：P<0.01为极显著差异，P<0.05为显著差异，P>0.05为差异不显著.

2 结果与分析

2.1 脱蛋白前后石莼SDF的水合性质

表2 脱蛋白和未脱蛋白石莼SDF的水合性质1)Table 2 Hydration properties of deproteinized and non-deproteinized SDF from U.lactuca

1)同列数据后附不同大写字母者表示差异极显著(P<0.01).

从表2可知，脱蛋白和未脱蛋白石莼SDF的持水力分别为7.06和6.15 g·g-1，膨胀力分别为6.19和5.57 mL·g-1，结合水力分别为3.92和2.10 mL·g-1.表明脱蛋白SDF的水合性质极显著优于未脱蛋白SDF(P<0.01)；且两种样品的持水力和膨胀力均大于西方国家常用标准(麸皮膳食纤维的持水力为4.0 g·g-1、膨胀力为4.0 mL·g-1)[14].

研究表明，在脱蛋白的过程中，有部分SDF被降解，SDF的聚合度有所下降[15]，比表面积增大，同时暴露出更多的亲水基团，使其通过氢键缔合有效束缚水分子，表现出结合水力和持水力的增大[16]；此外，降解后SDF的网状结构由原本紧密的变成疏松，水分子易渗入分子内部，膨胀力增大.

2.2 脱蛋白前后石莼SDF体外吸附脂肪的能力

图1显示，脱蛋白和未脱蛋白石莼SDF对花生油(不饱和脂肪)的吸附力分别为2.34和1.78 g·g-1；对猪油(饱和脂肪)的吸附力分别为4.73和3.07 g·g-1.表明两种样品对猪油的吸附力均极显著高于对花生油的吸附力(P<0.01)，且脱蛋白SDF对油脂的吸附力极显著高于未脱蛋白SDF(P<0.01).

研究表明，SDF经过超声辅助酶法进行脱蛋白处理后，其结构变得疏松，形成立体微孔网状结构，孔隙的数量和比面积明显增加，其表面多褶皱[17]，增大与油脂的接触机会，同时暴露出更多的亲油活性基团，提高了对油脂分子的诱捕性，油脂更易渗入SDF分子中并被束缚[18].

2.3 脱蛋白前后石莼SDF体外吸附胆固醇的能力

图2显示， pH为7时，脱蛋白和未脱蛋白石莼SDF对胆固醇的吸附量分别为11.91和14.67 mg·g-1，pH为2时，对胆固醇的吸附量分别为9.07和10.38 mg·g-1.表明两种样品在pH为7时对胆固醇的吸附力均极显著大于pH为2时(P<0.01)；且未脱蛋白SDF吸附胆固醇的能力均极显著大于脱蛋白SDF(P<0.01).

附不同大写字母者表示差异极显著(P<0.01).图1 脱蛋白和未脱蛋白石莼SDF对脂肪的吸附力Fig.1 Fat adsorption capacity of deproteinized and non-deproteinized SDF from U.lactuca

研究表明：植物SDF的微晶束较少，呈无定形状态，并具有高度的分支区域易于形成网状结构，可达到吸附胆固醇的作用[19]；酸性条件存在大量的H+，可能使SDF和胆固醇均携带部分正电荷，两者之间存在一定的排斥力，使其对胆固醇的吸附力有所降低[20]；此外，未脱蛋白SDF的分子表面带有更多可吸附胆固醇的活性基团[21]，所以在模拟肠道环境(pH为7)的条件下，SDF对胆固醇的吸附效果较脱蛋白的更佳.

2.4 脱蛋白前后石莼SDF体外降血糖的能力

2.4.1 SDF对α-葡萄糖苷酶的抑制力 图3显示，脱蛋白和未脱蛋白石莼SDF对α-葡萄糖苷酶的抑制力在一定含量范围内均呈量效关系.10 mg·mL-1脱蛋白SDF对α-葡萄糖苷酶的抑制率为20.56%，随含量增加到25 mg·mL-1，其抑制率也极显著上升到30.96%(P<0.01)，之后趋于稳定(P>0.05)；SDF含量为10～20 mg·mL-1时，随着含量的增加，未脱蛋白SDF的抑制率从30.21%极显著增大至42.98%(P<0.01)；当SDF含量大于25 mg·mL-1时，抑制率增大不显著(P>0.05)，最大抑制率仅为43.90%；SDF含量为10～30 mg·mL-1时，未脱蛋白SDF的抑制率极显著大于脱蛋白SDF(P<0.01).

2.4.2 SDF对α-淀粉酶的抑制力 图4显示：含量为10～20 mg·mL-1时，脱蛋白和未脱蛋白石莼SDF对α-淀粉酶的抑制率随含量的增加，分别由36.28%和43.85%极显著上升至51.02%和63.25%(P<0.01)；继续增大二者的含量，抑制率增长趋势均不显著(P>0.05)；SDF含量为10～30 mg·mL-1时，未脱蛋白SDF抑制α-淀粉酶的效果极显著优于脱蛋白SDF(P<0.01).

图3 脱蛋白和未脱蛋白石莼SDF对α-葡萄糖苷酶的抑制率Fig.3 Inhibitory effect of deproteinized and non-deproteinized SDF from U.lactuca on α-glucosidase

图3、4 显示，与脱蛋白SDF相比，未脱蛋白SDF对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶有更强的抑制力，原因可能与其膨胀力和持水力较强有关.表2显示，脱蛋白SDF的膨胀力和持水力较强，其溶液的粘度更大，故能降低体系流动性，减少酶与底物发生碰撞的机会，从而降低对α-葡萄糖苷酶的酶解效果[22]；另一方面，未脱蛋白SDF含有糖蛋白，而糖蛋白可能具有降血糖和降血脂等辅助功效[23]；此外，部分具有抑制α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶活性的糖单元可能在脱蛋白的过程中被脱除.因此，脱蛋白SDF对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制活性降低.

3 小结

石莼SDF脱蛋白后，其水合性质及对油脂的吸附力得到极显著地提高(P<0.01)，脱蛋白和未脱蛋白SDF对饱和脂肪的吸附效果优于对不饱和脂肪的吸附；在模拟肠道环境(pH为7)下，脱蛋白和未脱蛋白SDF对胆固醇的吸附力极显著大于模拟胃环境(pH为2)下(P<0.01)，未脱蛋白SDF对胆固醇的吸附力极显著大于脱蛋白SDF(P<0.01)；含量为30 mg·L-1时，脱蛋白和未脱蛋白SDF对α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的抑制力存在明显的量效关系，未脱蛋白SDF对两种酶的抑制效果均极显著优于脱蛋白SDF(P<0.01).

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Physico-chemicalpropertyandhypoglycemiceffectinvitroofsolubledietaryfiberfromUlvalactuca

TANG Yuqing, LÜ Feng, LIN Hailan, FU Lijuan

(College of Food Science, Fujian Agriculture and Foresty University, Fuzhou, Fujian 350002, China)

Ordinary and deproteinized soluble dietary fiber (SDF) fromUlvalactucaL. were compared in terms of hydration properties, adsorption capacity on water, oil and cholesterol, and hypoglycemic ability of inhibiting alpha glycosidase enzymes and alpha amylaseinvitro. The results showed hydration properties, oil adsorption capacityinvitroof deproteinized SDF were significantly (P<0.01) better than non-deproteinized sample due to differences on molecular space structure and chemical composition. While non-deproteinized SDF with low viscosity contained more glycoprotein to absorb cholesterol and regulate blood glucose level (P<0.01).

Ulvalactuca; soluble dietary fiber; deproteinization; physico-chemical property; hypoglycemic effectinvitro

2016-10-11

2017-10-11

海洋生物资源综合加工及安全风险评估工程研究中心项目(612014043).

汤宇青(1990-)，女，硕士研究生.研究方向：农产品加工.Email：377069338@qq.com.通讯作者吕峰(1964-)，女，教授，博士.研究方向：天然产物的综合利用、农产品加工及贮藏工程.Email：1245075427 @qq.com.

TS201.3

A

1671-5470(2017)06-0702-06

10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2017.06.017

(责任编辑:施晓棠)