茶叶膳食纤维粉的体外消化特性及通便功能研究

茹鑫

（上海康识食品科技有限公司，上海 201103）

茶叶作为中华民族的传统饮品已有上千年的历史，并且被广泛认为是一种具有保健功效的重要饮品[1-2]。长期以来，人们对茶叶的利用方式主要以泡制饮用为主。近年来，随着食品加工技术的发展，茶叶的利用方式呈现多元化发展，从单一的饮用逐渐发展到饮用、食用、日用，有大量关于茶叶中功能成分在医药、日化、轻化、食品、油脂、保健等诸多方面的研究[3-9]。茶叶中含有较多的可利用成分，但是茶饮料、速溶茶等深加工所提取的成分只占茶叶的一部分，而茶渣中仍然含有膳食纤维、蛋白质、茶多糖、茶黄素等各种营养成分，具有很高的利用价值[10-13]。随着人们健康观念的不断提升，逐渐认识到膳食纤维具有独特的生理作用，在保持消化系统健康方面有着突出效果，在预防慢性疾病方面越来越受到研究的重视，并已发展成为一种极为重要的功能性食品原料[14-15]。茶渣中含有大量的膳食纤维，制成茶叶膳食纤维产品的消化特性及其保健功效将直接影响其在食品中的应用。因此，文章选用经过浸提后的绿茶作为原料，将其粉碎成膳食纤维粉，并对其组成成分进行分析。然后采用胃蛋白酶-胰酶两步测试法建立体外消化模型以模拟体内消化环境，从而对茶叶膳食纤维粉在人体内的消化特性进行初步探讨，最后通过测试排便和肠道运动情况的动物实验来评价其通便功能，期望能够通过这些研究帮助茶叶膳食纤维粉应用于具有通便和减肥功能的食品设计中，实现茶叶资源更进一步地利用。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

茶叶：市售绿茶（武阳早，浙江）；活性炭粉：国药集团化学试剂有限公司 （F20110506）；全麦粉（市售，山东潍坊全麦粉）；胃蛋白酶：美国Sigma公司，酶活≥250 units/mg；胰蛋白酶，美国Amresco公司；阿拉伯树胶粉：国药集团化学试剂有限公司（F20101026）；复方地芬诺酯片：山东仁和堂药业有限公司，国药准字（H37021525，批号1506）；手术剪、眼科镊、直尺、注射器、电子天平；雄性SPF级昆明鼠：上海市斯莱克实验动物有限责任公司动物，动物合格证号：（SCXK（沪）2013-0016）。

墨汁的配制：准确称取阿拉伯树胶10 g，加水80 mL，煮沸至溶液透明，称取活性炭5 g加至上述溶液中煮沸三次，待溶液凉后加水定容到100 mL，于冰箱中4℃保存，用前摇匀。

复方地芬诺酯混悬液的配制 （浓度为0.5 mg/mL）：取复方地芬诺酯片10 mg，用研钵研碎呈粉末后加水至20 mL临用前配制。

1.2 方法

1.2.1 茶叶膳食纤维粉的制备[16]

取一定量优质绿茶，加入10倍水量，升温至80℃水提1次，提取时间为40 min；经过螺杆挤压机（压力0.5 MPa，时间15 s）后，再经过干燥机（温度120℃，干燥时间4 h）将茶叶的水分干燥到10%后，经球磨机将茶叶粉碎后过筛得到茶叶膳食纤维粉。

1.2.2 茶叶膳食纤维粉的基本成分检测

水分参照GB/T 5009.3—2016《食品中水分的测定》方法测定；粗多糖参照SN/T 4260—2015《出口植物源食品中粗多糖的测定 苯酚—硫酸法》测定；蛋白质参照GB/T 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》方法测定；茶多酚参照GB/T 8313—2008《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》测定；总膳食纤维、可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维参照GB 5009.88—2014《食品中膳食纤维的测定》方法测定。

1.2.3 茶叶膳食纤维粉的消化特性研究

针对茶叶膳食纤维粉中的主要成分蛋白质和膳食纤维，按照人体的基本消化流程，先胃蛋白酶作用后胰蛋白酶作用的顺序，优化蛋白酶的适宜量，经类似肠胃蠕动的慢摇动方式进行体内消化环境模拟。茶叶膳食纤维粉在胃、肠模拟体系消化之后，沉淀物经65℃恒重干燥后研磨、取样，以全麦蛋白为标准对比茶叶膳食纤维粉中蛋白质的消化情况。

1.2.3.1 胃肠消化模拟实验[17]

胃部消化模拟：取pH=2的磷酸缓冲溶液20 mL于250 mL锥形瓶，准确加入茶叶膳食纤维粉样品（或全麦粉对比样品）2 g，加入适宜量胃蛋白酶；用1 mol/L的HCL或1 mol/L的NaOH调pH至2；再加入0.5 mL氯霉素（0.5 mg/mL乙醇），抑制细菌生长；加铝箔后置于全温摇瓶柜中37℃，120 r/min消化 4 h。

小肠消化模拟：胃部模拟消化后样品用2 mL NaOH（0.6 mol/mL）中和；加入 10 mL pH=6.8 的磷酸缓冲溶液；再用1 mol/L的HCL或1 mol/L的NaOH调pH至6.8；加入适宜量胰蛋白酶后，置于全温摇瓶柜中37℃，120 r/min消化6 h。

1.2.3.2 蛋白消化率的测定

消化后的样品经8000 rpm离心，除去上清液，沉淀物经65℃，24 h干燥恒重。干燥样品研磨后，称重。样品消化前和消化后的残渣中的蛋白质含量采用凯氏定氮法测定。

蛋白质消化率=（消化前样品蛋白质含量－消化后沉淀物蛋白质含量）/消化前样品蛋白质含量

1.2.4 茶叶膳食纤维粉的通便功能研究

采用 《保健食品检验与评价技术规范实施手册》（2003年出版）“通便功能检验方法”。受试物茶叶膳食纤维粉人体拟服用剂量为4 g/d（折合不溶性膳食纤维约为2 g/d），以此折算小鼠剂量，实验设置剂量序列为人体剂量的5倍、10倍、30倍3个剂量处理组，目的是观察人体等量剂量同时，了解对于小鼠各个剂量是否有相似的功能作用。

1.2.4.1小肠推进实验

经口灌胃给予造模药物复方地芬诺酯，建立小鼠小肠蠕动抑制模型，计算一定时间内小肠的墨汁推进率，来判断模型小鼠胃肠蠕动功能。小白鼠随机分为空白对照组，模型对照组，受试品低、中、高三组剂量组，每组10只。茶叶膳食纤维粉双蒸水配制后灌胃给予，给药体积为20 mL/kg，空白对照组和模型对照组同样途径同样体积给双蒸水。

（1）小鼠体重和每日进食量测定

每天于第一次灌胃前称量小鼠体重 （精确到0.1 g），据此计算每日灌胃量。每天固定给每笼小鼠一定量的鼠粮（50.0 g），于次日同一时间称量剩余鼠粮重量（精确到0.1 g），即可算出小鼠每日进食量。

（2）小鼠便秘模型建立

给茶叶膳食纤维粉7 d后，各组小鼠禁食不禁水16 h。模型对照组和三个剂量组灌胃给予复方地芬诺酯（5 mg/kg·BW），给药体积为 10 mL/kg，空白对照组给同体积双蒸水。

（3）指标测定的方法

给复方地芬诺酯后0.5 h，剂量组分别给予含相应受试样品的墨汁 （含5%的活性炭粉、10%阿拉伯树胶），空白和模型对照组给墨汁灌胃。25 min后立即脱颈椎处死动物，打开腹腔分离肠系膜，剪取上端自幽门、下端至回盲部的肠管，置于托盘上，轻轻将小肠拉成直线，测量肠管长度为“小肠总长度”，自幽门至墨汁前沿为“墨汁推进长度”。按下式计算墨汁推进率：

墨汁推进率按下式进行数据转换获得X，式中：P为墨汁推进率，用小数表示。

1.2.4.2 排便时间、粪便粒数和粪便重量的测定

经口灌胃给予造模药物复方地芬诺酯，建立小鼠便秘模型，测定小鼠的首粒排黑便时间、6 h内排便粒数和排便重量，来反应模型小鼠的排便情况。小白鼠随机分为空白对照组，模型对照组，受试品低、中、高三组剂量组，每组10只。茶叶膳食纤维粉经双蒸水配制后灌胃给予，给药体积为20 mL/kg，空白对照组和模型对照组同样途径同样体积给双蒸水。

（1）小鼠体重和每日进食量测定

每天于第一次灌胃前称量小鼠体重 （精确到0.1 g），据此计算每日灌胃量。每天固定给每笼小鼠一定量的鼠粮（50.0 g），于次日同一时间称量剩余鼠粮重量（精确到0.1 g），即可算出小鼠每日进食量。

（2）小鼠便秘模型建立

给茶叶膳食纤维粉7 d后，各组小鼠禁食不禁水16 h。模型对照组和三个剂量组灌胃给予复方地芬诺酯（10 mg/kg·BW），给药体积为 10 mL/kg，空白对照组给同体积双蒸水。

（3）指标测定的方法

给予复方地芬诺酯0.5 h后，剂量组分别给予含相应受试样品的墨汁 （含5%的活性碳粉、10%阿拉伯树胶），空白和模型对照给予墨汁灌胃，动物均单笼饲养，正常饮水进食。从灌胃墨汁开始，记录每只小鼠首粒排黑便时间，6 h内的排便总粒数及重量，观察记录粪便性状 （大小、软硬程度等）。

1.3 数据处理

采用SPSS统计软件用进行实验数据处理，计量资料用均数±标准差（X±s）表示，以 p＜0.05为差异具有统计学意义。

在小肠便秘模型成立的前提下，受试样品组小鼠墨汁推进率显著高于模型对照组的墨汁推进率时，可判定该项实验结果阳性。受试样品组小鼠首粒黑便时间明显短于模型对照组，即可判定该项指标结果阳性。6 h内排黑便粒数明显高于模型对照组，可判定该项指标结果阳性。6 h内排黑便重量明显高于模型对照组，可判定该项指标结果阳性。

2 结果与分析

2.1 茶叶膳食纤维粉的基本成分分析

表1显示了茶叶膳食纤维粉的基本成分含量，其主要组成成分为蛋白质（22.28%）和膳食纤维（58.40%），所以实验以蛋白质消化率作为指标来考察茶叶膳食纤维粉的消化特性。

表1 茶叶膳食纤维粉的基本成分分析Table 1 Component analysis of tea dietary fiber powder

2.2 茶叶膳食纤维粉的消化特性研究

2.2.1 胃蛋白酶最适量的优化

由图1可以看出，茶叶膳食纤维粉中蛋白质随着胃蛋白酶的添加消化率逐渐增加，当达到5 mg/g浓度时，相同消化条件下，消化率的增长开始趋缓。根据植物蛋白的水溶性差异，可推测：酶添加量小于5 mg/g茶粉时，消化的主要为游离水溶性蛋白，蛋白质消化率的增加与酶的添加量呈线性正相关；酶添加量大于5 mg/g浓度时，胃蛋白酶开始水解部分纤维间蛋白，蛋白质消化率的增加随酶的添加量线性关系不明显。

图1蛋白质消化率随胃蛋白酶添加量变化趋势Fig.1 Protein digestibility varied with the amount of pepsin

由图2可以看出，当胃蛋白酶添加量由15 mg/g增加到20 mg/g时，蛋白质消化率的增量比胃蛋白酶添加量由10 mg/g增加到15 mg/g时下降了2.2%。当胃蛋白酶增加到15 mg/g浓度以后，蛋白质消化率增量已经下降明显，所以选择15 mg/g浓度作为胃蛋白酶体外模拟消化最适添加量的条件。

图2 蛋白质消化率增量随胃蛋白酶添加量增量变化趋势Fig.2 The increment of protein digestibility varied with the increment of pepsin

2.2.2 胰蛋白酶最适量的优化

由图3和图4可以看出，随着胰蛋白酶的添加，茶叶膳食纤维粉中的游离蛋白以及纤维间蛋白消化率逐渐增加。当胰蛋白酶在茶叶膳食纤维粉胃蛋白酶消化液中的添加量由15 mg/g增加到20 mg/g时，蛋白的消化率增量趋零 （增量为0.09%）。

所以，最终确定体外消化模拟实验条件为：胃蛋白酶的最优活性条件为pH=2，添加量15 mg/g，消化4 h；在15mg/g蛋白酶添加量的消化条件下，胰蛋白酶的最优pH=6.8，添加量为15 mg/g，消化时间6 h，以此分别模拟在胃环境消化4 h和小肠环境消化6 h。

2.2.3 茶叶膳食纤维粉体的外消化对比

由表2可以看出，在上述最优消化条件下，测得茶叶膳食纤维粉的蛋白消化率为39.03%，全麦粉同等条件下消化率可以达到90.49%，相比之下两者在蛋白消化率上有非常明显的差异。经查阅资料，分析其原因：茶叶膳食纤维粉中大部分蛋白为谷蛋白等非水溶性蛋白，难以被胃蛋白酶消化[11]；两者的不可溶膳食纤维含量差异明显，不可溶膳食纤维也会对蛋白质在胰蛋白酶消化过程产生不利影响[18-20]。

图3 蛋白质消化率随胰蛋白酶添加量变化趋势Fig.3 Protein digestibility varied with the amount of trypsin

图4 蛋白质消化率增量随胰蛋白酶添加量增量变化趋势Fig.4 The increment of protein digestibility varied with the increment of trypsin

表2 茶叶膳食纤维粉和全麦粉的数据对比Table 2 The data comparison between tea dietary fiber powder and whole wheat flour

2.3 茶叶膳食纤维粉的通便功能研究

2.3.1 小鼠小肠推进率的影响

经口给予各组小鼠受试品7 d，各组动物体重无显著性差异。各组实验结果见表3。

表3 茶叶膳食纤维粉对小鼠小肠推进率的影响（n=10，X±s）Table 3 Effect of tea dietary fiber powder on the small intestine advance rate of mouse （n=10，X±s）

模型对照组与空白对照组对比，小肠推进率和X值都有显著性降低（p＜0.01），说明造模成功。与模型对照组相比，受试物茶叶膳食纤维粉中剂量组小鼠的小肠推进率 （与模型对照组比较p＜0.01）和X值都有显著性升高（与模型对照组比较p＜0.05）；受试物茶叶膳食纤维粉低、高剂量组小鼠小肠推进率和X值均有升高的趋势，但没有出现显著性差异（与模型对照组比较p＞0.05）。故可判定中剂量组茶叶膳食纤维粉对小鼠小肠推进结果阳性。

2.3.2 排便情况实验

经口给予各组小鼠不同剂量的受试品7 d，各组动物体重无显著性差异。模型对照组与空白对照组相比，小鼠首粒排黑便时间明显延长（与模型对照组比较p＜0.01），6 h内排黑便粒数及重量都有显著性降低（与模型对照组比较p＜0.05），说明造模成功。各组实验结果见表4。

表4 茶叶膳食纤维粉对小鼠排便情况的影响（n=10，X±s）Table 4 Effect of tea dietary fiber powder on defecation situation （n=10，X±s）

与模型对照组相比，受试物茶叶膳食纤维粉中剂量组小鼠的首粒排黑时间显著性缩短 （与模型对照组比较p＜0.05），受试物茶叶膳食纤维粉中剂量组小鼠6 h内排黑便粒数及重量有升高的趋势，但没有出现显著性差异 （与模型对照组比较p＞0.05）。受试物茶叶膳食纤维粉高剂量组小鼠首粒排黑便时间显著性缩短（与模型对照组比较p＜0.01）。6 h内排黑便粒数及重量均有显著性升高（与模型对照组比较p＜0.01）。受试物茶叶膳食纤维粉低剂量组小鼠首粒排黑便时间有缩短的趋势，6 h内排黑便粒数及重量有升高的趋势，但没有出现显著性差异 （与模型对照组比较p＞0.05）。判定高剂量组茶叶膳食纤维粉对小鼠首粒排黑便时间、6 h内排黑便粒数及重量结果为阳性。

3 讨论

（1）茶叶膳食纤维粉的主要组成成分为蛋白质和膳食纤维，经过和全麦粉相同消化条件下的对比实验发现，在体外胃肠消化模拟实验中茶叶膳食纤维粉中蛋白质消化率较低，因为茶叶膳食纤维粉中不可溶膳食纤维含量过高导致难以消化，所以目前在茶制品生产中不能大量使用。

（2）下一步可以考虑采用膨化技术破坏膳食纤维晶格结构，达到暴露蛋白质的目的，以期可以提高茶叶膳食纤维粉中蛋白的消化率，使其可以经人体充分消化、吸收和利用，减少食用后的不适感。

（3）经动物实验结果表明，小肠运动实验为阳性，且首粒排黑便时间结果和6 h内排便重量和粪便粒数结果为阳性，所以可以判定茶叶膳食纤维粉具有良好的通便功能，在后续的产品开发中，可以将茶叶膳食纤维粉应用于具有通便和减肥功能的食品设计。