红松松仁膜衣膳食纤维的功能性质

王 超 徐红艳,2,3 -,2,3 杨晰茗 - 钟文杰 -

(1.延边大学，吉林 延吉 133002；2.延边大学食品研究中心，吉林 延吉 133002；3.吉林省长白山生物资源与健康产业协同创新中心，吉林 延吉 133002)

红松广泛分布于中国东北、日本、韩国和俄罗斯[1]。红松松仁膜衣是松仁外层附着的一层红棕色薄皮，是松仁精深加工过程中的副产物[2]，对其生物活性成分及功能作用的相关研究罕见。课题组[3]前期研究发现红松松仁膜衣含有黄酮、多酚和蛋白质等多种营养活性成分，具有较强的抗氧化作用。赵雅梦等[4]研究发现松仁膜衣中总膳食纤维含量达72.14%，具有较高的营养价值。

膳食纤维(Dietary fiber，DF)是植物来源的碳水化合物聚合物，在人体中拥有着不可替代的生理作用[5]。根据溶解度，可分为可溶性膳食纤维(SDF)和不溶性膳食纤维(IDF)[6]。SDF和IDF在人体中的生理作用不同，IDF可以增加人的粪便体积，减少便秘的风险，而SDF可以降低血清胆固醇含量，降低血液中的葡萄糖水平[7]。高膳食纤维饮食可以降低2型糖尿病、心血管疾病和结肠癌的风险[8]。为了增强膳食纤维的功能，已经开发了膳食纤维的化学、物理和生物改性方法[9]。酶解作用被认为是最有前途和最优选的技术，具有高产物收率和低能量需求的优点[10]。研究[11]表明，采用木聚糖酶对膳食纤维改性，能够释放阿拉伯木聚糖和阿魏酰低聚糖，具有多种生理活性作用，从而提高膳食纤维的功能性质。课题组[12]前期优化了酶法改性红松松仁膜衣膳食纤维的条件，发现木聚糖酶改性是一种合适的方法，并通过扫描电子显微镜、红外光谱和X-射线衍射检测发现，改性后膳食纤维表面疏松多孔、化学官能团变化、结晶区被破坏，预示木聚糖酶改性可能会改变了松仁膜衣膳食纤维的理化功能性质。

基于课题组的前期研究，试验拟以红松松仁膜衣为原料制备膳食纤维，采用木聚糖酶对其改性，比较研究红松松仁膜衣SDF、IDF、MSDF、MIDF的葡萄糖吸附能力、胆固醇吸附能力、胆酸钠吸附能力和葡萄糖透析延迟指数，通过比较体外功能性质，为红松松仁膜衣膳食纤维体内功能作用的研究提供思路，并促进红松松仁膜衣的精深加工及功能性食品开发。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

红松松仁膜衣：梅河口市实全土特产品有限公司；

高峰α-淀粉酶(≥4 000 U/g)、碱性蛋白酶(≥200 000 U/g)、木聚糖酶(≥6 000 U/g)：上海源叶生物技术有限公司；

邻苯二甲醛、胆固醇、糠醛：分析纯，北京博奥拓达科技有限公司；

无水乙醇、石油醚、氢氧化钠、浓硫酸、冰乙酸、盐酸、葡萄糖：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.1.2 主要仪器设备

酸度计：PHS-3C型，上海仪电科学仪器股份有限公司；

离心机：Z400K型，德国Hermle公司；

电子天平：LT2002TS型，常熟市天量仪器有限责任公司；

冷冻干燥机：FD-1A-50型，北京博医康实验仪器有限公司；

分光光度计：U-3900型，日本日立公司。

1.2 方法

1.2.1 膳食纤维的制备 将红松松仁膜衣粉碎过筛用淀粉酶、蛋白酶进行酶解，得到的沉淀即为IDF，上清液按1∶4 加入无水乙醇，置于4 ℃冰箱过夜，离心后得到的沉淀即为SDF，冻干后保存备用。IDF用木聚糖酶进行酶法改性，灭酶后离心得到的沉淀即为MIDF，上清液按1∶4 加无水乙醇，置于4 ℃冰箱过夜，离心后得到的沉淀即为MSDF，冷冻干燥后保存备用。

1.2.2 膳食纤维对葡萄糖吸附能力的测定 根据周笑犁等[13]的方法，绘制葡萄糖标准曲线方程为：Y=1.194X+0.101 8，R2=0.994 0。按式(1)计算葡萄糖吸附能力。

(1)

式中：

ACG——葡萄糖吸附能力，mg/g；

m1——溶液中葡萄糖的质量，mg；

m2——上清液葡萄糖的质量，mg；

m——样品质量，g。

1.2.3 膳食纤维对胆固醇吸附能力的测定 根据罗磊等[14]的方法，绘制胆固醇标准曲线为：Y=2.140 3X+0.217 8，R2=0.998 3。按式(2)计算胆固醇吸附能力。

(2)

式中：

ACC——胆固醇吸附能力，mg/g；

m1——吸附前溶液的胆固醇质量，mg；

m2——吸附后上清液中胆固醇质量，mg；

m——样品质量，g。

1.2.4 膳食纤维对胆酸钠吸附能力的测定 根据Chu等[15]的方法，绘制胆酸钠标准曲线为：Y=1.539 6X+0.145 1，R2=0.993 7。按式(3)计算胆酸钠吸附能力。

(3)

式中：

SCAC——胆酸钠吸附能力，mg/g；

m1——吸附前溶液的胆酸钠质量，mg；

m2——吸附后上清液中胆酸钠质量，mg；

m——样品质量，g。

1.2.5 膳食纤维葡萄糖透析延迟指数的测定 根据Daou等[16]的方法，绘制葡萄糖标准曲线为：Y=2.471 1X-0.003 2，R2=0.997 1。按式(4)计算葡萄糖透析延迟指数。

(4)

式中：

GDRI——葡萄糖透析延迟指数，%；

C——试样溶液葡萄糖浓度，mg/mL；

Cd——试样对照葡萄糖浓度，mg/mL；

C0——空白对照葡萄糖浓度，mg/mL。

1.3 数据分析

每个结果重复处理3次，数据使用WPS 2019进行整理和作图，并采用SPSS 22.0软件对数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 膳食纤维对葡萄糖的吸附能力

膳食纤维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。由图1、2可知，膳食纤维对葡萄糖吸附能力均随葡萄糖浓度的增加而提高。MSDF的葡萄糖吸附能力较SDF有显著提高(P<0.05)，且MIDF的葡萄糖吸附能力较IDF有极显著提高(P<0.01)。黄冬云等[17]研究也表明木聚糖酶制备米糠膳食纤维能显著增强其葡萄糖吸附能力。由此可见，通过对IDF改性所制得的膳食纤维，其葡萄糖吸附能力有显著增强，其原因可能是细胞壁上的大分子被木聚糖酶降解，纤维结构变得疏松，孔隙增多且变大，小分子更容易进入内部，从而吸附更多的葡萄糖分子[16]。

2.2 膳食纤维对胆固醇的吸附能力

试验测定了SDF、IDF、MSDF、MIDF在模拟胃环境(pH为2)和肠道环境(pH为7)条件下胆固醇的吸附能力，结果见图3。在模拟胃环境中，改性使IDF、SDF胆固醇吸附能力均有所提高，且MSDF显著高于SDF(P<0.05)，可达56.142 mg/g。在模拟肠道环境中，其改性前后的胆固醇吸附能力无明显变化。梁志宏等[18]研究发现木聚糖酶和纤维素酶制备残次裂枣膳食纤维的胆固醇吸附能力均显著增强，而pH环境是影响膳食纤维胆固醇吸附的一个重要的因素。

相同浓度下，小写字母不同表示差异性显著(P<0.05)

相同浓度下，大写字母不同表示差异极显著(P<0.01)

同一pH下，SDF与MSDF比较，IDF与MIDF比较，小写字母不同表示差异性显著(P<0.05)

图3 松仁膜衣膳食纤维的胆固醇吸附能力

Figure 3 Cholesterol adsorption capacity ofPinusKoraiensisnut coated-film dietary fiber

2.3 膳食纤维对胆酸钠的吸附能力

胆汁酸主要存在于肠肝循环系统并通过再循环起一定的保护作用，从而调节人体代谢。膳食纤维通过吸附胆汁酸，可抑制胆汁酸的重吸收并排出体外以减少有害物质的产生，预防结肠癌。试验测定了SDF、IDF、MSDF、MIDF胆酸钠的吸附能力，结果见图4。MSDF胆酸钠的吸附量为51.31 mg/g；MIDF胆酸钠的吸附量为60.73 mg/g，极显著高于IDF(P<0.01)，是IDF的2.98倍。MIDF胆酸钠吸附能力之所以极显著提高，主要原因可能是酶法改性，改变了膳食纤维的内部结构，增强了膳食纤维的分子极性，提高了阳离子化程度，所以更易于与胆酸盐的阴离子形成不同电性离子间的相互作用力，增强对胆酸钠的吸附能力。试验表明，木聚糖酶改性可增强膳食纤维的胆酸钠吸附能力，使膳食纤维的利用率得到提高。孙杰等[19]研究发现高温改性莲蓬膳食纤维的胆酸钠吸附能力显著增强，改性后的膳食纤维表面结构疏松，使更多的亲水基团暴露，于是表现出更大的胆固醇吸附容量，与试验结果一致。

SDF与MSDF比较，IDF与MIDF比较，大写字母不同表示差异极显著(P<0.01)

图4 松仁膜衣膳食纤维的胆酸钠吸附能力

Figure 4 The sodium cholate adsorption capacity forPinusKoraiensisnut coated-film dietary fiber

2.4 膳食纤维的葡萄糖透析延迟指数测定

膳食纤维的葡萄糖透析延迟指数与SDF含量有关，SDF含量越高，葡萄糖透析延迟指数越高[20]。试验测定了SDF、IDF、MSDF、MIDF的葡萄糖透析延迟指数，结果见图5、6。

由图5可知，SDF和MSDF的葡萄糖透析延迟指数随时间的变化呈上升趋势，在70 min时SDF的葡萄糖透析延迟指数可达29.64%，在60 min时MSDF的葡萄糖透析延迟指数达到19.57%。MSDF的葡萄糖透析延迟指数比SDF低的主要原因可能是酶法改性改变了膳食纤维的分子结构进而改变了分子间作用力，导致在不断振摇的透析体系中，膳食纤维分子间作用力增强，使分子间相互聚集，减弱了与葡萄糖分子结合的能力。

由图6可知，IDF和MIDF的葡萄糖透析延迟指数随时间的变化呈上升趋势，在50 min时IDF的葡萄糖透析延迟指数可达14.36%，MIDF的葡萄糖透析延迟指数高于IDF，且120 min时趋于稳定，可达21.69%，较IDF显著提高了6.84%(P<0.05)。黄清霞等[21]研究发现柠檬膳食纤维的葡萄糖透析延迟指数随时间的增加呈增加趋势，随着透析时间的延长，对葡萄糖的吸附能力接近饱和，达到动态平衡，与试验结果相似。

相同时间内，大写字母不同表示差异极显著(P<0.01)

相同时间内，大写字母不同表示差异极显著(P<0.01)，小写字母不同表示差异性显著(P<0.05)

图6 葡萄糖透析延迟指数与时间的关系图

Figure 6 The relationgship beteween GDRI and time

3 结论

试验制备了红松松仁膜衣膳食纤维并对其不溶性膳食纤维进行木聚糖酶酶法改性，且对改性前后膳食纤维功能性质进行比较。结果表明，MSDF的葡萄糖吸附能力较SDF有显著提高，MIDF的葡萄糖吸附能力较IDF有极显著提高；在对胆固醇吸附能力方面，模拟胃环境下，改性使IDF、SDF的胆固醇吸附能力均有所提高，且MSDF显著高于SDF，可达56.14 mg/g；但在模拟小肠环境下，其改性前后的胆固醇吸附能力无明显变化；在胆酸钠吸附能力和葡萄糖透析延迟指数方面，改性可显著提高IDF的胆酸钠吸附能力和葡萄糖透析延迟指数，MIDF的胆酸钠吸附量可达到IDF的近3倍。预示经木聚糖酶改性后的红松松仁膜衣膳食纤维可能更具有促进肠道健康、控制血糖、降脂等功能。