酶解改性两种食用菌膳食纤维理化及功能性质比较

杨晰茗徐红艳,2王 超李胜男赵欣锐

(1. 延边大学农学院，吉林 延吉 133002；2. 延边大学食品研究中心，吉林 延吉 133002)

膳食纤维具有降血脂、抑制肥胖及调节肠道健康[1-3]等多种功效，被誉为“第七大营养素”，作为果蔬类食物的主要成分，可分为可溶性膳食纤维(Soluble dietary fiber，SDF)和不溶性膳食纤维(Insoluble dietary fiber，IDF)。不同来源的SDF与IDF在体内的生理功能有所不同[4]，并且具有良好理化特性的膳食纤维可显著提高加工食品的质构和风味[5]。IDF可通过酶法、化学法、物理法和微波法等实现改性，从而提高SDF得率并改善膳食纤维的理化与功能特性[6]，使其广泛应用成为可能。其中酶法改性具有高效、特异、温和的特点[7]，课题组[8]研究也发现木聚糖酶改性膳食纤维的得率更高。

高粱乌米(Sporisoriumreilianum)是黑粉菌寄生在高粱穗上形成的真菌，因在生长结菌期内不可施用化肥农药，被公认为无污染无公害的新兴菌类产品[9]。目前中国种植保鲜技术已趋于成熟，吉林、辽宁等省份均有大面积种植，且产量逐步提升，主要以鲜食和速冻的初级加工产品为主，精深加工程度极低[10]，功能性质等方面的研究更少。杏鲍菇(Pleurotuseryngii)作为一种餐桌常见菌类，是中国工厂化栽培程度最高的食用菌之一，集食药用功能于一身，其中多糖含量远高于金针菇和平菇[11]，具有良好的降血糖、降血脂和保护肾脏的功能[12]。目前杏鲍菇产品主要以加工程度较低的干制品和罐头制品为主[13]，精深加工种类少，缺乏创新性，活性物质的研究也主要集中于多糖成分。

基于改性可改善膳食纤维的理化和功能性质，以及目前关于高梁乌米研究较少，杏鲍菇研究多集中于多糖成分，研究拟以高粱乌米和杏鲍菇为原料，利用木聚糖酶改性，制备SDF与IDF，在测定理化性质的基础上，通过模拟胃肠道环境，测定体外功能性质，并进行比较分析，旨在为高粱乌米和杏鲍菇中膳食纤维的深入研究提供理论依据，同时也为食用菌膳食纤维的研究提供参考，以促进食用菌的精深加工及应用。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 原料与试剂

高粱乌米：东辽县顺禾乌米种植专业合作社；

杏鲍菇：市售；

高峰α-淀粉酶(≥4 000 U/g)、碱性蛋白酶(≥2.0×105U/g)、淀粉葡萄糖苷酶(200 U/mg)、纤维素酶(50 U/mg)，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、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；

多功能粉碎机：SB-10A型，上海市浦恒信息科技有限公司；

速冻离心机：Z400K型，德国Hermle公司；

冷冻干燥机：LGJ-10型，北京四环仪器厂制造；

分光光度计：UV-7504型，上海欣茂仪器有限公司。

1.2 方法

1.2.1 膳食纤维的制备 参照GB 5009.88—2014《食品中膳食纤维的测定》并稍作修改。将预处理的原料烘干、粉碎过筛、脱脂脱糖3次后，取1 000 g放入烧杯中，按m原料∶V水=1∶20 (g/mL)加入蒸馏水混匀，加入淀粉酶溶液，搅匀密封置于95 ℃水浴35 min后冷却至60 ℃。调pH至9加入蛋白酶溶液，铝箔密封置于50 ℃水浴30 min，取出后不断搅拌。调pH至4.1加入糖化酶溶液，密封置于60 ℃ 水浴30 min，取出冷却至50 ℃，不断搅拌。调pH至4.5加入纤维素酶溶液，密封置于50 ℃水浴2 h后取出，不断搅拌。沸水浴灭酶10 min后，冷却离心所得沉淀为高粱乌米不可溶膳食纤维(S-IDF)，上清液浓缩后醇沉离心得到乌米可溶性膳食纤维(S-SDF)，冻干后保存备用。按相同方法制备杏鲍菇膳食纤维，得杏鲍菇可溶性膳食纤维(P-SDF)和杏鲍菇不可溶性膳食纤维(P-IDF)。

1.2.2 膳食纤维含量的测定 参照GB/T 5009.88—2014《食品中膳食纤维的测定》，计算公式如式(1)所示。

(1)

式中：

DF——膳食纤维含量，%；

m1——膳食纤维质量，g；

m0——试样质量，g。

1.2.3 膳食纤维理化性质的测定

(1) 溶胀力：参照胡荣锁等[14]的方法，计算公式如式(2) 所示。

(2)

式中：

CS——溶胀力，mL/g；

V1——试样膨胀后体积，mL；

V0——试样干体积，mL；

m0——试样干重，g。

(2) 持水力：参照Zhang等[15]的方法，计算公式如式(3) 所示。

(3)

式中：

CWH——持水力，g/g；

m1——试样湿重，g；

m0——试样干重，g。

(3) 持油力：参照Sangnark等[16]的方法，计算公式如式(4)所示。

(4)

式中：

COH——持油力，g/g；

m1——吸油后试样重量，g；

m0——试样干重，g。

1.2.4 膳食纤维功能性质的测定

(1) 对葡萄糖吸附能力：参照周笑犁等[17]的方法，制作葡萄糖吸附量的标准曲线，方程为：Y=2.326 4X-0.026 7，R2=0.994 1。计算公式如式(5)所示。

(5)

式中：

CGA——葡萄糖吸附能力，mg/g；

c0——吸附前葡萄糖浓度，mg/mL；

c1——吸附后葡萄糖浓度，mg/mL；

V——溶液体积，mL；

m——试样质量，g。

(2) 对胆固醇吸附能力：参照程明明[18]的方法。制作胆固醇吸附量的标准曲线，方程为：Y=9.48X-0.015 3，R2=0.996 6。计算公式如式(6)所示。

(6)

式中：

CCA——胆固醇吸附能力，mg/g；

c0——吸附前胆固醇浓度，mg/mL；

c1——吸附后胆固醇浓度，mg/mL；

V——溶液体积，mL；

m——试样质量，g。

(3) 对胆酸钠吸附能力：参照罗磊等[19]的方法。制作胆酸钠标准曲线，方程为：Y=1.424 7X-0.004 2，R2=0.996 5。计算公式如式(7)所示。

(7)

式中：

CSCA——胆酸钠吸附能力，mg/g；

c0——吸附前胆酸钠浓度，mg/mL；

c1——吸附后胆酸钠浓度，mg/mL；

V——溶液体积，mL；

m——试样质量，g。

(4) 葡萄糖透析延迟指数：参照Fuentes-Alventosa等[20]的方法。制作葡萄糖吸附量标准曲线，方程为：Y=0.010 2X-0.046 8，R2=0.994。计算公式如式(8)所示。

(8)

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。

1.2.5 数据统计与分析 试验结果通过SPSS 17.0软件进行统计分析，以最小显著差异(least signicant difference，LSD)法进行两两比较。

2 结果与分析

2.1 膳食纤维的含量

测得S-SDF含量为20.8%，S-IDF含量为55.13%；P-SDF含量为10%，P-IDF含量为69.15%。研究[21]表明，IDF含量高于90%可使膳食纤维的功能受到抑制，但随着SDF在总膳食纤维中所占比例的增加，其功能性质随之提高，当SDF含量高于10%时可称为优质膳食纤维。试验结果发现，高粱乌米中SDF所占比例大于杏鲍菇，预示高粱乌米膳食纤维可能具有更好的功能性质。

2.2 膳食纤维理化性质分析

膳食纤维的高持水力、溶胀力和持油力，在胃肠道中有利于推迟胃排空进程、增加粪便体积、加快排泄速度，促进肠道健康[22]；且良好的理化性质有利于改善食品的风味口感，并提高加工中的稳定性及产率[23]。由表1可知，高粱乌米膳食纤维的溶胀力显著强于杏鲍菇膳食纤维(P<0.05)，S-SDF的溶胀力达到11.83 mL/g；P-IDF的持水力显著强于其他3种膳食纤维(P<0.05)，达到4.55 g/g，S-SDF显著强于P-SDF；SDF的持油力显著强于IDF(P<0.05)，其中P-SDF的持油力最强，达到3.01 g/g。

2.3 膳食纤维功能性质分析

2.3.1 膳食纤维葡萄糖吸附能力分析 膳食纤维可有效地吸附葡萄糖，抑制其扩散，减少肠道内可获得的葡萄糖量，从而达到控制血糖的目的[24]。由图1可知，4种膳食纤维的葡萄糖吸附能力均随葡萄糖浓度的增加而提高，大小依次为S-IDF>P-IDF>S-SDF>P-SDF。高粱乌米膳食纤维对葡萄糖的吸附能力显著强于杏鲍菇膳食纤维(P<0.05)，IDF的吸附能力强于SDF。有研究[25]发现，并不是所有的SDF都具有良好的改善血糖、降低胆固醇等功效，与其黏性、发酵性能均具有相关性。试验中可能是高粱乌米膳食纤维的孔隙率、黏性和比表面积大于杏鲍菇，使其捕获葡萄糖分子的能力更强[26]，且酶解改性可能进一步造成了S-SDF与P-SDF微观结构的变化[27]，影响了膳食纤维与葡萄糖的相互作用。以上结果表明高粱乌米膳食纤维具有更好的葡萄糖吸附能力。

2.3.2 膳食纤维胆固醇吸附能力分析 由图2可知，模拟胃环境(pH 2)中，胆固醇吸附能力大小顺序为P-IDF>S-IDF>S-SDF>P-SDF；模拟肠道环境(pH 7)中，胆固醇吸附能力顺序为P-IDF>S-IDF>P-SDF>S-SDF，且膳食纤维在肠道环境中胆固醇吸附能力均强于胃环境中。主要原因可能是酸性环境中大量存在的氢离子，导致膳食纤维与胆固醇携带部分正电荷，由于两者之间存在的排斥力使结合力减弱，导致膳食纤维的胆固醇吸附能力降低[28]。P-IDF的吸附能力在两种环境中均显著优于S-IDF，在模拟胃环境中S-SDF的吸附能力显著优于P-SDF(P<0.05)，而在模拟肠道环境中正好相反。预示在胃环境中，高梁乌米膳食纤维可能具有更好的调节作用；肠道环境中，杏鲍菇膳食纤维的调节作用可能优于高粱乌米膳食纤维。

表1 高粱乌米与杏鲍菇4种膳食纤维的理化性质†

2.3.3 膳食纤维胆酸钠吸附能力分析 人体中90%以上的胆汁酸以胆酸钠等结合物的形式存在，膳食纤维通过结合胆酸盐可降低其再吸收，抑制其表面活性剂在小肠内的活性，减少脂质乳化，而大肠内的解吸胆盐将被微生物群代谢或随粪便排出[29]。由图3可知，4种膳食纤维对胆酸钠吸附能力大小为S-IDF>P-IDF>S-SDF>P-SDF。

字母不同表示差异性显著(P<0.05)

字母不同表示差异性显著(P<0.05)

其中S-IDF的胆酸钠吸附能力最强，达83.8%，其原因可能是与酶解改性后的SDF相比，IDF具有较强的分子极性和较高的阳离子化程度，更易与胆酸盐阴离子形成相互作用[30]；S-SDF的吸附能力强于P-SDF，可能是S-SDF分子极性强于P-SDF，导致吸附能力更强。预示高粱乌米膳食纤维可能具有更好的肠道健康调节作用，有待于深入研究。

2.3.4 膳食纤维葡萄糖透析延迟指数分析 葡萄糖在肠道的透析延迟有利于肠道中益生菌发酵，通过产生短链脂肪酸降低肠道pH，从而降低感染危险。葡萄糖透析延迟指数可有效地反映葡萄糖在胃肠道中的延迟吸收进程，研究[31]表明，其与可溶性膳食纤维的含量呈正相关。因此测定S-SDF与P-SDF的葡萄糖透析延迟指数，结果如图4所示，P-SDF与S-SDF的葡萄糖透析延迟指数随时间的延长呈上升趋势，且S-SDF显著高于P-SDF(P<0.05)，在60 min时达38.28%。主要原因可能是两者结构的差异，S-SDF的黏性优于P-SDF，导致其延迟胃排空的能力更强[32]。表明高粱乌米可溶性膳食纤维葡萄糖透析延迟的能力显著优于杏鲍菇可溶性膳食纤维，可能更有利于胃肠道健康。

字母不同表示差异性显著(P<0.05)

字母不同表示差异性显著(P<0.05)

3 结论

通过比较理化性质与功能性质，发现理化性质方面杏鲍菇膳食纤维强于高粱乌米膳食纤维，其中杏鲍菇不可溶性膳食纤维持水力和杏鲍菇可溶性膳食纤维持油力最强；乌米可溶性膳食纤维溶胀力最强。功能性质方面，高粱乌米膳食纤维总体强于杏鲍菇膳食纤维，具体表现在高粱乌米膳食纤维的葡萄糖吸附能力、胆酸钠吸附能力、葡萄糖透析延迟指数均显著强于杏鲍菇膳食纤维。以上结果表明杏鲍菇膳食纤维可能更适用于食品的加工，以促进食品品质的改善；相比于杏鲍菇膳食纤维，高粱乌米膳食纤维具有更好的功能性质，预示在体内可能具有良好的促进肠道健康、降糖等功效。但目前关于高粱乌米和杏鲍菇膳食纤维理化功能性质差异的原因尚不清楚，因此关于两种膳食纤维的结构表征、以及通过体内试验或细胞试验进一步评价相关生理功能还有待深入研究，以促进相关功能性食品的开发。