祖齊欣,王勇,劉素穩(wěn),,3,4*,徐永平,李淑英,王淑玉,常學(xué)東,3

1(河北科技師范學(xué)院 食品科技學(xué)院,河北省燕山特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院,河北 秦皇島,066000)2(大連賽姆生物工程技術(shù)有限公司博士后工作站,遼寧 大連,116033)3(河北省燕山特色果品加工技術(shù)創(chuàng)新中心,河北 承德,067000)4(河北省果品加工技術(shù)創(chuàng)新中心,河北 秦皇島,066000)

山楂(CrataeguspinnatifidaBge.)隸屬于薔薇科山楂屬,藥食兩用,具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。其膳食纖維含量在水果中名列前茅,并且可溶性膳食纖維(water-soluble dietary fiber,SDF)含量較高,屬于高質(zhì)量膳食纖維。山楂富含多酚,具有降血脂、抗衰老、抗癌、抗疲勞等多種藥理作用[1-2]。目前,工業(yè)上提取多酚產(chǎn)生大量果渣廢棄物,通常作為廢料處理[3]。山楂果渣中膳食纖維未充分開(kāi)發(fā)利用,造成大量資源浪費(fèi)、企業(yè)效益低和農(nóng)民收入低等問(wèn)題。

膳食纖維作為第七大營(yíng)養(yǎng)素[4],它在預(yù)防和緩解便秘、高血糖、直腸癌和高血壓等方面發(fā)揮著重要作用[5-6]。特別是SDF能顯著影響碳水化合物和脂質(zhì)的代謝,還能吸附重金屬離子和膽固醇,引起了醫(yī)學(xué)界、食品工業(yè)甚至廣大公眾的關(guān)注[7-8]。目前國(guó)內(nèi)外制備SDF的主要方法有熱水提法、化學(xué)法、酶法、發(fā)酵法和聯(lián)合法。其中最常用的化學(xué)法易操作、適合大規(guī)模生產(chǎn),但需要經(jīng)過(guò)酸堿和高熱的處理,得到的SDF存在品質(zhì)、色澤較差,持水力和膨脹力下降等問(wèn)題[9-10]。酶法具有條件溫和、樣品純度高等特點(diǎn)。發(fā)酵法成本低、提取率高,但需要的環(huán)境條件復(fù)雜,難以控制[11]。因此,尋找和開(kāi)發(fā)具有SDF提取率高,功能特性好的技術(shù)成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

微波技術(shù)作為一種現(xiàn)代高新技術(shù)在食品中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。它作為一種波能,可以使加工后的溶劑經(jīng)歷偶極子旋轉(zhuǎn),迅速均勻地提高溶劑溫度,增加化合物的溶解度。微波輔助處理還可以增加細(xì)胞內(nèi)壓力,使細(xì)胞壁破裂,露出內(nèi)容物,有利于增加提取率和提高SDF功能特性[12-14]。例如,微波處理方竹筍膳食纖維,既增強(qiáng)了水合性,又提高了抗氧化性能[15]。因此,微波技術(shù)在SDF提取上有應(yīng)用潛力。多技術(shù)聯(lián)合法能夠有效彌補(bǔ)單一提取方法的缺點(diǎn),是較為完善的提取方法。目前還沒(méi)有關(guān)于微波聯(lián)合酶法提取山楂膳食纖維的研究。堿法提取具有操作簡(jiǎn)單、易于控制,是提取SDF最廣泛使用的方法之一。酶法提取是通過(guò)酶促反應(yīng)去除原料中非膳食纖維成分,提取物SDF具有較高純度。因此本實(shí)驗(yàn)研究采用微波酶法、酶法和堿法3種方法制備山楂SDF,并比較SDF的理化特性、抗氧化及體外調(diào)節(jié)糖脂的功能特性,以篩選出制備高質(zhì)量山楂果渣SDF的最優(yōu)方法,延長(zhǎng)山楂深加工產(chǎn)業(yè)鏈,促進(jìn)山楂產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

1.1.1 儀器與設(shè)備

ICS5000離子色譜儀、Nicolet5700傅里葉紅外光譜儀,美國(guó)Thermo Fisher Nicolet公司;UGC-24M氮吹儀,上海力辰儀器科技有限公司;SU-8010掃描電子顯微鏡、UV-2910紫外分光光度計(jì)、Dmax.2500v pc型X-射線衍射儀,日本Hitachi公司;ARC254差示掃描量熱儀,德國(guó)耐馳儀器制造有限公司;TDZ5-WS型臺(tái)式離心機(jī),長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司;WD900B型微波爐,順德市格蘭仕電器實(shí)業(yè)有限公司;LGJ.30D真空冷凍干燥機(jī),北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司。

1.1.2 試劑與材料

無(wú)水乙醇,天津永晟精細(xì)化工有限公司;α-淀粉酶(10萬(wàn) U/g)、糖化酶(10萬(wàn) U/g)、中性蛋白酶(15萬(wàn)U/g)、纖維素酶(10萬(wàn) U/g)、?；悄懰徕c、甘氨膽酸鈉,上海源葉生物科技有限公司;DPPH、抗壞血酸等試劑,美國(guó)Sigma公司;濃硫酸、濃鹽酸,福晨(天津)化學(xué)試劑有限公司;冰醋酸,天津市凱通化學(xué)試劑有限公司;NaOH,天津歐博凱化工有限公司。

山楂:摘自中國(guó)承德興隆縣,2020年10月采摘,全熟。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 山楂果渣膳食纖維提取

1.2.1.1 山楂果渣制備

山楂果渣取自提取多酚后的果渣,具體操作為:山楂果去核,山楂∶水=1∶2(g∶mL)打漿。山楂果漿與75%酸化乙醇按體積比1∶3在45 ℃恒溫水浴提取2 h,靜置抽濾,濾渣在45 ℃烘箱烘干8 h,粉碎后過(guò)篩得到干燥的山楂果渣。

1.2.1.2 山楂膳食纖維提取

微波輔助酶法制備SDF(microwave-enzymatic extraction of soluble dietary fiber,MSDF):經(jīng)響應(yīng)面優(yōu)化后的最佳提取方法為1.0 g山楂果渣加入10 mL蒸餾水,微波功率480 W處理3 min。靜置降溫至45 ℃,加入α-淀粉酶0.1%、纖維素酶0.5%、中性蛋白酶0.6%(均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)),在pH 4.5的條件下恒溫酶解120 min。95 ℃高溫蒸煮滅酶10 min,抽濾取上清液。向?yàn)V液中加入4倍體積無(wú)水乙醇,靜置醇沉12 h。在4 000 r/min離心15 min取沉淀,冷凍干燥后為MSDF。

酶法制備SDF(enzymatic extraction of soluble dietary fiber,ESDF):同上述微波酶輔助法,但不進(jìn)行微波處理。

堿法制備SDF(alkaline extraction of soluble dietary fiber,NSDF):參考許禎毅等[16]的方法。1.0 g SDF樣品,加入30 mL 50 g/L NaOH溶液,水浴60 min后趁熱抽濾取上清液,待濾液冷卻至25 ℃后用3 mol/L的HCl溶液調(diào)節(jié)濾液的pH值至4.5,過(guò)濾。按照微波輔助酶法離心,干燥得到NSDF。

1.2.2 SDF結(jié)構(gòu)測(cè)定

1.2.2.1 傅里葉變換紅外光譜(Fourier transform infrared spectroscopy,FT-IR)

將SDF樣品與KBr混合,在瑪瑙研缽中研磨。真空壓片,置于光路中掃描,掃描范圍為4 000～400 cm-1,得到紅外光譜。

1.2.2.2 外貌形態(tài)觀察

使用掃描電鏡觀察改性前后膳食纖維微觀結(jié)構(gòu)的變化。用離子噴金80 s,在100～10 000倍的掃描電鏡下拍攝。

1.2.2.3 X-射線衍射(X-ray diffraction,XRD)

工作電壓30 kV,工作電流20 mA,衍射角度2°～80°,分辨率0.02°,掃描速率10 ℃/min,掃描范圍3°～90°,波數(shù)為500～4 000 cm-1,獲得XRD譜圖[17]。

1.2.2.4 熱重分析(thermogravimetry analysis,TGA)

參照KHATKAR等[18]的方法,取5 mg SDF樣品置于熱重分析儀中,在N2環(huán)境,升溫速度5 ℃/min條件下,得到SDF樣品在50～600 ℃的TGA曲線。

1.2.3 SDF成分組成分析

1.2.3.1 SDF單糖組成分析

采用高效陰離子交換色譜測(cè)定SDF單糖組成。

(1)標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和計(jì)算方法

取9種單糖標(biāo)準(zhǔn)品(巖藻糖、鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖、半乳糖醛酸、葡萄糖醛酸)配成標(biāo)準(zhǔn)母液溶液。取各單糖標(biāo)準(zhǔn)溶液精密配制濃度標(biāo)準(zhǔn)品作為混標(biāo)。根據(jù)絕對(duì)定量方法,測(cè)定不同單糖質(zhì)量,根據(jù)單糖摩爾質(zhì)量計(jì)算出摩爾比。

(2)SDF樣品準(zhǔn)備

精密稱(chēng)量5 mg SDF樣品置于安瓿瓶中,加入3 mol/L三氟乙酸2 mL,120 ℃水解3 h。準(zhǔn)確吸取酸水解溶液轉(zhuǎn)移至管中N2吹干,加入5 mL水渦旋混勻,吸取50 μL加入950 μL去離子水,12 000 r/min離心5 min。取上清液進(jìn)行成分分析。

(3)色譜柱為DionexCarbopacTMPA20(3 mm×150 mm);流動(dòng)相A:H2O;B:15 mmol/L過(guò)氧乙酸鈉;15 mmol/L NaOH+100 mmol/L過(guò)氧乙酸鈉;流速0.3 mL/min;進(jìn)樣量5 μL;柱溫30 ℃;檢測(cè)器為電化學(xué)檢測(cè)器。

1.2.3.2 總酚、花色苷測(cè)定

福林-酚法測(cè)定SDF樣品總酚含量;pH示差法測(cè)定SDF樣品花色苷含量。

1.2.3.3 基本成分檢測(cè)

SDF純度、蛋白質(zhì)、脂肪、水分和灰分含量分別參照以下標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定:GB/T 5009.88—2016《食品中膳食纖維的測(cè)定》、GB 5009.5—2016《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》、GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測(cè)定》、GB 5009.3—2016《食品中水分的測(cè)定》和GB 5009.4—2016《食品中灰分的測(cè)定》。

1.2.4 SDF 理化性質(zhì)測(cè)定

1.2.4.1 持水力

向刻度試管中準(zhǔn)確稱(chēng)取質(zhì)量為1.0 g的干SDF樣品,加入10 mL的蒸餾水后將刻度試管放置于4 ℃冰箱1 h。4 000 r/min離心15 min,將其沉淀轉(zhuǎn)移到的表面皿中,稱(chēng)取其質(zhì)量[19]。根據(jù)公式(1)計(jì)算持水力。

(1)

式中:m1,干SDF樣品質(zhì)量,g;m2,表面皿質(zhì)量,g;m3,表面皿與SDF樣品質(zhì)量,g。

1.2.4.2 持油力

向刻度試管中準(zhǔn)確稱(chēng)取質(zhì)量為1.0 g的干SDF樣品,添加10 mL玉米油并充分混合將混合物置于(22±1) ℃恒溫箱1 h。4 000 r/min離心15 min后,稱(chēng)量棄上層油后的SDF樣品量[19]。根據(jù)公式(2)計(jì)算持油力。

(2)

式中:m1,干SDF樣品質(zhì)量,g;m2,棄去油層SDF樣品質(zhì)量,g。

1.2.4.3 吸水膨脹力

稱(chēng)取SDF樣品1.0 g于10 mL刻度試管中,測(cè)定干樣體積。加入10 mL蒸餾水,攪拌均勻,室溫下靜置24 h。測(cè)定膨脹后體積。根據(jù)公式(3)計(jì)算吸水膨脹力。

(3)

式中:V0,干SDF樣品體積,mL;V1,膨脹后體積,mL;m,干SDF樣品質(zhì)量,g。

1.2.4.4 溶解性

將1.0 g SDF樣品溶解30 mL蒸餾水中,并在25 ℃下?lián)u床振蕩6 h。4 000 r/min離心懸浮液,舍去上清液,在105 ℃烘干至恒重。根據(jù)公式(4)計(jì)算溶解性[20]。

(4)

式中:m1,SDF樣品殘?jiān)嬷梁阗|(zhì)量,g;m0,SDF樣品干質(zhì)量,g。

1.2.4.5 陽(yáng)離子交換能力

稱(chēng)取1.0 g SDF樣品浸沒(méi)于裝有0.10 mol/L HCl溶液的錐形瓶中,37 ℃振蕩24 h后過(guò)濾,收集濾渣。用蒸餾水不斷沖洗濾渣直至用100 g/L AgNO3檢測(cè)不到Cl-為止,最后干燥至恒重。0.1 g恒重SDF樣品置于裝有100 mL 50 g/L NaCl溶液的錐形瓶中,充分振蕩混合均勻,用NaOH溶液(0.01 mol/L)緩慢滴定,5 min后酚酞指示劑不變色即為滴定終點(diǎn),同時(shí)用純水替代HCl溶液做空白試驗(yàn)[21]。根據(jù)公式(5)計(jì)算陽(yáng)離子交換能力。

(5)

式中,m,SDF樣品質(zhì)量,g;V1,試樣消耗NaOH的體積,mL;V2,空白消耗NaOH的體積,mL;c,NaOH濃度,mol/L。

1.2.5 抗氧化能力測(cè)定

1.2.5.1 自由基清除能力

在試管中加入3 mL不同濃度SDF樣品和3 mL DPPH乙醇溶液(200 μmol/L),避光30 min,測(cè)定517 nm處的吸光度值。3 mL無(wú)水乙醇代替DPPH乙醇溶液作為空白組,測(cè)定吸光度值。對(duì)照組用3 mL蒸餾水代替SDF樣品,測(cè)定吸光值。根據(jù)公式(6)計(jì)算清除率,維生素C作為陽(yáng)性對(duì)照。

(6)

式中:A1,SDF樣品上清液的吸光度;A2,空白上清液的吸光度;A3,對(duì)照組上清液的吸光度。

1.2.5.2 羥自由基(·OH)清除能力

在SDF樣品組試管中加入0.4 mL 2 mmol/L水楊酸、1 mL 0.15 mmol/L FeSO4、0.2 mL SDF樣品溶液、1 mL 6 mmol/L H2O2和0.4 mL蒸餾水。對(duì)照組用蒸餾水代替水楊酸,空白組用蒸餾水代替SDF樣品溶液。以上3組試管37 ℃恒溫水浴1 h,取出冷卻,用蒸餾水調(diào)零,在510 nm處測(cè)吸光值。照公式(7)計(jì)算清除率,維生素C作為陽(yáng)性對(duì)照。

(7)

式中:A1,SDF樣品上清液的吸光度;A2,對(duì)照組上清液的吸光度;A3,空白組上清液的吸光度。

1.2.6 體外降血糖活性

1.2.6.1 葡萄糖吸附力測(cè)定

參考WANG等[22]的方法,將1.0 g SDF樣品加入100 mL 100 mmol/L葡萄糖溶液中,37 ℃水浴振蕩6 h。5 000 r/min離心15 min,取上清液,測(cè)定540 nm上清液中葡萄糖含量。葡萄糖吸附力按公式(8)計(jì)算。

(8)

式中:m,干SDF樣品質(zhì)量,g;n,原始葡萄糖含量,mmol;n2,吸附后葡萄糖含量,mmol。

1.2.6.2 α-淀粉酶抑制能力測(cè)定

將1.0 g SDF樣品和4.0 mg α-淀粉酶加入到40 mL玉米淀粉溶液中,將溶液在37 ℃水浴振蕩酶解1 h,然后加入0.1 mol/L NaOH溶液80 mL終止酶解反應(yīng)。5 000 r/min離心20 min,取上清液,用DNA法測(cè)定葡萄糖含量。以相同條件下未添加SDF樣品的玉米淀粉溶液為對(duì)照[23]。根據(jù)公式(9)計(jì)算。

(9)

式中:ρ1,添加膳食纖維樣本酶解液中的葡萄糖含量,mg/mL;ρ2,未添加膳食纖維樣本酶解液中的葡萄糖含量,mg/mL。

1.2.7 體外降血脂活性

1.2.7.1 膽固醇吸附能力

取鮮雞蛋蛋黃,用9倍蒸餾水稀釋攪拌至完全乳化,分別調(diào)節(jié)pH值至2和7,采用鄰苯二甲酸法測(cè)定記錄膽固醇含量。取1.0 g SDF樣品與分別與不同pH值的25 mL稀釋蛋黃液混合,37 ℃連續(xù)水浴振蕩2 h。取4 mL樣液,加入16 mL無(wú)水乙醇,5 000 r/min離心20 min,取上清液,測(cè)定波長(zhǎng)550 nm處上清液中膽固醇含量[24]。根據(jù)公式(10)計(jì)算。

(10)

式中:m,干SDF樣品質(zhì)量,g;W1,原始膽固醇含量,mg;W2,上清液膽固醇含量,mg。

1.2.7.2 膽酸鹽吸收能力

(1)膽酸鹽標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

參考于美匯等[25]的方法有改動(dòng)。配制濃度為0.03、0.06、0.12、0.18、0.24、0.30 mmol/L的甘氨膽酸鈉,0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30 mmol/L的?；悄懰徕c標(biāo)準(zhǔn)溶液。得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為甘氨膽酸鈉:Y=0.380 7X+0.022 8,R2=0.996 1和?；悄懰徕c:Y=0.234 2X+0.009,R2=0.999 2。

(2)膽酸鹽結(jié)合

參考于美匯等[25]的方法,分別移取3 mL 10 mg/mL SDF樣品溶液于100 mL具塞錐形瓶中,加入3 mL 10 mg/mL胃蛋白酶和1 mL 0.01 mol/L 的HCl溶液,37 ℃恒溫振蕩消化1 h;加入0.1 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至6.3,隨后加入4 mL 10 mg/mL胰蛋白酶,37 ℃恒溫振蕩消化1 h,每個(gè)SDF樣品中加入4 mL 0.4 mmol/L甘氨膽酸鈉和0.5 mmol/L?；悄懰徕c,37 ℃恒溫振蕩1 h后,4 000 r/min離心20 min,取上清液,387 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。甘氨膽酸鈉和?；悄懰徕c結(jié)合率按公式(11)、公式(12)計(jì)算。

(11)

式中:n1,甘氨膽酸鈉加入量,μmol;n2,甘氨膽酸鈉剩余量,μmol。

(12)

式中:n3,?；悄懰徕c加入量,μmol;n4,?；悄懰徕c剩余量,μmol。

1.2.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。采用SPSS 26.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,平均數(shù)之間的差異通過(guò)單因素方差分析(ANOVA),P<0.05為顯著性差異,采用Origin 9.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 提取方式對(duì)SDF外觀的影響

由圖1可知3種提取方式的膳食纖維在感官上有很大差別。MSDF和ESDF顏色較淺,而NSDF顏色極深,這可能是因?yàn)閴A法提取過(guò)程中,強(qiáng)堿使山楂果渣中膳食纖維可溶性色素或者蛋白質(zhì)發(fā)生褐變,產(chǎn)生深色物質(zhì)。從狀態(tài)上看MSDF外觀更加蓬松,表明微波酶解提取SDF具有良好的外觀。

圖1 三種提取方式的SDF外觀對(duì)比Fig.1 Comparison of SDF appearance among three extraction methods

2.2 提取方式對(duì)SDF結(jié)構(gòu)的影響

為進(jìn)一步確定3種提取方式對(duì)SDF結(jié)構(gòu)和熱特性的影響,采用FTIR、XRD、掃描電鏡、TGA等方法進(jìn)行分析。

2.2.1 山楂SDF的FT-IR分析

圖2 不同提取方式下SDF的FT-IR圖Fig.2 FT-IR diagram of SDF under different extraction methods

2.2.2 山楂SDF微觀結(jié)構(gòu)分析

在圖2基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析SDF的微觀結(jié)構(gòu)。如圖3所示,ESDF表面光滑,結(jié)構(gòu)緊湊。經(jīng)NaOH溶液提取的NSDF顆粒表面不均勻,形成斷層結(jié)構(gòu)。SDF經(jīng)微波酶解,也形成斷層結(jié)構(gòu),表面有大量小顆粒,形成雪花狀,與前人研究結(jié)果一致[27]。造成這種現(xiàn)象的原因是微波引起SDF內(nèi)部局部過(guò)熱,細(xì)胞內(nèi)的蒸氣壓迅速上升,局部水蒸氣使細(xì)胞壁破裂,導(dǎo)致比表面積增加,形狀松散多孔。MSDF這些松散的結(jié)構(gòu)有利于擴(kuò)大SDF顆粒的表面積,對(duì)提高SDF的持水能力和溶脹比具有積極作用。

a-MSDF;b-ESDF;c-NSDF

2.2.3 山楂SDF晶體結(jié)構(gòu)分析

SDF晶體結(jié)構(gòu)可影響其持水性和持油性,因此測(cè)定其結(jié)晶性可以推測(cè)其功能特性。3種提取方式對(duì)SDF晶體結(jié)構(gòu)的影響見(jiàn)圖4。

圖4 不同提取方式SDF的XRD圖Fig.4 XRD patterns of SDF with different extraction methods

MSDF和ESDF在2θ=17.45°、21.1°、32.2°和40.1°處出現(xiàn)明顯的衍射峰,NSDF與前兩種提取方法的SDF不同是13.12°處有一個(gè)大的衍射峰。3種方法在21.1°處為主衍射峰,與天然纖維素I一致結(jié)晶結(jié)構(gòu)是結(jié)晶區(qū)與無(wú)定形區(qū)共存的狀態(tài)。微波后SDF的衍射峰形狀沒(méi)有發(fā)生顯著變化,微波沒(méi)有改變SDF的晶型。NSDF結(jié)晶區(qū)的峰高以及峰面積均有所下降,說(shuō)明相對(duì)結(jié)晶度均有不同程度的降低。這可能是因?yàn)镹aOH溶液處理在一定程度上破壞了SDF的結(jié)晶區(qū)域,結(jié)晶區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷^(qū),進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)晶度略有下降,NSDF的分子間作用力減弱,可以呈現(xiàn)更松散的形態(tài),有利于SDF的水合性能[28]。這一結(jié)果與王司琪等[29]研究的玉耳膳食纖維結(jié)果一致。

2.2.4 山楂SDF熱特性分析

TGA是研究材料熱降解的有效方式,分析熱重可以了解SDF在食品加工中的穩(wěn)定性。在加熱條件下,SDF失重可分為3個(gè)階段:干燥階段、碳化階段和燃燒階段(圖5)。在第一階段,在30～200 ℃有一個(gè)小的損失,主要反應(yīng)可能是SDF樣品脫水。第二階段,在200～300 ℃發(fā)生嚴(yán)重失重,過(guò)程包括聚糖環(huán)脫水和細(xì)胞壁細(xì)胞骨架分解。第三階段為500～600 ℃,在此溫度下,SDF幾乎分解。NSDF最終的殘余重量高于其他兩種方法的原因可能是,NSDF中含有不被碳化的化學(xué)物質(zhì)。微波前后SDF在熱學(xué)性質(zhì)曲線中未觀察到明顯差異,這說(shuō)明微波處理未對(duì)山楂果渣SDF的熱穩(wěn)定性產(chǎn)生顯著影響。

圖5 不同提取方式SDF熱重圖Fig.5 SDF thermogravimetric graph with different extraction methods

2.3 提取方式對(duì)山楂果渣SDF成分組成的影響

2.3.1 SDF單糖成分組成分析

單糖組成如表1和圖6所示,3種SDF含有9種單糖,包括巖藻糖、鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖、半乳糖醛酸、葡萄糖醛酸。其中半乳糖醛酸是MSDF和ESDF中的主要單糖,含量分別高達(dá)306.07和298.38 μg/mg,MSDF略高于ESDF。可能是微波處理導(dǎo)致多糖鏈部分?jǐn)嗔?小幅度增加了半乳糖醛酸含量。半乳糖醛酸是由α-1,4糖苷鍵線性連接在一起的多聚物,也是果膠中的主要單糖,半乳糖醛酸的大量存在表明果膠可能是SDF的重要成分。MSDF和ESDF中葡萄糖、阿拉伯糖、半乳糖和木糖濃度較高,4種糖總含量分別為202.7和196.93 μg/mg,說(shuō)明半纖維素聚合物也是山楂果渣SDF的主要成分之一。NSDF中葡萄糖含量最高,其次是半乳糖醛酸和阿拉伯糖,這表明半纖維素和纖維素等非果膠多糖與NSDF一起提取。KEREH等[30]證明含糖醛酸的物質(zhì)可以提高雞蛋的抗氧化性,表明糖醛酸的含量越高,其清除自由基的能力越強(qiáng)。本研究3種方法得到的SDF均存在具有抗氧化能力的半乳糖醛酸,其中MSDF含量最高。MA等[31]的研究表明,低聚半乳糖醛酸在小鼠抗UVB輻射中有較好的抗氧化作用,這可能是SDF具有抗氧化作用的原因之一。

表1 不同提取方式的山楂果渣SDF單糖成分 單位:μg/mg

1-巖藻糖;2-鼠李糖;3-阿拉伯糖;4-半乳糖;5-葡萄糖;6-木糖;7-甘露糖;8-半乳糖醛酸;9-葡萄糖醛酸a-MSDF色譜圖;b-ESDF色譜圖;c-NSDF色譜圖

2.3.2 SDF總酚和花色苷含量分析

如圖7所示,3種方法的SDF中均含有微量的總酚、花色苷?？偡雍縀SDF中含量高于MSDF和NSDF(P<0.05)(圖7-a),推測(cè)原因可能是微波加熱和強(qiáng)堿使得酚類(lèi)物質(zhì)分解。如圖7-b所示,NSDF中花色苷含量顯著高于其他兩種提取方式的SDF(P<0.05),其他兩種提取方法的SDF中花色苷含量差別不大(P>0.05)。

a-總酚含量;b-花色苷含量

2.3.3 基本成分分析

由表2可知,3種提取方式提取均獲得高純度SDF樣品,酶法和微波酶法純度高于堿法。表明采用酶法或微波酶法提取SDF具有純度好的優(yōu)點(diǎn)。

表2 三種方法SDF主要成分含量Table 2 Content of main components of SDF in three methods

2.4 提取方式對(duì)山楂SDF理化性質(zhì)的影響

由表3可知,MSDF持水力為2.69 g/g,分別高于ESDF 64.02%、NSDF 20.09%,持油力為0.51 g/g分別高于ESDF 4.08%、NSDF 24.39%,吸水膨脹力6.67 mL/g高于ESDF 15.80%、NSDF 10.07%(P<0.05)。溶解性大小在一定程度上反映SDF分子質(zhì)量大小,溶解度越高,分子質(zhì)量越小,由溶解度結(jié)果可知,3種方法山楂果渣SDF在25 ℃時(shí)的溶解性均大于50%,且MSDF溶解性最高。由此推測(cè)3種方法提取的SDF都是低分子質(zhì)量物質(zhì)。膳食纖維陽(yáng)離子交換能力具有降血壓、排毒的功效,表3看出MSDF陽(yáng)離子交換能力高于ESDF 122.22%,高于NSDF 90.17%,顯著高于其他兩種方法的SDF(P<0.05),原因可能是微波使得SDF的羧基、羥基、氨基等側(cè)鏈基團(tuán)暴露出來(lái)從而提高陽(yáng)離子交換能力。

表3 不同提取方式的山楂果渣 SDF 功能特性Table 3 Functional properties of hawthorn pomace SDF with different extraction methods

2.5 提取方式對(duì)山楂SDF抗氧化能力的影響

維生素C具有良好的DPPH自由基清除活性,以維生素C為對(duì)照驗(yàn)證SDF的DPPH自由基清除能力。由圖8-a可知,3種提取方式SDF都具有較好的DPPH自由基清除能力,清除率隨著SDF濃度增加而增強(qiáng)。MSDF的清除能力最強(qiáng),半抑制濃度(half inhibitory concentration,IC50)為0.07 mg/mL,ESDF的清除能力IC50為0.08 mg/mL,NSDF清除率IC50為0.31 mg/mL,NSDF的DPPH自由基清除能力最弱,可能原因是NSDF的半乳糖醛酸含量較低。由圖8-b可知,3種SDF對(duì)·OH清除效果明顯,其清除能力隨SDF濃度的增大而增強(qiáng)。其中ESDF的清除效果最強(qiáng),IC50為1.23 mg/mL,MSDF清除率IC50略高于ESDF。

a-DPPH自由基清除能力;b-·OH清除能力

2.6 提取方式對(duì)山楂SDF體外降血糖、降血脂活性的影響

如圖9所示,3種方法的SDF都具有較好的α-淀粉酶的抑制能力,而MSDF葡萄糖吸收能力高于ESDF 30.31%,高于NSDF 16.50%(P<0.05)。研究證明,增加SDF的顆粒粒徑、孔隙和水合性能可以有效增加其葡萄糖吸收能力[32]。MSDF的葡萄糖吸收能力顯著高于ESDF,與前文所述的結(jié)果一致。如圖10所示,3種方法均具有良好的甘氨酸鈉結(jié)合能力,且NSDF稍高于其他兩種方法。MSDF?；悄懰徕c結(jié)合率分別高于ESDF 63.77%,NSDF 23.40%(P<0.05)。不同提取方式SDF對(duì)膽固醇的吸附能力存在顯著差異(P<0.05),當(dāng)pH=7時(shí),其大小順序?yàn)镸SDF>NSDF>ESDF,MSDF比ESDF高28.45%,當(dāng)pH=2時(shí),其大小順序?yàn)镹SDF>MSDF>ESDF。兩種pH值下的ESDF吸收能力顯著低于其他兩種方法(P<0.05)。酸度和堿度對(duì)SDF吸附膽固醇的能力有很大影響,模擬小腸的pH=7環(huán)境中對(duì)膽固醇的吸附能力高于模擬胃pH=2酸性條件,表明山楂果渣SDF主要作用于腸道。比表面積的增加和電荷密度的變化是增加SDF膽固醇吸收能力、膽酸鈉結(jié)合能力一大重要因素。微波法制備的MSDF結(jié)構(gòu)蓬松,增加了比表面積,這可能是膽固醇吸收能力與膽酸鈉結(jié)合能力顯著高于ESDF的原因。

a-α-淀粉酶抑制能力;b-葡萄糖吸收能力

3 結(jié)論與討論

本研究以山楂果渣為原料提SDF,驗(yàn)證了3種提取方式對(duì)SDF的理化、結(jié)構(gòu)和功能特性的影響。與其他兩種方式相比較,微波酶解法提取的SDF具有純度高、條件溫和、SDF功能特性較好等特點(diǎn),開(kāi)發(fā)價(jià)值較高。MSDF與ESDF以半乳糖醛酸和阿拉伯糖為主,NSDF葡萄糖含量最高。MSDF的持水力、持油力等理化性質(zhì)良好,優(yōu)于ESDF和NSDF;并且MSDF結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)雪花狀疏松、多孔。3種方法山楂果渣SDF均具有抑制α-淀粉酶,葡萄糖吸收的能力,對(duì)膽固醇和膽酸鈉表現(xiàn)出了較高的吸附性能,且MSDF在3種方法中表現(xiàn)最佳,具備開(kāi)發(fā)功能性食品的潛力,但其體內(nèi)功能作用和機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

微波酶解法提取山楂果渣SDF具有開(kāi)發(fā)意義,且山楂果渣SDF具有作為預(yù)防肥胖、高血糖、高血脂等慢性疾病的功能食品原料來(lái)源的潛力。既可以提高山楂農(nóng)副產(chǎn)品的利用率,又能減輕副產(chǎn)物的環(huán)境污染,延長(zhǎng)山楂深加工的產(chǎn)業(yè)鏈。