豆渣膳食纖維的體外吸附性能

阮傳英，涂宗財(cái),2,*，王 輝，柳軍凱，堯思華，秦曉輝

（1.南昌大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330047；2.江西師范大學(xué) 功能有機(jī)小分子教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330022）

豆渣膳食纖維的體外吸附性能

阮傳英1，涂宗財(cái)1,2,*，王 輝1，柳軍凱1，堯思華1，秦曉輝1

（1.南昌大學(xué) 食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330047；2.江西師范大學(xué) 功能有機(jī)小分子教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330022）

以大豆豆渣為原料，提取得到可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber， SDF）、不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）、果膠、半纖維素A（hemicellulose A，HCA）和半纖維B（hemicellulose B，HCB），分別研究其對葡萄糖、丙烯酰胺、NO2-及重金屬的體外吸附能力。結(jié)果表明：膳食纖維的吸附能力與膳食纖維的種類、被吸附物的種類以及溶液的pH值等多種因素有關(guān)。豆渣膳食纖維中可溶性組分（SDF、HCB、果膠）的吸附能力較不溶性組分（IDF、HCA）強(qiáng)；豆渣膳食纖維對葡萄糖、NO2-、重金屬有較強(qiáng)的吸附能力，但吸附丙烯酰胺的能力較弱；豆渣膳食纖維對NO2-、丙烯酰胺等物質(zhì)在胃中（pH 2）的吸附能力大于在腸道中（pH 7）的吸附能力，而對重金屬陽離子的吸附能力則在腸道中更強(qiáng)。

膳食纖維；吸附能力；葡萄糖；丙烯酰胺；NO2-；重金屬

膳食纖維具有多種生理功能，如預(yù)防便秘[1]、結(jié)腸癌[2]、乳腺癌[3]，降低心血管疾?。╟ardiovascular disease，CVD）[4]、肥胖[5]等慢性疾病的發(fā)病率等。膳食纖維可以有效的吸附腸道內(nèi)的垃圾，因而被人們稱為“腸道清道夫”。研究表明，膳食纖維的許多生理功能的發(fā)揮與其吸附性能有關(guān)，如對NO2-的吸附可以減少機(jī)體內(nèi)亞硝胺的形成，進(jìn)而防止胃癌[6]；對葡萄糖的吸附可以控制飯后血糖的水平[7]；對膽汁酸的吸附，可以加速膽固醇的分解，降低血脂，從而降低高血壓、心臟病的發(fā)生率[8]。丙烯酰胺是一種神經(jīng)毒素、致癌物，廣泛存在于燒烤、油炸等食品中。有研究發(fā)現(xiàn)，膳食纖維可以保護(hù)小腸細(xì)胞壁免受丙烯酰胺的毒害[9]；另外，膳食纖維中含有的羥基、羧基、酚羥基等活性基團(tuán)，可以與重金屬結(jié)合，使重金屬隨糞便排出，減少重金屬在體內(nèi)的積累及其對機(jī)體的毒害作用[10]。

膳食纖維的吸附能力與膳食纖維的來源、種類[11]、顆粒大小、形貌[12]，被吸附物的種類、濃度[13]及溶液的pH值、溫度[14]等密切相關(guān)。目前，國內(nèi)外對膳食纖維吸附性能的研究主要集中在其對某一種物質(zhì)的吸附及吸附機(jī)理的探討方面，而對其在生理?xiàng)l件下的吸附性能尚無系統(tǒng)性的研究。本實(shí)驗(yàn)以大豆豆渣為原料，從中提取得到5 種膳食纖維即可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）、不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）、果膠、半纖維A（hemicellulose A，HCA）、半纖維B（hemicellulose B，HCB），研究生理?xiàng)l件下它們對葡萄糖、丙烯酰胺、NO2-及重金屬（鉛、銅、鎘、鋅）的吸附能力，從而為豆渣資源的開發(fā)和營養(yǎng)價(jià)值的評估提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

豆渣 南昌市青山湖菜市場；耐高溫α-淀粉酶、蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶 美國Sigma-Aldrich公司；亞硝酸納、葡萄糖、丙烯酰胺、硫酸銅、硝酸鉛、硫酸鎘、硫酸鋅、鹽酸、硝酸、氫氧化鈉等均為分析純 天津大茂試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

THZ-82A水浴恒溫振蕩器 金壇市榮華儀器制造有限公司；離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；LGJ-1冷凍干燥機(jī) 北京亞泰科隆儀器技術(shù)有限公司；T6紫外-可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；Agilent 1100高效液相色譜儀 美國Agilent公司；AANALYST700/800原子吸收分光光度計(jì) 美國Perkin Elmer公司。

1.3 膳食纖維的提取

SDF和IDF的提取參考AOAC 991.43，即先用α-淀粉酶、蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶酶解豆渣，除去其中的蛋白質(zhì)和淀粉，再用熱水洗滌，得到濾渣為IDF，濾液用4倍體積的95%乙醇沉淀，醇沉物為SDF，分別冷凍干燥即得到IDF和SDF樣品；果膠的提取參考徐金瑞[15]的提取方法；HCA和HCB的提取參考Hu Guohua等[16]的方法，即先將豆渣溶解于4%的NaOH溶液中，室溫浸泡18 h，離心后濾渣用50%的醋酸浸泡，經(jīng)離心，濾渣干燥后為HCA樣品，濾液透析后醇沉再冷凍干燥得到HCB樣品。

1.4 膳食纖維含量的測定

SDF、IDF的含量測定參考AOAO 991.43。果膠、HCA和HCB的含量測定，取一定質(zhì)量的干燥粉粹后的豆渣樣品（m0），根據(jù)相應(yīng)的提取方法分別提取果膠、HCA和HCB成分，干燥后稱質(zhì)量所得樣品的質(zhì)量（mi），膳食纖維含量按照式（1）計(jì)算。

1.5 葡萄糖吸附能力的測定

參考Ou等[17]的方法。稱取0.1 g的樣品于50 mL的離心管中，加入20 mL的50 mmol/L的葡萄糖溶液，37 ℃培養(yǎng)2 h，吸附平衡后，4 000 r/min離心20 min，采用DNS法[18]測定上清液中葡萄糖的濃度。以蒸餾水代替葡萄糖溶液為對應(yīng)樣品的空白組。葡萄糖吸附能力按照式（2）計(jì)算。

式中：c0為葡萄糖溶液的起始濃度/（μmol/L）；ce為吸附平衡時葡萄糖濃度/（μmol/L）；V 為葡萄糖溶液的體積/L；m為樣品質(zhì)量/g。

1.6 丙烯酰胺吸附能力的測定

稱取0.5 g樣品于150 mL的錐形瓶中，加入50 mL 15 mmol/L的丙烯酰胺溶液，調(diào)節(jié)pH值至2.0或7.0，于37 ℃、120 r/min恒溫水浴振蕩2 h，混合物于4 000 r/min離心20 min，取上清液，用高效液相色譜儀測剩余的丙烯酰胺濃度。根據(jù)吸附前后的濃度差計(jì)算丙烯酰胺的吸附量[19]。

1.7 NO2-吸附能力的測定

稱取0.5 g樣品于150 mL的錐形瓶中，加入50 mL，100 μmol/L的亞硝酸納溶液，調(diào)節(jié)pH值至2.0或7.0，于37 ℃、120 r/min恒溫水浴振蕩2 h，混合物于4 000 r/min離心20 min，取上清液，按GB/T5009.33—2010《食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》測定溶液中NO2-的含量。根據(jù)反應(yīng)前后的濃度差計(jì)算吸附量[20]。

1.8 重金屬吸附能力的測定

稱取樣品0.5 g于150 mL的錐形瓶中，加入50 mL的重金屬溶液，調(diào)節(jié)pH值至2.0或7.0，于37 ℃、120 r/min恒溫水浴振蕩2 h，混合物于4 000 r/min離心20 min，取上清液，用原子吸收分光光度計(jì)測定溶液中重金屬含量，根據(jù)反應(yīng)前后的濃度差計(jì)算吸附量。其中硝酸鉛溶液（10 g Pb/m3）、硫酸銅溶液（8 g Cu/m3）、硫酸鎘溶液（4 g Cd/m3）和硫酸鋅溶液（6 g Zn/m3）[16]。

2 結(jié)果與分析

2.1 膳食纖維對葡萄糖的吸附能力

膳食纖維對葡萄糖的吸附作用， 有利于控制飯后血糖的水平[21]，而不同來源，不同種類的膳食纖維對葡萄糖的吸附能力不同[17]。豆渣中幾種膳食纖維對葡萄糖的吸附能力如圖1所示，吸附力的大小依次為：HCB＞果膠＞SDF＞HCA＞豆渣＞IDF。結(jié)果表明可溶性膳食纖維（HCB、果膠、SDF）的吸附能力強(qiáng)于不溶性膳食纖維（HCA和IDF），這可能是由于可溶性膳食纖維在溶液中具有較大黏度。Ou等[17]報(bào)道了黏性的可溶性膳食纖維可以截留葡萄糖分子，將葡萄糖分子包裹其中。另外，從整體上來看，豆渣膳食纖維可以有效的降低飯后血糖的水平，葡萄糖吸附能力為290～510 μmol/g，與麥麩膳食纖維、玉米膳食纖維的吸附能力 （350～480 μmol/g）[17]相近。

圖1 豆渣膳食纖維對葡萄糖的吸附能力Fig.1 Adsorpti on capacity of dietary fibers from soybean dregs for glucose

2.2 膳食纖維對丙烯酰胺的吸附能力

圖2 豆渣膳食纖維對丙烯酰胺的吸附能力Fig.2 Adsorption capacity of dietary fibers from soybean dregs for acrylamide

由圖2可知，在pH 2時，HCB＞果膠＞SDF＞豆渣＞IDF；在pH 7時，HCB＞SDF＞果膠＞豆渣＞IDF。從溶液pH值的角度分析膳食纖維對丙烯酰胺的吸附能力，發(fā)現(xiàn)pH 2（胃環(huán)境）的吸附能力大于pH 7（腸環(huán)境）的吸附能力，這說明膳食纖維對丙烯酰胺的吸附作用主要發(fā)生在胃中，這與張寧等[19]的研究結(jié)論一致。膳食纖維對丙烯酰胺的吸附主要為物理吸附[19]，其吸附能力（1～5 mg/g）較弱，即膳食纖維在胃腸道內(nèi)不能有效清除丙烯酰胺。

2.3 膳食纖維對NO2-的吸附能力

由圖3可知，在pH 2時的吸附能力遠(yuǎn)大于pH 7時的吸附能力。這可能是由于pH值升高時，含羧基化合物（糖醛酸、阿魏酸等）的羧基被解離，使膳食纖維表面的負(fù)電荷密度增大，導(dǎo)致對NO2-的排斥力增大而降低其吸附能力[22]。另外，豆渣膳食纖維的不同組分對NO2-的吸附能力也略有不同。pH 2（或pH 7）時，其吸附能力大小為：SDF＞果膠＞HCB＞豆渣＞IDF＞HCA。以上結(jié)果表明，溶液pH值對NO2-的吸附能力影響很大，而豆渣膳食纖維不同組分之間的吸附能力相差不大。

圖3 豆渣膳食纖維對的吸附能力Fig.3 Adsorption capacity of dietary fibers from soybean dregs to NO2－

2.4 膳食纖維對重金屬的吸附能力

表1 豆渣膳食纖維對重金屬的吸附能力Table 1 Adsorption capacity of dietary fibers from soybean dregs for heavy mettaallss

由表1可知，膳食纖維對重金屬的吸附能力受pH值影響很大，pH 2時的吸附能力遠(yuǎn)小于pH 7時的吸附能力；對于同種重金屬，不同種類的膳食纖維對其吸附能力不同，在pH 7時，不同膳食纖維對同種重金 屬的吸附能力存在顯著性差異，且總體上，可溶性膳食纖維對重金屬的吸附能力大于不溶性膳食纖維；相同條件下，豆渣膳食纖維對鉛的吸附作用最強(qiáng)，其次為銅和鎘，對鋅的吸附能力最弱。

膳食纖維對重金屬的吸附是物理吸附和化學(xué)吸附的綜合作用。物理吸附主要與膳食纖維的顆粒大小、比表面積、孔隙率及反應(yīng)溫度等有關(guān)，而化學(xué)吸附則與膳食纖維中含有的吸附基團(tuán)（酚羥基、羧基、羥基等）及溶液中的pH值和離子強(qiáng)度等有關(guān)[23]。在pH 7時膳食纖維中的活性基團(tuán)被解離為帶負(fù)電荷的基團(tuán)，對重金屬陽離子吸附能力更強(qiáng)。而不同種類的膳食纖維，由于它們的組成和結(jié)構(gòu)不同，其對重金屬的吸附能力有所不同[11,24]。在pH 7的條件下，豆渣膳食纖維對鉛的吸附能力：SDF、果膠＞HCB、豆渣＞IDF＞HCA；對銅的吸附能力：HCB＞SDF＞豆渣＞果膠＞HCA＞IDF；對鎘的吸附能力：果膠＞SDF＞HCB＞IDF＞豆渣＞HCA；對鋅的吸附能力：SDF＞豆渣＞果膠＞IDF＞HCB＞HCA。在pH 2時，其吸附能力之間的差異顯著性降低，尤其在對鎘和鋅的吸附能力上，不存在顯著差異，這可能是由于在酸性條件下，吸附基團(tuán)對重金屬的吸附作用被溶液中電離的H3O+的排斥作用而取締[14]。這也說明豆渣膳食纖維對重金屬的吸附作用主要為化學(xué)吸附。

2.5 豆渣中幾種膳食纖維的含量

表2 豆渣中幾種膳食纖維的含量Table 2 The contents of dietary fibers from soybean dregs

由表2可知，豆渣中IDF含量最高，達(dá)73.7%，其次為HCB、HCA，其含量分別為23.6%、10.3%，SDF含量較少僅5.54%，果膠為SDF中的一種成分，其在豆渣中的含量為3.13%。SDF和IDF根據(jù)膳食纖維在水中的溶解度不同分類，生理功能不同[25]。IDF可以增加糞便體積，促進(jìn)腸道蠕動，進(jìn)而具有預(yù)防便秘、結(jié)腸癌等功能；SDF的代謝功能更強(qiáng)，具有降低飯后血糖水平、膽固醇水平的功能。在對有毒有害物質(zhì)（丙烯酰胺、亞硝酸鹽、重金屬）的吸附能力上，SDF較IDF強(qiáng)。因此，采用不同的理化處理方式將IDF轉(zhuǎn)化為SDF具有重要的意義。HCA和HCB分別為堿溶酸沉和堿溶酸溶的膳食纖維，在豆渣中的含量均在10%以上，且對有害物質(zhì)的吸附能力均較強(qiáng)，因此對其資源的開發(fā)利用也為豆渣“變廢為寶”提供另外一種途徑。另外，HCB較HCA吸附能力強(qiáng)，且在豆渣中的含量高，為豆渣的優(yōu)勢資源，因此HCB資源的開發(fā)利用較HCA具有更大的意義。

3 結(jié) 論

豆渣膳食纖維對葡萄糖、NO2-和重金屬有較強(qiáng)的吸附能力，但對丙烯酰胺的吸附能力較弱；膳食纖維在胃中主要吸附NO2-和丙烯酰胺等物質(zhì)，在腸道中則吸附重金屬等帶正電荷的物質(zhì)；豆渣膳食纖維中吸附能力較強(qiáng)的為可溶性膳食纖維組分（SDF、HCB、果膠），因此提高豆渣中可溶性膳食纖維的含量及優(yōu)化提取工藝開發(fā)健康、安全、高提取率的豆渣可溶性膳食纖維具有重要意義。

[1] MORAIS M B, VITOLO M R, AGUIRRE A N C, et al. Measurement of low dietary fiber intake as a risk factor for chronic constipation in children[J]. Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition, 1999, 29(2): 132-135.

[2] MCLNTOSH G H. Colon cancer: dietary modifications required for a balanced protective dietary[J]. Preventive Medicine, 1993, 22(5): 767-774. [3] ROSE D P. Dietary fiber and breast cancer[J]. Nutrition and Cancer, 1990, 13(1/2): 1-8.

[4] PEREIRA M, O’REILLY E, AUGUATSSON K. D ietar y fiber and risk of coronary heart disease: a pooled analysis of cohort studies[J]. Archives of Internal Medicine, 2004, 164(4): 370-376.

[5] HOWARTH N C, SALTZMAN E, ROBERTS S B. Dietary fiber and weight regulation[J]. N utrition Reviews, 2001, 59(5): 129-139.

[6] 王志宏, 薛建斌, 平曉麗. 陳皮膳食纖維對亞硝酸鹽的吸附作用[J].中國實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志, 2012, 18(8): 92-95.

[7] JENKINS D J A, MARCHIE A, AUGUSTIN L, et al. Viscous dietary fibre an d metabolic effects[J]. Clinical Nutrition Supp lements, 2004, 1(2): 39-49.

[8] ZACHERL C, EISNER P, ENGEL K H. in vitro model to correlate viscosity and bile acid-binding capacity of digested water-soluble and insoluble dietary fibr es[J]. Food Chemistry, 2011, 126(2): 423-428.

[9] DOBROWOLSKI P, HUET P, KARLSSON P, et al. Potato fiber protects the small intestinal wall against the toxic influence of acrylamide[J]. Nutrition, 2012, 28(4): 428-435.

[10] ANNA DURAL G, JUANG R S, LEE D J. Adsorption of heavy metals from water using banana and orange peels[J]. Waster Scientce and Technology, 2003, 147(1): 18 5-190.

[11] CLAYE S, IDOURAINE A, WEBER C. in vitro mineral binding capacity of five fiber sources and their insoluble components for copper and zinc[J]. Plant Foods for Human Nutrition (Formerly Qualita s Plantarum),1996, 49(4): 257-269.

[12] SANGNARK A, NOOMHOM A. Effect of particle sizes on in vitro calcium and magnesium binding capacity of prepared dietary fibers[J]. Foo d Research International, 2003, 36(1): 91-96.

[13] PEERAJIT P, CHIEWCHAN N, DEVAHASTIN S. Effects of pretreatment methods on health-related functional properties of high dietary fibre powder from lime residues[J]. Food Chemistry, 2012, 132(4): 1891-1898.

[14] OZER A. Removal of Pb(II) ions from aqueous solutions by sulphuric acid-treated wheat bran[J]. Journal of Hazardous Materials, 2007, 141(3): 753-761.

[15] 徐金瑞. 蘋果渣中果膠的提取及純化技術(shù)研究[D]. 楊凌: 西北農(nóng)林科技大學(xué), 2003.

[16] HU Guohua, HUANG Shaohua, CHEN Hao, et al. Binding of four heavy metals to hemicelluloses from rice bran[J]. Food Research International, 2010, 43(1): 203-206.

[17] OU S, KWOK K, LI Y, et al. in vitro study of possible role of dietary fiber in lowering postprandial serum glucose[J]. Journal of Agricultural and Food Chemi stry, 2001, 49(2): 1026-1029.

[18] MILLER G L. Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar[J]. Analytical Chemistry, 1959, 31( 3): 426-428.

[19] 張寧, 張日新, 林奇玲. 膳食纖維對丙烯酰胺的吸附研究[J]. 糧油加工, 2006, 5(5): 84-85.

[20] 孟怡, 金輝, 鄭鴦鴦. 不同工藝南瓜膳食纖維的理化特性研究[J]. 中國食品添加劑, 2012, 4(4): 122-126.

[21] YOKYAMA W H, HUDSON C A, KNUCKLES B E, et al. Effect of barley β-glucan in durum wheat pasta on human glycemic response[J]. Cereal Chemistry Journal, 1997, 74(3): 293-296.

[22] 歐仕益, 高孔榮, 黃惠華. 麥麩水不溶性膳食纖維對NO2-清除作用的研究[J]. 食品科學(xué), 1997, 18(3): 6-9.

[23] 呂金順, 王小芳. 生理?xiàng)l件下PDF對Pb2+、Cu2+、Zn2+、C a2+的吸附研究[J]. 食品科學(xué), 2004, 25(4): 152-155.

[24] NAWIRSK A. Binding of heavy metals to pomace fibers[J]. Food Chemistry, 2005, 90(3): 395-40 0.

[25] TU Zongcai, CHEN Lili , WANG Hui, et al. Effect of fermentation and dynamic high pressure microfluidization on dietary fibre of soybean residue[J]. Journal of Food Science and Technol ogy, 2012(9): 1-8.

in vitro Adsorption Capacity of Dietary Fibers from Soybean Dregs

RUAN Chuan-ying1, TU Zong-cai1,2,*, WANG Hui1, LIU Jun-kai1, YAO Si-hua1, QIN Xiao-hui1
(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China; 2. Key Laboratory of Functional Small Organic Molecule, Ministry of Education, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022, C hina)

Five kinds of dietary fibers from soybean dregs, including water-soluble dietary fiber (SDF), water-insoluble dietary fiber (IDF), pectin, hemicellulose A (HCA) and hemicellulose B (HCB) were used to explore their in vitro adsorption capacity for glucose, acrylamide, NO2-and heavy metals, respectively. The results showed that the adsorption capacity was highly related to dietary fiber type, adsorbate type and pH. Compared to insoluble constituents (IDF and HCA), the soluble ones (SDF, pectin and HCB) had stronger adsorption capacity for glucose, acrylamide, NO2-and heavy metals such as Pb, Cu, Cd and Zn. As for adsorbate type, soybean dietary fibers adsorbed more glucose, NO2-and heavy metals than acrylamide. The adsorption capacity of soybean dietary fibers for NO2-and acrylamide was better in simulated stomach fluid (pH 2) than in simulated small intestine fluid (pH 7), while heavy metals was adsorbed better in simulated small intestine fluid.

dietary fiber; adsorption capacity; glucose; acrylamide; NO2-; heavy metals

TS201.4

A

1002-6630（2014）15-0109-04

10.7506/spkx1002-6630-201415022

2013-07-19

江西省專利技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目（20133BBM26016）

阮傳英（1989—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭澄镔Y源開發(fā)與高效利用。E-mail：895995910@qq.com

*通信作者：涂宗財(cái)（1965—），男，教授，博士，研究方向?yàn)槭澄镔Y源開發(fā)與高效利用。E-mail：tuzc_mail@aliyun.com