魔芋膳食纤维对油脂体外消化特性的影响_徐秀丽.pdf

研究报告2023 年第49 卷第5 期(总第473 期)151DOI:10 13995/j cnki 11 1802/ts 028968引用格式:徐秀丽，顾教元，文冶，等 魔芋膳食纤维对油脂体外消化特性的影响 J 食品与发酵工业，2023，49(5):151 156 XUXiuli，GU Jiaoyuan，WEN Ye，et al Influence of konjac dietary fiber on properties of lipids during in vitro digestion J Foodand Fermentation Industries，2023，49(5):151 156魔芋膳食纤维对油脂体外消化特性的影响徐秀丽1，顾教元2，文冶3，姜萱1，晁仲昊1，邹孝强1*1(国家功能食品工程技术研究中心，粮食发酵工艺与技术国家工程实验室，食品科学与技术国家重点实验室，江南大学，食品学院，江苏 无锡，214122)2(成都派特生物科技有限公司，四川 成都，611138)3(成都天一美膳营养食品有限公司，四川 成都，610095)摘要向油脂乳液中加入一定量魔芋膳食纤维，采用 pH-stat 法模拟油脂体外消化过程，考察魔芋膳食纤维对乳液在胃肠道中消化特性的影响，并研究乳液消化前后有效粒径、粒径分布、Zeta 电位和微观结构的变化。结果表明，魔芋膳食纤维对乳液消化特性和消化前后理化性质产生显著性影响。随着纤维含量增加，乳液初始消化速率和最终消化程度均减小，含 0 5%(质量分数)魔芋膳食纤维的乳液经胰脂肪酶消化 120 min 后脂肪酸释放率仅为 14 84%;乳液粒径在体外消化的不同阶段逐渐增大，且同一消化阶段随纤维添加量增加而增大;肠消化后 Zeta 电位绝对值均大于 40 mV，脂滴不稳定，发生聚集。脂肪乳液中脂质的最终消化率随体系中纤维添加量的增加而降低，该研究结果对胃肠道中脂质消化的控制及低热量功能食品的开发具有重要意义。关键词魔芋膳食纤维;脂肪乳液;体外消化;胃肠道;脂肪酸释放率第一作者:硕士研究生(邹孝强为通信作者，E-mail:xiaoqiangzou163 com)基金项目:国家自然科学基金项目(31601433)收稿日期:2021-08-03，改回日期:2021-10-08魔芋是天南星科魔芋属的总称，主要分布在亚热带地区1，我国魔芋种植历史悠久，资源丰富。中国和日本是世界上主要的魔芋生产和消费国2，魔芋产品被世界卫生组织评为“十大健康产品”之一3。葡甘露聚糖是魔芋中主要的膳食纤维，是由-1，4 糖苷键连接甘露糖和葡萄糖组成的一种水溶性多糖，精制魔芋粉中其含量高达 50 70 g/100 g4。魔芋葡甘露聚糖具有良好的吸水性、黏性、成膜性和增稠性，其应用广泛，可用于食品添加剂、健康食品和生物医学领域，可降低血清胆固醇浓度5、降低血糖6、减少便秘、促进人体肠道活动和免疫功能3，此外还可以用于果蔬的成膜保鲜7，控制亲脂性生物活性物质如姜黄素8、-胡萝卜素9 的释放速率等。肥胖是当今社会普遍关注的问题，而膳食纤维本身的低能量与高饱腹感使其成为预防肥胖的潜在方法。大量研究表明膳食纤维影响小肠对葡萄糖和胆汁酸的吸收，从而降低餐后血糖、血清总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇浓度10 11。通过小鼠试验，发现膳食纤维可以减少小鼠食物摄入量和腹部脂肪含量12，降低血液中胰高血糖素和甘油三酯(triacylg-lycerol，TAG)水平13，并且膳食纤维对年老大鼠肝脏和脂肪组织质量的影响比年轻大鼠更强烈14，同时有研究表明膳食纤维可以显著降低女性体重和脂肪增加的风险15。因此，在日常饮食中增加膳食纤维的摄入可以有效减少脂肪积累。乳液消化模型包括体内模型(动物实验、人体实验)和体外消化模型，但体内模型成本较高，而体外消化实验成本低、重复性高且过程可视化，实验结果通常与体内实验结果相符16，因此本研究采用体外消化实验进行基础研究。目前已有很多成人的体外消化模型，多数为静态模型，如利用 pH-stat 法实现胃肠系统 pH 恒定，该模型简单方便，消化结果具有可比性17。魔芋作为一种多功能植物资源，其减肥效果也受到了普遍关注18。本文以魔芋膳食纤维为原料，通过构建体外胃肠道消化系统，利用 pH-stat 法模拟并记录脂肪乳液体外消化过程，考察不同魔芋膳食纤维含量对脂肪乳液消化的影响，推测其可能的作用机制，以期为魔芋膳食纤维在食品方面的开发利用提供新思路，并为膳食纤维用于肥胖预防提供可靠的理论依据。1材料与方法1 1材料与试剂颗粒魔芋膳食纤维，成都派特生物科技有限公食品与发酵工业FOOD AND FEMENTATION INDUSTIES1522023 Vol.49 No.5(Total 473)司;金龙鱼玉米油，市售;黑曲霉脂肪酶 A，阿拉丁试剂有限公司;胃蛋白酶，上海麦克林生化科技有限公司;猪胰脂肪酶，美国 Sigma 公司;NaCl、HCl、CaCl22H2O、NaOH、甲酸、无水乙醇(均为分析纯)、猪胆盐、吐温-20，国药集团化学试剂有限公司;异丙醇、正己烷(均为 HPLC 级)，百灵威科技有限公司;尼罗红，北京伊诺凯科技有限公司。1 2仪器与设备IKA T18 digital ULTA-TUAX 分散机，上海凌仪生物科技有限公司;ZNCL-G 智能恒温磁力搅拌仪，爱博特科技发展有限公司;STATE 3100 型 pH计，美国 OHAUS 公司;Zetasizer nano ZS 纳米粒度及Zeta 电位仪，英国马尔文公司;S3500 激光粒度分析仪，美国 Microtrac 公司;E-52AA 旋转蒸发仪，上海亚荣生化仪器厂;SHZ-D 循环水式多用真空泵，上海力辰邦西仪器科技有限公司;示差折光高效液相色谱仪，美国 Waters 公司;AB 104-N 分析天平，梅特勒-托利多国际贸易有限公司;Axio Vert A1 倒置荧光显微镜，德国蔡司公司。1 3实验方法1 3 1脂肪乳液的制备参照文献 8，19 的方法制备并做相应修改。将0 5%(质量分数)的吐温-20 溶解于去离子水中，搅拌 30 min，提前 1 d 配制并置于 4 下过夜。在乳化剂溶液中加入质量分数分别为 0%、0.1%、0.3%、0.5%的魔芋膳食纤维，搅拌 4 h 使纤维充分溶解，获得脂肪乳液的水相。使用高速剪切分散机19，在9 000 r/min 的条件下将 5%(质量分数)的玉米油和95%(质量分数)的水相混合3 min，即获得最终的脂肪乳液，所有样品现配现用。1 3 2体外消化基于前人对脂肪体外消化的研究20 22，本实验对体外消化参数略作改动:(1)消化储备液的配制:胃部储备液:2 g/L NaCl 和 1 75 mL 1 mol/LHCl，去离子水定容至 250 mL，调节 pH 值为 3。小肠 储 备 液:6 574 g/L NaCl 和 1 457 g/LCaCl22H2O，去离子水定容至250 mL，调节 pH 值为6 8。(2)胃消化液:向 20 mL 胃部储备液中加入一定量黑曲霉脂肪酶 A(最终 120 U/mL)和胃蛋白酶(最终 2 000 U/mL)，用 1 mol/L HCl 溶液调 pH 为 3，恒温 37 下以 10 r/min 磁力搅拌 20 min。(3)肠消化液:向 30 mL 小肠储备液中加入胆盐(10 mmol/L)和胰酶(最终 64 256 U/mL)，用1 mol/L HCl 溶液调 pH 为 6 8，37，10 r/min 磁力搅拌 10 min，使溶液混匀。(4)消化过程:胃阶段:取 40 mL 脂肪乳液，调 pH 至 3，与20 mL 已预热的胃消化液混合，调整混合体系 pH 至3，然后将混合液放置于37 水浴中搅拌1 h，模拟胃消化阶段，消化完成后取样以备后期分析。肠阶段:取 30 mL 胃消化产物，调 pH 至 6 8，加入 30 mL 已预热的肠消化液，37 下反应 2 h，不断滴加 0 1 mol/L NaOH 溶液，使体系恒定 pH 6.8，记录 NaOH 溶液体积，消化完成后取样以备后期分析。1 3 3脂肪酸消化率的计算根据消化过程中 NaOH 溶液消耗量来测定样品脂肪酸释放率，按公式(1)计算:脂肪酸释放率/%=100 V c M 1012 m(1)式中:c，NaOH 溶液浓度，0 1 mol/L;V，滴定所消耗的 NaOH 溶液体积，mL;M，油脂的摩尔质量，g/mol;m，乳液中油脂的质量，g。1 3 4脂解产物分析提脂:乳液消化后脂肪的提取根据 BD 法并略作修改23。取 15 mL 肠消化后样品与 10 mL 氯仿和5 mL 甲醇混合，充分振荡 10 min，静置 30 min 分层，收集下层有机相，用旋转蒸发仪去除有机相，所得脂肪储存于 20 下以进行后续操作。脂类组成分析:取称量过后的脂质，加入流动相，稀释为 20 mg/mL，过滤膜后进行分析。利用配备示差检测器的高效液相色谱仪进行脂类组成分析，色谱条件为:色谱柱 Sepax HP-Silica 硅胶柱(4 6 mm 250 mm 5 m)，流动相 V(正己烷)V(异丙醇)V(甲酸)=15 1 0 003，流速 1 mL/min，柱温 35，进样量 20 L。依据样品浓度与峰面积呈线性关系，用面积归一法计算各脂质组分相对组成。1 3 5粒度测定用激光粒度分析仪测定各消化阶段乳液的粒径，设置样品为球形，根据软件界面将样品稀释到合适的遮光度范围，测得的平均粒径采用体积平均粒径 d43表示，按公式(2)计算:d43=din4idin3i(2)式中:ni，粒径为 di的颗粒个数。研究报告2023 年第49 卷第5 期(总第473 期)1531 3 6Zeta-电位测定乳液表面电位通过纳米粒度及 Zeta 电位仪测定，测量前使用同 pH 的蒸馏水将乳液稀释 100 倍。1 3 7微观结构观察取200 L 样品用20 L 尼罗红染液(01 mg/mL，溶解于无水乙醇)染色，混合均匀后取 20 L 于载玻片上，盖上盖玻片后利用倒置荧光显微镜观察乳液样品微观结构。1 3 8数据处理所有实验均同时进行 3 个平行，实验数据以平均值 标准差表示，数据差异的显著性使用统计分析软件 SPSS 分析得到，P 0 05 表示差异性具有统计学意义，实验结果图使用 Origin 9 1 绘制。2结果与分析2 1魔芋膳食纤维对脂肪消化的影响人体胃消化阶段可以水解 10%30%的脂肪24，但胃消化过程中，胃酸的分泌降低了体系 pH值，脂肪酶活性较低，产生的脂肪酸对乳液 pH 影响较小25，采用 pH-stat 法无法表征胃消化阶段脂肪酸释放率，故仅考察肠消化过程脂肪酸释放情况，如图1 所示，未添加魔芋膳食纤维的脂肪乳液经消化后，脂肪酸释放率达到(16 72 0 68)%，当纤维添加量为 0 5%时，乳液中脂肪酸的释放率仅为(14.84 0.5)%，释放率减少了 11 1%，添加魔芋膳食纤维后释放率显著降低(P 0 05)。图 1魔芋膳食纤维对脂肪消化过程中脂肪酸释放率的影响Fig 1Impact of konjac dietary fiber on fatty acidsrelease rate in lipid digestion另一方面，在消化前20 min 内，脂肪酸释放速率快速增加，添加魔芋膳食纤维后初期释放速率减小，但纤维的添加量对其影响不明显。HE 等 8 研究发现，是否添加魔芋葡甘露聚糖对姜黄素乳液中游离脂肪酸释放情况无显著影响(P 0 05)，这是因为该研究中魔芋葡甘露聚糖添加量仅为0.3%，作用效果不明显。肠道作为脂肪吸收的主要场所，加入纤维增加乳液体系黏度，降低分子扩散速率，从而降低肠消化阶段脂质水解速率和程度;也可能会促进脂滴絮凝，降低脂酶与脂滴表面相互作用 26。研究发现果蔬纤维可以有效减少脂肪的消化吸收，产生这种现象的机制可能与胃排空延迟、阻断部分脂肪消化吸收以及增加肠道运转速度有关 27。对体外胃肠道消化产物进行