豆渣及其胃腸道模擬消化產(chǎn)物的物化特性和抗氧化力分析

黃素雅，鄒彥平，劉 壯

（1.上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院食品科學(xué)與工程系，上海 200240;2.豐益（上海）生物技術(shù)研發(fā)中心有限公司，上海 200240）

目前，肥胖癥已成為許多國家嚴(yán)重威脅公眾健康的問題之一，富含不可消化碳水化合物的膳食因其含有較低的熱量已成為肥胖癥患者的首選食物［1］。膳食纖維（Dietary Fiber，DF）被譽(yù)為“第七大營養(yǎng)素”，具有重要的生理功能，在降血糖、降血脂、改善腸道菌群等方面作用顯著，但是DF僅占腸道微生物所需物質(zhì)的1/3，所以現(xiàn)階段把DF的概念擴(kuò)大到能到達(dá)盲腸的所有物質(zhì)成分的總稱，并將其定義為不可消化部分（Indigestible fraction，IF）。IF是膳食經(jīng)人體腸道消化后小腸所不能消化吸收的部分，主要包括DF、抗性淀粉和抗性蛋白等。在果蔬和堅(jiān)果類食品中，IF含量高于DF，而且IF更接近于膳食經(jīng)人體腸道消化后到達(dá)盲腸的物質(zhì)，其在盲腸中能被微生物有效地利用，改善人體腸道菌群的微生態(tài)環(huán)境，對人體健康十分有利。在營養(yǎng)學(xué)觀點(diǎn)上，IF的研究比DF更有價值，其可代替DF作為一種食品添加劑、營養(yǎng)強(qiáng)化劑等［2－3］。

豆渣（Okara）是傳統(tǒng)大豆制品生產(chǎn)中的主要副產(chǎn)物，來源廣、資源多，而且是一種良好的膳食纖維來源。但是目前豆渣最多的只是作為飼料或者廢棄物丟掉，其富含的營養(yǎng)素沒有得到充分利用，這不僅浪費(fèi)資源，還造成環(huán)境污染。所以近年來，許多學(xué)者開始研究豆渣膳食纖維的提取、理化特性、生理功能特性及其開發(fā)利用。楊夢曦等［4］采用α－淀粉酶和木瓜蛋白酶配比成復(fù)合酶來提取豆渣膳食纖維，發(fā)現(xiàn)在酶制劑配比為1∶3、用量為1%、酶解時間為2 h時，豆渣中膳食纖維的提取率最高，為76.89%。涂宗財(cái)?shù)龋?］研究了經(jīng)乳酸菌發(fā)酵和經(jīng)動態(tài)高壓微射流處理過的豆渣膳食纖維對重金屬鉛離子、汞離子和鎘離子的吸附能力，發(fā)現(xiàn)豆渣膳食纖維對三種重金屬離子的吸附能力是鉛＞汞＞鎘，而且在20 min內(nèi)達(dá)到吸附平衡，兩種處理均能提高豆渣膳食纖維的吸附能力。徐虹等［6］進(jìn)行大豆纖維粉對糖尿病鼠血糖及肝臟脂質(zhì)過氧化的作用研究時發(fā)現(xiàn)，膳食纖維可降低糖尿病小鼠的空腹血糖值及改善糖耐量狀況;也能使小鼠肝臟的超氧化物歧化酶活性增加，脂質(zhì)過氧化物丙二醛含量降低。劉宇等［7］研究酶法提取豆渣中的SDF、IDF和商業(yè)購買的菊粉對酥性餅干物理特性和感官品質(zhì)時發(fā)現(xiàn)，添加豆渣IDF的餅干持水性和硬度較高，添加豆渣SDF和菊粉的松密度值和過氧化值較低;此外添加4%豆渣SDF的餅干感官評定結(jié)果最優(yōu)。

但是目前，國內(nèi)外對豆渣模擬人體胃腸道消化產(chǎn)物的綜合性研究鮮見報(bào)道，因此，本實(shí)驗(yàn)以熱風(fēng)干燥豆渣為原料，模擬人體腸道消化系統(tǒng)得到IF，并對兩者的基本營養(yǎng)成分、物化特性、多酚含量及抗氧化力進(jìn)行分析比較，以期獲得更優(yōu)的IF，提高豆渣的利用率和營養(yǎng)價值，也為開發(fā)富含優(yōu)質(zhì)膳食纖維、具有抗氧化功能性的功能食品提供一種新型的安全營養(yǎng)添加劑。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮豆渣 豐益國際有限公司（上海）;歐麗薇蘭橄欖油（市售）;胰蛋白酶、胃蛋白酶 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;脂肪酶、α－淀粉酶 Sigma公司;沒食子酸、福林酚試劑 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;所用其他試劑均為分析純。

離心機(jī) Z－326K，Hermle Labortechnik GmbH;色度儀 LabScan XE，HunterLab;酶標(biāo)儀 MULTISKAN GO，Thermo scientific;電子天平 AL204，梅特勒－托利多儀器（上海）有限公司;密封型手提式中藥粉碎機(jī) XL－06A，廣州市旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司;半自動凱氏定氮儀 SCINO KT260，F(xiàn)OSS;冷凍干燥機(jī) TriadTM，LABCONCO;淺型往復(fù)振蕩水浴 2875，Thermo Scientific。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 IF的制備 新鮮豆渣在80℃烘干后粉碎，80目過篩得豆渣樣品。稱取1.5 g干燥樣品，加入6 mL胃蛋白液（5 mg胃蛋白酶加入至1 mL 0.2 mol/L，pH1.5的HCl－KCl緩沖液），40℃水浴振蕩1 h;加入6 mL胰蛋白液（5 mg胰蛋白酶加入至1 mL 0.15 mol/L，pH7.5的磷酸緩沖液），37℃水浴振蕩6 h;加入10 mL脂肪酶液（7 mg脂肪酶加入至1 mL 0.15 mol/L，pH7.5的磷酸緩沖液），37℃水浴振蕩6 h;加入 5 mL α－淀粉酶液（120 mg α－淀粉酶加入至1 mL 0.1 mol/L，pH6.9的 Trish－maleate緩沖液），37℃水浴振蕩16 h;25℃，5000 r/min離心8 min，上清液透析（截留分子量:14000±2000，上海源聚生物科技有限公司）48 h后為可溶性IF（soluble IF，sIF），沉淀為不溶性 IF（insoluble IF，iIF）［8］，冷凍干燥即可得到sIF和iIF。

1.2.2 豆渣及IF化學(xué)成分的測定 水分:常壓干燥法（GB/T5009.3－2003）;灰分:高溫灼燒法（GB 5009.4－2010）;蛋白質(zhì):凱氏定氮法（GB 5009.5－2010）;脂肪:酸水解法（GB/T5009.6－2003）;水溶性膳食纖維（Soluble dietary fiber，SDF）、水不溶性膳食纖維（Insoluble Dietary Fiber，IDF）和總膳食纖維含量的測定按 AOAC 法［9］。

1.2.3 豆渣及IF持水力、持油力、膨脹力和結(jié)合水力的測定 參考文獻(xiàn)方法［10］。

1.2.4 豆渣及IF色度的測定 采用色度儀進(jìn)行測定。

1.2.5 豆渣及IF多酚含量的測定 稱取1 g豆渣或IF樣品，加入甲醇－水（50∶50 v/v）50 mL和丙酮－水（70∶30 v/v）50 mL，室溫下振搖1 h后3000 r/min離心15 min，上清液用福林酚法測定可提取多酚（Extractable polyphenol，EPP），沉淀為不可提取多酚（Non－extractable polyphenol，NEPP）。凍干的 NEPP一部分經(jīng)甲醇－濃硫酸（10∶1 v/v）在85℃水浴20 h后5000 r/min離心5 min后取上清液測水解多酚含量，沒食子酸（Gallic acid，GA）作標(biāo)曲［11］;另一部分經(jīng)正丁醇－濃鹽酸（95∶5 v/v）在95℃水浴2 h后5000 r/min離心5 min后取上清液測縮合單寧含量，兒茶素（Catechinic acid，CA）作標(biāo)曲［12］。

1.2.6 豆渣及IF抗氧化力的測定 DPPH的測定:參照文獻(xiàn)方法［13］，取0.25 mL提取液或Vc標(biāo)準(zhǔn)液，加入0.5 mL DPPH溶液，在室溫靜置反應(yīng)30 min后測A517，結(jié)果用Vc當(dāng)量來表征。

總還原力的測定:參照文獻(xiàn)方法［14］，取0.5 mL提取液或VE標(biāo)準(zhǔn)液，加入0.5 mL磷酸緩沖液和0.5 mL 1%鐵氰化鉀溶液，50℃水浴20 min，冷卻后加0.5 mL 10%三氯乙酸溶液，之后3000 r/min離心10 min，取上清液加0.8 mL 0.1%三氯化鐵溶液和4 mL去離子水，混合均勻后靜置10 min，測700 nm處吸光度，結(jié)果用VE當(dāng)量來表征。

1.2.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析 每組實(shí)驗(yàn)平行三次，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行基本分析，用SAS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)方差分析，數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 豆渣及IF的化學(xué)組成

豆渣中IF含量高達(dá)90.64%，其中iIF占絕大部分，占整個IF含量的94.92%，它主要包括抗性淀粉、不可消化蛋白、多酚及一些非淀粉多糖，而sIF主要由一些單糖、雙糖及多聚糖組成，只有5.08%（表1）。從表2中可以發(fā)現(xiàn)，豆渣是一種高蛋白、高膳食纖維、低脂肪的食品加工副產(chǎn)物，這與之前的研究結(jié)果類似［15］:豆渣總膳食纖維含量可高達(dá)62.92%，其中IDF含量十分豐富，約占DF總量的97%。豆渣經(jīng)模擬腸道消化所得的IF中DF含量高達(dá)56.54%，而且其中SDF含量為23.75%，明顯高于豆渣中的SDF含量，這可能的原因是豆渣在腸道各種酶的作用下，一些結(jié)構(gòu)連接緊密的糖苷鍵發(fā)生斷裂，生成小分子多糖，使SDF的含量增加，從而提高了IF的溶解性，使其更適用于作飲料、乳制品等食品的功能性添加劑［16］。此外，IF 富含抗性蛋白（Resistant protein，RP），約有18.21%，其他成分如抗性淀粉、礦物質(zhì)等含量也較高，為20.03%。

表1 豆渣中IF含量Table 1 The IF contents of okara

表2 豆渣及IF中主要成分含量分析Table 2 Compositions of okara and IF

IF不能被人體小腸消化吸收利用，但可以到達(dá)盲腸被微生物利用，促進(jìn)有益菌，抑制有害菌的生長，調(diào)節(jié)人體腸道微生態(tài)的平衡，對人體健康十分有利。其中富含的DF更是具有重要的生理功能，在降血糖、降血脂、抗癌、改善便秘等方面都具有一定的調(diào)節(jié)作用。RP主要是內(nèi)源性的，雖然DF可以促使含氮物質(zhì)進(jìn)入盲腸，而且研究顯示，一般每人一天有3～9 g RP能進(jìn)入盲腸，這數(shù)據(jù)的差異性主要取決于攝取食物的蛋白質(zhì)含量［17］。

2.2 豆渣及IF理化性質(zhì)分析

物化特性是評價DF的生理活性指標(biāo)，持水力、膨脹力和結(jié)合水力等三方面是其水合性質(zhì)的主要體現(xiàn)形式，可以有效地衡量DF的品質(zhì)［18］。

表3顯示，溫度對豆渣原料及IF的膨脹力和結(jié)合水力以及豆渣原料的持油力沒有顯著性影響（p＞0.05），但對持水力以及IF的持油力則具有顯著性影響（p＜0.05），而且數(shù)據(jù)顯示，在37℃條件下時IF的持水力和持油力明顯高于25℃條件下的，這可能是因?yàn)镮F在多種腸道酶的作用下，纖維素粒度減小，比表面積增大，提高了持水力和持油力，而溫度的升高使得作用環(huán)境更佳，提高了IF對去離子水和橄欖油的束縛作用，增強(qiáng)了抵御離心力的能力，所以就大大提高了IF的持水力和持油力。與豆渣原料相比較，IF顯著提高了持水力、持油力及結(jié)合水力（p＜0.05），但其膨脹力沒有顯著變化。這標(biāo)示著豆渣在通過腸道各種酶的作用以后，粒度減小，比表面積增大，提高了IF與油、水的結(jié)合能力，故理化特性優(yōu)勢顯著提高，這為IF的研究開發(fā)利用提供了更優(yōu)的品質(zhì)保證。

L*為亮度指數(shù)，a*、b*為紅綠和黃藍(lán)指數(shù)。IF的L*值為82.53，顯著大于豆渣的78.18，而a*、b*值分別為2.21和16.73，顯著小于豆渣的4.25和21.18（表4），這說明IF的顏色較豆渣要亮白，這為IF作為食品添加劑提供了較有優(yōu)勢的品質(zhì)保證。

2.3 豆渣及IF多酚含量及抗氧化力分析

豆渣中不僅富含高分子活性成分（如多糖、多肽等），也含有小分子活性物質(zhì)（如大豆異黃酮、大豆多酚等）。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:豆渣中EPP為1.44 mg/g沒食子酸當(dāng)量，水解多酚含量為4.60 mg/g沒食子酸當(dāng)量，縮合單寧含量為15.07 mg/g兒茶素當(dāng)量。而IF中EPP、水解多酚和縮合單寧含量分別是4.89 mg/g

表3 豆渣及IF持水力、持油力、膨脹力和結(jié)合水力的測定結(jié)果Table 3 Water/oil－h(huán)olding capacities and swelling capacities of oakra and IF

表4 豆渣及IF色度測定結(jié)果Table 4 Color parameters of okara and IF

注:同列不同字母表示差異性顯著（p＜0.05）。沒食子酸當(dāng)量、8.83 mg/g沒食子酸當(dāng)量和0.02 mg/g兒茶素當(dāng)量（表5）。由此可知豆渣中縮合單寧的含量較高，而IF富含水解多酚，這意味著縮合單寧在小腸中的生物利用度高于水解多酚。其它研究還表明，膳食多酚主要是NEPP組成，而其在小腸中的利用率為48%，在大腸中是52%，只有10%是無法被人體腸道消化系統(tǒng)吸收利用的，但是多酚在腸道被生物酶水解消化后，只有小部分能被吸收利用，大概為 5% ～10%［8］。

表5 豆渣及IF多酚含量及抗氧化力分析Table 5 Polyphenols content and antioxidant capacity in okara and IF

果蔬膳食的抗氧化機(jī)制主要包括清除自由基，螯合金屬離子和淬滅單線態(tài)氧等［19］。而抗氧化劑可以通過自身的還原作用給出能與自由基形成穩(wěn)定產(chǎn)物的電子和氫原子來終止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，故還原力越強(qiáng)，抗氧化力則越強(qiáng)［20］。在本實(shí)驗(yàn)中，豆渣及IF中多酚成分的抗氧化力通過DPPH和總還原力法來表征分析，結(jié)果表明，在豆渣和IF中，若以DPPH來表征抗氧化力，則都是縮合單寧表現(xiàn)出較高的抗氧化力，分別是4.26 mg AAE/g和14.67 mg AAE/g;若以總還原力來表征抗氧化力，則均為水解多酚表現(xiàn)出較高的抗氧化力，分別是 16.12 μmol/L TE/g和 17.19 μmol/L TE/g。而且無論是EPP還是NEPP，IF的多酚各成分抗氧化力均高于豆渣的，特別是IF水解多酚的DPPH和IF的EPP總還原力分別提高了359.72%和1216.90%（與豆渣相比）。這說明IF比豆渣原料具有更強(qiáng)的抗氧化力，這為豆渣的進(jìn)一步開發(fā)利用提供了一定的理論數(shù)據(jù)支持。

3 結(jié)論

熱風(fēng)干燥豆渣原料中IF含有90.64%，而且IF中膳食纖維含量可高達(dá)56.54%。與熱風(fēng)干燥豆渣相比，IF的持水力，持油力和結(jié)合水力在25℃和37℃下均有顯著性提高，但膨脹力與豆渣原料無顯著性差異，且受溫度影響較小。此外，IF的顏色較豆渣原料更亮白，這為IF作為新型食品添加劑提供了更為優(yōu)質(zhì)的品質(zhì)保障。

豆渣中縮合單寧含量豐富，為15.07 mg CA/g，顯著高于IF中的0.02 mg CA/g，而IF中水解多酚的含量較高，為8.83 mg GA/g，說明縮合單寧在小腸中的生物利用度高于水解多酚。在抗氧化性方面，無論是用DPPH或總還原力來表征，IF都比豆渣原料表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗氧化力。但是若以DPPH來表征，豆渣原料和IF則是縮合單寧表現(xiàn)出較高的抗氧化力，分別是4.26 mg AAE/g和14.67 mg AAE/g;而若以總還原力來表征，則均為水解多酚表現(xiàn)出較高的抗氧化力，分別是16.12 μmol/L TE/g 和17.19 μmol/L TE/g。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明IF是一種富含大量優(yōu)質(zhì)膳食纖維、并能開發(fā)具有抗氧化功能性食品的潛在來源，并且提高了豆渣的利用率和營養(yǎng)價值。而目前，國內(nèi)外對豆渣模擬人體胃腸道消化產(chǎn)物的綜合性研究鮮見報(bào)道，所以為充分開發(fā)利用豆渣的膳食纖維資源，制備新型、綠色、安全的功能性食品添加劑，仍需廣大學(xué)者進(jìn)行更進(jìn)一步的研究。

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