食用海藻膳食纖維的分離與表征研究進(jìn)展

劉思岐,楊賀棋,周 慧,汪秋寬,武 龍

(大連海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧大連 116023)

國際食品法典委員會(huì)2009年將膳食纖維(dietary fiber,DF)定義為含有10個(gè)或更多單體單元的碳水化合物聚合物,且其不會(huì)被小腸中的內(nèi)源性酶類水解[1]。DF主要包括天然存在于食物中的,或通過物理、化學(xué)及酶處理從食品原料中提取所得,以及人工合成的碳水化合物聚合物。根據(jù)其在水中的溶解度,可分為可溶性膳食纖維(SDF)和不溶性膳食纖維(IDF)。大量研究表明合理攝入膳食纖維有助于改善消化道健康、降低血脂、調(diào)節(jié)血糖、控制體重等[2]。此外,膳食纖維還可用于改善食品的感官品質(zhì)和加工特性,在食品工業(yè)中得到高度關(guān)注[3]。

大型海藻分為三大類:褐藻、紅藻和綠藻。聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)顯示,世界海藻總產(chǎn)量在2010～2017年間增長了78.8%,在2017年達(dá)3189.6余萬噸,其中紅藻占到總產(chǎn)量的54.6%,褐藻占45.3%,綠藻僅有少量生產(chǎn)[4]。我國是世界第一大經(jīng)濟(jì)海藻及可食性褐藻生產(chǎn)國,2018年我國大型海藻養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)235.08余萬噸,其中海帶及裙帶菜等大型褐藻產(chǎn)量占到總產(chǎn)量的72.4%[5]。除供直接食用外,經(jīng)濟(jì)海藻還是提取食品添加成分的重要原料。相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭強(qiáng)勁。

可食性海藻主要來自大型褐藻和紅藻。紫菜、石花菜、海蘿、麒麟菜和江蘺等是利用率最高的經(jīng)濟(jì)紅藻。褐藻中具有顯著商業(yè)價(jià)值的品種包括海帶、裙帶菜、羊棲菜及其他來自馬尾藻和墨角藻屬的品種[6]。相比之下,對(duì)可食性綠藻資源的開發(fā)尚不深入[7]。

常見可食性海藻的基本組成如表1所示[8],可見其中富含不可被人體消化吸收的膳食纖維成分,此外還含有多種具有調(diào)節(jié)代謝功效的生物活性成分,如功能性碳水化合物、多不飽和脂肪酸、維生素、微量元素等,已被認(rèn)為是一種健康食品資源[9-11]。海藻的化學(xué)組成受其品種、生長期、地理?xiàng)⒌睾铜h(huán)境條件等的影響[12-13]。主要可食性海藻的膳食纖維含量如表2所示[14],總膳食纖維含量在32.7%～74.6%之間,遠(yuǎn)高于其他食品原料,是補(bǔ)充膳食纖維的理想渠道。將膳食纖維成分分離純化后進(jìn)一步改性,還可用作食品添加劑或膳食補(bǔ)充劑。此外,可食性海藻中不含有木質(zhì)素類成分,因此其膳食纖維多糖在可及性與功能活性上較高等植物膳食纖維更具優(yōu)勢,同時(shí)也有利于目標(biāo)成分的分離提取[15]。

表1 典型食用海藻的基本組成(干基%)Table 1 Proximate composition of some typical edible seaweeds(%)

表2 典型食用海藻的膳食纖維含量(干基%)Table 2 Dietary fiber content of some typical edible seaweeds(%)

本文對(duì)近年來文獻(xiàn)報(bào)道的典型可食性海藻中膳食纖維成分的提取及其性質(zhì)與功能評(píng)價(jià)相關(guān)內(nèi)容加以梳理總結(jié),包括海藻膳食纖維提取相關(guān)的新興技術(shù),及其物化性質(zhì)與功能特性的研究進(jìn)展,并簡要介紹海藻膳食纖維的潛在健康功效,旨在為海洋膳食纖維的開發(fā)利用與健康食品研發(fā)提供參考。

1 食用海藻中膳食纖維的提取

1.1 可溶性膳食纖維的提取

1.1.1 褐藻

1.1.1.1 褐藻膠 巨藻、海帶、馬尾藻、泡葉藻等大型褐藻的細(xì)胞壁中存在豐富的褐藻膠,其含量可占總生物量的18%～40%(干重)[16-17]。褐藻膠是褐藻酸的親水衍生物的統(tǒng)稱,一般以褐藻酸鹽的形式存在。其由β-D-甘露糖醛酸(M)和α-L-古羅糖醛酸(G)通過β-(1,4)鍵或α-(1,4)鍵(在GG阻滯的情況下)連接而成。甘露糖醛酸和古羅糖醛酸的比例一般為1∶1,但會(huì)隨著藻類的種類和年齡以及收獲季節(jié)和地點(diǎn)而改變[18]。不同結(jié)構(gòu)的褐藻膠溶解度不同,有些可溶于熱水,有些可溶于冷水,主要受其pH、聚合物濃度和介質(zhì)中的離子等的影響[19]。

在提取過程中使用不同的鹽,可以制備出不同種類的褐藻膠(即褐藻酸鹽),如:褐藻酸鈉、鉀、銨、鈣等。以最常見的褐藻酸鈉為例,其制備過程首先需將碎海藻與熱的碳酸鈉溶液攪拌,以提取可溶性褐藻酸鈉,進(jìn)而加入水降低體系黏度,以便通過過濾去除固體殘留物。隨后,可以通過轉(zhuǎn)化褐藻酸(或褐藻酸鈣)的工藝對(duì)提取物進(jìn)行純化[20]。產(chǎn)物褐藻膠的顏色通過使用漂白劑(如次氯酸鈉)改善,可以在提取階段或純化階段對(duì)料液進(jìn)行漂白。

1.1.1.2 巖藻聚糖硫酸酯 巖藻聚糖硫酸酯是一種含巖藻糖的硫酸化多糖(FCSPs),由于其顯著的生理功能,受到廣泛的關(guān)注。巖藻聚糖硫酸酯是一種結(jié)構(gòu)性雜多糖,存在于褐藻細(xì)胞壁基質(zhì)中。其主要由L-巖藻糖(超過50%)和其他單糖殘基組成,如:D-葡萄糖醛酸、D-半乳糖、D-木糖、D-葡萄糖和D-甘露糖等[21-22]。

近年來的研究表明,巖藻聚糖硫酸酯的生物活性隨其組成和結(jié)構(gòu)的不同而變化。在提取具有特定生物活性的目標(biāo)物過程中,保持其結(jié)構(gòu)完整性非常關(guān)鍵[23]。以干海藻為原料提取巖藻聚糖硫酸酯首先要進(jìn)行乙醇預(yù)處理,以去除色素、脂類、萜類和酚類物質(zhì)。然后用熱水或酸溶液反復(fù)處理固體殘?jiān)?使目標(biāo)物充分溶解并通過乙醇分步沉淀或超濾方法使其中的巖藻聚糖硫酸酯得到分離[24]。在熱水處理過程中加入氯化鈣,以防止海藻酸鹽的釋放。相比之下,使用酸提取的優(yōu)點(diǎn)是可將海藻酸鹽沉淀為海藻酸,但需要對(duì)提取液進(jìn)行中和以防止目標(biāo)物的降解。此外,微波、超聲和酶輔助提取等新興技術(shù)也已被報(bào)道,可以進(jìn)一步提高提取效率[25]。

1.1.1.3 褐藻淀粉 褐藻淀粉是存在于褐藻細(xì)胞質(zhì)中的儲(chǔ)能性碳水化合物。其由β-(1,3)連接的D-葡萄糖單元鏈組成,還含有β-(1,6)支鏈,兩種糖苷鍵的比例為3∶1[26]。從褐藻中提取褐藻淀粉有多種方法,一般采用熱水或弱酸(如濃度為0.1 mol/L的鹽酸或硫酸)進(jìn)行提取[26]。當(dāng)使用熱水抽提時(shí),需加入氯化鈣以防止藻酸鹽的溶解,最后通過乙醇分步沉淀方法將褐藻淀粉和巖藻聚糖硫酸酯加以分離。此外,超濾也是一種有效的分離純化方法,根據(jù)抽提物中褐藻淀粉與巖藻聚糖硫酸酯等物質(zhì)的分子量差別,選擇具有適宜截留分子量的膜材料,可以使較低分子量的褐藻淀粉得到分離[25]。

1.1.2 紅藻

1.1.2.1 瓊脂 瓊脂是從紅藻中提取的多糖,是目前世界上用途最廣泛的海藻膠之一[27]。瓊脂是由瓊脂糖和瓊脂膠混合而成的細(xì)胞壁多糖。瓊脂糖是瓊脂的主要成分,占比約70%,是一種線性聚合物,由瓊脂二糖的重復(fù)單體組成。瓊脂二糖是由D-半乳糖和3,6-脫水-L-吡喃半乳糖組成的二糖。瓊脂膠是一種小分子的非均質(zhì)混合物,含量較少,由D-半乳糖和L-半乳糖的交替單元組成,這些單元由大量酸性側(cè)基修飾,如硫酸鹽、甲基和丙酮酸等[28-30]。瓊脂可溶于熱水(>85 ℃),冷卻后形成熱可逆凝膠[27]。

瓊脂的提取步驟主要包括堿預(yù)處理、過濾、濃縮和脫水[30]。堿預(yù)處理?xiàng)l件因原料而異。例如,用Na2CO3溶液處理石花菜,在85～90 ℃下用濃度為0.5%～7%的NaOH溶液處理江蘺等。此外,還可在壓力下用熱水處理石花菜(105～110 ℃,2～4 h),以提高提取效率和產(chǎn)量。對(duì)熱提取物進(jìn)行粗過濾除去海藻殘?jiān)?然后將濾液冷卻形成凝膠,其中含有約1%的瓊脂,剩余為鹽、色素和可溶性碳水化合物等雜質(zhì),可以通過漂白脫色、浸泡、洗滌等手段進(jìn)行純化。對(duì)提取物的濃縮可以通過冷凍-解凍手段完成。當(dāng)材料解凍時(shí),排出大部分水,留下含有約10%～12%瓊脂的濃縮凝膠[27]。另一種脫水方法是壓力法,利用壓力迫使固液分離達(dá)到脫水濃縮的目的[31]。最后將濃縮的凝膠干燥、研磨并過篩,得到瓊脂。

1.1.2.2 卡拉膠 卡拉膠是從紅藻中提取的一種線性硫酸化多糖,又名角叉菜膠或麒麟菜膠?？ɡz可占藻類細(xì)胞壁成分的30%～80%,其含量主要受品種、收獲季節(jié)和生長條件的影響[32]?？ɡz由重復(fù)的D-半乳糖和3,6-脫水-D-半乳糖單元的硫酸酯通過α-(1,3)和β-(1,4)糖苷鍵連接而成?？ɡz的硫酸酯基團(tuán)和3,6-脫水-D-半乳糖殘基的數(shù)目不同,影響其水合性能、強(qiáng)度、質(zhì)地、凝膠形成溫度和凝膠結(jié)合力[32]。根據(jù)其中硫酸酯基團(tuán)的數(shù)量、位置不同,可分為κ型、ι型、λ型卡拉膠。其他結(jié)構(gòu),如μ和ν-卡拉膠,是提取過程中“堿改性”后的κ和ι-卡拉膠的前體[33]。所有卡拉膠均溶于熱水,λ、κ和ι-卡拉膠的鈉鹽可溶于冷水。

卡拉膠的提取主要有兩種方法,分別獲得精制卡拉膠(RC)和半精制卡拉膠(SRC)。前者首先洗滌原料并用熱堿性溶液處理數(shù)小時(shí),除去部分硫酸根基團(tuán)并增加3,6-脫水半乳糖環(huán)的數(shù)量以形成結(jié)構(gòu)更強(qiáng)的凝膠[32]。處理后通過離心、過濾除去殘?jiān)?得到澄清的卡拉膠溶液。向?yàn)V液中加入氯化鉀溶液或有機(jī)溶劑(如異丙醇),以形成凝膠。通過冷凍—解凍手段濃縮凝膠,干燥并研磨以獲得精制卡拉膠。后者實(shí)際上并沒有從海藻中分離出卡拉膠。其原理是從原料中去除可溶于堿溶液的物質(zhì),留下卡拉膠及其他不溶性物質(zhì),所得產(chǎn)物為卡拉膠和細(xì)胞壁組分的混合物。例如以長心卡帕藻和麒麟菜為原料,加入氫氧化鉀并加熱,釋放可溶性低分子量化合物并抑制卡拉膠的溶解。將殘余物洗滌數(shù)次以除去堿和雜質(zhì),干燥并研磨,得到半精制卡拉膠[27]。

1.1.3 綠藻 石莼多糖是一種水溶性多糖,存在于石莼屬綠藻中并具有多種生物活性。它是一種細(xì)胞壁碳水化合物,占藻類干重的8%～29%[34]。主要由L-鼠李糖(16.8%～45.0%)、D-木糖(2.1%～12.0%)、糖醛酸(6.5%～19.0%,包括D-葡萄糖醛酸、L-艾杜糖醛酸)和D-葡萄糖(0.5%～6.4%)組成。

石莼多糖的提取可以采用稀堿溶液回流浸提工藝。以質(zhì)量濃度為1%的NaOH溶液在70 ℃下浸提回流2 h,抽提完畢后對(duì)懸浮液進(jìn)行過濾,除去雜質(zhì)。調(diào)整提取液的pH,通過醇沉法收集多糖。沉淀物經(jīng)乙醇洗滌、干燥后得到石莼多糖[34]。

1.2 不溶性膳食纖維(纖維素)提取

纖維素是一種天然多糖,是地球上最豐富的有機(jī)物質(zhì)。與其他藻類多糖不同,纖維素的開發(fā)利用尚未得到重視。纖維素不僅是藻類和高等植物中不溶性膳食纖維的關(guān)鍵成分,也是具有重要商業(yè)價(jià)值和環(huán)境意義的生物質(zhì)資源[35]。作為細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)多糖,纖維素由β-(1,4)連接的葡萄糖殘基鏈組成,并且具有晶體結(jié)構(gòu)。大型藻類也被認(rèn)為是纖維素的潛在來源[36-37]。

從生物精煉的角度出發(fā),工業(yè)生產(chǎn)藻膠等有價(jià)化學(xué)物質(zhì)后所得固體殘?jiān)?是提取纖維素的理想原料。纖維素在此類生物質(zhì)中得到富集,可占干物質(zhì)的30%[38]。特別是在沒有木質(zhì)素保護(hù)的情況下,纖維素的提取可以在相對(duì)溫和條件下進(jìn)行,從而賦予煉制過程潛在的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境優(yōu)勢[15]。

盡管藻類纖維素尚未被商業(yè)開發(fā),但是從紅藻、綠藻和褐藻中提取纖維素的方法已得到廣泛研究。結(jié)晶結(jié)構(gòu)使纖維素不易溶解和降解,在一定程度上有利于其分離。制備藻類纖維素的關(guān)鍵在于去除雜質(zhì),包括藻膠、蛋白質(zhì)、無機(jī)鹽、色素和其他碳水化合物。例如,將干燥的海帶粉末在室溫下通過甲醇抽提進(jìn)行脫脂,然后在酸性條件下以亞氯酸鈉進(jìn)行漂白。用水洗滌后,再用熱堿及酸處理。將所得產(chǎn)物洗滌并干燥可獲得高純度海藻纖維素[39]。另一種方法是將海藻粉末用水洗滌以除去異物,并在高于120 ℃的溫度下用水萃取,并加入一定量的硫酸和硫代硫酸鈉。通過過濾回收固體部分,并分別使用二氧化氯和過氧化氫進(jìn)行漂白,然后將所得物質(zhì)洗滌并干燥以獲得纖維素[40]。

2 新型食用海藻多糖提取技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)更有效、低成本和環(huán)境友好的海藻膳食纖維多糖提取,大量研究關(guān)注新型提取技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用[41-42]。文獻(xiàn)報(bào)道較多的方法有:酶輔助提取、微波輔助提取和超聲輔助提取等。

2.1 酶輔助提取

打破藻類細(xì)胞結(jié)構(gòu)是提取各種有用成分的前提條件。酶處理可有效的破壞其細(xì)胞壁,釋放目標(biāo)化合物并去除雜質(zhì)。此外,酶處理是一種環(huán)保型技術(shù),因?yàn)樗墓に嚄l件相對(duì)溫和并可減少危險(xiǎn)化學(xué)品的使用[43]。酶輔助提取(EAE)過程可應(yīng)用多種酶的組合,通常為碳水化合物酶及蛋白酶,以發(fā)揮更大的效用。翟為[44]利用木聚糖酶、木瓜蛋白酶、果膠酶和纖維素酶復(fù)合酶法提取昆布多糖,產(chǎn)物得率及純度均較高。李鷥鷥等[45]利用復(fù)合酶EAE法從多肋藻中提取硫酸化巖藻多糖并進(jìn)行了降血脂功能評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)纖維素酶、果膠酶、蛋白酶的聯(lián)合作用可以從細(xì)胞壁基質(zhì)中有效分離目標(biāo)成分,所得產(chǎn)物具有顯著生理活性。

2.2 微波輔助提取

微波輔助提取(MAE)已被用于從藻類中提取包括多糖在內(nèi)的多種活性物質(zhì)[46-48]。微波處理會(huì)導(dǎo)致介電材料的溫度升高,細(xì)胞內(nèi)液蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的壓力導(dǎo)致細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的破壞,使溶劑滲透到基質(zhì)中,從而促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)化合物的釋放[49-50]。與傳統(tǒng)溶劑提取技術(shù)相比具有提取效率高、溶劑用量少、產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。MAE被認(rèn)為是從各種植物中提取生物活性化合物的可行技術(shù)路線[51]。Yuan等[52]通過MAE從泡葉藻中提取巖藻聚糖硫酸酯,對(duì)提取工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化,所得產(chǎn)物具有顯著抗氧化活性。還有研究利用MAE從裙帶菜孢子葉中提取巖藻聚糖硫酸酯,并將其降解成5～30 kDa左右的更有價(jià)值的低分子量產(chǎn)品,在140 ℃下進(jìn)行MAE處理可獲得約13 kDa的低分子量巖藻聚糖[53-54]。然而,微波輔助提取對(duì)多糖的結(jié)構(gòu)性質(zhì)和生物活性的影響仍有待進(jìn)一步明確。

2.3 超聲輔助提取

超聲波是指20 kHz以上的高頻聲波,它們可以通過震動(dòng)和壓縮來穿過固體、氣體和液體介質(zhì)。超聲處理可以提高生物基質(zhì)中生物活性化合物的提取效率和產(chǎn)率。此外,超聲輔助提取(UAE)可在較低的溫度下進(jìn)行,有利于熱敏性化合物的提取。UAE與常規(guī)提取方法相結(jié)合,被認(rèn)為是一種提取藻類生物活性物質(zhì)的潛在技術(shù)。戴圣佳等[55]通過單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)對(duì)海帶褐藻多糖硫酸酯的超聲輔助提取工藝進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)多糖提取率達(dá)5.58%,粗多糖中巖藻糖含量20.93%,硫酸酯基含量26.87%,均高于熱水法提取的多糖。熱水提取方法和超聲輔助提取方法所得的多糖均不含蛋白質(zhì)和核酸,超聲輔助提取的多糖色素更少。Kadam等[56]使用響應(yīng)面法對(duì)泡葉藻生物活性物質(zhì)(總酚、巖藻糖、糖醛酸)的超聲輔助酸提取條件進(jìn)行了優(yōu)化,并發(fā)現(xiàn)與常規(guī)提取相比,用超聲波破壞堅(jiān)韌的藻類細(xì)胞壁使提取率提高了5倍。

3 海藻膳食纖維的功能特性評(píng)價(jià)

膳食纖維的功能特性取決于其組分的理化性質(zhì)。對(duì)DF理化性質(zhì)的評(píng)價(jià)主要包括:水合能力、結(jié)合(吸附)能力和可發(fā)酵性等[57]。

3.1 持水力、膨脹力和持油力

膳食纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)中的親水基團(tuán)使其表現(xiàn)出極強(qiáng)的吸水性、持水性和吸水膨脹性。在研究膳食纖維的功能特性時(shí),水合能力是一個(gè)重要的考察指標(biāo)。研究表明持水力(WHC)與膨脹力(SC)呈顯著正相關(guān)[58]。研究發(fā)現(xiàn)海帶膳食纖維持水力、膨脹力均優(yōu)于燕麥膳食纖維和魔芋膳食纖維,并且通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明其具有較好的通便作用,有利于防止便秘和直腸癌的發(fā)生[59-60]。膳食纖維持油性除可發(fā)揮吸附脂肪、膽固醇等的作用外,還可改善食品的質(zhì)構(gòu)特性,賦予食品更好的感官品質(zhì)[61-63]。提取自常見食用海藻的膳食纖維的WHC和SC可達(dá)4.9～10.2 g/g和7.2～11.4 mL/g[64]。低pH(胃液環(huán)境)可以顯著降低海藻膳食纖維的WHC和SC,此外測定溫度也是一個(gè)重要影響因素[65-66]。有報(bào)道指出海藻膳食纖維具有比高等植物膳食纖維更高的水合能力[67]。海藻膳食纖維的OHC通常較低(一般在0.9～1.67 g/g),可歸因于其帶電多糖的親水性,特別是其中親水性膠體多糖的存在[14,64,68]。而通過擠壓膨化處理結(jié)合蛋白酶解工藝制備的大豆生物解離膳食纖維的OHC可達(dá)5.48 g/g[69]。

3.2 結(jié)合力

結(jié)合力(BC)是膳食纖維的另一個(gè)重要特性,因?yàn)樗鼪Q定了膳食纖維在營養(yǎng)吸收、有害物質(zhì)去除和生理調(diào)節(jié)方面的功能特性。通?？衫檬称分珓?、膽固醇、膽鹽、金屬離子和有害化學(xué)物質(zhì)等來評(píng)估膳食纖維的結(jié)合力。Suzuki等[70]以人造食用色素(莧菜紅、赤蘚紅、玫瑰紅)為對(duì)象,通過比色法考察海藻膳食纖維的結(jié)合力,發(fā)現(xiàn)滸苔、海帶、羊棲菜、昆布和紫菜等的膳食纖維對(duì)著色劑表現(xiàn)出顯著的結(jié)合力,其中昆布較為明顯,且WHC和SC與著色劑結(jié)合能力呈正相關(guān),表明結(jié)合力受到WHC的SC的影響較高[70]。Suzuki等[70]還評(píng)價(jià)了海藻膳食纖維對(duì)膽汁酸的結(jié)合能力,發(fā)現(xiàn)紫菜的結(jié)合力最高(12.6%～15.5%),是其他海藻的兩倍以上,海帶和羊棲菜結(jié)合力最低。葉靜等[71]研究了江蘺藻膳食纖維對(duì)脂肪、膽固醇和膽酸鈉的結(jié)合力,并發(fā)現(xiàn)其水溶性膳食纖維對(duì)于膽固醇和膽酸鈉的吸附能力大于水不溶性膳食纖維和總膳食纖維,而水不溶性膳食纖維對(duì)于脂肪的吸附作用要強(qiáng)于水溶性膳食纖維和總膳食纖維。膽汁酸與各種膳食纖維的結(jié)合已被廣泛研究,對(duì)于高等植物的DF,木質(zhì)素具有較高的BC,而纖維素和半纖維素吸收膽汁酸的能力較差[72-73]。李劉冬等[74]采用模擬胃和小腸環(huán)境的體外試驗(yàn)和大白鼠體內(nèi)試驗(yàn)研究了四種海藻膳食纖維對(duì)雌性激素的吸附效果,發(fā)現(xiàn)海帶DF的吸附力最強(qiáng),且褐藻類膳食纖維(海帶和馬尾藻)對(duì)雌性激素的吸附作用大于紅藻類(江蘺和麒麟菜)膳食纖維。Raman等[75]對(duì)異枝麒麟菜DF對(duì)雜環(huán)胺和多環(huán)芳胺的結(jié)合力進(jìn)行了測定,發(fā)現(xiàn)其水溶性和水不溶性DF對(duì)目標(biāo)物均展示出較高的吸附力。對(duì)金屬離子的吸附力取決于膳食纖維來源、陽離子類型和pH;含有游離羧基、羥基或氨基的膳食纖維分子對(duì)礦物質(zhì)陽離子具有更大的結(jié)合力。不同海藻DF對(duì)重金屬離子(Cd2+、Pb2+、Hg2+)結(jié)合能力依次為海帶、麒麟菜、麥麩、江蘺和馬尾藻[76]。體外研究還表明,每克褐藻膳食纖維能吸收59 mg的鈉,展示出一定的離子交換能力及潛在健康功效[77]。

3.3 發(fā)酵能力

部分膳食纖維多糖經(jīng)腸道厭氧菌酵解生成短鏈脂肪酸(碳鏈中碳原子小于6個(gè)的有機(jī)脂肪酸,包括:甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸、異戊酸、己酸和異己酸),使得大腸理化環(huán)境發(fā)生改變,并影響腸道和機(jī)體健康[78]。目前,對(duì)食用海藻膳食纖維的發(fā)酵性能的研究還不夠充分。高等植物SDF已被證明可以被腸道菌群發(fā)酵,并顯著改變菌群結(jié)構(gòu),發(fā)揮有益健康的作用[79]。相較而言,海藻SDF多糖對(duì)發(fā)酵的抵抗性更強(qiáng),因而可更好地保留其理化性質(zhì)[80]。有研究指出海藻酸鈉和褐藻淀粉可被人腸道細(xì)菌發(fā)酵,而巖藻聚糖硫酸酯則不可被發(fā)酵[81]。高比例的巖藻聚糖和硫酸基團(tuán)以及特殊的結(jié)構(gòu)可能是導(dǎo)致其不能被人體腸道微生物降解的原因。同時(shí),海藻酸鹽表現(xiàn)出特別的發(fā)酵性能,其被降解的部分中只有65%被代謝成為短鏈脂肪酸[80]。

4 結(jié)論

近年來,全球及我國食用海藻的產(chǎn)量日益增加,為可再生海洋生物資源的綜合開發(fā)創(chuàng)造了良好的條件。海藻的化學(xué)成分與陸生植物有顯著差異,具備多種有益于人體健康的生理功能。膳食纖維已被認(rèn)為是現(xiàn)代社會(huì)的必需營養(yǎng)素之一。到目前為止,從食用海藻中提取膳食纖維組分并對(duì)其進(jìn)行功能評(píng)價(jià)的研究已經(jīng)相當(dāng)深入。存在于海藻中的各種功能性多糖是膳食纖維的良好來源。藻類膳食纖維的功能挖掘以及健康食品的產(chǎn)品研發(fā)應(yīng)得到更多研究關(guān)注。此外,應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)政、產(chǎn)、學(xué)、研各方合作,促進(jìn)科技成果的轉(zhuǎn)化,為我國海藻及海洋健康食品產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展進(jìn)步提供持續(xù)動(dòng)力。