雷 丹， 李軍勝， 李書藝，3*， 祝振洲，3， 何靜仁，3

（1 武漢輕工大學食品科學與工程學院 武漢430023 2 湖北省農(nóng)產(chǎn)品加工與轉化重點實驗室 武漢430023 3 武漢輕工大學硒科學與工程現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院 武漢430023）

我國傳統(tǒng)膳食主要是植物性食物，然而，隨著經(jīng)濟和工業(yè)的高速發(fā)展， 人民的生活水平不斷提高，飲食結構和膳食水平發(fā)生改變，過量糖類、脂肪及蛋白質(zhì)的攝入及飲食的精細化導致高血糖、高血壓、肥胖等代謝疾病患病率顯著增高[1]。 隨著食品營養(yǎng)學的發(fā)展，人們認識到谷物、蔬菜和水果等食物中富含的膳食纖維雖不能被人體消化吸收， 但對人體有很好的保健作用并起到多種疾病的預防作用[2]。 膳食纖維被稱為“第七類營養(yǎng)素”，具有很強的持水性、 膨脹性以及吸附有機分子和交換陽離子等能力， 在人體健康中發(fā)揮著重要作用，如降低血漿膽固醇，改善血糖生成，控制體重，降血壓和預防心腦血管等疾病[3-5]。 蓮藕中含有豐富的膳食纖維（Dietary fiber， DF），藕皮、藕節(jié)中的DF 含量分別為21.14%和29.35%， 根據(jù)DF 的溶解性不同可將其分為水不溶性膳食纖維（Insoluble dietary fiber， IDF） 和水溶性纖維（Soluble dietary fiber， SDF）[6-8]。 食物中的IDF 具有顯著增加糞便體積和質(zhì)量， 促進排便， 預防結腸癌的功能，而SDF 的持水力高，黏性大，能夠作為腸道微生物的基質(zhì)，調(diào)節(jié)腸道菌群，降低餐后血糖和吸附脂肪、膽固醇等，增加糞便中脂肪及膽固醇的排出量，促進膽固醇轉化為膽酸，降低脂肪及膽固醇的吸收[9]。

Macagnan 等[10]發(fā)現(xiàn)攝入高含量的多酚會為機體帶來健康益處，這與多酚的降糖、改變腸道微生物、降血脂、抗腫瘤特性有關。 食物基質(zhì)中的部分酚類化合物可從胃腸道上部釋放出來， 直接被消化吸收，部分酚類化合物與SDF 結合通過胃腸道上部， 而這些未被小腸吸收的酚類化合物會在結腸中釋放[11-12]。酚類化合物可在一定程度上抑制脂質(zhì)的消化， 并在腸道內(nèi)吸附膽酸鹽和減少脂肪的吸收，使機體保持健康[13]。 研究表明蓮藕中主要的酚類化合物包括兒茶酚、沒食子酸、兒茶素、咖啡酸、香豆酸、白藜蘆醇、蘆丁、表兒茶素、綠原酸等，蓮藕膳食纖維與這些酚類化合物質(zhì)常以結合態(tài)存在， 可選擇含量較大且不同構型的沒食子酸與兒茶素作為研究對象， 探究可溶性膳食纖維與多酚之間的相互作用及復合物的功能特性[14]。

多糖與多酚等分子在食品加工過程中容易發(fā)生物理、化學反應，其非共價相互作用由氫鍵、靜電吸引力、范德華力、疏水相互作用的組合共同驅(qū)動，改變多酚的功能特性，影響食品的感官品質(zhì)和營養(yǎng)價值[15]。 在體內(nèi)代謝中，多糖與多酚形成的復合物能夠改善多酚的性質(zhì)，如謝吉敏[16]利用環(huán)糊精衍生物包合多酚類物質(zhì)，提高了多酚的溶解度、穩(wěn)定性以及生物利用度。 Costa 等[17]評估了多酚物質(zhì)兒茶素、阿魏酸、咖啡酸分別與多糖類物質(zhì)纖維素、木聚糖間的相互作用，發(fā)現(xiàn)這兩種膳食纖維不會降低酚類化合物的生物適應性， 且攝入適當?shù)纳攀忱w維與多酚能夠顯著改善小鼠體內(nèi)高脂高血糖等癥狀。 盡管多糖與多酚相互作用會影響多酚的功能特性，然而關于SDF 與多酚相互作用對油脂吸附特性的影響鮮見報道。 本試驗基于多酚與多糖的非共價相互作用，制備蓮藕SDF 與多酚的復合物，研究復合物對油脂、膽固醇吸附特性和陽離子交換能力的影響， 以促進蓮藕中活性資源的綜合利用，為SDF-多酚復合物在功能性食品中的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蓮藕（品種為“鄂蓮五號”3735），武漢菱湖凈菜中心；沒食子酸（Gallic acid， GA）（純度95%）、兒茶素（Catechin， CC）（純度95%），上海源葉生物有限公司；花生油、豬油，購買于武漢常青花園武商量販超市；膽酸鈉（分析純級），天津化工試劑集團；所有的酸均為分析純級。

ME104E 萬分之一電子分析天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；SHZ-82 恒溫搖床， 國華儀器公司；T6 紫外分光光度計， 北京普析通用儀器公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 蓮藕中可溶性膳食纖維的提取 根據(jù)GB/T 5009.88-2014《食品安全國家標準 食品中膳食纖維的測定》中的方法提取蓮藕中的SDF。

1.2.2 可溶性膳食纖維與多酚復合物、 混合物的制備 取可溶性膳食纖維120 mg， 溶解于60 mL蒸餾水中，在80 ℃下磁力攪拌2 h 至完全溶解。冷卻至室溫后分別加入30 mL 1 mg/mL GA 和CC溶液， 混合均勻后將混合液轉入預先處理好的透析袋（截留尺寸為1 000 u）中，再將透析袋放入裝有500 mL 蒸餾水的燒杯中，控制反應溫度，透析至吸附平衡，以透析袋外游離的GA 或CC 在波長280 nm 處的吸光值恒定不變?yōu)槠胶饨K點[18]。 取出透析袋中溶液，經(jīng)醇沉、冷凍干燥得到SDF-GA 復合物/SDF-CC 復合物， 并用福林酚法測得復合物中的總酚含量。

物理混合物的制備方法如下： 按照醇沉干燥后得到的復合物中SDF 與GA 質(zhì)量比為69.4∶1。稱取SDF 與GA 粉末， 將二者的固體粉末混合均勻得到SDF 和GA 的物理混合物； 同樣方法制備SDF 與CC 質(zhì)量比為56.2∶1 的物理混合物。

1.2.3 復合物中酚類物質(zhì)穩(wěn)定性測定

1.2.3.1 熱穩(wěn)定試驗 參考羊芹[19]的方法，改用蒸餾水配置一定質(zhì)量濃度的復合物樣品溶液（1 mg/mL），分別取0.5 mL 樣品溶液加入試管中避光，于20，30，40，50，60 ℃中水浴加熱處理，1 h 后測定其總酚含量。

1.2.3.2 pH 值穩(wěn)定性試驗 分別配置pH 值為：2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，7.0 的磷酸緩沖液，再用不同pH 值的緩沖液溶解樣品， 制成質(zhì)量濃度為1 mg/mL 不同pH 值的樣品溶液， 裝入試管中避光，水浴恒溫（30 ℃）下，1 h 后測定其總酚含量。

1.2.4 復合物及混合物對油脂的吸附試驗

1.2.4.1 飽和脂肪的吸附 采用王崇隊等[20]和陳亞非等[21]的試驗方法，測定復合體對含油脂物質(zhì)的吸附量。準確稱取5.000 g 樣品，置于燒杯中，加入飽和脂肪100 mL，攪拌均勻，加入pH 2.0 的鹽酸水溶液50 mL，于恒溫振蕩搖床37 ℃振蕩1 h，4 000 r/min 離心20 min，去上層油，濾紙吸干殘渣游離的脂肪，稱重。 油脂的吸附量按下式計算：

式中，Q——油脂的吸附量，g/g；m1——所用油的質(zhì)量，g；m2——游離油的質(zhì)量，g；m3——樣品的質(zhì)量，g。

1.2.4.2 不飽和脂肪的吸附試驗 準確稱取5.000 g 樣品， 置于燒杯中， 加入不飽和脂肪100 mL，攪拌均勻，加入pH 2 的鹽酸水溶液50 mL，于恒溫振蕩搖床37 ℃振蕩1 h，4 000 r/min 離心20 min，去上層油，濾紙吸干殘渣游離的脂肪，稱重。 計算公式如（1）式所示。

1.2.5 復合物及混合物對膽固醇的吸附試驗 采用鄰苯二甲醛法比色法測定膽固醇含量。 取新鮮雞蛋蛋黃，用9 倍量蒸餾水充分攪打成乳液，準確稱取0.500 g 樣品于50 mL 錐形瓶中，加入50 g 稀釋蛋黃，攪拌均勻，調(diào)pH 值至2.0（胃環(huán)境）或7.0（小腸環(huán)境），放置在37 ℃恒溫搖床中震蕩2 h，4 000 r/min 離心20 min，取上清液0.04 mL，用蒸餾水補齊至0.4 mL， 加入1 mg/mL 鄰苯二甲醛溶液0.2 mL，混合酸（90%醋酸加等體積濃硫酸）4.0 mL，混勻后靜置10 min，在波長550 nm 處比色測量吸光值[22-23]。 以膽固醇為標準品，按照相同方法測定吸光值，并繪制標準曲線y=21.837x+0.0241，R2=0.9958。

1.2.6 復合物及混合物膽酸鹽的吸附試驗 分別精確稱取各樣品0.2000 g 置于具塞試管中，加入1 mL 60%冰醋酸制備的1 mg/mL 膽酸鈉溶液，再分別加入新制的糠醛溶液1.0 mL， 冰水浴5 min，再加入13 mL 硫酸溶液 （硫酸50 mL+蒸餾水65 mL），混勻，在70 ℃水浴10 min，然后迅速冰水浴2 min 后于波長605 nm 處測吸光值[21，24]。以膽酸鈉為標準品， 按照相同方法制備標準曲線為y=0.308x+0.0668，R2=0.9956。

1.2.7 復合物及混合物的陽離子交換試驗 準確稱取SDF 與多酚復合物樣品300 mg， 溶解于30 mL 0.01 mol/L HCl 溶液中，在4 ℃下過夜，用0.1 mol/L NaOH 滴定， 記錄NaOH 消耗體積和溶液pH 值變化，作VNaOH-pH 關系圖[24-25]。 以不加樣品的30 mL 0.01 mol/L HC1 溶液做空白。

1.3 數(shù)據(jù)分析

每組試驗設置3 個平行，結果取平均值，采用Excel，Origin 9.0 作圖和SPSS 19.0 進行統(tǒng)計學分析，差異顯著水平P ＜0.05 與非常顯著P ＜0.01。

2 結果與分析

2.1 復合物中酚類物質(zhì)的穩(wěn)定性

2.1.1 溫度對熱穩(wěn)定性影響 如圖1 所示， 隨著溫度升高，復合物中的總酚含量逐漸降低。 在20～40 ℃范圍內(nèi)多酚含量變化不大， 溫度升高到40℃以上SDF-CC 復合物中酚類化合物含量迅速降低4.80%， 而SDF-GA 復合物中的酚類含量降低4.47%，這種酚類含量隨溫度變化的結果與李利華等[26]及矯馨瑤等[27]的結論一致。 SDF-CC 復合物中酚類化合物的含量比SDF-GA 復合物降低快，這是由于具有更多羥基數(shù)目的CC 比GA 在加熱情況下更容易氧化。鄭燕菲等[28]和趙玉等[29]發(fā)現(xiàn)多酚置于較高溫度環(huán)境下會發(fā)生裂解等反應， 這是因為具有不飽和鍵的多酚類化合物會發(fā)生氧化聚合被降解，且羥基的數(shù)目與其還原性的強弱有關，酚羥基數(shù)目越多越易受熱氧化， 且溫度越高氧化發(fā)生越快，酚類含量損失越大。

圖1 不同溫度對復合物中酚類物質(zhì)的穩(wěn)定性影響Fig.1 Effect of different temperatures on the stability of phenolic compounds in complex

2.1.2 pH 值對復合物穩(wěn)定性的影響 如圖2 所示，在不同pH 值條件下，兩種復合物酚類化合物含量的變化表現(xiàn)出相同的趨勢， 復合物中的酚類在較強的酸性環(huán)境下較為穩(wěn)定， 體系pH 值大于5.0 后復合物中的酚類含量降低較明顯，SDF-GA復合物總酚含量減少1.76%，SDF-CC 復合物中酚類含量降低1.17%。 這與高凝軒等[30]發(fā)現(xiàn)多酚在pH 2.0～3.0 范圍最為穩(wěn)定，pH 值大于5.0 以后多酚的保留率顯著降低結果一致。 兩種酚類化合物對于不同的pH 值溶液的穩(wěn)定性差異， 可能是負載的酚類CC 與GA 結構中酚羥基數(shù)目多少與結構的差異，另外由于多酚中含有大量的羥基，呈弱酸性，所以在酸性環(huán)境下較為穩(wěn)定。 席利莎等[31]在不同pH 值條件下對甘薯莖葉進行加工， 發(fā)現(xiàn)甘薯莖葉中多酚的穩(wěn)定性在中性和弱酸性體系中較好。

圖2 不同pH 值對復合物中酚類物質(zhì)穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effect of different pH value on the stability of phenolic compounds in complex

2.2 復合物對油脂的吸附作用

改性可溶性膳食纖維在胃腸道內(nèi)黏性增大，膨脹后產(chǎn)生飽腹感可減少總能量的攝入， 吸附脂肪后延緩脂肪的消化吸收，抑制脂肪的攝入，從而達到降脂作用[32]。 復合物對油脂的吸附作用如圖3a 所示，SDF、SDF-GA 復合物、SDF-GA 物理混合物、SDF-CC 復合物及SDF-CC 物理混合物對飽和脂肪的吸附量分別為（1.20±0.15），（3.06±0.28），（1.61±0.23），（3.12±0.42）g/g 和（1.57±0.21）g/g；對不飽和脂肪的吸附量分別為（1.60±0.10），（5.92±0.19），（1.87±0.16），（7.52±0.46）g/g 和（1.96±0.16）g/g。 由結果可知， 兩復合物對油脂的吸附量明顯（P＜0.01）比SDF 大，而兩物理混合物對油脂的吸附效果與SDF 相比無明顯區(qū)別。 SDF-CC 復合物與SDF-GA 復合物對不飽和脂肪的吸附顯著強于飽和脂肪， 原因可能是復合物易與不飽和鍵中的氫原子相互吸引和結合。 在前期試驗中發(fā)現(xiàn)復合物的粒徑小于混合物的粒徑， 且其對油脂的吸附量大小與粒徑大小有相關性， 這種由于復合物粒徑較小對脂肪的吸附量大的結果與Raghavendra等[33]的結論一致。 Raghavendra 等[33]發(fā)現(xiàn)椰子渣膳食纖維的粒度減小， 其水合性能及脂肪吸收能力反而增大，這是由于隨著粒度減小其表面積、總孔體積變大，導致其對脂肪的吸附容量變大。

圖3 復合物及混合物對不同脂肪酸的吸附能力Fig.3 Adsorption capacity of complex and mixture for different fatty acids

2.3 復合物對膽固醇的吸附作用

膳食纖維通過刺激血漿和肝臟中的膽固醇使其轉變成膽酸，并與膽酸結合防止其重吸收，進而抑制膽固醇的合成，增加糞便中膽固醇的含量，從而降低體內(nèi)膽固醇[34-35]。 如圖4 所示，模擬環(huán)境溶液在pH 7.0 條件下，SDF、SDF-GA 復合物、SDFGA 混合物、SDF-CC 復合物及SDF-CC 混合物對膽固醇的吸附量分別為（7.05±0.19），（8.17±1.12），（8.73±0.02），（8.09±0.02）mg/g 和（6.23±0.05）mg/g，復合物對膽固醇的吸附效果極顯著高于SDF（P＜0.01）。 在pH 2.0 時對膽固醇的吸附量分別為（5.43±0.01），（6.25±0.02），（6.12±0.01），（5.03±0.01）mg/g 和（2.83±0.04）mg/g，這說明不同多酚與SDF 之間相互作用會改變SDF 對膽固醇的吸附能力， 且復合物在中性條件下對膽固醇的吸附量比酸性條件下的高。周笑犁等[36]和楊振寰[37]發(fā)現(xiàn)可溶性膳食纖維對膽固醇的吸附能力與體系的酸堿性有較大的關系， 且在中性條件下膳食纖維對膽固醇的吸附量比在酸性條件大。

2.4 復合物對膽酸鹽吸附作用

膽酸鹽是指人體和動物膽汁中由膽固醇衍生的具有甾核結構的一類兩性大分子， 膽酸鹽被膳食纖維吸附排出體外， 從而對脂肪和膽固醇的消化吸收起重要作用[35，38]。 如圖5 所示，SDF 對膽酸鈉的吸附量最小，SDF-GA 復合物對膽酸鈉的吸附量高于SDF-GA 物理混合物（P＜0.05），而SDFCC 復合物對膽酸鈉的吸附作用與SDF-CC 物理混合物無明顯區(qū)別。結果表明，酚類的存在能顯著性提高SDF 對膽酸鈉的吸附作用，且吸附量大小與酚類化合物種類有關。 胡凱等[38]通過體外模擬不同茶葉結合膽酸鈉的試驗， 發(fā)現(xiàn)茶多酚結合膽酸鹽的能力與茶多酚含量成正相關。 劉淑敏等[39]在模擬pH 值與尿素對膽酸鹽吸附試驗中，同樣發(fā)現(xiàn)綠茶多酚是綠茶浸提液中結合膽酸鹽的功能成分，且主要相互作用力是靜電引力與氫鍵作用。

圖5 復合物及混合物對膽酸鹽的吸附能力Fig.5 Adsorption capacity of complex and mixture for cholate

2.5 復合物對陽離子交換能力

陽離子交換能力是膳食纖維維持腸道pH 值穩(wěn)定和保持離子濃度平衡的一種能力， 膳食纖維與酚類化合物的分子結構帶有一些含有羧基和羥基的側鏈基團， 側鏈基團中的羧基和羥基可以與弱酸性陽離子實現(xiàn)可逆交換[24，40]。 曲鵬宇等[3]試驗發(fā)現(xiàn)曲線斜率越小表示SDF 的陽離子交換能力越強。 如圖6a 所示，各組物質(zhì)對陽離子的交換能力依次為SDF-GA 物理混合物>SDF-GA 復合物>SDF，圖6b 所示各組物質(zhì)對陽離子的交換能力依次為SDF-CC 復合物>SDF-CC 物理混合物>SDF，表明酚類加入可以顯著提高SDF 的陽離子交換能力。 這是因為SDF 與酚類化合物之間相互作用以一定的方式連接改變了復合物的部分性質(zhì)，復合物比SDF 中維持溶液的pH 值的基團多， 使得復合物維持溶液pH 值能力顯著高于SDF。

圖6 復合物及混合物的陽離子交換能力Fig.6 Cation exchange capacity of complex and mixture

3 結論

通過體外模擬試驗可知溫度、pH 值對蓮藕可溶性膳食纖維與多酚復合物的穩(wěn)定性有顯著影響，隨著溫度的不斷升高，復合物中多酚含量逐漸下降。 在極酸的環(huán)境條件下復合物中的多酚類物質(zhì)較穩(wěn)定， 隨著pH 值升高酚類物質(zhì)顯著性降低。另外，SDF 與酚類化合物之間的相互作用顯著增強了SDF 對油脂、膽固醇、膽酸鹽的吸附能力和陽離子交換能力， 且復合物對不飽和油脂的吸附量強于飽和油脂。綜上可見，蓮藕可溶性膳食纖維與多酚間的相互作用在降脂、 降膽固醇等方面有積極的保健作用。