八角水溶性膳食纤维对油脂乳液消化特性的影响 附膳食纤维的黏度特性及其生理功能研究进展.docx

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1、八角是我国的一种特色香料资源，重要产地为广西、广东。八角在两省的种植面积和产量约占全国85%、世界的70%以上。目前绝大部分八角都是作为香料使用，以原料的方式直接销售，只有5%的八角被药用。此外，工业上应用的八角提取物主要为八角油、莽草酸，而对于八角中丰富的膳食纤维(多糖)的应用则较少。大量的研究表明，摄入膳食纤维能够降低代谢疾病的致病风险及改善肠道菌群。因此，对八角中的膳食纤维进行研究，既能开发新膳食纤维品种，又有利于提高八角的利用率和附加值。研究膳食纤维对于乳液递送系统的影响，对于膳食纤维在食品和饲料工业中的应用具有重要的理论价值。采用微波辅助酶法制备八角水溶性膳食纤维(SASDF),测定

2、其常规营养成分、中性糖组成、半乳糖醛酸含量、酯化度和重均分子质量；检测消化前后其对蛋白包裹型乳液递送系统的理化性质和微观结构的影响；利用PH-Stat法，即通过记录脂肪乳液在体外水解过程各反应时间点的用碱量，计算在体外小肠模型中被水解的三酰甘油在初始脂肪乳液样品中所占的比例，从而研究SASDF对纳米脂肪乳液消化速率和消化程度的影响，并探究SASDF对纳米脂肪乳液消化特性的影响机制，以期为SASDF在食品和饲料工业中的应用提供理论基础，以及为食用香料创新开发利用提供新的研究思路。1 SASDF的组成及理化指标半乳糖醛酸含量测定结果表明，SASDF中半乳糖醛酸的质量分数约为52.02%o此外，还含

3、有其他中性糖。由于半乳糖醛酸是果胶的主要成分，由此可推断SASDF中含有果胶。酯化度测试的结果表明，其酯化度为50.9%,因此SASDF中含有的果胶应为低酯果胶。与其他商品果胶相比，SASDF的重均分子质量相对较小，约为88kDa(橘皮果胶为485kDa,甜菜果胶为562kDa,苹果果胶为963kDa)o2 SASDF对乳液消化前后有效粒径、粒度分布及微观结构的影响2.1 消化前由图1可以看出，在乳液中加入0.1%SASDF后，乳液的有效粒径并无显著增加(P0.05),但当添加量为0.2%和0.4%时，乳液的有效粒径极显著增大(P0.01)o当SASDF质量分数水平到0.2%时，便可能引发排空

4、效应，乳液液滴则会发生聚集，从而导致样品的平均粒径增大。结果显示：未加入SASDF时，粒度分布曲线呈现单峰分布；加入SASDF后，则粒度分布曲线开始出现双峰分布，尤其是当SASDF添加量达到0.4%时，双峰分布的情况显得更为明显。从激光共聚焦图像(图3AD)也可以发现，乳液液滴颗粒中相对较大颗粒的比例随着SASDF添加量的增加相对变大，而且这种聚集的作用力较强，具有一定的不可逆性。2.2 消化后如图1所示，向纳米脂肪乳液中加入较低水平(0.1%)的SASDF即可以使得消化后样品中的液滴有效粒径显著增加(P0.05);然而，当乳液-SASDF混合溶液中SASDF的质量分数水平提高至0.4%,消化

5、后样品中的乳液液滴有效粒径极显著增大(P0.01)o从图3H也可以发现，此时的消化体系中存在大型聚集体。本研究的人工小肠液中含有钙离子，SASDF质量分数为0.4%时，SASDF可与乳液消化体系中的钙离子形成凝胶；而在含有低质量分数水平的SASDF时(0.1%0.2%),SASDF不易与钙离子形成凝胶。3 SASDF对乳液消化前后Zeta电位的影响如图4所示，未添加SASDF的初始乳液表现出带有高强度的负电荷(Zeta电位二一(54.245.76)mV),这是由于牛白蛋白等电点约为4.7,乳液PH值(pH7)高于脂肪液滴油水界面的牛白蛋白等电点，因此此时脂肪液滴带负电荷。质量分数水平不同的SA

6、SDF均使乳液Zeta电位绝对值显著减小(P0.1%添加量0.2%添加量0.4%添加量30mV,说明在一定添加量范围内，尽管SASDF不会导致乳液的体系由稳定状态转变为不稳定状态，但却能够使得体系朝着不稳定状态的趋势发展，进而导致颗粒与颗粒之间发生聚集行为变得相对容易。这可能是由于SASDF中含有半乳糖醛酸，使其具有阴离子多糖的性质，SASDF加入乳液后能够对体系的离子强度产生影响，进而对乳液的Zeta电位产生影响。经小肠消化模型处理后，各测试样品Zeta电位绝对值均显著减小(PV0.05),表明乳液的界面组成发生了改变。含0.2%、0.4%SASDF的乳液在经小肠模拟消化后的Zeta电位的绝

7、对值小于30mV,而含有0.1%SASDF的乳液与不含SASDF的乳液在消化后的Zeta电位无显著性差异，且这两者的绝对值均大于30mV；而当SASDF添加量达到0.2%及以上时,此时SASDF与消化液中的活性物质(如钙离子)形成的复合物如水凝胶而产生的絮凝排斥效应影响了乳液的稳定性。SASDF对于体系中胆盐的吸附也势必会导致吸附于油脂液滴界面胆盐的减少，因此导致界面携带的负电荷相对变少。含SASDF的乳液消化后粒径变大的另一原因是由于胆盐与SASDF结合导致吸附在油水界面上的胆盐量相对减少，相当于体系中有效表面活性剂的量相对变少，导致体系抗絮凝能力相对较弱。本实验在此处从液滴表面电荷情况证明

8、了这一可能性。4 SASDF对乳液消化前后流变学特性的影响从图5可以发现，无论是否经过消化处理，SASDF的添加均能极显著提高乳液样品的表观剪切黏度(P0.01),且不同添加量的乳液样品的表观剪切黏度差异极显著(P0.05),这是由于人工小肠液模型本身对乳液-多糖混合溶液存在明显的稀释作用。对于含有0.4%SASDF的乳液样品，尽管同样被消化液稀释，但稀释后SASDF浓度仍能够与Ca2+形成凝胶，从而提高了消化样体系中分散相的有效体积分数。5 SASDF对乳液消化特性的影响SASDF中半乳糖醛酸质量分数约为50%,且酯化度较低(50.9%),因此SASDF具有类似低酯果胶的性质，即能与钙离子形

9、成凝胶。因此从理论上，SASDF对脂肪乳液理化性质和消化行为的影响应该与海藻酸钠具有一定的相似性。而这一-推测从图6可以得到验证，即添加SASDF对于脂肪消化的速度和程度均表现出了抑制作用，且这种抑制作用随着SASDF添加量的增加表现为逐渐增强。6 SASDF对乳液消化反应动力学的影响对自由脂肪酸释放动态曲线更深入地分析，可能可以从中发现此过程中的潜在机理，这也能为SASDF的应用提供理论数据。结果显示，经过2h的体外小肠模型模拟消化处理后，各个曲线均到达平台期。不含SASDF时，油脂消化表现为二阶反应，即包含两个伪一级反应速率常数(kl和k2)。这说明了体系中部分甘油三酯分子相对较容易被与脂

10、肪酶结合并水解，这部分的廿油三酯分子可能是附着在液滴或聚集体的表面。因此，在伪一级反应的第1反应阶段，人工小肠液中的脂肪酶能够以较高的扩散速率达到纳米油脂乳液液滴的界面，以较高的结合效率与甘油三酯分子的酶切位点结合。随着油脂消化过程的进行，体系的内部组成由于甘油三酯水解得到的游离脂肪酸附着于油脂液滴的表面而发生改变，脂肪酸分子层形成脂肪酶与内部甘油三酯脂肪酶酶切位点结合的阻碍。含有SASDF的乳液样品，LOS回归曲线也表现为二阶性。对于第1阶段的反应速率常数的变化规律可以发现，kl与SASDF添加量相关，也就是随着SASDF添加量的增加，快速反应阶段的速率常数逐渐减小。而第2阶段(即慢速反应阶

11、段)的反应速率常数k2则表现为与SASDF添加量无明显关系。SASDF与钙离子形成凝胶，增大了体系的表观剪切黏度的同时也包埋了部分乳液液滴，SASDF的排空絮凝效应使得乳液液滴的有效粒径增大，这些都会对脂肪酶与油脂液滴的接触和结合效率产生显著影响；同时，SASDF本身对于钙离子的螯合也会加剧游离脂肪酸附着于油脂液滴表面的阻碍效应。而这些因素本身又与体系中SASDF质量分数相关，因此这些因素综合限制了脂肪酶对甘油三酯分子的酶解效率，同时导致kl表现为质量分数水平依赖型。尽管kl表现为随着质量分数的增大而变小，但k2却无此规律，结果显示，0.1%SASDF的乳液在反应第2阶段的水解比例C2(0.1

12、%)却比不含SASDF在反应第2阶段的水解比例C2(0%)高。结论SASDF对蛋白包裹型纳米乳液消化前后的有效粒径、粒径分布、Zeta电位、表观剪切黏度和微观结构均会产生显著性影响，且表现为质量分数水平依赖型。不管是否添加SASDF,纳米脂肪乳液的消化曲线都表现为二阶的伪一级反应，对于快速反应阶段的反应速率常数kl,呈现出随着SASDF质量分数的增大而变小的规律，但对于慢速反应阶段，其反应速率常数k2则与质量分数没有表现出相关性。但纳米脂肪乳液中脂肪的最终消化率却会随着体系中SASDF添加量的增加而降低。膳食纤维的黏度特性及其生理功能研究进展自20世纪70年代以来，关于膳食纤维的定义一直是人们

13、争论的焦点，主要是因为其复杂的分子结构、化学性质、物理特性及其生理效应。膳食纤维的化学分子结构决定了其特殊的理化性质，包括持水性、膨胀性、黏性、离子交换特性和吸附作用等。上海交通大学农业与生物学院的蔡松铃、刘琳、隋中泉*等人主要通过阐述膳食纤维黏度的研究现状，包括其基本概念、测量仪器和方法、影响其黏度的因素等方面，总结了膳食纤维中的黏性多糖在调节血糖反应、降血脂、影响肠道酶活性和消化率、润肠通便等方面的生理功能，为今后深入研究膳食纤维黏度特性、生理活性及其在食品领域中的应用提供一定的科学依据和理论参考。1、膳食纤维黏度的研究现状黏度的概念英国科学家牛顿是最早研究和定义流体黏度的科学家之一。牛顿

14、把黏度定义为流体的流动与流体所受的力之间的比例关系，也可被认为是液体的内部摩擦，或它的抗流倾向。计算黏度的一般方式是用剪切应力除以剪切速率,可用n表示,其中剪切速率是指在某一特定流体中由于外加剪切应力而建立的速度梯度。如今存在许多用于描述黏度的术语，常用的3种黏度表示方法为：动力黏度、运动黏度和相对黏度（又称条件黏度，常用的条件黏度有恩氏黏度、赛氏黏度和雷氏黏度）。动力黏度也叫绝对黏度，它是液体以ICm/s的流速流动时，在每平方厘米液面上所需切向力的大小，单位为Pas0另外两个术语有时是相对于溶液黏度被表达的。黏性流体行为黏性流体一般可分为牛顿流体、非牛顿流体、塑性流体、触变性流体和流凝性流体

15、。牛顿流体是指黏度与剪切速率无关的流体。然而，由于许多黏性液体食品以及营养学中使用的生物流体具有非常复杂的组成和形态，与牛顿流体的行为有很大的偏差，因此基本都属于非牛顿流体。非牛顿流体的黏度除了与温度有关外，还与剪切速率、剪切时间有关。特别是黏度与剪切速率间具有相互依存关系，其黏度是随剪切速率的变化而变化的。塑性流体属于假塑性黏度范畴，是根据宾汉理论来定义的：当作用在物质上的剪切应力大于屈服应力时，物质开始流动，否则，物质就保持即时形状并停止流动。屈服应力是流动发生时必须超过的最小剪切应力。测量黏度的方法和仪器测量液体黏度的方法有很多，传统的测量方法有毛细管法、旋转法、振动法等。进行黏度测量时

16、要根据液体黏度、流速、透明程度等选取恰当的测量方法，否则会因为液体黏度的不同而得不到最佳的测量效果。此外，仪器设备的固有构造差异和使用不当也会造成测定结果的差异性。许多专门为测量牛顿流体黏度而设计的黏度仪器如果应用于测量非牛顿流体的黏度特性，则会导致数据的差异。流变仪用来测量食品科学中流体食物和溶液的黏度、变形和黏弹性等流变特性。流变仪可以测量多种流体特性，而黏度计只用于测量黏度。2、影响膳食纤维溶液黏度的因素膳食纤维的分子质量高分子聚合物的水溶液具有一定的黏度，所以高分子质量膳食纤维溶液的黏度比低分子质量膳食纤维溶液的黏度高，高分子溶液即使在低浓度下也具有一定的黏度。化学成分和结构膳食纤维黏

17、度有时会受到摄入食物的化学成分和结构的影响，因为高膳食纤维类食物进入人体后，其所含的多糖类物质会直接影响肠道内容物的消化吸收。因此，与食用玉米片类普通谷物相比，食用燕麦类食物后，人体肠道内容物溶液黏度的测量值会有所变化。含水量和粒径许多研究者在实验中证实了溶液中膳食纤维粒径的大小与其黏度的变化关系，有研究者研究得到了超微型大豆皮水不溶性膳食纤维黏度曲线，其表明溶液中纤维粒径越小，比表面积越大，暴露出来的基团越多，导致分子间的作用力越大，结构也越紧密，从而引起黏度增大。加热温度和加热时间研究结果显示，在相同剪切速率（0-1O（X）S1）下，随着处理温度的升高,果胶溶液的黏度逐渐减小，一方面可能是

18、温度的升高导致分子热运动加快，分子间距离扩大，从而使分子间的黏滞阻力降低；另一方面由于果胶分子链间的氢键被破坏，交联作用随着分子间的斥力增强和分子电离度减小而逐渐减小，导致果胶溶液表观黏度逐渐降低。3、黏性膳食纤维的生理功能调节血糖反应糖尿病是一种以高血糖为特征的代谢紊乱性疾病。而高血糖是由胰岛素分泌缺陷和其生物作用受损所引起。现已有研究表明摄入黏性多糖能有效降低餐后血糖水平，而且中低剂量的黏性多糖与高剂量的黏性多糖饮食在降低餐后血浆葡萄糖浓度方面具有相同的效果。降血脂作用相关文献表明，膳食纤维中的黏性多糖降低血脂浓度的机制主要包括：1）降低扩散速率，导致胆固醇吸收减少；2）影响机体中胆固醇的

19、代谢、促进胆固醇转化为胆汁酸；3）抑制肝脏胆固醇的合成；4）促进胆固醇的排泄；5）促进血浆胆固醇的清除。影响肠道酶活性和消化率黏性纤维能够降低肠道消化酶活性，促使食糜形成大凝胶团，从而直接影响肠道中的食物营养成分及消化酶类物质，肠道内容物与消化酶之间出现相互抵触现象，从而减慢消化过程，同时会减少消化酶的量，导致多种消化酶活性相对降低。润肠通便水溶性膳食纤维在肠道内呈溶液状态，有较好的持水力，且易被肠道细菌酵解，产生丁酸、丙酸、乙酸等短链脂肪酸，这些短链脂肪酸能降低肠道内环境PH值，同时可使肠道粪便含水量高且呈软化状态，增加人体排便次数，防止便秘，甚至起到导泻作用，维持肠道清洁，预防并减少胃肠道

20、疾病的发生。结语黏度是膳食纤维的物理特性之一，现有研究表明食用黏性纤维能对人体产生有益的生理功效，可以改变胃肠道的消化黏度，从而抑制营养物质尤其是葡萄糖和胆固醇的吸收。但是，目前可用的液体黏度测量技术和仪器设备存在多样性，对黏度概念的模糊认识以及受到测量对象的化学成分和结构等因素影响，研究者们进行黏度测量的结果存在一定差异，可由监管人员、科学研窕人员和工业专家们共同参与研发和制定更适当的黏度测量指南，以此来减少黏度测量间的差异性。大量人体、动物和动物替代体外模型实验表明食用黏性纤维后所引起的胃肠道黏度变化可产生多种有益的生理功能，这对今后人们研究黏度在膳食纤维中的应用以及功能开发提供了一定的参考，也对进一步深入研究膳食纤维在食品中的应用具有重要意义。