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    發芽對綠豆皮膳食纖維結構及性質的影響

    [導讀]為研究發芽對綠豆皮膳食纖維結構及功能性質的影響,采用X射線衍射分析、紅外光譜分析和電子顯微鏡掃描等方法測定其結構,并對其持水力、持油力、膨脹力、陽離子交換能力、吸附葡萄糖能力、吸附膽固醇能力和吸附NO 2- 能力等功能性質進行對比研究

    綠豆又名植豆、吉豆,屬于豆科、蝶形花亞科、菜豆族、豇豆屬,為一年生草本植物。綠豆種植最早起源于中國,已有2 000多年的栽培歷史,主產區集中在東北三省及內蒙古自治區,除上海、西藏、青海、寧夏外,在我國大陸的30多個省、市、自治區均有種植 [1] 。綠豆的營養成分十分豐富,其籽粒中蛋白質和淀粉含量高達80%左右 [2] ,還含少量維生素、礦物質和脂肪等物質;其種皮中主要成分是纖維 [3] ,還含有黃酮類化合物及酚類化合物等生物活性物質 [4] 。

    綠豆芽是綠豆經過浸泡、發芽后得到的一種菜用產品,適宜世界各地的廣大人群食用,目前其年產量呈逐年增長趨勢 [5] 。綠豆發芽后可有效增加其維生素 [6] 、總酚類化合物 [7] 等生物活性成分的含量,抗氧化活性也有所增加 [8-9] 。綠豆芽在生產過程中會產生大量的綠豆皮副產物,綠豆皮中膳食纖維的含量高達75%,因此,綠豆皮是一種良好的膳食纖維資源,但目前對綠豆皮的開發尚不完全,通常只能用作飼料或者直接廢棄,造成這一良好資源的極大浪費。膳食纖維作為一種重要的功能性營養素,對預防心血管疾病 [10] 、降低膽固醇水平 [11] 、調節血糖 [12] 、預防肥胖癥和腸道疾病及清除內源有害物質等均有一定的功效 [13] 。迄今為止,已有關于玉米皮膳食纖維、米糠膳食纖維和小麥麩皮膳食纖維等的研究報道 [14-16] ,但對綠豆皮膳食纖維的研究報道相對較少,張洪微等 [17]采用加堿蒸煮法從綠豆皮中提取膳食纖維,最佳提取率為64.2%;李積華等 [18] 對全綠豆和綠豆皮膳食纖維各級多糖進行了比較分析;杜冰等 [19] 將綠豆皮和綠豆粉按照10∶2的比例混合后進行雙螺桿擠壓改性處理,可溶性膳食纖維(soluble dietary fiber,SDF)含量由3.8%增加到8.5%,結晶度降低了8.7%;鄔海雄等 [20] 將綠豆纖維超細粉碎后應用到焙烤食品杏仁餅中。而發芽對綠豆皮膳食纖維的結構及性質的影響鮮見報道,如能將綠豆芽生產過程中產生的綠豆皮充分合理利用,將會大幅度提升綠豆附加值,提高綠豆精深加工行業經濟效益。

    本研究擬收集發芽前與發芽后的綠豆皮,對未發芽綠豆皮膳食纖維(non-sprouted mung bean skin dietaryfiber,N-DF)和發芽后綠豆皮膳食纖維(after sproutedmung bean skin dietary fiber,A-DF)的持水力、持油力、膨脹力、陽離子交換能力、葡萄糖吸附能力以及在生理條件下對膽固醇吸附能力和NO 2- 吸附能力等功能性質進行對比研究,通過X射線衍射分析、紅外光譜分析和電子顯微鏡掃描測定其結構,為綠豆皮膳食纖維的進一步開發利用提供一定的理論依據。

    1  材料與方法

    1.1  材料與試劑

    綠豆產于吉林省白城地區。

    耐高溫α-淀粉酶(酶活力≥4×10 4 U/g)、堿性蛋白酶(酶活力≥3×10 3 U/mL)、糖化酶(酶活力≥1.6×10 5 U/g)諾維信中國生物技術有限責任公司;2-(N-嗎啉代)乙 烷 磺 酸  北 京 鼎 國 昌 盛 生 物 技 術 有 限 公司 ;

    三羥甲基氨基甲烷  中國惠世生化試劑有限公司;葡萄糖  天津市北方天醫化學試劑廠;亞硝酸鈉天津市福晨化學試劑廠;膽固醇  上海新興化工試劑研究所;所用其他試劑均為國產分析純。

    1.2  儀器與設備

    DY801(B型)家用智能豆芽機  中山市迪尼仕電器制造有限公司;EX-224電子天平(萬分之一)奧豪斯儀器(上海)有限公司;TU-1901型紫外-可見分光光度計  北京普析通用儀器有限公司;PRESTIGE-21傅里葉變換紅外光譜儀、SSX-550型掃描電子顯微鏡日本島津公司;D8-ADVANCE型廣角X射線衍射儀德國Bruker公司。

    1.3  方法

    1.3.1  綠豆皮的準備

    選用籽粒飽滿、無破損和病害綠豆,去離子水清洗3 次后,用溫水浸泡30 min,取一部分綠豆剝皮得未發芽綠豆皮,將其余浸泡后的綠豆置于豆芽機中25 ℃恒溫培養3 d,每天換水2 次,發芽結束后收集綠豆皮,常溫干燥后粉碎至80 目,保存備用。

    1.3.2  綠豆皮基礎成分測定

    水分含量測定:參照GB 5009.3—2010《食品中水分的測定》直接干燥法;脂肪含量測定:參照GB/T5009.6—2003《食品中脂肪的測定》索氏提取法;灰分含量測定:參照GB 5009.4—2010《食品中灰分的測定》灼燒稱量法;蛋白質含量測定:參照GB 5009.5—2010《食品中蛋白質的測定》分光光度法;淀粉含量測定:參照GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的測定》酶水解法;總膳食纖維(total dietary fiber,TDF)、SDF、不溶性膳食纖維含量測定:參照GB 5009.88—2014《食品中膳食纖維的測定》;多酚含量測定:參照隋銀強等 [21] 方法測定。

    1.3.3  綠豆皮膳食纖維的提取

    參照AOAC 991.43《食物中總的、可溶性和不溶性膳食纖維》酶-質量法提取膳食纖維。

    1.3.4  綠豆皮膳食纖維結構的測定

    1.3.4.1  X射線衍射掃描

    衍射條件:電流:40 mA;電壓:40 kV;靶型:Cu;步長:0.1°;起始角:2°;終止角:50°;掃描方式:連續。

    1.3.4.2  掃描電子顯微鏡觀察參照Zhang Min等[22] 方法,將干燥粉碎至20 目(0.850 mm)的樣品噴金后放入掃描電子顯微鏡中,20 kV加速電壓條件下,對樣品100、500、2 000、4 000 倍的微觀結構進行拍照觀察。

    1.3.4.3  傅里葉紅外光譜掃描

    參照張艷榮等 [23] 方法,準確稱取干燥綠豆皮膳食纖維2 mg,加入干燥KBr粉末200 mg,混合均勻且充分研磨后壓片進行檢測,掃描范圍4 000~400 cm -1 。

    1.3.5  綠豆皮膳食纖維功能性質的測定

    1.3.5.1  持水力(持油力)的測定

    參照Rupérez等 [24] 方法準確稱取干燥樣品0.20 g于離心管中,加入10 mL蒸餾水(植物油),攪拌均勻,保鮮膜密封,室溫放置12 h,然后在室溫條件下3 800 r/min離心20 min,棄去上清液,用濾紙吸干多余水分(油)后,稱量樣品濕質量,持水力和持油力按公式(1)計算。

    式中:m 0 為恒質量樣品質量/g;m 1 為離心管質量/g;m 2 為吸水(油)后離心管與樣品質量之和/g。

    1.3.5.2  膨脹力的測定

    參照Sowbhagya等 [25] 方法,準確稱取干燥樣品0.20 g

    于10 mL量筒中,記錄樣品自然堆積時體積,加蒸餾水至

    5 mL刻度,保鮮膜密封,室溫條件下放置18 h后,記錄

    樣品膨脹后的體積。膨脹力按公式(2)計算。中:m為恒質量樣品質量/g;V 1 為吸水膨脹后樣品

    的體積/mL;V 0 為樣品自然堆積的體積/mL1.3.5.3  陽離子交換能力的測定參照Chau等[26] 方法稍加修改。準確稱取干燥樣品1.00 g于250 mL三角燒瓶中,加入1 mol/L HCl溶液50 mL,攪拌均勻后保鮮膜密封,室溫條件下靜置24 h,使樣品完全酸化,用蒸餾水洗滌至不含Cl - ,然后置于烘箱中干燥至恒質量。準確稱取干燥樣品0.20 g于250 mL三角燒瓶中,加入5 g/100 mL的NaCl溶液50 mL,攪拌均勻,加入2 滴酚酞指示劑,用0.01 mol/LNaOH溶液滴定至終點,記錄滴定體積V 1 /mL。同時用蒸餾水做空白,記錄空白體積V 0 /mL,陽離子交換能力按公式(3)計算。

    式中:c為滴定所用NaOH溶液濃度/(mol/L);m為干燥樣品質量(0.20 g)。

    1.3.5.4  吸附葡萄糖能力的測定

    參照Chau等 [27] 方法稍作修改。稱取干燥樣品2.00 g于250 mL燒杯內,加入100 mL 85%乙醇溶液,80 ℃條件下水浴15 min,過濾,反復洗滌3 次后,將殘渣于60 ℃條件下烘干至恒質量。稱取處理后的樣品0.50 g放入250 mL的三角瓶中,加入濃度為100 mmol/L的葡萄糖溶液100 mL,攪拌均勻后于37 ℃恒溫水浴中振蕩2、4、6、8、10、12、24 h后,取出在室溫條件下12 000 r/min離心20 min,收集上清液定容至100 mL。吸取2 mL上清液,采用3,5-二硝基水楊酸(3,5-dinitrosalicylic acid,DNS)比色法,以葡萄糖標品制備葡萄糖標準曲線y=0.515 7x-0.010 4(R 2 =0.995 9),測定540 nm波長處上清液中葡萄糖濃度。吸附葡萄糖能力按公式(4)計算。

    式中:m為恒質量樣品質量/g;ρ 1 為吸附前葡萄糖溶液中葡萄糖的濃度/(mmol/L);ρ 2 為吸附后上清液中葡萄糖的濃度/(mmol/L);V葡萄糖溶液體積/L,本實驗為0.1 L。

    1.3.5.5  吸附膽固醇能力的測定

    參照Zhang Ning等 [28] 方法稍作修改。取市售鮮雞蛋蛋黃,加9 倍水攪打成乳液,準確稱取干燥樣品0.50 g于250 mL三角燒瓶中,加入30 mL乳液攪拌均勻,分別配制pH 2(模擬胃環境)和pH 7(模擬小腸環境)的磷酸鹽緩沖溶液,37 ℃水浴振蕩2、4、6、8、10、12、24 h后,在室溫條件下3 800 r/min離心15 min,分別取上清液1 mL,采用鄰苯二甲醛法,以膽固醇標品制備標準曲線y=0.008 7x-0.004 9(R 2 =0.990 2),測定550 nm波長處上清液中膽固醇質量濃度ρ 1 ,同時測定吸附前蛋黃乳液中的膽固醇質量濃度ρ 2 。膽固醇吸附能力按公式(5)計算。

    式中:m為恒質量樣品質量/g;ρ 1 為吸附后上清液中膽固醇質量濃度/(mg/mL);ρ 2 為吸附前蛋黃乳液膽固醇質量濃度/(mg/mL)。

    1.3.5.6  吸附NO 2- 能力的測定

    參照阮傳英等 [29] 方法,準確稱取干燥樣品0.20 g于250 mL錐形瓶中,加入50 mL質量濃度為0.1 mg/mL的亞硝酸鈉溶液,分別配制pH 2(模擬胃環境)和pH 7(模擬小腸環境)的磷酸鹽緩沖溶液,37 ℃水浴振蕩2、4、6、8、10、12、24 h后,在室溫條件下3 800 r/min離心15 min,分別取上清液1 mL,采用鹽酸萘乙二胺法,以亞硝酸鈉標品制備標準曲線y=0.353 8x-0.043 7(R 2 =0.990 3),測定538 nm波長處上清液中NO2- 含量,吸附NO 2- 能力按公式(6)計算。

    中:m為恒質量樣品質量/g;m 1 為吸附前樣品中NO 2- 質量/mg;m 0 為吸附后樣品中NO 2- 質量/mg。

    1.4  數據統計分析

    所有實驗重復3 次,測定結果以 ±s表示,使用SPSS 17.0軟件進行差異顯著性分析和方差分析。

    2  結果與分析

    2.1  綠豆皮基本組成成分

    由 表 1 可 知 , 發 芽 后 綠 豆 皮 中 T D F 含 量 由(79.58±0.28) g/100 g增加到(82.29±0.16) g/100 g,SDF由(3.01±0.11) g/100 g增加到(3.42±0.18) g/100 g,I D F 含 量 由 ( 7 6 . 5 1 ± 0 . 2 7 ) g / 1 0 0 g 增 加 到(78.87±0.34) g/100 g,TDF和IDF含量變化差異性不顯著,SDF含量變化差異性顯著。發芽后綠豆皮中蛋白質和脂肪含量變化具有顯著性差異,蛋白質含量由(9.27±0.12) g/100 g降低到(8.17±0.24) g/100 g,脂 肪 含 量 由 ( 1 . 4 1 ± 0 . 0 2 ) g / 1 0 0 g 降 低 到(1.03±0.04) g/100 g,發芽前后水分含量及灰分含量變化差異性不顯著。王慧 [30] 研究發現,豆類發芽后營養成分會因其品種不同而有差異,大多數豆類在發芽后蛋白質含量會呈現先上升后緩慢下降的趨勢,而脂肪含量呈下降趨勢,這與本研究結果比較一致。發芽后綠豆皮多酚含量由(33.12±4.32) μg/100 g增加到(79.01±6.13) μg/100 g,多酚含量變化具有顯著性差異。未經發芽綠豆皮中含有少量淀粉,這可能是在綠豆取皮過程中黏連導致。

    2.2  X射線衍射掃描結果

    由圖1可以看出,發芽沒有改變綠豆皮膳食纖維的結晶結構,較好地保留了膳食纖維的結晶區和非結晶區,2 種綠豆皮膳食纖維的主衍射峰位置未發生明顯改變,分別為2θ=16.7o、2θ=22o,且在2θ=34.4o出現一個小的衍射峰。2θ為15o~25o范圍為纖維素和半纖維素的衍射峰 [31-32] ,說明綠豆皮膳食纖維中存在著纖維素和半纖維素。A-DF在2θ為17.9o~31.9o范圍內衍射峰的峰面積略有降低,但峰高變化不明顯。

    2.3  電子顯微鏡掃描結果

    由圖2a可以看出,N-DF表面存在少量孔隙,相對較為光滑,略有褶皺;由圖2b可以看出,A-DF表面存在大量的孔隙,表面較為粗糙,有不規則顆粒狀物質存在存在著大量褶皺,該結構可增加膳食纖維與物質作用時的接觸面積,孔隙較多有利于水分子進入形成氫鍵或偶極作用,增加膳食纖維的吸附能力,進而提高膳食纖維的持水力和膨脹力 [33] ,這與A-DF的持水力和膨脹力都高于N-DF的結果(表2)相一致。






    3  結 論

    發芽有利于提高綠豆皮中膳食纖維含量,發芽后綠豆皮中TDF含量由(79.58±0.28) g/100 g增加到(82.29±0.16)g/100 g,提高了3.40%;SDF含量由(3.01±0.11) g/100 g增加到(3.42±0.18) g/100 g,提高了13.62%。

    綠豆經發芽處理后尚未破壞綠豆皮膳食纖維結構:X射線衍射結果表明,發芽沒有破壞綠豆皮膳食纖維結晶度,仍保留著相近的晶體結構;掃描電子顯微鏡結果表明,A-DF表面出現更多孔隙和褶皺,有利于提高膳食纖維的吸附能力;傅里葉紅外光譜結果表明,兩種膳食纖維中均具有C—H鍵、O—H鍵、C=O鍵等纖維素及半纖維素的特征吸收峰。

    綠豆經發芽處理后有利于綠豆皮膳食纖維的大部分功能性質提高:有效改善了綠豆皮膳食纖維的持水力、持油力、膨脹力、吸附葡萄糖能力、吸附膽固醇能力等功能特性,但對陽離子交換能力和吸附NO 2- 能力有所降低。

    綠豆經發芽處理后可以保留原有綠豆皮膳食纖維的結構,同時還可有效改善綠豆皮膳食纖維除陽離子交換能力和吸附NO 2- 能力以外的大部分功能性質,如能將這一良好資源應用到食品加工中,可有效提高綠豆精深加工行業的經濟效益。



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