作为竹笋的酶法一种
雷竹是雷笋理化一种优质的食用笋竹种,其幼嫩茎为雷笋,膳食又名早竹笋,纤维性含有粗蛋白、酶法脂肪、改性构变纤维素等成分,和结化营养丰富,雷笋理化有着产量高、膳食出笋早的纤维性特点,作为竹笋的酶法一种,雷笋也富含膳食纤维。改性构变膳食纤维被认为是和结化人类的第七营养素,近几年的雷笋理化医学研究又证实了DF可以降低糖尿病,心血管疾病,膳食结肠癌等的纤维性发病率,这与DF良好的持水、持油、膨胀和吸附能力等有关。研究发现,可溶性膳食纤维(SDF)相比不可溶膳食纤维(IDF)对胆固醇和血糖控制等功能具有更显著的效果。
我国每年都有大量新鲜雷笋产出,除鲜食外,普遍以常规的罐头加工食品为主,缺乏精深加工,而且因为较低的原始SDF含量使得其功能价值尚未完全开发。为了提高SDF的比率,常使用化学、生物和物理方法对DF进行改性处理。化学方法会带来潜在的食品安全问题;而物理方法(螺杆挤压、高压均质、高静水压等)则对设备和操作要求较高;生物法(酶解法和发酵法)因其操作简便快捷的特点,是该领域的未来发展方向。因此,本文旨在通过纤维素酶和木聚糖酶联合处理改善雷笋DF的理化性质,并对其结构变化进行分析比较,为获得高SDF含量的雷笋膳食纤维和提高雷笋附加值提供有效途径。
一、材料与方法
1、材料与试剂
新鲜雷笋购自杭州市果蔬批发市场,经浙江省农科院食品科学研究所陆胜民研究员品种鉴定。耐热α-淀粉酶、蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶和α-葡萄糖苷酶均购自Sigma公司;纤维素酶(酶活力30000U/g)、木聚糖酶(酶活力30000U/g),宁夏和氏璧生物技术有限公司;其他化学试剂属于分析级。
2、仪器与设备
FW200粉碎机,江苏省金坛市友联仪器研究所;CRl0色差仪,日本柯尼卡美能达公司;SW23水浴摇床,德国优莱博公司;LXJ-IIB离心机,上海安亭科学仪器厂;UV.1800紫外分光光度计,日本岛津公司;TM3000台式显微镜,日本日立公司;NicoletiS5傅里叶红外光谱仪,美国赛默飞世尔公司;UItimaIV型X射线衍射仪,日本理学公司。
3、实验方法
(1)粗膳食纤维制备
挑选无机械损伤,笋龄和外观一致的新鲜雷笋50kg。去壳处理后,将其在60℃下干燥48h并用研磨机粉碎,并过80目筛获得雷笋粉末。雷笋DF根据AOAC方法991.43制备,最后获得1.5kg未处理的雷笋膳食纤维粉末。
(2)改性膳食纤维制备
根据预实验结果,使用纤维素酶和木聚糖酶分步酶解对雷笋膳食纤维进行改性。取10g雷笋膳食纤维粉末,加入50mL0.05mol/LpH6.8的PBS缓冲液,按添加量0.15%(质量分数)加人纤维素酶,混匀,置于50℃振荡水浴2h,将pH调至4.8后加入0.15%的木聚糖酶,混匀,置于50℃振荡水浴3h。酶解结束后沸水浴10min灭活,加入4倍体积的95%乙醇,静置过夜,抽滤,并烘干粉碎,得到酶改性后雷笋膳食纤维。
(3)色泽测定
使用色差仪测量样品的色泽。颜色值表示为亮度/暗度(L*),红色/绿色(a*)和黄色/蓝色(b*)。未处理雷笋膳食纤维用作计算总色差的参考。根据KIM等的方法使用式(1)计算总色差:
(5)吸附能力测定
①亚硝酸吸附能力
采用钟希琼等的方法测定亚硝酸吸附能力(NIAC),稍有改动。将lgDF样品与25mLNaNO2溶液(0.1mol/L)混合,并将溶液的pH调节至2.0(模拟胃的pH环境)和7.0(模拟小肠的pH环境)。将混合物在水浴摇床中于37℃以120r/min摇动30min,然后用离心机以4000r/min离心20min以沉淀DF,收集上清液用于以下分析。亚硝酸盐含量通过ZHU等的方法测定。
②胆固醇吸附能力
采用朱玉等的方法对胆固醇吸附能力(CBC)进行了分析,并进行了一些修改。取新鲜的蛋黄,并用9倍体积的蒸馏水充分搅打成乳液。将lgDF样品与25g蛋黄乳液混合,并将体系的pH分别调节至2.0和7.0。将混合物在37℃振荡浴中以120r/min摇动2h,并以4000r/min离心20min以沉淀DF,然后收集上清液。使用蛋黄乳液作为空白对照,在550nm的波长下测量吸光度。
(6)扫描电镜(SEM)分析
通过SEM在15kV下观察DF的表面和微结构。将DF样品用双面导电胶带装载在样品架上,并涂覆金层,然后进行电子显微镜观察和样品拍照。
(7)傅里叶红外光谱(FT-IR)分析
用FT-IR光谱仪测量DF分子结构的变化。取干燥的样品(2mg)用KBr(100mg,光谱级)研磨,压片制成透明薄片,并用空白KBr作为背景。扫描次数:20次,分辨率,4cm-1,扫描范围:500~4000cm-1。
(8)X-射线衍射(xRD)分析
利用步进扫描法。测定参数为:靶:Cu-Kα;步宽:0.02o;扫描速率:2o/min;扫描范围:2o~40o。结晶度使用式(2)从曲线下的峰面积计算:
式中:Dc为结晶度;Ac为结晶区域;Aa为非晶区域。
(9)数据处理
每组数据平行测定3次并表示为平均值±标准偏差。使用SPSS19.0进行方差和显著性分析,利用Origin2017软件绘图。
二、结果与讨论
1、酶改性对膳食纤维组成的影响
表1显示了酶改性前后DF的组成。与对照组的SDF含量(1.02±0.04)%相比,酶改性后显著提高了SDF含量,达到了对照组的6.67倍。TDF含量没有显著变化(P>0.05),但是IDF含量与对照组相比显著降低,这是因为纤维素酶水解的纤维素和木聚糖酶水解的半纤维素都是IDF的重要组成部分,水解产生的寡糖和小分子糖则提高了SDF含量。WEN等也有类似的结论:纤维素酶和木聚糖酶处理米糠膳食纤维后可增加SDF含量。此外,酶改性后水分含量增加但是灰分含量降低。
2、酶改性DF的色度
由表2可知,与未处理DF相比,酶改性处理后L*值,a*值和b*值均显著降低(P<0.05),这可能是由于小分子糖促进干燥过程中的褐变反应导致的。L*值降低,表示亮度降低,b*值为正且相对较高,说明在黄绿之间更倾向于黄色。在食品加工中,可根据所生产食品的色泽要求添加不同类型的DF产品,NAEEM等。在饼干中添加竹笋膳食纤维时,观察到了良好的感官接受度。
3、酶改性DF的持水性、持油性和膨胀力
DF的持水量(WHC),持油量(OHc)和膨胀能力(SC)的差异可能与粒径,孔隙率,电荷密度,比表面积和空间结构有关。表3显示了酶处理后DF的WHC、0HC和SC均显著增加(p<0.05)。
据推测,酶改性后DF的比表面积增加,DF的松散结构暴露出更多的极性和非极性基团,从而增强了WHC和0HC,YU等在用酶改性胡萝卜果渣的不可溶性膳食纤维后得到了类似的结果。纤维素酶和木聚糖酶降解了一些IDF,使整个结构变得庞大并增加了SC,并且有研究表明SC与SDF的含量呈正相关,因此sC增加也可能与SDF含量增加有关。
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相关链接:纤维素酶,纤维素,亚硝酸,淀粉葡萄糖苷酶
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