豆渣膳食纤维的体外吸附性能

阮传英1，涂宗财1,2,*，王 辉1，柳军凯1，尧思华1，秦晓辉1

（1.南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047；

2.江西师范大学 功能有机小分子教育部重点实验室，江西 南昌 330022）

摘 要：以大豆豆渣为原料，提取得到可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber， SDF）、不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）、果胶、半纤维素A（hemicellulose A，HCA）和半纤维B（hemicellulose B，HCB），分别研究其对葡萄糖、丙烯酰胺、NO2－及重金属的体外吸附能力。结果表明：膳食纤维的吸附能力与膳食纤维的种类、被吸附物的种类以及溶液的pH值等多种因素有关。豆渣膳食纤维中可溶性组分（SDF、HCB、果胶）的吸附能力较不溶性组分（IDF、HCA）强；豆渣膳食纤维对葡萄糖、NO2－、重金属有较强的吸附能力，但吸附丙烯酰胺的能力较弱；豆渣膳食纤维对NO2－、丙烯酰胺等物质在胃中（pH 2）的吸附能力大于在肠道中（pH 7）的吸附能力，而对重金属阳离子的吸附能力则在肠道中更强。

关键词：膳食纤维；吸附能力；葡萄糖；丙烯酰胺；NO2－；重金属

in vitro Adsorption Capacity of Dietary Fibers from Soybean Dregs

RUAN Chuan-ying1, TU Zong-cai1,2,*, WANG Hui1, LIU Jun-kai1, YAO Si-hua1, QIN Xiao-hui1

(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China;

2. Key Laboratory of Functional Small Organic Molecule, Ministry of Education, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022, China)

Abstract: Five kinds of dietary fibers from soybean dregs, including water-soluble dietary fiber (SDF), water-insoluble dietary fiber (IDF), pectin, hemicellulose A (HCA) and hemicellulose B (HCB) were used to explore their in vitro adsorption capacity for glucose, acrylamide, NO2－ and heavy metals, respectively. The results showed that the adsorption capacity was highly related to dietary fiber type, adsorbate type and pH. Compared to insoluble constituents (IDF and HCA), the soluble ones (SDF, pectin and HCB) had stronger adsorption capacity for glucose, acrylamide, NO2－ and heavy metals such as Pb, Cu, Cd and Zn. As for adsorbate type, soybean dietary fibers adsorbed more glucose, NO2－ and heavy metals than acrylamide. The adsorption capacity of soybean dietary fibers for NO2－ and acrylamide was better in simulated stomach fluid (pH 2) than in simulated small intestine fluid (pH 7), while heavy metals was adsorbed better in simulated small intestine fluid.

Key words: dietary fiber; adsorption capacity; glucose; acrylamide; NO2－; heavy metals

中图分类号：TS201.4 文献标志码：A 文章编号：1002-6630（2014）15-0109-04

doi:10.7506/spkx1002-6630-201415022

膳食纤维具有多种生理功能，如预防便秘[1]、结肠癌[2]、
乳腺癌[3]，降低心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）[4]、肥胖[5]等慢性疾病的发病率等。膳食纤维可以有效的吸附肠道内的垃圾，因而被人们称为“肠道清道夫”。研究表明，膳食纤维的许多生理功能的发挥与其吸附性能有关，如对NO2－的吸附可以减少机体内亚硝胺的形成，进而防止胃癌[6]；对葡萄糖的吸附可以控制饭后血糖的水平[7]；对胆汁酸的吸附，可以加速胆固醇的分解，降低血脂，从而降低高血压、心脏病的发生率[8]。丙烯酰胺是一种神经毒素、致癌物，广泛存在于烧烤、油炸等食品中。有研究发现，膳食纤维可以保护小肠细胞壁免受丙烯酰胺的毒害[9]；另外，膳食纤维中含有的羟基、羧基、酚羟基等活性基团，可以与重金属结合，使重金属随粪便排出，减少重金属在体内的积累及其对机体的毒害作用[10]。

膳食纤维的吸附能力与膳食纤维的来源、种类[11]、颗粒大小、形貌[12]，被吸附物的种类、浓度[13]及溶液的pH值、温度[14]等密切相关。目前，国内外对膳食纤维吸附性能的研究主要集中在其对某一种物质的吸附及吸附机理的探讨方面，而对其在生理条件下的吸附性能尚无系统性的研究。本实验以大豆豆渣为原料，从中提取得到5 种膳食纤维即可溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）、不溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）、果胶、半纤维A（hemicellulose A，HCA）、半纤维B（hemicellulose B，HCB），研究生理条件下它们对葡萄糖、丙烯酰胺、NO2－及重金属（铅、铜、镉、锌）的吸附能力，从而为豆渣资源的开发和营养价值的评估提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

豆渣 南昌市青山湖菜市场；耐高温α-淀粉酶、蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶 美国Sigma-Aldrich公司；亚硝酸纳、葡萄糖、丙烯酰胺、硫酸铜、硝酸铅、硫酸镉、硫酸锌、盐酸、硝酸、氢氧化钠等均为分析纯 天津大茂试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

THZ-82A水浴恒温振荡器 金坛市荣华仪器制造有限公司；离心机 上海安亭科学仪器厂；LGJ-1冷冻干燥机 北京亚泰科隆仪器技术有限公司；T6紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；Agilent 1100高效液相色谱仪 美国Agilent公司；AANALYST700/800原子吸收分光光度计 美国Perkin Elmer公司。

1.3 膳食纤维的提取

SDF和IDF的提取参考AOAC 991.43，即先用α-淀粉酶、蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶酶解豆渣，除去其中的蛋白质和淀粉，再用热水洗涤，得到滤渣为IDF，滤液用4倍体积的95%乙醇沉淀，醇沉物为SDF，分别冷冻干燥即得到IDF和SDF样品；果胶的提取参考徐金瑞[15]的提取方法；HCA和HCB的提取参考Hu Guohua等[16]的方法，即先将豆渣溶解于4%的NaOH溶液中，室温浸泡18 h，离心后滤渣用50%的醋酸浸泡，经离心，滤渣干燥后为HCA样品，滤液透析后醇沉再冷冻干燥得到HCB样品。

1.4 膳食纤维含量的测定

SDF、IDF的含量测定参考AOAO 991.43。果胶、HCA和HCB的含量测定，取一定质量的干燥粉粹后的豆渣样品（m0），根据相应的提取方法分别提取果胶、HCA和HCB成分，干燥后称质量所得样品的质量（mi），膳食纤维含量按照式（1）计算。

（1）

1.5 葡萄糖吸附能力的测定

参考Ou等[17]的方法。称取0.1 g的样品于50 mL的离心管中，加入20 mL的50 mmol/L的葡萄糖溶液，37 ℃培养2 h，吸附平衡后，4 000 r/min离心20 min，采用DNS法[18]测定上清液中葡萄糖的浓度。以蒸馏水代替葡萄糖溶液为对应样品的空白组。葡萄糖吸附能力按照式（2）计算。

（2）

式中：c0为葡萄糖溶液的起始浓度/（μmol/L）；ce为吸附平衡时葡萄糖浓度/（μmol/L）；V为葡萄糖溶液的体积/L；m为样品质量/g。

1.6 丙烯酰胺吸附能力的测定

称取0.5 g样品于150 mL的锥形瓶中，加入50 mL 15 mmol/L的丙烯酰胺溶液，调节pH值至2.0或7.0，于37 ℃、120 r/min恒温水浴振荡2 h，混合物于4 000 r/min离心20 min，取上清液，用高效液相色谱仪测剩余的丙烯酰胺浓度。根据吸附前后的浓度差计算丙烯酰胺的吸附量[19]。

1.7 NO2－吸附能力的测定

称取0.5 g样品于150 mL的锥形瓶中，加入50 mL，100 μmol/L的亚硝酸纳溶液，调节pH值至2.0或7.0，于37 ℃、120 r/min恒温水浴振荡2 h，混合物于4 000 r/min离心20 min，取上清液，按GB/T5009.33—2010《食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定》测定溶液中NO2－的含量。根据反应前后的浓度差计算吸附量[20]。

1.8 重金属吸附能力的测定

称取样品0.5 g于150 mL的锥形瓶中，加入50 mL的重金属溶液，调节pH值至2.0或7.0，于37 ℃、120 r/min恒温水浴振荡2 h，混合物于4 000 r/min离心20 min，取上清液，用原子吸收分光光度计测定溶液中重金属含量，根据反应前后的浓度差计算吸附量。其中硝酸铅溶液（10 g Pb/m3）、硫酸铜溶液（8 g Cu/m3）、硫酸镉溶液（4 g Cd/m3）和硫酸锌溶液（6 g Zn/m3）[16]。

2 结果与分析

2.1 膳食纤维对葡萄糖的吸附能力

膳食纤维对葡萄糖的吸附作用，有利于控制饭后血糖的水平[21]，而不同来源，不同种类的膳食纤维对葡萄糖的吸附能力不同[17]。豆渣中几种膳食纤维对葡萄糖的吸附能力如图1所示，吸附力的大小依次为：HCB＞
果胶＞SDF＞HCA＞豆渣＞IDF。结果表明可溶性膳食纤维（HCB、果胶、SDF）的吸附能力强于不溶性膳食纤维（HCA和IDF），这可能是由于可溶性膳食纤维在溶液中具有较大黏度。Ou等[17]报道了黏性的可溶性膳食纤维可以截留葡萄糖分子，将葡萄糖分子包裹其中。另外，从整体上来看，豆渣膳食纤维可以有效的降低饭后血糖的水平，葡萄糖吸附能力为290～510 μmol/g，与麦麸膳食纤维、玉米膳食纤维的吸附能力 （350～480 μmol/g）[17]相近。

图 1 豆渣膳食纤维对葡萄糖的吸附能力

Fig.1 Adsorption capacity of dietary fibers from soybean dregs for glucose

2.2 膳食纤维对丙烯酰胺的吸附能力

图 2 豆渣膳食纤维对丙烯酰胺的吸附能力

Fig.2 Adsorption capacity of dietary fibers from soybean dregs for acrylamide

由图2可知，在pH 2时，HCB＞果胶＞SDF＞
豆渣＞IDF；在pH 7时，HCB＞SDF＞果胶＞豆渣＞IDF。从溶液pH值的角度分析膳食纤维对丙烯酰胺的吸附能力，发现pH 2（胃环境）的吸附能力大于pH 7（肠环境）的吸附能力，这说明膳食纤维对丙烯酰胺的吸附作用主要发生在胃中，这与张宁等[19]的研究结论一致。膳食纤维对丙烯酰胺的吸附主要为物理吸附[19]，其吸附能力（1～5 mg/g）较弱，即膳食纤维在胃肠道内不能有效清除丙烯酰胺。

2.3 膳食纤维对NO2－的吸附能力

由图3可知，在pH 2时的吸附能力远大于pH 7时的吸附能力。这可能是由于pH值升高时，含羧基化合物（糖醛酸、阿魏酸等）的羧基被解离，使膳食纤维表面的负电荷密度增大，导致对NO2－的排斥力增大而降低其吸附能力[22]。另外，豆渣膳食纤维的不同组分对NO2－的吸附能力也略有不同。pH 2（或pH 7）时，其吸附能力大小为：SDF＞果胶＞HCB＞豆渣＞IDF＞HCA。以上结果表明，溶液pH值对NO2－的吸附能力影响很大，而豆渣膳食纤维不同组分之间的吸附能力相差不大。

图 3 豆渣膳食纤维对NO2－的吸附能力

Fig.3 Adsorption capacity of dietary fibers from soybean dregs to NO2－

2.4 膳食纤维对重金属的吸附能力

表 1 豆渣膳食纤维对重金属的吸附能力

Table 1 Adsorption capacity of dietary fibers from soybean dregs for heavy metals

注：同列小写字母不同，表示差异显著（P＜0.05）。

由表1可知，膳食纤维对重金属的吸附能力受pH值影响很大，pH 2时的吸附能力远小于pH 7时的吸附能力；对于同种重金属，不同种类的膳食纤维对其吸附能力不同，在pH 7时，不同膳食纤维对同种重金属的吸附能力存在显著性差异，且总体上，可溶性膳食纤维对重金属的吸附能力大于不溶性膳食纤维；相同条件下，豆渣膳食纤维对铅的吸附作用最强，其次为铜和镉，对锌的吸附能力最弱。

膳食纤维对重金属的吸附是物理吸附和化学吸附的综合作用。物理吸附主要与膳食纤维的颗粒大小、比表面积、孔隙率及反应温度等有关，而化学吸附则与膳食纤维中含有的吸附基团（酚羟基、羧基、羟基等）及溶液中的pH值和离子强度等有关[23]。在pH 7时膳食纤维中的活性基团被解离为带负电荷的基团，对重金属阳离子吸附能力更强。而不同种类的膳食纤维，由于它们的组成和结构不同，其对重金属的吸附能力有所不同[11,24]。在pH 7的条件下，豆渣膳食纤维对铅的吸附能力：SDF、果胶＞HCB、豆渣＞IDF＞HCA；对铜的吸附能力：HCB＞SDF＞豆渣＞果胶＞HCA＞IDF；对镉的吸附能力：果胶＞SDF＞HCB＞IDF＞豆渣＞HCA；对锌的吸附能力：SDF＞豆渣＞果胶＞IDF＞HCB＞HCA。在pH 2时，其吸附能力之间的差异显著性降低，尤其在对镉和锌的吸附能力上，不存在显著差异，这可能是由于在酸性条件下，吸附基团对重金属的吸附作用被溶液中电离的H3O+的排斥作用而取缔[14]。这也说明豆渣膳食纤维对重金属的吸附作用主要为化学吸附。

2.5 豆渣中几种膳食纤维的含量

表 2 豆渣中几种膳食纤维的含量

Table 2 The contents of dietary fibers from soybean dregs

由表2可知，豆渣中IDF含量最高，达73.7%，其次为HCB、HCA，其含量分别为23.6%、10.3%，SDF含量较少仅5.54%，果胶为SDF中的一种成分，其在豆渣中的含量为3.13%。SDF和IDF根据膳食纤维在水中的溶解度不同分类，生理功能不同[25]。IDF可以增加粪便体积，促进肠道蠕动，进而具有预防便秘、结肠癌等功能；SDF的代谢功能更强，具有降低饭后血糖水平、胆固醇水平的功能。在对有毒有害物质（丙烯酰胺、亚硝酸盐、重金属）的吸附能力上，SDF较IDF强。因此，采用不同的理化处理方式将IDF转化为SDF具有重要的意义。HCA和HCB分别为碱溶酸沉和碱溶酸溶的膳食纤维，在豆渣中的含量均在10%以上，且对有害物质的吸附能力均较强，因此对其资源的开发利用也为豆渣“变废为宝”提供另外一种途径。另外，HCB较HCA吸附能力强，且在豆渣中的含量高，为豆渣的优势资源，因此HCB资源的开发利用较HCA具有更大的意义。

3 结 论

豆渣膳食纤维对葡萄糖、NO2－和重金属有较强的吸附能力，但对丙烯酰胺的吸附能力较弱；膳食纤维在胃中主要吸附NO2－和丙烯酰胺等物质，在肠道中则吸附重金属等带正电荷的物质；豆渣膳食纤维中吸附能力较强的为可溶性膳食纤维组分（SDF、HCB、果胶），因此提高豆渣中可溶性膳食纤维的含量及优化提取工艺开发健康、安全、高提取率的豆渣可溶性膳食纤维具有重要意义。

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