竹笋膳食纤维的制备及其功能结构比较
第１０卷第１期２０１０年２月
中国食品学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＦｏｏｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｋｇｙ
Ｖ０１．１０Ｎｏ．１１０
Ｆｅｈ．２０
竹笋膳食纤维的制备及其功能结构比较
李安平
谢碧霞
王
俊田玉峰
（中南林业科技大学长沙４１０００４）
摘要比较采用发酵法、酶法和酸碱法制备的竹笋膳食纤维在化学组成、功能特性和结构方面的差异。结果表
明：酶法和发酵法制备的竹笋膳食纤维中蛋白质和ＳＤＦ的含量显著高于酸碱法，而ＩＤＦ和ＴＤＦ的含量显著低于酸碱法；３种方法制备的竹笋膳食纤维在持水力和持油力方面呈显著性差异。而在溶胀力和阳离子交换能力方面差异不显著；原子力显微观察发现３种方法制备的膳食纤维表面均呈渡状起伏的山峰状结构，渡峰和波谷间有不同的高度差，其中以酸碱法处理的突起最明显。酶法处理次之，乳酸发酵法处理的表面相对平整，未经处理的对照组最差。红外光谱显示．３种方法制备的竹笋膳食纤维的物质组成和化学键类型基本相同。
关键词
制备；膳食纤维；功能特性；结构
文章编号１００９—７８４８（２０１０）０１—００８６—０７
膳食纤维具有诸多的生理活性功能．多年来一直是研究的热点。目前的研究主要集中在制备工艺、成分分析、物化特性、功能评价和资源调查等方面。随着研究的深入．研究重点逐渐转移到膳食纤维的生理功能差异与其结构之间的关系方面．试图用结构来解释其生理功能差异。
竹笋是竹子根茎节点上发出的不成熟的膨大茎．富含优质纤维．是一种新型膳食纤维资源。膳食纤维的制备方法有很多，其中生物发酵法、酶法和酸碱化学法是常用的几种方法【ｌ－３］。由于生物发酵法安全性较高，所以发展前景看好。酸笋是利用竹笋中天然存在的植物乳酸杆菌发酵而成【４】。用酸笋中筛选分离到的乳酸菌对竹笋进行纯种发酵．分解并消耗掉竹笋中少量的淀粉、糖类和蛋白质等物质．同时降低其中的草酸和植酸等抗营养成分含量，提高竹笋膳食纤维的纯度及其持水力、溶胀性、阳离子交换能力等功能特性。乳酸菌发酵能赋予膳食纤维独特的风味．改善口感．而且发酵后的膳食纤维使肠道中的微生物发酵降解程度提高，生理活性增强。本文以竹笋或竹笋罐头加工的下脚料为原料，分别采用乳酸发酵法、酶法和酸
碱化学法３种方法制备膳食纤维。比较它们在化学成分、功能特性及其结构上的差异，寻找它们之间的内在联系。
１材料与方法
１．１
原材料
毛竹春笋．采自湖南长沙市大围山林场。
１．２仪器与设备
ＬＣ—ＶＰ高效液相色谱仪，日本岛津；７２２Ｓ分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；ＳＰＭ一９５００Ｊ３原子力显微镜，日本岛津；Ｎｉｃｏｌｅｔ
ＶＡＴＡＲ
Ａ—
３３０ＦＴ—ＩＲ型红外光谱仪，美国热电；ＳＰＸ
型智能乍化培养箱。宁波江南仪器厂。１．３竹笋膳食纤维制备工艺流程
１）乳酸发酵法工艺
竹笋原料＿选剔＿清洗＿切片＿磨浆＿调配一灭菌＿÷冷却＿＋接种－＋发酵＿＋离心脱水－＋笋渣一漂洗＿＋干燥＿÷粉碎．＋过１２０目筛＿＋成品。
２）酸碱法工艺
竹笋原料一选剔＿÷清洗一＋切片－＋磨浆＇÷冲洗一乙酸溶液处理（ｐＨ２，２ｈ）－÷水冲洗至ｐＨ７＿
ＮａＯＨ溶液处理（ｐＨｌ２，２ｈ）一沸水冲洗至ｐＨ７＿
收稿日期：２００９—０２—２６
基金项目：科技部创新基金项目（Ｎｏ，０２ＥＦＮ２１６７０１２２６）作者简介：李安平，男，１９６７年出生，博士，教授
干燥＿÷粉碎一过１２０目筛＿成品。
３）酶法工艺
竹笋原料＿选剔＿＋清洗＿切片＿＋磨浆＿冲
第１０卷第ｌ期
竹笋膳食纤维的制备及其功能结构比较
洗一蛋白酶酶解（ＮａＯＨ溶液调节至ｐＨ６．５）－＋灭酶一÷仅一淀粉酶酶解（乙酸调节至ｐＨ４．６）＿＋灭酶＿漂洗一干燥．＋粉碎一过１２０目筛＿成品。
１．４竹笋膳食纤维成分测定
水分：采用ＧＢ／Ｔ５００９．３—２００３法测定；蛋白质：测定采用ＧＢ／Ｔ５００９．５—２００３法测定：淀粉：采用ＧＢ／Ｔ５００９．９—２００３法测定；脂肪：采用ＧＢ／Ｔ５００９．６—２００３法测定；中性纤维素（ＮＤＦ）：采用中性洗涤剂法测定：酸性纤维素（ＡＤＦ）：采用酸性洗涤剂法测定；纤维素＝酸性纤维素；半纤维素＝中性纤维素一酸性纤维素；木质素（ＡＤＬ）：在十六烷基三甲氨溴化物存在的情况下处理。除去细胞内容物，然后以１２ｍｏｌ／Ｌ硫酸除净可溶性膳食纤维。得到纯净的木质素。
１．５膳食纤维持水力、溶胀力、持油率和阳离子交换能力测定
１）持水力：准确称取质量为ｍ，的干样品于烧瓶中，加入２０℃的水浸泡ｌｈ后，用滤纸滤干，然后将其转移到质量为ｒｎａ的表面皿中，称取其质量ｒｎ３０持水力＝（ｍ，３一耽一ｍ１）／ｍｌｏ
２）溶胀力：称取质量为ｍ的样品，置于１０ｍＬ量筒中，测得体积为ｙ。，然后加入５ｍＬ蒸馏水，振荡均匀后室温静置２４ｈ，读取液体中膳食纤维的体积ｙ２。溶胀力＝（ｙ２＿ｙ。）／ｍ。
３）持油力：取质量为ｍ，的样品与２０ｍＬ茶油于５０ｍＬ离心管中混合．每隔５ｍｉｎ振荡１次。３０ｍｉｎ后将混合物置于转速为１
６００
ｔｏｏｌ几ＫＯＨ溶液滴定．当溶液变微红时停止滴定，振摇三角瓶，褪色后再滴，振摇５ｍｉｎ后仍不褪色的视为终点，计算其阳离子交换容量。１．６膳食纤维的原子力显微观察试验
竹笋经适当破碎后，分别经酸碱法、酶法和乳酸发酵法处理．取较大块压制干燥成表面平整的纤维块．接着打磨表面提高表面光洁度，再将其固定在样品台上用原子力显微镜（ａｔｏｍｉｃ
ｆｏｒｃｅ
ｍｉ—
ｃｒｏｓｃｏｐｅ，ＡＦＭ）观测。测试工作在室温下进行，湿度５０％～６０％。显微探针为Ｓｉ３Ｎ４，悬臂的弹性常数为０．５８。
１．７膳食纤维的红外光谱测试试验
为验证３种方法制备的竹笋膳食纤维结构特征的变化情况，分别取３种样品和对照各２ｍｇ，在玛瑙研钵中与磨细干燥的ＫＢｒ（１５０ｍｇ）混合均匀，在压片机中制成膜片，然后检测。１．８统计方法
试验数值以均数±标准偏差（ｎ＝３）表示。正态分布资料的两组均数比较采用ｔ检验。统计分析采用ＳＰＳＳｌｌ．５软件处理，显著性界值Ｐ设定为
０．０５。
２结果与讨论
２．１
３种膳食纤维的主要化学组成
采用酸碱法、酶法和乳酸发酵法３种工艺制
备的竹笋膳食纤维化学组成见表１。由表１可以看出．不同制备方法所得竹笋膳食纤维在水分、蛋白质、ＳＤＦ、ＩＤＦ和ＴＤＦ含量上有显著性差异（Ｐ＜Ｏ．０５）．而在淀粉和脂肪含量上没有差异。经酶法和发酵法处理制备的竹笋膳食纤维在蛋白质和ＳＤＦ含量上比酸碱法处理所得明显要高（Ｐ＜Ｏ．０５），而水分、ＩＤＦ和ＴＤＦ含量显著低于酸碱法处理所得（Ｐ＜０．０５）。
ｒ／ｍｉｎ的离心机
中离心２５ｍｉｎ，除去上层的茶油后的样品质量为
ｒｎａ。持油力＝（，盱ｍ１）／ｍ１。
４）阳离子交换能力：称取膳食纤维样品３００ｍｇ放入３０
ｍＬ０．０１ｍｏｌ／Ｌ
ＨＣＩ溶液中，于４℃冰
箱中静置１２ｈ后用蒸馏水清洗至导电率小于５¨ｓ；取１００ｍｇ酸化样品，以酚酞作指示剂，用０．０２
表１
Ｔａｂｆｅ
Ｉ
Ｍａｉｎ
不同方法制备的３种膳食纤维的主要化学组成（％。干基）
ｂｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅｄｉｅｔａｒｙｆｉｂｅｒｓｍａｄｅｍｅｔｈｏｄｓ（％．ＤＷ）
注：不同宁母表示ｔ检验具有显著性差异（Ｐ≤Ｏ．０５），下同。
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２０１０年第１期
对膳食纤维改性就是去除原料中的蛋白质、可溶性糖类和脂肪等物质。乳酸菌发酵过程中需要提供一定的碳源和氮源。竹笋浆液中含有的丰富的蛋白质和糖类物质等正好满足乳酸菌发酵所需，在发酵过程中还能产生具有一定生理活性功能的中间代谢产物。总之，竹笋浆液中的乳酸菌发酵对膳食纤维的化学组成产生影响，提高其生理功效。
２．２
３种制备工艺对膳食纤维物化特性的影响３种工艺制备的竹笋膳食纤维经干燥、粉碎、
过１２０目筛后。测定各样品的物化特性．结果见表２。酶法和乳酸发酵处理所得竹笋膳食纤维的持水力和持油力显著低于酸碱法处理（Ｐ＜Ｏ．０５），而在溶胀力和阳离子交换能力方面，３种膳食纤维间没有显著差异（Ｐ＞Ｏ．０５）。此结果与表１中ＴＤＦ含量相一致。
表２不同方法制备的膳食纤维物化特性比较
Ｔａｂｌｅ２
Ｔｈｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ
ｏｆｐｈｙｓｉｃａｌ
ａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌ
ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｄｉｅｔａｒｙｆｉｂｅｒｍａｄｅｂｙ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｍｅｔｈｏｄｓ
２．３
３种膳食纤维的原子力
由于膳食纤维的相对分子质量大．结构复杂，
显微工具。ＡＦＭ对样品表面形貌进行纳米级表征．对大分子结构的膳食纤维进行直观的立体探测【７棚。３种方法制备的竹笋膳食纤维及未经处理的竹笋纤维（对照）的原子力显微二维和三维图谱
见图１。
自身常存在结构缺陷，所以无法得到良好的晶形，
对其二级结构以及高级结构的研究比较困难阳。
原子力显微镜（ａｔｏｍｉｃ
ｆｏｒｃｅ
ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ。ＡＦＭ）是
利用其探针与样品间的作用力来研究物质属性的
第ｌＯ卷第ｌ期
竹笋膳食纤维的制备及其功能结构比较
注：ａ．对照ｂ．酸碱法处理ｃ．酶法处理ｄ．乳酸发酵法处理。
图１
Ｆｉｇ．１
竹笋膳食纤维原子力显微二维和三维图谱
ｉｍａｇｅｓｏｆＡＦＭｆｏｒｂａｍｂｏｏ
ｓｈｏｏｔｓ
ｄｉｅｔａｒｙ
ｆｉｂｅｒ
Ｔｗｏａｎｄｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ
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２０１０年第ｌ期
由图１可看出．３种膳食纤维表观结构均呈波状起伏的山峰状结构。波峰和波谷有５ｎｍ左右不等的高度差。并且不同波峰和波谷之间也存在着纳米级别的高度差。表明膳食纤维表面呈高、低起伏状。对照、酸碱法、酶法和乳酸发酵法处理所得竹笋膳食纤维表面最高波峰分别为４００、１６００、１２００和８００ｎｍ。其中酸碱法处理的膳食纤维的表面山峰更为陡峭，且尖峰多；酶法处理次之，对照表面最平整。这种表面凸凹排列与表１中４种处理的膳食纤维中淀粉和蛋白质含量排序相一致。处理过的淀粉和蛋白质类的填充物质被清除，而竹笋的骨架，包括纤维素和木质素等被保留下来。酸碱法处理对淀粉和蛋白质类的物质清除最多，
因此膳食纤维表面凹凸不平显著，沟壑和空隙最多。膳食纤维表面波峰的高低和沟壑多少也反映了膳食纤维持水力和溶胀力等的变化情况。
２．４
３种膳食纤维的傅立叶红外光谱比较红外光谱的吸收峰位移和吸收强度与各原子
振动频率有关．特别是与膳食纤维化学组成和化学键类型密切相关１９１。有研究表明竹纤维主要由在主链糖元的Ｃ一３和Ｃ一４上带有支链的１３一（１，４一ｂｏｎｄｅｄ—Ｇａｌｐ）半乳聚糖构成［１０－１１】。采用酸碱法、酶法和乳酸发酵法处理工艺制得的竹笋膳食纤维和未经处理的竹笋纤维对照的红外吸收光谱见图２。
零
槲采蝴
波数／ｃｍ４
注：ａ．对照ｂ．酸碱法处理ｃ．酶法处理ｄ．乳酸发酵法处理。
图２不同工艺方法制备的竹笋膳食纤维的红外光谱图
Ｆｉｇ．２
Ｉｎｆｒａｒｅｄ
ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ
ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ
ｏｆｂａｍｂｏｏｓｈｏｏｔｓ
ｄｉｅｔａｒｙｆｉｂｅｒｍａｄｅｈｙ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓ
根据有关纤维的红外光谱资料和本试验结果，不同工艺制备的膳食纤维的红外吸收光谱基本相似，均有强宽的０一Ｈ伸缩振动峰、Ｃ—Ｈ伸缩振动峰和Ｎ—Ｈ伸缩振动峰等；物质组成和化学键类型也基本相同。由于蛋白质、脂类等物质含量不同．所以不同工艺制备的膳食纤维的峰值有所区别。
竹笋膳食纤维在３４２０ｃｍ。１附近的峰是由一些游离羟基和氢键缔合形成的伸缩振动吸收。是所有纤维素的特征谱带。对照、酸碱法处理、酶法处理和乳酸发酵法处理所得竹笋膳食纤维在
３５００～３４００
ｃｍ＿处的ＯＨ伸缩振动峰分别为
ｃｍ一１；４种
３４２１．８９、３４２２．４８１、３４２０．２７和３４２１．７４
处理在２
９２０
ｃｍ一１附近的吸收峰是由Ｃ—Ｈ伸缩振
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竹笋膳食纤维的制备及其功能结构比较
９１
动形成，强度较弱，也是特征峰，分别为２
２９２３．８２、２１６５５～ｌ６４５
９２６．６９、
３结论
１）竹笋是深受人们喜爱的传统森林蔬菜，其营养特点是富含优质纤维素，是一种新型膳食纤维资源。不同工艺制备的竹笋膳食纤维中蛋白质、ＳＤＦ、ＩＤＦ和ＴＤＦ含量存在差异。
２）酶法和乳酸发酵处理所得竹笋膳食纤维的持水力和持油力显著低于酸碱法处理（Ｐ＜０．０５），而在溶胀力和阳离子交换能力方面。３种处理没有差异（Ｐ＞０．０５）。
３）原子力显微观察发现３种方法制备的膳食纤维表面均呈波状起伏的山峰状结构。波峰和波谷间有不同的高度差。其中又以酸碱法处理的山峰最多且高度差最大，酶法处理次之。乳酸发酵法处理相对表面平整。未经过任何处理的竹笋纤维（对照）最差。红外光谱显示，３种工艺制备的竹笋膳食纤维的物质组成和化学键类型基本相同。
９２５．０５和２
９２６．１５
ｃｍ～：４种处理在
ｃｍ。１区间的吸收峰是由所含水分引
起的，分别为ｌ６４７．００、１６４６．６９、１６４７．４３和
１６５４．３２
ｃｍ一；未经任何处理的竹笋纤维对照在
ｃｍ一区间有一波峰１
７４３．３２ｃｍ～，这
１７００－１７８０
是羰基峰和水分吸收峰组合而成的。酶法和乳酸发酵法处理的样品上也有一明显的小峰．分别为
１７３７．２４ｃｍ。１和１７３５．２０
ｃｍ４．这是羰基伸缩振动
的峰，而纤维素中没有羰基。说明此处有半纤维素的峰出现。酸碱法处理的图谱中该峰不明显，说明半纤维素发生了水解。在１
５００～１５７０
ｅｍ４区间有
一系列小峰，它们是苯环的特征峰。竹笋膳食纤维中只有木质素存在苯环，说明原样中含有木质素。在４种样品中均可以找到此峰．说明３种处理仍残留部分木质素。只是酸碱处理样品的波峰较小。表明含苯环的木质素部分被去除。
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Ｌｉ
Ａｎｐｉｎｇ
ＸｉｅＢｉｘｉａ
ＷａｎｇＪｕｎ
（ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｈ，ｅｒｓｉｔｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，咖ｋ
Ｙｕｆｅｎｇａｎｄ
ｈｉｇｈｅｒ
ｔｈａｎ
Ｔｉａｎ
４１０００４）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ｍａｄｅｂｙｆｉｂｅｒｓｔｒｅａｔｅｄｂｙ
Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ
ｗｅｒｅ
ｉｎｃｈｅｍｉｃａｌ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ、ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｔｈｉｓ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｏｆｄｉｅｔａｒｙ
ｆｉｂｅｒｓ
ｃｏｎｔｅｎｔｓ
ｗｈｉｃｈｗａｓ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｅｔｈｏｄｓ
ｂｙ
ｃｏｍｐａｒｅｄｉｎｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓ
ｗｅｒｅ
ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｏｂｖｉｏｕｓｌｙ
ｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｔｅｉｎａｎｄＳＤＦ
ｔｈａｔ
ｐｒｅｐａｒｅｄｔｈｒｅｅ
ｉｎｄｉｅｔａｒｙａｎｄ
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ｐｒｅｐａｒｅｄｅｎｚｙｍａｔｉｃ
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ｏｎ
ｂｙ
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ｍｅｔｈｏｄｓ．ｔｈａｔｔｈｅｏｂｖｉｏｕｓｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ
ｍｅｔｈｏｄｓ
ｗａｓ
ｗａｔｅｒ
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ｄｉｅｔａｒｙｆｉｂｅｒｐｒｅｐａｒｅｄ
ｃａｐａｃｉｔｙ
ｗｅｒｅ
ａ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｂｓｅｒｖｅｄ．ｂｕｔｏｆ
ａｔｏｍｉｃｒｉｓｅ
ｆｏｒｃｅ
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ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ
ｏｆｉｔｓ
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ｔｈｅ
ｃａｐａｃｉｔｙ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ａｎｄｃａｔｉｏｎ
ｅｘｃｈａｎｇｅ
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ｍｏｕｎｔａｉｎ
ｐｅａｋ
ｒｅｓｕｌｔｓ
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ｓｈｏｗｅｄｓｕｒｆａｃｅ
ｗａｖｅ
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ｗａｇ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈａｎｄｆａｌｌ
ｗａｖｅ，ａｎｄｉｔｓｈｅｉｇｈｔ
ｗａｆｔ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎ
ｃｒｅｓｔａｎｄｔｒｏｕｇｈ
ｗａｓ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ，
ｉｎｗｈｉｃｈ，ｔｈｅ
ｐｅａｋｏｆａｃｉｄ－ａｌｋａｌｉｔｒｅａｔｅｄｇｒｏｕｐ
ｓｈｏｏｔｓ
ｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔａｎｄｅｎｚｙｍｅｔｒｅａｔｅｄｇｒｏｕｐ
ｔｈｒｅｅｍｅｔｈｏｄ
ｔｈｅｎｅｘｔ．
ａｒｅ
Ｔｈｅｉｎｆｒａｖｅｄ
ｉｎ
ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ
ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｏｆｂａｍｂｏｏｃｈｅｍｉｃａｌ
ｂｏｎｄ．
ｄｉａｔａｒｙｆｉｂｅｒｓｔｒｅａｔｅｄｂｙ
ｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｎｏｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ
ａｎｄ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ
ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ；ｄｉｅｔａｒｙ
ｆｉｂｅｒ；ｆｕｎｃｔｉｏｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｙ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｉ市场动态ｉ
中国大豆进口依存度高达７０％。外企垄断８成货源
据海关总署１月１０日公布的初步统计数据显示，２００９年我国累计进口大豆４２５５万吨，２００８年进口量为３７４４万吨，同比增加１３．７％。
对于我国２００９年１２月进口大豆４７８万吨远远高于１１月２８９万吨的现象，有分析师认为，中国大豆进口量继续大幅提高，表明中国对进口大豆的需求依然强劲，依赖度加强。
我国大豆产业已处于不安全状态。黑龙江省委党校社会发展战略研究中心主任邵立民对《中国经济周刊》表示，我国大豆产业不安全的原因，一方面是来自需求，另一方面是相关制度的缺失。在这种情况下．来自各方的博弈最终造成了我国大豆产业目前面临的境况。“目前，国内大豆市场进口依存度高达７０％，国际大豆产业五大巨头Ａ（ＡＤＭ）、Ｂ（邦基）、Ｃ（嘉吉）、Ｄ（路易达孚）、丰益对我国压榨行业的控制达到了空前水平，他们垄断着我国８０％的进口大豆货源，其旗下的企业压榨能力已占国内总能力的７０％以上，并将触角向大豆全产业链延伸。”
（消息来源：中国经济周刊）