燕麦萌动对膳食纤维结构和功能的影响

赵习爱,傅婧*,任娟蕊

(宁夏大学 食品科学与工程学院,宁夏 银川,750021)

摘 要 燕麦萌动是籽粒从静态休眠到动态活跃的生理变化和物质转化过程,是将大分子物质变成易于人体吸收的小分子物质的最好方式。该研究拟优化燕麦萌动条件,测定优化条件下萌动4~8 d燕麦膳食纤维(oat dietary fiber, ODF)的含量,探究萌动前后ODF结构及功能变化。结果表明,燕麦在25 ℃,浸泡60 min、每8 h洒水量3∶2 (g∶mL)时萌动率最高,ODF的含量呈先增加后降低的趋势,萌动7 d时含量达到最高,为7.41%。扫描电镜观察萌动后的ODF呈螺旋疏松结构;X-衍射结果显示,萌动处理后ODF的衍射峰强度减弱,结晶度降低;红外光谱证实萌动前后ODF的特征吸收峰强度有所改变,整体峰型、位置未发生显著改变。萌动后比萌动前ODF的持水性、持油性和胆固醇吸附能力分别增加了3.6、10.4、1.6倍,溶解性、胆酸盐吸附能力则分别降低了2.1、1.3倍,葡萄糖、亚硝酸根的吸附性变化较小,证明萌动能改变ODF的结构功能性质。该论文能够为ODF辅助减肥、吸附胆固醇等生理功效提供一定理论依据。

关键词 燕麦;萌动;膳食纤维;结构;功能特性

燕麦又叫玉麦、铃铛麦,是一种禾本科燕麦属的一年生粮饲兼用草本作物[1],是全球第七大栽培作物,分布于亚洲、欧洲、美洲等5个大洲的76个国家[2]。膳食纤维(dietary fiber,DF)是植物性食品中普遍存在的不易被人体消化酶消化及小肠吸收的物质,主要由纤维素、半纤维素、木质素等组成[3],主要提取方法有化学法、酶法、化学-酶结合法、发酵法等[4]。目前,人们日常多食用动物油脂和精米面,杂粮摄入较为稀缺,导致各种慢性病的发病率增高[5]。燕麦作为营养价值较高的杂粮,是公认的DF良好来源,研究表明燕麦膳食纤维(oat dietary fiber,ODF)具有提高免疫力、降血脂和血压、预防心脏病、辅助降血糖、降低机体胆固醇及改善消化等多种生理功能[6]

燕麦萌动是籽粒从静态休眠到动态活跃的生理变化和物质转化过程,是将大分子物质变成易于人体吸收的小分子物质的最好方式。萌动期间种子呼吸作用增强、酶的种类和数量显著增加并产生一些新的高活性物质[7]。近年来,人们对萌动过程中富集的生物活性成分研究较多,贺馨怡等[8]研究了发芽条件对燕麦多酚含量的影响,得出最优发芽条件下处理的样品中有39种酚类差异代谢物上调,使总多酚含量显著高于原麦。郭芳[9]以燕麦为研究对象,通过发芽处理制备了富含γ-氨基丁酸的燕麦。本研究拟以燕麦籽粒为研究对象,优化萌动条件,测定萌动4~8 d ODF含量变化,采用超声辅助碱法[10]提取萌动前后ODF,分析萌动前后ODF的结晶特性、分子结构和微区形貌等结构变化,测定萌动前后ODF的持水性、持油性、溶解性、胆固醇吸附能力、胆酸盐吸附能力、葡萄糖吸附能力、亚硝酸根吸附能力等理化和功能性质[11]。通过萌动可延长燕麦产业链,提高燕麦的附加值,对我国燕麦的开发和利用有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

燕麦籽粒,宁夏富疆种业有限公司;5S一级压榨花生油、新鲜鸡蛋,宁夏便民超市;KBr(光谱级),胆酸钠98%(牛)、3,5-二硝基水杨酸(dinitrosalicylic acid,DNS,分析纯),上海源叶生物科技有限公司;浓硫酸、浓盐酸、氢氧化钠、氯化钠、酒石酸钾钠、无水乙醇(分析纯),天津市大茂化学试剂厂;冰乙酸(分析纯),天津市博华通化工产品销售中心;胆固醇、N-1-萘乙二胺盐酸盐(分析纯),天津市凯通化学试剂有限公司;邻苯二甲醛(分析纯),麦克林生物科技有限公司;糠醛(分析纯),天津市福晨化学试剂厂;葡萄糖(分析纯),北京红星化工厂;亚硝酸钠(分析纯),上海广诺化学科技有限公司;无水对氨基苯磺酸(分析纯),天津市欧博凯化工有限公司;苯酚、亚硫酸氢钠(分析纯),山东利尔康医疗科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

30 cm×22 cm高品质加密育苗盘,宁夏富疆种业有限公司;SE750高速粉碎机,圣象电器有限公司;LRH-150-B生化培养箱,上海皓庄仪器有限公司;TDL-5-A低速台式大容量离心机,上海安亭科学仪器厂;V-5100可见光风光光度计,南京菲勒仪器有限公司;DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器,深圳市博大精科生物科技有限公司;KQ-250DE型数控超声波清洗器,上海熠昕电子科技有限公司;FD-1A-50真空冷冻干燥机,北京博医康仪器有限公司;Vertex-70傅里叶红外光谱仪,德国布鲁克公司;PW-1710X-射线衍射仪,日本理学公司;ZEISS Sigma 300扫描电子显微镜,卡尔蔡司管理有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 燕麦萌动条件优化

1.3.1.1 浸泡时间的确定

称取每份(30±0.1) g的燕麦籽粒,加入200 mL自来水,放入生化培养箱中,设置温度25 ℃。分别浸泡30、60、90、120、150 min后沥干水分,铺盖餐巾纸遮光,每8 h在餐巾纸上以3∶2(g∶mL) 比例喷洒自来水,48 h观察并计算萌动率。

1.3.1.2 水喷洒量的确定

称取每份(30±0.1) g的燕麦籽粒,加入200 mL自来水,放入生化培养箱中,设置温度25 ℃。浸泡60 min后沥干水分,铺盖餐巾纸遮光,每8 h在餐巾纸上分别以3∶1、3∶2、3∶3、3∶4、3∶5 (g∶mL) 比例喷洒自来水,48 h观察并计算萌动率。

1.3.1.3 萌动温度的确定

称取每份(30±0.1) g的燕麦籽粒,加入200 mL自来水,放入生化培养箱中,分别设置15、20、25、30、35 ℃的萌动温度,浸泡60 min后沥干水分,铺盖餐巾纸遮光,每8 h在餐巾纸上喷洒3∶2 (g∶mL) 比例的自来水,48 h观察并计算萌动率。

1.3.2 萌动前后ODF的提取

基于1.3.1节中优化的萌动条件,根据GB 5009.88—2023《食品安全国家标准 食品中膳食纤维的测定》测定第4、5、6、7、8天萌动ODF含量,确定萌动后ODF含量最高的时长。ODF的提取采用匡燕等[10]的方法稍作改进,用超声辅助碱法提取萌动前后的ODF。

称取40 g萌动前后燕麦粉至烧杯中,按照料液比1∶40 (g∶mL) 加入0.2%(质量分数)氢氧化钠溶液,60 ℃ 100 W超声30 min后,以体积比1∶4加入无水乙醇沉淀2 h,用0.2%(体积分数)盐酸溶液滴至中性,在4 800 r/min条件下离心10 min后再用蒸馏水洗2次在4 800 r/min条件下离心10 min,用真空冷冻干燥将样品干燥12 h后得萌动前后ODF,装入密封袋于-20 ℃冰箱中保存备用。萌动前后ODF得率按公式(1)计算:

得率

(1)

式中:m1为提取萌动前后ODF的质量,g;m为原料质量,g。

1.3.3 萌动前后ODF的结构表征

对萌动前后ODF结晶特性、分子结构及微区形貌进行表征分析。

1.3.3.1 结晶特性分析

参考魏旭瑶等[12]的方法稍作改进。仪器扫描速度:10 °/min;扫描范围:5°~80°。取适量萌动前后ODF样品置于样品台,用PW-1710X-射线衍射仪扫描测定样品,观察样品出峰位置和形状。

1.3.3.2 分子结构分析

参考徐晓琴等[13]的方法稍作改进。将萌动前后ODF样品提前在烘箱中50 ℃干燥8 h备用,光谱级KBr在马弗炉500 ℃干燥30 min冷却后备用。称取5.0 mg左右备用样品及500 mg干燥的光谱级KBr于玛瑙研钵中在红外灯照射下研磨至极细,混合均匀后压片至透明,置于仪器扫描,设置参数:扫描次数64次,分辨率4 cm-1,扫描范围400~4 000 cm-1

1.3.3.3 微区形貌分析

10 mg左右的干燥萌动前后ODF直接粘到导电胶上,喷金电流为10 mA喷金45 s;随后使用ZEISS Sigma 300扫描电子显微镜分别设置100倍和1 000倍拍摄样品形貌及能谱测试,形貌拍摄时加速电压为3 kV,能谱拍摄加速电压为15 kV。

1.3.4 萌动前后ODF功能性质

对萌动前后ODF的功能特性测定,包括持水性、持油性和溶解性,胆固醇、胆酸盐、葡萄糖和亚硝酸根离子吸附能力。

1.3.4.1 持水性

持水性测定参考文献[14]稍作改进,准确称量0.25 g萌动前后ODF及5 mL蒸馏水于10 mL离心管中混匀,室温下静置1 h后4 800 r/min离心10 min,弃掉上层蒸馏水并称量离心后沉淀的质量,按公式(2)计算持水性:

持水性

(2)

式中:m1为离心后沉淀的质量,g;m为称取萌动前后ODF的质量,g。

1.3.4.2 持油性

持油性测定参考文献[15]稍作改进,准确称量0.25 g萌动前后ODF及5 mL花生油于10 mL离心管中混匀,室温下静置1 h后4 800 r/min离心10 min,弃掉上层花生油并称量沉淀的质量,按公式(3)计算持油性:

持油性

(3)

式中:m1为离心后沉淀的质量,g;m为称取萌动前后ODF的质量,g。

1.3.4.3 溶解性

溶解性测定参考文献[16]稍作改进,准确称量0.1 g萌动前后ODF样品及5 mL蒸馏水于10 mL离心管中,90 ℃水浴1 h,冷却至室温后4 200 r/min离心10 min,取上清液置于已称重培养皿中,烘至恒重后再次称重,按公式(4)计算溶解性:

溶解性

(4)

式中:m1为烘干前盛放ODF培养皿的质量,g;m0为烘至恒重后盛放ODF培养皿的质量,g;m为称取萌动前后ODF的质量,g。

1.3.4.4 胆固醇吸附能力

依据文献[17]用邻苯二甲醛比色法测定ODF胆固醇吸附能力。标准曲线的制作:配制0.1 mg/mL的胆固醇标准溶液,分别吸取0.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL于试管中,加冰乙酸至0.5 mL,混合均匀后加入冰乙酸为溶剂配制的0.5 mg/mL的邻苯二甲醛溶液0.5 mL和浓硫酸、冰乙酸等体积混合的混合酸4.0 mL,混匀后静置10 min。取少量于550 nm下测定吸光度值,记录数据并绘制标准曲线。将新鲜鸡蛋分离出蛋黄,蛋黄与蒸馏水按1∶9的体积比搅打成均匀的乳液。样品测定:准确称量0.5 g萌动前后ODF样品加入25 mL搅打均匀的蛋黄乳液,调节混合液的pH值为7.0,37 ℃磁力搅拌2 h,4 800 r/min离心10 min后取1.0 mL上清液,用蒸馏水稀释20倍后测定吸光度值,按公式(5)计算胆固醇吸附量:

胆固醇吸附量

(5)

式中:m1为吸附前蛋黄乳液中胆固醇质量,mg;m2为吸附后上清液中胆固醇质量,mg;m为称取萌动前后ODF的质量,g。

1.3.4.5 胆酸盐吸附能力

ODF胆酸盐吸附能力的测定依据文献[18]的方法稍作修改。标准曲线的制作:分别配制0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mg/mL的胆酸钠水溶液、45%(体积分数)硫酸、0.3%(质量分数)糠醛;分别吸取1.0 mL已配不同浓度胆酸钠水溶液、6.0 mL 45%的硫酸和11.0 mL 0.3%糠醛于试管中,混匀后在60 ℃恒温水浴锅中加热40 min取出冷却至室温,于620 nm处测定吸光度,记录数据并绘制标准曲线。样品测定:准确称量0.25 g萌动前后ODF加入含0.1 g胆酸钠的0.15 mol/mL氯化钠溶液25.0 mL混匀,调节混合溶液pH值为7.0,37 ℃磁力搅拌2 h,4 800 r/min离心10 min后取1.0 mL上清液按上述方法测定吸光度并计算,胆酸盐吸附量按公式(6)计算:

胆酸盐吸附量

(6)

式中:m1为吸附前胆酸钠质量,mg;m2为吸附后上清液中胆酸钠质量,mg;m为称取萌动前后ODF的质量,g。

1.3.4.6 葡萄糖吸附能力

依据文献[19]用二硝基水杨酸(DNS)法测定ODF葡萄糖吸附能力。标准曲线的制作:提前7 d配制DNS试剂于棕色瓶中避光室温保存,配制0.5 mg/mL的葡萄糖标准液。分别吸取0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL葡萄糖标准液于试管中,加蒸馏水至3.0 mL,加入已配好的DNS试剂2 mL混匀后在沸水浴中反应10 min,取出冷却后在540 nm处测定吸光度,记录数据并绘制标准曲线。样品测定:准确称量0.1 g萌动前后ODF加入25 mL葡萄糖标准液混合,37 ℃磁力搅拌2 h,4 800 r/min离心10 min后取1.0 mL上清液按上述方法测定吸光度并计算。因样品本身含有葡萄糖,另准备一组不加葡萄糖的样品作为阴性对照。葡萄糖吸附量按公式(7)计算:

葡萄糖吸附量

(7)

式中:m1为吸附前葡萄糖质量,mg;m2为吸附后上清液中葡萄糖质量,mg;m为称取萌动前后ODF的质量,g。

1.3.4.7 亚硝酸根离子吸附能力

ODF亚硝酸根离子吸附能力的测定依据文献[20]的方法稍作修改。标准曲线的制作:配制4.0 μg/L对氨基苯磺酸溶液、2.0 μg/L盐酸萘乙二胺和0.1 mg/mL的亚硝酸钠标准液;分别取0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL亚硝酸钠标准液于试管中,加水至2.0 mL,加入2.0 mL对氨基苯磺酸溶液和1.0 mL盐酸萘乙二胺溶液,混匀后室温下静置15 min在538 nm处测量吸光度,记录数据并绘制标准曲线。样品测定:准确称量0.25 g萌动前后ODF与25.0 mL标准液混合均匀,分别调节pH值为2.0、7.0,37 ℃磁力搅拌2 h,4 800 r/min离心10 min,取上清液0.5 mL按上述方法测定吸光度。亚硝酸根离子吸附量按公式(8)所示:

亚硝酸根吸附量

(8)

式中:m1为吸附前亚硝酸钠质量,mg;m2为吸附后上清液中亚硝酸钠质量,mg;m为称取萌动前后ODF的质量,g。

2 结果与分析

2.1 燕麦萌动条件优化结果

燕麦萌动条件优化结果如图1所示,结果表明,萌动温度在25 ℃时萌动率最高,如图1-A所示,48 h萌动率为79.4%,可能原因是25 ℃左右是种子萌动过程中各种酶的最适激活温度[21];浸泡时间60 min时萌动率最高,如图1-B所示,48 h萌动率为48%,可能是种皮软化程度恰到好处,让种子完全从休眠期苏醒过来,这个阶段种子与空气隔绝,是种子无氧呼吸储备物质与能量的最佳时期,能为后期生长做准备[22];洒水量为3∶2(g∶mL)时,萌动率最高,如图1-C所示,48 h萌动率为50.4%,是因为适当的洒水量既能保持种子不干涸又不会影响种子有氧呼吸,水分过多会导致种子缺氧,或细菌污染等,种子新陈代谢速率会下降导致种子的萌动速率变慢[23]。因此,将燕麦籽粒去杂除尘浸泡60 min后,沥干水分,遮盖餐巾纸,萌动温度在25 ℃洒水量比例为3∶2(g∶mL) 时,因种子的呼吸作用及各种酶的活性都达到最佳状态[24],燕麦种子萌动率最高,48 h萌动率为79.4%。

A-萌动温度;B-浸泡时间;C-水喷洒量;D-膳食纤维含量

图1 燕麦萌动条件优化
Fig.1 Optimization of oat germination conditions

注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

2.2 萌动前后ODF的提取

萌动过程中ODF含量变化如图1-D所示。由图1-D可知,ODF的含量随萌动时间的延长呈先增加后降低趋势,在第7天ODF含量达到最高,为7.41%。分析原因,可能是在萌动过程中,燕麦种子生长发育需要消耗供能物质淀粉,新陈代谢提高,导致其总干基质量降低,从而使得ODF含量相对增加[25];后期ODF含量降低可能是燕麦种子在萌动后期呼吸作用变弱,种子新陈代谢减慢,萌动后期干物质大量损失造成的,也可能与ODF形成有关的酶如纤维素酶活力有关,燕麦萌动过程中纤维素酶活力一直保持增长,可能是萌动前7 d增长率比后期增长率大[26]。所以,萌动处理可以提高ODF含量,并且在萌动第7天时ODF含量最高。用超声辅助碱法提取萌动前ODF及萌动后第7天的ODF(记为萌动后ODF),得出萌动前ODF得率为27.57%,萌动后ODF得率为20.18%。

2.3 萌动前后ODF结构表征

2.3.1 结晶特性分析

X-射线衍射是研究物质微观结构的主要方法之一。当物质被X-射线照射时会产生不同程度的衍射现象,形成反应物质组成、晶型、分子内成键方式、分子的构型和构象等物质特性的衍射图谱。研究表明,ODF X-射线衍射扫描角度2θ值在15°~25°主要是纤维素、半纤维素的衍射峰[27]。本研究用X-射线衍射分析萌动前后ODF的结晶类型和结晶度。结果如图2所示,萌动前ODF 2θ在19.46°处出现主衍射峰,2θ在39.42°处出现次衍射峰。萌动后ODF 2θ在21.89°处出现主衍射峰,2θ在16.09°和35.89°处出现次衍射峰。萌动处理后ODF衍射峰较萌动前峰形变窄、高度下降,2θ在19.46°处和39.42°处的结晶衍射峰消失[28],经过计算萌动前后ODF的结晶度分别为50.12%和22.33%,萌动处理后ODF X-衍射强度减弱,结晶度降低。可能是萌动过程中发生物质消耗与合成,使其内部结构发生重组,分子间氢键减少,导致纤维素和半纤维素的定型结构被破坏,从而将结晶纤维素降解,分子排列无序的非结晶区占比升高[29]。半纤维素易水解,衍射强度小,萌动可能使半纤维素随机无定形结构改变,导致萌动后ODF结晶度降低[30];所以萌动处理使ODF的微观结构发生改变,从而可能导致其功能性质发生变化。

图2 萌动前后ODF X-射线衍射图
Fig.2 ODF X-ray diffraction patterns before and after germination

2.3.2 分子结构分析

傅里叶红外光谱是对分子官能团分析的主要方法[31],利用傅里叶红外光谱分析萌动前后ODF的活性基团变化情况。结果如图3所示,萌动前后ODF的傅里叶红外光谱图基本相似,只有相应的波长上吸收峰的宽度和强度有变化。萌动前ODF在3 401.84 cm-1出现的吸收峰可能是纤维素或木质素中羟基O—H振动产生,在2 926.39 cm-1处是糖类甲基或者亚甲基的C—H的伸缩振动的吸收峰[32]。在2 155.7 cm-1处可能是C≡C炔基振动产生的吸收峰,1 653.91 cm-1附近的峰是木质素或半纤维素中的羧酸或木聚糖酯的CO伸缩振动产生[33]。1 000~800 cm-1区域中的弱吸收峰可能与吡喃糖有关[34];萌动后ODF在3 368.57 cm-1附近有一个较宽的吸收峰可能是O—H的伸缩振动。在2 918.21 cm-1附近出现了一个比较尖锐的峰,为糖类C—H键的伸缩振动吸收峰[35]。2 135.7 cm-1的吸收峰可能是C≡C炔基振动产生。1 647.02 cm-1附近的峰是木质素中芳香族苯,由—CHO的CO非对称伸缩振动及C—H的伸缩形成,是典型的DF结构。1 161.27 cm-1左右出现的是半纤维素中C—O—C的特征峰[36];红外光谱图表明萌动后ODF在3 401.84 cm-1较萌动前ODF在3 368.57 cm-1处吸收峰谱带变窄,羟基形成的分子间氢键变弱[37]。萌动后ODF在2 135.07 cm-1处较萌动前ODF在2 155.7 cm-1处变宽说明萌动后炔基吸收峰变强,与萌动前ODF相比,萌动后ODF吸收峰强度均出现增强,表明萌动可能破坏了ODF分子内部和分子链之间的氢键,增强无序结构,并诱导膳食纤维形成螺旋孔状疏松结构,使吸水吸油能力增强[38]。以上研究表明萌动处理对ODF分子基团种类影响较小,但对其特征峰的吸收强度有影响,可能改变ODF表面纤维素组分的分布。

图3 萌动前后ODF红外光谱图
Fig.3 ODF infrared spectrum before and after germination

2.3.3 微区形貌分析

萌动前后ODF的扫描电镜 (scanning electron microscope,SEM)图如图4所示,图4-A、图4-B分别为萌动前100、1 000倍SEM图;图4-C、图4-D分别为萌动后100、1 000倍SEM图,可以观察到萌动前后ODF显微结构特征有显著变化。萌动前ODF在高倍显微镜下呈现不规则的块状结构,表面粗糙不平整,无明显孔隙。萌动后ODF在高倍显微镜下整体不规则形状较多,有螺旋孔状疏松结构,比表面积增大,易暴露出更多的基团,有利于ODF更有效地吸附其他物质[39]

A-萌动前ODF下(100×);B-萌动前ODF下(1 000×);C-萌动后ODF下(100×);D-萌动后ODF(1 000×)

图4 萌动前后ODF不同放大倍数扫描电镜图
Fig.4 SEM images of ODF with different magnifications before and after germination

2.4 萌动前后ODF功能性质

2.4.1 持水性、持油性及溶解性

持水持油特性使ODF具有填充胃肠道、增加饱腹感的作用,能减少机体对食物的摄入,有效预防肥胖。持水持油性与分子中亲水亲油基团的暴露有关,分子中亲水亲油基团暴露越多,持水亲油力越强[40]。如表1所示,萌动前ODF持水性为4.877 g/g,萌动后ODF持水性为17.665 g/g,萌动后较萌动前ODF的持水性增加了3.6倍。萌动前ODF持油性为1.356 g/g,萌动后ODF持油性14.156 g/g,萌动后较萌动前ODF的持油性增加了10.4倍。结果表明萌动后ODF持水性持油性发生显著变化,使ODF的结构变化,表面积变大,与水和油的接触面积增大,暴露出更多的亲水亲油基团,与2.3.3节中SEM结构图结论一致,萌动后ODF良好的持水持油性对减肥、通便有巨大潜力[41]。ODF溶解性的大小与其分子结构有关,分子结构越齐整有序其溶解性越差,分子结构越杂乱其溶解性越好[42]。如表1所示,萌动前ODF溶解性质量分数为2.467%,萌动后ODF溶解性质量分数为1.167%。说明萌动可能使ODF的分子内部结构变得有序[43]

表1 萌动前后ODF的物理特性比较
Table 1 Comparison of physical characteristics of ODF before and after germination

ODF持水性/(g/g)持油性/(g/g)溶解性/%萌动前4.877±0.006b1.356±0.001b2.467±0.058a萌动后17.665±0.012a14.156±0.079a1.167±0.153b

注:表中数值是均值±标准差,不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。

2.4.2 吸附性能

2.4.2.1 胆固醇吸附能力

采用邻苯二甲醛比色法得到胆固醇吸附量标准曲线方程为y=7.97x+0.056 1,R2=0.995 4。计算得萌动前ODF胆固醇吸附量为1.96 mg/g。萌动后ODF胆固醇吸附量为3.226 mg/g(表2)。表明萌动后ODF的胆固醇吸附能力增强,让机体减少胆固醇吸收,对动脉粥样硬化等相关疾病有重要作用[44]

表2 萌动前后ODF的吸附性能比较
Table 2 Comparison of adsorption performance of ODF before and after germination

ODF胆固醇吸附量/(mg/g)胆酸盐吸附量/(mg/g)葡萄糖吸附量/(mg/g)pH 2.0亚硝酸根离子吸附量/(mg/g)pH 7.0亚硝酸根离子吸附量/(mg/g)萌动前 1.96±0.002b390.33±0.59a110.08±0.02b8.93±0.02a 8.26±0.003a萌动后3.226±0.004a297.137±0.012b118.791±0.005a7.852±0.015b7.549±0.018b

2.4.2.2 胆酸盐吸附能力

胆酸盐是人体中含量最高的胆汁酸之一,胆汁酸在调节脂质代谢中发挥重要作用[45],胆酸盐吸附能力标准曲线方程为y=0.021x+0.036 4,R2=0.991。萌动前ODF胆酸盐吸附量为390.33 mg/g,萌动后ODF胆酸盐吸附量为297.137 mg/g。萌动后ODF胆酸盐吸附能力降低了1.3倍,但仍然保持良好的吸附能力,可应用于乙肝、肝硬化等慢性病的治疗[46]

2.4.2.3 葡萄糖吸附能力

ODF对葡萄糖的吸附有利于平复餐后血糖水平,对机体血糖调节起关键性作用[47]。采用二硝基水杨酸(DNS)法得到葡萄糖吸附量标准曲线方程为y=4.831x-0.447 3,R2=0.998 9。萌动前ODF葡萄糖吸附量为110.08 mg/g,萌动后ODF葡萄糖吸附量为118.791 mg/g。萌动对ODF的葡萄糖吸附能力没有显著性变化,可能是吸附葡萄糖的表面的活性成分没有显著变化,但吸附量高达118.791 mg/g,可应用于肥胖症、糖尿病、高血脂等疾病的治疗[48]

2.4.2.4 亚硝酸根离子吸附能力

亚硝酸根是腌制肉制品中常使用的腌制剂成分,摄入人体内能给人带来致癌或神经系统迫害的风险[49]。本研究模拟胃肠液的pH值,分别在pH 2.0和pH 7.0环境下探究萌动前后ODF对亚硝酸根离子的吸附能力[50],得到亚硝酸根离子吸附量标准曲线方程为y=0.67x+0.035 3,R2=0.990 5。pH值为2.0时萌动前ODF亚硝酸根离子的吸附量为8.93 mg/g,pH值为7.0时萌动前ODF亚硝酸根离子的吸附量为8.26 mg/g。pH值为2.0时萌动后ODF亚硝酸根离子的吸附量为7.852 mg/g,pH值为7.0时萌动后ODF亚硝酸根离子的吸附量为7.549 mg/g。说明萌动前后ODF在模拟胃液环境中比模拟肠液环境吸附亚硝酸根离子的能力较强。

3 结论

燕麦在25 ℃,浸泡60 min、每8 h洒水量3∶2(g∶mL)时萌动率最高,ODF的含量呈先升高后降低的趋势,萌动7 d时含量达到最高,为7.41%。扫描电镜观察萌动后的ODF呈螺旋疏松结构,孔状疏松结构明显,使其比表面积增大,易暴露出更多的基团,有利于ODF更有效地吸附其他物质。X-衍射结果显示,萌动处理后ODF的衍射峰强度减弱,结晶度降低;红外光谱证实萌动前后ODF的特征吸收峰强度有所改变,整体峰型、位置未发生显著改变。萌动后比萌动前ODF的持水性、持油性和胆固醇吸附能力分别增加了3.6、10.4和1.6倍,萌动后ODF良好的持水持油性对减肥、通便有巨大潜力,胆固醇吸附能力的增强对减少机体胆固醇吸收和动脉粥样硬化等相关疾病有重要作用。萌动前后ODF在模拟胃液环境中比模拟肠液环境吸附亚硝酸根离子的能力较强;以上结果证明萌动能改变ODF的结构功能性质且结构变化与性质变化相一致。

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Effect of oat germination on structure and function of dietary fiber

ZHAO Xiai, FU Jing*, REN Juanrui

(School of Food Science and Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750021, China)

ABSTRACT Oat germination is a process of physiological change and material transformation from static dormancy to dynamic activity, and it is the best way to change macromolecules into small molecules that can be easily absorbed by the human body.This study optimized the germination conditions of oats and determined the content of dietary fiber (ODF) in oats germinated for 4-8 days under optimum conditions.The structural and functional changes of ODF before and after germination were explored.Results showed that the germination rate of oats was the highest at 25 ℃, soaked for 60 min, and sprayed with 3∶2 (g∶mL) water every 8 h, The ODF content increased first and then decreased, reaching the highest on the 7th day after germination, which was 7.41%.Scanning electron microscopy observed that the ODF after germination showed a spiral loose structure.X-ray diffraction results showed that the intensity of the diffraction peak and crystallinity of ODF decreased after germination treatment.The infrared spectrum confirmed that the intensity of the characteristic absorption peak of ODF changed before and after germination, but the shape and position of the whole peak did not change significantly.Compared with before germination, the water-holding capacity, oil-holding capacity, and cholesterol adsorption capacity of ODF increased by 3.6, 10.4, and 1.6 times respectively.The solubility and cholate adsorption capacity are reduced by 2.1 and 1.3 times respectively, while the adsorption of glucose and nitrite changed little.It is proved that germination can change the structural and functional properties of ODF.This paper can provide a theoretical basis for the physiological health effects of ODF on weight loss and cholesterol adsorption.

Key words oat; germination; dietary fiber; structure; functional characteristics

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.038270

引用格式:赵习爱,傅婧,任娟蕊.燕麦萌动对膳食纤维结构和功能的影响[J].食品与发酵工业,2024,50(24):229-237.ZHAO Xiai,FU Jing,REN Juanrui.Effect of oat germination on structure and function of dietary fiber[J].Food and Fermentation Industries,2024,50(24):229-237.

第一作者:硕士研究生(傅婧讲师为通信作者,E-mail:fujingfjfq@163.com)

基金项目:宁夏小杂粮精深加工与营养调控关键技术和产业示范(2020BFH03003)

收稿日期:2023-12-15,改回日期:2024-03-01