蒜皮膳食纤维物理改性技术及其抑制铅离子吸收的研究

摘要

膳食纤维（Dietary Fiber，DF）被称作人类的第七大营养素，膳食纤维尤其是可溶性膳食纤维（Soluble Dietary Fiber，SDF）发挥着其他营养素不可替代的生理功能。然而天然原料中SDF比例低严重限制了其在工业上的应用。蒜皮是蒜制品生产中产生的副产物，其膳食纤维含量高达70％之多，而SDF仅仅只有5%左右。本文拟通过多种物理技术对蒜皮进行改性处理，希望能够提高蒜皮膳食纤维中SDF的比例，并通过动物实验，研究蒜皮膳食纤维对铅离子在肠道中吸收的影响，因此研究工作具有重要的理论意义和实用价值。主要研究工作及结果如下：
　　（1）蒜皮膳食纤维的物理改性技术研究：采取双螺杆挤压蒸煮、蒸汽爆破、高温蒸煮三种物理技术对蒜皮进行改性处理，对经过物理改性的蒜皮利用纤维素酶再进行酶解处理，希望进一步促进SDF的释放。结果显示，三种物理处理技术均能显著提高SDF的含量，其粗含量值分别达到15.87%、15.04%及10.54%；纤维素酶酶解仅仅使得三种经过物理处理的蒜皮中SDF粗含量增加0.97%、0.95%和1.06%。因此单纯的物理处理技术即可达到增强膳食纤维生理功能的需求，双螺杆挤压蒸煮和蒸汽爆破都取得很好的改性效果。经过进一步的12项基本成分检测证明，与蒸汽爆破和高温蒸煮比较，挤压蒸煮不仅使蒜皮中SDF含量提高了199%，而且使总糖和可溶性多糖也分别提高了98%和429%， SDF占到TDF的26%。因此，相对而言双螺杆挤压蒸煮是一种更适宜于工业化生产的方法。
　　（2）不同处理技术对SDF的超微结构和物化特性影响：为了进一步筛选出能制备高品质SDF的改性技术，通过扫描电镜、原子力显微镜、傅里叶红外光谱仪、同步热分析仪和色差计等多尺度分析方法和测试手段研究了改性前后的SDF的超微结构和物化特征。微观结构考察结果显示经过改性处理后，SDF的表面微观结构发生显著变化，表面粗糙度显著增加，其中经挤压处理的SDF表面呈现致密的蜂窝结构、粒径变小，大大地增加了其比表面积，显著增强吸附性能。红外谱图结果显示，经挤压处理的SDF其糖醛酸基团峰均比其他方法强，表明糖醛酸含量显著提高，增加了其束缚金属离子的能力。热稳定性结果表明，经物理改性的SDF热稳定性更好、结构更均一。颜色变化结果表明，经物理改性的SDF颜色均加深，其中经汽爆处理的颜色最深，挤压处理的颜色变化最小，更接近于天然蒜皮SDF颜色，更有利工业应用。上述结果进一步证明了双螺杆挤压蒸煮技术改性后的膳食纤维品质更优，更适合应用于蒜皮膳食纤维的改性处理。
　　（3）挤压蒜皮膳食纤维对铅离子在大鼠体内吸收的影响：动物实验表明，饲料中铅离子添加量为20 mg/kg、100mg/kg、200mg/kg挤压膳食纤维能显著地提高粪铅、尿铅排出量，降低铅吸收率。但是增大蒜皮膳纤维的添加量不能更大程度的降低吸收率。挤压蒜皮膳食纤维会不同程度地改变铅离子在组织中分布情况。铅离子添加量为100 mg/kg时，5%的蒜皮膳食纤维添加量降低其在肾、股骨中的蓄积量。但铅离子添加量为200 mg/kg时，5%的蒜皮膳食纤维添加量反而会增加其在肝、肾和股骨中的蓄积量。