八角水溶性膳食纤维对油脂乳液消化特性的影响.docx

八角水溶性膳食纤维对油脂乳液消化特性的影响八角是我国的一种特色香料资源，重要产地为广西、广东。八角在两省的种植面积和产量约占全国85%、世界的70%以上。目前绝大部分八角都是作为香料使用，以原料的方式直接销售，只有5%的八角被药用。此外，工业上应用的八角提取物主要为八角油、莽草酸，而对于八角中丰富的膳食纤维(多糖)的应用则较少。大量的研究表明，摄入膳食纤维能够降低代谢疾病的致病风险及改善肠道菌群。因此，对八角中的膳食纤维进行研究，既能开发新膳食纤维品种，又有利于提高八角的利用率和附加值。研究膳食纤维对于乳液递送系统的影响，对于膳食纤维在食品和饲料工业中的应用具有重要的理论价值。采用微波辅助酶法制备八角水溶性膳食纤维(SASDF),测定其常规营养成分、中性糖组成、半乳糖醛酸含量、酯化度和重均分子质量；检测消化前后其对蛋白包裹型乳液递送系统的理化性质和微观结构的影响；利用PHTtat法，即通过记录脂肪乳液在体外水解过程各反应时间点的用碱量,计算在体外小肠模型中被水解的三酰甘油在初始脂肪乳液样品中所占的比例，从而研究SASDF对纳米脂肪乳液消化速率和消化程度的影响，并探究SASDF对纳米脂肪乳液消化特性的影响机制，以期为SASDF在食品和饲料工业中的应用提供理论基础,以及为食用香料创新开发利用提供新的研究思路。1 SASDF的组成及理化指标半乳糖醛酸含量测定结果表明，SASDF中半乳糖醛酸的质量分数约为52.02%e此外，还含有其他中性糖。由于半乳糖醛酸是果胶的主要成分，由此可推断SASDF中含有果胶。酯化度测试的结果表明，其酯化度为50.9%,因此SASDF中含有的果胶应为低酯果胶。与其他商品果胶相比，SASDF的重均分子质量相对较小，约为88kDa(橘皮果胶为485kDa,甜菜果胶为562kDa,苹果果胶为963kDa2 SASDF对乳液消化前后有效粒径、粒度分布及微观结构的影响2.1 消化前650r消化附消化后Aa小写字母不同表示差异显著(P<0.05)：K耳字母不同表示养弁极显著(P<0.01).图5同.由图1可以看出,在乳液中加入0.1%SASDF后,乳液的有效粒径并无显著增加(P>0.05),但当添加量为0.2%和0.4%时，乳液的有效粒径极显著增大(PV0.01)。当SASDF质量分数水平到0.2%时，便可能引发排空效应，乳液液滴则会发生聚集，从而导致样品的平均粒径增大。结果显示：未加入SASDF时，粒度分布曲线呈现单峰分布；加入SASDF后，则粒度分布曲线开始出现双峰分布，尤其是当SASDF添加量达到0.4%时，双峰分布的情况显得更为明显。从激光共聚焦图像(图3AD)也可以发现，乳液液滴颗粒中相对较大颗粒的比例随着SASDF添加量的增加相对变大，而且这种聚集的作用力较强，具有一定的不可逆性。如图1所示，向纳米脂肪乳液中加入较低水平(0.1%)的SASDF即可以使得消化后样品中的液滴有效粒径显著增加(PV0.05)；然而，当乳液-SASDF混合溶液中SASDF的质量分数水平提高至0.4%,消化后样品中的乳液液滴有效粒径极显著增大(PV0.01)。从图3H也可以发现，此时的消化体系中存在大型聚集体。本研究的人工小肠液中含有钙离子，SASDF质量分数为0.4%时，SASDF可与乳液消化体系中的钙离子形成凝胶；而在含有低质量分数水平的SASDF时(0.1%0.2%),SASDF不易与钙离子形成凝胶。3 SASDF对乳液消化前后Zeta电位的影响质量分数/%OOOOOQ12345s_>三553vn消化前口消化后小写字母不同表示差异显A(P0.05).如图4所示，未添加SASDF的初始乳液表现出带有高强度的负电荷(Zeta电位=一(54.24±5.76)mV),这是由于牛白蛋白等电点约为4.7,乳液PH值(pH7)高于脂肪液滴油水界面的牛白蛋白等电点，因此此时脂肪液滴带负电荷。质量分数水平不同的SASDF均使乳液Zeta电位绝对值显著减小(P0.05),且Zeta电位绝对值表现为0%添加量0.1%添加量0.2%添加量0.4%添加量30mV,说明在一定添加量范围内，尽管SASDF不会导致乳液的体系由稳定状态转变为不稳定状态，但却能够使得体系朝着不稳定状态的趋势发展,进而导致颗粒与颗粒之间发生聚集行为变得相对容易。这可能是由于SASDF中含有半乳糖醛酸，使其具有阴离子多糖的性质，SASDF加入乳液后能够对体系的离子强度产生影响，进而对乳液的Zeta电位产生影响。经小肠消化模型处理后，各测试样品Zeta电位绝对值均显著减小(PV0.05),表明乳液的界面组成发生了改变。含0.2%、0.4%SASDF的乳液在经小肠模拟消化后的Zeta电位的绝对值小于30mV,而含有0.1%SASDF的乳液与不含SASDF的乳液在消化后的Zeta电位无显著性差异，且这两者的绝对值均大于30mV；而当SASDF添加量达到0.2%及以上时，此时SASDF与消化液中的活性物质(如钙离子)形成的复合物如水凝胶而产生的絮凝排斥效应影响了乳液的稳定性。SASDF对于体系中胆盐的吸附也势必会导致吸附于油脂液滴界面胆盐的减少，因此导致界面携带的负电荷相对变少。含SASDF的乳液消化后粒径变大的另一原因是由于胆盐与SASDF结合导致吸附在油水界面上的胆盐量相对减少，相当于体系中有效表面活性剂的量相对变少，导致体系抗絮凝能力相对较弱。本实验在此处从液滴表面电荷情况证明了这一可能性。4 SASDF对乳液消化前后流变学特性的影响从图5可以发现，无论是否经过消化处理，SASDF的添加均能极显著提高乳液样品的表观剪切黏度(P<0.01),且不同添加量的乳液样品的表观剪切黏度差异极显著(P<0.01)o乳液中油脂液滴聚集及SASDF形成的凝胶可能导致体系剪切黏度的增大。然而，尽管本研究发现消化后的乳液液滴粒径相较于消化前显著性增大,且消化后形成了絮凝和液滴聚集，从图5却发现除了含有高质量分数水平(0.4%)SASDF的乳液样品，其他乳液样品(即含有相同SASDF质量分数水平的乳液)经过小肠液消化处理前后无显著性差异(P>0.05),这是由于人工小肠液模型本身对乳液多糖混合溶液存在明显的稀释作用。对于含有04%SASDF的乳液样品，尽管同样被消化液稀释，但稀释后SASDF浓度仍能够与Ca2+形成凝胶,从而提高了消化样体系中分散相的有效体积分数。5 SASDF对乳液消化特性的影响¾3三4运费至HSASDF中半乳糖醛酸质量分数约为50%,且酯化度较低(50.9%),因此SASDF具有类似低酯果胶的性质，即能与钙离子形成凝胶。因此从理论上，SASDF对脂肪乳液理化性质和消化行为的影响应该与海藻酸钠具有一定的相似性。而这一推测从图6可以得到验证，即添加SASDF对于脂肪消化的速度和程度均表现出了抑制作用，且这种抑制作用随着SASDF添加量的增加表现为逐渐增强。6 SASDF对乳液消化反应动力学的影响对自由脂肪酸释放动态曲线更深入地分析，可能可以从中发现此过程中的潜在机理，这也能为SASDF的应用提供理论数据。结果显示，经过2h的体外小肠模型模拟消化处理后，各个曲线均到达平台期。不含SASDF时，油脂消化表现为二阶反应，即包含两个伪一级反应速率常数(kl和k2)0这说明了体系中部分甘油三酯分子相对较容易被与脂肪酶结合并水解，这部分的甘油三酯分子可能是附着在液滴或聚集体的表面。因此，在伪一级反应的第1反应阶段，人工小肠液中的脂肪酶能够以较高的扩散速率达到纳米油脂乳液液滴的界面，以较高的结合效率与甘油三酯分子的酶切位点结合。随着油脂消化过程的进行，体系的内部组成由于甘油三酯水解得到的游离脂肪酸附着于油脂液滴的表面而发生改变,脂肪酸分子层形成脂肪酶与内部甘油三酯脂肪酶酶切位点结合的阻碍。含有SASDF的乳液样品，1.OS回归曲线也表现为二阶性。对于第1阶段的反应速率常数的变化规律可以发现，kl与SASDF添加量相关，也就是随着SASDF添加量的增加，快速反应阶段的速率常数逐渐减小。而第2阶段(即慢速反应阶段)的反应速率常数k2则表现为与SASDF添加量无明显关系。SASDF与钙离子形成凝胶，增大了体系的表观剪切黏度的同时也包埋了部分乳液液滴，SASDF的排空絮凝效应使得乳液液滴的有效粒径增大，这些都会对脂肪酶与油脂液滴的接触和结合效率产生显著影响；同时，SASDF本身对于钙离子的螯合也会加剧游离脂肪酸附着于油脂液滴表面的阻碍效应。而这些因素本身又与体系中SASDF质量分数相关，因此这些因素综合限制了脂肪酶对甘油三酯分子的酶解效率，同时导致kl表现为质量分数水平依赖型。尽管kl表现为随着质量分数的增大而变小，但k2却无此规律，结果显示，0.1%SASDF的乳液在反应第2阶段的水解比例C2(0.1%)却比不含SASDF在反应第2阶段的水解比例C2(0%)高。结论SASDF对蛋白包裹型纳米乳液消化前后的有效粒径、粒径分布、Zeta电位、表观剪切黏度和微观结构均会产生显著性影响，且表现为质量分数水平依赖型。不管是否添加SASDF,纳米脂肪乳液的消化曲线都表现为二阶的伪一级反应，对于快速反应阶段的反应速率常数kl,呈现出随着SASDF质量分数的增大而变小的规律，但对于慢速反应阶段，其反应速率常数k2则与质量分数没有表现出相关性。但纳米脂肪乳液中脂肪的最终消化率却会随着体系中SASDF添加量的增加而降低。附参考资料：水溶性膳食纤维的物化性质及功能Ol水溶性膳食纤维概述膳食纤维(dietaryfiber,DF)通常被认为是一类不能被人体消化酶类消化，主要由可食性植物细胞壁残余物(纤维素、半纤维素、木质素等)及与之缔合的相关物质组成的化合物。依据其溶解度情况，可分为水溶性膳食纤维和不溶性膳食纤维两种。常见水溶性膳食纤维主要有：菊粉、葡聚糖、抗性淀粉、壳聚糖、燕麦B葡聚糖、瓜尔胶、藻酸钠、真菌多糖等，常见的食物中的大麦、豆类、胡萝卜、柑橘、亚麻、燕麦和燕麦糠等食物都含有丰富的水溶性纤维。相比而言，水溶性膳食纤维因其具有良好的加工性能和更优的生理功能，近年来在食品加工中作为增稠剂、膨胀剂、配方助剂和填充剂，广泛的应用于低能量食品和功能性食品的生产开发，水溶性膳食纤维的相关食品有着巨大的发展空间，市场前景广阔。02水溶性膳食纤维的物化性质及功能1.高保水力与高膨胀性及功能水溶性膳食纤维结构中有很多亲水性基因，有很强的吸水性、高保水性、高膨胀性。可增加粪便体积及排便速度，减轻直肠内及泌尿系统压力、缓解肺胱炎膀胱结石，肾结石等泌尿系统疾病症状，并能使毒素迅速排出体外，防便秘、防直肠癌。膳食纤维的高保水力与高膨胀性能延缓胃排空，使人胃部产生饱食感减少食物摄入量，有利防肥胖与减肥。2 .吸附熬合作用及功能水溶性膳食纤维表面有很多活性基因，可以熬合吸附胆固醇、胆汁酸等有机分子，抑制总胆固醇浓度升高，降低人胆固醇及盐类的合成与吸收，降低人血清及肝脏中的胆固醇，从而能防止冠状动脉硬化及预防心血管疾病。3 .发酵作用及调整肠道微生物群功能可溶性膳食纤维可被大肠内有益菌发酵成乙酸、乳酸等有机酸，降低肠道PH,促进肠内有益菌双歧杆菌生长，防止肠道黏膜萎缩，维持肠道微生物平衡与健康。发酵产生的有机酸能加快食物在胃肠的蠕动与消化，促进粪便排泄，防止肠内有毒物刺激肠壁及毒素的过长停留，防止结肠癌。4 .无能量填充济及预防胖症功能可溶性膳食纤维缚水(吸持水)膨胀后体积变大，在肠道中会发挥填充济的作用，易引起饱腹感，同时，由于膳食纤维还会影响可利用碳水化合物等成分在肠道内的吸收消化，也使人不易产生饥饿感。所以膳食纤维对预防肥胖症十分有利。5 .溶解性与黏性及其功能可溶性食物纤维有黏性，对食物黏度有很大影响。由于黏度增加，肠内容物与肠黏膜接触减少，从而延缓吸收速度，能使糖尿病人进食后血糖含量变得平稳，促进胰腺排出胰岛素,有利于糖的供应与代谢。增加食物中的膳食纤维，可以改善末梢组织对胰岛素的感受性，达到调节与控制糖尿病者血糖水平。03水溶性膳食纤维在食品中的应用水溶性膳食纤维作为一种新型的膳食纤维和增稠剂、膨胀剂、配方助剂、填充剂等，主要应用于低能量、高纤维等功能性食品中。在低能量食品中，水溶性膳食纤维可以部分或者全部地替代糖和脂肪，在降低食品能量的同时，能保持食品原有的风味和质感，带来令人满意的口感。除了保健品之外，水溶性膳食纤维以其良好的溶解性、稳定性、平和口感等特性,在饮料、乳制品、糖果、焙烤等食品领域有广泛的应用。1 .水溶性膳食纤维在保健食品中的应用(1)在糖尿病人保健食品的应用糖尿病是一种胰岛素绝对或相对不足引起的疾病，表现为碳水化合物、脂肪、蛋白质、水及电解质的代谢紊乱。水溶性膳食纤维可延缓胃排空，在胃肠中形成一种黏膜，使食物营养素的消化吸收过程减慢。这样，血液中的糖分只能缓慢增加，或胰岛素稍有不足，也不致马上引起血糖浓度增加。同时水溶性膳食纤维还具有抑制血糖素分泌的作用。研究表明：在饮食中添加膳食纤维后，空腹血糖由(9.84±3.51)mmol/1.降至(6.82±2.65)mmol/1.,餐后2h血糖由(13.08±5.12)mmol/1.降至10.57±4.64mmol/1.,P均VO.01。开发的产品如：水溶性膳食纤维软胶囊、果聚糖糖浆等。(2)在便秘人群保健食品的应用水溶性膳食纤维目前广泛用于调节微生态平衡、润肠通便的保健食品，水溶性嗜食纤维被服用后，促进肠道双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌，同时产生大量短链脂肪酸，如乙酸、醋酸、叶酸和乳酸，改变肠道pH,改善有益菌群的繁殖环境，从而加快肠道蠕动，使粪便顺利排出。2 .水溶性膳食纤维在乳品中的应用(1)水溶性膳食纤维在奶粉中的应用水溶性膳食纤维比较适合添加在奶粉中生产婴儿配方奶粉和中老年人奶粉。婴幼儿和中老年人消化道功能都不是很好，而且容易缺钙°水溶性膳食纤维既有润肠通便的功效，还有降血脂、降血糖、促进矿物元素的吸收等功效。水溶性膳食纤维奶粉中水溶性膳食纤维添加量为5%10%,添加方法是水溶性膳食纤维在牛奶浓缩液均质前加入，其他工艺不变；或是牛奶制粉后直接添加混合，搅匀即可。（2）水溶性膳食纤维在发酵酸奶中的应用酸奶是乳品中发展速度最快的一种，也是边走边喝型健康乳品中最受欢迎的乳饮料之一。近年来高纤维酸奶产品甚为流行.高纤维酸奶产品的配方设计为：优质鲜牛奶80%、全脂奶粉3%、果葡糖浆（71%）3%、蔗糖2%、水10%、水溶性膳食纤维6%、发酵剂2.5%、稳定剂0.2%。（3）水溶性膳食纤维在风味乳饮料中的应用风味乳饮料在国内外市场上已出现多年，由于它除了具有乳香味外，又带有水果味，两种风味相融合使风味乳饮料的风味独特，加之具有一定的营养，因此它深受广大消费者的欢迎，尤其是受到儿童和年轻女性的欢迎。在风味乳饮料中加入水溶性膳食纤维可很大程度上增加乳饮料的营养和保健功能。配方设计（以巧克力风味乳饮料为例）为：原料乳（乳粉）80%90%（9%12%）、果葡糖浆（71%）6%8%、蔗糖4%6%、水溶性膳食纤维6%8%、可可粉1%2%、稳定剂0.2%、香兰素适量、香精适量、色素适量。（4）水溶性膳食纤维在乳酸菌饮料中的应用乳酸菌饮料又称发酵型的酸性含乳饮料，通常是以牛乳或乳粉、植物蛋白乳（粉）、果菜汁、糖为原料，添加或不添加食品添加剂与辅料，经杀菌、冷却、接种乳酸菌发酵剂培养发酵，然后经稀释而制成的活性（非杀菌型）或非活性（杀菌型）的饮料。活性菌饮料虽然含有一定量的有益菌，但经过人体消化道后有益菌所剩无几，其营养保健功能大打折扣。非活性菌饮料的营养保健功能更是极为有限。如何提高乳酸菌饮料的营养和功能成分是摆在每一个乳饮料生产企业面前的难题。水溶性膳食纤维以其优越的保健功效为广大乳饮料生产企业提供了很好的选择，带来了新的希望。配方设计：酸乳30%、果葡糖浆（71%）8%、蔗糖2%、水溶性膳食纤维6%、果胶0.4%、果汁（6%）45%、乳酸0.1%、香精O.1%、水47.4%。3 .水溶性膳食纤维在饮料中的应用膳食纤维类饮料是西方很流行的功能性饮料。其既能解渴、补充水分，又可提供人体所需膳食纤维。这类产品，尤其是水溶性膳食纤维在欧美和日本等发达国家比较流行。如日本可口可乐公司生产的含膳食纤维矿泉水，盛行日本；另外，西欧国家和美国的高纤维橙汁、高纤维茶等也很普遍；目前国内汇源公司开发并生产了高纤果汁，北京三元乳业推出了高纤奶。长期饮用能使肠道舒畅，防治便秘，并可降低胆固醇，调节血脂、血糖，有助减肥，特别适于中老年人、糖尿病病人和肥胖者饮用。在饮料中应用，特性如下:A、饮用添加水溶性膳食纤维的饮料，能使饮用者吸收各营养成分的同时，增强饱腹感，减少对热量物质的摄入量，长期饮用能显著助控减肥，特别适合中青年肥胖者饮用；B、在饮料中使用水溶性膳食纤维后，可使饮料中其他微粒均匀分布溶液中，不易产生沉淀和分层现象。4 .在婴幼儿食品中的应用婴幼儿特别是断乳后体内双歧杆菌骤减，导致腹泻厌食、发育迟缓，营养成分的利用率降低。食用水溶性膳食纤维食品，可以提高营养素的利用率和促进对钙、铁、锌等微量元素的吸收。5 .在糖果中的应用未来糖果工业的发展逐渐趋向于低糖、低脂肪，朝着既美味又营养的方向发展。在发达国家，低能量糖果市场份额逐年增加，显示出其垄断整个糖果市场的强劲势头。水溶性膳食纤维作为一种主要的低能量食品配料，在糖果市场上大有用武之地。水溶性膳食纤维(聚葡萄糖Polydextrose)可以用于所有的糖果配方中来替代葡萄糖浆,并且可以和其它的替代性甜味剂一起使用来替代蔗糖。6 .水溶性膳食纤维在肉制品中的应用在肉制品中加入水溶性膳食纤维,膳食纤维与蛋白通过食盐和疏水键相互作用形成了热稳定性凝胶，可溶性膳食纤维与蛋白相互作用形成的络合物是一种新型的胶凝体。并且，膳食纤维还能吸咐香味物质，防止香味物质的挥发。另外膳食纤维也是一种优良的脂肪替代品，可生产出高蛋白、高膳食纤维、低脂肪、低盐、低热量具有保健功能的火腿肠。7 .水溶性膳食纤维在面制品中的应用(1)在面包、馒头、米饭、面条中的应用面包已成为世界性的大众食品，销售量很大。在欧美，对大部分面包都不同程度地添加膳食纤维，有的研究表明，添加不同种类的膳食纤维，还可以增加和改善面包色泽。在馒头中添加膳食纤维，一般添加量为面粉的3%6%较适宜。添加膳食纤维可使面团筋力强化，出笼馒头口感良好，有特殊香味。在米饭中添加也有蓬松清香的良好口感,对这两种主食普遍添加膳食纤维将会有益于广大群众的健康。在面条中添加膳食纤维，一般适宜量为3%6%。但不同种类纤维效果不同,有的添加后对生面条的强度有所减弱，可煮熟后反而强度增加，一般添加处理后的面条韧性良好，耐煮耐泡。面条添加技术的关键是掌握添加量和不同种类的膳食纤维。(2)在饼干和糕点中的应用饼干烘焙对面粉筋力质量要求很低，也便于较大比例地添加膳食纤维，故利于制作以纤维功能为主的多种保健饼干。糕点则是在制作中含有大量水分，烘焙时会凝固成松软产品影响质量。水溶性膳食纤维添加在糕点中，可保持产品绵软、滋润，增加保质期，延长货架存放时间。8 .运动食品膳食纤维有较高的持水性，相对体积小，吸水后体积大，从而对肠道产生容积作用，产生饱腹感，还有就是摄入膳食纤维后可降低血糖值，从而可达到能量缓释，基于这两个特点制成运动食品，在健身或参加体育运动之前、之后食用。9 .速冻食品增加制品的成团型、保水性。添加方法：按照总陷料量的1%左右，加入膳食纤维重量3-5倍的水，与陷料一起搅拌均匀即可。10 .在酱类产品良好的吸水和保水性，增加产品的汁液粘度，改善感官性状，均一、不分层。