鲜食玉米苞叶不溶性膳食纤维改性及功能性质

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鲜食玉米苞叶含有丰富的膳食纤维,且主要以不溶性膳食纤维(IDF)为主,但大量的玉米苞叶在生产加工中没有得到有效利用,造成资源浪费。膳食纤维对人体的健康益处一直受到广泛关注,但其来源有限,拓展膳食纤维新来源以获取高功能性的膳食纤维产品显得尤为必要。本文以鲜食玉米苞叶为原料,采用超声辅助酶法制备IDF,运用动态高压微射流(DHPM)对提取的IDF进行改性。探讨改性膳食纤维(MDF)理化、功能特性和改性效果。通过建立小鼠高脂肥胖模型,探究了其生理活性,并在玉米汁饮料中加以应用。主要研究结果如下:(1)采取超声辅助纤维素酶法工艺,利用鲜食玉米苞叶提取IDF,通过单因素和响应面实验,建立二次多项式回归数学模型,优化得出最佳制备工艺条件为:纤维素酶浓度1.65%,超声功率250 W,液固比1:30 g/m L,超声时间60 min,此时,IDF的实际得率为62.38%,产品外观浅黄绿色,该工艺可行。利用DHPM对鲜食玉米苞叶IDF进行改性,通过单因素和响应面实验,建立二次多项式回归数学模型,优化得出最佳制备工艺条件为:料液比1.5g/100 m L、压力12900 PSI、处理1次、得到MDF的粒度为3.06μm,多分散指数为0.64。(2)以可溶性膳食纤维(SDF)、IDF为对照,对MDF进行了结构分析。扫描电子显微镜结果显示MDF表面卷曲、出现孔洞和缝隙。全自动氮吸附比表面仪测定结果显示MDF(1.63 g/m~2)较IDF(1.02 g/m~2)比表面积增加了61.76%,与SDF(1.65 g/m~2)无显著性差异(P>0.05)。X-射线衍射结果发现MDF(32.56%)的结晶度较IDF(38.22%)下降了14.80%,高于SDF(21.04%),仍属于Ⅰ型晶形结构。差示扫描量热与热重分析结果显示在200℃以下,IDF、MDF、SDF性质均较稳定,改性后MDF热稳定性降低,最终质量残留(8.77%)最少。傅里叶变换红外光谱结果表明MDF与IDF各吸收峰无明显差别,均含有半纤维素,纤维素,木质素等,但峰强度发生改变。在DHPM的作用下,MDF发生了破碎、膨化、断裂,在表面和内部产生裂缝及孔洞,分子间的排布可能也发生了变化,导致了MDF的持水力(3.57 g/g)、持油力(4.67 g/g)及水膨胀力(3.47 m L/g)分别提高了99.46%、75.64%、7.27%,同时导致了表观粘度下降。(3)DHPM处理改善了MDF的葡萄糖吸附能力(60.72 mg/g)、葡萄糖扩散和透析延迟能力、α-淀粉酶抑制能力(半数抑制剂量:0.77 mg/m L)、胆酸钠吸附能力(55.85 mg/g)和胆固醇吸附能力(5.75 mg/g,p H=2.0;14.36 mg/g,p H=7.0)。但抗氧化能力较IDF有所下降,这可能是由于DHPM处理使抗氧化物质受损致引起的。MDF功能活性的提升,主要是DHPM改性使MDF粒度减小,比表面积增大,表面可及性增加,内部结构变得更为复杂共同作用的结果。(4)采用IDF与MDF对高脂饲料饲养小鼠进行饮食干预饲养12 W后发现,小鼠体重减轻,空腹血糖恢复正常水平,胰岛素抵抗指数减小,血液中甘油三酯含量、低密度脂蛋白含量、谷丙转氨酶含量、丙二醛含量、肝脏中甘油三酯与胆固醇含量显著下降(P<0.05),谷胱甘肽含量和超氧化物歧化酶活力提高。脂肪肝病变程度减轻,肠道损伤程度降低。这说明MDF与IDF均可减轻高脂饲料引发的不良影响,但MDF效果更为显著。对肠道菌群结构分析发现IDF与MDF减小了由高脂饮食造成小鼠肠道菌群的丰度和丰富度下降,降低了厚壁菌门/拟杆菌门比率,促进了小鼠肠道菌群向健康种类分布转变及产短链脂肪酸菌Lachnospiraceae与Alloprevotella的增殖,并降低了有害菌Oscillospiraceae占比,MDF的各种有益效应更为显著。Bifidobacteriales为MDF组间差异标志物种,这说明MDF促进Bifidobacteriales增殖,且MDF有利于促进乙酸、丙酸、丁酸的产生,表现出益生元效应,而IDF没有表现出这效应。
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