黑糯米米糠中水不溶膳食纤维功能特性研究

曾蓓蓓 常锦玉 吕庆云 周坚

摘 要：为提高黑糯米的综合利用价值，对黑糯米米糠中水不溶膳食纤维的功能特性进行分析，结果表明：每克黑糯米中水不溶膳食纤维（IDF）可吸附4.03 g水，持油力和膨胀力分别为3.04 g/g、1.79 mL/g;其阳离子交换能力为0.83 mmol/L，是白糯米IDF的1.66倍;pH对亚硝酸盐吸附量基本没有影响，在pH=2.0和 pH=7.0的条件下，黑糯米IDF的亚硝酸盐吸附量分别为348.59、346.96 μg/g;黑糯米IDF在pH=7.0时胆固醇吸附量为12.63 mg/g，优于模拟胃酸环境下（pH=2.0）的吸附效果;黑糯米IDF在中性条件下（pH=7.0）对重金属Cd2+体外吸附率为89.52 μg/g，远远高于模拟胃酸环境（pH=2.0）时的2.40 μg/g。

关键词：黑糯米米糠;水不溶膳食纤维;功能特性

膳食纤维（dietary fiber，DF）是不被人体消化酶消化的碳水化合物，被称为第七营养素;按照其在热水中的溶解性可分为水不溶膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）和水溶膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）。IDF的主要成分是纤维素和木质素，一般来源于植物细胞壁材料[1];SDF是细胞壁内的贮存物质和合成物质，还包括一些多糖。两种膳食纤维对人体均有很好的调节作用，SDF一般在人体内发挥代谢作用，欧仕益等[2]研究表明，结肠微生物对麦麸的SDF和IDF都有较高的利用率;IDF可以使肠道产生机械蠕动，促进排便[3]。大多数食品中的膳食纤维对脂肪、胆固醇、胆酸钠、重金属都有一定的吸附作用[4-8]，对高血压、高血脂等心脑血管疾病有一定的预防作用。吸附作用的大小不仅和膳食纤维的来源及种类有关[9]，也与膳食纤维的提取方式、粒度有关。膳食纤维的粒度对持水力、持油力及阳离子交换能力影响非常显著，DF粒度越小，参与反应的基团就暴露的越多，因此，亲水、亲油及阳离子交换能力增强[10-11]。Dao 等[12]研究发现，IDF的阳离子交换和胆酸盐的吸附能力显著高于SDF。张灿等[13]从黑糯米米糠中提取SDF，比较其与白糯米米糠SDF的理化性质和生物活性，结果表明，黑糯米米糠的SDF含有较高的蛋白质、脂肪和多酚，它比白糯米米糠有更高的抗氧化活性，可能是由于黑糯米米糠中含有花青素。

黑糯米是黑糯稻经砻谷后的糙米，它是一种营养丰富的药食两用的糯米[14]，米糠中的膳食纤维大约占米糠干基的35%[15]。其黑糯米的果皮和种皮中含有丰富的花色苷类化合物[16]，有研究表明，花色苷具有较强的抗氧化能力及免疫调节作用[17]。黑糯米中的锌、锰、钾、钙、镁等微量元素远远高于白米，可作为一种均衡营养的补充食品[18]。目前有大量关于白米糠中膳食纤维功能特性[5-6，11，19-23]的研究，而对于黑糯米的研究主要集中在酿酒工艺[24-30]以及对色素的提取[16，31-32]等方面。黑糯米米糠中含有丰富的膳食纤维，其特殊的物理性质可能与其种类、结构有关。本试验对黑糯米IDF的持水性、持油性、膨胀力、阳离子交换性、亚硝酸盐、胆固醇和重金属吸附性等方面进行分析和研究，为提高黑糯米的综合使用率提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

白糯米米糠、黑糯米米糠IDF：自制（酶法制备），α-淀粉酶、糖化酶，盐酸、氢氧化钠、硝酸银、氯化钠，试剂均为分析纯。

1.2 主要仪器与设备

多功能酶标仪（Perkin Elmer），USA;900T原子吸收光谱仪，美国Perkin Elmer公司;Milli-Q，Integral超纯水制备装置，美国Millipore公司;79-1磁力搅拌器，金坛科兴仪器厂;精密pH计（STARTER3100），奥豪斯仪器（上海）有限公司;水浴锅（HHS-H-2），上海博迅实业有限公司医疗设备;电子天平（AL204），瑞士METTLER TOLEDO公司;离心机（TDZ5-WS），长沙平凡仪器仪表有限公司;多功能料理机（JYL-C020E），九阳股份有限公司;电热恒温干燥箱（DHG-9NON），上海精宏实验设备有限公司;恒温水浴振荡器（ZHSY-50），上海知楚仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 水不溶膳食纤维的提取 精米机处理黑糯米得粗米糠，然后用1.0孔径的谷物选筛除去小碎米，收集筛上下物得黑糯米米糠。称取适量米糠，加入α-淀粉酶、糖化酶，调节水浴温度至70 ℃酶解45 min;冰水浴冷却，用碘溶液检查是否残留淀粉;确定淀粉水解完全后，用蒸馏水反复冲洗米糠，加入一定量的蛋白酶，50 ℃水浴酶解45 min，用考马斯亮蓝指示剂检查反应是否完全。用蒸馏水洗涤残渣4～5次，3 000r/min离心5 min，45 ℃烘干后用粉碎機粉碎，过60目筛，收集筛下物即为黑糯米IDF，密封备用。同法制备白糯米IDF。

1.3.2 持水力、持油力、膨胀力的测定

（1）持水力：分别称取两种IDF样品1.000g于干燥且已知质量的离心试管中，加入20 mL蒸馏水，搅拌均匀，置于60 ℃水浴锅中水浴30 min，然后冰水浴20 min，4 000r/min离心10 min，弃去上清液，倒置离心管至内壁无水迹，称重。按照式（1）计算样品的持水力。

持水力（g/g）=（m2-m1）/m0（1）

式（1）中，m2-样品和离心管的质量（g）;m1-干燥的空离心管质量（g）;m0-样品质量（g）。

（2）持油力[33]：分别称取两种IDF样品1.000 0 g于干燥且已知质量的离心试管中，加入20 mL植物油，搅拌均匀后常温静置1h，4 000r/min离心20 min，弃去上清液，倒置离心管至内壁无油迹，称重。按照式（1）计算样品的持油力。

（3）膨胀力[34]：分别称取两种IDF样品1.000 0 g于干燥的10 mL量筒中，记录此时刻度V1加入10 mL蒸馏水，混合均匀后室温静置24 h，记录膨胀后的膳食纤维体积V2，按照式（2）计算样品的膨胀力。

膨胀力（mL/g）=（V2-V1）/m（2）

式（2）中，V2-膨胀后的膳食纤维体积（mL）;V1-膳食纤维初始体积（mL）;m-样品质量（g）。

1.3.3 阳离子交换能力 分别称取两种IDF样品4.00g，加入40mL 0.1moL/L的HCl溶液，搅拌均匀后静置24 h。用中速定性滤纸过滤，冲洗样品至滤液中不含Cl-，用10 % AgNO3溶液检测滤液，收集滤渣置于干燥箱中60 ℃鼓风干燥。准确称取0.300 0 g干燥后的样品，分散于100 mL 15% NaCl溶液，磁力搅拌5min，用0.1moL/L NaOH溶液慢慢滴定，样品液的pH到达7时，记录所消耗的NaOH溶液体积，阳离子交换能力是pH为7.0时每克样品所消耗NaOH的物质的量。

1.3.4 亚硝酸盐吸附能力

（1）亚硝酸盐标准曲线的绘制[35]：吸取0.00、0.50、1.00、1.50、2.00mL 7.0μg/mL亚硝酸钠标准使用液于50mL具塞比色管中，于标准管中分别加入2mL 4g/L对氨基苯磺酸溶液，混匀，静置5min后各加入1mL 2g/L盐酸萘乙二胺溶液，加水至刻度，混匀，静置15min，用1cm比色杯，以零管调节零点，于波长538nm处测定吸光度，绘制标准曲线。

（2）膳食纤维对NO-2清除能力的测定[35]：分别称取两种IDF样品1.000g于250mL干燥的锥形瓶中，加入50mL 7μg/mL NaNO2标准使用溶液，分别调节体系pH至2.0和7.0，在37℃恒温水浴中振荡2h，静置取上清液1.0mL，按照标准溶液的处理步骤，测得上清液中NO-2的含量，计算膳食纤维对NO-2的清除率。

1.3.5 胆固醇吸附作用

（1）胆固醇标准曲线的绘制[35]：吸取胆固醇标准工作液0.0、0.1、0.2、0.3、0.4mL分别置于10mL试管中，在各管内加入醋酸使总体积达0.4mL。分别依次加入0.2mL邻苯二甲醛试剂、0.01mL蒸馏水，沿管壁加入4.0mL混合酸，混匀，10min后在550nm波长下测定吸光度。以胆固醇标准浓度为横坐标、吸光度为纵坐标制作标准曲线。

（2）膳食纤维对胆固醇吸附能力的测定[35]：称取2个新鲜蛋黄，加入其9倍质量的蒸馏水，充分搅拌得蛋黄稀释液。分别称取两种IDF样品1.000 0g于250mL锥形瓶中，分别加入50mL蛋黄稀释液，调节体系为2.0和7.0。置于恒温水浴振荡器中，37℃的条件下振荡2h。离心混合液，吸取上清液0.5mL，试验步骤同标准溶液测定吸光度值，根据标准曲线得上清液中胆固醇的含量，计算膳食纤维对胆固醇吸附率。

1.3.6 对Cd2+的体外吸附作用

（1）标准曲线的制作：吸取0.2mL 1mg/mL Cd2+标准溶液于100mL容量瓶中，用0.2% HNO3溶液稀释至100mL，得2μg/L Cd2+标准使用溶液。在石墨炉模式下，设置程序方法，波长228.8nm，狭缝0.2～1.0nm，灯电流2～10mA，干燥温度105℃，干燥时间20s;灰化温度400～700℃，灰化时间20～40s;原子化温度1 300～2 300℃，原子化时间3～5s;背景校正为氘灯;仪器自动稀释标准使用液，绘制标准曲线。

（2）样品对Cd2+的体外吸附作用的测定：分别称取两种IDF样品0.500 0g于250 mL锥形瓶中，各加入100 mL 100 μg/L Cd2+标准使用溶液，用1 moL/L HCl、1 moL/L NaOH调节体系pH为2.0和7.0。37 ℃恒温振荡2 h。用0.45 μm滤膜过滤，取上清液各稀释一定倍数，上机测试。

1.4 统计分析

以上所有测定项目每个重复测试3次，试验数值以均数±标准偏差表示。

2 结果与分析

2.1 白糯米米糠IDF与黑糯米米糠IDF持水力、持油力、膨胀力的比较

膳食纤维的水合作用主要取决于两方面，一是高分子物质的表面吸附作用，DF中有许多亲水基团[3]，因而表现出良好的持水力;二是膳食纤维本身结构中的空腔对水的吸附[4]。由附表可见，在相同的粒度、制备条件、温度等条件下，黑糯米IDF的持水力、持油力、膨胀力都略低于白糯米IDF，黑糯米IDF的持水力为4.03 g/g、持油力为3.04 g/g 、膨胀力为1.79 mL/g，这可能与IDF的品种[3]有关。高持水力、持油力利于膳食纤维在人体内发挥更好的功能特性，促进小肠蠕动。膨胀力是评价膳食纤维溶于水后自身体积增大的参数，也就是容积作用。人食用膳食纤维后易引起饱腹感，从而减少其他食物的摄入量，对预防肥胖症有益处。

2.2 白糯米米糠IDF与黑糯米米糠IDF的阳离子交换能力

膳食纤维分子结构中包含羧基、羟基和氨基等侧链基团，可产生类似弱酸性阳离子交换树脂的作用，与有机阳离子進行可逆交换，改变离子的瞬间浓度[36]。黑糯米IDF阳离子交换能力为0.83 mmol/L，是白糯米IDF的1.66倍（图1）。本试验中的白糯米糠IDF结果与张华等[19]得到的阳离子交换能力相当。

黑糯米米糠中含有丰富的花色苷化合物，花色苷化合物在酸性条件下发生可逆反应生成氧鎓盐离子，氧鎓盐离子遇OH-生成醌式碱[16]，因此，黑糯米米糠IDF表现出较强的阳离子交换能力。

2.3 水不溶膳食纤维对NO-2吸附作用的分析

NO-2能和仲胺、叔胺反应形成强致癌物亚硝胺。米糠DF中的阿拉伯木聚糖可能是一种和糖蛋白一起与阿魏酸等酚酸通过酰化作用而连接起来的复合物，它在胃酸性条件下（pH=2.0）可与NO-2发生不可逆反应，从而阻断N-硝基化合物的合成[5]。白糯米米糠IDF、黑糯米米糠IDF的亚硝酸盐吸附量分别为362.66 、348.59 μg/g。而中性条件下（pH=7.0），白糯米IDF的亚硝酸盐吸附量降低至314.09μg/g，黑糯米IDF的吸附能力基本不变，说明黑糯米IDF在小肠环境中仍能表现出良好的亚硝酸盐清除能力（图2～3）。

2.4 水不溶膳食纤维对胆固醇清除作用

膳食纤维表面含有许多活性基团，可以螯合胆固醇，从而达到降低胆固醇的作用。利用标准曲线对溶液中的胆固醇含量进行测定（图4）。由图5可见，不同pH条件下，IDF对胆固醇的吸附能力也有差异。白糯米IDF在pH=2.0时吸附效果比pH=7.0时好，这个趋势与张华等[19]试验结果一致。黑糯米IDF在pH=7.0时胆固醇吸附量为12.63 mg/g，优于模拟胃酸环境下（pH=2.0）的吸附效果。

2.5 膳食纤维对Cd2+的体外吸附作用分析

由图6～7可以看出，两种糯米IDF在中性条件下（pH=7.0）的Cd2+体外吸附率均高于模拟胃酸环境（pH=2.0）时的吸附率，这与龚卫华等[34]、欧仕益等[7]的结论相似，说明吸附效果受环境pH的影响。膳食纤维对重金属的吸附分为化学吸附、物理吸附[7]，物理吸附是范德华力作用的结果[37]。虽然两种糯米的膳食纤维在胃酸环境（pH=2.0）时重金属吸附率较低，但其在肠道中仍能有效吸附重金属Cd2+离子。有研究表明，膳食纤维的种类会影响其对重金属的吸附能力，SDF在重金属吸附能力上要优于IDF[38-39]。

3 结论

黑糯米IDF的功能性质与其制备方法有很大的关系，相比于酸提法、碱提法，酶提取方式更加温和高效。黑糯米IDF的阳离子交换能力、亚硝酸盐吸附能力（pH=7.0）、重金属体外吸附能力（pH=2.0）优于白糯米IDF。黑糯米IDF中含有丰富的花青素，其呈现的紫红色对食品风味起着积极的作用，其主要的生理活性功能是自由基清除能力和抗氧化性能力[40]，因此黑糯米不失为一种优良的食品原料。

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Abstract：In order to improve the comprehensive value of the black glutinous rice，the functional properties of insoluble dietary fiber in the black glutinous rice were studied.The results showed that insoluble dietary fiber（IDF）per gram absorbed 4.03g water in the black glutinous rice，with oil-holding capacity and swelling value were 3.04 g/g and 1.79 mL/g.The cation exchange capacity was 0.83 mmol/L，which was 1.66 times higher than IDF from white glutinous rice.pH had no effect on the amount of the nitrite absorption.Under the conditions of pH=2.0 and pH=7.0，the amount of nitrite absorption for IDF in the black glutinous rice were 348.59 μg/g and 346.96 μg/g respectively.The absorption capacity of IDF at pH=7.0 was 12.63 mg/g，which was better than that at pH=2.0.The absorption rate of Cd2+ in vitro was 89.52 μg/g，which was much higher than 2.40 μg/g which in the simulated gastric acid environment（pH=2.0）.

Keywords：black glutinous rice bran;insoluble dietary fiber;functional property

（責任编辑 李婷婷）