（食品科学专业论文）癞葡萄可溶性膳食纤维的研究.pdf

摘要 摘要 本文以癞葡萄( m o m o r d i c ac h a r a n t i al v a r a b b r e v i a t es e r ，m c v ) 渣为原料，研究了 癞葡萄可溶性膳食纤维( s d f ) 的提取方法及其降血糖功能。研究确定了癞葡萄s d f 的提 取方法，并优化了工艺，提取条件为：料液比l ：3 0 ，加酶量1 3 ，提取温度5 4 ，提 取时间1h ，溶液p h5 。在此工艺条件下，s d f 得率可达到3 1 3 。 根据提取液的特点，采用聚砜中空纤维膜组件( 截留分子量为3 01 ( d a ) ，对其进行 超滤。确定最佳超滤参数为：操作温度为2 5 3 5 ，操作压力为0 0 6m p a ，进料流速 1 6 0 讹，浓缩倍数为1 0 倍左右。经膜分离以后，s d f 纯度达到8 9 8 ，大大节省了醇 析试剂。 对癞葡萄s d f 粗多糖的分级纯化和化学组成进行了研究。癞葡萄s d f 经d e a e s e p h a r o s ec l 6 b 柱层析分级后得到三个多糖组分：w s p l ，w s p 2 ，w s p 3 。w s p 3 经 s e p h a r o s ec l 6 b 进一步分离得到两个组分，w s p 3 l 和w s p 3 2 。h p l c 凝胶过滤色谱分 析表明w s p l 和w s p 3 2 为均一组分，相对分子质量分别为3 l ，5 6 2 和1 4 3 ，2 3 9 。w s p l 为 中性多糖，主要由葡萄糖和半乳糖组成，并含有少量的鼠李糖和甘露糖；w s p 3 2 为弱 酸性多糖( 糖醛酸含量1 1 9 ) ，主要含有半乳糖、阿拉伯糖、鼠李糖和木糖，葡萄糖 和甘露糖含量很少。 气相色谱测定癞葡萄s d f 和不溶性膳食纤维( i d f ) 的单糖组成。s d f 和i d f 主要 由鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖组成。其中s d f 中半乳糖、葡 萄糖、阿拉伯糖含量最高。而i d f 则含有较高含量的木糖。 研究了癞葡萄s d f 的流变特性。结果表明癞葡萄s d f 是一种假塑性流体；癞葡萄 s d f 溶液表观粘度对剪切速率的增加而降低；癞葡萄s d f 溶液表观粘度随质量分数的 增加而逐渐增加，随其温度的升高而有所降低。此外，盐的加入也会改变其表观粘度。 动态流变显示癞葡萄s d f 溶液具有弱胶凝性质。最后，还探讨了温度以及p h 的变化对 癞葡萄s d f 溶解性的影响。 研究癞葡萄s d f 对2 型糖尿病模型小鼠的降血糖功效，结果表明，癞葡萄s d f 对 正常小鼠血糖浓度没有明显影响( 尸 o 0 5 ) ；高剂量组( 1 0 0 0m g i 【gb w ) 的癞葡萄s d f 具有显著降低糖尿病小鼠血糖值的作用( p o 0 1 ) ，并且能够增强糖尿病小鼠的糖耐量。 此外，对糖尿病小鼠的体重严重下降现象也有一定的改善作用。与癞葡萄多肽、皂苷相 比，癞葡萄s d f 将糖效果明显偏弱。 关键词：癞葡萄，可溶性膳食纤维，降血糖 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t hm o m o r d i c ac h a r a n t i al v a r a b b r e v i a t es e r ( m c v ) a sr a wm a t e d a l s ，t h i sp 印e l d i s c u s s e dt h ee x t r a c t i o np r o c e s so fs o l u b l ed i e t a r yf i b e r ( s d f ) a n di t sa n t i d i a b e t i ce f f e c t s i n t h i ss t u d y , t h ee x t r a c t i o nt e c h n o l o g yo fs d ff r o mm c vp o m a c ew a si n v e s t i g a t e d t h e o p e r a t i n gc o n d i t i o n s ，c o n t a i n i n g ：s o l i d l i q u i dr a t i o ，e x t r a c t i o nt e m p e r a t u r e ，e x t r a c t i o nt i m e ， e n z y m ec o n c e n t r a t i o na n dp h ，w e r eo p t i m i z e du s i n gr e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h eo p t i m u mc o n d i t i o n so fs d fe x t r a c t i o nw e r ea sf o l l o w s ：s o l i d - l i q u i d r a t i o1 ：3 0 ( w ：v ) ，e n z y m ec o n c e n t r a t i o n1 3 ，e x t r a c t i o nt e m p e r a t u r e5 4 ，e x t r a c t i o nt i m e1 ha n dp h5 t h es d fy i e l dw a st o3 1 3 a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fs d fe x t r a c t i o np r o c e s so fm c v , p o l y s u l f o n eh o l l o w f i b e rm e m b r a n em o d u l e ( m w c 0 3 0k d a ) i sa p p l i e di nt h eu l t r a f i l t r a t i o no fs d f t h eo p t i m u m p r o c e s sp a r a m e t e r sw e r ec r i t i c a lo p e r a t i o np r e s s u r eo fo 0 6m p a , f e e dr a t e16 0l ，1 1 o p e r a t i o n t e m p e r a t u r e2 5 - 3 5 a n dc o n c e n t r a t i o nm u l t i p l ea b o u t10 t h es d fp u r i t yw a su pt o8 9 4 7 a f t e rm e m b r a n es e p a r a t i o n ，w h i c hr e d u c e dt h ec o n s u m p t i o no fr e a g e n to b v i o u s l y f r a c f i o n a t i o na n dc h e m i c a lc o m p o s i t i o no fs d ff r o mm c vw e r ed e t e r m i n e d s d fw a s f r a c t i o n a t e di n t o3f r a c t i o n sb ya n i o n e x c h a n g e c h r o m a t o g r a p h yo nd e a e - s e p h a r o s ec l - 6 b ： w s p 1 ，w s p 2a n dw s p 3 w s p 3w a sf r a c t i o n a t e di n t o2f r a c t i o n so ns e p h a r o s ec l - 6 b ： w s p 31a n dw s p 3 2 ( t h em a i nf r a c t i o n ) t h eh i g h p e r f o r m a n c es i z e - e x c l u s i o nc h r o m a t o g r a p h y ( h p s e c ) s h o w e dt h a t b o t ho fw s p l ( 3 1 ，5 6 2d a ) a n dw s p 3 2 ( 1 4 3 ，2 3 9d a ) w e r e h o m o g e n e o u sf r a c t i o n w s p1i sak i n do fn e u t r a lp o l y s a c c h a r i d e ，c o n s i s t e dm a i n l yo fg l u c o s e a n dg a l a c t o s e ，w i t hl o wc o n t e n to fr h a m n o s ea n dm a n n o s e ；w s p 3 2i sak i n do fw e a ka c i d i c p o l y s a c c h a r i d e ，w i t h 11 9 o fu r o n i ca c i d s ，c o n s i s t e dm a i n l yo fa r a b i n o s e ，x y l o s e ，r h a m n o s e a n dg a l a c t o s e ，a l o n gw i t hl o wa m o u n to fg l u c o s ea n dm a n n o s e t h er e s u l t so fg a sc h r o m a t o g r a p h y ( g c ) s h o w e dt h a tt h em o n o s a c c h a r i d ei ns d fa n d i d fa r ec o m p o s e do fb o t hr h a m n o s e ，a r a b i n o s e ，x y l o s e ，g l u c o s e ，m a n n o s ea n dg a l a c t o s e c o m p a r i n gi d f w i t hs d f , h o w e v e r , t h ef o r m e rh a dm o r ex y l o s ea n dt h e r ew a sh i g h e ra m o u n t o fg a l a c t o s e ，g l u c o s ea n da r a b i n o s ei nt h el a t t e r t h er h e o l o g i c a lp r o p e r t yo fs d fw a ss t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h es o l u t i o no fs d f w a s r h e o p e c t i cf l u i d s a p p a r e n tv i s c o s i t yd e c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fs h e a rr a t e a p p a r e n t v i s c o s i t yi n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo fc o n c e n t r a t i o n ，a n dt h ea d d i t i o no fs a l ta f f e c t e dt h e r h e o l o g i c a lp r o p e r t yo fs d f s d fs o l u t i o ne x h i b i t e dt y p i c a l w e a kg e l p r o p e r t i e s a tt h es a m e t i m e ，t h ei n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r ea n dp ho nt h es d fs o l u b i l i t yw a sd i s s c u s s e d t h eh y p o g l y c e m i ce f f e c t so fs d fw e r es t u d i e di na l l o x a n i n d u c e dd i a b e t i cm i c e t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tt h es d fd i d n th a v es i g n i f i c a n te f f e c to nf a s tb l o o dg l u c o s e ( f b g ) i n n o r m a lm i c e t r e a t i n ga l l o x a n i n d u c e dd i a b e t i cm i c ef o r7d a y sw i t hs d fa tl o w ( 4 0 0m g k g b w ) a n dh i g h ( 10 0 0m g k gb w ) d o s e ，r e s p e c t i v e l y , t h eh i g hd o s ep r o d u c e das i g n i f i c a n t f a l l ( p o 0 5 ) t h eh y p o g l y c e m i c e f f e c to fh i g hd o s ew a sf u r t h e rc o n f i r m e db yo r a lg l u c o s et o l e r a n c et e s t ( o g t t ) t h e r ew a s s o m eb e n e f i t i a le f f e c t st ot h es y m p t o m so fb o d y w e i g h td e c r e a s i n gi nd i a b e t i cm i c e h o w e v e r , t h eh y p o g l y c e m i ce f f e c t so fs d fw e r ew e a k e rt h a nt h a to fp e p t i d e sa n ds a p o n i n sf r o m i l a b s t r a c t m c v , s i g n i f i c a n t l y k e y w o r d s ：m o m o r d i c ac h a r a n t i al v a r a b b r e v i a t es e r ，s o l u b l ed i e t a r yf i b e r , h y p o g l y c e m i ce f f e c t i i i 缩写 a l x b w d f f b g h d l c h p g p c h p l c i d f i d d m i r l d l c m c m c v m w m w c o n i d d m s d f s t z t c t d f t g u f u v w h o 缩写 a l l o x a n 四氧嘧啶 b o d yw e i g h t 体重 d i e t a r yf i b e r 膳食纤维 f a s tb l o o dg l u c o s e 空腹血糖 h i g hd e n s i t yl i p o p r o t e i nc h o l e s t e r o l 高密度脂蛋白胆固醇 h i g h p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y 高效液相色谱 h i g h p e r f o r m a n c eg e l p e r m e a t i o nc h r o m a t o g r a p h y 高效凝胶过滤 i n s o l u b l ed i e t a r yf i b e r 不溶性膳食纤维 i n s u l i n d e p e n d e n td i a b e t e sm e l l i t u s 胰岛素依赖型糖尿病 i n f r a r e ds p e c t r a 红外 l o w d e n s i t yl i p o p r o t e i nc h o l e s t e r o l 低密度脂蛋白胆固醇 m o m o r d i c ac h a r a n t i al 苦瓜 m o m o r d i c ac h a r a n t i al v a r a b b r e v i a t es e r 癞葡萄 m o l e c u l a rw e i g h t 分子量 m o l e c u l a rw e i g h tc u t o f f 截流分子量 n o ni n s u l i n d e p e n d e n td i a b e t e sm e l l i t u s 非胰岛素依赖型糖尿病 s o l u b l ed i e t a r yf i b e r 可溶性膳食纤维 s t r e p t o z o t o c i n 链脲霉素 t o t a lc h o l e s t e r o l 总胆固醇 t o t a ld i e t a r yf i b e r 总膳食纤维 t r i g l y c e r i d e 甘油三酯 u l t r a f i l t r a t i o n 超滤 u l t r a v i o l e t 紫外 w o r l dh e a l t ho r g a n i z a t i o n 世界卫生组织 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名： 匠蕴i 鍪 日 期： 塑星：鳗：! z 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、；1 2 编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签 名：匡盏! 塾 导师签名： 第一章绪论 第一章绪论 1 1 癌葡萄简介 癞葡萄( m o m o r d i c ac h a r a n “alv a t a b b r e v i a t es e l ，m c v ) 属于葫芦科 ( c u c u r b i t a c e a e ) 苦瓜属，是苦瓜的一个变种【l i 。癞葡萄原产于印度东部，江苏 省优质产品开发服务中心曾对其进行驯化改良，后无锡富仁生物技术有限公司对 其进行大面积栽培获得成功。癞葡萄果实呈纺锤状，有瘤状突起，果长约为4 - 1 0 c m ，宽约为3 - 6c m ，果重2 5 3 5g ，未成熟的果实外表为青绿色，内部瓤为白色， 成熟后外表呈金黄色，内部瓤为红色，味甜。癞葡萄作为苦瓜的变种，与苦瓜存 在着一定的差异性，由于苦瓜的种植面积及应用范围远大于癞葡萄，大量的研究 工作及文献报道多以苦瓜为主。癞葡萄与苦瓜的对比如图1 - 1 、1 - 2 、1 - 3 所示。 ；一 圈】一1 耒成熟缡葡萄 f i gl 一1i m m a t u r em c v 渤 备 k 图1 2 成熟癞葡萄 f i g1 2m a t u r em c v 图1 3 苦瓜 f i 9 1 - 3 m c 1 1 2 癞葡萄主要研究进展 由于其母种突出的活性成分与生理功能，目前国内外的研究热点都主要集中 苦瓜上面，对癞葡萄的研究还十分有限。石根勇7 2 1 等人发现癞葡萄冻干粉具有 明显降低s t z 小鼠血糖值的作用，对其餐后血糖值也有明显的稳定作用，可以 增强s t z 小鼠葡萄掂耐受量。袁宝君。1 等根据动物实验结果，采用人体试食实 验发现，癫葡萄胶囊对2 型糖尿病患者具有调节血糖的保健作用，并对多饮、多 尿、乏力等主要症状有明显的改善作用。根掘癞葡萄胶囊成分组成，推测其功效 成分为多糖和皂甙。在自“人基础上，本实验室对癞葡萄的活性成分和功能做了进 一步研究。 1 2 1 癞葡萄的化学成分组成 2 0 0 5 年，赵海雯“1 测定癞葡萄干片的化学成分组成为：水分1 09 6 、灰分 59 3 、粗蛋白1 40 8 、粗脂肪09 3 、总糖1 77 9 、总皂苷3 1 。2 0 0 7 年， 袁晓晴”嘲0 定癞葡萄鲜果中化学成分为：水分9 22 8 、扶分o4 8 、耜蛋白1 4 2 、 粗脂肪o9 3 、还原糖14 8 、多糖l5 5 、粗纤维07 8 。 rrc、_ 彦p 江南人学硕+ 学位论文 1 2 2 癞葡萄水提物及多肽的研究 袁晓晴【6 。j 通过四氧嘧啶型糖尿病小鼠研究了癞葡萄水提物的降血糖作用。 结果表明不同剂量( 2 5 0 、5 0 0 和7 5 0m g & g ) 的癞葡萄水提物可显著降低糖尿病 小鼠的血糖浓度，水提物的降血糖作用在灌胃后2h 就已经开始，并在4h 后达 到最大。此外，水提物还可显著改善糖尿病小鼠的糖耐量。以5 0 0m g k g 剂量连 续治疗糖尿病小鼠1 5d 可使小鼠血糖浓度下降5 9 8 8 。通过超滤将癞葡萄水提 物分成浓缩液m c l 和透过液m c 2 ，其中m c 2 对糖尿病小鼠的血糖浓度有显著 影响，在灌胃2h 和4h 后可使小鼠血糖浓度降低4 6 1 5 和5 2 5 9 。s e p h a d e x g 2 5 凝胶色谱将m c 2 分成六个组分，动物实验表明m c 2 1 在以2 0m g k g 体重 的剂量灌胃时即可显著降低四氧嘧啶型糖尿病小鼠的血糖浓度，用半制备 r p h p l c 柱从m c 2 1 中筛选出的m c 2 1 1 和m c 2 1 5 在以2m g k g 体重的剂量 灌胃时即可显著降低四氧嘧啶糖尿病小鼠的血糖浓度。其中m c 2 1 5 的分子量 为3 4 0 5 5l7 4d a ，蛋白测序仪测得n 端前10 个氨基酸排列顺序为g h p y y s i k k s 。 1 2 3 癞葡萄皂苷的研究 2 0 0 5 年，赵海雯哺明确立了超声波法提取癞葡萄皂苷的工艺条件，采用a b 8 型大孔吸附树脂，用6 0 的乙醇为洗脱剂，使得纯化以后皂苷浓度达到8 6 。 癞葡萄皂苷对s t z 小鼠降血糖活性实验结果表明，粗皂苷对正常小鼠没有不良 影响，对四氧嘧啶糖尿病小鼠的降血糖作用非常显著；通过不同剂量癞葡萄皂苷 对小鼠降血糖效果的影响可知，低、中剂量组( 剂量分别为1 0 0m g & g 、2 0 0m g & g ) 具有更好的降糖效果。通过糖耐量试验可知，癞葡萄皂苷对四氧嘧啶糖尿病小鼠 的糖耐量具有显著的增强作用。 1 2 4 癞葡萄籽油的研究 傅伟昌们采用2 一氨基一2 一甲基丙醇( a m p ) 衍生化，g c m s 法分析癞葡萄 籽油的脂肪酸组成，测定结果为：软脂酸1 6 5 ，硬脂酸3 1 7 8 ，油酸5 5 2 ， 亚油酸3 8 6 ，十八碳共轭三烯酸5 5 1 3 ，未定出成分2 0 7 。其主要成分是十 八碳脂肪酸，其中十八碳不饱和脂肪酸占6 4 5 1 。 1 2 5 癞葡萄膳食纤维的研究 目前国内外关于癞葡萄膳食纤维的研究基本上还是空白，而其母种苦瓜相对 来讲研究较多。吴茂玉】等人以苦瓜为原料制备膳食纤维，测定苦瓜中t d f 含 量为4 1 6 ，其中s d f 含量约为8 3 ，i d f 含量为3 5 8 ，采用挤压法处理以 后s d f 含量可上升至1 2 6 。董群【1 2 , 1 3 , 1 4 】等人研究发现苦瓜多糖可以显著降低 s t z 小鼠空腹血糖值，通过经组织形态学观察发现，苦瓜多糖能够促进s t z 糖尿 病小鼠受损胰岛组织的改善和恢复。苦瓜多糖能够抑制糖尿病小鼠脾脏细胞 2 第一章绪论 i f n r 的产生，促进i l 4 的产生，提示苦瓜多糖对t h l 和t h 2 细胞亚群的免疫调 节可能在降血糖中发挥作用。 1 3 膳食纤维研究概况 1 3 1 膳食纤维的定义以及分类 联合国粮农组织( f a o ) 和世界卫生组织( w h o ) 在1 9 8 5 年共同确定的膳 食纤维的定义是，能用公认的定量方法测定的、人体消化器官固有的消化酶不能 水解的食用动植物的构成成分，即指不被人体消化吸收的多糖类、碳水化合物和 木质素，包括纤维素、半纤维素、木质素、果胶、树胶、葡聚糖等。它虽然不能 被人体消化吸收，但有着重要的保健功能，是人体不可缺少的物质【1 5 1 。 根据膳食纤维的溶解性可以把膳食纤维( d f ) 分为可溶性膳食纤维( s d f ) 和 不溶性膳食纤维( i d f ) 。可溶性膳食纤维是指不能被人体消化道分泌的消化酶所 消化，但可溶于温水或者热水，且其水溶液又能被相当于四倍体积乙醇再沉淀的 那部分膳食纤维。可溶性膳食纤维主要有植物细胞内的储存物质和分泌物，其组 成主要有一些胶类物质，如果胶、阿拉伯胶、瓜尔胶等以及半乳甘露聚糖、葡聚 糖等。经研究表明，可溶性膳食纤维的生理活性较高，具有很强的保健作用【16 1 。 1 3 2 膳食纤维物化性质 从膳食纤维的化学结构来看，其分子链中各单糖的分子结构并无独特之处， 但由这些不独特的单糖分子结合起来的大分子结构，却赋予膳食纤维一些独特的 物化性质，从而直接影响膳食纤维的生理功能”1 7 1 。 1 3 2 1 高持水力 膳食纤维化学结构中含有很多亲水基团，具有很强的持水力。研究显示，反 复的水浸泡和频繁的热处理会明显减少纤维终产品的持水力和膨胀力，同时影响 其生理功能的发挥。而高温、高剪切或者挤压、酶处理可以使某些不溶性膳食纤 维的大分子断裂，形成较小的可溶组分，使其持水力增加。因为膳食纤维在增加 饱腹感预防肥胖、增加粪便排出量、预防便秘与结肠癌方面的作用与其持水力、 膨胀力有密切的关系。 1 3 2 2 溶解性和粘度 膳食纤维的溶解性、粘性对其生理功能有重要影响，s d f 容易被肠道内的细 菌作为营养物摄取并利用，粘性纤维有利于延缓和降低消化道中其他食物成分的 消化吸收。果胶、瓜儿豆胶、琼脂等具有良好的粘性和胶凝性，能形成高粘度的 溶液。在胃肠道中，这些高粘度的膳食纤维可使其中的内容物粘度增加，形成胶 基层，增加非搅动层( u n s t i r r e x il a y e r ) 厚度，降低胃排空率，延缓和降低葡萄糖、 胆汁酸和胆固醇等物质的吸收。目前，这一作用被认为是膳食纤维能够调节血糖、 提高葡萄糖耐受量和胰岛素响应最重要的机理之一。 江南大学硕十学位论文 1 3 2 3 吸附作用 膳食纤维分子表面带有很多活性基团，可以吸附螯合胆固醇、胆汁酸以及肠 道内的有毒物质( 内源性毒素) 、化学药品和有毒医药品( 外源性毒素) 等有机 化合物。研究最多的是膳食纤维与胆汁酸的吸附作用，它被认为是膳食纤维降血 脂作用的机理之一。 1 3 2 4 阳离子交换作用 膳食纤维的化学结构所包括的羧基、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，可与阳离子，尤其是有机阳离子可进行可逆的交换。 但是膳食纤维的这种对阳离子的交换必然影响机体对某些矿物质的吸收，这些影 响作用并非是积极的。 1 3 2 5 无能量填充剂 膳食纤维体积较大，缚水以后体积更大，在肠道中可发挥填充作用，引起饱 腹感。同时还会阻碍可利用碳水化合物在肠道内消化吸收，有利于预防肥胖。 1 3 2 6 发酵作用 膳食纤维被结肠内微生物降解以后，产生乙酸、丁酸和丙酸等小分子有机酸， 可以被结肠细胞吸收利用为能量物质，同时还会影响肝脏中葡萄糖和脂质的代 谢。发酵作用还使得大肠内p h 降低，诱导产生大量好气益生菌，抑制厌气腐败 菌。由于好气菌群产生致癌物质较厌气菌少，即使产生也能很快排出，这也是膳 食纤维预防结肠癌的一个重要原因。菌群作为粪便的重要组成部分，因此发酵作 用也会影响粪便的排泄量。 1 3 3 膳食纤维研究进展 目前国内外对膳食纤维的研究主要集中在两个方面：一是新的膳食纤维资源 的开发，其主要来源是从天然果蔬残渣或者粮食作物副产品中寻找；另外一个研 究重点就是对膳食纤维生理功能特性及其机理的研究，包括降血糖、降血脂、抗 癌和抑制肿瘤等。 1 3 3 1 资源来源开发利用进展 目前膳食纤维的来源除了传统上的一些农作物副产品，如：小麦麸皮、燕麦 麸皮、甜菜渣、玉米皮、米糠、海藻、豆渣等以外，还有一些新的资源，榛子皮 【1 8 】、胡萝卜皮协2 0 1 、葡萄渣和茎【2 1 1 、枣刚2 2 1 、桃子【2 3 】、甘蔗渣【2 4 】、柠檬【2 5 】、桔 子【2 6 】等等。 1 3 3 2 膳食纤维生理功能研究进展 ( 1 ) 调节血糖，提高葡萄糖耐受量和胰岛素响应 袁尔东刚等发现m s f 、果胶或瓜儿豆胶( 以s d f 为主) 可以使糖尿病小鼠 糖耐受曲线变得较为平缓，而同剂量的纤维素和小麦纤维( 以i d f 为主) 的效果 不明显。归结其原因可能为：与i d f 相比，粘性s d f 能够在小肠内形成阻碍葡 4 第一章绪论 萄糖吸收的“屏障 。高瞩【2 8 】研究发现，6 燕麦麸皮s d f 可以显著降低s t z 小 鼠的血糖、尿糖以及血清胆固醇水平。麦麸和瓜尔胶【2 9 】能使糖尿病大鼠的饮水量、 排尿量、尿糖、空腹血糖水平下降约2 0 ，若再添加5 0 0m g ( k gb w d ) 丁酸则能 使尿糖水平下降5 0 ，空腹血糖下降3 0 。k i m u r a 3 0 】等发现，海藻酸钠通过在 胃中形成凝胶，抑制小肠对胆固醇和葡萄糖的吸收而促进胆固醇排出，阻止血糖 和胰岛素水平在摄入葡萄糖后3 0m i n 内升高。 a r t i s s 3 l 】等发现在高脂饮食中添加环糊精后能使大鼠的体重得到显著降 低，血清瘦素浓度回到正常值，胰岛素敏感性提高。“3 2 】等报导大麦d f 能提高 i i 型糖尿病患者的葡萄糖耐受量，降低心脏收缩压、空腹血浆葡萄糖、糖基化血 红蛋白以及游离脂肪酸的水平，并建议糖尿病患者增加纤维摄入量。j u el i ”】等 人研究发现大麦膳食纤维可以降低2 型糖尿病小鼠的空腹血糖值和糖化血红蛋 白水平，并且对血清胆固醇、甘油三酯以及自由脂肪酸水平都有显著的降低作用。 葫芦巴s d f 3 4 】可以降低血清果糖胺水平( p 0 0 5 ) 但是对胰岛素水平没有影 响；致动脉硬化脂质，如甘油三酯、胆固醇和低密度脂蛋白固醇也有显著降低 ( p 0 0 1 ) 。高密度脂蛋白呈上升趋势。结果表明葫芦巴s d f 对脂质异常血症 具有改善作用，并且能够抑制2 型糖尿病小鼠血小板聚合作用。c h i l k u n d a d n a n d i i ” 等人研究发现膳食纤维能够显著降低s t z 小鼠的空腹血糖值，与i d f 为主的小麦麸皮相比，瓜儿豆胶降糖效果更加明显。此外，膳食纤维还能够抑制 s t z 小鼠小肠内麦芽糖酶、蔗糖酶、乳糖酶的活性，尤其是其中的二糖酶类。这 是膳食纤维能够降低小鼠血糖浓度的又一重要原因。瓜儿豆胶比小麦麸皮能够更 有效的调节糖尿病小鼠的血糖水平，但是二者在控制肾脏增大方面具有相同的效 果，这可能不是因为瓜儿豆胶的高粘特性，而是小分子有机酸造成的【3 6 】。 此外，临床试验也表明，添加s d f 可以显著降低老年2 型糖尿病患者的空 腹血糖值、以及餐后两小时血糖值( p 0 0 5 ) 3 7 】。 ( 2 ) 降低心血管疾病发生和发展的危险 m t o e l l e r 通过临床试验观察发现膳食纤维的摄入对于心脑血管疾病具有预 防保护作用。葡萄籽抗氧化膳食纤维( 7 5 9 d ) 可以显著降低正常血脂病人的总 胆固醇含量( 9 ) ，低密度脂蛋白胆固醇( 9 ) 以及收缩压( 6 ) 和舒张压( 5 ) 。 对高胆固醇血症患者的总胆固醇( 1 4 2 ) 和低密度脂蛋白胆固醇( 1 1 6 ，p 0 0 5 ) 含量影响更加明显，此外甘油三酯浓度也显著降低( 1 8 6 ，p 0 0 5 ) 1 3 8 】。 果胶、米糠、番石榴、玉米皮、紫花苜蓿、麦麸和燕麦麸皮、糖用甜菜纤维、 瓜尔胶、亚麻籽胶等天然膳食纤维已经被证实具有降血脂、降低高脂血症发生与 发展的能力。i k u oo h a r a 3 9 】等人发现玉米皮膳食纤维可以改善s t z 小鼠体重严重 下降的现象。血清甘油三酯和总胆固醇含量均有所下降，但是血清胰岛素仍然保 持很低，血糖水平仍然较高。饮水量也有所减低，表明s t z 小鼠多尿症状有所 江南大学硕十学位论文 缓解。 h s u 4 0 等从胡萝卜渣中制备的不溶性膳食纤维能显著降低大鼠血清t g 和 t c 、肝脏t c ，提高血清h d l c 与t c 的比值，增加粪便中脂肪、胆固醇和胆 汁酸的排出量。苹果渣纤维【4 1 】添加量为5 时能显著降低实验大鼠体重的增加、 促进粪便中初级胆汁酸的排出，但对血脂的影响不大；当添加量达到1 0 时，能 显著阻碍实验大鼠血浆高密度磷脂的下降，但不具有抗氧化特性。已有研究表 明，在饮食中添加高粘度的膳食纤维如燕麦p 葡聚糖能显著降低血清t c 和 l d l c 的浓度，增加粪便固醇和脂的排出，其降血脂原因可能是通过阻止小肠 中类固醇的吸收实现的。 ( 3 ) 促进胃肠道健康，增加饱腹感和控制体重 粪便重量和食糜通过肠道的时间是衡量肠道健康与否的两大指标。膳食纤维 中的不溶性成分具有一定的持水力，谷物i d f 力一般在2 6 g 。而果蔬一般在 1 8 3 0 g 。s d f 缚大量的水。纤维持水后使小肠膨胀，促进肠蠕动，从而加速肠 内容物通过肠道的速度，起到增加粪便重量和促进排便的作用【4 2 1 。 膳食纤维因在胃中溶胀，延长胃的排空时间，使人产生饱腹感，减少能量食 物的进食量，而且自身不被机体消化吸收，因此减少了人体对能量的摄入。统计 发现，低纤维摄入量人群体重超标和肥胖的个体比高纤维摄入群体更普遍【4 3 1 。 ( 4 ) 此外膳食纤维还有抗癌【删、抑制肿瘤【4 5 】等作用。 ( 5 ) 膳食纤维的副作用 膳食纤维的合理摄入对机体健康具有重要的意义，然而任何事物都存在“过 犹不及 。如果膳食纤维食用不当或者摄入过多，则会产生一些损害健康的后果。 l u c c i a 和k u n k e l 研究发现，给刚断乳的大鼠添加亚麻籽胶能降低他们对c a 的生 物利用度，并对骨骼产生负面影响。有些海藻如裙带菜和紫菜属的甘要也被报导 能干扰机体对c a 2 + 、m 9 2 + 、z n 2 + 、f e 2 + 、n a + 和k + 的消化吸收。 1 4 课题产生和立题依据 根据世界卫生组织( w o r l dh e a l t ho r g a n i z a t i o n ，w h o ) 预测，到2 0 2 5 年中国 将可能有五千万人受到糖尿病的危害。糖尿病已经成为发达国家中仅次于心脑血 管疾病、恶性肿瘤之后的第三位常见疾病，从而引起世界各国的高度重视，对其 发病机理和药物治疗展开广泛的研究。但由于其发病机理仍然不是十分清楚，目 前对糖尿病治疗还缺少特效药物，治疗需要与饮食相互配合。饮食治疗的原则在 于控制总能量，平衡营养，增加食物中膳食纤维的含量。因此国际糖尿病组织 ( 1 9 9 3 年) 极力推荐膳食纤维饮食。英国国家顾问委员会建议d f 摄入量为人均 2 5 3 0g d ，美国f d a 推荐t d f 摄入量为人均2 0 3 5g d 。中国营养学会2 0 0 0 年 也提出：我国成年人d f 适宜摄入量为2 5 3 5g d 。但据推算我国城市人均实际摄 入量仅为1 4g 左右，远远低于国家推荐标准。对此，我们一方面要加强宣传； 6 第一章绪论 另一方面仍然要积极开发新的具有生理功能的天然膳食纤维。 癞葡萄是苦瓜的变种，自古就是一种可食用蔬菜和中药药材。目前已经从癞 葡萄中提取分离了苦瓜多肽、皂甙以及籽油等活性成分，还有大量残渣剩余，如 何能够将其充分利用是一个现实的问题。经测定，残渣中膳食纤维，尤其是具有 更多生理活性的可溶性膳食纤维的含量较为丰富，而目前关于癞葡萄或者苦瓜膳 食纤维的功能研究还鲜有报导。因此，将癞葡萄残渣开发为具有更高附加值的膳 食纤维具有很强的现实意义和经济意义。一方面可以综合利用，变废为宝，节约 资源；另一方面也为开发新的天然功能性膳食纤维提供新的资源。 与化学法相比，生物技术具有绿色无污染、能最大限度地回收有效成分的优 势。根据癞葡萄的组成特性，可采用蛋白酶去除包裹纤维素的蛋白质，再选择合 适的纤维素酶对癞葡萄可溶性膳食纤维进行制备。由于酶法条件温和，对设备要 求不高，易于实现工业化生产，因此具有可行性。 从癞葡萄中制备具有降血糖活性的s d f ，将大大提高癞葡萄渣的附加值，为 人类提供优良的营养素，为癞葡萄和膳食纤维的进一步研究提供理论依据，具有 深远的社会、经济和学术意义。 1 5 本论文的主要研究内容 本论文以提取皂苷以后的癞葡萄渣为原料，通过蛋白酶和纤维素酶水解，以 及超滤工艺，得到纯度较高的s d f 产品，并对其产品物化特性以及降血糖活性 进行了测定，通过分离纯化工艺得到两个纯度较高的多糖，对其进行了初步分析， 具体研究情况如下： ( 1 ) 建立癞葡萄可溶性膳食纤维酶法提取方法，确定超滤浓缩条件； ( 2 ) 对癞葡萄可溶性膳食纤维进行分离纯化以及结构的初步分析； ( 3 ) 癞葡萄s d f 物化性质的研究； ( 4 ) 癞葡萄s d f 体内降血糖活性的研究。 7 江南大学硕士学何论文 第二章癞葡萄s d f 提取方法及超滤条件的研究 2 1 前言 癞葡萄( m o m o r d i c ac h a r a n t i al v a r a b b r e v i a t as e r ) 是葫芦科苦瓜的一个变种，经 江苏省优质产品开发服务中心驯化改良，由富仁生物科技有限公司大面积栽培，并开发 了系列保健产品。研究发现癞葡萄含有丰富的皂甙、多肽、多不饱和脂肪酸等功效成分， 具有显著的降血糖、抗肿瘤、提高免疫力等活性。苦瓜中富含膳食纤维，其中可溶性膳 食纤维( s d f ) 达到8 4 4 6 】，癞葡萄中的可溶性膳食纤维含量也很高，以提取癞葡萄皂苷 后的废渣( 晒干) 为原料，提取可溶性膳食纤维，达到变废为宝、降低成本、减少污染 等综合利用效果，具有实际的应用价值。 可溶性膳食纤维传统的提取方法主要是热水法和化学法，包括酸法、碱法，如：采 用酸法和碱法提取苹果渣【4 7 】、梨渣、大豆渣等可溶性膳食纤维。但是酸碱对膳食纤维尤 其是可溶性膳食纤维的破坏较大，产品品质也较差。本试验采用条件较为温和的酶法， 即蛋白酶和纤维素酶相结合的方法提取s d f 。考虑到癞葡萄s d f 提取工艺中采用了较 大的料液比，旋转蒸发浓缩耗时耗能，并且浓缩醇析以后产品中灰分含量过高。利用超 滤分离装置，对癞葡萄s d f 提取液进行分离、浓缩，旨在节省醇析试剂，节约能耗， 缩短时间，并可有效脱除小分子物质和部分色素，使s d f 纯化。 膜分离技术是利用膜的选择性，以膜的两侧存在一定的化学势差为推动力，借助溶 液中各组分透过膜的迁移速率不同而实现分离的。目前，膜分离技术实现工业化的过程 有：反渗透( r o ) 、超滤( u f ) 、微虑( m f ) 、透析、电渗析( e d ) 、渗透汽化( p v ) 等等。超滤是在静差压的推动作用下进行的液相分离过程，一般认为属于筛孔分离过程。 在一定的压差作用下，当含有高分子溶质和低分子溶质的混合溶液流过膜表面时，溶剂 和小于膜孔的低分子溶质透过膜，成为透过液被收集；大于膜孔的高分子溶质则被膜截 留而作为浓缩液被回收。由此可见，超滤适用于大分子物质( 多糖、胶体、蛋白质等) 和小分子物质的分离富集。 通常，能截留粒径为o 0 1 o 1p m 的粒子的膜分离过程称为超滤；能截留粒径为 o 1 1 0l a m 的粒子的膜分离过程称为微滤。在本实验中，微滤主要是一个对料液体系除 杂的过程，而超滤则是分离癞葡萄s d f 内含成分的过程。 本章实验研究了酶法提取可溶性膳食纤维的条件，并对提取条件进行了优化；讨论 了各工艺参数对癞葡萄s d f 提取液超滤工艺的影响，探讨了癞葡萄s d f 提取液超滤过 程中的传质特性。 2 2 材料与仪器 2 2 1 主要材料 癞葡萄渣( 癞葡萄粉提取皂苷后的干渣) 纤维素酶( 2 0 万u 儋) 无锡富仁生物科技有限公司； 无锡雪梅酶制剂公司； 第二章癞葡萄s d f 提