番茄皮膳食纖維改性及降血糖功能研究.pdf

1、我國(guó)是目前世界第二大番茄醬生產(chǎn)國(guó)和第一大番茄醬出口國(guó),2009年全國(guó)加工番茄種植面積約150萬(wàn)畝,產(chǎn)量865.5萬(wàn)噸,生產(chǎn)番茄醬約120萬(wàn)噸。據(jù)統(tǒng)計(jì),每生產(chǎn)1噸番茄醬需番茄原料7噸左右,產(chǎn)生4％約2801kg皮渣;若以我國(guó)年加工番茄原料800萬(wàn)噸計(jì),每年產(chǎn)生的皮渣超過(guò)30萬(wàn)噸。這些皮渣大部分被作為粗飼料低價(jià)出售,附加值很低。由于番茄皮渣中含有膳食纖維、蛋白質(zhì)、脂肪、番茄紅素等豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),如果對(duì)其進(jìn)行精深加工和綜合利用,則可大大提升其

2、附加值。因此,提高對(duì)番茄皮渣的綜合利用水平是番茄加工企業(yè)亟待解決的問(wèn)題。
　　 本研究以番茄皮為原料,比較系統(tǒng)的研究了番茄皮膳食纖維的酶法提取工藝、超微粉碎和擠壓超微粉碎改性工藝及改性機(jī)理、對(duì)STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠的降糖效果、體內(nèi)體外發(fā)酵特性以及對(duì)大鼠腸道菌群的種類和數(shù)量的影響,并從腸道菌群及其發(fā)酵代謝產(chǎn)物的角度探討了番茄皮膳食纖維的降糖機(jī)理;最后對(duì)高纖維番茄醬小試產(chǎn)品的開發(fā)進(jìn)行了初步研究,為番茄加工企業(yè)對(duì)加工副產(chǎn)物番茄皮渣的綜

3、合開發(fā)利用提供技術(shù)支持。
　　 論文的主要研究結(jié)論如下:
　　 1、用響應(yīng)面分析方法獲得了番茄皮膳食纖維酶法提取最佳工藝參數(shù)。番茄皮纖維脫蛋白最佳工藝條件為:胰蛋白酶用量為0.8 mg/mL,底物濃度為0.1g/mL,酶解溫度為48℃,酶解時(shí)間為2.5h:最佳脫淀粉工藝為:α-淀粉酶與糖化酶配比1:2,混合酶添加量為0.85 mg/mL,酶解溫度為60℃,酶解時(shí)間42min。在此條件下,其水解液中氨基酸和可溶性糖含量平均

4、可達(dá)到3149.24μg/mL,和32.87mg/100g。對(duì)幾種常用的膳食纖維提取方法的對(duì)比研究表明酶法提取的番茄皮膳食纖維中蛋白和淀粉殘留低于化學(xué)法和酶酸法,總膳食纖維得率也最高(78.7g/100g),因此酶法提取工藝優(yōu)于化學(xué)法和酶酸法工藝。
　　 2、對(duì)改性前后番茄皮可溶性纖維(SDF)和不溶性纖維(IDF)的單糖分析結(jié)果顯示,組成番茄皮SDF的單糖為鼠李糖、阿拉伯糖、木糖、甘露糖、葡萄糖和半乳糖,IDF中則包括以上6種

5、單糖和巖藻糖。超微改性使SDF中新增了巖藻糖;擠壓超微改性則使得SDF中的木糖和葡萄糖數(shù)量增加;就SDF增加的數(shù)量來(lái)看,擠壓超微處理(SDF提高91.2％)優(yōu)于單獨(dú)超微處理(SDF提高35.3％)。改性后SDF單糖組成的改變和數(shù)量增加可能主要來(lái)自IDF中的水不溶性的原果膠、葡甘露聚糖、木聚糖和木葡聚糖的降解。改性前后番茄皮纖維形貌特征顯示,超微處理主要表現(xiàn)出縱向的剪切力作用,而擠壓則更多的表現(xiàn)出橫向的揉搓作用。結(jié)構(gòu)分析顯示,番茄皮膳食纖

6、維是由葡萄糖基以β-1,4-糖苷鍵連接而成;超微處理對(duì)纖維結(jié)晶區(qū)有一定程度破壞,而擠壓處理對(duì)纖維的晶體結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響。
　　 3、改性番茄皮膳食纖維對(duì)鏈尿佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病大鼠降糖實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,超微高劑量組(UHT)番茄纖維能夠顯著降低大鼠空腹血糖水平(FBG下降了56.7％);而SDF組降低大鼠血清胰島素水平(INS下降了63.4％)的效果最好。改性番茄皮膳食纖維能夠顯著降低接種人體腸道菌的體外發(fā)酵液中的pH值和糖尿病

7、大鼠糞便的pH值,提高體外發(fā)酵液和大鼠糞便中SCFA的產(chǎn)量;其中UHT能顯著提高糞便中丙酸水平和血清中乙酸水平,而SDF則能顯著提高大鼠糞便中乙酸和丁酸的水平;尤其是丁酸,SDF組的水平是其他組的2-3倍。
　　 4、對(duì)基于DGGE分析的腸道菌群總DNA提取方法進(jìn)行了比較和改進(jìn)。DGGE分析結(jié)果顯示,該方法適用于批量處理腸道與糞便樣品。腸道菌群研究顯示,在大鼠腸道和糞便中共發(fā)現(xiàn)分別來(lái)自雙歧桿菌屬、真桿菌屬、梭菌屬和乳桿菌屬4個(gè)屬

8、共8個(gè)菌株的優(yōu)勢(shì)菌。其中Bifidobacterium bifidum、Bifdobacterium breve和Eubacterium rectale在腸黏膜定植,數(shù)量保持相對(duì)穩(wěn)定:Lactobacillus murinus在各組大鼠糞便中均有發(fā)現(xiàn),是大鼠糞便中的優(yōu)勢(shì)菌,其數(shù)量也比較穩(wěn)定;SDF是Bifidobacterium longum和丁酸產(chǎn)生菌Faecalibacterium prausnitzii重要碳源,能夠大大增加其數(shù)量

9、并造成SDF組大鼠糞便中丁酸數(shù)量的增加;而UHT則是乳酸利用菌Eubacterium hallii和Anaerostipes caccae的重要碳源,能夠增加他們?cè)诖笫蠹S便中的數(shù)量。
　　 5、相關(guān)分析顯示,糖尿病大鼠空腹血糖水平的降低與大鼠糞便中丁酸水平上升及丁酸產(chǎn)生菌數(shù)量增加顯著相關(guān)。UHT組中FBG與與丁酸相關(guān)系數(shù)為-0.906:SDF組中FBG則與丁酸水平和丁酸產(chǎn)生菌Faecalibaeterium prausnitzi

10、i數(shù)量的相關(guān)系數(shù)分別為-0.971和-0.878。結(jié)合番茄皮膳食纖維的單糖組成、腸道菌群組成和數(shù)量變化以及代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸組成與數(shù)量變化,提出番茄皮膳食纖維的降糖機(jī)理為:作為適宜的碳源,番茄皮膳食纖維的攝入大大增加了腸道內(nèi)乳酸利用菌和丁酸產(chǎn)生菌的數(shù)量,從而使腸內(nèi)丁酸保持在較高的水平;丁酸則通過(guò)抑制腸黏膜表面炎癥細(xì)胞因子的形成來(lái)抑制慢性炎癥導(dǎo)致的胰島素抵抗,增加胰島素的敏感性,從而表現(xiàn)出大鼠空腹血糖和胰島素水平的顯著下降。
　　

11、 6、通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)與感官評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法,初步確定高纖維番茄醬的最適添加材料為擠壓超微番茄皮膳食纖維;最適添加量為5g/100g;最適pH調(diào)節(jié)劑為檸檬酸。按照此工藝參數(shù)獲得的高纖維番茄醬小試產(chǎn)品與原醬比較,流動(dòng)粘度和總膳食纖維含量顯著增加(分別增加了10.9％和51.2％);感官評(píng)價(jià)顯示,高纖維醬的色澤指標(biāo)得分均顯著下降,但總體得分與原醬無(wú)顯著差異,說(shuō)明本研究中高纖維番茄醬的制備工藝是可行的,高纖維醬產(chǎn)品的總體感官品質(zhì)與原醬無(wú)顯著差異