第一章 緒論

1.1 米糠資源及功能性質(zhì)概述
因?yàn)槊卓凡粌H來源豐富,而且營(yíng)養(yǎng)全面，它集中了稻谷 64%的營(yíng)養(yǎng)成分, 是生物活性物質(zhì)的良好來源，如米糠含有的 γ-谷維素、生育酚、生育三烯酚等生物活性物質(zhì)具有很好的抗氧化活性，在預(yù)防人體心腦血管疾病、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抗癌等方面具有顯著的功能作用，受到世界各國(guó)的廣泛重視[2, 3]。米糠富含高品質(zhì)脂肪（13%-22%）、蛋白（12%-17%）及膳食纖維（23%-30%）[4]，其中膳食纖維可經(jīng)適當(dāng)處理，用作食品強(qiáng)化劑或食品體系的表面活性劑，以提高食品的保健功能及貯藏性。但是據(jù)有關(guān)報(bào)道，雖然我國(guó)米糠資源豐富，卻常被用作動(dòng)物飼料、肥料以及燃料或者被直接丟棄而造成資源上的浪費(fèi)[5]。米糠具有獨(dú)特的堅(jiān)果香味和自然的甜味，除了含有豐富的多糖、膳食纖維、維生素和礦物質(zhì)等成分外，還含有 22~24%的油脂，其主要由不飽和脂肪酸組成，很容易在自身含有的脂肪氧合酶的作用下腐敗變質(zhì)而產(chǎn)生不良?xì)馕�，從而�?duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。因此，有學(xué)者研究了從米糠中提取米糠油的方法，以高效提取米糠油，充分利用米糠資源，開發(fā)具有高附加值的米糠產(chǎn)品[6]。另有學(xué)者針對(duì)米糠油具有抗氧化和抗炎的作用，將米糠油制備成納米膠囊以提高米糠油的穩(wěn)定性，，從而提高米糠油的有效利用率[7]。此外，米糠脫除脂肪后，能夠延長(zhǎng)貯藏時(shí)間，并能使其中的膳食纖維較易被提取出來。

有關(guān)研究指出，米糠膳食纖維中 90%為不溶性纖維[8]，主要組分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，這些成分表面富含醇羥基、酚羥基、醛基、酮基和羧基，具有極強(qiáng)的親水性、親油性和金屬離子吸附性[9, 10]，根據(jù)纖維的這些理化性質(zhì)可以預(yù)測(cè)纖維被人攝入后對(duì)人體的生理作用及對(duì)人體健康的裨益[10]。自 19 世紀(jì) 70 年代中期以來，膳食纖維的功效隨著科學(xué)研究的深入而逐漸被人們認(rèn)識(shí)，并且已有相關(guān)報(bào)道指出攝入膳食纖維對(duì)人體健康有很大益處[11]。最新研究表明，增加飲食中膳食纖維的含量可以減少冠心病、肥胖癥、高血壓、糖尿病和一些癌癥的發(fā)病率[12, 13]。例如燕麥麩、大麥麩和車前草等可溶性纖維通過吸附消化道內(nèi)的膽固醇和脂肪酸，從而起到降低血脂的作用；小麥麩通過吸水膨脹增加糞便體積，加快排便速度，起到防治便秘的作用[14]。此外攝取適當(dāng)比例的不溶性纖維和可溶性纖維，在幫助人體清除有害重金屬離子方面也有著獨(dú)特的功能和效果[9]。膳食纖維的理化性質(zhì)以及相關(guān)的生理功能，都會(huì)受到加工方式的影響，例如超微粉碎會(huì)使米糠纖維的粒徑顯著降低，比表面積顯著增大，在一定程度上會(huì)使纖維的持水力和膨脹力提高[15]；擠壓處理會(huì)破壞纖維中的 1,4-糖苷鍵，使部分不溶性纖維轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄岳w維，從而改善纖維的某些功能性質(zhì)[16]。

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1.2 膳食纖維的分類
早在 19 世紀(jì) 20 年代 KelloggJ. H.就發(fā)現(xiàn)了攝入富含麥麩的食品，能夠增加糞便體積，加快排便速度，起到預(yù)防便秘的作用，從此拉開了人們對(duì)膳食纖維研究的序幕[21]。目前西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)膳食纖維的研究和開發(fā)已具有一定的規(guī)模，所開發(fā)出的一系列膳食纖維產(chǎn)品在食品市場(chǎng)上已占有一席之地，例如富含膳食纖維的功能性食品的年銷售額占據(jù)美國(guó)方便谷物食品年銷售額的 20%左右[22]。我國(guó)對(duì)膳食纖維的研究與開發(fā)還處于初級(jí)階段，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定的差距[23]。經(jīng)總結(jié)，目前關(guān)于膳食纖維的研究主要集中在對(duì)膳食纖維的提取、改性、生理功能及其在食品中的應(yīng)用等方面。

近年來，國(guó)內(nèi)外有越來越多的研究人員致力于回收提取谷物和果蔬副產(chǎn)物富含的膳食纖維，以期充分利用自然資源，減少對(duì)環(huán)境的污染。例如 Alemdar & Sain[24]采用化學(xué)-機(jī)械結(jié)合法提取麥秸和豆皮中的膳食纖維，并將其制成納米級(jí)纖維，旨在擴(kuò)大其在強(qiáng)化生物復(fù)合材料中的應(yīng)用范圍。由于眾多學(xué)者一致認(rèn)為 SDF 比 IDF 的持水性高，在預(yù)防心腦血管疾病、糖尿病等方面具有更好的生理功效，因此許多研究?jī)A向于將膳食纖維改性，降低其中的 IDF 含量，增加 SDF 的含量，以提高整體膳食纖維的功能性質(zhì)。由此，國(guó)內(nèi)的周麗珍等人[25]分析比較了酶解法、高壓蒸煮法和高壓蒸煮-酶解結(jié)合法對(duì)豆渣纖維結(jié)構(gòu)的影響，以期將豆渣纖維中的 IDF 部分轉(zhuǎn)化為 SDF，提高豆渣膳食纖維的可溶性，進(jìn)而提高其生理功能性質(zhì)，但最終結(jié)果表明，僅通過高壓蒸煮和酶解法，不能顯著提高豆渣纖維中的含量。Nawirska A.[26]研究了蘋果、梨和玫瑰果渣纖維中的各成分對(duì) Pb2+, Cu2+, Cd2+和 Zn2+的吸附作用，最終發(fā)現(xiàn)幾種果渣中的果膠成分對(duì)所測(cè)定的金屬離子均具有最高的吸附能力，木質(zhì)素基本表現(xiàn)出最弱的金屬離子吸附能力，僅蘋果渣和玫瑰果渣中的木質(zhì)素表現(xiàn)出優(yōu)于纖維素的 Cd2+結(jié)合力，因此 Nawirska A.[26]最后指出纖維的來源不同，其結(jié)合金屬離子的能力迥然不同。正因?yàn)樯攀忱w維具有獨(dú)特的理化性質(zhì)及多種生理功能，因此其可以作為食品添加劑或營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑應(yīng)用于食品中，以改善食品的風(fēng)味及營(yíng)養(yǎng)保健功能。例如 HuangS. C.等人[27]考察了小麥纖維、燕麥纖維和菊粉對(duì)香腸感官品質(zhì)和理化特性的影響，結(jié)果表明，纖維添加量為 3.5%時(shí)，對(duì)香腸的主要組分、顏色和菌落總數(shù)無顯著影響，添加了小麥纖維和燕麥纖維的香腸，硬度顯著增大，使香腸吃起來具有一定的嚼勁。另據(jù)報(bào)道，米糠纖維也具有顯著提高香腸（大紅腸）硬度的性質(zhì)，并且能顯著提高香腸灰分含量和水分含量，降低香腸的脂肪含量，從而使香腸的品質(zhì)對(duì)人體健康更有益。尤其擠壓處理的米糠纖維比未經(jīng)處理的脫脂米糠纖維具有更高的持水力，所以添加了擠壓處理的米糠纖維的大紅腸水分含量更高[28]。此外，將酶法制備的米糠不溶性纖維與植物油混合代替部分肥豬肉來制備低脂肉糜，結(jié)果表明，米糠纖維良好的持水性和持油性使制得的肉糜具有更高的水分含量和凝聚力，使肉糜具有更好的咀嚼性和乳化穩(wěn)定性，并能顯著降低肉糜在蒸煮時(shí)的損失率[29]。

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第二章 化學(xué)處理?xiàng)l件對(duì)米糠不溶性纖維各成分含量、微觀結(jié)構(gòu)的改變及其理化性質(zhì)的影響

2.1 前言

近年來，隨著越來越多的富貴病，如肥胖癥、糖尿病、心血管疾病等發(fā)病人數(shù)逐年增長(zhǎng)，引起了人們對(duì)健康飲食結(jié)構(gòu)的注意。有報(bào)道指出，膳食纖維中含有一些對(duì)人體有益的成分如維生素 E、γ-谷維素、不溶性纖維等，可以通過抗氧化作用和吸附作用等來幫助人們有效降低某些富貴病的發(fā)病率[86, 87]。在我們?nèi)粘ｏ嬍持�，果蔬和谷物是膳食纖維的良好來源，其中米糠是谷物不溶性纖維的主要來源之一，其不溶性纖維含量幾乎占其總膳食纖維含量的 90%左右[8]。米糠不溶性纖維的主要成分包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等，并且這些成分含有一些功能基團(tuán)如醇羥基、酚羥基、酮基、乙�；汪然�，這些功能基團(tuán)具有很強(qiáng)的親水性或者親油性[9]，可以通過吸水溶脹作用，來增加人體腸道內(nèi)容物的體積，增快排便速度，從而起到防止便秘的作用。此外，還可以通過與其他化合物進(jìn)行酯化、醚化、磺化等反應(yīng)來結(jié)合或吸附某些有害物質(zhì)，以幫助人們清除體內(nèi)的垃圾，從而起到防治某些疾病的作用。然而，若想使米糠不溶性纖維充分發(fā)揮其功能性質(zhì)，需要對(duì)米糠進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚韥碓黾用卓凡蝗苄岳w維的孔隙度，并使其表面某些被覆蓋的功能基團(tuán)暴露出來，進(jìn)而提高米糠不溶性纖維的持水力、持油力等理化性質(zhì)和生理功能性質(zhì)。目前常用的改善不溶性纖維理化性質(zhì)的預(yù)處理方法主要有物理法，如超微粉碎法[50]、擠壓蒸煮法等[88]；化學(xué)法，如酸堿法[9]等和生物法，如酶法[38]等。經(jīng)研究，酸堿法比其他方法能更有效地去除非纖維類雜質(zhì)，提高不溶性纖維的純度，使不溶性纖維表面被覆蓋的功能基團(tuán)裸露出來并能有效提高纖維的孔隙度。

因此本章采用成本低廉、簡(jiǎn)單易行的酸堿法提取米糠中的不溶性纖維，設(shè)置了不同濃度的酸處理?xiàng)l件，考察了不同濃度的硫酸結(jié)合特定濃度的堿處理引起的 RBIDF 的成分組成和微結(jié)構(gòu)的變化，分析了成分和結(jié)構(gòu)的變化對(duì) RBIDF 理化性質(zhì)如持水力、持油力和熱穩(wěn)定性的影響。旨在建立米糠不溶性纖維的成分組成、微結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)之間的關(guān)系，為擴(kuò)大米糠不溶性纖維的應(yīng)用范圍提供理論依據(jù)。

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2.2 材料與設(shè)備
2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑
新鮮米糠由江蘇省大陽米業(yè)有限公司提供；正己烷，氫氧化鉀，硫酸，氫氧化鈉，氯化鈉，乙酸鉛，無水硫酸鈉，硫酸銅，亞甲藍(lán)，酒石酸鉀鈉，亞鐵氰化鉀，甲基紅，葡萄糖，無水碳酸鈉，無水乙醇，石油醚，均為分析純，上�；瘜W(xué)試劑公司。
2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備
DHG-9140A 電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司； Quanta-200 掃描電子顯微鏡，荷蘭 FEI 公司；XMTA馬弗爐，上海實(shí)驗(yàn)儀器總廠；GN-10T 遠(yuǎn)紅外加熱爐，中山市金立人廚房電器有限公司；KDN-08C 數(shù)顯溫控消化爐，上海新嘉電子有限公司；KDN-103F 自動(dòng)定氮儀，上海纖檢儀器有限公司； 3H-2000PS1 全自動(dòng)比表面積分析儀，貝士德儀器科技（北京）有限公司；D8 型 X 射線衍射儀，德國(guó)布魯克 AXS 有限公司；HH-2 數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；搖擺式高速萬能粉碎機(jī)，溫嶺市林大機(jī)械有限公司。
用 40 目的不銹鋼篩將新鮮米糠進(jìn)行篩分，收集篩上部分進(jìn)行裝袋密封保存。稱取一定質(zhì)量篩分過的新鮮米糠置于燒杯中，按 1：5 的料液比加入正己烷，室溫下放于通風(fēng)櫥中密封浸泡 12 h進(jìn)行浸提脫脂，并重復(fù)兩次。將脫脂后的米糠置于通風(fēng)櫥中風(fēng)干殘余有機(jī)試劑，然后置于 60℃干燥箱中烘干備用。

稱取 400 g干燥的脫脂米糠，按 1：10（w/v）的料液比加入煮沸的稀硫酸溶液（硫酸溶液的濃度分別設(shè)置為 0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1.0%，1.25%，1.5%，2.0%，3.0%，4.0%和 5.0%，w/v），放置于加熱爐上，在微沸狀態(tài)下攪拌反應(yīng) 30 min。160 目濾布過濾，取濾渣，用 80℃左右的自來水沖洗至中性，再用蒸餾水沖洗兩遍。將所得濾渣置于 4000mL 煮沸的 1.25%氫氧化鉀溶液中，繼續(xù)在微沸狀態(tài)下反應(yīng) 30 min。過濾，用 80℃左右的熱水洗滌至中性，然后分別用 500 mL 無水乙醇和石油醚各沖洗兩遍，去除殘余的可溶性多糖和油脂，即得米糠不溶性纖維（RBIDF）。將所得纖維置于通風(fēng)櫥中風(fēng)干殘余的有機(jī)試劑，然后放入 60℃干燥箱中烘干。采用高速粉碎機(jī)將制備的 RBIDF 打碎，過篩，收集粒徑在 40 目~60 目范圍的樣品，保證獲得的纖維樣品粒徑較均勻，結(jié)構(gòu)較完整，最后裝袋密封保存。

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第三章 RBIDF 對(duì)胰脂酶的吸附及活性抑制作用..........................25
3.1 前言............................................................... 25
3.2 材料與設(shè)備 ....................................................... 25
第四章 米糠不溶性纖維對(duì)葡萄糖和淀粉酶的吸附作用......................39
4.1 前言........................................................... 39
4.2 材料與設(shè)備 ....................................................... 39
第五章 在體外模擬胃腸液 pH 環(huán)境下 RBIDF 對(duì)鉛離子的吸附作用............52
5.1 前言............................................................ 52

5.2 材料與設(shè)備 ....................................................... 52

第五章 在體外模擬胃腸液 pH環(huán)境下 RBIDF 對(duì)鉛離子的吸附作用

5.1 前言

重金屬污染問題現(xiàn)已成為威脅人類健康的一個(gè)重大環(huán)境污染問題，因?yàn)楸挥卸局亟饘傥廴镜乃础⑼寥篮痛髿�，最終會(huì)被富集在水生生物和植物體內(nèi)，然后進(jìn)入食物鏈，影響人類的健康[163]。為了盡量降低人體腸道中有毒重金屬離子的含量，越來越多的學(xué)者開始研究具有金屬離子吸附能力的材料，以幫助清除人體中的有毒重金屬，使人體保持健康的狀態(tài)。目前許多研究證明了不溶性纖維中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素表面富含羧基、羥基和氨基等功能基團(tuán)，這些基團(tuán)具有良好的陽離子交換能力，不溶性纖維能夠通過陽離子交換能力很好地結(jié)合 Pb，Cd，Mn，Zn等有毒重金屬離子，有效地降低這些有毒金屬離子在人體中的殘留量[92, 164-166]。因此，尋找資源豐富、成本低廉、制備工藝簡(jiǎn)單、吸附能力容易再生的不溶性纖維材料是解決重金屬污染問題的重要途徑。一般情況下，不同來源的纖維吸附金屬離子的能力不同，如 Kuan 等人比較分析了玉米芯纖維和麥秸纖維對(duì) Ca，Cu 和 Zn 的吸附能力，結(jié)果顯示玉米芯對(duì)測(cè)定的所有金屬離子的吸附能力均顯著高于麥秸纖維。然而，不溶性纖維吸附金屬離子的能力還受其他因素的影響，內(nèi)在因素有纖維中的蛋白、植酸和酚酸的含量等[167, 168]，外在因素有胃腸道的 pH值、人體攝入食物中的蛋白含量及其他金屬離子的含量等。OuS. Y.等人[169]在體外模擬胃腸液 pH 值的條件下，研究了麥麩不溶性纖維對(duì) Hg，Cd 和 Pb 的吸附能力，結(jié)果表明在 pH=7.0 條件下，麥麩不溶性纖維吸附 Hg，Cd 和 Pb 的能力均高于其在 pH=2.0 條件下的吸附能力。主要原因在于麥麩不溶性纖維表面的羧基、羥基等基團(tuán)在 pH=2.0 條件下被質(zhì)子化，對(duì) Hg2+, Cd2+和 Pb2+具有排斥作用，因此對(duì)這些重金屬離子的吸附能力相對(duì)較低。有關(guān)報(bào)道指出，不溶性纖維降低重金屬離子在人體中的生物利用率的途徑主要有：通過表面的功能基團(tuán)結(jié)合重金屬離子；通過吸水溶脹能力稀釋重金屬離子在腸道中的濃度或縮短重金屬離子通過腸道的時(shí)間；通過毛細(xì)吸附能力將重金屬離子束縛在纖維孔狀結(jié)構(gòu)內(nèi)[167]，隨糞便一起排出體外。

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主要結(jié)論與展望

主要結(jié)論：
1. 通過采用不同濃度的硫酸結(jié)合一定濃度的堿處理，得到了一系列具有不同孔隙率和比表面積的米糠不溶性纖維。通過研究米糠不溶性纖維的成分含量、理化性質(zhì)和結(jié)構(gòu)，確定了米糠不溶性纖維提取過程主要是逐步去除淀粉和蛋白及部分可溶性半纖維素的過程，米糠不溶性纖維的孔隙度和比表面積均隨著淀粉和蛋白的去除而增大。米糠不溶性纖維的持水力、膨脹力和陽離子交換能力均隨著半纖維素含量的下降而下降，熱穩(wěn)定性隨著纖維結(jié)晶度的增大而提高。
2. 利用米糠不溶性纖維較好的持油性質(zhì)，研究了其對(duì)人體脂肪代謝中至關(guān)重要的胰脂酶的作用。通過比較不同時(shí)間和不同初始酶濃度下具有不同微結(jié)構(gòu)和持油力的 RBIDF對(duì)胰脂酶的吸附能力以及酶活抑制能力，得出米糠不溶性纖維吸附胰脂酶的量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸增加并在 1h 后最終達(dá)到吸附平衡，具有最大孔隙率的 RBIDF-2.0 達(dá)到吸附平衡所需時(shí)間最短，約為 0.75 h。米糠不溶性纖維能顯著抑制胰脂酶的活性，并隨著纖維添加量的增加，其抑制能力逐漸增強(qiáng)。

3. 米糠不溶性纖維對(duì)胰脂酶的熒光猝滅作用結(jié)果顯示米糠不溶性纖維對(duì)胰脂酶的熒光猝滅作用屬于靜態(tài)猝滅，RBIDF 與胰脂酶之間的作用力主要是靜電相互作用和疏水相互作用，作用位點(diǎn)為 1 個(gè)，而且是自發(fā)進(jìn)行的，反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)。圓二色譜結(jié)果顯示，胰脂酶與米糠不溶性纖維作用后，二級(jí)結(jié)構(gòu)逐漸變得無序化，呈現(xiàn)展開的狀態(tài)，這是酶活降低的主要原因。不同官能團(tuán)對(duì)胰脂酶活性的抑制能力結(jié)果顯示，纖維表面的羧基含量對(duì)胰脂酶的活性影響較大。

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參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：186185