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试析海洋藻类膳食纤维的功能与应用

2021-02-18 504 上传者：管理员

摘要：海洋藻类无需外源营养,通过光合作用即可生长,富含膳食纤维。本文综述了藻类膳食纤维的提取方法、生理功能和应用前景。藻类膳食纤维在降血糖、降血脂、抗氧化、改善肠道功能、增强免疫力方面的良好表现,使得其可以开发成多种功能食品。其良好的吸水性、吸油性、膨胀力使得藻类膳食纤维可以在面条、面包、可食用生物膜、食品添加剂方面有广泛的应用。

关键词：
功能食品
提取工艺
海洋藻类
藻类膳食纤维
食品加工工业
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海洋藻类是一大类可以通过光合作用汲取大自然营养生长的生物。相比细菌、酵母真菌等需要培养基才能生长的微生物而言,微藻的大规模培养更加简单、经济。由于其特殊的细胞结构,微藻在蛋白生产、藻油以及生物质能生产、改善水质等方面有较多的应用。除了这些应用以外,微藻中往往含有丰富的膳食纤维,膳食纤维作为第七大营养素,在改善倡导功能、降低血脂、胆固醇等方面的优异表现,吸引了越来越多的关注。而藻类中丰富的膳食纤维资源,相比其他膳食纤维资源,价格更加低廉,藻类相对简单的组成也使得膳食纤维更容易被提取和利用,而且富含磺酸基的微藻膳食纤维具有更为丰富的生理功能,在功能食品生产方面有更好的前景。近几十年来,国内外学者对藻类膳食纤维的制备和功能进行了大量的研究,取得了丰富的研究成果。

1、藻类膳食纤维的提取方法

1.1 酶法提取工艺

微藻富含膳食纤维的同时往往富含蛋白,蛋白和膳食纤维往往形成缔合结构影响膳食纤维的纯度,酶法提取膳食纤维就是利用蛋白酶、纤维素酶对微藻原料中的蛋白和纤维素进行适度的酶解,打破这种缔合结构,提高膳食纤维的纯度。

戚勃[1]等采用复合植物水解酶提取膳食纤维得率为20.34%,膨胀力10.25mL/g,持水力541.6%。李来泉[2]等以提取卡拉胶后的麒麟藻废渣为原料,研究酶法提取工艺。最佳工艺条件提取的麒麟藻渣膳食纤维膨胀力10.93mL/g,持水力721.72%。纪蕾等[3]研究了铜藻膳食纤维的复合酶法提取工艺,最佳提取条件下水不溶性膳食纤维产率为32.14%,呈浅绿色;水溶性膳食纤维产率为2.26%,呈淡黄色。

1.2 酸碱化学处理法

利用酸碱处理出去原料中的脂肪,得到相对纯度较高的膳食纤维。樊文乐[4]等采用化学处理法以提取褐藻糖胶的海带渣制备膳食纤维,最优工艺条件下,海带膳食纤维的产率达14.67%,白度为11.32%。

1.3 醇沉法

醇沉法是利用膳食纤维在乙醇中沉淀的特性从提取液中分离出膳食纤维,是传统的膳食纤维制备方法。付慧等[5]采用乙醇沉淀法、氯化钠活化法、褐藻酸转化法3种方法从多肋藻(Costariacostata)渣中提取可溶性膳食纤维(SDF),结果表明:氯化钠活化法优于乙醇沉淀法与褐藻酸转化法,其提取率为55.41%,SDF的膨胀力为55.06mL/g,持水力为2391%,吸脂力为269%。

1.4 酶法化学法结合

单纯使用化学处理法和酶处理法都很难得到纯度较高的膳食纤维,为了进一步提高产品纯度,研究人员结合酶法和化学处理法的优势形成酶化学法。

陈培基等[6]用酶处理和化学的方法提取马尾藻膳食纤维。最优条件下提取的马尾藻膳食纤维产率为27.3%。朱亚珠等[7]以铜藻为原料,采用化学与酶解结合的方法提取膳食纤维,最优条件下铜藻膳食纤维产率为35.4%。童相第等[8]以鼠尾藻为原料,采用酶与化学结合的方法提取膳食纤维。最佳工艺条件下膳食纤维的产率可达15%。陈菲菲[9]以红藻废渣为原料,分别采用化学法、酶法和化学-酶结合法水解蛋白质,酶法水解脂肪的提取方法,最优条件下不溶性膳食纤维得率和含量分别为54.0%和93.61%。王洪欣[10]采用酶-化学法提取铜藻中的膳食纤维,最优条件下铜藻膳食纤维提取率为32.30%。

1.5 超声波、微波提取法

超声波、微波都能够有效提高提取效率,而且可以降低生产成本,是生物资源活性成分提取的发展方向。

Fulinshi等[11]研究采用超声波-微波辅助提取法(UMAE)提取龙须菜膳食纤维,在最佳提取条件下,提取率达34.8%。Ashw等[12]采用微波辅助提取(MAE)和超声波辅助提取(UAE)的方法,从一种褐藻(马尾藻)中提取岩藻膳食纤维,在最优条件下粗褐藻糖胶的量从33.3%提高到64.5%,总回收率为50.3%。

2、藻类膳食纤维的功能

2.1 降血脂作用

膳食纤维可以通过吸附肠道内的胆固醇和甘油三酸酯,减少这些成分的吸收,起到降血脂的作用。

Marlène等[13]研究结果表明,绿藻石莼膳食纤维可降低血浆胆固醇、非高密度脂蛋白胆固醇,特别是甘油三酯。叶静等[14]比较江蓠藻水溶性膳食纤维、水不溶性膳食纤维和总膳食纤维对脂肪、胆固醇和胆酸钠的体外吸附作用。结果表明:3种膳食纤维对脂肪、胆固醇和胆酸钠均有一定的吸附作用,其中,江蓠藻水溶性膳食纤维对于胆固醇和胆酸钠的吸附能力大于另两种膳食纤维,对脂肪的吸附作用,江蓠藻水不溶性膳食纤维也强于另两种膳食纤维。

付慧等[15]研究了多肋藻Costariacostata渣膳食纤维对高血脂小鼠的降血脂作用,研究表明,多肋藻渣膳食纤维具有明显的降血脂作用。

2.2 抗衰老作用

叶静等[16]研究表明:江蓠藻膳食纤维可减弱衰老小鼠胸腺和脾脏的萎缩,激活衰老小鼠血清及心、肝、肾、脑中抗氧化酶活性,降低MDA的含量,可增强衰老小鼠的免疫力,显著提高体内抗氧化酶活性,清除氧自由基及抑制脂质过氧化。肖美添等[17]研究结果表明:江蓠藻膳食纤维能显著降低高血脂模型小鼠血清中TC、TG、LDL-C的含量,降低肝脏脂质水平,同时升高血清HDL-C含量,调节脂质代谢,降低高脂膳食导致的氧化损伤。

2.3 抗氧化作用

Takashi[18]等研究发现萱藻(Scytosiphonlomentaria)膳食纤维(粗褐藻胶和海藻酸钠)不仅在亚铁螯合(结合)试验中表现出抗氧化活性,而且在超氧阴离子自由基清除试验中也表现出抗氧化活性。Nur等[19]研究表明褐藻膳食纤维超氧阴离子清除活性(Lsig=21.7%±3.6%)均显著高于对照组(p≤0.05)。另一方面,海藻酸钠对DPPH的清除率最高(p≤0.05),为85.3%±0.8%。

Asma等[19]研究发现,用绿藻毛癣菌膳食纤维配制的样品在脂质氧化(TBARS,MetMb)方面表现出较低的值,同时成功地抑制了微生物的增殖。

2.4 改善消化功能

陈培基等[20]研究表明:海带和马尾藻膳食纤维都具有良好的通便作用,其中海带膳食纤维的作用稍优于马尾藻膳食纤维。

Hyunbin等[21]研究发现双歧杆菌、乳酸杆菌和类杆菌可以选择性的利用褐藻、红藻和绿藻膳食纤维,而没有观察到有害细菌的生长。体外粪便发酵24h,昆布多糖对双歧杆菌(Δ8.3%/总菌数)和类杆菌(Δ13.8%/总菌数)有促生长作用,促进短链脂肪酸的产生。对双歧杆菌(Δ8.5%/总菌数)和乳酸杆菌(Δ6.8%/总菌数)促进乳酸和乙酸的产生的效果相同。与低聚果糖相比,昆布多糖发酵缓慢,这可能允许在远端结肠产生短链脂肪酸。

Pingrui等[22]研究表明:裙带菜硫酸多糖(UPSP)能降低高脂饮食(HFD)小鼠的增重、脂肪积累和代谢紊乱。能减轻HFD引起的微生物群失调,能维持肠道屏障的完整性,降低代谢性内毒素血症。

2.5 降血糖作用

肖美添等[23]研究结果表明:江蓠藻膳食纤维能显著降低四氧嘧啶糖尿病小鼠的血糖值,且以中剂量(0.4g/kg)江蓠藻膳食纤维的降血糖作用最佳。此外,江蓠藻膳食纤维可降低四氧嘧啶糖尿病小鼠血清中的丙二醛(MDA)浓度,提高超氧化物歧化酶(SOD)活性,改善糖尿病小鼠的氧化应激水平。

Ramu等[24]研究发现:链脲佐菌素(65mg/kg,i.p)造模的糖尿病动物用100mg/kg和200mg/kg的褐藻多糖治疗能显著对抗行为缺陷、氧化应激和淀粉样蛋白负荷。胰腺组织病理学显示岩藻多糖对链脲佐菌素诱导的糖尿病有保护作用。大脑皮层和海马刚果红染色进一步增强了褐藻糖胶的神经保护作用。

Jia等[25]研究表明:小叶子囊藻提取物具有明显的抗糖尿病作用可降低糖尿病大鼠总胆汁酸(TBA)水平和高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)水平。组织形态学观察进一步证实APs尤其是FVP能减轻糖尿病引起的肝肾损害。

3、微藻膳食纤维的应用

3.1 制备可食用膜

AMK等[26]以多产E.prolifera生物质中提取的纤维素为原料,制备了纤维素纳米晶(CNCs)。最初纤维素经过碱处理和漂白处理,随后用不同浓度的酸水解法分离CNCs,透射电镜观察表明:用60%酸水解得到的纳米碳管(CNC60)呈“针状”,长(177±12)nm,宽(3±1)nm,表明CNC60具有较高的长宽比,可以作为增强纳米填料。进一步的研究表明:CNC60的加入对提高生物纳米复合膜的力学性能效果最好。

聂景贵等[27]以铜藻膳食纤维为原料制备可食用膜,最优条件下可食用膜的透明度最高为15.87%。

3.2 膳食纤维面条

杨槟煌等[28]研究表明:红毛藻粉的添加降低了面条蒸煮损失率和吸水率,增加了面条的剪切力、缩短了面条拉断距离,但对面条的拉断力影响并不明显。面条的弹性、内聚性和回复性对红毛藻的敏感度不大,但是其硬度、咀嚼性和胶着性却随着红毛藻粉添加量的增加而增加.感官评价结果表明在面条中添加少量的红毛藻,可以在一定程度上在色泽、外观、组织结构方面等改善其面条品质。

3.3 膳食纤维面包

刘琦[29]对添加1%小球藻粉、1%金藻粉、1%的小球藻粉和金藻粉(按1︰1混合)的面包进行感官评价和营养指标分析,结果表明:金藻粉面包的综合评价指数较高,较受人们的欢迎。

程丽丽等[30]研究表明:螺旋藻膳食纤维降低了面包的硬度、咀嚼性和老化速度,增加了面包的弹性、黏聚性和持水性,提高了面包的品质和贮藏性。

3.4 膳食纤维饮料

孙立春等[31]研究结果表明:每500mL茶饮料中添加1.0g马尾藻提取物,所得产品整体口感好,无明显的海腥味。在0.2～1.4mg/mL浓度范围内,马尾藻茶饮料对DPPH的清除能力和还原力均随马尾藻提取物浓度的增加而增大。

3.5 食品添加剂

Gao等[32]从褐藻(BA)废弃物中提取纤维素。纳米纤维悬浮液在水中的流变行为表明其具有高粘度和剪切变稀特性。更重要的是,BA纤维素纳米纤维在牛奶中表现出优异的增稠性能,MTT实验证实了纳米纤维的安全性和良好的生物相容性。

Jinchuang等[33]研究结果表明,三种海藻膳食纤维均能促进α-螺旋的开放,并逐渐转化为β-螺旋和无规螺旋结构。本研究为通过添加外源多糖制备纤维结构丰富的植物蛋白基肉类替代品提供了有益的信息。

4、结语

我国有丰富的海洋国土面积处于待开发状态,可以用来进行海洋藻类的生产。海藻膳食纤维资源丰富,是膳食纤维的新的重要来源,海藻生产成本以及可发展规模都是陆地膳食纤维来源作物无法比拟的。而且海藻膳食纤维在降血糖、降血脂、增强免疫力、改善肠道功能等方面的卓越表现,使其具备开发成食品、药品、食品添加剂的潜力,具有很好的发展前景。

参考文献：

[1]戚勃,杨贤庆,李来好,等.江蓠藻渣膳食纤维制备工艺[J].食品科学,2011,32(24):31-35.

[2]李来泉,潘江球,戴子程.麒麟藻渣制备膳食纤维工艺研究[J].热带农业科学,2015,35(10):89-93.

[3]纪蕾,孙元芹,王颖,等.铜藻膳食纤维的提取及其理化特性研究[J].保鲜与加工,2018,18(6):62-69.

[4]樊文乐,武文洁.以提取褐藻糖胶的废渣制备膳食纤维[J].中国食物与营养,2006(4):42-44.

[5]付慧,汪秋宽,何云海.多肋藻(Costariacostata)渣可溶性膳食纤维提取工艺研究[J].食品科技,2012,37(5):244-248.

[6]陈培基,李刘冬,杨贤庆,等.酶处理马尾藻提取膳食纤维的研究[J].食品与发酵工业,2003(12):76-79.

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[8]童相第,孙静亚,朱一鸣.鼠尾藻膳食纤维提取工艺研究[J].浙江海洋学院学报:自然科学版,2009,28(4):424-427.

[9]陈菲菲.红藻废渣提取水不溶性膳食纤维的研究[D].福州:福建农林大学,2009.

[10]王洪欣.铜藻膳食纤维的提取､性质及可食用膜的制备[D].杭州:浙江工商大学,2020.

[14]叶静,肖美添,汤须崇.江蓠藻膳食纤维吸附脂肪,胆固醇和胆酸钠的研究[J].食品与机械,2010,26(1):92-94.