海藻膳食纤维的提取、毒理和功能特性的研究
江蓠、麒麟菜、马尾藻和海带都属于大型经济藻类,其资源相当丰富,都含有丰富的藻胶、纤维素、半纤维素、维生素和矿物质等,是生产膳食纤维的优质原料。目前,这4种藻类主要用于生产食品添加剂的原料,但是目前食品添加剂供过于求,产品滞销,价格下降,生产企业的效益差。针对这一问题,本文通过对江蓠、麒麟菜、马尾藻和海带进行营养成分分析与评价,通过改变其加工方法,从中提取成本低且富有保健作用的海藻膳食纤维,并对海藻膳食纤维的毒理和功能特性进行研究,为海藻膳食纤维的安全性和保健作用提供理论依据,扩大了我国膳食纤维研究的范畴,同时促进海藻养殖业和加工业的进一步发展。本文的主要工作及结论如下:
1.对南海5种不同种类或不同生长海域的江蓠进行营养成分分析,然后与海带和紫菜比较,并进行营养评价。结果表明,江蓠富含膳食纤维,占江蓠藻体的60%~70%,与海带和紫菜接近;另外蛋白质含量15%以上,脂肪含量2.5%以下,并且富含矿物质、微量元素和维生素。江蓠是一种高膳食纤维、高蛋白、低脂肪、低热能、且富含矿物质、微量元素和维生素的天然优质保健食品原料,特别适应于作为膳食纤维食品的优质原料。
2.对印尼和海南两种麒麟菜的营养成分进行分析,然后与海带和紫菜比较,并进行营养评价。结果表明,印尼和海南麒麟菜碳水化合物含量分别为77.97%和76.99%,高于海带和紫菜,蛋白质含量分别为3.17%和2.23%,远低于海带和紫菜,并且富含矿物质、微量元素和维生素。麒麟菜是一种高膳食纤维,低脂肪,低热能,且富含矿物质,微量元素的食品原料,特别适应于作为膳食纤维食品的优质原料。
3.对南海6种不同种类或不同生长海域的马尾藻进行营养成分分析,然后与海带和紫菜比较,并进行营养评价。结果表明,马尾藻的碳水化合物除褐藻淀粉外,主要含有褐藻胶、褐藻糖胶、半纤维素和纤维素等,其含量达60%以上,与海带和紫菜接近,蛋白质含量在7%以上,与海带接近,但远低于紫菜,并且富含矿物质、微量元素和维生素。马尾藻是一种高膳食纤维,低脂肪,低热能,且富含矿物质,微量元素的食品原料,特别适应于作为膳食纤维食品的优质原料。
4.采用正交设计法,研究了江蓠膳食纤维的提取工艺条件,筛选出江蓠碱处理和漂白的最佳工艺条件,提取出江蓠膳食纤维。结果表明,江蓠膳食纤维的产率达28.3%,颜色较白,膳食纤维干基含量达92.83%,钙含量1.08%,磷含量0.068%,膨胀力为9.0mL/g,持水力为825%,质量和功能性指标远远超过西方国家麸皮膳食纤维的标准(膳食纤维干基含量47%、膨胀力4mL/g、持水力400%)。
5.采用正交设计法,研究了麒麟菜膳食纤维的提取工艺条件,筛选出麒麟菜碱处理和漂白的最佳工艺条件,提取出麒麟菜膳食纤维。结果表明,麒麟菜膳食纤维的产率达32.41%,颜色较白,膳食纤维干基含量达82.57%,钙含量2.13%,磷含量0.013%,膨胀力为24.5mL/g,持水力为1450%;麒麟菜膳食纤维的功能性优于麸皮膳食纤维。
6.采用正交设计法,研究了马尾藻膳食纤维的提取工艺条件,筛选出马尾藻碱溶性和不溶性膳食纤维的提取与漂白的最佳工艺条件,并将提取到的两种膳食纤维组分重新组合。结果表明,马尾藻膳食纤维的总产率达27.9%,颜色较白,总膳食纤维干基含量达81.08%,钙含量6.82%,磷含量0.23%,膨胀力为22mL/g,持水力为1250%,质量和功能性指标远远超过西方国家麸皮膳食纤维的标准。
7.采用酶技术和化学处理相结合的方法,研究了海带膳食纤维的工艺技术,筛选出海带膳食纤维提取和漂白的最佳工艺条件,提取出海带膳食纤维产品。结果表明,海带膳食纤维的产率达27.3%,颜色较白,膳食纤维含量达73.3%,钙含量7.5%,膨胀力为55mL/g,持水力为2650%;海带膳食纤维的功能性优于麸皮膳食纤维。
8.按照我国“食品安全性毒理学评价程序”进行了小鼠急性毒性试验、Ames试验、小鼠骨髓细胞微核试验、小鼠睾丸染色体畸变试验、传统致畸试验和30d喂养实验,分别研究了4种海藻膳食纤维的急毒性、遗传毒性、胚胎毒性和亚急性毒性。结果表明,4种海藻膳食纤维对小鼠半数致死剂量(LD50)远大于15000mg/kg.bw,属于无毒级,在最大剂量范围内未产生明显的毒副作用,且无剂量反应关系,未观察到遗传毒性,也未显示致畸和致突变性。4种海藻膳食纤维的毒性试验均未显示毒性作用,符合“食品安全毒理学评价程序和方法”的要求,可认为用于人体食用安全可靠。
9.采用羟基自由基体系、超氧阴离子自由基体系、烷基自由基引发的亚油酸氧化体系和DPPH体系对江蓠、麒麟菜、马尾藻、海带4种膳食纤维清除自由基的活性进行了研究。结果表明,在羟基自由基体系中,江蓠、麒麟菜、马尾藻、海带4种膳食纤维的IC50分别为5.2mg/mL、5.5mg/mL、4.4mg/mL和4.1mg/mL;在超氧阴离子自由基体系中,江蓠、麒麟菜膳食纤维的IC50分别为4.8mg/mL和5.3mg/mL,而马尾藻、海带膳食纤维的最高清除率分别为36%和42%;在烷基自由基引发的亚油酸氧化体系中,江蓠、麒麟菜膳食纤维的最高清除率分别为36%和26%,马尾藻、海带膳食纤维的IC50分别为4.1mg/mL和3.5mg/mL;在DPPH体系中,江蓠、麒麟菜、马尾藻膳食纤维的最高清除率分别为31%、11%和26%,海带膳食纤维的IC50为6.2mg/mL。在各体系中,与相应的专一性阳性参照物对比,证明这4种海藻膳食纤维对自由基有一定的清除作用。
10.采用模拟胃和小肠环境进行体外试验,同时对大白鼠进行体内试验,研究海藻膳食纤维对雌二醇的吸附作用。结果表明:(1)在体外模拟试验中,江蓠、麒麟菜、马尾藻、海带和麦麸膳食纤维在小肠环境对雌性激素的吸附效果远大于胃环境,尤其是海带和马尾藻对雌性激素吸附量是胃环境的10倍和6.2倍,高于麦麸、江蓠和麒麟菜,在小肠环境下,海带的吸附效果最好,吸附率为108μg/g,是马尾藻的1.5倍、麦麸的1.8倍、江蓠的3.1倍、麒麟菜的3.0倍,海带和马尾藻膳食纤维比陆地上的麦麸膳食纤维吸附雌性激素的能力更强。褐藻类膳食纤维(海带和马尾藻)对雌性激素的吸附量大于红藻类(江蓠和麒麟菜)膳食纤维。膳食纤维对雌二醇的吸附主要集中在小肠。(2)在动物体内试验中,江蓠、麒麟菜、马尾藻和海带四种膳食纤维具有吸附外源性雌性激素的能力,其吸附能力由大到小顺序是海带、马尾藻、麒麟菜、江蓠,与麦麸膳食纤维相比,海带和马尾藻效果最佳,其对雌二醇的吸附率为50.8%和39.6%,约为麦麸的1.6倍和1.2倍。
11.采用模拟胃和小肠环境进行体外试验,同时对大白鼠进行体内试验,研究海藻膳食纤维对Cd2+、pb2+、Hg2+和NO2-的体内外清除效果。结果表明:(1)在体外模拟试验中,4种海藻DF和麦麸DF对NO2-的吸附效果与pH和纤维种类有关,各种DF对NO2-吸附量在pH2.0条件下约为pH7.0条件下的2倍,海带DF吸附最强,pH2.0(pH7.0)条件下吸附率为1.19mg/g(0.74mg/g),各膳食纤维吸附能力顺序为:海带DF>麒麟菜DF>江蓠DF>麦麸DF>马尾藻DF;各种DF对Cd2+、pb2+、Hg2+的吸附效果与pH、纤维和重金属种类有关,pH7.0较pH2.0条件下吸附强烈,各种膳食纤维对pb2+吸附选择性最强,尤以海带最佳,pH2.0(pH7.0)条件下对pb2+吸附率为114.48mg/g(116.08mg/g),各种DF对重金属吸附能力顺序为:海带DF>麒麟菜DF>麦麸DF>江蓠DF>马尾藻DF。(2)在动物体内试验中,各膳食纤维对大鼠体内NO2-清除率显著大于空白对照(p<0.05),各纤维的清除能力为:麒麟菜DF>麦麸DF>江蓠DF>马尾藻DF>海带DF>对照,麒麟菜DF清除效果最好为24.74%;各膳食纤维对大鼠体内Cd2+、Pb2+、Hg2+的清除率显著大于空白对照(p<0.05),各纤维的清除能力为:麒麟菜DF>海带DF>麦麸DF>江蓠DF>马尾藻DF>对照,麒麟菜DF对Cd2+的清除效果最好为79.65%。试验证明海藻类膳食纤维对NO2-吸附较弱,对重金属吸附较强,在排出体内重金属和亚硝酸盐而降低人体蓄积毒性作用方面具有较大的应用价值。
12.选择有便秘史的自愿受试患者,分别服用本文研制的海藻膳食纤维和实验室制备的小麦麸皮膳食纤维,每日3次,每次2g,连服30d。结果表明,服用江蓠膳食纤维的正常率为52.5%,基本正常率为37.5%,有效率达100%;服用麒麟菜膳食纤维的正常率为87.5%,基本正常率为10.0%,有效率达100%;服用马尾藻膳食纤维的正常率为70.0%,基本正常率为25.0%,有效率达100%;服用海带膳食纤维的正常率为92.5%,基本正常率为5%,有效率达100%;服用麦麸膳食纤维的正常率为37.5%,基本正常率为30%,有效率达100%。4种膳食纤维都对人体便秘具有极显著的疗效,其中海带膳食纤维的疗效最好,其次是麒麟菜膳食纤维和马尾藻膳食纤维,江蓠膳食纤维的疗效最差。4种海藻膳食纤维对便秘患者的作用都优于陆生植物麦麸膳食纤维。
海藻;营养评价;膳食纤维;提取工艺;毒理学
中国海洋大学
博士
水产品加工及贮藏工程
薛长湖
2005
中文
Q949.2;R151;R994.4
151
2006-07-27(万方平台首次上网日期,不代表论文的发表时间)