膳食纤维分析方法研究进展_高瑞萍

膳食纤维分析方法研究进展高瑞萍1,2,赵国华1,21(西南大学食品科学学院,重庆,400715)2(重庆市农产品加工技术重点实验室,重庆,400715)摘 要 膳食纤维作为一种来源丰富的功能性食品原料,具有重要的生理功能 能够降低便秘、结肠癌、肥胖、心血管疾病、糖尿病等慢性病的发病率。

文中就膳食纤维分析方法的研究进展进行了综述,介绍了传统的分析方法,以及近红外分析法、尺寸排阻液相色谱法、高效阴离子色谱法等现代仪器分析方法。

关键词 膳食纤维,近红外分析法,尺寸排阻液相色谱法,高效阴离子色谱法第一作者:硕士研究生(赵国华教授为通讯作者),E m ai:l z ha oguohau1971@163.co m )。

收稿日期:2010-07-22,改回日期:2010-09-30膳食纤维(dietary fi b er ,DF)作为 第七大营养素 已成为功能性食品领域研究的热点,也因其特殊的生理功能成为了消费者所关注的焦点[1]。

由于膳食纤维是由聚合度不同的碳水化合物与多种非碳水化合物结合在一起组成的混合物,其组分非常复杂,这无疑加大了分析工作的难度,也导致膳食纤维的含量及组分结构至今没有一个标准化的分析方法[2]。

本文对国内外膳食纤维分析方法的研究进展情况进行了小结,着重介绍现代仪器分析方法,以期为加快国内膳食纤维的研究进程提供必要参考。

1 膳食纤维的定义及生理功能2008年营养与特殊食品法典委员会(the codex co mm ision on nutriti o n and foods for special d ietary u ses ,CCNFSDU )给出了膳食纤维的最新定义[3]:膳食纤维指在小肠中不能被消化、吸收,且聚合度 10的碳水化合物聚合物,由以下一种或多种物质组成:消费食物中的可食性碳水化合物聚合物;食品原料中以物理、酶、化学法得到的或人工合成的具有对人体健康有益的碳水化合物。

大量流行病学资料研究表明膳食纤维能够降低便秘[4]、憩室病[5]、结肠癌[6]、乳腺癌[7-8]、卵巢癌[9]、肥胖[10-11]、胆结石[12]、心血管疾病[13]、女性 型糖尿病[14-15]等慢性病的发病率,改善人体内M g 元素的吸收和生物利用率[16]。

2 膳食纤维的传统分析方法膳食纤维的分析方法和其定义紧密相关。

各种膳食纤维的分析方法因其测定原理不同结果差异较大。

自20世纪60年代初以来已经建立起了大量的分析方法[17]。

本文对国内外膳食纤维的分析方法进行了总结,其中包括具有代表性的传统分析方法如酶 重量法、酶 化学法,另外还有现代仪器分析方法如近红外分析方法、体积排阻液相色谱法、高效阴离子色谱法等。

2 1 酶 重量法酶 重量法的主要代表方法为Prosky 法,是由Prosky[18]等在前人的基础上提出的总膳食纤维测定方法,并被AOAC 采纳为官方分析方法即AOAC985 29,也作为目前测定TDF 、I DF 、SDF 的常用方法。

酶 重量法的改进主要是围绕AOAC985 29不断开展的。

这种方法操作简易,而且已经实现自动化,能处理大批量样品;在很多国家被用于膳食纤维的分析。

Gar be l o tti [19]等用酶 重量法对富含膳食纤维47 63%的薄脆饼干中的膳食纤维进行测定,回收率为70%~120%,相关系数为0 9999。

K ays[20]等用AOAC(991 43)酶 重量法对谷物类产品(包括早餐荞麦、面粉、麸、薄脆饼干、市售燕麦、大麦纤维食品,膳食纤维含量在1%~52%)的91个样品进行总膳食纤维含量的测定,得出交叉验证的标准差为1 58%,多元判定系数为0 99,说明酶 重量法是一种较好的、可靠的、精确的分析方法。

2 2 酶 化学法酶 化学法包括酶 比色法、酶 GLC /H PLC ,代表方法为Eng lyst 法。

其原理是以测定样品中的非淀粉多糖(non starch po l y sacchari d es ,NSP)作为膳食纤维测定指标。

首先用酶将淀粉完全水解,待测溶液经离心后,再用酸水解残渣并测定单糖,最终通过转换系数得出总糖即为NSP 。

该法可用于测总NSP 、不溶性NSP 、可溶性NSP 。

Qu i g ley[21]等用酶 GLC 测定不消化低聚糖,Tsusak i[22-23]等用酶 GLC和酶 HPLC测定可溶性膳食纤维,结果都显示酶 GLC/H PLC是测定膳食纤维很好的方法,且具有较高的一致性。

酶 化学法和酶 重量法的相似之处都是先对样品进行酶处理及分离;不同点是酶 化学法分离出的膳食纤维用酸水解,使纤维分解为葡萄糖、糖醛酸等单糖后再用不同的化学方法进行分析。

Eng l y st 等[24-25]对Prosky法(酶 重量法)和Englyst法(酶 化学法)进行比较,得出Prosky法测定的值高于Eng l y st 法,Prosky法测得的值可以用来表示食品加工过程中食品原材料中膳食纤维的值,但不能用来标示产品中推荐或指导的膳食纤维含量。

3 膳食纤维的现代仪器分析方法3 1 近红外光谱技术(near i n frared reflectance spectroscopy,N IRS)随着膳食纤维研究的深入,不断有新的分析方法应用到膳食纤维的研究中,其中近红外光谱技术(N I R S)由于具有方便、快速、高效、准确、无污染、低成本、不破坏样品、不消耗化学试剂和一次可测定多种样品等特点,在膳食纤维分析中得到广泛应用。

3 1 1 N I R S在谷物、豆类分析中的应用谷物、豆类是膳食纤维的重要来源,是平衡膳食的重要组分,目前全谷已成为消费者青睐的产品之一,因此,对其中的膳食纤维测定具有重要的意义, N I R S分析方法以其快速、无损、不消耗化学试剂等优点在谷物、豆类膳食纤维分析中得到广泛应用。

Kays等[28]应用近红外测定55个大麦品种的总膳食纤维含量,其标准方差为22 3(AOAC991 43法为24 6),相关系数为0 9738,2种方法的测定值之间具有显著地相关性,这为筛选膳食纤维含量较高的大麦品系提供了一种简便、快速的方法。

Font[32]等利用N I R S测定油菜籽、鹰嘴豆等中营养成分含量,其中酸性洗涤剂纤维(acid detergent fi b er,ADF)含量为6 65%~15 47%,SD为1 97,预测标准误差(standar d error o f prediction,SEP)为0 82,R2为0 83。

Stubbs等[33]应用N I RS对春小麦、冬小麦和春大麦残渣中中性洗涤剂纤维(neutra l detergent fi b er, NDF)、ADF和酸性洗涤木质素(acid detergent li g n i n,ADL)、C、S、N等进行分析,结果显示ADF的SEP<0 87,R2>0 90,ADF的SEP<0 81,R2>0 92, ADL的SEP为0 44,R2为0 81,而C、S、N等的R2均<0 57。

结果显示N I R S能预测谷物残渣中的NDF、ADF和ADL的含量。

Berdrdo等[34]利用N I R S 分析48种木豆中的化学组成,其中包括测定NDF和ADF,得出NDF和ADF的量为453~778g/kg、293~ 605g/kg,R2为0 99、0 98,SEC V为19 4、22 2,结果显示,N I R S可以较准确的测定木豆中化学组分。

B r uno Soares等[35]利用N I R S对燕麦、大麦、小麦、高粱等中的粗纤维(cr ude fi b er,CF)、NDF、ADF和ADL 进行测定,得出其含量分别为25 3%~40 4%、45 9%~77 2%、23 6%~49 9%、1 7%~8 0%,SD 分别为4 01、7 62、7 46、1 35,SEC V分别为1 23、1 77、1 68、0 56,R2分别为0 94、0 97、0 96、0 87。

结果表明N I RS是一种分析不同种类谷物中膳食纤维的准确、快速方法。

3 1 2 N I R S在谷物产品分析中的应用Sorensen[26]应用N I R S分析小麦和黑麦面包的营养成分,分析得黑麦中的蛋白质、脂肪、膳食纤维、糖、灰分、饱和脂肪酸(SFA)、单不饱和脂肪酸(MUF A)、多不饱和脂肪酸(PUFA)的R2值分别为0 99、0 99、0 89、0 96、0 91、0 90、0 91、0 92。

K i m等[27]利用近红外分析方法测定均质化(仅均质化、均质化并干燥、均质化和干燥脱脂)的食物中总膳食纤维(tota l dietary fi b er,TDF)含量,测定范围分别为0 7%~ 8 4%、2 2%~18 9%、2 8%~23 3%,标准误差分别为0 93%、1 90%、1 45%,R2分别为0 89、0 92、0 97。

结果表明该方法是一种快速测定混合食物中总膳食纤维的方法。

Kays等[29]近红外测定91份干燥并粉碎的谷物产品(包括早餐荞麦、面粉、麸、薄脆饼干、市售燕麦、大麦纤维食品)中总膳食纤维的含量,以AOAC991 43作为参考方法,定标时相关系数为0 99,标准偏差为1 58%,对其中31份样品的检验相关系数和标准偏差为0 99%和1 51%。

K ays 等[30]利用N I RS方法测定含糖量高的谷物中的总膳食纤维含量,内部交叉检测标准误差和R2分别为1 88%和0 98,说明N I RS可以用来测定含糖量高的谷物。

Kays[31]等利用N I R S对谷物产品中不溶性膳食纤维(i n so luble d ietary fi b er,I D F)和可溶性膳食纤维(so luble d ietary fiber,SDF)进行分析,结果显示SDF的SECV为1 15%、R2为0 82,I DF的SECV为为1 54%、R2为0 98,由结果可得N I R S比较适合测定谷物类产品中I D F含量。

可见,N I R S分析方法已被广泛用在膳食纤维的分析测定中,其具有的优点为将来产品中膳食纤维含量的在线检测成为可能,但由于N I RS谱带吸收较弱,灵敏度较低,要获得准确可靠的分析结果,要求待测物中膳食纤维含量大于1%;N I RS需要待分析样品的范围尽可能的大,而且在分析过程中需要经常用标样进行校对;为排除环境因素的影响,确保较小的系统误差,应该保持环境温度和湿度的一致性性。

这也给不同实验室间的分析测定工作提出严格的要求,在使用其他实验室建立的定标方程时必须确保实验条件和实验对象均一致。

3 2 尺寸排阻液相色谱法(size exclusion liquid chrom at ographic m et hod,SEC)[36]SEC是按分子大小顺序进行分离的一种色谱方法,被广泛用来分析大分子物质相对分子质量的分布。