蔗渣膳食纤维化学结构的研究（I）

蔗渣膳食纤维化学结构的研究 (I)’ — — 细胞壁物质(膳食纤维)的分离与分级 塑建 盟 (华南理工大学轻工食品学院，广州，510641) 摘 要 蔗渣音88．3 (干基)的膳食纤维，是一种良好的膳食纤维新资薄。本文利用简化的 CNDF法从蔗渣中提取出纯净的细胞壁物质(膳食纤维)，其单耱组成为4．D8 Ara， 36．54 Xyl，31．68 Gle和 3．29 UA。通过 8O℃H2O，NaC]O2一H0Ae，lmol／L NaOH和 4mollL NaOH 4种溶剂将细胞壁物质分级成7种聚台物组分，并分析它们的单糖组成。 关键词 蔗渣 膳食纤维 细胞壁物质 分离 分彀 膳食纤维在我国的开发，自国家计委八 五攻关项目正式立项以来，至今已达到一个 全新的阶段。各种不同来源的具体膳食纤维 品种，其生理功能的明显程度可能相差很大。 探索膳食纤维的新资源是目前的一个研究重 点，而利用高新技术对膳食纤维进行性能改 性则是这方面的另一个研究重点 。考虑到 南方一带蔗渣资源特别丰富，中国博士后科 学基金委员会、广东省 自然科学基金委员会 批准了高活性蔗渣膳食纤维的研究项目。有 关蔗渣膳食纤维的挤压改性机理及高活性蔗 渣膳食纤维添加剂(HABF)的制备方法，作 者已先后作了报道 ，本系列论文主要讨 论蔗渣膳食纤维化学结构方面的研究结果。 基础理论通常先导于工业发展，这部分研究 对开发我国南方丰富的蔗渣资源无疑具有重 要的指导作用。 1 材料与方法 1．1 分析用纯净细胞壁物质CWM(膳食纤 维)的分离 采用简化 的 CNDF法，通过 1 SLS— PAW一90 DMSO分别连续提取 22h、40rain 和 22h。用分别含糖化酶与胰蛋 白酶的 20mmol／L PO4—10mmol／L NaCI缓冲液保 温 24h与 17h，分离出提取残渣并洗涤干燥 即得纯净的细胞壁物质(CwM)l_5]。细胞壁物 质包括膳食纤维与灰分两部分，扣除灰分即 为纯净的膳食纤维。 1．2 纯净CWM 的分级 用 80℃ H2O、NaC1O。一HOAe、lmol／L NaC1—10mmol／L NaBH¨ 4mol／L NaOH一 10mmol／L NaBH 4种溶剂依次进行循环提 取 。HzO、NaclOz—HOAe提取液对去离子 水透析后冷冻干燥，分别命 名为 BCF1与 BCF2(注#BCF1= Bagasse CWM (eel1 wall materia1)fraction l，即蔗渣细胞壁物质分级组分 L， 其余依次类推。) 将 lmol／L NaOH一10mmol／L NaBH4提 取液冷却至4℃并调节pH4．8有沉淀析出， 此沉淀物与上清液分别透析并冻干即得 BCF3与 BCF4。同样 对 4mol／L NaOH 10mmol／L NaBH 提取液进行分级得 BCF5 和 BCF6。4种溶剂的提取残渣为BCF7。 中国博士后科学基金，广东省 自然科学基盘和广东省博士后科学基盒赍助项目 收稿 日期a1997—2一l0 l ■ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 23卷 第 2期 郑建仙等 蔗渣膳食奸维化学结构的研究(【) 15 1．3 纯净CWM的水解 Saeman水解法：72 H。SO4溶胀 2h后 稀释至 0．5mol／L保温 6h(100℃)。 2mol／L 三 氟 乙 酸 (TFA)水 解 法： 120℃ ，2h。 2mol／L HC1水解法：100"C，5h。 lmol／L H2SO4水解法：100℃，5h 1．4 CWM分级物的单糖分析 BCF7组分用 Saeman法水解，BCF1～ BCF6用 lmol／L H2SO‘水解(100℃，5h)。 水解后的单糖转化成糖醇乙酰酯，在 日本岛 津公司Gc一14A气相色谱仪上进行分离鉴 定 。 1．5 术质素与糖醛酸的测定 术质素采用Klason lignin分析法 ]，糖 醛酸采用改良的咔唑法。。]。 2 结果与讨论 2．1 纯净细胞壁物质(膳食纤维)的分离与 分析 在 CWM 提取过程中，SLS与 PAW 溶 剂的处理 目的在于溶解细胞间蛋白质，DM— SO溶剂则溶解淀粉类物质。在蛋白质与淀 粉的溶解过程中，CWM 中少量的脂肪类物 质也伴随溶出。糖化酶与蛋白酶的进一步处 理是将可能残留的少量细胞间蛋白质与淀粉 成分分解掉。从表 1结果可知，蔗渣原料经上 述处理后，化学成分发生了很大的变化，占 蔗渣总量 3．54 、3．99 (干基)的蛋白质与 脂肪已去除干净。CWM 不与1 —Kl发生呈色 反应，说明不含淀粉类物质。 由简化的cNDF法分析得知，蔗渣原料 中膳食纤维(CWM 与灰分的差值)的干基含 量高达 88．3N，是一种良好的高纤维物料。 裹 1 SLS—PAW—DMND处理前后蔗渣化学成分的变化 ( ) j}粗纤维 样 品 水分 蛋白质 脂肪 粗纤维 木质素 灰舟 碳水化台物∞ Bagasse 9．7 3 0 3．6 29．4 l8．6 3．6 31 9 CW M 9．4 — 0 — 3O．8 2O l 3．8 35 9 注；①非粗纤维碳班化音物数据是 100与其他成分台量的差值 ②⋯ 表示微量存在 ，⋯ 表示不存在，下同 2．2 纯净CWM 的单糖组成 CWM 的组成很复杂，连接各种单糖的 糖苷键类型很多，不同糖苷键对不同酸的稳 定性不同，不同单糖对同一种酸的稳定性也 不同。想用一种酸在一种条件下水解各种不 同的糖苷键，而且希望各种糖苷键的水解速 率相同冰 解出的单糖在酸介质中不发生分 解，这种情 况是不可能实现的。对于蔗渣 CWM，分 别 用 Saeman水 解 法、lmol／L H 2SO4(100℃，5h)、2mol／L TFA(1 2O℃，2h) 、2mol／I HCI(100℃，5h)条件水解 ，水解产 物转化成糖醇乙酰酯后用气相色谱定量测 定，以肌醇乙酸酯作内标物，表 2为分析结 果 。 稀 H SO (包括 Saeman法)是水解细胞 壁多糖的较好溶剂，因此 lmol／L H。So 和 Saeman法已成为广泛使用的较为标准方法。 H SO。不能挥发，只能通过加碱中和法来去 除水解液中过量的 HzsO。，通常还需去除中 和所生成的盐以减少干扰，这样势必给分析 工作带来不便。而TFA与HC1易挥发，经简 单的挥发过程即可去除水解液中的残留酸， 因此操作 比较方便 从表 2的结果可知， TFA和 HzsO 两者的分析数据比较一致， 而 HC1组的数据明显偏低，这可能是因为 HCI易使生成的单糖分解而破坏。 蔗渣 CWM 中 Glc(31．68 )与 Xyl (36．54 )的含量特别丰富，为最主要的组成 维普资讯 http://www.cqvip.com l6 食品与发酵工韭 Food and Fermentation Industl~es Vo．23 No．2 单糖。 裹 2 纯净蔗蕾 CWM 的单糖蛆戚 (‰，d ) 水解方法 At*0 Xyl GIc UA Saemaz 40．8 365．4 316．8 32．9 H2s0‘ 39．7 360．8 50．6 一 TFA 42．2 358．7 50．1 一 HCI 3O．7 307．8 47．6 一 注 ①db=dry basi8(干塞)， @ Ara=阿拉伯糖 ，Xy*=术糖 ，Glc=葡萄糖，UA= 糖醛酸 ． 2．3 纯净CWM各分级糖的单糖组成 8O℃ H2O、 NaCIO2一HOAc、 lmol／L NaOH一10mmol／L NaBHl和 4mol／L NaOH一 10mmol／L NaBH。对纯净CWM 的 7种分级 产物的单糖分析结果列于表 3中。BCF1～ BCF6的组成单糖均以Ara和Xyl为主，很 可能是阿拉伯木聚糖。BCF2的木质素含量 高达 88．7 ，是碳水化合物与木质素的复合 物。BCF7是提取残渣，组成单糖以GIc占绝 对优势，显然是纤维素。 裹 3 纯净蔗蕾CWM各分级鞠的成分分析 单糖组成(tool )0 分级物 台t( )@ 术质紊( ) Ara Xyl Glc UA BCFI 2．4 13．3 82．7 2．6 1．7 ， 一 BCF2 23．6 13．2 80．4 3．2 3．2 88．7 BCF3 18．0 9．2 85．5 1．4 3．9 2．8 BCF4 3．I 18．6 67．9 3．7 9 8 一 BCF5 1L 2 7．5 89．7 + 2．8 一 BCF6 2．6 7．2 79．3 3．8 9．7 一 BCF7 38．2 1．5 13．8 84．7 一 一 注t①善分级物在细胞壁物质中的百分台t @单糖占各分级物总培的摩尔百分台量 ③在軎分级物中的百分台量。 3 结 论 (1)用经作者简化的CNDF法从蔗渣中 分离纯净的膳食纤维(细胞壁物质)，计算出 蔗渣中的总膳食纤维干基含量为 88．3 。 Saeman水解法并借助气相色谱分析表明， 蔗渣细 胞 壁物 质 的单糖 组 成 为：Ara (4．08 )、Xyl(36．54 )、Glc(31．68 )和 UA(3．29 )。 (2)蔗渣细胞壁物质的 7种分级物中， BCF1~BCF6的组成单糖均以Ara和 Xyl 为主，其中BCF2还含有 88．7 的木质素， BCF7则以GIc为主要的组成单糖。 参 考 文 献 1 郑建仙，高孔荣．食品与发酵工业．1994 (4)：71 2 郑建仙，耿立萍，高孔荣．食品与发酵工业． 1996．(3)：58 3 郑建仙，耿立萍，高孔荣．食品科学．1 996， (7)：17 4 郑建仙，耿立萍，高孔荣．食品科学．1996， (10)：11 5 郑建仙，耿立萍．营养学报．1997，l 6 郑建仙，丁霄霖．食品与发酵工业．1995， (3)：1 7 Borchardt L G．piper CV．Tappi．1970，53： 257 8 Browing BL．Method of Wood Chemistry， Intersc noe，New York and LondOn．VoI．11，1967 9 Bitter，T．Bews，A．M ．，Ana1．Biochem．， 1962，4：330 维普资讯 http://www.cqvip.com 第23卷 第2期 郜建仙等 (I) 17 Studies on the Chemical Structure of Dietary Fibre from Bagasse(I) _ _ _ _ _ _ — — Isolation and Fractionation of Pure Cell Wall Material(Dietary Fibre) Zheng Jianxian Geng Liping (College of Light Industry aod Food Engineering，South China University of Technology，Guangzhou，510641) Abstract Bagasse contains 88．3 (db．)of dietary fibre，which Is a good new resource of dietary fibre．The pure cell wall material(CWM )or dietary fibre was isolated from bagasse by the simplifiedCNDF method．whose monosugar compositions were 4．O8 arabi一 1~ofle，36．54 xylose，31．邸 glucose and 3．29 uronic acid．Seven polymeric fractions were furthei fractionated from pure CWM ，with the successive extractions of 80℃ H2O，Na— aO2一HOAc，lmol／L NaOH and 4mol／L Nat)H．The monosugar compsitions of such seven fraction3 were all anatysed． Key words bagasse，dietary fibre，cell wall material(CWM )，Isolation，Fractionation pH 电极和DO(溶解氧)电极 GKFpH电极和DO电概是我所科技埂目虎果产品。pH电概曾获国隶 七五 攻美重太辩拄虎果奖、 中国科学院进步奖二等奖，1992年被评为目宗最新产品，它们能广瑟应用于制药、嗉精、食品班群、石 油、血制品、化工等行业的能 检 ，疑上海技术监督局瞳舰捡蔫和华北奠商厂117车问1996年试用结 。 主要技木指标有； 1．pH电极： 量范围：1～12pH 灭菌置度：1O5～150"C ． 灞量范围：10~95℃ 嚣人露度：125．150，180，200，250(可根据客户要求特恻) 安装方式t通过护 套与发酵■联结或叠过法兰与反应釜连接 髓 工业pH计，舅量范围：O～lipH 舟弊事l0．01pH 输出信号，o～10mA或4~20mA标准电淹 开口尺寸：138×138(表盘) 在非机械损衡条件下，琏璃电极寿命长于2o■批(灭菌条件130"C，30舟钟) 2．DO 电概t 检 熹统：席电池 舅量范围：0～100 响磨时闩；90 响 应小于60s 灭菌条件：120～130"C，0．17mPa 二次表输出信号 0~10mA或4~20mA 我厂生产的pH电概和DO电概品种齐全， 能应用于各种 场台各种介质，几何尺寸秉甩国际境—规格，能与进口产品替换，也可根据甩户要求特嘲。 计量许可证编号(9O)量剖沪字02240122。 上 海 申京 生 化 传 感 厂 联系地址：上悔市定西路 1295号中科院上海硅酸盐研究所 厂长：苏剑林 副厂长：徐强兵 电话I(021)62522803 (021)62512990--5808或 2305 传真：(021)62521794 邮编：200050 维普资讯 http://www.cqvip.com