杂粮品牌分析报告范文第1篇
目前, 我国杂粮绝大部分是作为鲜食或者加工为饲料, 用来加工为主食的仅占总量的20%~30%, 比例严重失调[3]。主要原因一方面是由于我国加工的杂粮食品口感粗糙, 消费者接受程度低;另一方面是由于杂粮食品中抗营养因子 (Antinutritional factors, ANF) 会影响人体对养分的消化、吸收和利用, 引起胃肠胀气、腹痛、腹泻、甚至食物中毒等现象。
本文综述杂粮中抗营养因子的种类、作用机理、检测技术, 旨在全面加深对杂粮中ANF的认识, 进而以采取有效措施实现对杂粮的高效加工应用, 对缓解我国粮食安全问题与优化食品膳食结构等具有非常重要的意义。
1 杂粮中ANF的分类
杂粮中ANF可以分为以下4类: (1) 谷物类。主要有非淀粉多糖 (NSP) 、单宁、植酸等, 如高粱中的单宁、大麦中的植酸等。 (2) 豆类。主要有蛋白酶抑制因子、植物凝集素、皂甙、低聚糖和抗维生素因子等, 如蚕豆中的胰蛋白酶抑制剂、芸豆中的植物凝集素、菜豆中的皂甙。 (3) 薯类。主要有生物碱、生氰糖苷、蛋白酶抑制因子等, 如甘薯中的龙葵碱等。 (4) 油料籽实类。主要有硫甙、芥酸、单宁等, 如菜籽饼中的单宁等。
2 杂粮中ANF的抗营养作用及其机制
A N F的抗营养作用主要表现在以下7个方面: (1) 降低蛋白质利用率。胰蛋白酶抑制剂会导致饲料中的蛋白质消化率下降, 引起机体内蛋白质内源性消耗[4]。 (2) 对碳水化合物的消化有不良影响。由于人或动物缺乏能水解棉籽糖与水苏糖的α-半乳糖苷酶, 当二者进入大肠后, 经细菌发酵, 会产生CO2、H2及少量CH4, 引起消化不良、腹胀、腹泻等现象[5]。 (3) 降低矿物质、微量元素等的利用率。植酸、单宁在消化道中会螯合矿物质元素和微量元素形成不易吸收的螯合物[6]。 (4) 降低维生素利用率。一种途径是破坏维生素生物活性, 另一种途径是由于其化学结构与某类维生素类似, 在动物代谢过程中与维生素产生竞争, 进而干扰动物对该类维生素的利用, 引起维生素缺乏症[7]。 (5) 刺激免疫系统。抗原蛋白刺激免疫组织, 产生过敏反应, 使血清中抗原特异性抗体含量升高, 小肠绒毛萎缩, 导致过敏性腹泻[8]。 (6) 对多种营养成分利用产生影响。如单宁既可与胰蛋白酶和淀粉酶反应, 使蛋白质和碳水化合物的利用率降低, 又可与金属离子化合物反应产生沉淀, 还可与维生素B12形成络合物而使其利用率降低[9]。 (7) 产生有毒有害物质抑制机体内酶或激素活性。一些因子如生氰糖苷会水解产生对人体有害的氢氰酸, 造成细胞内窒息, 使人体出现呼吸困难问题;另一些因子如生物碱会抑制胆碱酯酶的活性, 使得肠道发生紊乱, 出现肠胃不适的反应。
3 杂粮中ANF的检测技术
3.1 蛋白酶抑制因子的检测
最早的蛋白酶抑制因子的测定方法是由Kadade等[10]提出的酶化学分析法, 主要用于测定大豆, 但此法的缺点是灵敏度低, 干扰因素较多。目前, 最常用的检测方法是Liu法和ELLSA法, 由于两者检测原理不同, 导致检测结果有差异, 采用Liu法较客观、准确, 但是浪费时间、难以批量检测;ELLSA法则具有批量测定和节省试剂的优点。董永利参考Stauffer的方法, 略有改进, 发现甜荞榆荞1号和苦荞榆6~21号籽粒均含有高活性胰蛋白酶抑制因子, 分别为792.1 U和913.0 U[11]。
3.2 皂甙的检测
目前, 国内外对皂甙的检测技术尚未建立标准的方法, 目前常用的方法主要有光谱法和色谱法。
光谱法中可见光光度法有许多不足之处, 如提取物中可能含有干扰物质对检测结果产生影响, 董怀海等[12]对该法的条件进行了优化。紫外分光光度法由于不易获取标准品, 一般需选用与其结构相似的物质作为标准品。黄贤校[13]选取齐墩果酸为标准品, 测定了大豆皂甙的含量。
色谱法中薄层色谱法的优点是简便、快速。高效液相色谱法是检测皂甙最有效和最常用的方法, Decroos等[14]用HPLC和ELSD同时对不同皂甙进行了定量测定;高效液相色谱和质谱联用技术 (LC-UV-MS) 是目前世界上最流行的皂甙分析方法, 尚蕊等[15]综合采用了两个研究者的方法, 以齐墩果酸作为标准品用酶标法测定了56份不同菜豆样品中的总皂甙, 得出结论是均值为3.730 mg/g。
3.3 植物凝集素的检测
植物凝集素的检测方法有凝集反应法和免疫测定法。
最初测定凝集素的方法是运用了凝集素具有和红细胞凝集反应的特性, 采用体外试管反应进行测定, 何述栋采用反胶束萃取法对黑芸豆中的凝集素进行了分离纯化, 并用兔血测定了黑芸豆凝集素活性[16]。Kau提出了凝集反应改进法, 此种方法不需要使用新鲜的红细胞, 而是采用把与相应凝集素具有结合特异性的糖复合物共价连接于聚苯乙烯胶粒上替代红细胞[17]。
目前广泛用于检测植物凝集素的方法是间接抑制酶联免疫法, 其优点在于能够大量、快速、准确地检测样品。多克隆抗体法的缺点是可能与其他蛋白发生交叉免疫反应, 会影响检测准确度, 针对此法缺点, 采用单克隆抗体的双抗夹心ELISA测定法则具有较高的灵敏度和准确性。
3.4 低聚糖的检测
目前杂粮中低聚糖主要是指水苏糖和棉籽糖, 其检测方法主要有酶解法和色谱法。
酶解法因其方便快捷而一直被广泛使用, 该法是通过酶将样品中棉籽糖分解为半乳糖、葡萄糖和果糖, 然后使用氧化酶试剂检测葡萄糖含量, 从而间接检测出样品中低聚糖含量, 由于水苏糖和棉籽糖的分解产物相同, 所以该法不适合样品中水苏糖和棉籽糖的单独检测。
色谱法中主要有薄层色谱法、气相色谱法和高效液相色谱法等。廖春龙等人利用薄层层析法可将棉籽糖和水苏糖分开, 其具有快速、简便、低成本等优点, 故常用作单糖、低聚糖的一种半定量检测方法。气相色谱检测具有高效、快速、高灵敏度以及样品用量小的优点。但是由于糖类挥发性差, 检测前需预先制备成对热稳定的衍生物, 进样口高温会将衍生物部分分解等因素都限制了该法的应用。检测低聚糖比较准确的方法是HPLC, 其具有高效、快速、灵敏度高, 应用范围广等优点。潘城采用HPLC建立了饲料中棉籽糖、水苏糖等12种甜味剂的测定方法[18]。
3.5 植酸的检测
1914年Henhuer和Stadler首次建立铁沉淀法测定植酸含量[19]。之后随着科技进步, 目前已经发展了比色法、沉淀法、酶解法、毛细管电泳法、反向高效液相色谱法、离子色谱法等多种方法。
比色法是目前植酸检测中最常用的方法, 分为分步显色法和脱色法。武雪芬等研究发现分步显色法分析1个样品需要30 min, 而脱色法仅需要10 min, 而且比色法使用的分光光度计简单常见, 分析结果与HPLC基本一致, 适用于大批量样品检测[20]。
沉淀法优点是快速简便, 检测成本低, 缺点是对IP6及其部分脱磷酸类似物鉴别的特异性差。Sandberg等人研究发现该法中IP3、IP4和IP5的量也计入IP6中, 使结果偏高[21]。
酶解法的原理是将植酸酶解后的产物与钼酸盐形成磷钼黄, 然后再通过比色的方法来确定其含量, 该法需要使用酸控制好p H值来保持酶的活性[22]。
反向高效液相色谱法是用HCl提取植酸, 然后用反向C18色谱柱进行分离, 以醋酸钠或磷酸二氢钾为流动相, 使IP6从多种醇中分离出来, 然后进行定量[23], 虽然该法准确性高, 但由于前处理复杂, 加上对试验人员操作水平要求高, 故一般不采用该法。
3.6 抗原蛋白的检测
抗原蛋白在杂粮中的含量较低, 且易于被其他成分所掩盖, 因此检测其含量很困难。目前研究探索了包括高效液相色谱法、酶联免疫吸附试验、免疫印记法等方法。
Castro-Rubio等[24]利用高效液相色谱法-质谱联用技术对大豆、红豆、绿豆和黑豆中的蛋白成分进行了测定, 研究发现杂豆的抗原蛋白与大豆抗原蛋白成分有所区别。
酶联免疫法中的双层夹心ELISA和竞争ELISA已广泛应用于大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白等抗原的检测, ELISA操作步骤较多, 抗体制备复杂, 因此实验周期较长, 但是其具有检测快速、准确且灵敏度高的特点。Pedersen等[25]研究表明, 夹心ELISA检测的灵敏度高于竞争ELISA, 更适合于抗原蛋白的检测。竞争ELISA方法选取的抗体多为单克隆抗体和兔抗多克隆抗体。Wang等[26]分别用单克隆抗体和兔抗多克隆抗体建立了大豆蛋白的检测方法。
免疫印记法是一种以凝胶电泳和固相免疫测定为基础的生化技术, 具有高分辨力和高特异性, 适合于抗原蛋白的定性和半定量检测。但是其也存在一次只能检测一种蛋白质且处理复杂等缺点。Christensen[27利用免疫印记法发现大豆球蛋白酸性多肽链免疫活性大于碱性多肽链的致敏性。
聚合酶链式反应 (PCR) 广泛应用于食品、杂粮中抗原蛋白的检测。Pedersen等[25]利用PCR技术检测出了大豆中的抗原蛋白, 表明其特异性和灵敏性较高, 但是影响DNA含量的因素都会影响该项技术的应用推广。
3.7 单宁的检测
目前测定单宁的方法包括氧化还原滴定法、比色法、原子吸收法、HPLC法等。
氧化还原滴定法是根据单宁的还原性而制定的, 主要有铁氰化钾法和高锰酸钾法。铁氰化钾法测定有反应温度较高、终点不好判断等缺点, 高锰酸钾法有终点误差较大、灵敏度不高的缺点。所以滴定法不适合于对单宁的准确定量。
目前测定单宁使用较多的是比色法, 如柠檬酸铁铵法、钒显色法、钨酸钠比色法等。柠檬酸铁铵法是国标采用的方法, 其原理是单宁能够与柠檬酸铁铵形成一种棕色络合物, 通过分光光度计在525 nm波长处测定吸光值来计算单宁含量。穆志新结合国标法建立了高粱中单宁含量的测定方法, 并对17个高粱品种进行了测试分析[28]。
原子吸收法和HPLC法具有不受颜色和共存物干扰、灵敏度高、测定结果准确等优点, 但是2种方法均需要借助复杂的仪器设备, 不适用于快速大批量检测。
3.8 非淀粉多糖的检测
常规的纤维分析方法都不能够准确地检测杂粮中的NSP含量, 目前测定NSP含量的方法主要有比色法和色谱法等。
非淀粉多糖中戊聚糖、β-葡聚糖等的含量可采用比色法进行测定。戊聚糖测定一般是将其水解成糠醛, 与显色剂反应后, 根据反应产物吸光度值来计算含量。该法优点是对实验仪器要求不高, 试剂易得, 简单快捷。Douglas发明了苯三酚-冰醋酸法, 可重复测定小麦中戊聚糖含量。辛瑞璞[29]的地衣酚-盐酸法能够测定可溶性戊聚糖和总戊聚糖的含量。
气相色谱法不仅可以测定非淀粉多糖的含量, 还可以测定出其单糖的组成。其原理是通过将多糖水解为单糖, 然后将单糖衍生为易挥发且对热稳定的乙酸酯, 然后用气相色谱测定单糖含量后计算多糖含量。目前测定饲料NSP含量多是采用Englyst等建立的乙酸酐衍生气相色谱法, 只是衍生方法存在部分差异。许辉等[30]采用硅烷化衍生化气相色谱法测定了不同筱麦品种的NSP含量。
4 小结
目前, 对于杂粮的抗营养因子的理化性质、作用机制和检测技术的研究大多是建立在对主要粮谷作物、大豆以及饲料的研究基础之上的。今后十分有必要建立完善有效的杂粮检测系统, 以全面而有效地认识杂粮的品质, 保证人体能够高效利用杂粮。本文总结了目前发现较稳定且可应用于杂粮研究的主要抗营养因子的检测技术, 但是一些抗营养因子如抗维生素因子、生氰糖苷等的检测技术还有待于进一步研究。
此外, 杂粮中的抗营养因子会在加工中发生变化, 测定时容易受到各种外界因素的影响, 且不同杂粮的抗营养因子成分和含量差异较大, 因此对杂粮抗营养因子检测技术尚需进行更深入的研究, 为杂粮中抗营养因子的消除、抗营养因子提取及其应用研究打下基础。
摘要：杂粮营养成分丰富, 符合人体摄入的比例, 可以调节人类的膳食平衡, 故在食品开发中有着广阔的发展前景。然而, 杂粮中存在的蛋白酶抑制因子、低聚糖、植酸以及单宁等多种抗营养因子 (ANF) 极大地限制了其推广应用。对杂粮中的主要抗营养因子的分类、作用机理和检测技术进行综述, 重点介绍了对蛋白酶抑制因子、皂甙、植物凝集素、低聚糖、植酸、抗原蛋白、单宁、非淀粉多糖等检测技术的研究进展。
关键词：杂粮,抗营养因子,检测技术
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