全 文 ：中 国 酿 造
2011年 第 9期
总第 234期
沙果（Malu sasiatica）为蔷薇科植物林檎的果实，又名
海棠果、五色果、联珠果等，是东北地区夏秋季节大量上市
的水果，在其果汁加工过程中产生的附产物沙果渣中富含
膳食纤维，是一种优良的膳食纤维资源。微生物发酵处理
能改善膳食纤维的理化特性，更有利于发挥膳食纤维的生
理功能[1]。不同来源的膳食纤维，所含多酚类、可溶性膳食
纤维（SDF）和不溶性膳食纤维（IDF）均有差异；而同种来
源的膳食纤维，不同的加工制备方法，其产品的理化特性
和生理功能也存在一定的差异[2]。目前有关沙果膳食纤维
（dietary fiber from Malus asiatica pomace，MPDF）的持水
力、膨胀力以及对胆固醇、NO2-吸附性能的研究尚未见报
道。因此，本研究以发酵法制备的沙果渣膳食纤维为原料，
研究了MPDF对胆固醇、NO2-的吸附性能，期望为沙果渣资
源的高值转化利用提供参考。
1 材料和方法
1.1 主要材料
沙果膳食纤维制备：沙果渣由黑龙江省大庆隆赫达食
品有限公司提供，为生产沙果浓缩汁后的残渣。以沙果渣
为原料，经破碎、脱脂、加入适量奶粉搅拌混均后，灭菌后，按
12%接入复合菌种（米根霉∶乳酸杆菌∶酵母菌=2∶2∶1），在30℃
发酵3d。混合发酵后，经干燥，粉碎过80目筛即得沙果膳食
纤维（MPDF），产品呈浅褐色[3]。样品化学组成见表1。
鸡蛋，购于超市；亚硝酸钠、冰乙酸、盐酸、氢氧化钠、
硫酸铁、对氨基苯磺酸、盐酸萘乙二胺等试剂均为国产分
析纯；胆固醇标准品购于上海齐奥化工科技有限公司。
1.2 主要仪器与设备
730型紫外-可见分光光度计：惠普上海光学仪器有限
公司；HZQ-QX全温振荡器：哈尔滨东联电子技术开发有
限公司；TGL-16G高速台式离心机：上海安亭科学仪器厂；
微型植物试样粉碎机：天津泰斯特仪器有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 持水力的测定
沙果膳食纤维对胆固醇和亚硝酸根离子吸附作用的研究
牛广财1，朱 丹2，肖 盾3，魏文毅1
（1.黑龙江八一农垦大学 食品学院，黑龙江 大庆 163319；2.黑龙江八一农垦大学生命科学技术学院，黑龙江 大庆 163319；
3.黑龙江九三油脂集团有限公司，黑龙江 哈尔滨 150090）
摘 要：采用离体实验模拟人体胃和肠道的pH值条件，探讨了沙果膳食纤维对胆固醇和亚硝酸根离子（NO2-）的吸附能力。结果表明，
在体外模拟实验中,沙果膳食纤维对对胆固醇和NO2-的吸附效果与pH值有关。沙果膳食纤维在pH值为7.0中性条件下（模拟小肠的
pH值环境）对胆固醇的平均吸附量为7.62mg/g，高于pH值为2.0酸性条件下（模拟胃的酸性条件）的5.80mg/g吸附量；沙果膳食纤维在
pH值为2.0条件下对NO2-的吸附能力为1.21mg/g，高于pH7.0条件下的0.85mg/g的吸附量。说明沙果膳食纤维具有明显的清除胆固醇
和NO2-的效果，是一类高活性的膳食纤维。
关 键 词：沙果；膳食纤维；吸附；胆固醇；亚硝酸根离子
中图分类号：TS202.3 文献标识码：A 文章编号：0254-5071（2011）09-0047-03
Adsorption of cholesterol and NO2- on Malus asiatica dietary fiber
NIU Guangcai1, ZHU Dan2, XIAO Dun3, WEI Wenyi1
(1. College of Food Science, Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China; 2. College of Life Science and Technology,
Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing 163319, China; 3.Heilongjiang Jiusan Oil & Fat Co., Ltd., Harbin 150090, China)
Abstract: The adsorption of cholesterol and NO2- on dietary fiber from Malus asiatica pomace (MPDF) was studied by in vitro test which simulated the
pH of human gastrointestinal tract. The results showed that the adsorption capacity of Malus asiatica dietary fiber on cholesterol and NO2- was related
with pH in vitro. Under pH value 7.0(simulating the pH of small intestine), the average adsorption capacity on cholesterol was 7.62mg/g, which was
higher than that of 5.80mg/g under pH value 2.0(simulating the pH value of stomach). Under pH value 2.0, the average adsorption capacity on NO2-
was 1.21mg/g, which was higher than that of 0.85mg/g under pH value 7.0. It was indicated that MPDF had obvious adsorption and elimination activity
on cholesterol and NO2-, which guaranteed it as a high active dietary fiber.
Key words: Malus asiatica; dietary fiber; adsorption; cholesterol; NO2-
收稿日期：2011-06-10
基金项目：黑龙江省普通高等学校青年学术骨干支持计划项目（1154G59）
作者简介：牛广财（1971-），男，教授，研究方向为果蔬贮藏加工与发酵食品。
表1 沙果膳食纤维样品化学组成
Table 1. Chemical composition of MPDF
样品 粗蛋白/% 灰分/% 水分/% SDF/% IDF/% TDF/%
沙果膳食纤维
（MPDF） 4.36 4.24 11.48 13.24 66.16 79.40
沙果果渣（MP） 9.56 4.87 11.74 5.56 67.38 72.94
研究报告 47· ·
2011 No．9
Serial No．234 China Brewing
准确称取1.00g膳食纤维放入100mL烧杯中，加入足够
的蒸馏水摇匀，在20℃浸泡并搅拌1h，将吸饱水的膳食纤维
倒入滤纸漏斗上过滤，待水滴干后，把结合了水的膳食纤
维全部转移到表面皿中称质量（g），计算持水力（WHC）[1]。
沙果膳食纤维的持水力 =（样品湿重 - 样品干重）/ 样品
干重（g）。
1.3.2 膨胀力的测定
准确称取沙果膳食纤维100mg放入带有刻度的玻璃试
管中，记录体积V1（mL），然后加入一定量蒸馏水，振匀后在
20℃放置24h，观察样品在试管中的自由膨胀体积V2（mL），
即读取液体中样品的体积。计算膨胀力（SWC）[4]。
沙果膳食纤维的膨胀力 =膨胀体积 V2 -干品体积 V1
样品干重（g）
。
1.3.3 沙果膳食纤维对胆固醇吸附作用的测定
胆固醇标准曲线的绘制：按GB/T 5009.128-2003法，准
确吸取0.0mL、0.5mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL胆固醇标准液
（100μg/mL）分别置于10mL试管中，混匀，20℃~37℃静置
10min，在各试管内加入冰乙酸使总体积均达到4.0mL，再沿
试管壁加入2.0mL铁矾显色剂，混匀，15min后在波长560nm
处比色测定，以总胆固醇量为横坐标，OD值为纵坐标绘制
标准曲线[5]。
吸附效果测定：用9倍蒸馏水把鲜鸡蛋的蛋黄充分搅
拌成乳液。取2.0g膳食纤维于200mL的三角瓶中，加入50g
稀释蛋黄液，搅拌均匀，调节体系pH值为2.0和7.0，置摇床
中，置于摇床中，37℃振荡2h，4000r/min离心20min，吸取
0.04mL上清液，参照标准曲线法在波长560nm处比色测定
胆固醇含量[6]。
对胆固醇的吸附量 =（吸附前蛋黄液中胆固醇量 - 吸附后
上清液中胆固醇量）/膳食纤维质量。
1.3.4 沙果膳食纤维对NO2-吸附能力的测定
NO2-标准曲线的绘制：按GB 5009.33-2010法，准确移
取 0.00mL、0.20mL、0.40mL、0.60mL、0.80mL、1.00mL、1.50mL、
2.00mL、2.50mL NO2-溶液（100μmol/L）于9支试管中，分别
加入2mL 0.4%对氨基苯磺酸溶液，混匀，静置3min~5min
后再加入1mL 0.2%盐酸萘乙二胺溶液，混匀，静置15min，
以空白为参比，在波长538nm处测吸光度值，以亚硝酸根
含量为横坐标，OD值为纵坐标绘制标准曲线[7]。
吸附效果测定：设置吸附环境为pH7.0和pH2.0（模拟
小肠和胃环境），反应在250mL三角瓶中进行，反应体积为
100mL，NO2-浓度为100μmol/g，加入0.5g膳食纤维，于37℃
恒温条件下电磁搅拌反应，分别进行5min、15min、30min、
60min、120min、180min、240min后，各取1mL样液，按标准
曲线的方法测定NO2-的浓度，并计算对NO2-吸附量[8]。
NO2-吸附量=（吸附前 NO2-含量 - 吸附后 NO2-含量）/膳食
纤维质量。
2 结果与分析
2.1 沙果膳食纤维的持水力和膨胀力
持水力和膨胀力是衡量膳食纤维品质的2个重要指
标。膳食纤维的持水性和溶胀性越大就表示膳食纤维的
吸附性能越强，这一点与其膳食纤维的分子结构有关。由
表2可以看出，在持水力和膨胀力方面，发酵法制备的沙果
膳食纤维（MPDF）的持水力平均为7.32g/g，膨胀力平均
为4.18mL/g，而沙果果渣（MP）的持水力平均为5.28g/g，膨
胀力平均为3.13mL/g，均低于MPDF。西方国家常用的小
麦麸皮纤维持水力为4.0g/g，膨胀力为4.0mL/g[1]。可见，沙
果膳食纤维的持水力明显高于小麦麸皮膳食纤维，而膨胀
力则略高于小麦麸皮纤维。
2.2 沙果膳食纤维对胆固醇的吸附效果
胆固醇标准曲线见图1。标准曲线的回归方程为y=
0.0027x-0.0064，r2=0.9978。沙果膳食纤维对胆固醇的吸附
结果见表3。
由表3可知，在pH值为2.0的环境中（模拟人体胃液环境），
沙果膳食纤维对胆固醇的平均吸附量为5.80mg/g；在pH
值为7.0的环境中（模拟人体小肠环境），沙果膳食纤维对
胆固醇的平均吸附量为7.62mg/g。这说明沙果膳食纤维在
中性条件下（模拟小肠的pH值环境）对胆固醇的吸附能力
高于酸性条件下（模拟胃的酸性条件）的吸附能力。虽然
表2 沙果膳食纤维持水力和膨胀力
Table 2. Water-holding capacity and swelling capacity of MPDF
样品 持水力 /（g·g-1） 膨胀力 /（mL·g-1）
沙果膳食纤维MPDF 7.32±0.18 4.18±0.06
沙果果渣MP 5.28±0.12 3.13±0.05
表3 沙果膳食纤维对胆固醇的吸附效果
Table 3. Adsorption capacity of MPDF on cholesterol
胆固醇吸附量 /（mg·g-1）
MPDF 5.80±0.08 7.62±0.10
MP 1.10±0.02 2.40±0.05
pH值
2.0 7.0
Research Report48· ·
中 国 酿 造
2011年 第 9期
总第 234期
沙果果渣在中性条件下对胆固醇的吸附能力也高于酸性
条件下的吸附能力，但是沙果膳食纤维MPDF对胆固醇的
吸附效果要远远高于沙果果渣的吸附能力。
2.3 沙果膳食纤维对NO2-的吸附效果
NO2-标准曲线见图2，其标准曲线的线性回归方程为
y=70.771x-0.1027，r2=0.999。
沙果膳食纤维对NO2-的吸附结果见图3。由图3可知，
反应体系的pH值对沙果膳食纤维吸附NO2-的能力存在着
明显的影响。无论是发酵法制备的沙果膳食纤维，还是沙
果果渣，在pH值为2.0条件下对NO2-的吸附能力都比pH值为
7.0的高。同时，沙果膳食纤维的吸附能力大于沙果果渣，沙
果膳食纤维对NO2-的吸附能力随时间的变化趋势基本相
同，即吸附开始的60min内，吸附能力变化明显，随着时间
的延长，变化则较为平缓。相比而言，pH值为2.0时沙果果渣
在30min就趋于到饱和，而pH7.0时要60min才能达到饱和。
这说明沙果膳食纤维在胃内对NO2-的吸附能力大于肠道
内吸附能力。同时，在体外模拟试验中，沙果膳食纤维的吸
附量均高于沙果果渣，这可能是因沙果膳食纤维的可溶性
纤维SDF含量较高，在溶液中呈胶溶状态，占有较大的比
表面积，因此，对NO2-具有较强的物理吸附优势。
3 讨论
膳食纤维具有较强的持水力和膨胀力，易引起饱腹感，
可缩短粪便在肠道的停留时间，能吸附油脂、胆固醇、NO2-
等，可有效降低心血管疾病和癌症的发病率[9]。实验结果
表明，发酵法制备的沙果膳食纤维的持水性和溶胀力均高
于西方国家常用的标准麸皮膳食纤维的功能性指标（持水
力4.0g/g，膨胀力4.0mL/g），说明沙果膳食纤维是一类高活
性的膳食纤维。
随着人类膳食中高脂食物的比例的增加，食物中过多
的胆固醇与血液中的低密度脂蛋白结合，形成低密度胆固
醇脂蛋白，当胆固醇以此种形式在血液中流动时，容易沉
积在心血管壁上，造成血管阻塞，引起多种心血管疾病。
已有研究表明，膳食纤维可吸附胆固醇，降低心血管病症
的发病机率[10]，这与本实验的结果是一致的。沙果膳食纤
维对胆固醇的吸附能力受体系酸碱性影响，在中性条件下
（模拟小肠的pH值）对胆固醇的吸附能力高于酸性条件下
（模拟胃的pH值）的吸附能力，这与麦麸、大薯、香芋等膳
食纤维吸附胆固醇的能力一致，与马铃薯膳食纤维的相
反[11]。同时，在体外模拟试验中，沙果膳食纤维的吸附量均
高于沙果果渣，可能与沙果膳食纤维的可溶性纤维（SDF）
含量较高有关，这与叶静等[12]的“可溶性膳食纤维对胆固
醇的吸附能力大于不溶性膳食纤维和总膳食纤维”的研
究结果一致。
膳食纤维对NO2-的吸附效果与pH值有关，酸性环境
下吸附较好[12-13]。实验结果表明，在体外模拟试验中，沙果
膳食纤维在pH2.0条件下对NO2-的吸附能力比pH7.0的高
也说明了这点，这提示沙果膳食纤维对NO2-的吸附主要集
中在胃部。由于膳食纤维组成十分复杂，含有多种混合多
糖，其中的多糖可以与阿魏酸、香豆酸等酚酸通过酰化作
用组成复合物。酚酸在胃部酸性条件下，可与NO2-发生反
应而阻断致癌物N-硝基化合物。但进入小肠pH值达中性
后，由于升高pH值，含羧基化合物（糖醛酸、阿魏酸等）上
的羧基解离，增大了膳食纤维表面的负电荷密度，从而排
斥NO2-，使之释放出来而发生了解吸[14]。
参考文献：
[1]毛慧君，文良娟，李英军，等.发酵法从西番莲果渣中制备膳食纤维的
研究[J].食品科学，2010，31（3）：193-197.
[2]谌小立，赵国华.抗氧化膳食纤维研究进展[J].食品科学，2009，30（5）：
291-294.
研究报告 49· ·
2011 No．9
Serial No．234 China Brewing
[3]肖 盾，牛广财，朱 丹，等.发酵法制取沙果渣可溶性膳食纤维的研
究[J].中国酿造，2010（3）：166-170.
[4]周令国，肖 琳，周雅琳，等.湿法超微粉碎与挤压制备大豆膳食纤维
粉[J].食品研究与开发，2010，31（10）：30-33.
[5] GB/T 5009.128-2003.食品中胆固醇的测定[S].
[6]黄才欢，欧仕益，张 宁，等.膳食纤维吸附脂肪、胆固醇和胆酸盐的
研究[J].食品科技，2006（5）：133-136.
[7] GB 5009.33-2010.食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定[S].
[8]李来好，杨贤庆，戚 勃. 4种海藻膳食纤维对 NO2-吸附作用的研究
[J].中国海洋药物杂志，2006，25（1）：28-31.
[9]刘彩虹，丁胜福，李晓明.膳食纤维在疾病防治中的应用[J].医学综
述，2010，16（16）：2459-2461.
[10]黄凯丰，杜明凤.膳食纤维研究进展[J].河北农业科学，2009，13（5）：
53-55.
[11]钟希琼，胡文娥，林丽超.膳食纤维对油脂、胆固醇、胆酸钠和亚硝酸
根离子吸附作用的研究[J].食品工业科技，2010，31（5）：134-136.
[12]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.
[13]李 丽，李庆龙，常宪辉.小麦膳食纤维持水 /膨胀力及吸附特性的
研究[J].粮食加工，2008，33（5）：14-16，26.
[14]欧仕益，高孔荣，黄惠华.麦麸水不溶性膳食纤维对 NO2-清除作用的
研究[J].食品科学，1997，18（3）：6-9.
Monellin是存在于西非植物 Dioscoreophyllum cum-
minsii中的一种甜蛋白，1972年由美国宾州化学味觉中心
分离纯化而命名[1]，其甜度是等质量蔗糖的 3000倍，在目
前甜味剂中其甜度最高，且热量低、不易被细菌利用[2]。在
欧美、日本等国家主要用于食品加工、饮料、宠物饲料添加
剂、药品辅料等，具有广阔的市场前景。但由于其自然资源
少、产地偏僻、产量低、无法满足市场需求，使甜蛋白难以
实现大规模的商品化生产[3-4]。
国外，KIM SH等[5-6]进行了重组基因工程菌产Monellin
的研究，但所表达的Monellin产量低。国内，吴刚等[4，7]分
别在毕赤酵母、酿酒酵母中成功实现了Monellin的表达。
还有一些Monellin的研究报道。但从已有的报道来看，由
于表达水平不高，难以实现工业化生产。
WHF9/monellin是基于酿酒酵母 rDNA介导的重组食
响应面法优化酿酒酵母工程菌产甜蛋白monellin发酵培养基
赵沁沁1，刘 军1*，徐爱才1，欧阳文1，闫达中1，赵胜军2
（1.武汉工业学院生物与制药工程学院，湖北 武汉 430023；2.武汉工业学院动物科学与营养工程学院，湖北 武汉 430023）
摘 要：对酿酒酵母工程菌WHF9/monellin在液体培养基中产甜蛋白 monellin的条件进行了优化。采用单因子试验筛选出细胞生长
培养基的最适碳源为蔗糖，氮源为玉米浆干粉，且应添加微量元素溶液。在此基础上，利用Plackett-Burman试验设计筛选出影响菌体
生物量的3个显著因素：蔗糖、玉米浆干粉、微量元素溶液。用最陡爬坡路径逼近最大响应区域后，利用 Box-Behnken设计和响应面分
析法对显著因素进行优化，得出蔗糖、玉米浆干粉、微量元素溶液的最佳浓度分别为102.2g/L，33.9g/L，4.5mL/L。菌株在优化后的生长
培养基中的生物量比在YPD培养基中提高了81.38%。在诱导剂半乳糖最适浓度 102.2g/L条件下，菌株在优化后的培养基中monellin
的表达量达到 226.7mg/L，比在YPG中表达的monellin提高了4.2倍，且表达的monellin具有生物活性。
关 键 词：monellin；酿酒酵母；Plackett-Burman试验设计；响应面法；优化
中图分类号：Q93-335 文献标识码：A 文章编号：0254-5071（2011）09-0050-06
Optimization of fermentation medium of sweet protein monellin produced by engineering strain of
Saccharomyces cerevisiae using response surface methodology
ZHAO Qinqin1, LIU Jun1*, XU Aicai1, OU Yangwen1, YAN Dazhong1, ZHAO Shengjun2
(1.College of Biological and Pharmaceutical Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China；
2.College of Animal Science and Nutritional Engineering, Wuhan Polytechnic University, Wuhan 430023, China)
Abstract：The fermentation medium of sweet protein monellin produced by engineering strain of Saccharomyces cerevisiae, WHF9/monellin, were
optimized in this paper. Single factor experiments showed that the optimal carbon source was sugar, and the optimal nitrogen source was corn steep
liquor powder and trace elements were added in cell growth medium. Based on these results, effects of three significant factors on biomass were
selected in Plackett-Burman experiment design. The steepest ascent was used to approach the optimal region of response value. The optimal medium
formula was obtained by Box-Behnken design and response surface methodology as follows: sugar 102.2g/L, corn steep liquor powder 33.9g/L and
trace elements 4.5ml/L. Under these conditions, the biomass was increased by 81.38% in the cell growth medium compared with that in the YPD
medium. Under the optimal concentration of galactose 102.2g/L, the production of monellin reached 226.7mg/L, which was improved by 4.2 fold
compared with that of YPG medium and monellin had biological activity.
Key words：monellin; Saccharomyces cerevisiae; Plackett-Burman design; response surface methodology; optimization
收稿日期：2011-04-13
基金项目：湖北省教育厅重点项目（D200718002）
作者简介：赵沁沁（1986-），女，湖北荆门人，硕士研究生，研究方向为微生物生物技术；刘 军*，副教授，通讯作者。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Research Report50· ·