大薯膳食纤维的提取及其对自由基的清除作用

钟希琼

(佛山科学技术学院生命科学学院食品科学系，广东 佛山 528231)

大薯膳食纤维的提取及其对自由基的清除作用

钟希琼

(佛山科学技术学院生命科学学院食品科学系，广东 佛山 528231)

以大薯粉为材料，设计四因素三水平正交试验，酶法提取膳食纤维。结果表明：0.6%混合酶(α-淀粉酶与糖化酶质量比为6:1)于80℃处理80min，0.6%蛋白酶在60℃处理60min，对糖类、蛋白质的脱除作用较彻底。以体外实验研究不同质量浓度(5～35mg/mL)的膳食纤维鲜样对自由基的清除效果，设计3种不同反应体系：1,1-二苯基-2-苦味肼基自由基(DPPH自由基)、超氧阴离子自由基(O2·)、羟自由基(·OH)。结果表明：大薯膳食纤维对3种自由基都有一定的清除能力，平均清除率分别为24.30%、51.08%、46.07%。即对3种自由基清除能力大小顺序为：超氧阴离子自由基＞羟自由基＞二苯代苦味酰自由基。其中质量浓度15mg/mL的膳食纤维对这3种自由基的清除达到高峰，清除率分别为27.52%、60.0%、48.43%。

大薯；膳食纤维；自由基；清除

膳食纤维(dietary fiber，DF)是指不能被人体消化的多糖类和木质素的总称[1]。膳食纤维具有降低血浆胆固醇含量、预防心血管疾病，改善肠道的吸收功能、预防便秘和结肠癌的效果。被人们称为“第七营养素”[2]。此外，膳食纤维在清除外源有害物质方面也有着独特的功能[3-9]。对自由基也有一定的清除作用。自由基被认为是人体衰老和某些慢性病发生的原因之一，当人体内的自由基产生过多或清除过慢，就会攻击各种生物大分子，使正常的细胞和组织受损，加速其衰老并诱发多种疾病[10]。麦麸、米糠、海藻等酶法提取膳食纤维及对自由基的清除作用已有报道[11-13]。

大薯(Dioscorea batatas)是薯蓣属植物，野生者块茎多为长圆柱形；栽培者块茎形状变异较大，呈扁圆形而重叠，或有分支。它具有健脾止泻、益肺滋肾的功效，我国的栽种面积虽然不大，但它的块茎有较高的食用价值。本实验拟进行酶法提取大薯膳食纤维及其对自由基的清除作用研究，为纤维功能性食品的开发提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

大薯：购自南海桂城农贸市场；α-淀粉酶(2000U/ g) 广东环凯微生物科技有限公司。糖化酶(1×105U/g)张家港市金源生物化工有限公司；木瓜蛋白酶(2×106U/ g) 广州威佳科技有限公司；DPPH Sigma公司；质量分数30% H2O2、HCl、乙醇、硫酸亚铁、水杨酸、邻苯三酚等(均为分析纯)。

巨轮牌粉碎机 河北黄骅市齐家务修造厂；可控硅控恒温水浴锅 通州市沪通实验仪器厂；101-2电热干燥箱 金坛市科析仪器有限公司；752S紫外-可见分光光度计 上海棱光技术有限公司；TGL-16G离心机 上海安亭仪器厂。

1.2 方法

1.2.1 大薯膳食纤维的制备[14-15]

取新鲜大薯，去皮后洗净，切片，在65～75℃条件下烘干至质量恒定，粉碎，过40目筛。

采取L9(34)正交试验方法(即混合酶比例、用量、温度及蛋白酶用量4个因素各设3个水平)进行薯粉膳食纤维提取，以脱除淀粉和蛋白质。称取5g薯粉9份，分别加入45mL蒸馏水，以混合酶比例(即α-淀粉酶:糖化酶，m/m)分别为4:1、5:1、6:1，混合酶用量分别为质量分数0.5%、0.6%、0.7%，混合酶处理温度分别为60、70、80℃，处理80min后，用蒸馏水漂洗至中性；再加入25mL蒸馏水，木瓜蛋白酶用量分别为0.4%、0.5%、0.6%，在60℃条件下处理60min，再漂洗至中性。每个处理重复3次。将提取后的鲜样品烘干，计算膳食纤维的平均得率。以正交试验中脱除淀粉和蛋白质的最佳条件进一步提取膳食纤维，将其鲜样品配制成7个不同质量浓度，分别为5、10、15、20、25、30、35mg/mL，每个质量浓度设3次重复，进行清除自由基的体外实验。

⑴ 胃癌患者术前 NLR、PLR、MLR、NWR、LWR、MWR的高低与预后的差异有统计学意义（P＜0.05），高 NLR、PLR、MLR、NWR、MWR和低 LWR提示较差的预后（图2）。

1.2.2 测定不同体系中大薯膳食纤维清除自由基的能力[11]

1.2.2.1DPPH自由基体系

比色法测定膳食纤维对DPPH自由基的清除作用：DPPH用95%乙醇配成1×10-4mol/L溶液，于试管中加入相应试剂，25℃恒温30min，4000r/min离心10min，取上清液在波长517nm处测定吸光度。其中A1为5mL DPPH溶液＋0.5mL膳食纤维时的吸光度；A2为5mL 95%乙醇＋0.5mL膳食纤维时的吸光度；A3为5mL DPPH溶液＋0.5mL蒸馏水时的吸光度。

1.2.2.2 超氧阴离子自由基体系

采用邻苯三酚自氧化法测定膳食纤维对超氧阴离子自由基的清除作用：于试管中加入相应试剂，25℃恒温15min，取混合液3mL于比色皿中加入45mmol/L的邻苯三酚(用0.01mmol/L HCl配制)0.1mL，摇匀，反应3min，在波长420nm处测定吸光度。其中A1为9mL pH8磷酸盐缓冲溶液＋1mL膳食纤维＋0.1mL 45mmol/L邻苯三酚时的吸光度；A2为9mL pH8磷酸盐缓冲溶液＋1mL膳食纤维时的吸光度；A3为9mL pH8磷酸盐缓冲溶液＋1mL蒸馏水＋0.1mL 45mmol/L邻苯三酚时的吸光度。

1.2.2.3 羟自由基体系

比色法测定Fenton反应产生的羟自由基：于试管中加入膳食纤维0.5mL、9.1mmol/L水杨酸-乙醇溶液0.5mL、9mmol/L Fe2+溶液0.5mL、蒸馏水3.5mL，最后加入5mL 88mmol/L H2O2启动Fenton反应。摇匀后于波长510nm处测定吸光度为A1，用0.5mL的蒸馏水代替9mmol/L Fe2+溶液所测得的吸光度为A2，用0.5mL蒸馏水代替膳食纤维所测得的吸光度为A3。

2 结果与分析

2.1 酶法提取大薯膳食纤维正交试验

在单因素试验(结果未列出)基础上，选择影响大薯膳食纤维提取的4个主要因素——混合酶比例、用量、温度及蛋白酶用量，每个因素设3个水平进行L9(34)正交试验。结果见表1。

表1 正交试验设计及结果Table 1 Results of orthogonal experiments

从极差分析可知：R3＞R4＞R2＞R1，所以A、B、C、D 4个因素对薯粉中膳食纤维提取影响的主次顺序为C＞D＞B＞A，最佳提取条件组合为A3B2C3D3，即0.6%混合酶(α-淀粉酶与糖化酶质量比为6:1)、处理温度80℃、0.6%蛋白酶(60℃处理60min)对淀粉和蛋白质的脱除最彻底。以此条件提取膳食纤维，进行下一步清除自由基的实验。

2.2 大薯膳食纤维对自由基的清除作用

2.2.1 膳食纤维质量浓度对DPPH自由基的清除作用

由图1可知，大薯膳食纤维在一定的质量浓度范围内对DPPH自由基都有清除作用，清除率介于22.83%～27.52%，平均清除率为24.30%。膳食纤维质量浓度增大，对DPPH自由基的清除能力先升后降，质量浓度为15mg/mL时，对DPPH自由基的清除作用最强，清除率达到27.52%。质量浓度超过25mg/mL后，清除率趋于平稳。

图1 大薯膳食纤维对DPPH自由基的清除作用Fig.1 Scavenging capability of dietary fiber from big yam on DPPH free radicals

2.2.2 膳食纤维质量浓度对超氧阴离子自由基的清除作用

图2 大薯膳食纤维对超氧阴离子自由基的清除作用Fig.2 Scavenging capability of dietary fiber from big yam on superoxide anion free radicals

由图2可知，大薯膳食纤维对超氧阴离子自由基有良好的清除作用，平均清除率为51.08%，比对DPPH自由基的清除作用强。当膳食纤维质量浓度较小时，清除率直线上升，质量浓度在15～20mg/mL范围内，对超氧阴离子自由基的清除效果最好，清除率高达60.0%，此后趋于平缓。

2.2.3 膳食纤维质量浓度对·OH的清除作用

图3 大薯膳食纤维对·OH的清除作用Fig.3 Scavenging capability of dietary fiber from big yam on hydroxyl free radicals

·OH是化学性质最活泼的一种自由基，危害性很大。因此，常用清除·OH的能力来评价一种物质对自由基的清除效果。由图3可知，大薯膳食纤维对·OH有较强的清除作用，清除率介于44.36%～48.43%之间，平均清除率为46.07%。当膳食纤维质量浓度为15mg/mL时，对·OH的清除率达48.43%，接近50%。

3 结 论

本研究采用酶解法，设计四因素三水平的正交试验对大薯粉进行膳食纤维的提取，得出提取条件为0.6%混合酶(α-淀粉酶与糖化酶之比为6:1)于80℃处理80min、0.6%蛋白酶在60℃处理60min对糖类和蛋白质的脱除较彻底。

大薯膳食纤维在一定的质量浓度范围内对DPPH自由基、超氧阴离子自由基、羟自由基等都有一定的清除作用，平均清除率分别为24.30%、51.08%和46.07%，即该膳食纤维对这3种自由基的清除能力是：超氧阴离子自由基＞羟自由基＞二苯代苦味酰自由基。另外，膳食纤维质量浓度为15mg/mL时，对3种自由基的清除作用最强，从而说明只要饮食中有一定量的膳食纤维，就能部分清除自由基，减轻自由基对人体的危害。而即使摄入大量的膳食纤维，也未必能完全清除自由基。

[1]郑建仙. 功能性膳食纤维[M]. 北京: 化学工业出版社, 2005: 15-22.

[2]CHAU C F, CHEN C H, LEE M H. Comparison of the characteristics, functional properties, and in vitro hypoglycemic effects of various carrot insoluble fiber-rich fractions[J]. Lebensm Wiss u-Technol, 2004, 37 (12): 155-160.

[3]陈亚非, 赵谋明. 水溶性与水不溶性膳食纤维对油脂、胆固醇和胆酸钠吸附作用研究[J]. 现代食品科技, 2005, 21(3): 58-60.

[4]欧仕益, 郑妍, 刘子立, 等. 酵解和酶解麦麸吸附脂肪和胆固醇的研究[J]. 食品科技, 2005(1): 91-93.

[5]周利民, 刘峙嵘, 许文苑. 麦麸对重金属离子的吸附性能研究[J]. 离子交换与吸附, 2005, 21(4): 370-375.

[6]李刘冬, 李来好, 石红, 等. 海藻膳食纤维对雌激素吸附作用的研究[J]. 中国海洋药物杂志, 2005, 24(3): 1-4.

[7]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): 28-32.

[8]张宁, 张日新, 林奇龄. 膳食纤维对丙烯酰胺的吸附研究[J]. 粮油加工与食品机械, 2006(5): 84-85.

[9]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(5): 134-136.

[10]SINGH N, RAJINI P S. Free radical scavenging activity of an aqueous extract of potato peel[J]. Food Chemistry, 2004, 85: 611-613.

[11]张璟, 欧仕益, 张宁. 麦麸酶解产品清除自由基的体外实验研究[J].营养学报, 2005, 27(1): 25-29.

[12]刘友明, 赵思明, 熊善柏, 等. 米糠的蛋白酶水解提取物抗氧化活性及分子量分布研究[J]. 中国粮油学报, 2006, 21(2): 1-4.

[13]李来好, 李刘冬, 石红, 等. 4种海藻膳食纤维清除自由基的比较研究[J]. 中国水产科学, 2005, 12(4): 471-476.

[14]钟海燕, 韩军, 苏勇, 等. 从葛根渣中酶法制备膳食纤维[J]. 作物学报, 2005, 31(12): 1606-1610.

[15]刘达玉, 左勇. 酶解法提取薯渣膳食纤维的研究[J]. 食品工业科技, 2005(5): 90-92.

Extraction of Dietary Fiber from Big Yam and its Scavenging Capability on Free Radicals

ZHONG Xi-qiong
(Department of Food Science, School of Life Science, Foshan University, Foshan 528231, China)

Big yam was used as the raw material to explore the optimal enzymatic extraction processing for dietary fiber through orthogonal experiments. Results indicated that the optimal extraction processing conditions of dietary fiber from big yam were 0.6% compound enzyme composed of α-amylase and glucoamylase at a ratio of 6:1, hydrolysis temperature of 80 ℃ and hydrolysis time of 80 min. The carbohydrate and protein in big yam could be completely cleared out if big yam was treated with 0.6% compound enzyme at 60 ℃ for 60 min. The scavenging effects of dietary fiber from big yam with various concentrations (5-35 mg/mL) on DPPH, superoxide anion and hydroxyl free radicals were also investigated in vitro. Results exhibited that the dietary fiber from big yam had strong scavenging capability on 3 kinds of free radicals. The scavenging rates of dietary fiber from big yam on DPPH, superoxide anion and hydroxyl free radicals were 24.30%, 51.08% and 46.07%, respectively. In addition, the dietary fiber at the concentration of 15 mg/mL exhibited the strongest scavenging activity with the scavenging rates of 27.52%, 60.0% and 48.43%, respectively.

big yam；dietary fiber；free radical；scavenging

R151.4

A

1002-6630(2010)24-0139-03

2010-02-03

钟希琼(1965—)，女，副教授，硕士，研究方向为食品化学及食品添加剂。E-mail：hgmzh@21cn.com