啤酒糟水溶性多糖的抗氧化活性及其饮料的开发

付全意，李 琳，余旭聪，袁慧娟，刘国琴，李 冰*

(华南理工大学轻工与食品学院，广东 广州 510640)

啤酒糟水溶性多糖的抗氧化活性及其饮料的开发

付全意，李 琳，余旭聪，袁慧娟，刘国琴，李 冰*

(华南理工大学轻工与食品学院，广东 广州 510640)

以啤酒糟为原料，采用超微粉碎和超声波辅助法提取水溶性多糖。通过清除羟自由基(·OH)、超氧阴离子自由基(O2－·)和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基能力的检测，证明啤酒糟水溶性多糖具有一定的抗氧化活性。研究水溶性多糖复合果汁饮料的加工工艺，通过感官风味评价制备出一种新型的水溶性多糖复合果汁饮料。该水溶性多糖复合果汁饮料中水溶性多糖含量2g/100mL、总酸0.5430g/100mL、总糖12.15g/100mL、VC 18.97mg/100mL、蛋白质0.2029g/100mL，是补充VC和水溶性多糖的优质饮料。

啤酒糟；多糖；饮料

啤酒生产以大麦为主要原料，经发酵提取籽实中可溶性碳水化合物后的残渣称为啤酒糟。啤酒糟是啤酒工业的主要副产品，每生产1t的啤酒大约会产生0.25t的啤酒糟。啤酒糟具有较高的营养价值，研究发现啤酒糟中主要成分为蛋白质24%、纤维素16.8%、非纤维素的多糖(主要是阿拉伯木聚糖)28.4%和木质素27.8%[1-3]。

目前，国内大多数工厂将啤酒糟当做粗饲料直接低价出售，有的甚至将湿糟直接排放，不仅造成严重的环境污染，还导致资源的浪费。在发达国家，由于受环境保护法的严格制约，啤酒糟的开发利用获得高度重视。国外研究人员利用啤酒糟发酵生产复合氨基酸营养液、多糖、食醋、甘油、酱油等，大大提高了啤酒糟的商用价值，同时还减少了环境污染[4-7]。人类体内的自由基与其他化学成分反应，从而导致了许多疾病的发生[8-11]。研究证实，多糖可以作为自由基清除剂，降低自由基对人体组织的损伤[12-16]。

本实验以啤酒糟为原料提取水溶性多糖(BSGP)，研究BSGP的抗氧化活性，并将纯化的BSGP添加到果汁饮料中，通过调配、均质和杀菌等工艺，制备一种营养丰富，感官评价高的水溶性多糖复合果汁饮料。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

啤酒糟 广州珠江啤酒厂；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH) 美国Sigma公司；食品添加剂(耐酸CMC和阿拉伯胶)、蔗糖、蜂蜜(均为食品级)；其他试剂均为分析纯。

6002-8型高速粉碎机 上海鼎广机械设备有限公司；100目标准筛网 上海丰行筛网制造有限公司；VCX500型超声波破碎仪 美国Sonics公司；BS224S型电子天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司；RE-52AA型真空旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂；Wizard2.0型真空冷冻干燥机 美国VirTis公司；3K30型高速冷冻离心机 美国Sigma公司；HH-1型恒温水浴锅 金坛市富华仪器有限公司；PHSJ-4A型pH计 上海精密科学仪器有限公司；FA25型高剪切分散乳化机 上海弗鲁克流体机械制造有限公司；DH3600A型恒温培养箱 上海比朗仪器有限公司；SW-CJ-1D型单人净化工作台 苏州净化有限公司；MSP-100E型微波萃取仪 北京雷明科技有限公司；Kjeltec 2300型自动定氮仪 丹麦Foss公司。

1.2 啤酒糟水溶性多糖分离和纯化工艺流程

啤酒糟干燥→粉碎过100目筛网→超声波辅助提取→离心→上清液真空浓缩→Sevag法除蛋白质→乙醇沉淀→冷冻干燥→BSGP-1样品→溶解→过滤→Sephadex G100凝胶柱层析→采用苯酚硫酸法测定水溶性多糖的含量→收集主要洗脱峰组分BSGP-2→纯度鉴定→透析、浓缩、冷冻干燥→粉碎→啤酒糟BSGP-2纯品

1.3 BSGP-2抗氧化活性的研究

啤酒糟水溶性多糖清除羟自由基(·OH)参考文献[17]测定；啤酒糟水溶性多糖清除超氧阴离子自由基(O2－·)采用文献[18]的方法测定；啤酒糟水溶性多糖清除1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)参考文献[19-20]测定。

自由基清除率/%=(A0－A)/A0×100

式中：A0为空白对照液体的吸光度；A为加入水溶性多糖后的吸光度。

1.4 啤酒糟水溶性复合果汁饮料工艺流程

鲜橙汁→添加水溶性多糖→柠檬酸、蔗糖和蜂蜜溶解→加入稳定剂(黄原胶和耐酸CMC)→均质→灌装→杀菌→成品

1.5 感官评价标准

表1 多糖复合果汁饮料的感官评价标准Table 1 Sensory evaluation criteria for compound beverage containing polysaccharides

对多糖复合果汁饮料的色泽、香气、口感和组织状态进行感官质量评定，具体评分标准见表1。

1.6 杀菌

分别采用巴氏杀菌法、超声波杀菌法和微波杀菌法。每个样品取25mL置于带盖玻璃瓶中，分别经过不同杀菌方法处理后，冷却至室温，取100μL样品液涂于培养基表面，并转动培养皿使液体在培养基表面分布均匀。再将培养基置于37℃培养箱中培养48h后取出，计算培养基表面菌落数。

1.7 多糖复合果汁饮料的指标测定

1.7.1 饮料沉淀率

将经处理的果汁静置72h，8000r/min离心6min，弃去上清液，称量沉淀质量，按下式计算沉淀率(M)：

M/%=m1/m2×100

式中：m1为沉淀物质量/g；m2为离心果汁饮料质量/g。

1.7.2 其他指标

饮料中VC含量测定采用SN/T 0869—2000《进出品饮料中维生素C的测定方法》；饮料中总酸(以柠檬酸计)的测定采用GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定》；饮料中总糖的测定采用苯酚硫酸法；饮料中蛋白质含量的测定采用GB/T 5009.5—2003《食品中蛋白质的测定》。

2 结果与分析

2.1 啤酒糟水溶性多糖的纯化

本实验采用的啤酒糟中粗脂肪含量约为0.5%，蛋白质含量约为28%。采用水提法提取的粗BSGP中含有较多的蛋白质。根据蛋白质在氯仿中变性的特点，按粗BSGP水溶液1/4体积加入Sevag试剂(氯仿:正丁醇=4:1，V/V)，混合振荡30min，高速离心去除水层与溶剂层交界处的变性蛋白质，此操作重复8次，考马斯亮兰检测为阴性证明蛋白质除尽，得到BSGP-1。

图1 BSGP-1的凝胶柱层析Fig.1 Gel chromatography of BSGP-1

将BSGP-1水溶液用Sephadex G100凝胶柱层析，结果见图1。收集主要洗脱峰组分，透析48h，冷冻干燥得纯化后的BSGP-2，得率为0.36%，其中水溶性多糖的含量为91.35%。

2.2 啤酒糟水溶性多糖的纯度检测

水提法提取的水溶性多糖中的主要杂质的是水溶性蛋白质，采用紫外-可见光谱分析纯度鉴定BSGP-2的纯度，结果见图2。蛋白质的紫外-可见光谱在260nm波长处有强烈的吸收峰，从图2可知，BSGP-2的紫外-可见光谱在该处没有吸收峰，结合考马斯亮兰法检测为阴性的结果，确定纯化的BSGP-2中不含蛋白质。水溶性多糖的主要成分是水溶性多糖，多糖是强极性物质，在紫外-可见光谱分析中没有吸收峰，图2证明凝胶柱层析后收集的主要成分是水溶性多糖。

图2 水溶性多糖的紫外-可见光谱分析Fig.2 UV-visible spectroscopy of BSGP-2

2.3 啤酒糟水溶性多糖的抗氧化活性

图3 BSGP-2对自由基的清除率Fig.3 Scavenging activity of BSGP-2 on free radicals

啤酒糟水溶性多糖纯品BSGP-2具有清除自由基的功能，但从图3可看出，BSGP-2对自由基的清除率随着质量浓度的增加而上升，清除率与质量浓度呈现一定的量效关系。·OH可快速地得到水溶性多糖碳氢链上的氢原子结合成水，而水溶性多糖的碳原子上则留下一个成单电子，成为碳自由基，进一步氧化形成过氧自由基，最后分解成对机体无害的产物。O2－·可以与水溶性多糖发生氧化反应，达到清除的目的。DPPH自由基是一类稳定的自由基，具有3个芳环结构，属于芳香类自由基，研究水溶性多糖与DPPH自由基相结合的能力，可以推测其对对芳香自由基的清除能力。DPPH的乙醇溶液中呈深紫色在517nm波长处有强吸收。在有自由基清除剂存在的条件下，DPPH自由基与还原基团的反应模式为AH+DPPH·→DPPH—H+A·。DPPH被氧化后在517nm波长处的吸收逐渐减弱，其吸光度与清除剂的清除能力和接受电子数量有关。

本研究中采用体外实验的方法说明啤酒糟水溶性多糖具有一定的抗氧化活性，但对生物体内氧化代谢所产生自由基的清除不能十分准确地模拟，故该反应体系只能用来定性说明某种物质是否具有抗氧化活性。啤酒糟水溶性多糖具有清除氧自由基活性的功能将为其合理开发利用提供依据。

2.4 多糖最适添加量对饮料的风味和口感的影响

选择1、2、3、4、5g/100mL啤酒糟多糖粉BSGP-2用量进行感官比较实验，结果见表2。

表2 多糖添加量对饮料的影响Table 2 Effect of polysaccharide amount on the quality of beverage

由表2可以看出，1、2g/100mL的多糖添加量其饮料感官评价最佳，复合饮料的口感柔和爽口、无涩味，故选用2g/100mL的啤酒糟多糖加入量。

2.5 均质时间对原料沉淀率的影响

均质的主要作用是使果汁饮料体系中较大颗粒分散质破裂为更小的微粒，从而提高稳定性，同时改善果汁饮料的口感，使其质地均匀细腻。本实验采用的混合稳定剂是3g/L的耐酸MC和4g/L阿拉伯胶，按照原料最优配比配制果汁。先固定均质速率为13000r/min，均质时间分别设为15、30、45、60、75s，以饮料的沉淀率为指标，确定最优的均质时间，结果见图4。

图4 均质时间对原料沉淀率的影响Fig.4 Effect of homogenization time on precipitation rate

由图4可知，在13000r/min的均质速率下，当均质时间75s时，果汁的沉淀率最低。

表3 不同巴氏杀菌条件的效果比较Table 3 Effect of pasteurization

2.6 不同杀菌方法的效果

2.6.1 巴氏杀菌法

制备6杯果汁饮料，将其中5杯分别置于65、75、85、90、95℃水浴加热15min，待冷却至室温后进行菌落测定[18]。另外，剩下的一杯果汁不进行杀菌，作空白。对6杯果汁进行微生物实验，测定菌落总数。不同巴氏杀菌温度对杀菌效果及VC保存率的影响见表3。

根据表3可知，不同巴氏杀菌条件对VC保存率的影响有比较明显的差异。采用95℃、5min时，VC保存率最高，达到83.93%，而且产品的感官评价较好，杀菌率为98.37%。

2.6.2 超声波杀菌法

制备5杯果汁饮料。其中4杯分别采用11W(20%)、33W(35%)、52W(50%)和90W(65%)的功率进行杀菌，处理时间为20min。另外，剩下的一杯果汁不进行杀菌，作空白。对5杯果汁进行微生物实验，测定菌落总数。不同超声功率对杀菌效果及VC保存率的影响见表4。

表4 不同超声杀菌功率的杀菌效果比较Table 4 Effect of ultrasonic sterilization

由表4可知，超声杀菌法基本不会对果汁中的VC造成破坏，以上几种超声杀菌条件下，VC的保存率均在93%以上，彼此间差距甚微。另外，不同杀菌条件下产品的感官评价也差别不大，都能保持果汁的香味及良好色泽。从杀菌效果的角度看，采用90W(65%)的功率，处理时间20min这一超声条件，其杀菌效果最佳，杀菌率为99.30%。

2.6.3 微波杀菌法

制备5杯果汁饮料。固定微波功率为300W(40%)，其中4杯分别采用分别处理30、45、60、75s。另外，剩下的一杯果汁不进行杀菌，作空白。分别测定5杯果汁的菌落总数。不同微波杀菌条件对杀菌效果及VC保存率的影响见表5。

表5 不同微波杀菌条件的效果比较Table 5 Effect of microwave sterilization

由表8可知，微波杀菌法对果汁中VC的破坏程度很小，以上几种微波杀菌条件下，VC的保存率均在90%以上，彼此间差别不超过4%。同时，不同杀菌条件下产品的感官评价也差别不大，都能保持果汁的香味及良好色泽。从杀菌效果的角度看，采用300W(40%)的功率，处理时间75s这一微波条件，其杀菌效果最佳，菌落总数为0。

综上所述，比较巴氏杀菌、超声杀菌和微波杀菌3种杀菌方法，它们都有各自的优点与不足。巴氏杀菌法整体杀菌效果最佳，但往往容易造成产品品质和感官指标的下降，影响产品的商品价值；超声杀菌法属于冷杀菌，很好地保持了产品的原始风味，防止营养物质的流失，有利于保持产品的稳定性，但是单一使用超声杀菌法，其杀菌效果往往比较有限；微波杀菌法则具有低温、短时等特点，能保持食品营养成分不被流失和破坏，色、香、味、VC等损失较少，有利于保持产品的原有品质，而且杀菌效果也比较理想，缺点是由于加热时间非常短，较小的误差可能会导致较大的影响。

2.7 多糖复合果汁饮料的营养成分

通过各项检测可知，多糖复合果汁饮料的营养成分如表6所示。

本多糖复合果汁饮料的主要营养成分为总酸0.5430g/100mL、总糖12.15g/100mL、VC含量18.97mg/100mL、蛋白质0.2029g/100mL。

表6 多糖复合果汁饮料营养成分表Table 6 Nutritional components of compound beverage containing polysaccharides

3 讨 论

以水提法提取的水溶性多糖作为辅料，研制复合果汁饮料的加工工艺。通过对多糖复合果汁饮料的稳定性进行研究发现以3g/L的耐酸MC和4g/L阿拉伯胶作为混合稳定剂，在13000r/min的均质速率下均质75s，得到的饮料沉淀率最低为0.797%，稳定性和组织状态皆良好。

研究表明，果汁饮料对加热敏感，不同杀菌方法对果汁营养成分及风味物质的破坏程度不同。微波杀菌法有利于VC及风味物质的保存，同时耗能小，采用在300W的微波功率下杀菌75s时，VC的保存率为90.38%，杀菌率为100.00%。

本研究中制备的啤酒糟多糖复合果汁中水溶性多糖含量2g/100mL、总酸0.5430g/100mL、总糖12.15 g/100mL、VC 18.97mg/100mL、蛋白质0.2029g/100mL，表明此复合果汁饮料产品是补充VC和多糖的优质饮料。

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Antioxidant Activity of Soluble Polysaccharides from Brewer' s Spent Grains and Development of a Compound Orange Juice Beverage with Them

FU Quan-yi，LI Lin，YU Xu-cong，YUAN Hui-juan，LIU Guo-qin，LI Bing*

(College of Light Industry and Food Sciences, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)

Soluble polysaccharides were extracted from brewers spent grains by ultra-fine grinding and ultrasound-assisted extraction method. Result showed that soluble polysaccharides had strong antioxidant activity. These soluble polysaccharides were used as the supplementary materials to develop a novel polysaccharide beverage. The optimal formula of this beverage (100 mL) was composed of 2 g of soluble polysaccharides, 0.5430 g of total acid, 12.15 g of total sugar, 18.97 mg of vitamin C and 0.2029 g of protein. Therefore, this beverage is a high quality drink containing vitamin C and polysaccharides.

brewerspent grains；polysaccharide；beverage

TS201.1

B

1002-6630(2010)20-0499-05

2010-06-30

广东省教育厅产学研基地科技成果转化重大项目(cgzhzd0704)；国际科技合作项目(2009DFA32070)；“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAD27B04)

付全意(1982—)，男，博士研究生，研究方向为糖类物质及其药物的制备与生物利用。

E-mail：fuquanyi@yahoo.com.cn

*通信作者：李冰(1972—)，女，副教授，博士，研究方向为食品化工与生物化工。E-mail：bli@scut.edu.cn