紫甘薯膳食纤维的提取及对自由基的清除作用

李润国, 高 岩, 单秀峰

(1. 沈阳师范大学 粮食学院, 沈阳 110034; 2. 辽宁水利职业学院, 沈阳 110122)

紫甘薯膳食纤维的提取及对自由基的清除作用

李润国1, 高 岩2, 单秀峰1

(1. 沈阳师范大学 粮食学院, 沈阳 110034; 2. 辽宁水利职业学院, 沈阳 110122)

紫甘薯; 膳食纤维; 自由基; 清除

0 引 言

1 材料与方法

1.1材料与试剂

紫甘薯:购自沈阳市某农贸市场;α-淀粉酶(2 000 U/g)、糖化酶(1×105U/mL):购自江苏锐阳生物科技公司;木瓜蛋白酶(6×106U/g):由国药集团化学试剂公司提供;DPPH:Sigma公司。

1.2仪器与设备

手持式粉碎机、干燥箱,恒温水浴锅,752S紫外可见分光光度计,离心机。

1.3实验方法

1.3.1 紫甘薯膳食纤维的提取

先将紫甘薯切成薄片,经干燥后,粉碎成细粉,过40目筛。每组实验称取5 g此干粉,分别加入蒸馏水45 mL,先用混合酶(即α-淀粉酶粉,糖化酶)在一定的温度下酶解80 min,漂洗至中性;再加入蒸馏水25 mL,加入木瓜蛋白酶在60 ℃下处理60 min,漂洗至中性,将所得物置于60～70 ℃下烘干至恒重,计算膳食纤维的得率[7-9]。以膳食纤维的得率为考察指标,以混合酶比例(α-淀粉酶粉∶糖化酶,m/m)、混合酶用量、混合酶酶解温度及蛋白酶用量为影响因素,通过L9(34)正交实验方法找出提取紫甘薯粉膳食纤维的最佳工艺参数。其因素水平分别为混合酶比例(4∶1、5∶1、6∶1);混合酶用量(0.5%、0.6%、0.7%);酶解温度(60 ℃、70 ℃、80 ℃);蛋白酶用量(0.4%、0.5%、0.6%)。

1.3.2 测定不同体系中薯粉膳食纤维粉清除自由基的能力

以正交实验中最佳条件提取膳食纤维,将膳食纤维分别配制成浓度为20、40、60、80、100、120、140 mg/mL的7种样品,分别进行清除自由基的体外实验[6]。

1.3.2.1 DPPH清除能力

利用比色法对清除效果进行测定[6,12]。取适量的DPPH,用95%的乙醇制成1×10-4mol/mL溶液,分别取5 mL该溶液置于7只试管中,分别向试管中加入0.5 mL的不同浓度的(20、40、60、80、100、120、140 mg/mL)膳食纤维溶液,在25 ℃下恒温30 min,4 000 r/min离心10 min,取上清液,在51 nm波长下分别测定吸光值为A1;用5 mL的95%乙醇替代上述5 mL的DPPH溶液,重复上述操作,分别测定吸光值为A1;再测定DPPH溶液(5 mL)与蒸馏水(0.5 mL)的混合液的吸光度为A3。

1.3.2.2 超氧阴离子自由基体系

采用邻苯三酚自氧化法:分别取1 mL上述7种不同浓度的膳食纤维溶液置于不同试管中,分别加入9 mL pH为8的磷酸盐缓冲溶液,在25 ℃下恒温15 min,取出3 mL的混合液,置入比色皿中,再加入45 mmol/L的邻苯三酚0.1 mL,摇匀并反应3 min后,在420 nm波长下测定吸光度[6]为A1;重复上述操作,但不添加邻苯三酚在420 nm波长下测定吸光度为A2;再测定磷酸盐缓冲溶液(9 mL、pH=8)、蒸馏水(1 mL)与邻苯三酚(0.1 mL,45 mmol/L)的混合液在420 nm波长下的吸光度[12]为A3。

1.3.2.3 羟自由的清除能力

比色法测定:分别取0.5 mL上述7种不同浓度的膳食纤维溶液置于不同试管中,向各试管中加入0.5 mL水杨酸-乙醇溶液(9.1 mmol/L)和0.5 mL的Fe2+溶液(9 mmol/L)及蒸馏水(3.5 mL),最后加入5 mL H2O2(88 mmol/L),摇均匀后,测510 nm处的吸光度为A1[13];重复上述操作,但不加入Fe2+溶液,而用0.5 mL蒸馏水代替,在波长510 nm处测定吸光度为A2[10];再测定0.5 mL蒸馏水代替0.5 mL膳食纤维溶液,加入0.5 mL水杨酸-乙醇溶液(9.1 mmol/L)和0.5 mL Fe2+溶液(9 mmol/L)及蒸馏水(3.5 mL),最后加入5 mL H2O2(88 mmol/L),摇均匀后,测510 nm处的吸光度为A3[14]。

1.3.3 自由基清除率的计算方法

自由基清除率P(%)表示为:P= [1-(A1-A2)/A3]×100%[10]

2 结果与分析

2.1正交实验结果

实验结果见表1。

表1 正交实验设计及结果

从极差分析可知: R4>R1>R3>R2,所以实验中重点考虑的4个因素对紫甘薯粉中膳食纤维提取得率的影响主次顺序为D>A>C>B,最佳提取工艺参数条件组合是A3B2C2D3,即0.7%的混合酶(α-淀粉酶∶糖化酶=6∶1),混合酶酶解温度70 ℃,木瓜蛋白酶使用量为0.6%,此条件下膳食纤维提取量为0.42 g,即5 g的紫薯干粉提取0.42 g膳食纤维,提取率为8.4%。

2.2紫甘薯粉膳食纤维对自由基的清除作用

2.2.1 紫甘薯粉膳食纤维对DPPH的清除作用

按1.3.2.1节中的方法,结果见表2。

表2 紫甘薯粉膳食纤维对自由基的清除作用

由表2可知,在研究浓度范围内,紫甘薯粉膳食纤维的浓度越大,其对DPPH的清除效果越强,但当浓度超过60 mg/mL后,其效果增强不明显。当达到140 mg/mL时,其清除效果可达到58.5%。

2.2.2 紫甘薯粉膳食纤维对超氧阴离子的清除作用

按1.3.2.2方法,结果见表3。由表3可知,紫甘薯粉膳食纤维对超氧阴离子有清除作用,随着膳食纤维的浓度增大而加强,当浓度高于100 mg/mL后,其清除自由基的效果趋于平缓。当浓度增到140 mg/mL时,其对自由基的清除率达到37.0%。

表3 紫甘薯粉膳食纤维对超氧阴离子的清除作用

2.2.3 紫甘薯粉膳食纤维对羟自由基的清除作用

•OH自由基的化学性质非常活泼,对人体细胞和组织危害很大[9-14]。因此,经常把某物质清除•OH的能力的大小作为评价其清除自由基的衡量标准。按1.3.2.3方法,结果见表4。

表4 紫甘薯粉膳食纤维对羟自由基的清除作用

由表4可知,在本研究的浓度范围内(20～140 mg/mL),随着膳食纤维的浓度增大,紫甘薯膳食纤维对羟自由基的清除作用加强,其清除率几乎呈直线上升,当膳食纤维浓度为140 mg/mL时,其清除率达到41.1%。

3 结 论

1) 以紫甘薯为材料,设计4因素3水平的正交实验,酶法提取膳食纤维。结果表明: 提取紫甘薯粉中膳食纤维的最佳参数为0.7%的混合酶(α-淀粉酶∶糖化酶=6∶1),混合酶酶解温度70 ℃,0.6%蛋白酶。

3) 通过实验可表明,一定量的膳食纤维对DPPH自由基、超氧阴离子自由基、羟自由基有明显清除效果,在日常膳食中富含膳食纤维食物对自由基有一定的清除能力[15],所以,应注意食物的多样化。

[ 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 car-rot insoluble fiber-rich fractions[J]. Lebensm-Wiss. u.-Techn-ol, 2004,39(12):155-160.

[ 3 ]孙存普,张建中,段绍谨. 自由基生物学导论[M]. 合肥: 中国科学技术大学出版社, 1999:1-15.

[ 4 ]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.

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

[ 6 ]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.

[ 7 ]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.

[ 8 ]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.

[ 9 ]钟希琼. 大薯膳食纤维的提取及其对自由基的清除作用[J]. 食品科学, 2010,31(24):139-141.

[10]丁利君,周国栋. 莲子水溶性糖的提取及其对自由基清除能力的研究[J]. 食品科学, 2002,23(8):252-254.

[11]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.

[12]向海艳,刘颖怡,戴开金. 芒果废弃物不同部位乙醇提取物DPPH自由基清除能力的研究[J]. 安徽农业科学, 2011,39(2):689-691.

[13]陈平,樊瑞胜,聂芊,等. 橙皮苷磺酸钠对自由基清除能力的研究[J]. 食品工业科技, 2007,28(9):22-25.

[14]鞠国泉,李敬. 海带中褐藻糖胶的提取及其对自由基清除能力的研究[J]. 食品研究与开发, 2007,28(2):151-154.

[15]洪镭,刘亚鸥. 紫甘薯研究综述[J]. 吉林农业, 2010,244(6):162-165.

Dietaryfiberextracationfrompurplesweetpotatoanditsabilityofremovingfreeradicals

LI Runguo1, GAO Yan2, SHAN Xiufeng1

(1. College of Grain Science and Technology, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China; 2. Liaoning Water ConservancyVocational College, Shenyang 110122, China)

The dietary fiber was extracted from fresh purple sweet potato by enzymatic hydrolysis and tested by orthogonal experiment. The results indicated that the optimal extraction processing conditions were: 0.7% mixed enzyme(α-amylase and glucoamylase at the ratio of 6∶1), hydrolysis temperature 70 ℃ hydrolysis time 80 min, and 0.6% protease at 60 ℃ for 60 min. The scavenging effects of fresh dietary fiber with various concentrations( 20～140 mg/mL) on DPPH, superoxide anion and hydroxyl free radical were also investigated in vitro. The results showed that the dietary fiber had strong scavenging capability on the 3 kinds of free radicals. With the increase of concentration of dietary fiber, its ability of removing free radicals was strengthened. But within the scope of 20～140 mg/mL, when the concentration increases to a certain extent, its ability of removing free radicals begins to flatten out on DPPH and superoxide anion free radical, the hydroxyl radical scavenging ability in a straight line up. With a radical scavenging ability size order as DPPH>superoxide anion>hydroxyl free radical.

purple sweet potato; dietary fiber; free radicals; scavenging

2014-01-20。

辽宁省科技厅自然科学基金资助项目(201102197)。

李润国(1965-),男,辽宁凤城人,沈阳师范大学教授。

1673-5862(2014)02-0206-04

TS202.1

: A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2014.02.016