豆渣膳食纤维的结构表征及其抗氧化性研究

涂宗财 段邓乐 王 辉 陈丽莉 黄小琴

（南昌大学食品科学与技术国家重点实验室1，南昌 330047）

（江西师范大学生命科学学院2，南昌 330022）

豆渣膳食纤维的结构表征及其抗氧化性研究

涂宗财1，2段邓乐1王 辉1陈丽莉1黄小琴2

（南昌大学食品科学与技术国家重点实验室1，南昌 330047）

（江西师范大学生命科学学院2，南昌 330022）

采用扫描电镜、红外光谱、热重及化学分析等方法对豆渣膳食纤维（soybean dregs dietary fiber，SDF）的结构进行表征，对其抗氧化性及其对维生素C（VC）抗氧化活性的影响进行了探讨。研究发现，SDF中不溶性膳食纤维含量占总膳食纤维含量的92%左右。SDF颗粒形貌各异，结构紧密，内部由纤维素类物质形成支撑主体，热力学稳定。SDF具有良好的羟自由基（·OH）清除能力，且呈量－效关系，但DPPH·清除能力很弱。SDF－VC复合物清除·OH的能力表现为简单的加和作用，但其在DPPH·体系中则表现出良好的协同增效作用，能有效抑制VC的降解。

豆渣 膳食纤维 结构表征 VC 抗氧化

膳食纤维是人类不可缺少的营养成分之一，被称为第七大营养素，是营养学家、流行病学家及食品科学家等关注的热点。膳食纤维的摄入成为改善人们的饮食结构，防治各种“文明病”的一条有效途径。从膳食纤维的化学成分来看，其分子链中各单糖分子的结构并无独特之处，但是由单糖分子结合形成的大分子结构赋予膳食纤维一些独特的物化特性，从而影响其生理功能。研究表明，膳食纤维具有改善糖类代谢，抑制血糖升高［1－2］，降低血清胆固醇含量和血压［3］，促进体内有益菌群的繁殖生长［4］，抗氧化、清除自由基［5］，防癌抗肿瘤［6］等作用。

豆制品加工过程中会产生大量的豆渣，豆渣中含有丰富的膳食纤维、蛋白质等营养物质，其中膳食纤维含量高达60%左右［7］，是一种良好的膳食纤维来源。不同来源的膳食纤维，其内部化学组成、结构以及物化特性存在差异，对机体健康具有不同的影响。VC是一种常见的抗氧化剂和食品添加剂，而膳食纤维与抗氧化剂的协同或拮抗作用的研究，国内外鲜有报道。因此，本研究以豆渣膳食纤维 （soybean dregs dietary fiber，SDF）为试验对象，采用扫描电镜、红外光谱、热重及化学分析等方法对膳食纤维结构进行研究，并对SDF的抗氧化能力及其对VC抗氧化活性的影响进行分析，为探究SDF的化学本质及其生理活性提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

豆渣：市售；α－淀粉酶：上海宝曼生物科技有限公司；木瓜蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶、2－（N－吗啉代）磺酸基乙烷（MES）：Solarbio公司；1，1－二苯基－2－三硝基苯肼（DPPH·）：Sigma公司。

LGJ－1冷冻干燥机：北京亚泰科隆仪器技术有限公司；KDY－9820凯氏定氮仪：北京通润源机电技术有限责任公司；Quanta200F扫描电镜：美国FEI公司；Nicolet5700傅里叶红外光谱仪：美国Nexus仪器公司；TG／DTA PYRIS DIAMOND同步热分析仪：美国PE公司；T6新世纪紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限责任公司。

1.2 试验方法

1.2.1 制备 SDF［8－9］

新鲜豆渣烘干、粉碎、过筛（80目）后，加入PBS缓冲液，搅拌直至样品完全分散，分别用α－淀粉酶、蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶进行酶解消化，冷冻干燥得到SDF。

1.2.2 基本成分测定

水分含量：国标 GB 5009.3—2010；蛋白质含量：凯氏定氮法；脂肪含量：索氏抽提法；灰分测定：国标GB 5009.4—2010；不溶性膳食纤维和可溶性膳食纤维：AOAC 991.43酶 －重量法［10］；中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维和酸不溶木质素：Van Soest的纤维洗涤剂测定法［11］。

1.2.3 颗粒形貌观察和红外光谱

将SDF干燥恒重后，取适量样品粘于观察台上，然后镀膜，用扫描电镜观察其微观结构。采用傅里叶变换红外光谱仪进行红外光谱检测。

1.2.4 热稳定性

将SDF在TG／DTA PYRIS DIAMOND同步热分析仪中以10℃／min升温速率升温，温度范围30～800℃［12］。

1.2.5 SDF抗氧化性及其对VC抗氧化活性的影响

1.2.5.1 SDF和VC样品复合处理方法

SDF和VC复合方案一：将SDF加入到水中，37℃水浴震荡30min后，离心，取上清液（SSDF）与VC溶液1∶1混合测定抗氧化能力；复合方案二：将SDF加入到VC溶液中，37℃水浴震荡30min后，离心，取上清液测定抗氧化能力。

清除·OH试验中样品复合处理时，SDF有效质量浓度500μg／mL，VC有效质量浓度分别为125、100、75、50、25μg／mL。

清除DPPH·试验中样品复合处理时，SDF有效质量浓度500μg／mL，VC有效质量浓度分别为12.5、10.0、7.5、5.0、2.5μg／mL。

1.2.5.2 ·OH清除能力的测定

按照文献［13－14］的方法，稍作修改。于10mL比色管中加入 FeSO4（3 mmol／L）1mL、水杨酸（3 mmol／L）1mL、不同浓度样液 2mL，最后加入 H2O2（3 mmol／L）1mL启动反应。37℃水浴反应30min，以蒸馏水作参比，于510 nm测吸光值Ax。蒸馏水做空白对照，所测得的吸光值为A0。以不加双氧水的反应体系吸光值为本底吸收值Ax0。清除率计算公式如下：

式中：A0为空白对照的吸光值；Ax为加入样品溶液后的吸光值；Ax0为本底吸光值。

1.2.5.3 DPPH·清除能力的测定［15］

于10mL比色管中加入DPPH·乙醇溶液（0.1 mmol／L）3mL和不同浓度样液2mL，混合均匀，室温避光反应30min后于517 nm测吸光值。清除率计算公式如下：

式中：A0为蒸馏水加DPPH·溶液的吸光值；Ax为样液加DPPH·溶液的吸光值；Ax0为样液加乙醇溶剂的吸光值。

1.2.6 数据分析

样品做3次平行试验，SPSS18.0进行统计分析，所有数据用平均值±标准偏差表示。

2 结果与讨论

2.1 SDF中基本成分含量

SDF中基本成分含量见表1。含有总膳食纤维（72.13±2.05）%，但其中主要由不溶性膳食纤维组成，占总膳食纤维含量的92%左右。经计算得出，纤维素质量分数（ADF质量分数－ADL质量分数）为43.74%，半纤维素质量分数（NDF质量分数－ADF质量分数）为20.89%。

表1 SDF基本成分质量分数／%

2.2 膳食纤维的颗粒形貌

图1 SDF的扫描电镜图

图1为SDF扫描电镜图，可以看出，SDF为块状，结构紧密，颗粒形状各异，大小不一，内部由纤维素类物质形成支撑主体，表面疏松。原因是膳食纤维经酶解后，纤维多糖的糖苷键以及氢键作用力被破坏，导致纤维多糖降解，聚合度下降，分子量降低。同时，表面疏松，增大了颗粒表面积，从而赋予SDF良好的持水性、溶解性，这与文献［16－17］的研究结果一致。

2.3 红外图谱分析

SDF红外光谱具有纤维素类多糖的特征吸收峰［18］，如图 2所示。3 200～3 600 cm－1处出现的宽展圆滑的吸收峰是O—H的伸缩振动，说明SDF中有较多羟基以及结合水分子。2 800～3 000 cm－1处是糖环或支链上 C—H的伸缩振动特征吸收峰，1 638 cm－1处是C＝O的特征吸收峰，1 200～1 400 cm－1是C—H的弯曲振动，这些区域的吸收峰是糖类的特征峰。1 000～1 200 cm－1是糖类C—O的收缩振动，其中1 054 cm－1是 C—O—C环内 C—O伸缩振动和C—O—H的O—H的变角振动，是多糖的另一特征吸收峰［19］。另外，在 1 740、1 540、1 240 cm－1处附近可能存在来自蛋白质、脂类的羰基、苯环、乙酰基的伸缩振动［20］，这表明SDF含有蛋白质、脂类成分，这与表1中成分分析相一致。

图2 SDF的红外光谱图

2.4 SDF的热重分析

如表2所示，SDF的热分解曲线分为3个阶段，其中最主要的失重发生在第二阶段，第一、三阶段的热失重率很低。在第一阶段30～208.5℃失重率仅有4.7%，主要是SDF分子内自由水、结晶水。这与徐学玲［21］认为大豆可溶性膳食纤维和不可溶性膳食纤维在27～173℃范围内失重率达到10%左右不同，可能与本试验SDF样品是经过减压干燥恒重后进行检测有关。对样品的DTG曲线分析发现，SDF在第二阶段表现出2个不同的失重速率，分别在260.3和330.2℃时热解速率达到最大，这一阶段主要是发生热分解反应造成的［22］。从热重分析可以看出，SDF在200℃以下是稳定的，有较好的热稳定性。

表2 SDF热分解失重

2.5 SDF的抗氧化性及其对VC抗氧化活性的影响

2.5.1 清除·OH试验

·OH可以很容易的穿过细胞膜，与碳水化合物、蛋白质，甚至是细胞内的DNA等生物大分子发生反应，会导致细胞的坏死及机体的病变，所以清除·OH是有效预防各种疾病的重要途径之一。

从图3可以看出，SDF清除·OH的能力随着浓度的不断增加而增大，其清除·OH的能力越来越接近VC。说明SDF中含有一定量的供氢体，能使·OH还原，在一定程度上抑制自由连锁反应，起到了清除作用。

图3 SDF和VC对·OH的清除效果

图4 ·OH清除效果协同作用比较图

从图 4可以看出，SSDF与 125、100、75、50、25 μg／mL 5个质量浓度的VC混合组成的复合物清除·OH能力比两者在添加浓度下的活性之和小，没有协同增效作用，反而表现出拮抗作用 （P＜0.05）。经过方案二处理以后，加和的自由基清除能力低于图3中相应浓度VC的清除能力，说明VC的清除能力降低，这是因为VC在较高温度或者见光下易降解。但VC与SDF混合组成的复合物清除能力减弱较小，说明SDF的加入可能和VC结合延缓了VC的分解。SDF与125、100、75、50、25μg／mL VC组成的复合物清除·OH能力与两者在添加浓度下的活性之和不存在显著性差异（P＞0.05），表现为简单的加和作用。

2.5.2 清除DPPH·试验

清除DPPH自由基是一种常用的体外抗氧化方法。但SDF对DPPH自由基的清除能力很弱（见图5），在5 mg／mL的高质量浓度条件下，清除率仅为4%左右。这可能与SDF纯度以及对DPPH·清除的非专一性有关［23］。

图5 SDF和VC对DPPH·的清除效果

由图6知，SSDF与12.5、10.0、7.5、5.0、2.5μg／mL 5个质量浓度的VC混合组成的复合物清除DPPH·能力比两者在添加浓度下的活性之和小，表现为拮抗作用。并存在显著性差异。经过方案二处理以后，加和的DPPH·清除能力低于图5中相应浓度VC的清除能力，说明VC抗氧化活性有下降，但SDF的加入能有效阻碍VC活性的降低，两者混合组成的复合物清除DPPH·能力表现出协同增效作用，差异性显著（P＜0.05）。

图6 DPPH·清除效果协同作用比较图

3 结论

3.1 豆渣富含膳食纤维，是一种很理想的纤维素源。豆渣经酶解去除蛋白和淀粉后得到的SDF主要由不溶性膳食纤维组成，占总膳食纤维含量92%左右。SDF的颗粒形状各异，大小不一，结构紧密，内部由纤维素类物质形成支撑主体，其红外光谱具有纤维素类多糖的特征吸收峰，在200℃以下是稳定的，有较好的热稳定性。

3.2 SDF的·OH清除能力约为VC清除能力的20%，且与质量浓度呈良好的量 －效关系。在DPPH·体系中，SDF活性极低。SDF与不同浓度的VC混合组成的复合物清除·OH的能力表现为简单的加和作用，但其在DPPH·体系中则表现出良好的协同增效作用，能延缓VC的降解。

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Structural Characterization and Antioxidant Activity of Soybean Dregs Dietary Fiber

Tu Zongcai1，2Duan Dengle1Wang Hui1Chen Lili1Huang Xiaoqin2

（State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University1，Nanchang 330047）
（College of Life Science，Jiangxi Normal University2，Nanchang 330022）

The structure of soybean dregs dietary fiber（SDF）was characterized by SEM，IR，TGA and chemicalmethods.Meanwhile，the effect of soybean dregs dietary fiber on the antioxidant activity were discussed.The results showed that insoluble dietary fiber contentaccounted for around 92%of total dietary fiber content in SDF.Particles of SDF with various sizes，shapes and intensive structure were supported mainly by cellulose inside，and SDF was thermodynamically stable.SDF exhibited good scavenging activity of hydroxyl radical which was increased with the concentration increasing.But the scavenging activity of DPPH·was very weak.The complex of SDF and VC not only showed adding and synergistic effects on·OH and DPPH·scavenging activities respectively，but also it effectively reduced VC degradation.

soybean dregs，dietary fiber，structural characterization，VC，antioxidant

TS214.9

A

1003－0174（2015）06－0022－05

国家自然科学基金（20976078），江西省专利产业化项目（20133BBM26016）

2014－01－15

涂宗财，男，1965年出生，教授，博士生导师，食物资源开发与高效利用