大蒜秸秆可溶性膳食纤维的超声复合酶解提取及其抗氧化性分析

赵匀淑 程静 卢子博 李璇 陈文文 黄六容

摘要：为了增强大蒜秸秆膳食纤维的生理功能，研究了不同提取方法对其可溶性膳食纤维（Soluble dietary fiber，SDF）含量的影响。以SDF含量为响应值，对比分析超声、酶解及超声复合酶解法的改性效果，研究固液比、超声时间、超声功率、加酶量和酶解时间等因素对SDF得率的影响，通过羟基（·OH）和1，1-二苯基-2-苦基肼自由基（DPPH·）清除率评价SDF的体外抗氧化能力。结果表明，超声复合酶解法提取的SDF得率最高，通过单因素优化试验确定其最佳提取条件为固液比1∶30、超声功率300 W、超声时间15  min、加酶量5%、酶解时间4 h;SDF对·OH和DPPH·的清除率较强，其IC50（50% Inhibitory concentration，IC50）分别为1.41和0.64 mg/mL，且在一定浓度范围内，自由基清除率与SDF浓度呈现剂量效应线性关系，说明大蒜秸秆SDF是一种较好的抗氧化剂。

关键词：大蒜秸秆;可溶性膳食纤维;超声;酶解

中图分类号：TS201.2         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）06-0117-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.06.027           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Abstract： In order to enhance the physiological function of garlic straw dietary fiber，the different extraction methods on the soluble dietary fiber （Soluble dietary fiber，SDF） content were studied. Taking SDF content as the response value，the modification effects of ultrasound，enzymatic hydrolysis and ultrasonic complex enzymatic hydrolysis were compared and analyzed，and the effects of solid-liquid ratio，ultrasound time，ultrasound power，enzyme amount and enzymatic hydrolysis time on the yield of SDF were studied. The antioxidant capacity of SDF in vitro was evaluated by the clearance rate of hydroxyl（·OH） and 1，1-diphenyl-2-amylhydrazine free radicals （DPPH·）. The results suggested that when garlic straw was pretreated by ultrasonic assisted enzymatic hydrolysis method，the SDF yield was the highest. The optimal extraction conditions consisted of solid/liquid ratio of 1∶30， ultrasonic power of 300 W，ultrasonic time of 15 min，E/S ration of 5% and enzymatic hydrolysis of 4 h. The IC50 of SDF on OH· and DPPH· were obtained to be 1.41 and 0.64 mg/mL， respectively. Moreover，the relationship between free radical scavenging rate and SDF concentration was linear， suggesting that SDF was a good antioxidant.

Key words： garlic straw; soluble dietary fiber; ultrasound; enzymatic hydrolysis

膳食纖维根据溶解性的不同可分为不溶性膳食纤维（Insoluble dietary fiber，IDF）和可溶性膳食纤维（Soluble dietary fiber，SDF）两大类[1]。可溶性膳食纤维由于含有大量的亲水基团，它不但具有显著生理功能，还可以提高食品的持水性、持油性以及冷冻稳定性，常作为营养添加剂和食品改良剂广泛应用于生产应用中[2-4]。大蒜秸秆中可溶性膳食纤维含量较低，不符合高品质膳食纤维的要求，为了提高其应用价值，找到合适的方法改善膳食纤维的溶解性具有重要的意义。

超声波是一种频率大于20 kHz的机械振动，在常温常压下能产生机械作用、热作用、空化作用和化学作用，可改变分子间作用力及分子结构[5]。纤维素酶作用于膳食纤维可使不溶性膳食纤维的部分成分发生降解生成溶解性的小分子膳食纤维，而且酶法制得的膳食纤维色泽浅，易漂白，无异味，纯度较高。将超声和酶解技术结合可以大大提高酶的活性、缩短酶解时间、降低酶的用量，使部分不溶性成分转变成可溶性成分[6-8]。本研究的目的是深入研究超声复合酶法对大蒜秸秆中SDF含量的影响，并分析所提取SDF的体外抗氧化能力，以找到一种合适的提高膳食纤维溶解性的高效、绿色环保技术方案。

1  材料与方法

1.1  仪器与材料

可见分光光度计Unic7200，尤尼柯（上海）仪器有限公司;离心机DL-5C，上海安亭仪器厂;超声细胞破碎机GA99-ⅡD，无锡上佳生物技术有限公司;旋转蒸发仪BUCHI/R210，瑞士BUCHI实验室技术服务有限公司。

大蒜秸秆由金乡成功生物科技有限公司提供;纤维素酶（20 000 U/g），上海金穗生物科技有限公司;1，1-二苯基-2-苦基肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazy，DPPH），Sigma公司;水杨酸，洛阳化学试剂厂;其他均为国药集团化学试剂有限公司试剂。

1.2  方法

1.2.1  原料的预处理  大蒜秸秆于大蒜鳞茎收割后采收，于阳光下晒干，剪为1～2 cm段后50 ℃烘干至恒重，粉碎后过60目筛。

1.2.2  大蒜秸秆SDF的制备工艺  称取秸秆粉碎物6 g，按不同固液比加入去离子水，初始温度20 ℃、超声处理一定时间，工作/间歇比为2 s/2 s，冷却至室温后调节pH为6.0并加入纤维素酶，50 ℃恒温酶解不同时间，100 ℃灭酶15 min，5 000 r/min离心15 min得上清液，旋转蒸发仪浓缩上清液，4倍体积95%的乙醇沉淀12 h，5 000 r/min离心10 min，得沉淀，用78%乙醇、95%乙醇、丙酮各洗涤1次，60 ℃烘干即为SDF，根据式（1）计算SDF得率：

1.2.3  大蒜秸秆SDF的提取方法

超声处理：秸秆粉与去离子水按固液比1∶30混合后，于500 W超声处理10 min。

酶解处理：秸秆粉与去离子水按固液比1∶30混合后，利用3%（Enzyme/Substrate，E/S ratio）纤维素酶酶解3 h。

超声复合酶解：秸秆粉与去离子水按固液比1∶30混合后，于500 W超声处理10 min，再利用3%（E/S）纤维素酶酶解3 h。

同样与去离子水进行混合、离心等处理，未进行超声和酶解的样品作为对照。

1.2.4  超声处理优化试验  固液比：秸秆粉与去离子水分别按固液比1∶20、1∶30、1∶40、1∶50、1∶60混合，在超声功率500 W处理10 min，纤维素酶加入量为5%（Enzyme/Substrate，E/S ratio），50 ℃恒温酶解3 h。

超声功率：秸秆粉与去离子水按固液比1∶30混合，在超声功率300、400、500、600和700 W分别处理10 min，纤维素酶加入量为5%，50 ℃恒温酶解3 h。

超声时间：秸秆粉与去离子水按固液比1∶30混合，在超声功率300 W分别处理5、10、15、20和25 min，纤维素酶加入量为5%，50 ℃恒温酶解3 h。

1.2.5  酶解处理优化试验  加酶量：秸秆粉与去离子水按固液比1∶30混合，在超声功率300 W预处理15 min，纤维素酶加入量为1%、3%、5%、7%、9%，50 ℃恒温酶解3 h。

酶解时间：秸秆粉与去离子水按固液比1∶30混合，在超声功率300 W预处理15 min，纤维素酶加入量为5%，50 ℃恒温酶解1、2、3、4、5 h。

1.2.6  羟自由基（·OH）清除率的测定  取2 mL样品稀释液依次加入2 mL 3 mmol/L的FeSO4、2 mL 3 mmol/L的H2O2，混匀后25 ℃反应10 min，再加入2 mL 6 mmol/L水杨酸，混匀静置15 min，混合物于4 500 r/min离心10 min，上清液在510 nm处测其吸光度记为Aa;当用去离子水代替水杨酸时的吸光度记为Ab;以去离子水代替稀释液的吸光度记为A0。维生素C作为阳性对照，以式（2）计算·OH清除率[9]：

·OH清除率=[1-（Aa-Ab）/A0]×100%   （2）

式中，A0为不加样品的对照值;Aa为加样品的测定值;Ab为样品在体系中的吸光度。

1.2.7  DPPH·清除率的测定  取3 mL样品稀释液，加入1 mL DPPH·溶液，25 ℃反应20 min，3 500 r/min离心10 min，取上清液在517 nm处测其吸光度为Ai;另取3 mL稀释液于试管中，加入无水乙醇1 mL，反应20 min，3 500 r/min离心10 min，取上清液在517 nm处测其吸光度为Aj;以1 mL DPPH·溶液和3 mL无水乙醇相同条件下反应，其吸光度记为A0。维生素C作为阳性对照，以式（3）计算DPPH·清除率[10]：

DPPH·清除率=[1-（Ai-Aj）/A0]×100%   （3）

式中，A0为不加样品的对照值;Ai为加样品的测定值;Aj为样品在体系中的吸光度。

1.2.8  数据统计分析  所有试验进行3次重复测定，数据以平均值±标准偏差（x±s）的形式表示，采用Excel 2010统计分析和作图。

2  結果与分析

2.1  不同提取方法对SDF得率的影响

分别采用超声法、酶解法及超声复合酶解法提取大蒜秸秆的SDF，不同作用对SDF得率的影响见图1。由图1可知，超声单独作用对SDF得率的影响较小，纤维素酶单独作用时，SDF得率明显增大，而利用超声复合纤维素酶处理时，SDF得率大大提高，相对于对照，提高了29.4%。这说明在酶解之前先进行超声预处理有助于提高酶解效率，这是因为超声作用改变了秸秆纤维的组织结构，使其变得更加疏松，从而有助于纤维素酶的酶解，这与Cheng等[11]的研究结果基本一致。