抗辐射饮料的开发及其抗氧化活性研究

孔红建 ，张铁楼 ，冯 晖 ，慕小静 ，何向楠 ， 王瑞国

（1.河南省食品工业科学研究所有限公司，河南郑州 450002；2.国家轻工业食品质量监督检测郑州站，河南郑州 450002；3.永城市食品药品检验所，河南永城 476600）

0 引言

高科技电子产品的普及和核技术在临床医学诊断、治疗、军工业等领域的应用拓展对人类健康带来潜在危害[1]。辐射损伤是由电离辐射引起的急性、慢性或迟发性的机体损伤[2]。当机体被过多辐射时，就会造成体内新陈代谢紊乱，进而诱发各种病态和损伤，辐射还会使人体产生各种自由基，造成自由基堆积，进而削弱人体抵抗力，使机体机能下降，出现各种病变[3-4]，其中最常见的就是神经衰弱综合症、加速衰老、遗传损伤等，严重时还可能诱发癌变[5]。目前的防辐射防护药物大多存在毒副作用大、防护效价低等缺点[6-8]。因此，寻求天然安全有效的抗辐射药物对人体健康有重要意义[9]。

枸杞子具有降血压、降血脂、抗氧化、抗癌、调节免疫的作用[10]。试验以茯苓、陈皮、山楂、枸杞4种药食同源材料为原料，采用复合益生菌在37℃下对混合原料进行发酵，主要探究抗辐射饮料中的抗氧化活性在发酵过程中的变化，在单因素试验基础上进行正交试验，以DPPH自由基清除率为指标对工艺加以优化，对抗辐射饮料的开发具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料

宁夏枸杞、山楂、茯苓、陈皮，均为市售；柠檬酸、无水乙醇，均为分析纯；芦丁；白砂糖；MRS肉汤培养基、MRS琼脂培养基；1,1-二苯基-2-苦基肼自由基，赛默飞生物科技有限公司提供；植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌，河南省食品工业科学研究所有限公司提供，实验室筛选培养保存。

1.2 仪器与设备

PHS-25C型pH计，上海理达仪器厂产品；ZHWY-100B型恒温培养振荡器，上海智城分析仪器制造有限公司产品；XDLT-TP型电磁炉，启达实业科技有限公司产品；HH-2型数显恒温水浴锅，普天仪器厂产品；BL-220H型电子天平、303A-3型数显电热培养箱，无锡玛瑞特科技有限公司产品；JYG12E型高速破壁机，九阳股份有限公司产品；TDZ4-WS型低速离心机，上海卢湘离心机仪器有限公司产品；WYTJ0-32%型手持糖量计；LDZX-50KBS型立式压力蒸汽灭菌锅，诸城市安泰机械有限公司产品；SW-CJ-2F型超净工作台，深圳市惠士顿科技有限公司产品。

1.3 方法

1.3.1 单因素试验

将枸杞、山楂、茯苓、陈皮去除杂质，按照1∶1∶1∶1的比例称量20 g，将称好的原料倒入250 mL锥形瓶中，添加灭菌的蒸馏水160 mL进行浸泡，待原料吸水饱满后进行打浆，然后调pH值为6.0～6.5。以质量分数1.5%的比例在无菌操作台中添加复合乳杆菌（植物乳杆菌∶嗜酸乳杆菌（M∶M） =1∶1混合）。用纱布进行封口后放入恒温振荡器（转速130 r/min） 中进行发酵培养，温度控制在37±2℃。待发酵结束后，将发酵液用离心机进行离心，取上清液，于4℃下保存备用[11-13]。以此工艺为基础进行调整，研究其单因素：接种量（0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%）、发酵时间 （12，24，36，48，60 h）、pH值 （5.0，5.5，6.0，6.5，7.0） 对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响。

1.3.2 正交试验

在单因素的基础上，以发酵时间（h）、接种量（%）、pH值为因素，以DPPH自由基清除率为考查指标，采用L9（34）正交表进行发酵条件优化。

正交试验因素与水平设计见表1。

表1 正交试验因素与水平设计

1.3.3 DPPH自由基清除率

参照刘涛等人[14]的方法进行测定。

1.3.4 数据处理

每个试验值为3个平行数据的均值，结果用X±S表示，使用Origin 8.5制图；利用SPSS 24统计软件进行数据处理；利用ANOVA对正交试验结果进行分析，p＜0.05表示差异具有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 接种量对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响

接种量是发酵过程中非常重要的因素，接种量过多不仅造成浪费，而且会影响发酵的效果；接种量少，则达不到发酵的预期效果。在初始pH值6，发酵时间26 h的条件下，研究不同接种量对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响，接种量梯度设为0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，发酵完成后离心并根据1.3.3方法测定抗辐射饮料中DPPH自由基清除能力。

接种量对DPPH自由基清除率的影响见图1。

图1 接种量对DPPH自由基清除率的影响

从图1可以看出，随着接种量的增加，DPPH自由基的清除率随着接种量的增加先升高后降低，可能是由于接种量过低会造成发酵周期长，在一定的时间内发酵不充分，进而造成DPPH自由基的清除率较低；当接种量过高时导致菌种在极短的时间内大量繁殖，争夺养分，生存空间变小，进而导致发酵效率低，DPPH自由基的清除率也相应较低。当总接种量为1.5%时，抗辐射饮料中的DPPH清除率相对最高。因此，选择接种量为1.5%。

2.1.2 发酵时间对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响

在pH值6，接种量1.5%的条件下，研究不同发酵时间对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响，抗辐射饮料发酵时间梯度设为12，24，36，48，60 h，发酵完成后离心并根据1.3.3方法测定抗辐射饮料中DPPH自由基清除能力。

发酵时间对DPPH自由基清除率的影响见图2。

从图2可以看出，随着发酵时间的延长，抗辐射饮料中DPPH自由基清除率呈先升高后降低的趋势，可能是由于菌种在时间适中的条件下能够正常发育繁殖，使发酵完全；若发酵时间短，发酵还没有完全开始就结束，从而导致发酵不充分，使得抗辐射饮料中DPPH自由基清除率较低；若发酵时间长，同样会造成争夺养分，生存空间变小。当营养和空间不充足，抑制发酵的进行，导致抗辐射饮料中DPPH自由基清除率较低。当发酵时间为24 h时，抗辐射饮料中DPPH自由基清除率达到最大值；当发酵时间＞24 h时，抗辐射饮料中DPPH自由基清除率逐渐下降。所以，最佳的发酵时间为24 h。

图2 发酵时间对DPPH自由基清除率的影响

2.1.3 pH值对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响

在发酵时间为24 h，接种量为1.5%不变的条件下，研究不同pH值对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响，pH值梯度设为5.0，5.5，6.0，6.5，7.0，发酵完成后离心，并根据1.3.3中方法测定抗辐射饮料中DPPH自由基清除能力。

pH值对DPPH自由基清除率的影响见图3。

图3 pH值对DPPH自由基清除率的影响

从图3可以看出，抗辐射饮料中DPPH自由基清除率随着pH值的升高呈逐渐升高的趋势，并且在6.0～7.0时趋于平缓，可能是由于菌种在pH值接近弱碱性的情况下能够快速生长繁殖，从而提高发酵的效率，增加抗辐射饮料中DPPH自由基清除率，所以抗辐射饮料初始pH值为6时其品质最佳。

2.2 正交试验结果

在单因素试验的基础上，以接种量、发酵时间、pH值为因素，选用L9（34）正交表进行发酵条件优化。

正交试验结果见表2，正交试验结果方差分析见表3。

由极差R可知，各因素对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响依次为接种量＞发酵时间＞pH值，即接种量对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响最大，发酵时间次之，pH值最小。

表2 正交试验结果

表3 正交试验结果方差分析

2.3 验证试验

从表2可以看出，接种量、发酵时间和pH值均对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响显著。通过正交试验筛选出的最佳结果的优化方案为A2B2C2，即接种量为1.5%，发酵时间为24 h，pH值6.0。随后，采用接种量为1.5%，发酵时间为24 h，pH值6.0作为发酵条件进行验证试验，抗辐射饮料中DPPH自由基清除率为97.68%，高于上述正交试验的最大值97.23%。因此，接种量为1.5%，发酵时间为24 h，pH值6.0为最优的发酵工艺条件。

3 结论

对抗辐射饮料发酵工艺条件优化进行研究，主要着重于发酵工艺参数对抗辐射饮料中抗氧化性的影响。确定了最佳发酵工艺参数为接种量1.5%，发酵时间24 h，pH值6.0，在该条件下抗辐射饮料中DPPH自由基清除率能达到97.68%。