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

摘要：以茯苓、陈皮、山楂、枸杞4种药食同源材料为原料，并以复合益生菌作为发酵剂制备抗辐射饮料，探究抗辐射饮料中的抗氧化活性在发酵过程中的变化。通过单因素试验对接种量、发酵时间和 pH值进行优化，并在此基础上设计三因素三水平的正交试验，以进一步优化发酵工艺。结果表明，最佳发酵条件为接种量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%。

关键词：茯苓;陈皮;枸杞;山楂;抗辐射饮料;DPPH自由基;抗氧化活性

中图分类号：TS275.2      文献标志码：A    doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2020.01.041

Abstract：Four kinds of medicine and food homologous materials of medlar，tangerine peel，hawthorn and medlar were used as raw materials，and probiotics were used as a starter to prepare anti-radiation beverages. The antioxidant activity in anti-radiation beverages was explored during the fermentation process. The fermentation time，inoculum size and pH were optimized by single factor experiments，and three-factor and three-level orthogonal experiments were designed to further optimize the fermentation process. The results showed that the optimal fermentation conditions were inoculum 1.5%，fermentation time 4 h and pH 6.0. The DPPH free radical scavenging rate of anti-radiation beverages reached 97.68% under this condition.

Key words：medlar;trangerine peel;wolfberry;hawthorn;anti-radiation drink;DPPH free radical;antioxidant activity

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瓊脂培养基;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;JY- G12E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）正交表進行发酵条件优化。

正交试验因素与水平设计见表1。

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。

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。

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。

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。

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%。

参考文献：

孙兰兰，李恒，唐炜，等. 抗辐射损伤药物的研究进展[J]. 中南药学，2018，16（1）：87-92.

王程，杨金平，罗炜，等. 藻蓝蛋白、铁皮石斛多糖及两者配伍对辐射损伤模型小鼠保护作用的研究[J]. 中南药学，2016（10）：1 033-1 036.

邓波，庞小峰，陈慧黠. 高压输电线路的电磁辐射对大鼠血液特征的影响的研究[J]. 生命科学仪器，2007（10）：41-44.

杨智民，李佑兴，李玉兰，等. 环境极低频电磁场对人体健康的影响[J]. 中国预防医学杂志，2008（5）：392-394.

Simmons J H W. Radiation damage in graphite[M]. Oxford：Pergamon Press，1965：243.

Yuan Hu，JingJing Cao，Ping Liu et al. Protective role of tea polyphenols incombination against radiation-induced haematopoietic and biochemical alterations in mice[J]. Phytother Res，2011（12）：1 761-1 769.

Vitolo J M. The stable nitroxide tempol facilitates salivary gland protection during head and neck irradiation in a mouse model[J]. Clinical Cancer Research，2004，10（5）：1 807-1 812.

Taysi S，Okumus S，Ezirmik S，et al. The protective effects of lcarnitine and vitamine in ratlenses in irradiation-inducedoxidative injury[J]. Adv Clin Exp Med，2011（1）：15-21.

Wang Q，Han T，Sun L，et al. Progress on anti-radiationnatural medicines[J]. Journal of Pharmaceutical Practice，2012（5）：171-177.

張丹，田德雨，郑晓楠，等. 百香果枸杞复合饮料的研制[J]. 食品工程，2018（3）：12-14，21.

Seo S H，Na C S，Youn D H，et al. Effectiveness of banana additions for completion of stuck and sluggish fermentation of blueberry wine[J]. LWT - Food Science and Technology，2015，64（2）：1 143-1 148.

Yu K，Zhu K，Ye M，et al. Heat tolerance of highbush blueberry is related to the antioxidative enzymes and oxidative protein-repairing enzymes[J]. Scientia Horticulturae，2016（7）：36-43.

张霞，张訸，但汉龙，等. 玫瑰花蒂多酚的超声辅助提取工艺优化及其抗氧化活性评价[J]. 甘肃农业大学学报，2017，52（3）：102-109.

刘涛，韦仕静，任杰，等. 桑葚汁多菌种发酵过程主要成分及抗氧化性的变化[J]. 食品工业科技，2017，38（19）：131-135，141. ◇