不同干燥方式对火龙果茎多糖理化特性及功能活性的影响

苏敬红，牛格格，吴佳琦，武彬

（山东职业学院生物工程学院，山东 济南 250104）

火龙果（pitaya），别名仙人掌蜜果、红龙果、芝麻果、仙蜜果，为仙人掌科三角柱属植物，是集水果、花卉、蔬菜于一体的“果中之王”[1-3]。火龙果的品种依果肉颜色有红皮白肉、红肉、黄肉3种，其中以红心火龙果最佳。目前针对火龙果果实以及火龙果果皮进行的研究较多，有关火龙果茎研究的较少。火龙果茎中富含多糖，用热回流提取法（heat reflux extraction，HRE）提取的火龙果茎多糖大约占干燥茎叶的8%[2]。在农业生产加工过程中，火龙果茎往往作为废物被丢弃，不仅造成了自然资源的极大浪费，又给环境带来了不利影响。若能将其充分利用，不仅可提高其经济附加值，也可提高果农收入。

国内外研究发现，植物多糖的生物功能与其理化组成、水溶性、分子质量大小、分支度、黏度和高级螺旋结构等紧密相关，主要受到样品处理方法、提取工艺参数和干燥方法三大类因素的影响[4]。FAN等[5]考察了不同干燥方式对灵芝多糖抗氧化活性的影响，结果发现，不同干燥方式对多糖的理化特性和生物活性均有显著的影响。陈欢等[6]研究了不同干燥方式对川芎多糖理化性质及抗氧化活性的影响，结果表明真空冷冻干燥制备优质功能性川芎多糖效果较佳。胡安阳等[7]研究表明，不同干燥方式制得的柚子皮粉在加工特性和功能成分含量等方面都存在显著差异。张存艳等[8]研究了不同干燥处理对松露多糖含量及其抗氧化活性的影响。目前关于不同干燥方式对火龙果茎多糖含量及理化特性和功能特性的影响研究较少。因此，本试验考察了4种干燥方式（真空干燥、热风干燥、自然晒干和真空冷冻干燥）对火龙果茎多糖的得率、理化特性和功能活性的影响，旨在为筛选出最适宜火龙果茎的干燥方法提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜红心火龙果茎：海南省东方市北纬十八度有限公司；1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）：美国 Sigma-Aldrich 公司；葡萄糖标准品、抗坏血酸标准品：成都曼思特生物科技有限公司；盐酸、硫酸、苯酚、无水乙醇、过硫酸钾、氯仿、正丁醇：广州试剂化学厂；α-淀粉酶（10 000 U/g）：山东隆科特酶制剂有限公司；以上试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

EL204电子天平：梅特勒托利多仪器有限公司；LD-300粉碎机：长沙市宏精机械设备有限公司；HH-s4恒温水浴锅：济南欧莱博科学仪器有限公司；GL-10MC高速冷冻离心机：长沙湘锐离心机有限公司；UV-2450紫外可见分光光度计：日本岛津公司；DYJG-9023A台式鼓风干燥箱：杭州亿捷有限公司；RE52CS旋转蒸发仪：上海耀特仪器设备有限公司；FD-1B-50B压盖型真空冷冻干燥机：上海淮宇仪器设备有限公司；KU-3斯托墨黏度计：上海微川精密仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 火龙果茎干燥工艺处理

1.3.1.1 真空干燥处理

新鲜的红心火龙果茎洗净，置于真空度为0.09MPa，温度为70℃的真空干燥箱中，同时开启真空泵，将真空干燥箱内原料含水量为5%视为干燥终点，然后进行粉碎并过80目筛。

1.3.1.2 热风干燥处理

新鲜的红心火龙果茎洗净，将待干燥的火龙果茎置于鼓风干燥箱内，在70℃条件下烘干16 h～24 h至原料含水量为5%，即为干燥终点，记录干燥时间。

1.3.1.3 自然晒干处理

新鲜的火龙果茎洗净，擦干，置于阳光下直接晒干至完全干燥，即为干燥终点。

1.3.1.4 真空冷冻干燥处理

新鲜的火龙果茎洗净，擦干切块，将切好的原料放在超低温冰箱预冻48 h，然后放置于真空冷冻干燥机的置物架上，在-80℃条件下冻干2 d至原料含水量为5%。

1.3.2 火龙果茎粗多糖提取

取一定量干燥后的火龙果茎粉，按照1∶30（g/mL）加入去离子水，在提取功率500 W、提取时间为200 s条件下进行超声-微波协同辅助提取，提取液于6 000 r/min离心12min，取上清液浓缩后，加入4倍体积的乙醇进行醇沉12 h过夜，沉淀物冷冻干燥即为火龙果茎粗多糖。

1.3.3 火龙果茎粗多糖纯化

准确称取1 g火龙果茎粗多糖，依次加入10 mL 30%的H2O2，调pH值为9.0后定容至250 mL，混匀，置于40℃下搅拌1 h后于5 000 r/min离心8 min，取上清液，加入 100 mL Sevage 试剂（氯仿∶正丁醇=4∶1，体积比），混匀振荡30 min后移入分液漏斗中至少静置20 min，重复上述操作4次，将最终得到的上清液浓缩后透析48 h去除小分子杂质和盐，冻干即可获得火龙果茎多糖[9]。

1.3.4 理化性质的测定

1.3.4.1 持水力的测定

准确称取1 g不同干燥方式得到的火龙果茎多糖，加入30 mL去离子水后于25℃恒温水浴锅中振荡60 min使其充分混匀，结束后于5000r/min离心15min，记录离心后沉淀物的质量。持水力（water holding capacity，WHC）计算公式如下[10]。

WHC/（g/g）=（m1-m）/m

式中：m1为样品吸水后质量，g；m为干样品质量，g。

1.3.4.2 持油力的测定

准确称取1 g不同干燥方式得到的火龙果茎多糖，加入15g大豆油于25℃恒温水浴锅中振荡40min，使其充分混匀，结束后于5 000 r/min离心15 min，记录离心后沉淀物的质量[11]，持油力（oil holding capacity，OHC）计算公式如下。

OHC/（g/g）=（m0-m）/m

式中：m0为样品吸油后的质量，g；m为干样品质量，g。

1.3.5 不同干燥方式的火龙果茎多糖抗氧化活性研究

1.3.5.1 DPPH·清除率测定

准确吸取质量浓度为 0、0.1、0.2、0.25、0.5、1、2mg/mL的多糖待测液1 mL、分别加入3 mL 0.2 mmol/L DPPH-无水乙醇溶液，混匀后于暗处反应30 min，反应结束后于517nm处测吸光度值[12]。DPPH·清除率计算方式如下。

DPPH·清除率/%=[（D1-D0）/D0]×100

式中：D1为样品的吸光值；D0为蒸馏水代替多糖待测液的（空白对照）吸光值。

1.3.5.2 ·OH清除率测定

准确吸取不同干燥处理后的多糖待测液1 mL，依次加入20 mmol/L的过氧化氢0.5 mL、2.5 mmol/L的邻菲罗啉1.0 mL、2.5 mmol/L的1.0 mL硫酸亚铁，用磷酸缓冲液调pH 7.0，室温（25℃）静置1 h后于536 nm处测吸光值[13]。·OH清除率计算方式如下。

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·OH清除率/%=[（A2-A0）/（A1-A0）]×100

式中：A2为样品组吸光度值；A1为蒸馏水代替过氧化氢溶液的吸光度值（对照组）；A0为蒸馏水代替多糖待测液的吸光度值（空白组）。

1.3.5.3 O2-·氧化速率测定

准确吸取50 mmol/L pH 8.2的Tris-HCl缓冲溶液4.5 mL于试管中，于25℃水浴中保持20 min，加0.4 mL多糖待测液和25 mmol/L邻苯三酚（用10 mmol/L HCl配制）0.08 mL，封口混匀后于325 nm波长下测定吸光值，每隔0.5 min记录一次吸光值，共记录4 min。10 mmol/L HCl代替邻苯三酚溶液，蒸馏水代替样液作为自氧化管[13]。O2-·氧化速率公式如下。

氧化速率/（ΔA/min）=（D1-D2）/T

O2-·氧化速率/%=[（V1-V2）/V1]×100

式中：D1是样品4 min记录的吸光度值；D2是样品0 min记录的吸光度值；T为每隔0.5 min记录一次吸光值，共计 4 min；V1是自氧化管氧化速率，ΔA/min；V2是样品管氧化速率，ΔA/min。

1.3.6 火龙果茎多糖功能活性测定

1.3.6.1 葡萄糖束缚能力测定

准确称取1 g不同干燥方式得到的火龙果茎多糖，分别加入50 mL质量浓度分别为5、10、50、100 mmol/L的葡萄糖溶液，混匀后于37℃恒温水浴锅反应6 h，反应结束后于6 000 r/min离心10 min，离心结束后，测定上清液中的葡萄糖浓度[14]。

葡萄糖束缚量/（mmol/g）=[（C0-C）×0.1]/m

1.3.6.2 α-淀粉酶活力抑制力测定

准确称取1 g不同干燥方式得到的火龙果茎多糖，分别加入20 g糊化好的马铃薯淀粉及0.2 mL 0.1%的α-淀粉酶溶液，混匀后于95℃恒温水浴锅反应0.5 h，反应结束后于5 000 r/min离心8 min，离心结束后，测定上清液中的还原糖含量[15]，空白对照为不加样品处理组。

α-淀粉酶活力抑制力/%=（Ai-A）/Ai×100

式中：Ai为空白组还原糖含量，g/100 g；A为样品组还原糖含量，g/100 g。

1.4 统计学分析

2 结果与分析

2.1 不同干燥方式对火龙果茎多糖理化特性的影响

不同干燥方式对火龙果茎多糖理化特性的影响见表1。

表1 不同干燥方式对火龙果茎多糖理化特性的影响Table 1 Effects of different drying methods on physcichemical properties of pitaya stem polysaccharide

不同干燥方式处理后的火龙果茎的总糖含量有所差异，说明不同干燥方式会对火龙果茎多糖含量造成影响。其中自然晒干法处理的火龙果茎总糖含量最低，真空冷冻干燥处理后的总糖含量最高，为（72.13±0.22）%。热风干燥后的多糖相对黏度最大（3.07±0.33），这可能是因为真空干燥和热风干燥使多糖发生了降解。吴振等[16]研究了热风干燥、冷冻干燥和抽真空干燥等不同干燥处理银耳多糖理化特性和体外抗氧化活性的影响，结果发现不同干燥方式对银耳多糖含量和抗氧化活性均有显著影响，其中冷冻干燥法处理的银耳多糖的得率、总糖含量、总黏度和抗氧化活性均高于其它干燥方式。

真空冷冻干燥处理得到的火龙果茎多糖持水力最高（1.86±0.15）g/g，显著高于热风干燥（1.72±0.11）g/g、真空干燥（1.38±0.15）g/g和自然晒干（1.18±0.05）g/g（P＜0.05），但4种干燥方式均高于刺梨果实多糖[（0.25±0.04）g/g][17]和蓝靛果多糖的持水性[（0.37±0.05）g/g][18]。真空冷冻干燥的火龙果茎多糖持油力最强，由此表明此干燥方法得到的多糖与油脂间的相互作用较强。

2.2 不同干燥方式对火龙果茎多糖抗氧化活性的影响

2.2.1 不同干燥方式的火龙果茎多糖DPPH·清除率的影响

不同干燥方式对火龙果茎多糖DPPH·清除率见图1。

图1 不同干燥方式火龙果茎多糖DPPH·清除率Fig.1 Effects of different drying methods on DPPH·scavenging rate of pitaya stem polysaccharide

由图1可知，不同干燥方式得到的火龙果茎多糖的DPPH·清除率有所不同，4种干燥方式在试验浓度范围内整体呈上升趋势，但均低于VC阳性对照组。当质量浓度达到5 mg/mL时，VC、真空干燥、热风干燥、自然晒干和真空冷冻干燥处理的火龙果茎多糖对DPPH·清除率分别为（89.35±2.21）%、（68.31±1.83）%、（62.44±2.11）%、（58.62±1.91）% 和（75.12±2.18）%，其中真空冷冻干燥处理的火龙果茎多糖的DPPH·清除能力显著高于其它3种干燥方式（P＜0.05），这表明真空冷冻干燥处理最大程度地保留了火龙果茎多糖的抗氧化活性。

2.2.2 不同干燥方式火龙果茎多糖·OH清除率

不同干燥方式的火龙果茎多糖·OH清除率的影响见图2。

图2 不同干燥方式火龙果茎多糖·OH清除率Fig.2 Effects of different drying methods on·OH scavenging rate of pitaya stem polysaccharide

由图2可知，不同干燥方式制得的火龙果茎多糖·OH清除率有差异，其中真空冷冻干燥处理后的火龙果茎多糖在试验浓度范围内具有较好的清除·OH的能力，且在质量浓度达到5 mg/mL时，其·OH清除率达到了（80.03±2.21）%，显著高于其它干燥处理组（P＜0.05）。在0～5 mg/mL的浓度范围内，4种干燥方式处理的火龙果茎多糖·OH清除率整体呈上升趋势，但均低于VC阳性对照组。试验结果与DPPH·清除率结果趋势相同，这表明真空冷冻干燥处理后的火龙果茎多糖具有较好的抗氧化活性。

2.2.3 不同干燥方式火龙果茎多糖对O2-·的氧化速率

不同干燥方式火龙果茎多糖对O2-·的氧化速率的影响见图3。

图3 不同干燥方式对火龙果茎多糖O2-·氧化速率的影响Fig.3 Effects of different drying methods on O2-·scavenging ability of polysaccharide from stem of pitaya

由图3可知，经过4种不同干燥方式处理后的火龙果茎多糖均具有较好的O2-·氧化速率，且随着质量浓度的增加而增强，但在试验的质量浓度范围内其清除能力均低于阳性对照VC。当质量浓度为4.0 mg/mL时，O2-·氧化速率的大小顺序为VC＞真空冷冻干燥＞真空干燥＞热风干燥＞自然晒干，其中真空冷冻干燥的作用能力显著强于其它干燥方式（P＜0.05）。结果与火龙果茎多糖DPPH·、·OH清除能力一致，这表明真空冷冻干燥方式处理后的火龙果茎多糖其O2-·氧化速率升高。

2.3 不同干燥方式火龙果茎多糖对体外降血糖活性的影响

2.3.1 葡萄糖束缚能力

不同干燥方式得到的火龙果茎多糖对葡萄糖的束缚能力见图4。

图4 不同干燥方式对火龙果茎多糖的葡萄糖束缚能力的影响Fig.4 Effects of different drying methods on glucose binding capacity from pitaya stem polysaccharide

由图4可知，不同干燥方式得到的火龙果茎多糖可阻碍葡萄糖的扩散和吸附，从而达到降低血糖水平的作用。不同干燥方式处理的火龙果茎多糖的葡萄糖束缚能力随着葡萄糖浓度增加而增强；当葡萄糖浓度为100 mmol/L时，真空冷冻干燥处理后的火龙果茎多糖的葡萄糖束缚量为（1.38±0.22）mmol/g，显著高于其它3种干燥方式（P＜0.05）。其它3种干燥方式在不同浓度下的葡萄糖束缚能力无明显差异。这可能是因为在干燥过程中，由于内部水分的迁移导致结构的硬化、结块，以及可能对热敏性物质和挥发性成分造成了破坏，且网络结构在温度的作用下遭到了破坏，从而影响了对葡萄糖的吸附。而真空冷冻干燥处理在低温下干燥抑制了微生物和酶的作用，同时最大程度地保留原料原有的网络结构和形态，因此具有较好的葡萄糖吸附能力[19]。

2.3.2 α-淀粉酶活力抑制力

不同干燥方式对α-淀粉酶活力抑制力见图5。

图5 不同干燥方式对火龙果茎多糖α-淀粉酶活力抑制力的影响Fig.5 Effects of different drying methods on inhibition of αamylase activity from pitaya stem polysaccharide

由图5可知，真空冷冻干燥具有较高的α-淀粉酶活力抑制力，可达（52.43±1.83）%，显著高于其它3种干燥方式的火龙果茎多糖（P＜0.05），这可能是因为真空冷冻干燥处理更好地保持了多糖原来的结构，可最大程度地包埋酶或淀粉[20]，而真空干燥和热风干燥的处理后的火龙果多糖结构在干燥过程中发生了降解，从而影响了对α-淀粉酶活力抑制。综上所述，真空冷冻干燥是一种较好的干燥红龙果茎的处理方式。

3 结论

4种不同干燥方式处理对火龙果茎多糖得率产生了不同程度的影响，其中真空冷冻干燥处理的多糖得率最高为(19.75±0.21）%。此外，不同干燥处理的火龙果茎多糖均有一定的抗氧化活性，其中真空冷冻干燥处理后的火龙果茎多糖具有较高的DPPH·清除率、·OH清除率以及O2-·氧化速率，但低于阳性对照VC。真空冷冻干燥是在0℃温度下物料进行升华，干燥后的组织结构疏松多孔，可最大程度地保留了物料原有的网络结构从而赋予了火龙果茎多糖较好的抗氧化活性，吸附葡萄糖和α-淀粉酶的能力。综上所述，真空冷冻干燥对火龙果茎多糖保留率最高、体外抗氧化活性和降血糖活性最强，是干燥新鲜火龙果茎的最佳方式。