大薯膳食纖維的提取及其對自由基的清除作用

鐘希瓊

(佛山科學技術學院生命科學學院食品科學系，廣東 佛山 528231)

大薯膳食纖維的提取及其對自由基的清除作用

鐘希瓊

(佛山科學技術學院生命科學學院食品科學系，廣東 佛山 528231)

以大薯粉為材料，設計四因素三水平正交試驗，酶法提取膳食纖維。結果表明：0.6%混合酶(α-淀粉酶與糖化酶質量比為6:1)于80℃處理80min，0.6%蛋白酶在60℃處理60min，對糖類、蛋白質的脫除作用較徹底。以體外實驗研究不同質量濃度(5～35mg/mL)的膳食纖維鮮樣對自由基的清除效果，設計3種不同反應體系：1,1-二苯基-2-苦味肼基自由基(DPPH自由基)、超氧陰離子自由基(O2·)、羥自由基(·OH)。結果表明：大薯膳食纖維對3種自由基都有一定的清除能力，平均清除率分別為24.30%、51.08%、46.07%。即對3種自由基清除能力大小順序為：超氧陰離子自由基＞羥自由基＞二苯代苦味酰自由基。其中質量濃度15mg/mL的膳食纖維對這3種自由基的清除達到高峰，清除率分別為27.52%、60.0%、48.43%。

大薯；膳食纖維；自由基；清除

膳食纖維(dietary fiber，DF)是指不能被人體消化的多糖類和木質素的總稱[1]。膳食纖維具有降低血漿膽固醇含量、預防心血管疾病，改善腸道的吸收功能、預防便秘和結腸癌的效果。被人們稱為“第七營養素”[2]。此外，膳食纖維在清除外源有害物質方面也有著獨特的功能[3-9]。對自由基也有一定的清除作用。自由基被認為是人體衰老和某些慢性病發生的原因之一，當人體內的自由基產生過多或清除過慢，就會攻擊各種生物大分子，使正常的細胞和組織受損，加速其衰老并誘發多種疾病[10]。麥麩、米糠、海藻等酶法提取膳食纖維及對自由基的清除作用已有報道[11-13]。

大薯(Dioscorea batatas)是薯蕷屬植物，野生者塊莖多為長圓柱形；栽培者塊莖形狀變異較大，呈扁圓形而重疊，或有分支。它具有健脾止瀉、益肺滋腎的功效，我國的栽種面積雖然不大，但它的塊莖有較高的食用價值。本實驗擬進行酶法提取大薯膳食纖維及其對自由基的清除作用研究，為纖維功能性食品的開發提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

大薯：購自南海桂城農貿市場；α-淀粉酶(2000U/ g) 廣東環凱微生物科技有限公司。糖化酶(1×105U/g)張家港市金源生物化工有限公司；木瓜蛋白酶(2×106U/ g) 廣州威佳科技有限公司；DPPH Sigma公司；質量分數30% H2O2、HCl、乙醇、硫酸亞鐵、水楊酸、鄰苯三酚等(均為分析純)。

巨輪牌粉碎機 河北黃驊市齊家務修造廠；可控硅控恒溫水浴鍋 通州市滬通實驗儀器廠；101-2電熱干燥箱 金壇市科析儀器有限公司；752S紫外-可見分光光度計 上海棱光技術有限公司；TGL-16G離心機 上海安亭儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 大薯膳食纖維的制備[14-15]

取新鮮大薯，去皮后洗凈，切片，在65～75℃條件下烘干至質量恒定，粉碎，過40目篩。

采取L9(34)正交試驗方法(即混合酶比例、用量、溫度及蛋白酶用量4個因素各設3個水平)進行薯粉膳食纖維提取，以脫除淀粉和蛋白質。稱取5g薯粉9份，分別加入45mL蒸餾水，以混合酶比例(即α-淀粉酶:糖化酶，m/m)分別為4:1、5:1、6:1，混合酶用量分別為質量分數0.5%、0.6%、0.7%，混合酶處理溫度分別為60、70、80℃，處理80min后，用蒸餾水漂洗至中性；再加入25mL蒸餾水，木瓜蛋白酶用量分別為0.4%、0.5%、0.6%，在60℃條件下處理60min，再漂洗至中性。每個處理重復3次。將提取后的鮮樣品烘干，計算膳食纖維的平均得率。以正交試驗中脫除淀粉和蛋白質的最佳條件進一步提取膳食纖維，將其鮮樣品配制成7個不同質量濃度，分別為5、10、15、20、25、30、35mg/mL，每個質量濃度設3次重復，進行清除自由基的體外實驗。

⑴ 胃癌患者術前 NLR、PLR、MLR、NWR、LWR、MWR的高低與預后的差異有統計學意義（P＜0.05），高 NLR、PLR、MLR、NWR、MWR和低 LWR提示較差的預后（圖2）。

1.2.2 測定不同體系中大薯膳食纖維清除自由基的能力[11]

1.2.2.1DPPH自由基體系

比色法測定膳食纖維對DPPH自由基的清除作用：DPPH用95%乙醇配成1×10-4mol/L溶液，于試管中加入相應試劑，25℃恒溫30min，4000r/min離心10min，取上清液在波長517nm處測定吸光度。其中A1為5mL DPPH溶液＋0.5mL膳食纖維時的吸光度；A2為5mL 95%乙醇＋0.5mL膳食纖維時的吸光度；A3為5mL DPPH溶液＋0.5mL蒸餾水時的吸光度。

1.2.2.2 超氧陰離子自由基體系

采用鄰苯三酚自氧化法測定膳食纖維對超氧陰離子自由基的清除作用：于試管中加入相應試劑，25℃恒溫15min，取混合液3mL于比色皿中加入45mmol/L的鄰苯三酚(用0.01mmol/L HCl配制)0.1mL，搖勻，反應3min，在波長420nm處測定吸光度。其中A1為9mL pH8磷酸鹽緩沖溶液＋1mL膳食纖維＋0.1mL 45mmol/L鄰苯三酚時的吸光度；A2為9mL pH8磷酸鹽緩沖溶液＋1mL膳食纖維時的吸光度；A3為9mL pH8磷酸鹽緩沖溶液＋1mL蒸餾水＋0.1mL 45mmol/L鄰苯三酚時的吸光度。

1.2.2.3 羥自由基體系

比色法測定Fenton反應產生的羥自由基：于試管中加入膳食纖維0.5mL、9.1mmol/L水楊酸-乙醇溶液0.5mL、9mmol/L Fe2+溶液0.5mL、蒸餾水3.5mL，最后加入5mL 88mmol/L H2O2啟動Fenton反應。搖勻后于波長510nm處測定吸光度為A1，用0.5mL的蒸餾水代替9mmol/L Fe2+溶液所測得的吸光度為A2，用0.5mL蒸餾水代替膳食纖維所測得的吸光度為A3。

2 結果與分析

2.1 酶法提取大薯膳食纖維正交試驗

在單因素試驗(結果未列出)基礎上，選擇影響大薯膳食纖維提取的4個主要因素——混合酶比例、用量、溫度及蛋白酶用量，每個因素設3個水平進行L9(34)正交試驗。結果見表1。

表1 正交試驗設計及結果Table 1 Results of orthogonal experiments

從極差分析可知：R3＞R4＞R2＞R1，所以A、B、C、D 4個因素對薯粉中膳食纖維提取影響的主次順序為C＞D＞B＞A，最佳提取條件組合為A3B2C3D3，即0.6%混合酶(α-淀粉酶與糖化酶質量比為6:1)、處理溫度80℃、0.6%蛋白酶(60℃處理60min)對淀粉和蛋白質的脫除最徹底。以此條件提取膳食纖維，進行下一步清除自由基的實驗。

2.2 大薯膳食纖維對自由基的清除作用

2.2.1 膳食纖維質量濃度對DPPH自由基的清除作用

由圖1可知，大薯膳食纖維在一定的質量濃度范圍內對DPPH自由基都有清除作用，清除率介于22.83%～27.52%，平均清除率為24.30%。膳食纖維質量濃度增大，對DPPH自由基的清除能力先升后降，質量濃度為15mg/mL時，對DPPH自由基的清除作用最強，清除率達到27.52%。質量濃度超過25mg/mL后，清除率趨于平穩。

圖1 大薯膳食纖維對DPPH自由基的清除作用Fig.1 Scavenging capability of dietary fiber from big yam on DPPH free radicals

2.2.2 膳食纖維質量濃度對超氧陰離子自由基的清除作用

圖2 大薯膳食纖維對超氧陰離子自由基的清除作用Fig.2 Scavenging capability of dietary fiber from big yam on superoxide anion free radicals

由圖2可知，大薯膳食纖維對超氧陰離子自由基有良好的清除作用，平均清除率為51.08%，比對DPPH自由基的清除作用強。當膳食纖維質量濃度較小時，清除率直線上升，質量濃度在15～20mg/mL范圍內，對超氧陰離子自由基的清除效果最好，清除率高達60.0%，此后趨于平緩。

2.2.3 膳食纖維質量濃度對·OH的清除作用

圖3 大薯膳食纖維對·OH的清除作用Fig.3 Scavenging capability of dietary fiber from big yam on hydroxyl free radicals

·OH是化學性質最活潑的一種自由基，危害性很大。因此，常用清除·OH的能力來評價一種物質對自由基的清除效果。由圖3可知，大薯膳食纖維對·OH有較強的清除作用，清除率介于44.36%～48.43%之間，平均清除率為46.07%。當膳食纖維質量濃度為15mg/mL時，對·OH的清除率達48.43%，接近50%。

3 結 論

本研究采用酶解法，設計四因素三水平的正交試驗對大薯粉進行膳食纖維的提取，得出提取條件為0.6%混合酶(α-淀粉酶與糖化酶之比為6:1)于80℃處理80min、0.6%蛋白酶在60℃處理60min對糖類和蛋白質的脫除較徹底。

大薯膳食纖維在一定的質量濃度范圍內對DPPH自由基、超氧陰離子自由基、羥自由基等都有一定的清除作用，平均清除率分別為24.30%、51.08%和46.07%，即該膳食纖維對這3種自由基的清除能力是：超氧陰離子自由基＞羥自由基＞二苯代苦味酰自由基。另外，膳食纖維質量濃度為15mg/mL時，對3種自由基的清除作用最強，從而說明只要飲食中有一定量的膳食纖維，就能部分清除自由基，減輕自由基對人體的危害。而即使攝入大量的膳食纖維，也未必能完全清除自由基。

[1]鄭建仙. 功能性膳食纖維[M]. 北京: 化學工業出版社, 2005: 15-22.

[2]CHAU C F, CHEN C H, LEE M H. Comparison of the characteristics, functional properties, and in vitro hypoglycemic effects of various carrot insoluble fiber-rich fractions[J]. Lebensm Wiss u-Technol, 2004, 37 (12): 155-160.

[3]陳亞非, 趙謀明. 水溶性與水不溶性膳食纖維對油脂、膽固醇和膽酸鈉吸附作用研究[J]. 現代食品科技, 2005, 21(3): 58-60.

[4]歐仕益, 鄭妍, 劉子立, 等. 酵解和酶解麥麩吸附脂肪和膽固醇的研究[J]. 食品科技, 2005(1): 91-93.

[5]周利民, 劉峙嶸, 許文苑. 麥麩對重金屬離子的吸附性能研究[J]. 離子交換與吸附, 2005, 21(4): 370-375.

[6]李劉冬, 李來好, 石紅, 等. 海藻膳食纖維對雌激素吸附作用的研究[J]. 中國海洋藥物雜志, 2005, 24(3): 1-4.

[7]李來好, 楊賢慶, 戚勃. 4種海藻膳食纖維對NO2吸附作用的研究[J].中國海洋藥物雜志, 2006, 25(1): 28-32.

[8]張寧, 張日新, 林奇齡. 膳食纖維對丙烯酰胺的吸附研究[J]. 糧油加工與食品機械, 2006(5): 84-85.

[9]鐘希瓊, 胡文娥, 林麗超. 膳食纖維對油脂、膽固醇、膽酸鈉和亞硝酸根離子吸附作用的研究[J]. 食品工業科技, 2010(5): 134-136.

[10]SINGH N, RAJINI P S. Free radical scavenging activity of an aqueous extract of potato peel[J]. Food Chemistry, 2004, 85: 611-613.

[11]張璟, 歐仕益, 張寧. 麥麩酶解產品清除自由基的體外實驗研究[J].營養學報, 2005, 27(1): 25-29.

[12]劉友明, 趙思明, 熊善柏, 等. 米糠的蛋白酶水解提取物抗氧化活性及分子量分布研究[J]. 中國糧油學報, 2006, 21(2): 1-4.

[13]李來好, 李劉冬, 石紅, 等. 4種海藻膳食纖維清除自由基的比較研究[J]. 中國水產科學, 2005, 12(4): 471-476.

[14]鐘海燕, 韓軍, 蘇勇, 等. 從葛根渣中酶法制備膳食纖維[J]. 作物學報, 2005, 31(12): 1606-1610.

[15]劉達玉, 左勇. 酶解法提取薯渣膳食纖維的研究[J]. 食品工業科技, 2005(5): 90-92.

Extraction of Dietary Fiber from Big Yam and its Scavenging Capability on Free Radicals

ZHONG Xi-qiong
(Department of Food Science, School of Life Science, Foshan University, Foshan 528231, China)

Big yam was used as the raw material to explore the optimal enzymatic extraction processing for dietary fiber through orthogonal experiments. Results indicated that the optimal extraction processing conditions of dietary fiber from big yam were 0.6% compound enzyme composed of α-amylase and glucoamylase at a ratio of 6:1, hydrolysis temperature of 80 ℃ and hydrolysis time of 80 min. The carbohydrate and protein in big yam could be completely cleared out if big yam was treated with 0.6% compound enzyme at 60 ℃ for 60 min. The scavenging effects of dietary fiber from big yam with various concentrations (5-35 mg/mL) on DPPH, superoxide anion and hydroxyl free radicals were also investigated in vitro. Results exhibited that the dietary fiber from big yam had strong scavenging capability on 3 kinds of free radicals. The scavenging rates of dietary fiber from big yam on DPPH, superoxide anion and hydroxyl free radicals were 24.30%, 51.08% and 46.07%, respectively. In addition, the dietary fiber at the concentration of 15 mg/mL exhibited the strongest scavenging activity with the scavenging rates of 27.52%, 60.0% and 48.43%, respectively.

big yam；dietary fiber；free radical；scavenging

R151.4

A

1002-6630(2010)24-0139-03

2010-02-03

鐘希瓊(1965—)，女，副教授，碩士，研究方向為食品化學及食品添加劑。E-mail：hgmzh@21cn.com