三種膳食纖維的抗氧化活性及主要吸附能力的比較研究

陳琬盈，李 江，鄭育桃，王 平 *，黃 亮，孫吉康，王海霞，彭九生

（1.中南林業科技大學 生命科學與技術學院，湖南 長沙 410004；2.江西省林業科學院，江西 南昌 330013）

目前，國內外已研究的膳食纖維（dietary fiber，DF）主要有六大類約30種，其中包括谷物類纖維、豆類纖維、果蔬類纖維、微生物多糖類纖維、其他天然纖維和合成、半合成纖維[1]。但實際投入生產與應用的不過10余種，且只有少數幾種膳食纖維產品被證明生理效果較好，實現了工業化生產。

膳食纖維是人體健康不可缺少的營養素，其價格低廉、資源豐富，因此有著廣泛的應用前景，國外膳食纖維食品的開發與應用已經大眾化，而與國外相比，我國還存在一定的差距[2]。隨著研究的深入，1998年SAURA-CALIXTO F[3]率先提出了一個新的概念—抗氧化膳食纖維（antioxidant dietary fiber，ADF），定義為大量天然抗氧化劑結合到DF基質中的產物。國外對膳食纖維的研究開始得比較早且全面，不僅有如美國膳食纖維協會等開發研制膳食纖維的專門機構，且膳食纖維己被廣泛應用于各種食品中，尤其是強化膳食纖維的功能食品在歐美、日本等發達國家盛行[4]。國內眾多科研機構和生產廠家也相繼推出了多項膳食纖維加工技術和產品。一些著名食品公司也己經在其產品中添加了膳食纖維，并且推出了“高纖維”概念[5]。

我國從目前研究開發的資源來看，主要集中于谷物纖維，如玉米麩皮纖維、小麥麩皮膳食纖維等。因此，充分利用我國豐富的膳食纖維資源，推廣膳食纖維產業，迎合市場需要，使我國人民的膳食結構得以優化和改善很有必要。我國雷竹筍資源豐富，具有出筍早、產量高、筍期長、筍味美，年年出筍，效益高，適應性強等特點，其質嫩味美，含有豐富的氨基酸和多種礦物元素及維生素，而且竹筍中的纖維、半纖維、本質素、膳食纖維的含量也很高[6]。本研究為今后雷竹筍膳食纖維的深度開發和利用提供了一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

雷竹筍膳食纖維（DF1）：將雷竹筍渣依化學法（堿作用浸泡+酸作用浸泡）制備膳食纖維，干燥后粉碎過80目篩，實驗室自制；小麥膳食纖維（DF2）：江蘇上一道科技股份有限公司；青竹膳食纖維（DF3）：肇慶天康青竹生物制品有限公司。

表1 三種膳食纖維成分含量Table 1 Components in three kinds of dietary fibers

1.2 儀器與設備

DHG-9122AA型新型電熱恒溫鼓風干燥箱、SHZ-82恒溫振蕩器：寧波江南儀器廠；FE 20實驗室pH計：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；QE-200高速萬能粉碎機：浙江屹立工貿有限公司；TDL-5Z 臺式多管架自動平衡離心機：湖南星科科學儀器有限公司；722型可見光分光光度計：上海光譜儀器有限公司；ZLKST310索氏浸提器：Foss.福特賽諾分析儀器蘇州有限公司；K 9840凱氏定氮儀：濟南海能儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品的處理

稱取5 g膳食纖維于1 000 mL三角瓶中，加蒸餾水400 mL攪拌均勻，浸泡l h，加熱至沸騰后保持20 min，13 000 r/min均質1 min，將乳濁液移至500 mL容量瓶中定容[7]。實驗時，根據需要稀釋成不同濃度的待測液。

1.3.2 標準曲線的制作

總抗氧化性標準曲線的繪制：以FeSO4為標準液，采用ABTS法[8]，在波長593 nm處測定其吸光度值，以OD值作為橫坐標，一定OD值所對應的質量濃度為縱坐標繪制標準曲線，得回歸方程為：y=0.004 8x-0.005 4，R2=0.999 3。

膽固醇標準曲線的制定：依GB/T 5009.128—2003[9]，在波長560 nm處比色，作標準曲線，總膽固醇量為橫坐標，OD值（吸光度值）為縱坐標，得回歸方程為：y=0.004x-0.04，R2=0.999 0。

NO2-標準曲線的制定：依GB/T 5009.33—2010《食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定》[10]，在波長538 nm處測吸光度值，繪制標準曲線，亞硝酸根含量為橫坐標，OD值為縱坐標，得回歸方程為：y=0.016x+0.001，R2=0.999 0。

1.3.3 DF抗氧化活性和吸附能力的測定方法

（1）DF體外抗氧化性各指標的測定

清除羥基自由基（·OH）能力：對歐仕益等[11]的方法稍作修改，在波長510 nm處測定吸光度值（此為損傷管吸光度值）；之后分別加入質量濃度不同的試樣溶液1 mL，再加l.0 mL/L的H2O21.0 mL，未損傷管不需要加提取物和H2O2。

式中：A0為未損傷管的吸光度值；A1為損傷管的吸光度值；A2為加提取物的吸光度值。

膳食纖維清除DPPH的能力：參照彭長連等[12]的研究方法，在波長517 nm處測定其吸光度值，同時測定樣品空白的吸光度值以及不加樣品液的空白樣的吸光度值。

式中：A1為2 mL DPPH·溶液+2 mL樣品液的吸光度值；A2為2 mL樣品液+2 mL無水乙醇的吸光度值；A0為2 mL DPPH·溶液+2 mL無水乙醇的吸光度值。

清除超氧陰離子自由基（O2-·）的能力：采用鄰苯三酚體系[13]，在波長299 nm處測定吸光度值A1，空白則以蒸餾水代替樣品液，測定吸光度值A0。

螯合Fe2+能力：根據CARTER P[14]的方法，樣品管相比對照管吸光度值下降的百分比反映其對Fe2+的螯合能力。樣品對Fe2+的螯合能力與EDTA相對比。結果表示為μmol EDTA當量/g樣品。

還原能力：根據PULIDO R等[8]的方法，將待測物質的還原能力與VC的還原能力相對比，確定其相對還原能力，單位為VERC（VC equivalent reducing capacity，VC當量），即1 g待測物質相當于VC的還原力。

在亞油酸體系中抗氧化活性的測定：以查學強等[15]的研究方法為參考，在波長500 nm處測定吸光度值，0.25 mg/mL（在保溫溶液中的濃度）的VE為對比[9]。不含待測液的為對照，直致對照吸光度值出現最大值。

總抗氧化能力的測定：量取0.1 mL的樣品溶液，加入3 mL FRAP工作液，再加入0.3 mL超純水，混勻，37 ℃準確反應5 min，于波長593 nm處測定其吸光度值，用超純水調零。

（2）膳食纖維吸附能力的測定

脂肪吸附能力的測定：不飽和脂肪吸附作用的測定[16]：稱取3.0 g樣品于50 mL離心管中，加入食用菜籽油25 g，攪拌均勻，37 ℃靜置1 h，4 000 r/min條件下離心20 min，去掉上層油樣，用濾紙吸干殘渣上游離的菜籽油，稱質量。

對飽和脂肪吸附作用的測定：稱取3.0 g樣品于50 mL離心管中，加入豬油（液態）25 g，攪拌均勻，37 ℃靜置1 h，4 000 r/min條件下離心20 min，去掉上層油樣，用濾紙吸干殘渣上游離的豬油，稱質量。

對膽固醇吸附作用的研究：膽固醇的測定方法采用鄰苯二甲醛法測定[17]。

對NO2-吸附作用的研究：設置pH 7.0和pH 2.0（分別模擬小腸和胃環境）兩種吸附環境，依標準曲線方法，測定NO2-的濃度，計算對NO2-的吸附量[18]。

對膽酸鈉吸附作用的研究：膽酸鈉的測定方法采用糠醛比色法[19]。

2 結果與分析

2.1 DF抗氧化活性結果分析

2.1.1 DF對羥基自由基的清除作用

·OH是活性最強的活性氧，其的大量產生是中毒的重要特征，因此清除·OH 是機體最有效的預防各種疾病的途徑。根據Fenton反應原理生成的·OH進攻水楊酸分子的苯環，產生2,3-二羥基苯甲酸，通過采用分光光度法測定其含量，來描述羥自由基的量和待測物質清除羥自由基的能力[20]。樣品清除·OH 的能力如圖1所示，DF1、DF2和DF3三種膳食纖維對·OH自由基的清除作用趨勢相似。隨著膳食纖維質量濃度的提高，對·OH自由基的清除率也逐漸上升，但當質量濃度達到20 μg/mL后，增幅趨緩。3種DF對于·OH的清除作用兩兩差異顯著。

圖1 膳食纖維對·OH的清除作用Fig.1 Effect of dietary fibers on·OH scavenging activity

2.1.2 DF對DPPH的清除作用

DPPH自由基是一種很穩定的以氮為中心的自由基，反應活性較強而壽命短暫，當抗氧化劑或供氫體出現時，穩定的自由基變成DPPH-H，顏色變淺，其程度與時間成正比[21]。若DF能夠清除它，則表示其具有降低羥基自由基、烷基自由基或者過氧自由基的有效濃度或阻斷脂質過氧化鏈反應的作用，反映出膳食纖維的抗氧化性。如圖2所示，DF對DPPH的清除作用與其質量濃度成正比關系，清除率DF1＞DF2＞DF3。DF1在質量濃度為1～15 μg/mL時，其清除率顯著上升，＞15 μg/mL之后，上升趨勢趨于平緩；DF2和DF3在質量濃度為1～20 μg/mL時，其清除率有明顯提高，＞20 μg/mL，作用變化微小。

圖2 膳食纖維對DPPH的清除作用Fig.2 Effect of dietary fibers on DPPH scavenging activity

2.1.3 DF清除超氧陰離子自由基（O2-·）的作用

超氧陰離子自由基（O2-·）在自由基中扮演著非常重要的角色，因為在反應順序上其他許多活性中間產物形成都始于與O2-·起作用，其是重要的毒理學中間體[22]。采用鄰苯三酚體系測定樣品對O2-·的清除能力，結果見圖3。由圖3可知，在鄰苯三酚自氧化體系中，三種DF都對超氧陰離子具有一定的清除能力，且清除能力隨質量濃度變化的趨勢基本相同，在質量濃度較低時隨質量濃度上升清除能力增強，但當質量濃度升高至3 mg/mL，清除能力隨質量濃度增加而下降。這可能是因為在高質量濃度的條件下，DF自氧產生了超氧陰離子。因為鄰苯三酚在弱堿性環境中只能接受一個電子，生成超氧陰離子自由基發生自氧化反應[23]。在其自氧化過程中以一定的速率產生有色中間體，從而削弱了DF的清除能力。在質量濃度為3 mg/mL時，DF1對超氧陰離子的清除率為56.69%，DF2為45.78%，DF3為30.45%，DF1是DF2的1.24倍，DF3的1.86倍。

圖3 膳食纖維對O2-·的清除作用Fig.3 Effect of dietary fibers on O2-·scavenging activity

2.1.4 DF螯合Fe2+能力、還原能力和總抗氧化性研究

體內的許多氧化過程都是在過渡金屬離子的參與下進行的。Fe2+能夠利用由酶產生的活性較小的過氧化物，產生毒性更強的自由基引起脂質、蛋白質、脫氧核糖和細胞等化合物或組織氧化損傷，因此對金屬螯合力的測定，是評價抗氧化劑抗氧化性能常用的方法[19]。用鐵-菲洛嗪法測得的膳食纖維產品的螯合能力結果如表2所示。從表2可以看出，DF1螯合能力明顯高于DF2、DF3，三種DF兩兩差異性顯著。

表2 膳食纖維螯合鐵離子能力、還原力和總抗氧化能力Table 2 The chelating ferrous ion ability,reducing power,and total antioxidant capacity of dietary fibers

抗氧化劑是通過自身的還原作用給出電子，從而清除自由基，還原力越大，抗氧化性越強[24]。結果如表2所示，DF3還原能力最弱，僅為5.87 μmol VC當量/g，DF1還原能力最強，為17.32 μmol VC當量/g，是DF3的2.95倍，DF2的還原能力居中，3種DF在P=0.05水平上，差異性顯著。

測定DF的總抗氧化能力，使其抗氧化能力的強弱在總體上得到反映。從表2可以看出，DF樣品都具有抗氧化能力。其中DF1最強，相當于5.88 μmol的Trolox的總抗氧化能力，DF2次之，DF3最弱。

2.1.5 DF在亞油酸體系抗氧化活性的研究

測定亞油酸的過氧化值來評價DF提取物在亞油酸乳狀液中的抗氧化活性，結果如表3所示。誘導亞油酸的氧化期為5 d（空白組吸光值峰值出現在第5天），樣品DF1、DF2和DF3（25 mg/mL）吸光度值峰值均出現在第5天，而吸光度值越大，說明亞油酸的氧化程度越大，則其抗氧化能力越差。由表3可看出，DF1、DF2和DF3對亞油酸氧化體系的抑制作用均弱于對照組VE。其中，保溫時間在第1天和第2天各組實驗組均沒有顯著性差異（P＞0.05），第3天開始出現顯著性差異，且DF1、DF2和DF3之間沒有顯著性差異，而空白組和對照組VE與三種DF之間存在顯著性差異。

2.2 DF吸附能力的結果與分析

2.2.1 DF吸附脂肪的研究

圖4 膳食纖維對脂肪的吸附作用Fig.4 Effect of DF on fat adsorption

由圖4可知，DF2對飽和脂肪（豬油）和不飽和脂肪（菜籽油）的吸附能力稍強于DF1，DF3的吸附能力最弱，且對飽和脂肪的吸附能力明顯高于對不飽和脂肪的吸附能力。調查顯示，誘發單純性肥胖癥主要原因是能量特別是脂肪的過多攝入。本試驗證明DF能吸附脂肪，減少腸道對膳食脂肪的吸收，從而減少攝入脂肪的吸收，降低肥胖的幾率。

2.2.2 對膽固醇的吸附作用

研究表明，膽固醇的過量攝入與動脈粥樣硬化和冠心病等疾病的發病率呈明顯正相關，膳食纖維可以吸附血清膽固醇，減低發生心血管疾病的風險[11]。表4的結果顯示，DF種類對膽固醇的吸附能力存在顯著差異，體系的酸堿性也能影響其吸附能力?？偟膩碚f，在中性條件下（模擬小腸環境）DF對膽固醇的吸附能力均高于酸性條件下（模擬胃條件）的吸附能力。

表4 膳食纖維對膽固醇的吸附作用Table 4 Effect of dietary fibers on cholesterol adsorption

2.2.3 DF對亞硝酸根離子的吸附研究

圖5 pH=2.0(A)及pH=7.0(B)時膳食纖維吸附NO2-效果(B)Fig.5 Effect of dietary fibers on NO2-adsorption at pH=2.0 (A)and pH=7.0 (B)

DF對NO2-的吸附結果見圖5。由圖5可知，反應體系的pH值對DF吸附NO2-的能力存在著明顯的影響。三種DF在pH值為2.0條件下對NO2-的吸附能力都比pH值為7.0的高。同時，其吸附能力DF1＞DF2＞DF3，且對NO2-的吸附能力隨時間的變化趨勢基本相同，即從吸附開始到60 min以內，吸附能力變化明顯，顯著上升，隨著時間的延長，變化則較為平緩。相較而言，pH值為2.0時DF2和DF3在30 min就趨于飽和，而pH 7.0時要60 min才能達到飽和。這說明DF2和DF3在胃內對NO2-的吸附能力大于腸道內吸附能力。此外，DF1的吸附量均高于DF2、DF3，這可能是因DF1中可溶性纖維SDF含量較高，在溶液中呈膠溶狀態，占有較大的比表面積，所以對NO2-具有較強的物理吸附優勢[25]。

2.2.4 DF對膽酸鈉的吸附效果分析

圖6 膳食纖維對膽酸鈉的吸附作用Fig.6 Effect of dietary fibers on sodium cholate adsorption

由圖6可知，DF對膽酸鈉具有吸附作用，吸附能力與其種類和膽酸鈉的質量濃度有關。膽酸鈉質量濃度相同時，DF1的吸附能力明顯高于DF2和DF3，但DF2與DF3吸附能力差別不大；在質量濃度不同時，吸附能力與質量濃度呈正相關。因此，DF對膽酸鹽的吸附可能存在某種動態平衡，當體系的質量濃度很高時，吸附能力就較高；當體系的質量濃度相對較低時，吸附能力也隨之降低，從而很好地維持脂肪代謝，讓機體的生理活動正常運行[26]。

3 結論

本實驗比較了小麥膳食纖維、雷竹筍膳食纖維和青竹膳食纖維的抗氧化活性和吸附能力，得出在抗氧化方面，DF1抗氧化性明顯強于DF2和DF3。但在亞油酸體系中的抗氧化活性，DF2＞DF1＞DF3；在吸附能力方面，對于亞硝酸根離子和膽酸鈉的吸附，DF1＞DF2＞DF3。對于脂肪的吸附能力DF2＞DF1＞DF2。對于膽固醇的吸附能力，DF2＞DF3＞DF1。

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