環境因素對米糠不溶性膳食纖維吸附藍莓多酚的影響

陽　雁，李蒙蒙，孫智達（華中農業大學食品科技學院，湖北武漢430070）

環境因素對米糠不溶性膳食纖維吸附藍莓多酚的影響

陽雁，李蒙蒙，孫智達
（華中農業大學食品科技學院，湖北武漢430070）

為了研究影響米糠不溶性膳食纖維吸附藍莓多酚的環境因素，以時間、溫度、pH、離子強度、尿素濃度、乙醇濃度為變量，藍莓多酚吸附量為指標進行了吸附實驗。藍莓多酚的吸附量隨時間先增加后趨于平衡，30 min時基本達到平衡；低pH環境有利于吸附，吸附量在pH4～5時達到最大值；吸附量隨溶液中離子強度的增大而增加，隨溫度升高，尿素、乙醇濃度增大而減少。吸附藍莓多酚后，米糠不溶性膳食纖維的抗氧化活性得到提高，其IC50為3.53 mg/mL，結果表明：米糠不溶性膳食纖維與藍莓多酚的共混物是一種理想的新型高效的天然抗氧化劑。

米糠，膳食纖維，藍莓多酚，吸附

藍莓（blueberry）原產于美國佛羅里達北部，學名越橘，屬杜鵑花科（Ericaceae）越橘屬（Vaccinium. spp）。從上世紀70年代開始，人們開始研究藍莓中的多酚，研究表明，藍莓中的多酚含量非常高，且具有多種生物活性。劉文旭等［1］用醇提法提取藍莓果實中的多酚，測得總酚含量為（9.44±0.22）mg/100 g DW。李春陽等［2］通過7種方法對藍莓葉多酚提取物、藍莓果渣多酚提取物與蘆丁的抗氧化活性進行了比較，證實藍莓葉與藍莓果渣的多酚提取物均具有較強的抗氧化性。Weiguang Yia等［3］研究發現藍莓中的酚酸、單寧、黃酮和原花青素均能有效抑制肝癌細胞（HepG2）的生長，結果表明濃度為70～150 μg/mL的藍莓多酚溶液中的原花青素對肝癌細胞的生長抑制率達到50%。

我國是稻米生產大國，米糠是稻谷加工的副產物之一，其中米糠膳食纖維含量高達35%～50%，是理想的膳食纖維來源。大量實驗證明，膳食纖維具有多種生理功能，故膳食纖維被認為是繼水、蛋白質、碳水化合物、脂肪、礦物質、維生素之后人體必需的“第七營養素”。Devin［4］認為不溶性膳食纖維可以增大糞便體積，稀釋致癌物濃度，吸附致癌物促進腸道蠕動，加快致癌物排出體外的速度等，通過多途徑預防和治療結腸癌。除此之外，膳食纖維還對糖尿病、肥胖癥、心血管疾病等具有顯著的預防與治療效果［4-10］。

目前國內外對米糠不溶性膳食纖維與藍莓多酚之間相互作用的報道較少，本研究針對影響米糠不溶性膳食纖維與藍莓多酚之間相互作用的一些環境因素及共混物抗氧化能力進行研究，為充分利用稻谷加工副產物，開發新型高效的天然抗氧化劑提供依據。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

藍莓鮮果購于武漢市；脫脂米糠湖北省農科院提供；耐高溫淀粉酶（20000 U/mL） 蘇柯漢生物工程有限公司；堿性蛋白酶（100000 U/g）、葡萄糖淀粉酶（100000 U/g）、高峰淀粉酶（4000 U/g） 上海源葉生物科技有限公司；XAD-7HP大孔樹脂Rohm and Haas；1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH·）Sigma公司；無水乙醇、無水乙醚、碘、碘化鉀、氫氧化鈉、鹽酸、硫酸銅、硫酸鉀、酒石酸鉀鈉、亞鐵氰化鉀、硼酸、丙酮、硅藻土均購于上海國藥化學試劑有限公司。

RE-3000旋轉蒸發器上海亞榮生化儀器廠；HH6水浴鍋金壇市杰瑞爾電器有限公司；GZX-9140BME數顯鼓風干燥箱上海博迅實業有限公司；KSW-4D-11A馬弗爐湖北英山建力電爐制造有限公司；UV-2100紫外可見分光光度上海光譜儀器有限公司；SHZ-82A恒溫振蕩器國華企業；JSM-6390LV掃描電鏡日本NTC公司。

1.2實驗方法

1.2.1藍莓多酚的提取純化采用溶劑法從藍莓鮮果中提取藍莓多酚［11］。具體操作如下：準確稱取100 g藍莓鮮果，研磨破碎，加入1500 mL預先用乙酸酸化過的60%乙醇溶液（pH3），混合均勻，40℃下浸提2 h，期間不斷攪拌，抽濾，40℃旋轉蒸發除去濾液中的乙醇，即得到粗提液。粗提液經過大孔樹脂XAD-7HP純化，純化條件：用pH3的水溶液洗至流出液無色，再用pH3的乙醇溶液洗脫，收集洗脫液，凍干，得到藍莓多酚的樣品粉末，按照李靜的方法［12］測得總酚含量為46.7%。

1.2.2米糠不溶性膳食纖維的制備采用雙酶法制備米糠不溶性膳食纖維［13］。具體操作如下：準確稱量10 g脫脂米糠，分散至500 mL蒸餾水中，調pH至5.5，加入20 μL耐高溫淀粉酶，75℃提取3.5 h。調pH至8.2，加入0.2 g堿性蛋白酶，65℃提取2.5 h，沸水浴10 min滅酶，8000 r/min離心10 min取下層沉淀，凍干。

1.2.3米糠不溶性膳食纖維基本成分和表面結構分析采用國標中規定的方法，分析米糠不溶性膳食纖維中的水分（GB/T 50093-2010）、灰分（GB/T 5505-2008）、蛋白質（GB/T 50095-2010）、脂肪（GB/T 5512-2008）、淀粉（GB/T 5009.9-2008）、膳食纖維（GB/T 22224-2008）含量。采用掃描電鏡觀察不溶性膳食纖維的表面結構。

1.2.4時間、溫度、pH、離子強度對吸附的影響準確稱取12.5 mg不溶性膳食纖維分別分散于2 mL一定濃度（0.01、0.1、1 mol/L）磷酸緩沖液（pH3、4、5、6、7、8、9）中，充分溶脹30 min，加入0.5 mL 200 mg/mL藍莓多酚溶液，混勻后于一定溫度（5、15、25、35、45、 55℃）下反應一定時間（0、5、10、15、20、30、60、90、120、150 min），抽濾，取濾液于280 nm波長下測定吸光值，用1.2.1所提取的藍莓多酚繪制濃度曲線（y= 15.71x+0.1315，R2=1），對照濃度曲線計算吸附的多酚濃度，以等體積多酚溶液和等體積磷酸緩沖液混合作為空白對照［14］。其中，各固定因素水平為磷酸緩沖液濃度0.1 mol/L、緩沖液pH=4、反應溫度25℃、反應時間60 min。按以下公式計算吸附量：

式中：C1為吸附前多酚溶液質量濃度（mg/mL）；C2為吸附后濾液中多酚質量濃度（mg/mL）；V為反應時溶液總體積（mL）；n為稀釋倍數；m為米糠不溶性膳食纖維質量（mg）。

1.2.5尿素、乙醇對吸附的影響準確稱取12.5 mg不溶性膳食纖維分別分散于2 mL 0.1 mol/L磷酸緩沖液（pH=4）中，充分溶脹30 min，加1 mL一定濃度尿素溶液（0、1、6 mol/L）或乙醇溶液（0、20%、40%、60%、80%、90%，v/v），加入0.5 mL 200 mg/mL藍莓多酚溶液，混勻后于25℃下反應1 h，抽濾，取濾液于280 nm波長下測定吸光值，對照藍莓多酚標準曲線計算剩余藍莓多酚濃度，以等體積多酚溶液和等體積磷酸緩沖液混合作為空白對照［14］。按式（1）計算吸附量。

1.2.6DPPH·清除能力準確稱取12.5 mg不溶性膳食纖維分散于2 mL 0.1 mol/L，pH=4磷酸緩沖液中，充分溶脹30 min，然后加0.5 mL 200 mg/mL藍莓多酚溶液，混勻后于25℃下反應1 h，抽濾，凍干，得到不溶性膳食纖維與藍莓多酚共混物。參照周瑋婧的方法［15］，分別量取不同稀釋度的米糠不溶性膳食纖維與藍莓多酚共混物溶液（1、2、3、4、5、6、7 mg/mL）和未吸附藍莓多酚的膳食纖維溶液（2、3、4、5、6、7、8 mg/mL）2 mL，2×10-4mol/L DPPH·乙醇溶液2 mL于10 mL具塞試管中，混勻后在室溫下避光靜置30 min，以等體積的蒸餾水和無水乙醇混合液作為空白調零，在515 nm處測定吸光值。空白組以等體積無水乙醇代替DPPH·溶液，對照組以等體積蒸餾水代替樣品溶液，按以下公式計算DPPH·清除率：

式中：Ai為樣品溶液吸光值；Aj為空白組吸光值；Ao為對照組吸光值。

1.3數據處理方法

數據均為三次測定的平均值，用Origin 8.0版統計軟件包進行統計學處理，數值均以平均值±標準差表示。

2　結果與分析

2.1米糠不溶性膳食纖維基本成分及表面結構分析

由表1可知，酶法提取米糠不溶性膳食纖維的純度較高，可達到87%以上，淀粉、蛋白質含量均在4%以下。同時，掃描電鏡結果如圖1所示，表明米糠不溶性膳食纖維表面呈明顯蜂窩狀結構，為吸附多酚提供了有利條件。

表1　米糠不溶性膳食纖維基本成分表Table 1　Content of insoluble rice bran dietary fiber

圖1　米糠不溶性膳食纖維的掃描電鏡圖Fig.1　SEM micrograph of insoluble rice bran dietary fiber

2.2時間對吸附的影響

由圖2可知，隨著吸附時間的延長，吸附量先增加后趨于平衡。在0～5 min時，多酚吸附量急劇增加，在5～30 min時，多酚吸附量仍有增加，但增速較前5 min明顯降低，在30 min后，多酚吸附量變化趨緩，表明此時不溶性膳食纖維對藍莓多酚的吸附已近飽和。

圖2　藍莓多酚吸附量隨時間的變化Fig.2　Variation of blueberry polyphenol adsorption with time

2.3溫度對吸附的影響

圖3結果表明，藍莓多酚的吸附量隨溫度升高而減少，表明在物理共混情況下，藍莓多酚和膳食纖維之間可能是以氫鍵結合。隨著溫度升高，多酚分子的運動加劇，氫鍵減弱，從而導致多酚的吸附量減少。C Le Bourvellec曾報道，溫度與蘋果皮膳食纖維吸附原花青素的量呈負相關［14］。

圖3　藍莓多酚吸附量隨溫度的變化Fig.3　Variation of blueberry polyphenol adsorption with temperature

2.4pH對吸附的影響

圖4結果表明，當pH＜4時，吸附量隨著pH增大而增大；吸附量在pH4～5時達到最大值，之后隨著pH增大，吸附量逐漸減少；當pH＞7時吸附量急劇減少。過低的pH使得膳食纖維與藍莓多酚間靜電排斥力增強，不利于吸附，而多酚類物質呈酸性，在低pH環境中穩定，因此pH升高會導致一部分藍莓多酚發生降解，從而影響吸附［16］。

圖4　藍莓多酚吸附量隨pH的變化Fig.4　Variation of blueberry polyphenol adsorption with pH

2.5離子強度對吸附的影響

從圖5可以看出，相同溫度和時間下，吸附量隨離子強度的增加而增大，表明增加離子強度有利于多酚的吸附。這是由于多酚與膳食纖維之間存在較強的靜電排斥力，增加離子強度削弱其靜電排斥力，藍莓多酚的疏水性增強，故其與膳食纖維之間的疏水相互作用增大，吸附量亦相應提高［17］。

圖5　藍莓多酚吸附量隨離子強度的變化Fig.5　Variation of blueberry polyphenol adsorption with ionic strength

2.6尿素對吸附的影響

圖6結果表明，隨著體系中尿素含量的增加多酚吸附量逐漸減少，當尿素濃度為6 mol/L時，多酚吸附量比不添加尿素時減少了16.5%。尿素既是電子供體也是電子受體，能夠破壞吸附質與吸附液之間的氫鍵，進一步說明膳食纖維吸附藍莓多酚可能是借助氫鍵作用力實現的。

圖6　藍莓多酚吸附量隨尿素濃度的變化Fig.6　Variation of blueberry polyphenol adsorption with urea concentration

2.7乙醇對吸附的影響

圖7結果表明，0%～60%時，藍莓多酚吸附量隨著體系內乙醇濃度的增大而減少，60%后趨于穩定。乙醇也是電子受體，乙醇濃度的增加大大削弱了多酚與膳食纖維間的氫鍵作用力，故吸附量減少。

圖7　藍莓多酚吸附量隨乙醇濃度的變化Fig.7　Variation of blueberry polyphenol adsorption with alcohol concentration

2.8DPPH·清除能力

由圖8可知，在相同濃度下吸附了藍莓多酚的膳食纖維對DPPH·的清除能力均強于未吸附的膳食纖維。膳食纖維濃度越大，兩者的差距越大，當濃度為7 mg/mL時，吸附了藍莓多酚的膳食纖維的DPPH·清除率達到94.42%，而未吸附的膳食纖維僅為81.43%。吸附了藍莓多酚和未吸附的膳食纖維的IC50分別為2.84 mg/mL和3.53 mg/mL，而清除率達到70%時，兩者濃度分別為3.96 mg/mL和5.45 mg/mL。

圖8　吸附前后米糠不溶性膳食纖維對DPPH自由基的清除效果Fig.8　DPPH radical scavenging activity of rice bran insoluble dietary fiber before and after adsorption of blueberry polyphenols

3　結論

本實驗研究了影響米糠不溶性膳食纖維吸附藍莓多酚的一些環境因素。結果表明：吸附量隨時間先增加后趨于平衡，30 min時吸附基本達到平衡；偏酸性的環境有利于米糠不溶性膳食纖維吸附藍莓多酚，吸附量在pH=5時達到最大值；溶液中離子強度的增大，增大了分子間疏水相互作用，有利于藍莓多酚的吸附；溫度升高，尿素、乙醇濃度的增加削弱了氫鍵和疏水相互作用，藍莓多酚的吸附量減少，不利于吸附。通過與未吸附多酚的膳食纖維相比，吸附了藍莓多酚的米糠不溶性膳食纖維的抗氧化性得到提高，其IC50為3.53 mg/mL。

［1］劉文旭，黃午陽．草莓、黑莓、藍莓中多酚類物質及其抗氧化活性研究［J］．食品科學，2011，32（23）：130-133.

［2］李春陽，馮進．藍莓葉多酚與藍莓果渣多酚提取物抗氧化活性研究［J］．食品工業科技，2013，34（7）：56-60.

［3］Weiguang Yia，Casimir C Akoh，Joan Fischer，et al．Effects of phenolic compounds in bluebe-rries and muscadine grapes on HepG2 cell viability and apoptosis［J］．Food Research International，2006，39：628-638.

［4］Rose，D J，M T DeMeo，et al．Influence of Dietary Fiber on Inflammatory Bowel Disease and Colon Cancer：Importance of Fermentation Pattern［J］．Nutrition Reviews，2007，65（2）：51-62.

［5］Qureshi，A A，S A Sami，et al．Effects of stabilized rice bran，its soluble and fiber fractions on blood glucose levels and serum lipid parameters in humans with diabetes mellitus Types I and II［J］．The Journal of Nutritional Biochemistry，2002，13（3）：175-187.

［6］Reimer，R A，M I McBurney.Dietary fiber modulates intestinal proglucagonmessengerribonucleicacidandpostprandial secretion of glucagon-like peptide-1 and insulin in rats［J］．Endocrinology，1996，137（9）：3948-3956.

［7］Massimino，S P．Fermentable Dietary Fiber Increases GLP-1 Secretion and Improves Glucose Homeostasis Despite Increased Intestinal Glucose Transport Capacity in Healthy Dogs［J］．The Journal of Nutrition，1998，128（10）：1786-1793.

［8］Howarth，N C．Dietary fiber and weight regulation［J］．Nutrition Reviews，2001，59（5）：129-139.

［9］King，D E．Dietary fiber，inflammation，and cardiovascular disease［J］．Molecular Nutrition&Food Research，2005，49（6）：594-600.

［10］Lairon，D，N Arnault，et al．Dietary fiber intake and risk factors for cardiovascular disease in French adults［J］．The American Journal of Clinical Nutrition，2005，82（6）：1185-1194.

［11］李暢穎．藍莓花色苷提取純化及生理功能研究［D］．沈陽：［12］李靜，聶繼云，李海飛，等．Folin-酚法測定水果及其制品中總多酚含量的條件［J］．果樹學報，2008，25（1）：126-131.

沈陽農業大學，2008.

［13］陶顏娟．小麥麩皮膳食纖維的改性及應用研究［D］．無錫：江南大學，2008.

［14］C Le Bourvellec，S Guyot，C M G C Renard．Non-covalent interaction between procyanidins and apple cell wall material Part I.Effect of some environmental parameters［J］．Biochimica et Biophysica Acta，2004：192-202.

［15］周瑋婧，隋勇．荔枝皮原花青素與Vc、Ve的協同抗氧化研究［J］．食品科學，2012，33（3）：5-8.

［16］安曉婷，周濤．大孔樹脂純化藍莓果渣多酚及其組成分析［J］．食品科學，2013，34（20）：1-6.

［17］Campinas M，Rosa M J．The ionic strength effect on microcystin and natural organic matter surrogate adsorption onto PAC［J］．J Colloid Interf Sci，2006，299（2）：520-529.

Effect of environmental factors on the interaction between rice bran insoluble dietary fiber and blueberry polyphenols

YANG Yan，LI Meng-meng，SUN Zhi-da
（College of Food Science，Huazhong Agriculture University，Wuhan 430070，China）

To study the effect of environmental factors on the interaction between rice bran insoluble dietary fiber and blueberry polyphenols，some physico-chemical parameters such as time，temperature，pH，ionic strength，and presence of urea and ethanol were investigated.The amount of absorption of blueberry polyphenols was used as parameter.Adsorption increased with increasing time at first，and tended to be constant after 30 min；the amount of absorption was larger with low pH，maximum amount was attained at pH4~5，adsorption increased with increasing solution ionic strength，while decreased with increasing temperature，presence of urea and ethanol.After adsorption，the antioxidant activity of rice bran insoluble dietary fiber was improved，the IC50was 3.53 mg/mL，and the results showed that：rice bran insoluble dietary fiber which bounded with blueberry polyphenols could be considered as an ideal new and efficient natural antioxidant.

rice bran；dietary fiber；blueberry polyphenols；adsorption

TS201

A

1002-0306（2015）18-0137-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.18.019

2015－01－16

陽雁（1990-），女，碩士研究生，研究方向：天然產物化學，E-mail：simple_yangyan@163.com。

公益性行業（農業）科研專項。