菊芋菊糖的提取、聚合度分布及抗氧化活性的研究

張宏志，馬艷弘*，黃開(kāi)紅，李亞輝，黃玉玲

（1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇南京210014；2.鹽土大地農(nóng)業(yè)科技有限公司，江蘇大豐224145）

菊芋菊糖的提取、聚合度分布及抗氧化活性的研究

張宏志1，馬艷弘*1，黃開(kāi)紅1，李亞輝1，黃玉玲2

（1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇南京210014；2.鹽土大地農(nóng)業(yè)科技有限公司，江蘇大豐224145）

以新鮮菊芋為原料，比較熱水浸提、酶法、超聲和微波輔助熱水浸提4種提取方法對(duì)菊芋菊糖的提取率、聚合度、抗氧化能力的影響。采用不同截留相對(duì)分子質(zhì)量的超濾管對(duì)提取液中菊糖聚合度分布進(jìn)行分析，通過(guò)清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）、羥基自由基（·OH）和超氧陰離子自由基（O2-·）試驗(yàn)來(lái)研究菊糖體外抗氧化活性。結(jié)果表明，菊芋菊糖最佳提取工藝為：料液質(zhì)量體積比1 g∶20 mL，微波功率800 W，間歇式輔助處理6 min，提取溫度80℃，提取時(shí)間120 min，菊糖得率為15.35%。酶法輔助提取對(duì)菊糖聚合度基本沒(méi)有影響，超聲和微波輔助造成菊糖平均聚合度下降，其中聚合度30＜DP＜60的菊糖樣品比例由32.5%分別下降到28.6%和16.5%，聚合度DP＞60的菊糖比例由13.6%下降到6.8%和3.6%。不同體外抗氧化體系中，4種方法提取所得菊糖均表現(xiàn)出一定的抗氧化能力，且與其質(zhì)量濃度呈明顯量效關(guān)系。其中，微波輔助提取法所得菊糖對(duì)活性氧自由基的清除作用最強(qiáng)，顯示出較強(qiáng)的抗氧化活性。

菊芋；菊糖；提?。痪酆隙?；抗氧化

菊芋（Jerusalem artichoke）為菊科向日葵屬植物，俗稱(chēng)鬼子姜、洋姜等，原產(chǎn)于北美洲，后經(jīng)歐洲引入我國(guó)，以塊莖繁殖，耐低溫、貧瘠和鹽堿，產(chǎn)量較高，在我國(guó)的沿海灘涂地區(qū)有大面積種植，是對(duì)沿海灘涂進(jìn)行土壤改良的先鋒植物［1］。菊芋塊莖中富含菊糖（又稱(chēng)菊粉），質(zhì)量分?jǐn)?shù)為菊芋濕重的10%～20%，干重的80%左右，是加工生產(chǎn)菊糖及其制品的首選原料［2］。菊糖是由D-果糖經(jīng)β（2→l）糖苷鍵脫水聚合而形成的果聚糖，呈直鏈結(jié)構(gòu)，其末端連接1個(gè)葡萄糖殘基，每個(gè)菊糖分子約含30～50個(gè)果糖殘基［3］。菊糖作為天然可溶性膳食纖維，能夠增殖腸道內(nèi)雙歧桿菌，防止腸道感染，促進(jìn)礦物質(zhì)的吸收，控制血脂，防治便秘和肥胖，降低血糖；此外，菊糖可作為糖、脂肪替代物大量用于低熱量、低糖、低脂肪食品中，顯著改善無(wú)脂、低脂食品的口感和質(zhì)感，是一種純天然的功能性食品添加劑［4-6］。

目前，國(guó)內(nèi)菊芋主要被用來(lái)制作醬菜或泡菜，以其為原料提取菊粉的產(chǎn)業(yè)還處在起步階段，其加工要經(jīng)過(guò)切片、烘干、粉碎、提取等諸多工序，存在能耗大、生產(chǎn)成本高，提取率低等諸多技術(shù)難題。有關(guān)菊糖提取分離的研究雖有零星報(bào)道［7-9］，但大多不適合規(guī)?；a(chǎn)，且不同提取方法對(duì)聚合度和抗氧化能力的影響，以及聚合度和抗氧化能力之間的關(guān)聯(lián)性也鮮有報(bào)道。鑒于此，作者系統(tǒng)研究了熱水浸提法，以及酶法、超聲、微波輔助熱水浸提對(duì)菊糖提取率、聚合度及體外抗氧化活性的影響，為尋求科學(xué)高效的菊糖加工技術(shù)途徑，提高菊芋經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)菊糖產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

新鮮菊芋：江蘇大豐鹽土大地有限公司提供；果蔬脫衣劑：購(gòu)自廈門(mén)味可多食品添加劑有限公司產(chǎn)品；果膠酶和纖維素酶：購(gòu)自南京奧多福尼生物科技有限公司；羥自由基和超氧陰離子自由基測(cè)試試劑盒：購(gòu)自南京建成生物工程研究所；所用DPPH（1，1-二苯基-2-三硝基苯肼）、苯酚、濃硫酸、酒石酸鉀鈉、3，5-二硝基水楊酸（均為分析純）：均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

DK-8D型電熱恒溫水槽：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品；JJ500型電子天平：常熟市雙杰測(cè)試儀器廠(chǎng)產(chǎn)品；HR2096型攪拌機(jī)：飛利浦電子香港有限公司產(chǎn)品；SCIENTZ-ⅡD超聲波細(xì)胞破碎機(jī)：寧波新芝科技股份有限公司產(chǎn)品；WD800G型微波爐：佛山順德格蘭仕微波爐電器有限公司產(chǎn)品；D-8型紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：上海奧析科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；LXJ-ⅡB型低速大容量多管離心機(jī)：上海安亭科學(xué)儀器廠(chǎng)產(chǎn)品；Milipore超濾管：南京漢隆實(shí)驗(yàn)器材有限公司產(chǎn)品；FE-20實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)：梅特勒-托利儀器有限公司產(chǎn)品；RE6000型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海亞榮生化儀器廠(chǎng)產(chǎn)品。

1.3工藝流程

鮮菊芋→清洗→脫皮→蒸煮→打漿→提取→過(guò)濾→除雜→脫色→濃縮→冷凍干燥→成品

1.4操作方法

1.4.1菊芋樣品預(yù)處理將新鮮菊芋洗凈后瀝干，浸入85℃含質(zhì)量濃度1.5 g/dL的果蔬脫衣劑水溶液中靜置15 min，輕微攪拌，待菊芋表皮自然脫落后取出菊芋塊莖，清水沖洗，蒸煮至熟化，與水按一定比例混合后打漿，得到用于提取菊芋菊糖的無(wú)褐變反應(yīng)的乳白色原料液。

1.4.2菊芋菊糖提取

1）熱水浸提法稱(chēng)取10 g預(yù)處理過(guò)的鮮菊芋于250 mL錐形瓶中，研究料液質(zhì)量體積比和提取溫度、時(shí)間、次數(shù)對(duì)菊糖提取率的影響。具體方法如下：

料液比：提取時(shí)間30 min，取溫度60℃，提取次數(shù)1次，試驗(yàn)組料液質(zhì)量體積比分別為1 g∶5 mL～1 g∶30 mL，試驗(yàn)重復(fù)3次；

提取溫度：提取時(shí)間30 min，料液質(zhì)量體積比為1 g∶20 mL，提取次數(shù)1次，試驗(yàn)組溫度分別為60、70、80、90、100℃，試驗(yàn)重復(fù)3次；

提取時(shí)間：取溫度90℃，料液質(zhì)量體積比為1 g∶20 mL，提取次數(shù)1次，試驗(yàn)組時(shí)間分別為30、60、90、120、150 min，試驗(yàn)重復(fù)3次；

提取次數(shù)：提取時(shí)間90 min，取溫度90℃，料液質(zhì)量體積比為1 g∶20 mL、試驗(yàn)組提取次數(shù)分別為第1次、第2次、第3次，試驗(yàn)重復(fù)3次。

在上述單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選定對(duì)提取率影響較大的因素進(jìn)行正交設(shè)計(jì)法，以確定菊糖最佳浸提條件。

表1　正交試驗(yàn)因素及水平表Table 1Factors and levels of orthogonal experiment

3）超聲波輔助法稱(chēng)取10 g預(yù)處理過(guò)的鮮菊芋于250 mL錐形瓶中，以料液質(zhì)量體積比1 g∶20 mL加入蒸餾水，在超聲波細(xì)胞破碎機(jī)中分別處理不同時(shí)間（5～25 min），超聲輸出功率為800 W，超聲作用時(shí)間5 s，超聲間歇時(shí)間2 s，然后按優(yōu)選的熱水浸提參數(shù)提取菊糖，考察超聲輔助對(duì)菊糖提取效果的影響。

4）微波輔助法稱(chēng)取10 g預(yù)處理過(guò)的鮮菊芋于250 mL錐形瓶中，以料液質(zhì)量體積比1 g∶20 mL加入蒸餾水，在微波爐中用中火功率分別處理不同時(shí)間（2～10 min），處理過(guò)程每微波1 min間歇1 min，并不斷用水補(bǔ)齊原料液比，然后按優(yōu)選的熱水浸提參數(shù)提取菊糖，考察微波輔助對(duì)菊糖提取效果的影響。

1.4.3菊芋菊糖分離純化取過(guò)濾后的菊糖提取液進(jìn)行除雜處理，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%新鮮石灰乳調(diào)節(jié)pH值為11左右，放入70℃恒溫水浴保溫60 min后抽濾，濾液再用磷酸回調(diào)pH值為6.5左右，再經(jīng)離心可得澄清的提取液。脫色工藝為量取上述澄清提取液100 mL置于燒杯中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%高溫活化處理過(guò)的活性炭粉末，攪拌均勻后于70℃恒溫水浴保溫60 min，冷卻至室溫后離心，上清液再用2層定性濾紙抽濾，以去除殘留的活性炭粉末。

1.5指標(biāo)測(cè)定

1.5.1總糖的測(cè)定采用苯酚-硫酸法測(cè)定菊芋汁中總糖含量。菊芋提取液經(jīng)適當(dāng)稀釋后過(guò)濾，取濾液2 mL加入1 mL 6%的苯酚和5 mL濃硫酸，立即搖勻，在常溫下放置20 min后，在490 nm下測(cè)定吸光值，最后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算總糖含量。

1.5.2還原糖的測(cè)定采用3，5-二硝基水楊酸（DNS）法測(cè)定菊芋汁中還原含量。菊芋提取液經(jīng)適當(dāng)稀釋后過(guò)濾，取濾液2 mL加入1.5 mL DNS試劑，混勻后沸水浴5 min，冷卻至室溫后用蒸餾水定容至25 mL，于540 nm處測(cè)定吸光值，最后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算還原糖含量。

1.5.3菊芋聚合度分布測(cè)定參照文獻(xiàn)［10～12］的原理和方法，將菊糖提取液靜置過(guò)夜后離心，上清液依次通過(guò)截留分子質(zhì)量1 000、5 000、3 000的超濾管進(jìn)行超濾處理，離心轉(zhuǎn)速為3 500 r/min，離心時(shí)間為25 min，所得截留液分別收集、濃縮，凍干，得到不同相對(duì)分子質(zhì)量范圍的菊芋菊糖，測(cè)定菊糖含量，以此分析菊糖的聚合度分布。

1.5.4體外抗氧化活性的測(cè)定

“我問(wèn)她為什么來(lái)找我，她說(shuō)在城里不認(rèn)識(shí)別的律師，既然羅素青信任我，那她也只能叫我替她辦這件事。她想讓我?guī)退k理房產(chǎn)過(guò)戶(hù)等等手續(xù)，我真的沒(méi)時(shí)間，也不想跟羅瑞他們交涉，這肯定是個(gè)麻煩事，所以她就找了你。”陳律師解釋道。

1）DPPH清除率的測(cè)定參照Braca［13］的方法。用無(wú)水乙醇準(zhǔn)確配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.004%的DPPH溶液，4℃避光待用。將1.4.3節(jié)純化得到的菊糖用雙蒸水配制成不同質(zhì)量濃度（0.5、1.0、2.0、4.0、8.0和10.0 mg/mL），各取1 mL上述多糖溶液于試管中，再加入4 mL 0.004%的DPPH溶液，混勻，避光靜置30 min，無(wú)水乙醇做空白，在517 nm處測(cè)定吸光值A(chǔ)，重復(fù)3～5次，計(jì)算清除率E。以近似質(zhì)量濃度VC作為對(duì)照，比較二者清除羥自由基能力的強(qiáng)弱。

2）羥自由基（·OH）清除率的測(cè)定利用Fenton反應(yīng)產(chǎn)生羥自由基，當(dāng)給予電子受體后，用Gress試劑顯色，形成紅色物質(zhì)，其呈色與羥自由基的多少成正比關(guān)系。測(cè)定方法是將1.4.3節(jié)純化得到的菊糖用雙蒸水配制成不同質(zhì)量濃度（0.5、1.0、2.0、4.0、8.0和10.0 mg/mL），按照試劑盒說(shuō)明書(shū)配置好各試劑和應(yīng)用液，混勻，室溫放置20 min，雙蒸水調(diào)零，于550 nm波長(zhǎng)處測(cè)定各管吸光度A，重復(fù)3～5次，計(jì)算清除率E。以近似質(zhì)量濃度VC作為對(duì)照，比較二者清除羥自由基能力的強(qiáng)弱。

3）超氧陰離子自由基（O2-·）清除率的測(cè)定模擬機(jī)體中黃嘌呤和黃嘌呤氧化酶反應(yīng)系統(tǒng)，產(chǎn)生超氧陰離子自由基，加入電子傳遞物質(zhì)及Gress顯色劑，使反應(yīng)系統(tǒng)呈現(xiàn)紫紅色。測(cè)定方法是將1.4.3節(jié)純化得到的菊糖用雙蒸水配制成不同質(zhì)量濃度（0.5、1.0、2.0、4.0、8.0和10.0 mg/mL），按照試劑盒說(shuō)明書(shū)配置好各試劑和應(yīng)用液，混勻，室溫放置10 min，雙蒸水調(diào)零，于550 nm波長(zhǎng)處測(cè)定各管吸光度A，重復(fù)3～5次，計(jì)算清除率E。以近似質(zhì)量濃度VC作為對(duì)照，比較兩者清除羥自由基能力的強(qiáng)弱。

1.6計(jì)算方法

菊糖質(zhì)量（g）=總糖質(zhì)量（g）－還原糖質(zhì)量（g）

菊糖提取率（%）=溶液中菊糖質(zhì)量（g）/原料中菊芋質(zhì)量（g）×100%

自由基清除率（%）=（A空白管-A測(cè)定管）/A空白管× 100%

2　結(jié)果與分析

2.1不同提取方法對(duì)菊糖提取率和聚合度分布的影響

2.1.1熱水浸提對(duì)菊糖提取率的影響由熱水浸提單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)表2）可知，料液質(zhì)量體積比、提取溫度和提取時(shí)間對(duì)菊糖的提取率影響最大，提取次數(shù)選取1次。為了了解菊糖提取的最佳工藝條件，以料液比，提取溫度和提取時(shí)間為試驗(yàn)因素，進(jìn)行3因素3水平正交試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果和極差分析見(jiàn)表3。

表2　單因素試驗(yàn)結(jié)果Table 2Results of single factor experiment

表3　正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3Results of orthogonal experiment

續(xù)表3

由表3極差R可知，不同因素對(duì)菊糖提取率的影響次序?yàn)椋篈>B>C，即料液比>提取溫度>提取時(shí)間。由K值可選出最優(yōu)條件組合為A3B2C3，即菊糖熱水浸提最佳工藝條件為：料液質(zhì)量體積比1 g∶20 mL，提取溫度80℃，提取時(shí)間120 min。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，該條件下菊糖提取率為12.84%。

2.1.2酶解輔助提取對(duì)菊糖提取率的影響酶法輔助提取主要借助酶對(duì)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)破壞而促進(jìn)多糖溶出的作用，該方式因反應(yīng)條件溫和、操作時(shí)間短、成本低等優(yōu)勢(shì)逐漸被應(yīng)用于多糖的提取。作者選用不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)果膠酶和纖維素酶，在自然pH（6.5）條件下對(duì)菊糖提取液先進(jìn)行酶解作用，后進(jìn)行熱水浸提。結(jié)果由圖1可知，隨著酶質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，菊糖提取率先上升后略微下降。當(dāng)酶質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)，菊糖提取率達(dá)到最高的13.15%，較熱水浸提工藝并無(wú)顯著提高。

圖1　酶法輔助提取對(duì)菊糖提取率的影響Fig.1Enzyme-assisted extraction on extraction ratio of inulin

2.1.3超聲輔助提取對(duì)菊糖提取率的影響如圖2結(jié)果顯示，與熱水浸提相比，菊芋經(jīng)超聲波處理后，菊糖得率隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而明顯提高，20 min時(shí)達(dá)到最大值14.75%，這說(shuō)明細(xì)胞在短時(shí)間內(nèi)即可被超聲波形成一定程度的破壞，使存在于細(xì)胞間和細(xì)胞壁的多糖釋放出來(lái)。隨后延長(zhǎng)超聲作用時(shí)間，菊糖的提取率反而降低，其原因一方面可能是長(zhǎng)時(shí)間的超聲剪切作用導(dǎo)致部分多糖的降解；另一方面細(xì)胞過(guò)釋放過(guò)多的其他不溶物和黏液質(zhì)進(jìn)入提取液，也會(huì)影響菊糖的正常溶出。因此，選取超聲時(shí)間20 min為超聲輔助最優(yōu)參數(shù)。

圖2　超聲波輔助提取對(duì)菊糖提取率的影響Fig.2Ultrasound-assisted extraction on extraction ratio of inulin

2.1.4微波輔助提取對(duì)菊糖提取率的影響從圖3可知，微波作用時(shí)間對(duì)菊糖提取率有較大影響。微波處理時(shí)間為6 min時(shí)菊糖的提取率最高，達(dá)到15.35%。在處理時(shí)間為6 min以前，菊糖提取率隨時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸升高，原因可能在于微波對(duì)細(xì)胞膜短時(shí)高效的破碎作用，菊糖溶出迅速而充分；但當(dāng)時(shí)間超過(guò)6 min時(shí)，菊糖提取率趨于平緩甚至開(kāi)始下降，可能是由于長(zhǎng)時(shí)間微波處理造成環(huán)境溫度過(guò)高，菊糖發(fā)生降解現(xiàn)象，這一現(xiàn)象在后續(xù)的聚合度測(cè)定中也得到了驗(yàn)證。因此，選取微波時(shí)間6 min為微波輔助最優(yōu)參數(shù)。

2.2菊芋提取液中菊糖聚合度分布及比例

多糖的生理活性與聚合度大小有著密切的關(guān)系，相對(duì)分子質(zhì)量越大，分子體積越大，越不利于跨膜障進(jìn)入生物體內(nèi)發(fā)揮生物學(xué)活性，相對(duì)分子質(zhì)量小的多糖更容易結(jié)合活性位點(diǎn)，但相對(duì)分子質(zhì)量過(guò)低又無(wú)法形成產(chǎn)生活性的聚合結(jié)構(gòu)［14］。因此，除了對(duì)菊糖提取率的影響，探討不同提取方式對(duì)菊糖聚合度的影響也至關(guān)重要。作者分析不同提取方式下得到的菊糖提取液，將它們依次通過(guò)截留相對(duì)分子質(zhì)量為1 000、5 000、3 000的超濾膜，然后測(cè)定每段的菊糖的含量，以初步確定菊糖的聚合度分布。其聚合度分布情況如圖4可知，與熱水浸提相比，酶法輔助作用方式溫和，聚合度分布基本沒(méi)有變化，超聲和微波輔助提取得到的聚合度30＜DP＜60的菊糖樣品由32.5%分別下降到28.6%和16.5%，聚合度DP＞60的菊糖由13.6%下降到6.8%和3.6%，而相應(yīng)的低聚合度菊糖比例大幅上升，這說(shuō)明作用方式相對(duì)激烈的超聲和微波輔助方式下，高聚合度菊糖發(fā)生明顯降解現(xiàn)象，平均聚合度降低。

圖3　微波輔助提取對(duì)菊糖提取率的影響Fig.3Microwave-assisted extraction on extraction ratio of inulin

圖4　菊糖聚合度分布及比例Fig.4Polymerization degree distribution of inulin

2.3體外抗氧化活性的研究

2.3.1清除DPPH的測(cè)定結(jié)果DPPH是一種穩(wěn)定的，以氮為中心的有機(jī)自由基，乙醇溶液中呈深紫色，在517 nm處有最大吸收峰。當(dāng)有自由基清除劑存在時(shí)，自由基提供一個(gè)電子與DPPH自由基孤對(duì)電子配對(duì)而使吸收峰減弱或消失，其變化程度與自由基清除程度呈線(xiàn)性關(guān)系，據(jù)此可定量評(píng)價(jià)清除劑的清除能力［15］。如圖5所示，不同提取方式得到的菊糖樣品均具有顯著的DPPH清除能力，在0.5～10 mg/mL的有效質(zhì)量濃度范圍內(nèi)呈濃度依賴(lài)趨勢(shì)；當(dāng)樣品濃度＞10 mg/mL，增長(zhǎng)趨勢(shì)趨于穩(wěn)定。其中，微波輔助得到的菊糖樣品在5 mg/mL時(shí)清除率已達(dá)50%，清除能力明顯高于其他樣品。15 mg/mL時(shí)，熱水浸提、酶法、超聲和微波輔助得到的菊糖樣品清除DPPH的能力分別是63.1%、65.4%、70.1%和88.4%。對(duì)比VC可見(jiàn)，菊糖各樣品清除DPPH的能力低于VC。在較高質(zhì)量濃度下，微波輔助得到的菊糖樣品具有與VC相當(dāng)?shù)那宄Ч?/p>

圖5　菊糖清除DPPH的能力Fig.5Scavenging capacity of inulin on DPPH free radicals

2.3.2清除羥基自由基（·OH）的測(cè)定結(jié)果作為活性氧中毒性最大的自由基，·OH能夠誘導(dǎo)生物分子如核酸、蛋白質(zhì)和脂類(lèi)等物質(zhì)嚴(yán)重的氧化性損傷，·OH清除率是反映藥物抗氧化作用的重要指標(biāo)［16］。菊糖不同來(lái)源樣品清除·OH的能力如圖6所示。在0.5 mg/mL時(shí)，各菊糖樣品就表現(xiàn)出較高清除·OH的能力，且隨著濃度的增加，作用不斷增強(qiáng)，在7.5 mg/mL后趨于平緩。從整體上看，超聲和微波輔助提取的菊糖樣品清除·OH的能力相對(duì)較強(qiáng)，而熱水浸提和酶法輔助得到的菊糖樣品的清除能力相當(dāng)。15 mg/mL時(shí)，熱水浸提、酶法、超聲和微波輔助得到的菊糖樣品清除·OH的能力分別是68.5%、67.1%、82.8%和88.8%，均低于同等濃度下的VC清除能力。但隨著質(zhì)量濃度增大，菊糖樣品清除效果逐漸接近VC，尤其是微波輔助得到的菊糖樣品。

2.3.3清除超氧陰離子自由基（O2-·）的測(cè)定結(jié)果生物體內(nèi)氧化還原反應(yīng)中，有氧會(huì)產(chǎn)生O2-·，在人體中含量過(guò)多會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡，酶失活，DNA和膜的降解，適量補(bǔ)充外源性清除O2-·的食物，可預(yù)防這類(lèi)損傷和病變的發(fā)生和發(fā)展［17］。因此，研究菊糖清除超氧陰離子的能力是研究其抗氧化功能的重要方面。圖7所示，在較低質(zhì)量濃度時(shí)，菊糖對(duì)O2-·的清除能力的量效關(guān)系非常明顯，樣品質(zhì)量濃度＞7.5 mg/ mL后，隨著濃度增大，清除能力不再變化。其中，超聲輔助提取得到的菊糖樣品清除O2-·能力略低于其他3種提取方式，其在2.5 mg/mL后清除能力就基本趨于平穩(wěn)，不再上升。15 mg/mL時(shí)，熱水浸提、酶法、超聲和微波輔助得到的菊糖樣品清除O2-·的能力分別是45.1%、46.4%、32.9%和51.4%。VC在質(zhì)量濃度為2.5 mg/mL時(shí)即可完全清除溶液中的O2-·，明顯高于此濃度下各菊糖樣品的清除能力。

圖6　菊糖清除·OH的能力Fig.6Scavenging capacity of inulin on hydroxyl free radicals

圖7　菊糖清除O2-·的能力Fig.7Scavenging capacity of inulin on superoxide anion free radicals

3　討論

提取率低下和脫色負(fù)擔(dān)重是菊芋生產(chǎn)的技術(shù)瓶頸。作者對(duì)新鮮的菊芋進(jìn)行去皮蒸煮預(yù)處理，既可有效防止菊芋褐變，減輕后續(xù)純化負(fù)擔(dān)，又有助于菊糖得率的提高，適合工業(yè)化生產(chǎn)需求；采用熱水浸提法生產(chǎn)菊糖，通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)確定了最佳提取條件：料液質(zhì)量體積比1 g∶20 mL，提取溫度80℃，提取時(shí)間120 min，菊糖得率最高為12.84%，在此最佳工藝前分別輔助酶法、超聲和微波處理，菊糖得率可分別提高到13.15%、14.75%和15.35%。由此可見(jiàn)，在熱水浸提工藝之前選用微波間歇式輔助處理，菊糖提取效率最高。

多糖具有清除多種活性氧（Reactive oxygen species，ROS）的抗氧化作用，其可能的抗氧化機(jī)理有多種解釋?zhuān)ㄖ苯幼饔糜赗OS本身，作用于抗氧化酶，絡(luò)合產(chǎn)生ROS需要的金屬離子以及促進(jìn)超氧化物歧化酶從細(xì)胞表面釋放等［19］，其中體外抗氧化機(jī)理主要是多糖直接作用于ROS達(dá)到清除效果。當(dāng)前，多糖抗氧化作用的研究?jī)H停留在表面階段，有關(guān)抗氧化作用與多糖結(jié)構(gòu)的關(guān)系至今仍不清楚，相關(guān)領(lǐng)域缺乏科學(xué)的依據(jù)和結(jié)論，導(dǎo)致尋找高活性的多糖具有較大的盲目性。現(xiàn)初步認(rèn)為多糖生物活性與多糖的相對(duì)分子量密切相關(guān)，相對(duì)分子質(zhì)量大小適當(dāng)?shù)亩嗵?，其活性最高。菊糖是由多個(gè)果糖基以相同的糖苷鍵連接，且末端為一個(gè)葡萄糖殘基的高聚合物。每個(gè)果糖基中都含有數(shù)目不等的活性羥基提供活潑氫。在氧化反應(yīng)過(guò)程中，菊糖中每一個(gè)果糖基的活性羥基與羥自由基（·OH）的活潑氫結(jié)合生成穩(wěn)定的化合物水；另一方面，多糖中的活潑氫與活潑的超氧陰離子自由基（O2-·）反應(yīng)，生成穩(wěn)定的化合物水；此外，菊糖還通過(guò)電子轉(zhuǎn)移直接給出電子而清除自由基，如DPPH的清除，從而起到抗自由基氧化的作用［20-21］。微波輔助熱水浸提提取得到的菊糖樣品均聚合度最低，說(shuō)明菊糖發(fā)生明顯降解，由長(zhǎng)鏈降解為短鏈或單分子的果糖，但其對(duì)自由基清除能力卻最為顯著，可能的原因就是低聚合度的菊糖分子鏈短，相對(duì)分子質(zhì)量大小適中，分子間力小，更易結(jié)合活性位點(diǎn)，同時(shí)暴露出來(lái)更多的具有抗氧化活性的物質(zhì)或基團(tuán)如活性氨基和羥基，因而具有更強(qiáng)的抗氧化能力［22-24］。

另外，實(shí)驗(yàn)中提取得到的菊芋菊糖是不同聚合度果聚糖的混合物，有關(guān)不同相對(duì)分子質(zhì)量（聚合度）菊糖純品抗氧化活性的研究還未見(jiàn)報(bào)道，為了明確它們之間具體的構(gòu)效關(guān)系，有關(guān)此方面的工作正在進(jìn)一步展開(kāi)。

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Extraction and Polymerization Degree Distribution of Inulin from Jerusalem artichoke and Anti-Oxidation Activity Study

ZHANG Hongzhi1，MA Yanhong*1，HUANG Kaihong1，LI Yahui1，HUANG Yuling2
（1.Institute of Farm Product Processing，Jiangsu Academy of Agricultural Sciences，Nanjing 210014，China；2. Saline Land Agricultural Science and Technology Limited Company，Dafeng 224145，China）

To compare the extraction rates，polymerization degree distribution and antioxidant properties，inulin was extracted from fresh Jerusalem artichoke via hot water，enzyme-assisted，ultrasound-assisted and microwave-assisted hot water respectively.Polymerization degree analysis of different the inulin extracts were assessed by Milipore with different molecular weight cut，and their own antioxidant activity were evaluated in vitro by radical scavenging assay such as DPPH、·OH and O2-·.The results of the experiment showed that the optimal process conditions were 1 g∶20 mL ofJerusalem artichoke and the microwave at 800 W for 6 min，before water at 80℃for 120 min，and the highest extract ratio of inulin was 15.35%in these conditions.The average degrees of inulin extracted by ultrasound-assisted and microwave-assisted technology are lower than that extracted by the traditional hot water and enzyme-assisted technology.Specifically，the polymerization degrees from 30 to 60 had decreased from 32.5%to 28.6%and 16.5%，and the polymerization degrees above 60 had decreased from 13.6%to 6.8%and 3.6%.Experimental results suggested that inulin had some antioxidant ability in vitro and there is dose-effect relation.Especially it is important to note that the antioxidant capacity of inulin varies with different extraction techniques，and the inulin sample extracted by microwave-assisted technology had relatively strong scavenging capability to reactive oxygen species.

Jerusalem artichoke，inulin，extraction，degree，anti-oxidation

TS 201.1

A

1673—1689（2015）10—1069—09

2014-10-29

江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金自由探索項(xiàng)目（CX（14）5059）；江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系類(lèi)項(xiàng)目（CX（12）1005）；江蘇省科技支撐計(jì)劃（農(nóng)業(yè)）（BE2014347）。

張宏志（1985—），男，山西汾陽(yáng)人，工學(xué)博士，助理研究員，主要從事功能性低聚糖和多糖的研究。E-mail:zhz0731@sina.cn

馬艷弘（1972—），女，山西中陽(yáng)人，工學(xué)博士，副研究員，主要從事生物技術(shù)與功能食品研究。E-mail:ma_yhhyy@126.com