環(huán)境因素對米糠不溶性膳食纖維吸附藍(lán)莓多酚的影響

陽　雁，李蒙蒙，孫智達(dá)（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖北武漢430070）

環(huán)境因素對米糠不溶性膳食纖維吸附藍(lán)莓多酚的影響

陽雁，李蒙蒙，孫智達(dá)
（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院，湖北武漢430070）

為了研究影響米糠不溶性膳食纖維吸附藍(lán)莓多酚的環(huán)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(lán)莓多酚吸附量為指標(biāo)進行了吸附實驗。藍(lán)莓多酚的吸附量隨時間先增加后趨于平衡，30 min時基本達(dá)到平衡；低pH環(huán)境有利于吸附，吸附量在pH4～5時達(dá)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(lán)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(jié)果表明：米糠不溶性膳食纖維與藍(lán)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(lán)莓多酚，吸附

藍(lán)莓（blueberry）原產(chǎn)于美國佛羅里達(dá)北部，學(xué)名越橘，屬杜鵑花科（Ericaceae）越橘屬（Vaccinium. spp）。從上世紀(jì)70年代開始，人們開始研究藍(lán)莓中的多酚，研究表明，藍(lán)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(lán)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(lán)莓葉多酚提取物、藍(lán)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(lán)莓葉與藍(lán)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(fā)現(xiàn)藍(lán)莓中的酚酸、單寧、黃酮和原花青素均能有效抑制肝癌細(xì)胞（HepG2）的生長，結(jié)果表明濃度為70～150 μg/mL的藍(lán)莓多酚溶液中的原花青素對肝癌細(xì)胞的生長抑制率達(dá)到50%。

我國是稻米生產(chǎn)大國，米糠是稻谷加工的副產(chǎn)物之一，其中米糠膳食纖維含量高達(dá)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(rèn)為是繼水、蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、礦物質(zhì)、維生素之后人體必需的“第七營養(yǎng)素”。Devin［4］認(rèn)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(yù)防和治療結(jié)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(yù)防與治療效果［4-10］。

目前國內(nèi)外對米糠不溶性膳食纖維與藍(lán)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(lán)莓多酚之間相互作用的一些環(huán)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(chǎn)物，開發(fā)新型高效的天然抗氧化劑提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

藍(lán)莓鮮果購于武漢市；脫脂米糠湖北省農(nóng)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(xué)試劑有限公司。

RE-3000旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)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(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱上海博迅實業(yè)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(yè)；JSM-6390LV掃描電鏡日本NTC公司。

1.2實驗方法

1.2.1藍(lán)莓多酚的提取純化采用溶劑法從藍(lán)莓鮮果中提取藍(lán)莓多酚［11］。具體操作如下：準(zhǔn)確稱取100 g藍(lán)莓鮮果，研磨破碎，加入1500 mL預(yù)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(zhuǎn)蒸發(fā)除去濾液中的乙醇，即得到粗提液。粗提液經(jīng)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(lán)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(zhǔn)確稱量10 g脫脂米糠，分散至500 mL蒸餾水中，調(diào)pH至5.5，加入20 μL耐高溫淀粉酶，75℃提取3.5 h。調(diào)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(jié)構(gòu)分析采用國標(biāo)中規(guī)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(zhì)（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(jié)構(gòu)。

1.2.4時間、溫度、pH、離子強度對吸附的影響準(zhǔn)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(lán)莓多酚溶液，混勻后于一定溫度（5、15、25、35、45、 55℃）下反應(yīng)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(lán)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(yīng)溫度25℃、反應(yīng)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(zhì)量濃度（mg/mL）；C2為吸附后濾液中多酚質(zhì)量濃度（mg/mL）；V為反應(yīng)時溶液總體積（mL）；n為稀釋倍數(shù)；m為米糠不溶性膳食纖維質(zhì)量（mg）。

1.2.5尿素、乙醇對吸附的影響準(zhǔn)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(lán)莓多酚溶液，混勻后于25℃下反應(yīng)1 h，抽濾，取濾液于280 nm波長下測定吸光值，對照藍(lán)莓多酚標(biāo)準(zhǔn)曲線計算剩余藍(lán)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(zhǔn)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(lán)莓多酚溶液，混勻后于25℃下反應(yīng)1 h，抽濾，凍干，得到不溶性膳食纖維與藍(lán)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(lán)莓多酚共混物溶液（1、2、3、4、5、6、7 mg/mL）和未吸附藍(lán)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(diào)零，在515 nm處測定吸光值?？瞻捉M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(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)均為三次測定的平均值，用Origin 8.0版統(tǒng)計軟件包進行統(tǒng)計學(xué)處理，數(shù)值均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2　結(jié)果與分析

2.1米糠不溶性膳食纖維基本成分及表面結(jié)構(gòu)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(dá)到87%以上，淀粉、蛋白質(zhì)含量均在4%以下。同時，掃描電鏡結(jié)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(jié)構(gòu)，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(lán)莓多酚的吸附已近飽和。

圖2　藍(lán)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(jié)果表明，藍(lán)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(lán)莓多酚和膳食纖維之間可能是以氫鍵結(jié)合。隨著溫度升高，多酚分子的運動加劇，氫鍵減弱，從而導(dǎo)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(fù)相關(guān)［14］。

圖3　藍(lán)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(jié)果表明，當(dāng)pH＜4時，吸附量隨著pH增大而增大；吸附量在pH4～5時達(dá)到最大值，之后隨著pH增大，吸附量逐漸減少；當(dāng)pH＞7時吸附量急劇減少。過低的pH使得膳食纖維與藍(lán)莓多酚間靜電排斥力增強，不利于吸附，而多酚類物質(zhì)呈酸性，在低pH環(huán)境中穩(wěn)定，因此pH升高會導(dǎo)致一部分藍(lán)莓多酚發(fā)生降解，從而影響吸附［16］。

圖4　藍(lán)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(lán)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(yīng)提高［17］。

圖5　藍(lán)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(jié)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(dāng)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(zhì)與吸附液之間的氫鍵，進一步說明膳食纖維吸附藍(lán)莓多酚可能是借助氫鍵作用力實現(xiàn)的。

圖6　藍(lán)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(jié)果表明，0%～60%時，藍(lán)莓多酚吸附量隨著體系內(nèi)乙醇濃度的增大而減少，60%后趨于穩(wěn)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(lán)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(lán)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(dāng)濃度為7 mg/mL時，吸附了藍(lán)莓多酚的膳食纖維的DPPH·清除率達(dá)到94.42%，而未吸附的膳食纖維僅為81.43%。吸附了藍(lán)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(dá)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(jié)論

本實驗研究了影響米糠不溶性膳食纖維吸附藍(lán)莓多酚的一些環(huán)境因素。結(jié)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(dá)到平衡；偏酸性的環(huán)境有利于米糠不溶性膳食纖維吸附藍(lán)莓多酚，吸附量在pH=5時達(dá)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(lán)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(lán)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(lán)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。

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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(chǎn)物化學(xué)，E-mail：simple_yangyan@163.com。

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項。