青麥仁種皮膳食纖維的提取及其抗氧化活性研究

張康逸，溫青玉，王繼紅，高玲玲，康志敏

(河南省農(nóng)業(yè)科學院 農(nóng)副產(chǎn)品加工研究所，河南 鄭州 450008)

近年來，隨著人民生活水平的提高和營養(yǎng)相關疾病的高發(fā)，消費者逐漸開始注重營養(yǎng)平衡和合理膳食[1]。青麥仁是乳熟后期、蠟熟期的小麥籽粒，色澤碧綠、口感獨特，富含蛋白質(zhì)、葉綠素、膳食纖維等營養(yǎng)成分，具有幫助人體消化、降低血糖的功能[2]。青麥仁種皮是小麥生長過程中未完全木質(zhì)化的穎果表皮，富含豐富的膳食纖維，具有較好的市場開發(fā)前景。

膳食纖維(dietary fiber，DF)指不被人體所消化吸收的多糖類及木質(zhì)素的總稱[3]，是繼蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維生素、礦物質(zhì)、水之后的第七大營養(yǎng)素[4]。根據(jù)溶解性的不同，可分為水溶性膳食纖維(soluble dietary fiber，SDF)和不溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber，IDF)。SDF可調(diào)節(jié)人體糖脂代謝，降低膽固醇含量，對預防高血壓、心梗、糖尿病等都具有較好的功效。IDF有吸收體內(nèi)水分的功能以及防止便秘的良好功效[5]。

近年來，膳食纖維抗氧化活性研究逐漸成為熱點。歐仕益等[6]研究發(fā)現(xiàn)，SDF和IDF都有清除自由基的作用，起主要作用的是膳食纖維中的多酚類物質(zhì)[7]。因此，本試驗通過酶-堿法、雙酶法、超聲輔助酶法、微波輔助酶法提取青麥仁種皮SDF和IDF，并研究其抗氧化活性，旨在為青麥仁深加工和生產(chǎn)利用提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

青麥仁(百農(nóng)201)；α-淀粉酶(3 700 U/g)，北京奧博星生物技術有限責任公司；堿性蛋白酶(2×105U/g)，北京索萊寶科技有限公司；蘆丁標準品，蘇州天可貿(mào)易有限公司；DPPH，梯希愛化成工業(yè)發(fā)展有限公司；NaOH、Al(NO3)3、K3[Fe(CN)6]、FeCl3、H2O2、C2HCl3O2、FeSO4等均為分析純。

1.2 試驗儀器

JW-1044R低速冷凍離心機，由安徽嘉文儀器裝備有限公司生產(chǎn)；SY-5000旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，由上海亞榮生化儀器廠生產(chǎn)；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，由河南省予華儀器有限公司生產(chǎn)；A590型紫外可見分光光度計，由翱翔儀器(上海)有限公司生產(chǎn)；XH-300UL電腦微波超聲波紫外光組合催化合成儀，由北京祥鵠科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗方法

1.3.1 青麥仁種皮的制備 采用李鵬飛等[8]的方法，將青麥仁種皮在燒杯中浸泡15 min，反復地沖洗，直至清洗液乳白色消失為止，倒掉清洗液，沖凈，放進烘箱中低溫烘干。冷卻至室溫，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 青麥仁膳食纖維的提取

1.3.2.1 酶-堿法 采用鄧璀等[9]的方法，用錐形瓶稱取25 g青麥仁種皮，放入鍋中，然后加入10倍體積蒸餾水，蒸煮10 min，除去種皮中植酸；將溫度降至65 ℃，調(diào)節(jié)pH 值6.5，加入質(zhì)量分數(shù)為0.3%的α-淀粉酶，用電磁攪拌器持續(xù)攪拌，酶解30 min；在100 ℃滅酶10 min；將溫度降至65 ℃，添加質(zhì)量分數(shù)為5%的NaOH，堿解90 min；轉(zhuǎn)速3 000 r/min，離心20 min；將上清液與沉淀分開，沉淀水洗，烘干，得到IDF；上清液冷卻后加入一定體積的95%乙醇，沉淀12 h；使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀進行濃縮，除去乙醇；轉(zhuǎn)速3 000 r/min，離心20 min，得到SDF；60 ℃，2 h，烘干至恒質(zhì)量。

1.3.2.2 雙酶法 參考Zhu等[10]和胡曉平等[11]的方法，并進行了部分修改。酶解溫度65 ℃，調(diào)節(jié)pH值6.5，加入0.3%的α-淀粉酶，酶解15 min；再加入2%的NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH值8.0，加入0.4%的堿性蛋白酶，堿解15 min。

1.3.2.3 超聲輔助酶法 參考趙麗等[12]的方法，并進行了部分修改。酶解溫度65 ℃，調(diào)節(jié)pH值6.5，加入0.3%的α-淀粉酶，超聲功率300 W，酶解15 min；再加入2%的NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH值8.0，加入0.4%的堿性蛋白酶，超聲功率300 W，堿解15 min。

教師在初中階段語文學科的教學中，要想合理利用微課這一現(xiàn)代化的教學工具，達到預期的教學效果，應對教學的課件進行精心的設計，既符合教材所設置的教學內(nèi)容，又符合學生的實際認知水平，教師應仔細選取微課的音頻視頻，使得在課堂中能夠靈活地使用微課。例如，教師在講解《黃河頌》這一節(jié)課時，由于學生的生活閱歷有限，有的沒有見過黃河，很難想象出黃河的雄偉，從而不能與作者產(chǎn)生情感的共鳴，難以理解教材的內(nèi)容。面對這一現(xiàn)象，教師可以充分利用微課這一現(xiàn)代化的教學工具，向?qū)W生播放相關的視頻以及音頻，使學生通過觀看視頻直觀看到黃河的波瀾壯闊，理解作者所表達的思想，從而激發(fā)初中學生對文本的興趣，自主地學習[1]。

1.3.2.4 微波輔助酶法 參考趙麗等[12]的方法，并進行了部分修改。酶解溫度65 ℃，調(diào)節(jié)pH值6.5，加入0.3%的α-淀粉酶，微波功率300 W，酶解15 min；再加入2%的NaOH溶液，調(diào)節(jié)pH值8.0，加入0.4%的堿性蛋白酶，微波功率300 W，堿解15 min。

1.3.3 抗氧化活性成分的提取 參考周小理等[13]的研究方法，并進行了部分修改。取青麥仁種皮的膳食纖維2 g，加入70%的乙醇溶液，料液比為 1∶50 (g/mL)，在70 ℃恒溫水浴鍋中浸提 6 h，以3 000 r/min 的轉(zhuǎn)速，離心15 min，取上清液保存待用。

1.3.4 抗氧化活性成分的測定

1.3.4.1 總黃酮含量的測定 采用Al(NO3)3法進行測定[12]。準確稱量蘆丁并用乙醇配制0.2 mg/mL的蘆丁標準液，分別取0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL的蘆丁標準液，用70%的乙醇定容至10 mL，依次加入1.0 mL NaNO2溶液(50 g/L)、1.0 mL Al(NO3)3溶液(100 g/L)、4.0 mL NaOH溶液(200 g/L)，每次滴加都要混合均勻，并靜置一段時間，再用70%的乙醇定容至25 mL，搖勻，室溫下放置25 min，在510 nm波長處測定吸光度。通過所測吸光度和質(zhì)量濃度關系繪制標準曲線，得到回歸方程，樣品液用同樣的方法測定吸光度，并通過吸光度大小計算其總黃酮的含量(mg/mL)。蘆丁標準曲線回歸方程如下：

Y=7.635 71X-0.002 38

式中：Y—樣品吸光度；X—樣品總黃酮的含量(mg/mL)。

1.3.4.2 DPPH清除率的測定 參考周小理等[13]的方法。準確稱取DPPH，用無水乙醇配制成1.0×10-3mol/L的溶液，冷藏備用，使用時將其稀釋10倍。移取1.0 mL 1.0×10-4mol/L DPPH-乙醇溶液與3.0 mL稀釋4倍的待測樣品液混勻，常溫下放置30 min后，在波長571 nm處測得吸光度，按下式計算清除率[14]：

式中：A1—樣品組；A2—樣品對照組(將DPPH-乙醇溶液換成50%的乙醇溶液)；A0—模型對照組(將樣品液換成蒸餾水)。

1.3.4.3 還原能力的測定 參考侯麗娟等[15]的方法。取2.0 mL的樣品溶液，依次加入pH值6.6的磷酸緩沖液(濃度0.2 mol/L)，質(zhì)量分數(shù)為1%的K3[Fe(CN)6] 溶液各2.5 mL，混合均勻，在50 ℃下保持20 min，加入質(zhì)量分數(shù)為10%的C2HCl3O22.5 mL，混合均勻，以3 000 r/min的速度離心15 min，移取上清液5.0 mL，加入0.5 mL 0.1% FeCl3溶液和4.0 mL 蒸餾水，混合均勻，在常溫下靜置10 min后，倒入比色皿中，在波長700 nm處測吸光度。吸光度大小表示樣品還原能力大小，吸光度越大，還原能力越大。

1.3.4.4 羥自由基清除能力的測定 采用Fenton反應體系模型[16]，按順序依次移取2.0 mL水楊酸乙醇溶液(6 mmol/L)、2.0 mL FeSO4(6 mmol/L)、1.0 mL樣品溶液(稀釋10倍)、0.1 mL H2O2溶液(6 mmol/L)于試管中，混勻，在37 ℃水浴中保溫30 min，用510 nm波長測吸光度，計算羥自由基清除率，羥自由基清除率與抗氧化能力呈正相關，做3組平行試驗降低試驗誤差。

按照下式計算清除率：

式中：A1—樣品組；A2—樣品對照組(H2O2換成蒸餾水)；A0—模型對照組(樣品液換成70%的乙醇溶液)。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析 所得數(shù)據(jù)均為3次試驗的平均值，試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007進行統(tǒng)計處理，用SPSS 20軟件進行差異顯著性分析(P<0.05)，用Origin 8.0軟件進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同提取方法對青麥仁種皮膳食纖維提取率的影響

由表1可知，經(jīng)酶-堿法提取青麥仁種皮SDF提取率最高，達到了30.44%，雙酶法、超聲輔助酶法、微波輔助酶法等其他3種方法的SDF提取率均較低；微波輔助酶法的IDF提取率最高，達到了65.69%，而酶-堿法的青麥仁種皮IDF提取率低于其他3種方法，僅達到28.24%。通過對比分析，酶-堿法提取青麥仁種皮中SDF為最優(yōu)方法，微波輔助酶法提取IDF最優(yōu)。

表1 不同提取方法對青麥仁種皮膳食纖維提取率的影響 %

2.2 不同提取方法對青麥仁種皮膳食纖維總黃酮含量的影響

黃酮類化合物是指2個具有酚羥基的苯環(huán)(A-環(huán)與B-環(huán))通過中央三碳原子相互連結(jié)而成的一系列化合物，化合物結(jié)構(gòu)中常連接有酚羥基、甲氧基、甲基、異戊烯基等官能團。由于其羥基取代的高反應性和其吞噬自由基的能力，這些化合物具有抗氧化活性的潛力。一般來說，總黃酮含量越高，樣品成分抗氧化性越強，可作為初步判定膳食纖維抗氧化特性的指標。鮮食青麥仁種皮的膳食纖維中總黃酮含量見圖1。

同一物質(zhì)不同字母表示差異性顯著(P<0.05)，圖2—圖4同圖1 不同提取方法的膳食纖維總黃酮含量

由圖1可知，超聲輔助酶法提取的SDF總黃酮含量最高，為1.486 mg/g，雙酶法提取IDF所得總黃酮含量最高，為2.467 mg/g，酶-堿法制備的IDF和SDF中的總黃酮含量相對較低；用同類提取方法提取的膳食纖維，IDF中總黃酮含量高于SDF中的總黃酮含量。

2.3 不同提取方法對青麥仁種皮膳食纖維DPPH自由基清除能力的影響

DPPH法廣泛用于定量測定生物試樣、酚類物質(zhì)及膳食纖維的抗氧化能力[17]。青麥仁種皮膳食纖維的DPPH自由基的清除能力對比見圖2。

圖2 不同提取方法的膳食纖維DPPH自由基清除能力

由圖2可知，利用超聲輔助酶法提取SDF和IDF，其DPPH自由基清除率均達到最高，分別為76.85%和84.28%；微波輔助酶法次之，分別為74.57%和82.00%；酶-堿法提取膳食纖維的DPPH自由基清除率最低；不同提取方法得到的同種膳食纖維，其DPPH清除率之間存在顯著性差異(P<0.05)。

2.4 不同提取方法對青麥仁種皮膳食纖維還原能力的影響

還原能力的測定是以樣品是否為良好的電子供體為指標，還原能力大的樣品是良好的電子供體，其供應的電子不僅能使Fe3+還原成Fe2+，同時能與自由基反應，可使自由基的連鎖反應中斷，使其變成性質(zhì)穩(wěn)定的物質(zhì)[18]。鮮食青麥仁種皮膳食纖維的還原能力見圖3。

圖3 不同提取方法的膳食纖維還原能力

由圖3可知，超聲輔助酶法提取的SDF還原能力最高，吸光度達到了0.312，微波輔助酶法次之，吸光度達到了0.309，兩者無顯著性差異(P>0.05)，酶-堿法、雙酶法提取的SDF還原能力較低。對于IDF，雙酶法提取的IDF還原能力最高，吸光度達到了0.514；其次是超聲輔助酶法提取的IDF，吸光度達到了0.446；酶-堿法提取的IDF還原能力最低。

2.5 不同提取方法對青麥仁種皮膳食纖維羥自由基清除能力的影響

羥基自由基是一種性質(zhì)活潑的自由基，具有很強的攻擊性，是危害性最大的活性氧。它可以和絕大多數(shù)活細胞中的生物大分子發(fā)生各種類型的反應，特別是嘧啶和嘌呤，反應速率極高，可直接損壞生物膜，導致一系列疾病的產(chǎn)生和輻射性損傷，可將青麥仁種皮膳食纖維的羥自由基清除率作為判斷其抗氧化性的依據(jù)[19]。鮮食青麥仁種皮膳食纖維的羥自由基清除能力見圖4。

圖4 不同提取方法的膳食纖維羥自由基清除能力

由圖4可知，雙酶法提取的SDF和IDF，其羥自由基清除率均達到最高，分別為26.95%和59.80%；超聲輔助酶法次之，分別達到了17.96%和34.67%；不同提取方法得到的同種膳食纖維羥自由基清除率之間均存在顯著差異性。與酶-堿法相比，雙酶法、超聲輔助酶法、微波輔助酶法等3種提取方法得到的膳食纖維羥自由基清除率均相對較高。

3 結(jié)論與討論

青麥仁種皮中膳食纖維存在形式不是游離態(tài)，主要以絡合物形態(tài)存在，與蛋白質(zhì)、果膠等物質(zhì)結(jié)合形成復合物。SDF和IDF的提取是通過破壞其絡合物結(jié)合力，釋放出游離態(tài)膳食纖維，進行提取純化，得到純度比較高的產(chǎn)品。本研究選擇各種輔助蛋白酶酶解進行了高抗氧化性膳食纖維的制備，主要是因為蛋白酶能夠水解蛋白質(zhì)形成游離肽，釋放游離膳食纖維，酶解的輔助方法能夠加速SDF和IDF的釋放。輔助方式的不同得到結(jié)果也不一致，堿性溶液有最適酶活，溶液的酶解率比較高，得到更多的水溶性膳食纖維；但堿性輔助容易破壞黃酮的結(jié)構(gòu)，最終得到的青麥仁種皮SDF和IDF的抗氧化性比較弱，本試驗結(jié)果證實，酶、超聲、微波輔助酶解法得到的SDF較少，IDF較多，這些方法對黃酮結(jié)構(gòu)的破壞比較小，其抗氧化性比較好。

本研究利用酶-堿法、雙酶法、超聲輔助酶法、微波輔助酶法4種提取方法制備了青麥仁種皮SDF和IDF；通過測定DPPH自由基清除能力、還原能力、羥自由基清除能力，對SDF和IDF進行評價分析，確定了超聲輔助酶法制備高抗氧化性SDF和雙酶法制備高抗氧化性IDF的2種最優(yōu)提取方法。試驗結(jié)果說明，青麥仁種皮是很好的制備高抗氧化性膳食纖維原料。在下一步的研究中擬重點優(yōu)化高抗氧化性SDF的超聲輔助酶法及高抗氧化性IDF的雙酶法提取工藝，為其產(chǎn)業(yè)化開發(fā)利用提供大量基礎數(shù)據(jù)和理論支撐。

[1] 張康逸，屈凌波.鮮食全谷物加工技術研究進展[J].糧食加工，2015，40(6):1-11.

[2] 劉杰.青麥仁加工讓小麥輕松增值[J].科學種養(yǎng),2014,46(2):58-59.

[3] 吳暉，侯萍，李曉鳳，等.不同原料中膳食纖維的提取及其特性研究進展[J].現(xiàn)代食品科技,2008,24(1):91-95.

[4] 吳素萍.微波輔助酶法制備麥麩膳食纖維工藝條件的研究[J].糧油加工,2008(11):99-102.

[5] 黃桂英.膳食纖維與人體健康[J].中國食物與營養(yǎng),2003(2):48-49.

[6] 歐仕益，李炎.麥麩膳食纖維清除羥自由基的研究[J].營養(yǎng)學報,1999,21(2):192-195.

[7] 張玉倩，趙乃峰，王成忠，等.膳食纖維功能特性與改性的研究[J].糧食加工,2010,35(5):57-59.

[8] 李鵬飛，陸紅佳，任志遠.不同方法提取麥麩膳食纖維的比較研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學,2009,16(6):7-9.

[9] 鄧璀，李志建，李海峰，等.酶-化學法提取石磨小麥麩皮不溶性膳食纖維工藝研究[J].河南工業(yè)大學學報(自然科學版),2015,36(2):13-16.

[10] Zhu F M，Du B，Li R F，etal.Effect of micronization technology on physicochemical and antioxidant properties of dietary fiber from buckwheat hulls [J].Biocatalysis and Agricultural Biotechnology,2014,3(3):30-34.

[11] 胡曉平，王成忠.雙酶法提取小麥麩皮膳食纖維及應用研究[J].糧食加工,2012,37(4):20-23.

[12] 趙麗，宋一茉，朱丹實，等.不同提取方法對鮮食大豆莢膳食纖維抗氧化特性的影響[J].食品工業(yè)科技,2015,36(20):155-158.

[13] 周小理，錢韻芳，周一鳴，等.不同處理工藝對苦蕎麩皮膳食纖維體外抗氧化活性的影響[J].食品科學,2011,32(8):1-4.

[14] 石秀梅，雷激，梁愛華，等.3種來源膳食纖維抗氧化特性比較[J].食品科技,2013,38(1):71-75.

[15] 侯麗娟，牟建樓，何思魯，等.不同提取方式對蘋果渣中膳食纖維品質(zhì)的影響研究[J].食品科技,2016,52(6):255-259.

[16] Smirnoff N,Cumbes Q J.Hydroxyl radical scavenging activity of compatible solutes [J].Phytochemistry,1989,28(24):1057-1060.

[17] 徐康，杜金華.干燥方法對黃秋葵抗氧化能力的影響[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2016,42(5):120-125.

[18] 邵娟娟，馬曉軍.豌豆皮膳食纖維吸附性質(zhì)和抗氧化性質(zhì)的研究[J].食品工業(yè)科技,2011,11(8):157-163.

[19] 張志旭，陳岳文，劉東波.苦瓜膳食纖維的抗氧化活性研究[J].現(xiàn)代食品科技,2012,47(8):933-935.