野生薯蓣膳食纤维的提取及其对自由基的清除作用 谢嘉虹 专业:食品科学与工程 学 号:2007464231 指导老师:钟希琼 摘要:以薯蓣粉为材料,设计四因素三水平的正交试验,酶法提取膳食纤维,结果表明:0.7%混合酶(a-淀粉酶:糖化酶之比为6:1),处理温度 关键词:薯蓣;膳食纤维;可溶性淀粉;自由基;清除 Abstract:Orthogonal test carried out on extraction of dietary fiber from yam by enzymatic method ,the results showed that 0.7 percent of mixed-enzyme(a - amylase:saccharifying enzyme is 6:1)at Key words:yam ; dietary fiber ; soluble starch; free radicals ; scavenging 膳食纤维是指不能被人体消化的多糖类碳水化合物和木质素的总称。可分为水溶性膳食纤维和水不溶性膳食纤维,其中水溶性膳食纤维主要有植物细胞内的储存物质和分泌物,另外还包括部分微生物多糖和合成多糖,其组成主要是一些胶类物质和糖类物质,而不溶性膳食纤维的主要成分是:纤维素、半纤维素、木质素、原果胶、壳聚糖等[1]。水溶性膳食纤维具有调整糖类和脂类代谢的功能,对降低血浆胆固醇含量、预防心血管疾病具有良好效果。非水溶性膳食纤维具有吸收人体水分的特性和良好的预防便秘效果。膳食纤维的功效随着科学研究的深入而逐渐被人们认识,现在被人们称为“第七营养素”[2,3,4]。 目前,膳食纤维的制备方法主要有化学法、发酵法和酶法等。酶法工艺由于酶的催化率高、作用条件温和、设备要求简单,有效成分的破坏小,污染少,可以很好地保护膳食纤维的组织结构和生理功能,产品成分较理想。 自由基,是含有一个不成对电子的原子团。生物体系主要产生的是氧自由基,例如超氧阴离子自由基、羟自由基、脂质过氧化自由基、二氧化氮和一氧化氮自由基。加上过氧化氢、单线态氧和臭氧,通称活性氧。体内活性氧自由基具有一定的功能,如免疫和信号传导过程。但过多的活性氧自由基就会破坏人体正常细胞和组织,是人类衰老和患病的根源。此外,外界环境中的阳光辐射、空气污染、吸烟、农药等都会使人体产生更多活性氧自由基。自由基对人体的攻击首先是从细胞膜开始的,一旦被自由基夺走电子,细胞膜就会失去弹性并丧失一些功能,更为严重的是自由基对核酸大分子的攻击,可以使基因的结构被破坏,导致基因突变,从而引起整个生命发生系统性的紊乱[5]。 最新研究表明,增加饮食中膳食纤维的含量可以减少冠心病、肥胖症、高血压、糖尿病的发病率,减轻长期大量饮酒对胰脏的损伤,降低血液中胆固醇的含量,提高肾切除者对氮的排泄功能,摄取适当比例的水溶性和水不溶性膳食纤维,可以改善肠道的吸收功能,预防结肠癌。此外,膳食纤维对自由基有一定的清除作用,在清除外源物有害物质方面也有着独特的功能和效果[2]。麦麸、米糠等酶法提取膳食纤维及对自由基的清除作用已有报道[6]。 本试验选择一种野生薯蓣(Dioscorea batatas)为材料。拟进行酶法提取野生薯蓣膳食纤维及其对自由基的清除作用的研究,为纤维功能性食品的开发提供一定参考。 1 材料与方法
1.1试验材料
薯蓣:购自广东省电白县霞洞镇河南村;a-淀粉酶:2000u/g,广东环凯微生物科技有限公司;糖化酶:10万U/mL,上海晶纯试剂有限公司;木瓜蛋白酶:600万U/g,国药集团化学试剂有限公司;DPPH:SIGMA公司;可溶性淀粉、高锰酸钾、30%过氧化氢、乙醇、硫酸亚铁、草酸、邻苯三酚、HCl等均为分析纯。GF-90粉碎机,HH数显恒温水浴锅,101-2电热干燥箱,752S紫外可见分光光度计,TGL 1.2 试验方法
|
水平 |
因 素 A B C D | |||
|
混合酶比例(︰) |
混合酶用量(%) |
混合酶温度(℃) |
蛋白酶用量(%) |
1 |
5︰1 |
0.5 |
60 |
0.4 |
2 |
6︰1 |
0.6 |
70 |
0.5 |
3 |
7︰1 |
0.7 |
80 |
0.6 |
表2 正交试验结果
试验号 |
混合酶比例 |
混合酶用量 |
混合酶温度 |
蛋白酶用量 |
产品重量(g) |
1 |
5︰1 |
0.5 |
60 |
0.4 |
0.397 |
2 |
5︰1 |
0.6 |
70 |
0.5 |
0.344 |
3 |
5︰1 |
0.7 |
80 |
0.6 |
0.453 |
4 |
6︰1 |
0.5 |
70 |
0.6 |
0.338 |
5 |
6︰1 |
0.6 |
80 |
0.4 |
0.378 |
6 |
6︰1 |
0.7 |
60 |
0.5 |
0.314 |
7 |
7︰1 |
0.5 |
80 |
0.5 |
0.354 |
8 |
7︰1 |
0.6 |
60 |
0.6 |
0.418 |
9 |
7︰1 |
0.7 |
70 |
0.4 |
0.335 |
K1‘ |
0.398 |
0.363 |
0.376 |
0.37 |
|
K2‘ |
0.343 |
0.38 |
0.339 |
0.337 |
|
K3‘ |
0.369 |
0.367 |
0.395 |
0.403 |
|
R |
0.055 |
0.017 |
0.056 |
0.066 |
|
二苯代苦味酰(DPPH)在有机溶剂中是一种稳定的自由基,在517 nm处有吸收峰,呈紫色。当自由基清除剂存在时,DPPH的孤电子被配对,颜色变浅,在最大吸收波长处吸光度变小,且颜色变化与配对电子数成化学计量关系。因此,可用来评价自由基的清除情况。由图1可知,膳食纤维对DPPH有清除作用,平均清除率为53.23%。其清除作用随着膳食纤维的浓度增大而加强,当膳食纤维浓度大于80mg/mL后,清除作用逐渐趋向平缓。当膳食纤维浓度为140mg/mL时,其清除率达到66.80%。相比而言,可溶性淀粉对DPPH也有轻微的清除作用,平均清除率只有2.81%。
超氧阴离子自由基也是生物体中生成量最多一种氧自由基。其活泼性虽不大,但寿命较长,扩散性强,可引起膜的损伤,使某些酶失活并改变线粒体氧化磷酸化作用。同时,它可转化成为其他种类的氧自由基,对人体也有较大的损害。图2说明膳食纤维对超氧阴离子有清除作用,平均清除率为31.67%。其清除作用随着膳食纤维的浓度增大而加强,当膳食纤维浓度大于100mg/mL后,清除作用逐渐趋向平缓。当膳食纤维浓度为140mg/mL时,其清除率达到38.46%。相比而言,可溶性淀粉对超氧阴离子也有一定的清除作用,平均清除率为6.98%。
图1不同浓度膳食纤维及可溶性淀粉对DPPH的清除作用 图2不同浓度膳食纤维及可溶性淀粉对超氧阴离子的清除作用
图3 不同浓度膳食纤维及可溶性淀粉对·OH的清除作用 |
·OH是化学性质最活泼的一种自由基,具有很高的反应速率常数,因此在各种自由基中,它的危害性最大。在生物体内它可进攻细胞膜导致膜的损伤;破坏DNA的糖基和碱基,诱导双螺旋结构解体,甚至导致细胞死亡和基因突变。因此,常用清除·OH的能力来评价一种物质对自由基的清除效果。从图3得知,膳食纤维对羟自由基有清除作用,平均清除率为30.38%,与其对超氧阴离子的清除作用相差不大。其清除作用随着膳食纤维的浓度增大而加强,在20~140mg/mL浓度范围内,清除率直线上升。相比而言,可溶性淀粉对羟自由基也有清除作用,平均清除率为6.48%,与其对超氧阴离子的清除作用相差不大。
本研究采用酶解法,设计四因素三水平的正交实验:混合酶比例(即a-淀粉酶︰糖化酶分别为5:1、6:1、7:1)、混合酶用量(分别为0.5%、0.6%、0.7%)、混合酶处理温度(分别为
采用酶制剂水解野生薯蓣粉所获得的膳食纤维,在一定膳食纤维的浓度范围内对DPPH、超氧阴离子自由基、羟自由基等都有良好的清除作用,在20~140mg/mL范围内,对三种自由基的平均清除率为53.23%、31.67%、30.38%,说明了该膳食纤维对这三种自由基的清除能力是:二苯代苦味酰自由基>超氧阴离子自由基>羟自由基,膳食纤维对后两种自由基的清除作用相差不大。相比而言,可溶性淀粉对DPPH、超氧阴离子自由基、羟自由基也有轻微的清除作用,其平均清除率分别为2.81%、6.98%、6.48%,且可溶性淀粉对后两者的清除作用相差不大。通过本试验,说明薯蓣粉中对DPPH、超氧阴离子自由基、羟自由三种自由基的起清除作用的主要是膳食纤维,且不同粗粮对不同自由基的清除作用有所不同[7,11,12,13],所以人们在日常饮食中,应注意食物的多样化。
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