环境因素对米糠不溶性膳食纤维吸附蓝莓多酚的影响

阳　雁，李蒙蒙，孙智达（华中农业大学食品科技学院，湖北武汉430070）

环境因素对米糠不溶性膳食纤维吸附蓝莓多酚的影响

阳雁，李蒙蒙，孙智达
（华中农业大学食品科技学院，湖北武汉430070）

为了研究影响米糠不溶性膳食纤维吸附蓝莓多酚的环境因素，以时间、温度、pH、离子强度、尿素浓度、乙醇浓度为变量，蓝莓多酚吸附量为指标进行了吸附实验。蓝莓多酚的吸附量随时间先增加后趋于平衡，30 min时基本达到平衡；低pH环境有利于吸附，吸附量在pH4～5时达到最大值；吸附量随溶液中离子强度的增大而增加，随温度升高，尿素、乙醇浓度增大而减少。吸附蓝莓多酚后，米糠不溶性膳食纤维的抗氧化活性得到提高，其IC50为3.53 mg/mL，结果表明：米糠不溶性膳食纤维与蓝莓多酚的共混物是一种理想的新型高效的天然抗氧化剂。

米糠，膳食纤维，蓝莓多酚，吸附

蓝莓（blueberry）原产于美国佛罗里达北部，学名越橘，属杜鹃花科（Ericaceae）越橘属（Vaccinium. spp）。从上世纪70年代开始，人们开始研究蓝莓中的多酚，研究表明，蓝莓中的多酚含量非常高，且具有多种生物活性。刘文旭等［1］用醇提法提取蓝莓果实中的多酚，测得总酚含量为（9.44±0.22）mg/100 g DW。李春阳等［2］通过7种方法对蓝莓叶多酚提取物、蓝莓果渣多酚提取物与芦丁的抗氧化活性进行了比较，证实蓝莓叶与蓝莓果渣的多酚提取物均具有较强的抗氧化性。Weiguang Yia等［3］研究发现蓝莓中的酚酸、单宁、黄酮和原花青素均能有效抑制肝癌细胞（HepG2）的生长，结果表明浓度为70～150 μg/mL的蓝莓多酚溶液中的原花青素对肝癌细胞的生长抑制率达到50%。

我国是稻米生产大国，米糠是稻谷加工的副产物之一，其中米糠膳食纤维含量高达35%～50%，是理想的膳食纤维来源。大量实验证明，膳食纤维具有多种生理功能，故膳食纤维被认为是继水、蛋白质、碳水化合物、脂肪、矿物质、维生素之后人体必需的“第七营养素”。Devin［4］认为不溶性膳食纤维可以增大粪便体积，稀释致癌物浓度，吸附致癌物促进肠道蠕动，加快致癌物排出体外的速度等，通过多途径预防和治疗结肠癌。除此之外，膳食纤维还对糖尿病、肥胖症、心血管疾病等具有显著的预防与治疗效果［4-10］。

目前国内外对米糠不溶性膳食纤维与蓝莓多酚之间相互作用的报道较少，本研究针对影响米糠不溶性膳食纤维与蓝莓多酚之间相互作用的一些环境因素及共混物抗氧化能力进行研究，为充分利用稻谷加工副产物，开发新型高效的天然抗氧化剂提供依据。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

蓝莓鲜果购于武汉市；脱脂米糠湖北省农科院提供；耐高温淀粉酶（20000 U/mL） 苏柯汉生物工程有限公司；碱性蛋白酶（100000 U/g）、葡萄糖淀粉酶（100000 U/g）、高峰淀粉酶（4000 U/g） 上海源叶生物科技有限公司；XAD-7HP大孔树脂Rohm and Haas；1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH·）Sigma公司；无水乙醇、无水乙醚、碘、碘化钾、氢氧化钠、盐酸、硫酸铜、硫酸钾、酒石酸钾钠、亚铁氰化钾、硼酸、丙酮、硅藻土均购于上海国药化学试剂有限公司。

RE-3000旋转蒸发器上海亚荣生化仪器厂；HH6水浴锅金坛市杰瑞尔电器有限公司；GZX-9140BME数显鼓风干燥箱上海博迅实业有限公司；KSW-4D-11A马弗炉湖北英山建力电炉制造有限公司；UV-2100紫外可见分光光度上海光谱仪器有限公司；SHZ-82A恒温振荡器国华企业；JSM-6390LV扫描电镜日本NTC公司。

1.2实验方法

1.2.1蓝莓多酚的提取纯化采用溶剂法从蓝莓鲜果中提取蓝莓多酚［11］。具体操作如下：准确称取100 g蓝莓鲜果，研磨破碎，加入1500 mL预先用乙酸酸化过的60%乙醇溶液（pH3），混合均匀，40℃下浸提2 h，期间不断搅拌，抽滤，40℃旋转蒸发除去滤液中的乙醇，即得到粗提液。粗提液经过大孔树脂XAD-7HP纯化，纯化条件：用pH3的水溶液洗至流出液无色，再用pH3的乙醇溶液洗脱，收集洗脱液，冻干，得到蓝莓多酚的样品粉末，按照李静的方法［12］测得总酚含量为46.7%。

1.2.2米糠不溶性膳食纤维的制备采用双酶法制备米糠不溶性膳食纤维［13］。具体操作如下：准确称量10 g脱脂米糠，分散至500 mL蒸馏水中，调pH至5.5，加入20 μL耐高温淀粉酶，75℃提取3.5 h。调pH至8.2，加入0.2 g碱性蛋白酶，65℃提取2.5 h，沸水浴10 min灭酶，8000 r/min离心10 min取下层沉淀，冻干。

1.2.3米糠不溶性膳食纤维基本成分和表面结构分析采用国标中规定的方法，分析米糠不溶性膳食纤维中的水分（GB/T 50093-2010）、灰分（GB/T 5505-2008）、蛋白质（GB/T 50095-2010）、脂肪（GB/T 5512-2008）、淀粉（GB/T 5009.9-2008）、膳食纤维（GB/T 22224-2008）含量。采用扫描电镜观察不溶性膳食纤维的表面结构。

1.2.4时间、温度、pH、离子强度对吸附的影响准确称取12.5 mg不溶性膳食纤维分别分散于2 mL一定浓度（0.01、0.1、1 mol/L）磷酸缓冲液（pH3、4、5、6、7、8、9）中，充分溶胀30 min，加入0.5 mL 200 mg/mL蓝莓多酚溶液，混匀后于一定温度（5、15、25、35、45、 55℃）下反应一定时间（0、5、10、15、20、30、60、90、120、150 min），抽滤，取滤液于280 nm波长下测定吸光值，用1.2.1所提取的蓝莓多酚绘制浓度曲线（y= 15.71x+0.1315，R2=1），对照浓度曲线计算吸附的多酚浓度，以等体积多酚溶液和等体积磷酸缓冲液混合作为空白对照［14］。其中，各固定因素水平为磷酸缓冲液浓度0.1 mol/L、缓冲液pH=4、反应温度25℃、反应时间60 min。按以下公式计算吸附量：

式中：C1为吸附前多酚溶液质量浓度（mg/mL）；C2为吸附后滤液中多酚质量浓度（mg/mL）；V为反应时溶液总体积（mL）；n为稀释倍数；m为米糠不溶性膳食纤维质量（mg）。

1.2.5尿素、乙醇对吸附的影响准确称取12.5 mg不溶性膳食纤维分别分散于2 mL 0.1 mol/L磷酸缓冲液（pH=4）中，充分溶胀30 min，加1 mL一定浓度尿素溶液（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蓝莓多酚溶液，混匀后于25℃下反应1 h，抽滤，取滤液于280 nm波长下测定吸光值，对照蓝莓多酚标准曲线计算剩余蓝莓多酚浓度，以等体积多酚溶液和等体积磷酸缓冲液混合作为空白对照［14］。按式（1）计算吸附量。

1.2.6DPPH·清除能力准确称取12.5 mg不溶性膳食纤维分散于2 mL 0.1 mol/L，pH=4磷酸缓冲液中，充分溶胀30 min，然后加0.5 mL 200 mg/mL蓝莓多酚溶液，混匀后于25℃下反应1 h，抽滤，冻干，得到不溶性膳食纤维与蓝莓多酚共混物。参照周玮婧的方法［15］，分别量取不同稀释度的米糠不溶性膳食纤维与蓝莓多酚共混物溶液（1、2、3、4、5、6、7 mg/mL）和未吸附蓝莓多酚的膳食纤维溶液（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具塞试管中，混匀后在室温下避光静置30 min，以等体积的蒸馏水和无水乙醇混合液作为空白调零，在515 nm处测定吸光值。空白组以等体积无水乙醇代替DPPH·溶液，对照组以等体积蒸馏水代替样品溶液，按以下公式计算DPPH·清除率：

式中：Ai为样品溶液吸光值；Aj为空白组吸光值；Ao为对照组吸光值。

1.3数据处理方法

数据均为三次测定的平均值，用Origin 8.0版统计软件包进行统计学处理，数值均以平均值±标准差表示。

2　结果与分析

2.1米糠不溶性膳食纤维基本成分及表面结构分析

由表1可知，酶法提取米糠不溶性膳食纤维的纯度较高，可达到87%以上，淀粉、蛋白质含量均在4%以下。同时，扫描电镜结果如图1所示，表明米糠不溶性膳食纤维表面呈明显蜂窝状结构，为吸附多酚提供了有利条件。

表1　米糠不溶性膳食纤维基本成分表Table 1　Content of insoluble rice bran dietary fiber

图1　米糠不溶性膳食纤维的扫描电镜图Fig.1　SEM micrograph of insoluble rice bran dietary fiber

2.2时间对吸附的影响

由图2可知，随着吸附时间的延长，吸附量先增加后趋于平衡。在0～5 min时，多酚吸附量急剧增加，在5～30 min时，多酚吸附量仍有增加，但增速较前5 min明显降低，在30 min后，多酚吸附量变化趋缓，表明此时不溶性膳食纤维对蓝莓多酚的吸附已近饱和。

图2　蓝莓多酚吸附量随时间的变化Fig.2　Variation of blueberry polyphenol adsorption with time

2.3温度对吸附的影响

图3结果表明，蓝莓多酚的吸附量随温度升高而减少，表明在物理共混情况下，蓝莓多酚和膳食纤维之间可能是以氢键结合。随着温度升高，多酚分子的运动加剧，氢键减弱，从而导致多酚的吸附量减少。C Le Bourvellec曾报道，温度与苹果皮膳食纤维吸附原花青素的量呈负相关［14］。

图3　蓝莓多酚吸附量随温度的变化Fig.3　Variation of blueberry polyphenol adsorption with temperature

2.4pH对吸附的影响

图4结果表明，当pH＜4时，吸附量随着pH增大而增大；吸附量在pH4～5时达到最大值，之后随着pH增大，吸附量逐渐减少；当pH＞7时吸附量急剧减少。过低的pH使得膳食纤维与蓝莓多酚间静电排斥力增强，不利于吸附，而多酚类物质呈酸性，在低pH环境中稳定，因此pH升高会导致一部分蓝莓多酚发生降解，从而影响吸附［16］。

图4　蓝莓多酚吸附量随pH的变化Fig.4　Variation of blueberry polyphenol adsorption with pH

2.5离子强度对吸附的影响

从图5可以看出，相同温度和时间下，吸附量随离子强度的增加而增大，表明增加离子强度有利于多酚的吸附。这是由于多酚与膳食纤维之间存在较强的静电排斥力，增加离子强度削弱其静电排斥力，蓝莓多酚的疏水性增强，故其与膳食纤维之间的疏水相互作用增大，吸附量亦相应提高［17］。

图5　蓝莓多酚吸附量随离子强度的变化Fig.5　Variation of blueberry polyphenol adsorption with ionic strength

2.6尿素对吸附的影响

图6结果表明，随着体系中尿素含量的增加多酚吸附量逐渐减少，当尿素浓度为6 mol/L时，多酚吸附量比不添加尿素时减少了16.5%。尿素既是电子供体也是电子受体，能够破坏吸附质与吸附液之间的氢键，进一步说明膳食纤维吸附蓝莓多酚可能是借助氢键作用力实现的。

图6　蓝莓多酚吸附量随尿素浓度的变化Fig.6　Variation of blueberry polyphenol adsorption with urea concentration

2.7乙醇对吸附的影响

图7结果表明，0%～60%时，蓝莓多酚吸附量随着体系内乙醇浓度的增大而减少，60%后趋于稳定。乙醇也是电子受体，乙醇浓度的增加大大削弱了多酚与膳食纤维间的氢键作用力，故吸附量减少。

图7　蓝莓多酚吸附量随乙醇浓度的变化Fig.7　Variation of blueberry polyphenol adsorption with alcohol concentration

2.8DPPH·清除能力

由图8可知，在相同浓度下吸附了蓝莓多酚的膳食纤维对DPPH·的清除能力均强于未吸附的膳食纤维。膳食纤维浓度越大，两者的差距越大，当浓度为7 mg/mL时，吸附了蓝莓多酚的膳食纤维的DPPH·清除率达到94.42%，而未吸附的膳食纤维仅为81.43%。吸附了蓝莓多酚和未吸附的膳食纤维的IC50分别为2.84 mg/mL和3.53 mg/mL，而清除率达到70%时，两者浓度分别为3.96 mg/mL和5.45 mg/mL。

图8　吸附前后米糠不溶性膳食纤维对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　结论

本实验研究了影响米糠不溶性膳食纤维吸附蓝莓多酚的一些环境因素。结果表明：吸附量随时间先增加后趋于平衡，30 min时吸附基本达到平衡；偏酸性的环境有利于米糠不溶性膳食纤维吸附蓝莓多酚，吸附量在pH=5时达到最大值；溶液中离子强度的增大，增大了分子间疏水相互作用，有利于蓝莓多酚的吸附；温度升高，尿素、乙醇浓度的增加削弱了氢键和疏水相互作用，蓝莓多酚的吸附量减少，不利于吸附。通过与未吸附多酚的膳食纤维相比，吸附了蓝莓多酚的米糠不溶性膳食纤维的抗氧化性得到提高，其IC50为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

阳雁（1990-），女，硕士研究生，研究方向：天然产物化学，E-mail：simple_yangyan@163.com。

公益性行业（农业）科研专项。