抗辐射饮料的开发及其抗氧化活性研究

2020-09-10 07:22孔红建张铁楼冯晖
农产品加工·下 2020年1期
关键词:抗氧化活性茯苓陈皮

孔红建 张铁楼 冯晖

摘要:以茯苓、陈皮、山楂、枸杞4种药食同源材料为原料,并以复合益生菌作为发酵剂制备抗辐射饮料,探究抗辐射饮料中的抗氧化活性在发酵过程中的变化。通过单因素试验对接种量、发酵时间和 pH值进行优化,并在此基础上设计三因素三水平的正交试验,以进一步优化发酵工艺。结果表明,最佳发酵条件为接种量1.5%,发酵时间24 h,pH值6.0,在该条件下抗辐射饮料中DPPH自由基清除率能达到 97.68%。

关键词:茯苓;陈皮;枸杞;山楂;抗辐射饮料;DPPH自由基;抗氧化活性

中图分类号:TS275.2      文献标志码:A    doi:10.16693/j.cnki.1671-9646(X).2020.01.041

Abstract:Four kinds of medicine and food homologous materials of medlar,tangerine peel,hawthorn and medlar were used as raw materials,and probiotics were used as a starter to prepare anti-radiation beverages. The antioxidant activity in anti-radiation beverages was explored during the fermentation process. The fermentation time,inoculum size and pH were optimized by single factor experiments,and three-factor and three-level orthogonal experiments were designed to further optimize the fermentation process. The results showed that the optimal fermentation conditions were inoculum 1.5%,fermentation time 4 h and pH 6.0. The DPPH free radical scavenging rate of anti-radiation beverages reached 97.68% under this condition.

Key words:medlar;trangerine peel;wolfberry;hawthorn;anti-radiation drink;DPPH free radical;antioxidant activity

0   引言

高科技电子产品的普及和核技术在临床医学诊断、治疗、军工业等领域的应用拓展对人类健康带来潜在危害[1]。辐射损伤是由电离辐射引起的急性、慢性或迟发性的机体损伤[2]。当机体被过多辐射时,就会造成体内新陈代谢紊乱,进而诱发各种病态和损伤,辐射还会使人体产生各种自由基,造成自由基堆积,进而削弱人体抵抗力,使机体机能下降,出现各种病变[3-4],其中最常见的就是神经衰弱综合症、加速衰老、遗传损伤等,严重时还可能诱发癌变[5]。目前的防辐射防护药物大多存在毒副作用大、防护效价低等缺点[6-8]。因此,寻求天然安全有效的抗辐射药物对人体健康有重要意义[9]。

枸杞子具有降血压、降血脂、抗氧化、抗癌、调节免疫的作用[10]。试验以茯苓、陈皮、山楂、枸杞4种药食同源材料为原料,采用复合益生菌在37 ℃下对混合原料进行发酵,主要探究抗辐射饮料中的抗氧化活性在发酵过程中的变化,在单因素试验基础上进行正交试验,以DPPH自由基清除率为指标对工艺加以优化,对抗辐射饮料的开发具有重要意义。

1   材料与方法

1.1   材料

宁夏枸杞、山楂、茯苓、陈皮,均为市售;柠檬酸、无水乙醇,均为分析纯;芦丁;白砂糖;MRS肉汤培养基、MRS瓊脂培养基;1,1 -二苯基- 2 -苦基肼自由基,赛默飞生物科技有限公司提供;植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌,河南省食品工业科学研究所有限公司提供,实验室筛选培养保存。

1.2   仪器与设备

PHS-25C型pH计,上海理达仪器厂产品;ZHWY-100B型恒温培养振荡器,上海智城分析仪器制造有限公司产品;XDLT-TP型电磁炉,启达实业科技有限公司产品;HH-2型数显恒温水浴锅,普天仪器厂产品;BL-220H型电子天平、303A-3型数显电热培养箱,无锡玛瑞特科技有限公司产品;JY- G12E型高速破壁机,九阳股份有限公司产品;TDZ4-WS型低速离心机,上海卢湘离心机仪器有限公司产品;WYTJ0-32%型手持糖量计;LDZX- 50KBS型立式压力蒸汽灭菌锅,诸城市安泰机械有限公司产品;SW-CJ-2F型超净工作台,深圳市惠士顿科技有限公司产品。

1.3   方法

1.3.1   单因素试验

将枸杞、山楂、茯苓、陈皮去除杂质,按照1∶1∶1∶1的比例称量20 g,将称好的原料倒入250 mL锥形瓶中,添加灭菌的蒸馏水160 mL进行浸泡,待原料吸水饱满后进行打浆,然后调pH值为6.0~  6.5。以质量分数1.5%的比例在无菌操作台中添加复合乳杆菌(植物乳杆菌∶嗜酸乳杆菌(M∶M)= 1∶1混合)。用纱布进行封口后放入恒温振荡器(转速130 r/min)中进行发酵培养,温度控制在37±   2 ℃。待发酵结束后,将发酵液用离心机进行离心,取上清液,于4 ℃下保存备用[11-13]。以此工艺为基础进行调整,研究其单因素:接种量(0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%)、发酵时间(12,24,36,48,60 h)、pH值(5.0,5.5,6.0,6.5,7.0)对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响。

1.3.2   正交试验

在单因素的基础上,以发酵时间(h)、接种量(%)、pH值为因素,以DPPH自由基清除率为考查指标,采用L9(34)正交表進行发酵条件优化。

正交试验因素与水平设计见表1。

1.3.3   DPPH自由基清除率

参照刘涛等人[14]的方法进行测定。

1.3.4   数据处理

每个试验值为3个平行数据的均值,结果用X±S表示,使用Origin 8.5制图;利用SPSS 24统计软件进行数据处理;利用ANOVA对正交试验结果进行分析,p<0.05表示差异具有统计学意义。

2   结果与分析

2.1   单因素试验

2.1.1   接种量对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响

接种量是发酵过程中非常重要的因素,接种量过多不仅造成浪费,而且会影响发酵的效果;接种量少,则达不到发酵的预期效果。在初始pH值6,发酵时间26 h的条件下,研究不同接种量对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响,接种量梯度设为0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%,发酵完成后离心并根据1.3.3方法测定抗辐射饮料中DPPH自由基清除能力。

接种量对DPPH自由基清除率的影响见图1。

从图1可以看出,随着接种量的增加,DPPH自由基的清除率随着接种量的增加先升高后降低,可能是由于接种量过低会造成发酵周期长,在一定的时间内发酵不充分,进而造成DPPH自由基的清除率较低;当接种量过高时导致菌种在极短的时间内大量繁殖,争夺养分,生存空间变小,进而导致发酵效率低,DPPH自由基的清除率也相应较低。当总接种量为1.5%时,抗辐射饮料中的DPPH清除率相对最高。因此,选择接种量为1.5%。

2.1.2   发酵时间对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响

在pH值6,接种量1.5%的条件下,研究不同发酵时间对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响,抗辐射饮料发酵时间梯度设为12,24,36,48, 60 h,发酵完成后离心并根据1.3.3方法测定抗辐射饮料中DPPH自由基清除能力。

发酵时间对DPPH自由基清除率的影响见图2。

从图2可以看出,随着发酵时间的延长,抗辐射饮料中DPPH自由基清除率呈先升高后降低的趋势,可能是由于菌种在时间适中的条件下能够正常发育繁殖,使发酵完全;若发酵时间短,发酵还没有完全开始就结束,从而导致发酵不充分,使得抗辐射饮料中DPPH自由基清除率较低;若发酵时间长,同样会造成争夺养分,生存空间变小。当营养和空间不充足,抑制发酵的进行,导致抗辐射饮料中DPPH自由基清除率较低。当发酵时间为24 h时,抗辐射饮料中DPPH自由基清除率达到最大值;当发酵时间>24 h时,抗辐射饮料中DPPH自由基清除率逐渐下降。所以,最佳的发酵时间为24 h。

2.1.3   pH值对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响

在发酵时间为24 h,接种量为1.5%不变的条件下,研究不同pH值对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响,pH值梯度设为5.0,5.5,6.0,6.5,7.0,发酵完成后离心,并根据1.3.3中方法测定抗辐射饮料中DPPH自由基清除能力。

pH值对DPPH自由基清除率的影响见图3。

从图3可以看出,抗辐射饮料中DPPH自由基清除率随着pH值的升高呈逐渐升高的趋势,并且在6.0~7.0时趋于平缓,可能是由于菌种在pH值接近弱碱性的情况下能够快速生长繁殖,从而提高发酵的效率,增加抗辐射饮料中DPPH自由基清除率,所以抗辐射饮料初始pH值为6时其品质最佳。

2.2   正交试验结果

在单因素试验的基础上,以接种量、发酵时间、pH值为因素,选用L9(34)正交表进行发酵条件优化。

正交试验结果见表2,正交试验结果方差分析见表3。

由极差R可知,各因素对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响依次为接种量>发酵时间>pH值,即接种量对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响最大,发酵时间次之,pH值最小。

2.3   验证试验

从表2可以看出,接种量、发酵时间和pH值均对抗辐射饮料中DPPH自由基清除率的影响显著。通过正交试验筛选出的最佳结果的优化方案为A2B2C2,即接种量为1.5%,发酵时间为24 h,pH值6.0。随后,采用接种量为1.5%,发酵时间为24 h,pH值6.0作为发酵条件进行验证试验,抗辐射饮料中DPPH自由基清除率为97.68%,高于上述正交试验的最大值97.23%。因此,接种量为1.5%,发酵时间为24 h,pH值6.0为最优的发酵工艺条件。

3   结论

对抗辐射饮料发酵工艺条件优化进行研究,主要着重于发酵工艺参数对抗辐射饮料中抗氧化性的影响。确定了最佳发酵工艺参数为接种量1.5%,发酵时间24 h,pH值6.0,在该条件下抗辐射饮料中DPPH自由基清除率能达到97.68%。

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