七种药食两用中药膳食纤维体外抗氧化及胆酸盐结合能力研究

华 梅，樊美玲，卢佳希，董丽娜，孙印石,

（1.中国农业科学院特产研究所，吉林长春 130112；2.长春中医药大学附属医院，吉林长春 130021；3.吉林省中医药科学院，吉林长春 130021）

中华饮食文化历来倡导“安身之本，必资于食”、“食借药之力，药助食之功”的药食同源观点，许多食物具有强身祛病功效，亦食亦药，对人体健康大有益处[1]。近些年，随着人们对药食两用中药研究的不断深入，其非传统活性成分的开发越来越引起人们的重视。中药中含有大量的膳食纤维，这些膳食纤维成分在工业生产中主要作为废弃物被丢弃，造成巨大资源浪费和环境污染，同时严重降低了中药材的利用率[2−4]。

膳食纤维（dietary fiber，DF）是一类不易被人体消化酶消化的碳水化合物及其类似物，天然存在的可食用碳水化合物（如纤维素、半纤维素、木质素、果胶、树胶和细菌纤维素等），以及经物理、酶或化学法提取得到的碳水化合物（人造碳水化合物）均在其范畴内[5]。膳食纤维因其溶解性不同可分为非水溶性膳食纤维（insoluble dietary fiber，IDF）和水溶性膳食纤维（soluble dietary fiber，SDF）。现代研究证实膳食纤维具有预防肥胖症、缓解便秘、改善肠道菌群、降低血糖血脂水平、抗肠胃癌症、清除自由基、抗氧化等功效，是当前植物成分研究的热点方向[6−7]。国内外学者对于不同来源、不同品种的谷物和水果膳食纤维进行了大量细致的研究，相对而言，中药材膳食纤维的研究还很不足，现有研究局限在少数几个中药品种中。鞠健等[8]从山药皮中提取了水溶性膳食纤维，并对其物化性质进行了分析；孙羊羊等[9]对甘草渣膳食纤维提取工艺进行了优化，使水溶性膳食纤维产率达到8.33%，非可溶性膳食纤维产率达到81.33%。朱子博[10]研究了超微粉碎对甘草渣膳食纤维物化性质的影响，证实粒径对甘草渣膳食纤维粉的持水性、膨胀性、吸油性、离子交换能力和NO2-吸附能力有显著影响。陈海红等[11]对黑灵芝水溶性膳食纤维的理化性质及体外抗氧化活性进行了研究，证实黑灵芝SDF主要单糖组成为甘露糖、葡萄糖和半乳糖，具有一定的抗氧化能力。华梅等[3]对人参膳食纤维的营养成分、多糖结构和热稳定性进行了研究，为其构效关系和功能性研究提供了理论依据。而对于党参、黄芪和西洋参膳食纤维，目前还鲜见报道，更是缺乏对于不同中药膳食纤维性质和活性的比较研究。

本研究选择党参、黄芪、山药、甘草、灵芝、人参、西洋参七种药食两用中药，通过酶重量法提取水溶性、非水溶性和总膳食纤维，并对不同膳食纤维成分的理化性质、体外抗氧化和胆酸盐结合能力进行研究，以期为药食两用中药膳食纤维作为功能性食品成分的开发应用奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

党参（Codonopsis pilosula（Franch.） Nannf.）、黄芪（Astragalus membranaceus（Fisch.） Bunge.）、山药（Dioscorea oppositifoliaL.）、甘草（Glycyrrhiza uralensisFisch）、灵芝（Ganoderma LucidumKarst）5种药材 北京同仁堂药店；人参、西洋参 吉林省抚松县，经吉林农业大学李伟教授鉴定为五加科植物人参干燥根（Panax ginsengC.A. Meyer）和西洋参干燥根（Panax quiquefoliumL.）；α-淀粉酶1万U/g、蛋白酶20万U/g、淀粉葡萄糖苷酶10万U/g 北京索莱宝生物科技有限公司；胃蛋白酶 3万U/mg、胰蛋白酶 250 U/mg 上海麦克林生化科技有限公司；DPPH、TPTZ、邻苯三酚、水杨酸、甘氨胆酸钠、牛磺胆酸钠 上海源叶生物科技有限公司；其他试剂如无特殊说明，均为国产分析纯。

752N型紫外可见分光光度计 上海精科实业有限公司；电热恒温水浴锅 常州国华电器有限公司；Explorer EX125DZH型准微量电子天平 美国奥豪斯仪器有限公司；ALPHA 1-2型冷冻干燥机德国Martin Christ。

1.2 实验方法

1.2.1 膳食纤维提取工艺 七种药材按照1:10（w/v）料液比沸水煎煮2次，每次1.5 h，过滤后得到药渣，60 ℃烘干粉碎备用。参照国标GB 5009.88-2014《食品中膳食纤维的测定》方法略作修改，药渣按照20倍体积料液比，经α-淀粉酶、蛋白酶和淀粉葡萄糖苷酶依次水解1.0 h。反应结束后离心所得残渣即为非水溶性膳食纤维（IDF），离心上清液经4倍体积无水乙醇沉淀即为水溶性膳食纤维（SDF），将SDF和IDF混合即为总膳食纤维（TDF），冻干粉碎备用。

1.2.2 理化性质检测 参照华梅等[3]方法测定总膳食纤维的持水性、持油性、溶胀性和堆积密度。

1.2.3 体外抗氧化活性测定

1.2.3.1 清除DPPH 自由基（DPPH·） 参考李珊珊等[12]方法测定七种中药SDF、IDF和TDF的DPPH自由基清除率。样品（SDF样品浓度均为5 mg/mL，IDF和TDF样品浓度均为10 mg/mL，下同）与DPPH溶液在517 nm 处反应吸光值记为A0；等体积无水乙醇代替DPPH 溶液反应记为A1；等体积蒸馏水代替样品溶液反应记为A2。以相同浓度抗坏血酸作阳性对照。DPPH 自由基清除率R表示为：

1.2.3.2 清除羟自由基（·OH） 参考宋春艳等[13]水杨酸法测定七种中药SDF、IDF和TDF的羟自由基清除率。以相同浓度抗坏血酸作阳性对照。样品与FeCl2溶液在510 nm处反应吸光值记为B；等体积蒸馏水代替FeCl2溶液反应记为B1；等体积蒸馏水代替样品溶液反应记为B2。羟自由基清除率R表示为：

1.2.3.4 总抗氧化能力测定 参照Benzie等[14]的FRAP法测定七种中药SDF、IDF和TDF的总抗氧化能力。样品与FRAP试剂（10 mmol/L TPTZ溶液、20 mmol/L FeCl3溶液和300 mmol/L醋酸盐缓冲液按1:1:10比例混合）于37 ℃反应30 min后，测定593 nm处反应吸光值；等体积蒸馏水代替样品溶液作阴性对照，相同浓度抗坏血酸作阳性对照。根据1 mmol/L FeSO4溶液绘制的标准曲线Y=0.0012X+0.037（R2=0.9985）计算样品FRAP值，单位μmol/L。

1.2.4 胆酸盐结合能力测定

1.2.4.1 标准曲线制作 参考段振[15]方法略作修改，移取2 mL甘氨胆酸钠（0.03、0.06、0.12、0.18、0.24、0.30 mmol/L）和牛磺胆酸钠（0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35 mmol/L）标准溶液于具塞试管中，加入6 mL 60% H2SO4溶液，于70 ℃水浴20 min，冷却至室温，测定387 nm处吸光值。以胆酸盐含量为横坐标，吸光值为纵坐标，绘制两种胆酸盐的标准曲线。甘氨胆酸钠标准曲线为Y=1.4023X+0.0008（R2=0.9986），牛磺胆酸钠标准曲线为Y=1.2861X−0.0064（R2=0.9975）。

1.2.4.2 胆酸盐结合能力测定 参考段振[15]方法，以2 mL 10 mg/mL样品溶液与3 mL 10 mg/mL胃蛋白酶液和1 mL 0.01 mol/L的HCl溶液混合，于37 ℃振荡1 h（模拟胃环境）；以0.1 mol/L的NaOH溶液调pH至6.3，加入4 mL 10 mg/mL胰蛋白酶，于37 ℃振荡1 h（模拟肠道环境）。再向样品中加入4 mL 0.3 mmol/L甘氨胆酸钠和牛磺胆酸钠溶液，于37 ℃振荡1 h，4000 r/min离心20 min，取2 mL上清液，参照标准曲线方法测定样品吸光值，每个样品平行3次。各胆酸盐结合率R表示为:

式中，M1为甘氨胆酸钠或牛磺胆酸钠加入量（mmol/L）；M2为甘氨胆酸钠或牛磺胆酸钠剩余量（mmol/L）。

1.3 数据处理

所有实验数据均以3次平均值±标准差（mean±SD，n=3）表示。采用SPSS 19.0统计软件进行单因素方差分析，LSD方法检验，P<0.05表示差异显著。采用GraphPad Prism 7.0软件绘图。

2 结果与分析

2.1 膳食纤维含量分析

采用酶重量法提取党参等七种药食两用中药膳食纤维，结果见表1。由表1可知，七种药食两用中药膳食纤维的含量和比例差异明显。灵芝TDF的含量最高（40.78%），山药TDF的含量最低（12.09%），但山药SDF与IDF比例为1:2，是七种中药膳食纤维中SDF比例最高的。此外，灵芝的SDF:IDF比例最低（1:76），这一结果与殷鹏飞等[16]对黑灵芝膳食纤维的提取结果相近。SDF和IDF的生理功效有所不同，SDF能够调节或稳定血液中血糖和胆固醇水平，为肠道菌群提供能量；IDF则有更强的吸水膨胀、螯合吸附和润肠通便的作用[17]。二者按照一定比例组合才能真正发挥膳食纤维的生理活性。有观点认为[18]水溶性膳食纤维应占总膳食纤维含量的30%～50%（SDF:IDF=1:1～1:3）才可称之为优质膳食纤维。本研究结果表明党参等七种药食两用中药膳食纤维含量丰富，其中山药、人参、西洋参和党参中SDF:IDF比例较适宜，可以作为优质天然膳食纤维来源。

表1 七种药食两用中药膳食纤维含量及比例（干基，%）Table 1 Dietary fiber content and composition ratio in 7 medicine-food homologous traditional Chinese medicines (dry matter, %)

表2 七种药食两用中药膳食纤维理化性质Table 2 Physicochemical properties of dietary fiber in 7 medicine-food homologous traditional Chinese medicines

2.2 膳食纤维的理化性质

对七种药食两用中药总膳食纤维理化性质进行检测，结果见表2。由表2可知，七种药食两用中药膳食纤维中，党参TDF持水性最高（11.26 g/g），灵芝TDF持油性最高（6.36 g/g），人参TDF溶胀性最高（9.12 mL/g），黄芪TDF堆积密度值最低（0.25 g/mL）。目前对中药膳食纤维理化性质的研究不多。鞠健等[8]采用超声波酶解法提取了山药皮SDF，测定了其持水性、持油性和膨胀性。朱子博[10]通过调节甘草渣膳食纤维的粒径，使其持水性、持油性和膨胀性得到提升。殷鹏飞等[16]优化了黑灵芝IDF的提取工艺，发现膨胀力与pH呈负相关。樊红秀[19]优化了人参膳食纤维双螺杆挤压工艺，使其持水力、持油力、膨胀力得到显著提升。而党参、黄芪和西洋参膳食纤维的研究目前还未见专门报道。

以持水性为代表的水合性质是膳食纤维成分在食品加工中最重要的理化性质之一。持水性直接影响着肠道内不消化食物的体积，进而影响食物消化效率[20]。党参TDF的高持水性暗示其可能具有良好的抗消化性，这是膳食纤维不同于其他可消化碳水化合物的主要代谢特征，也是其利于减肥的主要原因之一。持油性有助于提高膳食纤维对胆固醇和胆酸盐的结合能力，防止其被肠道重吸收，降低体内胆固醇水平，从而对心脑血管疾病起到防治作用[21]。灵芝TDF的高持油性暗示其可能具有降脂作用。溶胀性可以增大肠道内容物体积，加速肠道蠕动，起到润肠通便和增强饱腹感的作用。人参TDF的高溶胀性暗示其可能具有润肠通便的作用。堆积密度反映了膳食纤维的疏松程度。堆积密度小则结构更加松散，微观纤维结构形成的空间变大，表面活性增强[20]。黄芪、甘草和灵芝TDF较低的堆积密度暗示其可能具有较好的表面活性。本研究结果表明，不同药食两用中药膳食纤维的理化性质不同，可在功能性食品中发挥作用。

2.3 膳食纤维的体外抗氧化活性

选择DPPH自由基清除率、羟自由基清除率、超氧阴离子自由基清除率和总抗氧化能力FRAP值几个指标来表征七种药食两用中药膳食纤维的体外抗氧化活性，结果见图1～图4。

由图1可见，党参SDF、黄芪SDF、山药SDF、甘草SDF的DPPH自由基清除率可达到90%以上，显著高于人参SDF和西洋参SDF（P<0.05）。所有IDF中，甘草IDF的DPPH自由基清除率（91.28%）显著高于其他IDF（P<0.05）。山药TDF、甘草TDF、灵芝TDF、人参TDF的DPPH自由基清除率显著高于其他TDF（P<0.05）。DPPH自由基是一种很稳定的以氮为中心的质子自由基，反应样品可能通过电子转移和供氢将其转化为稳定分子子1，1-二苯基-2-苦味酰肼，同时使反应体系发生明显颜色变化[22]。膳食纤维中含有的大量C-H键和羟基等官能基团，能够显著提升其供氢能力，从而使其具有较强的DPPH自由基清除能力[3,23]。

图1 七种药食两用中药膳食纤维DPPH自由基清除能力Fig.1 The scavenging activity of dietary fiber in 7 medicine-food homologous traditional Chinese medicines on DPPH radical

由图2可见，山药SDF和山药TDF、甘草SDF、灵芝SDF、人参SDF和人参TDF的羟自由基清除率均在90%以上。除党参SDF和西洋参SDF外，SDF总体清除率水平高于IDF。山药TDF和人参TDF的羟自由基清除能力显著高于其他TDF（P<0.05）。·OH是生物毒性最强的活性氧，它可直接损坏生物膜，并与活细胞中的任何分子发生反应而造成损伤，导致一系列疾病的产生，因此清除羟自由基是预防各种疾病的有效途径[23]。膳食纤维糖基上活跃的糖醛酸羟基能够与·OH结合生成水，从而有效清除·OH自由基。同时，本研究中最后一步淀粉葡萄糖苷酶酸水解方法制备的膳食纤维，能够很好的保护羟基活性，避免碱水解中和糖醛酸分子形成盐，从而降低膳食纤维的抗氧化活性[24]。

图2 七种药食两用中药膳食纤维羟自由基清除能力Fig.2 The scavenging activity of dietary fiber in 7 medicinefood homologous traditional Chinese medicines on hydroxyl free radical

由图3可见，所有SDF中，西洋参SDF的超氧阴离子自由基清除率（46.37%）显著高于其他SDF（P<0.05）。西洋参TDF的超氧阴离子自由基清除能力（60.32%）显著高于其他TDF（P<0.05）。O2·是基态氧接受一个电子后形成的第一个氧自由基，是重要的毒理学中间体，许多活泼的氧化中间产物形成都始于，它的产生会破坏人体机能, 引起脂质过氧化、形成动脉粥样硬化等疾病[25]。值得注意的是，高浓度膳食纤维会因自氧反应产生超氧阴离子，从而对其清除能力产生负面影响，因此在抗氧化效应中应选择适当膳食纤维浓度。本研究中七种膳食纤维对DPPH自由基和·OH自由基的清除率普遍高于自由基，这暗示其与不同氧自由基的作用机制不同，膳食纤维可能通过降低机体自由基有效浓度，或通过阻断脂质过氧化链反应来发挥抗氧化质过氧化链反应来发挥抗氧化作用[26]。

图3 七种药食两用中药膳食纤维超氧阴离子自由基清除能力Fig.3 The scavenging activity of dietary fiber in 7 medicine-food homologous traditional Chinese medicines on superoxide anion radical

FRAP法以换算成相同抗氧化能力FeSO4微摩尔数表示样品总抗氧化能力，吸光值越高抗氧化能力越强。图4的结果显示不同药食两用中药膳食纤维的总抗氧化能力差异显著。除黄芪和甘草外，总抗氧化能力总体趋势为SDF

图4 七种药食两用中药膳食纤维总抗氧化能力（FRAP值）Fig.4 Total antioxidant capacity of dietary fiber in 7 medicinefood homologous traditional Chinese medicines on superoxide anion radical (FRAP value)

2.4 膳食纤维的胆酸盐结合能力

七种药食两用中药膳食纤维的甘氨胆酸钠结合能力如图5所示。总体来说，TDF甘氨胆酸钠结合率（48.68%～59.87%）明显高于SDF（38.52%～45.39%）和IDF（32.45%～35.86%），人参TDF结合率（59.87%）显著高于其他TDF（P<0.05）。

七种药食两用中药膳食纤维的牛磺胆酸钠结合能力如图6所示。SDF牛磺胆酸钠结合率为29.23%～38.55%，IDF牛磺胆酸钠结合率为24.32%～32.60%，TDF牛磺胆酸钠结合率为34.31%～51.52%。除山药外，其余TDF牛磺胆酸钠结合率均高于SDF和IDF，其中黄芪TDF结合率（51.52%）显著高于其他TDF（P<0.05）。比较均值发现，SDF、IDF和TDF的牛磺胆酸钠结合率（34.85%、28.16%和45.47%）低于甘氨胆酸钠结合率（41.10%、34.12%和53.73%）。这一结果也印证了Story等[27]的结论，即膳食纤维较难与牛磺胆酸钠结合，牛磺胆酸钠结合能力较强的膳食纤维往往对人体中含量更高的甘氨胆酸钠结合能力更好。在中性和肠道环境下，牛磺胆酸钠侧链末端的磺酸基和甘氨胆酸钠侧链末端的羧基易于离子化，使胆酸盐活性基团可以更好的暴露出来，从而与膳食纤维发生反应[28]。

图5 七种药食两用中药膳食纤维的甘氨胆酸钠结合能力Fig.5 The binding ability of dietary fiber in 7 medicine-food homologous traditional Chinese medicines on sodium glycinate

图6 七种药食两用中药膳食纤维的牛磺胆酸钠结合能力Fig.6 The binding ability of dietary fiber in 7 medicine-food homologous traditional Chinese medicines on sodium taurocholate

胆汁酸是肝内胆固醇与钠盐或钾盐结合的衍生产物, 胆固醇转化成胆汁酸是其在体内的主要去路[29]。以膳食纤维为代表的功能性食品成分，已被证实具有良好的胆汁酸结合能力[5]。它能够吸附胆汁酸干扰其重吸收，同时帮助胆汁酸排出体外，造成胆汁酸损失，促使肝脏不断将胆固醇转化为胆汁酸, 以维持胆汁酸池的动态平衡，最终起到降低胆固醇作用[30]。正常人体内90%的胆汁酸以结合型胆酸盐形式存在，主要包括甘氨酸胆酸盐和牛磺酸胆酸盐[29]。本研究选取甘氨胆酸盐和牛磺胆酸盐为研究对象，证实了黄芪、人参等药食两用中药膳食纤维具有良好的胆酸盐体外结合能力，这为其体内降血脂研究奠定了重要理论基础。

3 结论

本研究从党参、黄芪、山药、甘草、灵芝、人参和西洋参七种药食两用中药中提取水溶性、非水溶性膳食纤维和总膳食纤维，并对其含量组成、理化性质、体外抗氧化活性和胆酸盐结合能力进行了研究。

七种药食两用中药膳食纤维含量丰富，山药、人参、西洋参和党参的SDF:IDF比例最优，可以作为优质膳食纤维来源。党参、灵芝和人参TDF分别具有较好的持水性、持油性和溶胀性，黄芪、甘草和灵芝TDF的堆积密度值最低，这些理化性质暗示中药膳食纤维具有较好的食品加工应用潜力。体外活性研究表明，黄芪SDF的DPPH自由基清除率最高（96.27%），山药SDF的羟自由基清除率最高（97.20%），西洋参TDF的超氧阴离子自由基清除率最高（60.32%），人参TDF的总抗氧化能力最强（2283.39 μmol/L/FeSO4）。此外，七种药食两用中药膳食纤维均具有一定的甘氨胆酸钠和牛磺胆酸钠体外结合能力。以上研究结果为药食两用中药膳食纤维进一步体内抗氧化、降血脂研究奠定了理论基础。