Hans Journal of Agricultural Sciences
Vol. 09  No. 08 ( 2019 ), Article ID: 31747 , 8 pages
10.12677/HJAS.2019.98092

Effects of Enzymatic and Alkaline Extraction on Antioxidant Activity of Soluble Dietary Fiber from Flax Residue

Yuru Guo1*, Wenling Tong2*, Jing Yang1, Jianguo Xu1#

1School of Food Science, Shanxi Normal University, Linfen Shanxi

2School of Life Science, Shanxi Normal University, Linfen Shanxi

Received: Jul. 26th, 2019; accepted: Aug. 9th, 2019; published: Aug. 16th, 2019

ABSTRACT

The effects of enzyme and alkali treatment on the antioxidant activity of flax soluble dietary fiber (SDF) are studied in this paper. The results show that the scavenging ability on ABTS and DPPH and reducing power of alkali-treated samples are significantly higher than that of enzyme extraction (p < 0.05). SDFs extracted by both of alkali method and enzyme method have good scavenging ability tonitroso radical. When the sample concentration reaches 8 mg/mL, the scavenging rate can reach 99.85%. SDF extracted by enzymatic method has stronger chelating ability to Fe2+ than that extracted by alkali method and the chelating rate can reach 94.93%. These results indicate that the samples treated by alkali method or enzyme method have certain antioxidant activity. SDFs extracted by enzymatic method and alkali method are an antioxidant resource with rich sources and good economic prospect.

Keywords:Flax, Soluble Dietary Fiber (SDF), Enzyme Treatment, Alkali Treatment, The Antioxidant Activity

酶法和碱法提取对胡麻渣可溶性膳食纤维抗氧化性的影响

郭玉如1*,仝文玲2*,杨靖1,徐建国1#

1山西师范大学食品科学学院,山西 临汾

2山西师范大学生命科学学院,山西 临汾

收稿日期:2019年7月26日;录用日期:2019年8月9日;发布日期:2019年8月16日

摘 要

主要研究酶法和碱法两种不同处理对胡麻可溶性膳食纤维(SDF)抗氧化活性的影响。结果表明碱法处理后的样品对ABTS清除能力、DPPH清除能力、还原力显著高于酶法提取的(p < 0.05);而且碱法和酶法提取的SDF对亚硝基自由基清除能力都很好,当样品浓度达到8 mg/mL时,清除率都可达99.85%;酶法提取的SDF对Fe2+的络合能力比碱法提取的SDF强,络合率可达94.93%。这表明,经碱法和酶法处理后的样品中都有一定的抗氧化活性,酶法和碱法处理胡麻渣提取得到的SDF是一种来源丰富、经济前景良好的抗氧化剂资源。

关键词 :胡麻渣,可溶性膳食纤维(SDF),碱法,酶法,抗氧化性

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1. 引言

胡麻(Linum usitatissimum L.)是亚麻科亚麻属一年生或多年生草木植物亚麻种子,是我国西北和华北地区特有的油纤兼用型经济作物 [1] 。胡麻渣是胡麻榨油后的副产物,研究表明胡麻渣含28%膳食纤维,其中30%为可溶性膳食纤维 [2] ,所以胡麻渣是良好的膳食纤维来源。然而,目前对胡麻渣的利用程度很低,相关的文献报道也较少。研究表明,碱法和酶法可以有效改善膳食纤维的结构组成和功能活性,提高膳食纤维的应用价值 [3] [4] ,但目前没有关于利用碱法和酶法改善胡麻渣膳食纤维的报道。

大量的国内外试验证明,人体的许多疾病与体内自由基的失衡密切相关 [5] [6] 。体内过量自由基可进一步引发多种化学反应,生成一系列化学物质,从而使人体自由基失衡,最终导致疾病的产生。同时,过量自由基也是导致油脂氧化酸败的重要因素 [7] 。因而,控制自由基的产生十分关键。目前常用的抗氧化剂多为化学合成,但因安全性问题其使用量和使用范围受到越来越严格的限制。因此,寻找安全、高效、无毒的天然抗氧化剂成为研究的热点。本试验以胡麻渣为原料,研究酶法和碱法提取胡麻渣可溶性膳食纤维的抗氧化性,以期为胡麻渣的开发利用提供理论基础和指导。

2. 实验材料与仪器设备

2.1. 材料与试剂

胡麻渣由山西省神池县中源小杂粮油脂加工厂榨油后提供;纤维素酶(1000 U/g),购于国药集团化学试剂有限公司;石油醚等试剂均为分析纯,均购于天津市科密欧化学试剂开发中心。

2.2. 仪器与设备

QE-200高速万能粉碎机,浙江屹立工贸有限公司;TDI-80-2B离心机,金坛市盛蓝仪器制造有限公司;CM-3700分光测色计,苏州广名贸易有限公司。

3. 实验方法

3.1. 脱脂胡麻渣的制备

胡麻原料加入一定量的石油醚(质量体积比为1:4)震荡脱脂12 h,重复3次,脱脂后的胡麻渣在60℃干燥12 h,干燥器中保存,备用。

3.2. 纤维素酶处理脱脂胡麻渣提取可溶性膳食纤维(SDF)制备

脱脂胡麻渣→粉碎→过100目筛→按照1:30 (质量体积比,g/mL)的比例加入pH 7.0磷酸盐缓冲液→加入2%纤维素酶,在50℃下酶解1 h→煮沸10 min→4000 r/min,4℃离心15 min→收集上清液→4℃醇沉8 h (上清液:乙醇 = 1:4)→4000 r/min,4℃离心30 min→收集沉淀→干燥→SDF。

3.3. 碱处理脱脂胡麻渣提取可溶性膳食纤维(SDF)制备

脱脂胡麻渣→粉碎→过100目筛→按照1:25 (质量体积比,g/mL)的比例加入8% NaOH溶液(g/mL),混匀→80℃、浸提60 min→4000 r/min, 4℃离心15 min→收集上清液→调节pH到7→4℃醇沉8 h (上清液:乙醇 = 1:4)→4000 r/min,4℃离心30 min→收集沉淀→干燥→SDF。

3.4. 化学组成的测定

3.4.1. 多酚含量的测定

多酚含量测定采用Folin-Ciocalteu测定法。取0.1 mL适当浓度的样品于试管中,加入2.8 mL蒸馏水和0.1 mL 1.0 N Folin-Ciocalteu试剂,混合均匀,静止8 min后加入2 mL 7.5% (m/v)碳酸钠溶液,摇匀,密封室温下置于避光处,2 h后于765 nm波长测定吸光值,平行测定三次,以乙醇做实验空白,没食子酸做标准曲线,其回归方程y = 1.7392x + 0.1527 (R2 = 0.9936),其中y为吸光度值,x为没食子酸浓度,多酚含量以每克干燥样品中所含的相当于没食子酸的含量进行计算 [8] 。

3.4.2. 蛋白质含量的测定

蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝测定法,其回归方程y = 0.7033x + 0.0454 (R2 = 0.9907),其中y为吸光度值,x为牛血清蛋白浓度。样品蛋白质含量以每克干燥样品中所含的相当于牛血清蛋白的含量进行计算 [9] 。

3.4.3. 可溶性多糖含量的测定

分别取1 mL不同浓度的样品于干燥洁净试管,分别加6%苯酚0.5 mL,浓硫酸2.5 mL,立即摇匀,沸水浴10 min,室温放置,待凉后于490 nm测定光吸收值,以1.0 mL蒸馏水为空白。用无水葡萄糖溶液做标准曲线,其回归方程y = 1.3292x + 0.015 (R2 = 0.9975),其中y为吸光值,x为无水葡萄糖浓度(ug/mL)。样品可溶性多糖含量以每克干燥样品中所含的相当于葡萄糖含量进行计算 [10] 。

3.5. 抗氧化性分析

准确称取一定量不同处理的可溶性膳食纤维样品,加入适量的蒸馏水(质量体积比为1:10),超声波辅助提取5 min后,4000 r/min离心10 min,取其上清液,于4℃下保存,用于抗氧化活性测定。

3.5.1. ABTS自由基清除能力测定

配制7.4 mmol/L ABTS溶液,2.6 mmol/L过硫酸钾溶液,以体积1:1混合于棕色瓶中,避光反应12~16 h,将ABTS用乙醇稀释,使其在734 nm波长处吸光值为0.7000 ± 0.002。准确量取酶法和碱法处理的不同浓度下的待测液0.6 mL,再加入2.4 mL ABTS乙醇溶液,混合均匀后室温避光保存10 min,在734 nm处测定吸光度值A1,做三次平行实验,以1 mL ABTS溶液为空白对照测定吸光度值为A2,取1.0 mL蒸馏水代替试样液,所测定的吸光度为A3 [11] 。

ABTS自由基清除率(%) = [ 1 ( A 1 A 3 ) / A 2 ] × 100

3.5.2. DPPH自由基清除能力

待测液2 mL,加入0.2 mmol/mL的DPPH溶液2 mL,无水乙醇2 mL,充分混匀后室温避光静置30 min,于517 nm处测定吸光度,进行三次平行实验。以未加入样品溶液的吸光度为A0,未加入样品溶液的吸光度为A1,未加入DPPH溶液的吸光度为A2 [12] 。

DPPH∙清除率(%) = [ 1 ( A 1 A 2 ) / A 0 ] × 100

3.5.3. Fe3+还原能力的测定

取不同浓度样品溶液1 mL加入10 mL试管中,分别加入1 mL 0.2 mol/L的磷酸盐缓冲液(pH 6.6)和1 mL 1%铁氰化钾溶液,摇匀后置于恒温水浴锅50℃水浴20 min,流水下迅速冷却,加入1.5 mL三氯乙酸,摇匀,4000 r/min离心10 min。离心完毕取上清液2 mL,蒸馏水2 mL,0.4 mL 0.1%三氯化铁溶液,充分摇匀之后静置10 min,于700 nm波长处测定吸光度 [13] 。

Fe3+还原力(%) = ( A 1 A 0 ) × 100

其中,A1为样品管的吸光值;A0为空白管的吸光值。

3.5.4. 对亚硝基的清除作用

取不同浓度的样品溶液1.0 mL于比色管中,加0.25 mL亚硝酸钠标准溶液,再加入5.0 mL柠檬酸磷酸缓冲溶液,混匀后加塞置于37℃恒温水浴锅水浴中反应1 h。移取1.0 mL反应液于比色管中,加入2.0 mL对氨基苯磺酸溶液和1.0 mL盐酸萘乙二胺,摇匀静置15 min,以相应浓度的样品溶液空白调零,在540 nm波长处测定吸光值 [14] 。

亚硝基清除率(%) = ( A 1 A 2 ) / A 1 × 100

A1为空白实验(以蒸馏水代替)的吸光值,A2为样品在各浓度下的吸光值。

3.5.5. Fe2+螯合力测定

取不同浓度的样品溶2.0 mL,依此加入3.7 mL蒸馏水,0.1 mL浓度为2.0 mmol/L FeCl2,充分混匀,室温下静置30 s,加入0.2 mL浓度为5 mmol/L菲洛嗪并混合,在室温下静置10 min,在4000 r/min下离心5 min,分光光度计测定562 nm处的吸光值记为A1,用水代替样品作为空白进行测定记为A2 [15] 。

Fe2+鳌合率(%) = ( A 2 A 1 ) / A 2 × 100

3.6. 数据分析与处理

每个样品重复测定3次,用Origin 8.6绘图,使用SPSS 32.0软件进行统计分析,描述性统计值使用平均值 ± 标准差(Mean ± SD)表示,差异显著性水平设为0.05。

4. 结果与讨论

4.1. 化学组成成分对比分析

表1可知,酶法提取的SDF中多酚含量显著高于碱法提取(p < 0.05),而碱法提取的SDF的蛋白质含量和可溶性多糖都显著高于酶法提取的。化学组成成分的不同可能导致所提SDF抗氧化性的差异。

Table 1. The chemical composition of SDF extracted by enzymatic method and alkali method was compared

表1. 酶法和碱法提取的SDF的化学组成成分比较

注:不同样品间的不同字母表示差异显著(p < 0.05)。

4.2. 抗氧性对比分析

4.2.1. 对ABTS的清除能力测定

ABTS清除能力是评价膳食纤维总抗氧化性的一个指标。如图1为酶法和碱法提取的胡麻SDF对ABTS清除能力对比。

Figure 1. Effect of SDF from flax residue extracted by enzymatic method and alkali method on ABTS clearance rate

图1. 酶法提取和碱法提取胡麻渣SDF对ABTS清除率的影响

图1可知,酶法和碱法提取的SDF都对ABTS有一定的清除能力。在2~12 mg/mL的浓度范围内,碱法提取的SDF和酶法提取的SDF对ABTS的清除能力均随浓度的增大而加强,且碱法提取对ABTS的清除能力始终强于酶法提取。酶法提取的SDF在浓度大于8 mg/mL后,清除能力并没有随着浓度增大有显著增强。

4.2.2. 对DPPH自由基清除能力测定

DPPH法广泛用于定量测定生物试样、酚类物质及膳食纤维的抗氧化能力 [16] 。酶法提取和碱法提取胡麻渣SDF对DPPH清除能力测定如图2

图2可知,酶法和碱法提取的SDF都有一定的DPPH清除能力。在2~8 mg/mL浓度范围内,碱法提取的SDF对DPPH清除能力随浓度增大而加强在8 mg/mL时达到最大;而酶法提取的SDF的清除能力随浓度增加变化不大(均不到5%)。在8~12 mg/mL浓度范围内随浓度增加,碱法提取的SDF清除能力反而减弱,这可能是由于随着碱浓度增大破坏了纤维结构,使得其对DPPH清除能力下降。在同样浓度范围内,酶法提取的SDF清除能力随浓度增大而加强。这可能是由于酶法提取SDF使得胡麻渣中部分蛋白质分解为小分子肽,因此提高了其DPPH清除能力,这与表1中蛋白质含量变化相符合。

4.2.3. 还原能力测定

抗氧化剂的抗氧化能力与其还原能力密切相关,还原力越强,抗氧化能力越强 [17] [18] 。图3为酶法和碱法提取胡麻SDF还原力的测定。

Figure 2. Effect of SDF on DPPH scavenging activity of flax residue by enzymatic extraction and alkaline extraction

图2. 酶法提取和碱法提取胡麻渣SDF对DPPH清除率的影响

Figure 3. The reducing capacity of SDF extracted from flax residue by enzymatic method and alkali method

图3. 酶法提取和碱法提取胡麻渣SDF的还原能力

图3可知,酶处理和碱处理后的样品都有一定的还原力。抗氧化剂还原力的大小主要决定于其分子基团给出电子的能力,即与分子基团外电子云的分布有关。酶法处理后的样品还原力随浓度增大而缓慢变化,趋于平缓。而碱处理后的样品还原力随浓度增大迅速加强,并且从整体看来,显著高于酶法处理的样品还原力(P < 0.05)。

4.2.4. 对亚硝基自由基清除能力测定

酶法提取和碱法提取的SDF对亚硝基清除能力的测定如图4

图4可知,酶法提取和碱法提取的SDF都对亚硝基自由基有一定清除能力。在1~3 mg/mL浓度范围内碱法提取的SDF对亚硝基自由基清除能力与酶法提取的没有太大变化,在4~8 mg/mL浓度范围。碱法和酶法提取的SDF清除能力随浓度增大而逐渐加强,且碱处理后样品清除能力高于酶处理后的SDF。当浓度大于8 mg/mL时,酶法和碱法提取的SDF清除能力达到最大,接近100%。

4.2.5. 对Fe2+螯合力测定

在生物体内,Fe2+不仅可催化脂质过氧化反应,还能与活性氧反应产生羟基自由基,从而破坏生物体的生物大分子。而生物体的抗氧化剂能够络合Fe2+而降低其损害 [19] 。酶法提取和碱法提取的SDF对Fe2+螯合力如图5

Figure 4. Enzymatic extraction and alkali extraction of linseed residue removal capacity of nitroso

图4. 酶法提取和碱法提取胡麻渣亚硝基清除能力

Figure 5. Effects of enzyme extraction and alkali extraction on Fe2+ complexation rate of flax residue SDF

图5. 酶法提取和碱法提取胡麻渣SDF对Fe2+螯合力的影响

图5可知,酶法提取和碱法提取的SDF都对Fe2+有一定螯合能力。在1~8 mg/mL浓度范围内,两种处理对Fe2+络合能力增强得很快,且酶处理后的样品对Fe2+络合能力整体显著地大于碱处理样品。这表明酶法提取的SDF对Fe2+鳌合力比碱法提取的更强。

5. 结论

当前,研究各种物质的抗氧化活性是热点问题,而现在大多数研究抗氧化活性的方向集中在黄酮类物质、酚类物质、多糖物质等方面,对于胡麻膳食纤维抗氧化活性的研究少之又少,而且对于胡麻的利用还不够充分,提取胡麻油之后的胡麻渣多用于动物饲料、闲置或丢弃,其附加价值有待开发,因此,可以充分利用胡麻渣提取其膳食纤维,利用胡麻渣膳食纤维的高抗氧化活性延伸产业链。

本实验表明,碱法处理后的样品对ABTS清除能力、DPPH清除能力、还原力远远高于酶法提取的SDF的能力;而且碱法和酶法提取的SDF对亚硝基自由基清除能力都很好;两种方法处理的样品对Fe2+的螯合力都强,可达94.93%。这表明,经碱法和酶法处理后的样品中都有较好的抗氧化活性。酶法和碱法处理胡麻渣提取得到的SDF是一种来源丰富、经济前景良好的抗氧化剂资源,这为胡麻渣的充分利用提供了新思路。

基金项目

山西师范大学研究生创新项目资助(01053001)。

文章引用

郭玉如,仝文玲,杨 靖,徐建国. 酶法和碱法提取对胡麻渣可溶性膳食纤维抗氧化性的影响
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  20. NOTES

    *第一作者。

    #通讯作者。

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