豆渣膳食纖維的結構表征及其抗氧化性研究

涂宗財 段鄧樂 王 輝 陳麗莉 黃小琴

（南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室1，南昌 330047）

（江西師范大學生命科學學院2，南昌 330022）

豆渣膳食纖維的結構表征及其抗氧化性研究

涂宗財1，2段鄧樂1王 輝1陳麗莉1黃小琴2

（南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室1，南昌 330047）

（江西師范大學生命科學學院2，南昌 330022）

采用掃描電鏡、紅外光譜、熱重及化學分析等方法對豆渣膳食纖維（soybean dregs dietary fiber，SDF）的結構進行表征，對其抗氧化性及其對維生素C（VC）抗氧化活性的影響進行了探討。研究發現，SDF中不溶性膳食纖維含量占總膳食纖維含量的92%左右。SDF顆粒形貌各異，結構緊密，內部由纖維素類物質形成支撐主體，熱力學穩定。SDF具有良好的羥自由基（·OH）清除能力，且呈量－效關系，但DPPH·清除能力很弱。SDF－VC復合物清除·OH的能力表現為簡單的加和作用，但其在DPPH·體系中則表現出良好的協同增效作用，能有效抑制VC的降解。

豆渣 膳食纖維 結構表征 VC 抗氧化

膳食纖維是人類不可缺少的營養成分之一，被稱為第七大營養素，是營養學家、流行病學家及食品科學家等關注的熱點。膳食纖維的攝入成為改善人們的飲食結構，防治各種“文明病”的一條有效途徑。從膳食纖維的化學成分來看，其分子鏈中各單糖分子的結構并無獨特之處，但是由單糖分子結合形成的大分子結構賦予膳食纖維一些獨特的物化特性，從而影響其生理功能。研究表明，膳食纖維具有改善糖類代謝，抑制血糖升高［1－2］，降低血清膽固醇含量和血壓［3］，促進體內有益菌群的繁殖生長［4］，抗氧化、清除自由基［5］，防癌抗腫瘤［6］等作用。

豆制品加工過程中會產生大量的豆渣，豆渣中含有豐富的膳食纖維、蛋白質等營養物質，其中膳食纖維含量高達60%左右［7］，是一種良好的膳食纖維來源。不同來源的膳食纖維，其內部化學組成、結構以及物化特性存在差異，對機體健康具有不同的影響。VC是一種常見的抗氧化劑和食品添加劑，而膳食纖維與抗氧化劑的協同或拮抗作用的研究，國內外鮮有報道。因此，本研究以豆渣膳食纖維 （soybean dregs dietary fiber，SDF）為試驗對象，采用掃描電鏡、紅外光譜、熱重及化學分析等方法對膳食纖維結構進行研究，并對SDF的抗氧化能力及其對VC抗氧化活性的影響進行分析，為探究SDF的化學本質及其生理活性提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豆渣：市售；α－淀粉酶：上海寶曼生物科技有限公司；木瓜蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶、2－（N－嗎啉代）磺酸基乙烷（MES）：Solarbio公司；1，1－二苯基－2－三硝基苯肼（DPPH·）：Sigma公司。

LGJ－1冷凍干燥機：北京亞泰科隆儀器技術有限公司；KDY－9820凱氏定氮儀：北京通潤源機電技術有限責任公司；Quanta200F掃描電鏡：美國FEI公司；Nicolet5700傅里葉紅外光譜儀：美國Nexus儀器公司；TG／DTA PYRIS DIAMOND同步熱分析儀：美國PE公司；T6新世紀紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限責任公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 制備 SDF［8－9］

新鮮豆渣烘干、粉碎、過篩（80目）后，加入PBS緩沖液，攪拌直至樣品完全分散，分別用α－淀粉酶、蛋白酶、淀粉葡萄糖苷酶進行酶解消化，冷凍干燥得到SDF。

1.2.2 基本成分測定

水分含量：國標 GB 5009.3—2010；蛋白質含量：凱氏定氮法；脂肪含量：索氏抽提法；灰分測定：國標GB 5009.4—2010；不溶性膳食纖維和可溶性膳食纖維：AOAC 991.43酶 －重量法［10］；中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維和酸不溶木質素：Van Soest的纖維洗滌劑測定法［11］。

1.2.3 顆粒形貌觀察和紅外光譜

將SDF干燥恒重后，取適量樣品粘于觀察臺上，然后鍍膜，用掃描電鏡觀察其微觀結構。采用傅里葉變換紅外光譜儀進行紅外光譜檢測。

1.2.4 熱穩定性

將SDF在TG／DTA PYRIS DIAMOND同步熱分析儀中以10℃／min升溫速率升溫，溫度范圍30～800℃［12］。

1.2.5 SDF抗氧化性及其對VC抗氧化活性的影響

1.2.5.1 SDF和VC樣品復合處理方法

SDF和VC復合方案一：將SDF加入到水中，37℃水浴震蕩30min后，離心，取上清液（SSDF）與VC溶液1∶1混合測定抗氧化能力；復合方案二：將SDF加入到VC溶液中，37℃水浴震蕩30min后，離心，取上清液測定抗氧化能力。

清除·OH試驗中樣品復合處理時，SDF有效質量濃度500μg／mL，VC有效質量濃度分別為125、100、75、50、25μg／mL。

清除DPPH·試驗中樣品復合處理時，SDF有效質量濃度500μg／mL，VC有效質量濃度分別為12.5、10.0、7.5、5.0、2.5μg／mL。

1.2.5.2 ·OH清除能力的測定

按照文獻［13－14］的方法，稍作修改。于10mL比色管中加入 FeSO4（3 mmol／L）1mL、水楊酸（3 mmol／L）1mL、不同濃度樣液 2mL，最后加入 H2O2（3 mmol／L）1mL啟動反應。37℃水浴反應30min，以蒸餾水作參比，于510 nm測吸光值Ax。蒸餾水做空白對照，所測得的吸光值為A0。以不加雙氧水的反應體系吸光值為本底吸收值Ax0。清除率計算公式如下：

式中：A0為空白對照的吸光值；Ax為加入樣品溶液后的吸光值；Ax0為本底吸光值。

1.2.5.3 DPPH·清除能力的測定［15］

于10mL比色管中加入DPPH·乙醇溶液（0.1 mmol／L）3mL和不同濃度樣液2mL，混合均勻，室溫避光反應30min后于517 nm測吸光值。清除率計算公式如下：

式中：A0為蒸餾水加DPPH·溶液的吸光值；Ax為樣液加DPPH·溶液的吸光值；Ax0為樣液加乙醇溶劑的吸光值。

1.2.6 數據分析

樣品做3次平行試驗，SPSS18.0進行統計分析，所有數據用平均值±標準偏差表示。

2 結果與討論

2.1 SDF中基本成分含量

SDF中基本成分含量見表1。含有總膳食纖維（72.13±2.05）%，但其中主要由不溶性膳食纖維組成，占總膳食纖維含量的92%左右。經計算得出，纖維素質量分數（ADF質量分數－ADL質量分數）為43.74%，半纖維素質量分數（NDF質量分數－ADF質量分數）為20.89%。

表1 SDF基本成分質量分數／%

2.2 膳食纖維的顆粒形貌

圖1 SDF的掃描電鏡圖

圖1為SDF掃描電鏡圖，可以看出，SDF為塊狀，結構緊密，顆粒形狀各異，大小不一，內部由纖維素類物質形成支撐主體，表面疏松。原因是膳食纖維經酶解后，纖維多糖的糖苷鍵以及氫鍵作用力被破壞，導致纖維多糖降解，聚合度下降，分子量降低。同時，表面疏松，增大了顆粒表面積，從而賦予SDF良好的持水性、溶解性，這與文獻［16－17］的研究結果一致。

2.3 紅外圖譜分析

SDF紅外光譜具有纖維素類多糖的特征吸收峰［18］，如圖 2所示。3 200～3 600 cm－1處出現的寬展圓滑的吸收峰是O—H的伸縮振動，說明SDF中有較多羥基以及結合水分子。2 800～3 000 cm－1處是糖環或支鏈上 C—H的伸縮振動特征吸收峰，1 638 cm－1處是C＝O的特征吸收峰，1 200～1 400 cm－1是C—H的彎曲振動，這些區域的吸收峰是糖類的特征峰。1 000～1 200 cm－1是糖類C—O的收縮振動，其中1 054 cm－1是 C—O—C環內 C—O伸縮振動和C—O—H的O—H的變角振動，是多糖的另一特征吸收峰［19］。另外，在 1 740、1 540、1 240 cm－1處附近可能存在來自蛋白質、脂類的羰基、苯環、乙?；纳炜s振動［20］，這表明SDF含有蛋白質、脂類成分，這與表1中成分分析相一致。

圖2 SDF的紅外光譜圖

2.4 SDF的熱重分析

如表2所示，SDF的熱分解曲線分為3個階段，其中最主要的失重發生在第二階段，第一、三階段的熱失重率很低。在第一階段30～208.5℃失重率僅有4.7%，主要是SDF分子內自由水、結晶水。這與徐學玲［21］認為大豆可溶性膳食纖維和不可溶性膳食纖維在27～173℃范圍內失重率達到10%左右不同，可能與本試驗SDF樣品是經過減壓干燥恒重后進行檢測有關。對樣品的DTG曲線分析發現，SDF在第二階段表現出2個不同的失重速率，分別在260.3和330.2℃時熱解速率達到最大，這一階段主要是發生熱分解反應造成的［22］。從熱重分析可以看出，SDF在200℃以下是穩定的，有較好的熱穩定性。

表2 SDF熱分解失重

2.5 SDF的抗氧化性及其對VC抗氧化活性的影響

2.5.1 清除·OH試驗

·OH可以很容易的穿過細胞膜，與碳水化合物、蛋白質，甚至是細胞內的DNA等生物大分子發生反應，會導致細胞的壞死及機體的病變，所以清除·OH是有效預防各種疾病的重要途徑之一。

從圖3可以看出，SDF清除·OH的能力隨著濃度的不斷增加而增大，其清除·OH的能力越來越接近VC。說明SDF中含有一定量的供氫體，能使·OH還原，在一定程度上抑制自由連鎖反應，起到了清除作用。

圖3 SDF和VC對·OH的清除效果

圖4 ·OH清除效果協同作用比較圖

從圖 4可以看出，SSDF與 125、100、75、50、25 μg／mL 5個質量濃度的VC混合組成的復合物清除·OH能力比兩者在添加濃度下的活性之和小，沒有協同增效作用，反而表現出拮抗作用 （P＜0.05）。經過方案二處理以后，加和的自由基清除能力低于圖3中相應濃度VC的清除能力，說明VC的清除能力降低，這是因為VC在較高溫度或者見光下易降解。但VC與SDF混合組成的復合物清除能力減弱較小，說明SDF的加入可能和VC結合延緩了VC的分解。SDF與125、100、75、50、25μg／mL VC組成的復合物清除·OH能力與兩者在添加濃度下的活性之和不存在顯著性差異（P＞0.05），表現為簡單的加和作用。

2.5.2 清除DPPH·試驗

清除DPPH自由基是一種常用的體外抗氧化方法。但SDF對DPPH自由基的清除能力很弱（見圖5），在5 mg／mL的高質量濃度條件下，清除率僅為4%左右。這可能與SDF純度以及對DPPH·清除的非專一性有關［23］。

圖5 SDF和VC對DPPH·的清除效果

由圖6知，SSDF與12.5、10.0、7.5、5.0、2.5μg／mL 5個質量濃度的VC混合組成的復合物清除DPPH·能力比兩者在添加濃度下的活性之和小，表現為拮抗作用。并存在顯著性差異。經過方案二處理以后，加和的DPPH·清除能力低于圖5中相應濃度VC的清除能力，說明VC抗氧化活性有下降，但SDF的加入能有效阻礙VC活性的降低，兩者混合組成的復合物清除DPPH·能力表現出協同增效作用，差異性顯著（P＜0.05）。

圖6 DPPH·清除效果協同作用比較圖

3 結論

3.1 豆渣富含膳食纖維，是一種很理想的纖維素源。豆渣經酶解去除蛋白和淀粉后得到的SDF主要由不溶性膳食纖維組成，占總膳食纖維含量92%左右。SDF的顆粒形狀各異，大小不一，結構緊密，內部由纖維素類物質形成支撐主體，其紅外光譜具有纖維素類多糖的特征吸收峰，在200℃以下是穩定的，有較好的熱穩定性。

3.2 SDF的·OH清除能力約為VC清除能力的20%，且與質量濃度呈良好的量 －效關系。在DPPH·體系中，SDF活性極低。SDF與不同濃度的VC混合組成的復合物清除·OH的能力表現為簡單的加和作用，但其在DPPH·體系中則表現出良好的協同增效作用，能延緩VC的降解。

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Structural Characterization and Antioxidant Activity of Soybean Dregs Dietary Fiber

Tu Zongcai1，2Duan Dengle1Wang Hui1Chen Lili1Huang Xiaoqin2

（State Key Laboratory of Food Science and Technology，Nanchang University1，Nanchang 330047）
（College of Life Science，Jiangxi Normal University2，Nanchang 330022）

The structure of soybean dregs dietary fiber（SDF）was characterized by SEM，IR，TGA and chemicalmethods.Meanwhile，the effect of soybean dregs dietary fiber on the antioxidant activity were discussed.The results showed that insoluble dietary fiber contentaccounted for around 92%of total dietary fiber content in SDF.Particles of SDF with various sizes，shapes and intensive structure were supported mainly by cellulose inside，and SDF was thermodynamically stable.SDF exhibited good scavenging activity of hydroxyl radical which was increased with the concentration increasing.But the scavenging activity of DPPH·was very weak.The complex of SDF and VC not only showed adding and synergistic effects on·OH and DPPH·scavenging activities respectively，but also it effectively reduced VC degradation.

soybean dregs，dietary fiber，structural characterization，VC，antioxidant

TS214.9

A

1003－0174（2015）06－0022－05

國家自然科學基金（20976078），江西省專利產業化項目（20133BBM26016）

2014－01－15

涂宗財，男，1965年出生，教授，博士生導師，食物資源開發與高效利用