劉 灣，馬海樂，黃六容（江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇省農(nóng)產(chǎn)品物理加工重點實驗室，江蘇鎮(zhèn)江212013）

蒜皮膳食纖維的促溶改性及抗氧化性研究

劉 灣，馬海樂*，黃六容
（江蘇大學食品與生物工程學院，江蘇省農(nóng)產(chǎn)品物理加工重點實驗室，江蘇鎮(zhèn)江212013）

目的：提高蒜皮膳食纖維的可溶性、評價其抗氧化活性。方法：以蒜皮為原料，采用酶-重量法進行蒜皮膳食纖維（TDF）提取，以及不溶性膳食纖維（IDF）和可溶性膳食纖維（SDF）的分離，對于分離得到的IDF，通過單因素和正交實驗，探索纖維素酶酶法改性的最佳工藝條件；對于蒜皮不溶性膳食纖維，通過纖維素酶法改性提高其可溶性。結(jié)果：蒜皮中TDF含量為69.18%，其中SDF含量為7.28%、IDF為61.9%；酶法改性的最優(yōu)條件為：料液比1∶15g/mL、纖維素酶加酶量5%、酶解溫度45℃、酶解時間4h、酶解pH6.5，此條件下蒜皮IDF的33.20%轉(zhuǎn)化成為SDF；酶解后溶出的SDF溶液對羥自由基和DPPH自由基清除效果較好。結(jié)論：纖維素酶酶解可以顯著改善蒜皮膳食纖維的溶解特性，改性后的蒜皮SDF具有較好抗氧化活性。

蒜皮，膳食纖維，提取，改性，抗氧化

膳食纖維（Dietary fiber）作為人類認知的六大營養(yǎng)素之后的第七大人體必需營養(yǎng)素，在人體健康中起到不可替代的作用[1]。營養(yǎng)調(diào)查資料表明，膳食纖維能有效減少和預防心血管病[2]、糖尿病[3]、高血壓[4]、肥胖癥[5]、結(jié)腸癌[6]等疾病的發(fā)生。

大蒜是我國的傳統(tǒng)調(diào)味品，我國是世界上大蒜種植面積最大，種植數(shù)量最多，消耗量最大的國家[7]。因此蒜皮的產(chǎn)量正在大量的增加。大蒜成分及其生理功能已經(jīng)被諸多學者深入研究，但是關于蒜皮利用的研究甚少，因此本文提出以蒜皮為原料提取膳食纖維，既豐富了膳食纖維的來源，也提高了大蒜的綜合利用率。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蒜皮 江蘇大學凱源超市購買；α-淀粉酶1000U/mg，Biosharp；木瓜蛋白酶 6000U/mg，國藥化學制劑有限公司；糖苷酶 10萬U/mL，上海金穗生物科技有限公司；纖維素酶 4萬U/mg，無錫市雪酶制劑有限公司；磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、冰乙酸、硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸、石油醚（30～60℃沸程）、95%乙醇、丙酮、硫酸亞鐵、雙氧水、水楊酸 購于國藥化學試劑有限公司，均為分析純；DPPH Sigma公司。

DK-8D電熱恒溫水浴 上海精宏實驗設備有限公司；GZX-9240 MBE電熱恒溫鼓風干燥箱 上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；DL-5低速冷凍離心機 上海安亭科學儀器廠；PHS-25A數(shù)字酸度計上海大普儀器有限公司；全自動凱式定氮儀 意大利VELP公司；WFJ7200可見分光光度計 上海福馬實驗設備有限公司；X-10-12電子式可調(diào)萬用電爐尤尼柯（上海）儀器有限公司；FA1004電子分子天平南通金石實驗儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 蒜皮主要成分測定 蛋白質(zhì)含量用全自動凱式定氮儀測定；可溶性多糖含量采用苯酚硫酸法測定[8]；灰分含量參照GB 5009.5-2010測定；膳食纖維的含量參照GB/T 5009.88-2008測定；粗脂肪含量測定按GB/T 5009.6-2003中第一法測定。

1.2.2 蒜皮IDF的提取工藝 參照李雁等[9]提取IDF方法，將蒜皮烘干至恒重，粉碎過80目篩，按照料液比為1∶25g/mL加入pH為8.0磷酸緩沖液，再加入2% α-淀粉酶溶液在95℃水浴鍋中酶解，酶解后冷卻至60℃，調(diào)節(jié)pH至7.0～8.0，再加入0.5%木瓜蛋白酶在60℃水浴鍋中酶解30min，酶解完成后，按照蒜皮與3mol/L的乙酸溶液1∶5g/mL的料液比加入乙酸，再調(diào)節(jié)pH約4.5。最后加入添加量為100mL/g的糖苷酶，在60℃酶解液中酶解30min，得到最終的酶解液。將酶解液在轉(zhuǎn)速為5000r/min的離心機中離心分離25min去除上清，將沉淀用95%乙醇、丙酮各洗滌一次，洗滌后的溶液離心分離去除上清，得到沉淀60℃烘干過夜得到IDF。

1.2.3 蒜皮膳食纖維的改性方法 以提取的IDF為原料，準確稱取1.000g，加入一定量的磷酸緩沖液和纖維素酶溶液，混勻，蓋上錫箔紙后，放入一定溫度下的水浴鍋中水浴一定時間，然后立即放入100℃水浴鍋中滅酶15min。在5000r/min下離心分離25min，殘渣用95%乙醇、丙酮各洗滌一次，離心分離后，殘渣在60℃烘箱中烘干過夜，冷卻至室溫，稱重。

5%纖維素酶添加方法：稱取0.500g的纖維素酶粉末溶解在10mL的蒸餾水中，再用移液槍取酶溶液1mL。

1.2.4 蒜皮膳食纖維改性條件的研究

1.2.4.1 單因素實驗設計 按料液比為1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶40加入pH為4.0、5.0、6.0、7.0、8.0磷酸緩沖液，加入1%、3%、5%、7%、9%的纖維素酶，蓋上錫箔紙，在30、40、50、60、70℃恒溫水浴鍋中水浴1、2、3、4、5h。固定料液比為1∶15g/mL、pH6.0、纖維素酶加入量5%、50℃恒溫水浴4h。

1.2.4.2 正交實驗設計 選用L9（34）正交表探討纖維素酶水解的最優(yōu)工藝參數(shù)，以酶解液中SDF含量為酶解效果的考察指標。因素水平表如表1所示。

1.2.5 改性后酶解液中SDF含量的測定 改性后酶解液中SDF含量按式（1）計算：

表1 正交實驗因素水平表Table 1 Factors and levels of experiment by orthogonal design

式中，IDF表示蒜皮中IDF的質(zhì)量分數(shù)（%）；SDF表示蒜皮中SDF的質(zhì)量分數(shù)（%）；m1表示稱取的IDF質(zhì)量（g）；m2表示改性后IDF的質(zhì)量（g）。

1.2.6 改性后SDF的抗氧化測定 將酶解后的上清液離心分離得到澄清透明的溶液作為樣品溶液。取20mL樣品溶液3份，分別用在60℃水浴鍋中預熱20min的無水乙醇80mL，沉淀樣品溶液1h，然后3500r/min分離樣品乙醇溶液15min，殘渣用78%、95%的乙醇和丙酮分別洗滌一次，殘渣在60℃的烘箱中烘干至恒重。以得到樣品溶液的濃度。

1.2.6.1 羥自由基清除率的測定 參照Fenton反應體系模型[10]采用比色法測定SDF溶液的羥自由基清除率，取2mL樣品依次加入6mmol/L的硫酸亞鐵溶液0.8mL，1mL 6mmol/L的雙氧水，補充蒸餾水至總體積為6mL，混勻后靜置10min，再加入2mL 6mmol/L的水楊酸，混勻靜置30min，在510nm處測其吸光度值記為Ai；取2mL樣品依次加入6mmol/L的硫酸亞鐵溶液0.8mL，1mL 6mmol/L的雙氧水，補充蒸餾水至總體積為6mL，混勻后靜置10min，再加入2mL雙蒸水，混勻靜置30min，在510nm處測其吸光度值記為Aj；空白對照組以雙蒸水代替樣品溶液，其余步驟和上述一樣，吸光度值記為A0。另外以標準品VC做陽性對照實驗。每次實驗重復三次。羥自由基清除率計算公式見式（2）：

OH·清除率（%）=[1-（Ai-Aj）/A0]×100 式（2）

1.2.6.2 二苯代苦味?；杂苫―PPH·）清除率的測定 采用分光光度計法[11]測定酶解后SDF溶液的DPPH自由基清除率。取2mL樣品上清液，加入2mL濃度為0.01mmol/L的DPPH溶液，混合反應20min，3500r/min離心分離10min，取上清液在517nm處測其吸光度值，記為Ai；取2mL樣品上清液，加入無水乙醇2mL，混合反應20min，3500r/min離心分離10min，取上清液在517nm處測其吸光度值，記為Aj；取2mL無水乙醇，加入2mL濃度為0.01mmol/L的DPPH溶液，取上清液在517nm處測其吸光度值，記為A0。另外以標準品VC做陽性對照實驗。每次實驗重復三次。DPPH自由基清除率計算公式見式（3）：

DPPH·清除率（%）=[1-（Ai-Aj）/A0]×100 式（3）

2 結(jié)果與分析

2.1 大蒜皮中主要成分的測定結(jié)果

由表2可知，蒜皮中脂肪含量僅1.37%，其含量較少，因此對SDF提取的影響較小，所以預處理不需要進行除脂肪操作。

2.2 單因素實驗

表2 蒜皮中主要成分的含量Table 2 Content of main nutrients in garlic peel

2.2.1 酶解時間對SDF含量的影響 由圖1可以看出，在酶解時間在0～4h時，隨著酶解時間的延長，可溶性膳食纖維得率越高，在4h之后，可溶性膳食纖維得率增加的幅度變小，增加反應時間將增加生產(chǎn)成本，考慮到可溶性膳食纖維得率和經(jīng)濟效益的綜合作用，認為最佳水解時間為4h。

圖1 酶解時間對SDF含量的影響Fig.1 Effect of enzymolysis time on the content of SDF

2.2.2 料液比對SDF含量的影響 由圖2看出，隨著料液比的增加，可溶性膳食纖維得率呈下降趨勢，最低料液比為1∶15（g/mL），由于蒜皮的粉末質(zhì)輕，再減少料液比，粉末不能完全水合，不利于纖維素酶和原料的充分混合，所以認為1∶15為最佳料液比。

圖2 料液比對SDF含量的影響Fig.2 The effect of solid-liquid ratio on content of SDF

2.2.3 加酶量對SDF含量的影響 由圖3看出，纖維素酶用量在1%～9%時，隨著纖維素酶加酶量的增加，可溶性膳食纖維得率逐漸增加，當加酶量達到5%左右時，可溶性膳食纖維得率達到最大，當加酶量繼續(xù)增大時，可溶性膳食纖維得率不再顯著變化。依據(jù)酶作用底物原理，酶用量的增大使得單位酶作用底物減少，因此可溶性膳食纖維得率增加緩慢了。

2.2.4 酶解溫度對SDF含量的影響 由圖4可以看出，當溫度在30～50℃范圍內(nèi)時，隨著溫度的增加，可溶性膳食纖維的得率逐漸增加，當溫度在50～70℃范圍內(nèi)時，隨著溫度升高，可溶性膳食纖維得率下降。根據(jù)酶促反應動力學原理，在酶低于最適反應溫度時，酶活性受到抑制，在酶高于最適溫度時，隨著溫度的升高，酶逐步變性。因此反應速度下降，導致得率逐漸降低，所以選擇溫度50℃為纖維素酶酶解最適溫度。

圖3 纖維素酶加酶量對SDF含量的影響Fig.3 The effect of cellulose amount on the content of SDF

圖4 酶解溫度對SDF含量的影響Fig.4 Effect of enzymolysis temperature on the content of SDF

2.2.5 酶解pH對SDF含量的影響 由圖5看出，在酶解pH為4.0～8.0時，可溶性膳食纖維得率先增加后減少，在pH為6.0時，可溶性膳食纖維得率最高。由于反應體系pH會對酶活力產(chǎn)生影響，高于或低于最適pH時，酶促反應速度逐漸下降，而且pH會影響底物分子和酶分子的解離狀態(tài)，在最適pH下最有利于酶與底物的結(jié)合。故選擇酶解pH為6.0。

圖5 初始pH對SDF含量的影響Fig.5 Effect of the initial pH on the content of SDF

由上述單因素實驗可知，料液比在1∶15（g/mL）時的酶解效果最好，而再繼續(xù)減少料液比不利于蒜皮IDF粉末與緩沖溶液的水合，所以正交實驗不再考慮料液比這一因素，固定料液比為1∶15（g/mL），選取其余4因子進行正交實驗。

2.3 正交實驗結(jié)果及分析

纖維素酶水解正交實驗方案和結(jié)果如表3所示。由RC＞RB＞RD＞RA可知影響SDF含量的主次順序為：加酶量＞酶解時間＞初始pH＞酶解溫度。纖維素酶溶出SDF的最優(yōu)實驗工藝組合為A1B2C2D3，即纖維素酶酶解溫度為45℃、酶解時間為4h、加酶量為5%、初始pH為6.5。驗證實驗表明，此時SDF含量可達33.201%。

表3 纖維素酶酶法改性蒜皮IDF實驗正交表及結(jié)果Table 3 The enzymatic modification results of insoluble fiber with orthogonal design experiments

由表4可看出加酶量對蒜皮IDF改性的影響達到顯著性差異水平，而其他三個因素對SDF的溶出量影響在實驗水平內(nèi)沒有顯著性影響。

2.4 改性后SDF的抗氧化結(jié)果

2.4.1 可溶性膳食纖維的羥自由基（OH·）清除率H2O2與Fe2+混合反應產(chǎn)生羥自由基，但由于羥自由基具有很高的反應活性，存活時間短，加入水楊酸后，能有效地捕捉羥自由基，產(chǎn)生顏色反應，加入具有清除羥自由基的物質(zhì)后，與水楊酸競爭羥自由基，使有色物質(zhì)生成量減少。由表5可以看出在可溶性膳食纖維質(zhì)量濃度范圍為0.02～0.10mg/mL內(nèi)，羥自由基清除率隨著濃度的增加，清除率有上升的趨勢，VC在濃度為0.02mg/mL時的羥自由基清除率達到了63.68%，蒜皮SDF對羥自由基清除效果較強，但是沒有VC的清除效果明顯。

表4 正交實驗方差分析表Table 4 The analysis of variance for orthogonal design experiments

2.4.2 可溶性膳食纖維的DPPH·清除率 DPPH·在95%乙醇溶液中是一種穩(wěn)定的自由基，在517nm處有吸收峰，呈紫色。當自由基清除劑存在時，DPPH的孤電子被配對，顏色變淺，在最大吸收波長處吸光度變小，且顏色變化與配對電子數(shù)成化學計量關系，因此，可用來評價自由基的清除情況。從表6可以看出在樣品濃度范圍為0.5～2.5mg/mL時，樣品清除DPPH自由基的能力隨著質(zhì)量濃度的增加而增加，在濃度為2.5mg/mL時達到了77.98%。當VC濃度為0.5mg/mL時，VC對DPPH自由基的清除率達到了95.65%。酶解后SDF溶液的DPPH不如VC。

3 結(jié)論

經(jīng)實驗，蒜皮中含IDF 61.9%、SDF 7.28%。蒜皮IDF采用纖維素酶酶解反應改性的最佳工藝條件為：料液比1∶15g/mL、纖維素酶加酶量5%、酶解溫度45℃、酶解時間4h、酶解pH6.5，此時蒜皮IDF的33.20%轉(zhuǎn)化成為SDF。改性后蒜皮SDF具有較好的抗氧化活性，表現(xiàn)對羥自由基和DPPH自由基的良好清除作用。

實驗中采用了纖維素酶對蒜皮IDF促溶改性，在未來的實驗中還可以結(jié)合超聲波的輔助提取作用進一步提高其溶解性，并將蒜皮SDF經(jīng)過加工運用到食品工業(yè)中。

表5 SDF及抗壞血酸濃度為0.02mg/mL時的羥自由基（OH·）清除率Table 5 The hydroxyl radical scavenging activity of SDF and VCwith concentration of 0.02mg/mL

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Study on the modification of dietary fiber from garlic skin and antioxidantion

LIU Wan，MA Hai-le*，HUANG Liu-rong
（School of Food and Biological Engineering，Jiangsu University，Key Laboratory for Physical Processing of Agricultural Products of Jiangsu Province，Zhenjiang 212013，China）

The purpose of this article was to improve the solubility of dietary fiber in garlic skin and assess its anti-oxidant activity.The enzyme-gravimetric method was used to detect the content of dietary fiber in garlic skin for the first time.The technological conditions of enzymic modification of IDF and the capability of antioxidant of soluble dietary fiber in garlic skin were studied in this experiment.Results showed that TDF was of 69.18%，IDF of 61.9%and SDF of 7.28%.By single-factor experiment and orthogonal experiment，the optimal technological conditions was founded as follows：cellulase enzyme dosage 5%，enzymolysis time 4h，enzymolysis temperature 45℃，pH6.5，material-liquid ratio 1∶15g/mL，and the dissolved quantity of soluble dietary fiber（SDF）was 33.20g per 100g.It had been concluded that cellulase enzyme could remarkly raise the solubility of dietary fiber from garlic skin and soluble dietary fiber of the garlic peel had a high·OH and DPPH·radical scavenging activity.

garlic peel；dietary fiber；extraction；modification；anti-oxidant activity

TS209

A

1002-0306（2014）12-0172-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.12.028

2013－08－05 *通訊聯(lián)系人

劉灣（1991-），女，碩士研究生，研究方向：農(nóng)產(chǎn)品加工。

江蘇省蘇北科技發(fā)展計劃（BC2013414）。