張倩

摘要：以小麥麥麩為原料，采用單因素和響應(yīng)面試驗確定麥麩多糖的最佳提取工藝，并對其抗氧化活性進(jìn)行初步研究。結(jié)果表明，提取小麥麥麩的最佳工藝條件為提取時間45 min、提取溫度95 ℃、料液比1 g ∶ 45 mL，此時麥麩多糖提取率為8.21%;小麥麥麩多糖清除DPPH·、·OH、O-2 ·? 等自由基的半抑制濃度（half maximal inhibitory concentration，IC50）分別為0.85、1.49、96.19 mg/mL，表明麥麩多糖具有一定的抗氧化能力。

關(guān)鍵詞：小麥麥麩;響應(yīng)面法;提取工藝;抗氧化活性;麥麩多糖;自由基

中圖分類號： TQ914.1? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）11-0242-04

小麥?zhǔn)俏覈鴩袢粘Ｉ畹闹饕Z食之一，小麥加工的主要副產(chǎn)物是麥麩，即在制粉過程中提取小麥粉和胚芽后的殘留部分，以皮層為主，混入少量的胚芽和未剝刮干凈的胚乳[1]，約占小麥產(chǎn)量的20%[2-3]。小麥麥麩具有高營養(yǎng)價值，其中含有蛋白質(zhì)、碳水化合物、礦物質(zhì)和維生素等。研究表明，麥麩中含有大量多糖，其中戊聚糖占20%以上[4]。多糖是一類重要的生物活性物質(zhì)，具有抗病毒、降血脂、抗輻射等功效作用[5-7]。此外，孫蘇軍等的研究發(fā)現(xiàn)，1 000 mg/kg 坦洋工夫紅茶多糖可顯著抑制荷瘤小鼠體內(nèi)實體腫瘤的生長，抑瘤率可達(dá)66.30%，同時還能有效保護(hù)小鼠脾臟和胸腺[8];張賢益等的研究表明，白扁豆多糖可通過PI3K-Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路抑制神經(jīng)細(xì)胞的缺氧性凋亡[9];萬慧潔等的研究表明，200 μg/mL紅曲粗多糖能保護(hù)牛血清白蛋白（BSA）免受偶氮二異丁脒鹽酸鹽（AAPH）的氧化損傷[10];硫酸化迷果芹多糖能夠有效清除各種自由基，提高其抗氧化活性[11];硒化的百合多糖能顯著促進(jìn)淋巴細(xì)胞的增殖，提高雞外周血淋巴細(xì)胞白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-2、IL-6和干擾素（interferon，IFN）-γ mRNA的表達(dá)，從而提高其免疫活性[12];近年來研究還發(fā)現(xiàn)，鐵皮石斛多糖對機體的腸道免疫和結(jié)腸的健康也具有一定的促進(jìn)作用[13-14]。

隨著人們生活水平以及健康意識的不斷提高，麥麩中的多糖活性作用已逐漸成為人們所關(guān)注的重點，我國小麥種植廣泛，小麥麥麩來源充足且價格低廉，不僅能應(yīng)用于飼料領(lǐng)域，更應(yīng)在發(fā)酵以及功能食品領(lǐng)域深度開發(fā)以提高其經(jīng)濟(jì)價值。本試驗采用水提法制備麥麩粗多糖，并考察其體外抗氧化活性，旨在為麥麩及其多糖的開發(fā)利用提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

試驗材料為小麥麥麩，市售。1，1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH），購于Sigma公司;無水葡萄糖、苯酚、無水乙醇等，均為分析純。

1.2 主要儀器

DK-S22恒溫水浴鍋，購自上海精宏實驗設(shè)備有限公司;UV1000紫外可見分光光度計，購自北京瑞利分析儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 麥麩原料預(yù)處理 麥麩放置于烘箱中干燥24 h，隨后將麥麩經(jīng)粉碎機粉碎成粗顆粒狀置于干燥器中備用。

1.3.2 麥麩多糖提取工藝 麥麩粉碎→加水浸提2次→多層紗布過濾→合并濾液→濾液經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮→75%乙醇沉淀→4 ℃靜置過夜→離心→多糖沉淀復(fù)溶→再次乙醇沉淀→離心→冷凍干燥→麥麩粗多糖。

1.3.3 麥麩多糖含量測定 采用苯酚-硫酸法[15]測定多糖含量，再進(jìn)一步計算出麥麩多糖提取率，計算公式如下：多糖提取率=粗多糖質(zhì)量/原料質(zhì)量×100%。

1.3.4 單因素對麥麩多糖提取率的影響 準(zhǔn)確稱取1.0 g麥麩，分別設(shè)定料液比為1 g ∶ 10 mL、1 g ∶ 20 mL、1 g ∶ 30 mL、1 g ∶ 40 mL、1 g ∶ 50 mL，提取溫度為60、70、80、90、100 ℃，提取時間為10、20、30、40、50 min;在單因素試驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行響應(yīng)面試驗設(shè)計，確定熱水浸提麥麩多糖的最佳提取工藝參數(shù)。

1.3.5 響應(yīng)面法優(yōu)化提取工藝 采用Box-Behnken響應(yīng)面法對麩皮多糖的提取工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。在單因素試驗基礎(chǔ)上，以多糖提取率為指標(biāo)，以多糖提取的液料比、提取溫度、提取時間為影響因素，設(shè)計3因素3水平試驗，以確定麩皮多糖的最佳提取工藝條件。試驗因素和水平設(shè)計見表1。

1.3.6 麥麩多糖抗氧化活性研究

1.3.6.1 DPPH·清除能力測定 配制濃度為 0.2 mmol/L DPPH-乙醇溶液。取不同濃度（0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mg/mL）麥麩多糖溶液于DPPH-乙醇溶液中，室溫下靜置30 min后于517 nm處測定吸光度[16]。清除率=[1-（D2-D1）/D0]×100%。式中：D2為多糖樣液的吸光度;D1為無水乙醇代替DPPH測得的吸光度;D0為無水乙醇代替多糖溶液測得的吸光度。采用同樣方法測定維生素C清除DPPH·的能力。

1.3.6.2 羥自由基清除能力測定 采用Fenton反應(yīng)體系法[17]測定羥基自由基（·OH）的清除率。分別在試管中加入9 mmol/L FeSO4溶液、9 mmol/L水楊酸-乙醇溶液以及不同濃度（0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 mg/mL）麥麩多糖的樣品溶液，最后加入8.8 mmol/L H2O2，充分反應(yīng)，在 510 nm 處測定吸光度。清除率=（D0-Dx）/D0×100%。式中：D0為空白對照的吸光度;Dx為多糖樣液的吸光度。采用同樣方法測定維生素C清除·OH的能力。

1.3.6.3 超氧陰離子清除能力測定 采用鄰苯三酚自氧化法[18]測定超氧陰離子自由基（ O-2 ·? ）的清除率，有所改動。取 0.05 mmol/L pH值為8.2的Tris-HCl緩沖液于25 mL具塞比色管中，分別加入不同濃度（10、20、40、60、80、100、120、140 mg/mL）的麥麩多糖樣液，放入25 ℃水浴中預(yù)熱20 min，加3 mmol/L鄰苯三酚0.4 mL，混合均勻后反應(yīng)5min，加入2滴8 mol/L HCl溶液終止反應(yīng)，在325 nm波長處測定吸光度。清除率=（D0-Di）/D0×100%。式中：D0為空白對照的吸光度;Di為多糖樣液的吸光度。采用同樣的方法測定維生素C清除 O-2 ·? 的能力。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥麩中的多糖含量

以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)，用苯酚-硫酸法測定麥麩多糖含量的線性回歸方程，即y=14.839x+0.094 3，r2=0.995 1。

2.2 單因素試驗結(jié)果

2.2.1 料液比對麥麩多糖提取率的影響 由圖1-A可知，麥麩多糖的提取率隨料液比的增加而增加，當(dāng)料液比達(dá)到 1 g ∶ 40 mL 時，麥麩多糖的提取率達(dá)到最大值;當(dāng)料液比繼續(xù)增大，提取率逐漸下降。這可能由于溶劑用量影響多糖浸出溶液的濃度差，從而改變原料內(nèi)部與外部之間多糖的傳質(zhì)過程[19]。因此選擇適宜的料液比為1 g ∶ 30 mL、1 g ∶ 40 mL、1 g ∶ 50 mL作后續(xù)響應(yīng)面試驗。

2.2.2 提取時間對麥麩多糖提取率的影響 由圖1-B可知，麥麩多糖提取率隨提取時間的增加而緩慢增大，提取 50 min 時，提取率達(dá)到最大，為7.05%。因此選擇提取時間30、40、50 min作后續(xù)響應(yīng)面試驗。

2.2.3 提取溫度對麥麩多糖提取率的影響 由圖1-C可知，隨著提取溫度的升高，麥麩多糖提取率逐步增加，在60～90 ℃ 之間，提取率增加較明顯，在90～100 ℃之間上升較緩慢，并趨于穩(wěn)定達(dá)到最大值，這表明提取溫度較高時較利于多糖的溶出，這是由植物多糖的性質(zhì)決定的，大多數(shù)植物多糖易溶于熱水而難溶于冷水[20]。因此提取溫度選擇80、90、100 ℃ 作后續(xù)響應(yīng)面試驗。

2.3 麥麩多糖提取的響應(yīng)面結(jié)果分析

2.3.1 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果 采用Design Expert 8.0.6b統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行試驗設(shè)計，中心組合設(shè)計共17組試驗，其中5組為中心點試驗，用來評估整體優(yōu)化試驗中出現(xiàn)的誤差，其余12組是析因試驗。以A提取時間（min）、B料液比（g ∶ mL）、C提取溫度（℃）為自變量，以多糖提取率（Y）為響應(yīng)值，試驗結(jié)果如表2所示。用Design Expert 8.0.6軟件對優(yōu)化試驗得到的結(jié)果進(jìn)行分析，按各因素對試驗結(jié)果的影響進(jìn)行擬合得到二次方程式：Y=-43.344 25-0.609 85A+0.535 53B+1.135 27C+1.375 00×10-3AB+4.275 00×10-3AC+2.150 00×10-3BA+2.220 00×10-3A2-9.255 00×10-3B2-7.655 00×10-3C2。

對該模型的方差及顯著性進(jìn)行分析，結(jié)果見表3，整體模型的F值是19.06，并且多元二次響應(yīng)面回歸模型的P值為0.000 4，擬合效果極顯著（P<0.01），失擬項P值為 0.191 7，擬合效果不顯著（P>0.05），說明響應(yīng)面法擬合得到的試驗?zāi)Ｐ惋@著性高;R2=0.910 4，表明預(yù)測值與真實值有較高的相關(guān)性，試驗可操作性較好。各單因素中料液比對麥麩多糖提取率有極顯著影響，其影響表現(xiàn)為料液比>提取溫度>提取時間。

2.3.2 響應(yīng)面分析 響應(yīng)曲面圖可以表示試驗因素的每個水平之間與響應(yīng)值的函數(shù)關(guān)系，同時可直觀地獲取試驗設(shè)計中的最優(yōu)工藝參數(shù)。由圖2可以看出，料液比與提取時間、提取溫度與提取時間、提取溫度與料液比對麩皮多糖提取率的影響表現(xiàn)為明顯的二次拋物線，呈交互作用。從響應(yīng)面的最高點和等值線可以看出，選擇范圍內(nèi)的極值，即是響應(yīng)面的最高點，也是等值線最小橢圓的中心點。通過對響應(yīng)面圖的陡峭程度分析可知，料液比對麥麩多糖提取率的影響最大，其次為提取溫度，提取時間對麥麩多糖提取率的影響最小，這與上述方差分析的結(jié)果一致。

2.3.3 最佳提取工藝條件的預(yù)測與驗證 通過軟件分析，預(yù)測的熱水浸提法提取麩皮多糖的最佳工藝條件：提取溫度為94.44 ℃， 提取時間為45.16 min，料液比為 1 g ∶ 43.65 mL;在此條件下麥麩多糖提取率為8.13 %。因?qū)嶋H操作需要，調(diào)整為提取溫度95 ℃，提取時間45 min，料液比1 g ∶ 45 mL，為檢驗?zāi)Ｐ褪欠窨煽浚瑢ι鲜鲂薷暮蟮奶崛l件作3次重復(fù)驗證試驗，測得麥麩多糖提取率為8.21%，相對誤差為0.98%，結(jié)果表明，響應(yīng)面優(yōu)化得到的提取工藝條件可信。

2.4 麥麩多糖的抗氧化活性

2.4.1 麥麩多糖對DPPH·的清除能力 活性成分對 DPPH·清除率越大，表明該物質(zhì)抗氧化效果越佳。由圖3-a可知，維生素C對DPPH·具有很好的清除能力，而與維生素C相比，麥麩多糖對DPPH·的清除能力較弱，但也表現(xiàn)出一定的清除效果;在0.1～1.2 mg/mL的濃度范圍內(nèi)，麥麩多糖對DPPH·的清除能力隨濃度的增加而逐漸增強，當(dāng)濃度達(dá)到1.2 mg/mL后，其自由基清除能力逐漸趨于平穩(wěn)，這主要是因為溶液濃度達(dá)到一定時，對自由基的清除能力達(dá)到飽和。當(dāng)麥麩多糖濃度增加至 1.4 mg/mL 時，其清除率達(dá)到最大值，為61.63 %，半抑制濃度（IC50）為0.85 mg/mL;說明麥麩多糖有一定清除DPPH·的能力，但弱于維生素C。

2.4.2 麥麩多糖對·OH的清除能力 由圖3-b可知，隨著麥麩多糖濃度增加，其對·OH的清除能力增強;當(dāng)麥麩多糖濃度為1.40 mg/mL時，清除率達(dá)到最大值，為 51.44%，其IC50為1.49 mg/mL，但弱于同濃度下維生素C的清除能力。

2.4.3 麥麩多糖對 O-2 ·? 的清除能力 由圖3-c可知， 麥麩多糖對 O-2 · 有一定的清除能力， 隨著麥麩多糖濃度的增加，對 O-2 ·? 的清除作用增強，當(dāng)麥麩多糖濃度為140 mg/mL時，其清除率為61.88%，弱于同濃度下維生素C的清除能力，其IC50為96.19 mg/mL。

3 結(jié)論

采用單因素試驗與響應(yīng)面試驗相結(jié)合的方法，對小麥麥麩多糖的提取工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化，并對其抗氧化能力進(jìn)行初步評價。采用Design Expert 8.0.6軟件對試驗結(jié)果進(jìn)行多元回歸分析，獲得的小麥麥麩多糖二次多項回歸方程為Y=-43.344 25-0.609 85A+0.535 53B+1.135 27C+1.375 00×10-3AB+4.275 00×10-3AC+2.150 00×10-3BA+2.220 00×10-3A2-9.255 00×10-3B2 -7.655 00×10-3C2;得到小麥麥麩多糖提取最佳工藝條件為提取時間45 min、提取溫度95 ℃、料液比1 g ∶ 45 mL，此時麥麩多糖提取率為8.21%?？寡趸钚詼y定結(jié)果表明，小麥麥麩多糖具有較好的抗氧化活性，其對DPPH·、·OH和 O-2 ·? 的IC50分別為0.85、1.49、96.19 mg/mL，這與王忠合等的研究結(jié)果[21-22]相一致，表明小麥麥麩多糖具有較強的抗氧化能力，可作為一種具有開發(fā)潛力的天然抗氧化劑新資源，應(yīng)用于食品和醫(yī)藥行業(yè)中。

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