王世軍

(鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，鄭州 450121)

鷹嘴豆別名桃豆、雞豆，為豆科鷹嘴豆屬一年生或多年生攀緣草本植物的干燥種子，因其外形獨(dú)特類(lèi)似鷹嘴而得名，鷹嘴豆含有多種人體所需要的營(yíng)養(yǎng)成分，是一種健康的素食食品[1，2]。鷹嘴豆的蛋白質(zhì)功效、氨基酸含量和消化率等指標(biāo)上，是高于其他大部分豆類(lèi)的，人們稱(chēng)其為黃金豆[3]。

鷹嘴豆含有豐富的蛋白質(zhì)和多種氨基酸，其中人體所必須的氨基酸全部具備，每100 g 蛋白質(zhì)含谷氨酸17.3 g、亮氨酸 8.7 g、賴(lài)氨酸7.2 g，并且鷹嘴豆的蛋白質(zhì)功效比值、生物利用價(jià)值和消化吸收率指標(biāo)，高于其他豆類(lèi)[4，5]。鷹嘴豆的脂質(zhì)總含量為4.5～6.0 g/100 g，脂肪酸主要為亞油酸47.30%、油酸36.90%、α-亞麻酸2.35%、棕櫚酸9.51%、硬脂酸1.57%[6，7]。另外，鷹嘴豆還含有膳食纖維、微量元素、異黃酮、皂苷等。攝入鷹嘴豆有許多的健康益處，呂萬(wàn)勇[8]研究表明鷹嘴豆具有降低糖脂代謝紊亂小鼠的血脂、甘油三酯的作用。鷹嘴豆D-松醇可以降低糖尿病小鼠空腹以及餐后的血糖，修復(fù)小鼠肝損傷[9]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充鷹嘴豆可減少高脂飼料誘導(dǎo)肥胖大鼠體重和附睪脂肪重量[10]。高曉雪[11]發(fā)現(xiàn)鷹嘴豆異黃酮提取物可提高衰老小鼠腦組織清除自由基的能力，減少過(guò)氧化產(chǎn)物對(duì)腦組織的損傷。同時(shí)鷹嘴豆中存在番茄紅素、生姜黃素、皂苷，可以降低乳腺癌、前列腺癌等的風(fēng)險(xiǎn)[12]。另外，鷹嘴豆異黃酮提取物可提高衰老小鼠腦組織清除自由基的能力，減少過(guò)氧化物對(duì)腦組織的損傷[13]。鑒于鷹嘴豆的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高，本研究利用響應(yīng)面法優(yōu)化提取鷹嘴豆油，并建立力竭運(yùn)動(dòng)大鼠模型，研究對(duì)力竭運(yùn)動(dòng)大鼠心肌脂質(zhì)過(guò)氧化的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與實(shí)驗(yàn)對(duì)象

鷹嘴豆、正己烷(分析純)、丙二醛(MDA)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)試劑盒。

50只SD大鼠，SPF級(jí)，體重在(150±10) g，杭州子源實(shí)驗(yàn)動(dòng)物科技有限公司(SCXK(浙)2019-0004)。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

JM-07D-40型超聲波清洗機(jī)，XA-1型粉碎機(jī)，F(xiàn)A2104N型分析天平， XHRE-201C型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，DHG-9013A型鼓風(fēng)干燥箱。

1.3 鷹嘴豆油的制備

挑選新鮮飽滿(mǎn)的鷹嘴豆，60 ℃干燥3 h，使用粉碎機(jī)粉碎至粒徑為0.20 mm，得到鷹嘴豆粉。稱(chēng)取適量的鷹嘴豆粉，放置于三角瓶中，加入一定量的提取溶劑正己烷，放置于超聲波清洗器中，在一定超聲功率、提取溫度、提取時(shí)間下進(jìn)行浸提，提取結(jié)束后，減壓蒸餾出溶劑，并在60 ℃下干燥至恒重得到鷹嘴豆油。工藝流程[14，15]：

加入正己烷

↓

挑選鷹嘴豆→干燥→粉碎過(guò)篩→超聲波提取→減壓蒸餾溶劑→干燥恒重→鷹嘴豆油

Y=(m-a/M)×100%

式中：Y為鷹嘴豆油提取率/%；m鷹嘴豆油質(zhì)量/g；a三角瓶質(zhì)量/g；M，鷹嘴豆粉質(zhì)量/g。

1.4 單因素實(shí)驗(yàn)

在超聲功率140 W、提取溫度40 ℃，提取時(shí)間30 min，不同液料比3∶1、6∶1、9∶1、12∶1、15∶1、18∶1 (mL/g)；在液料比9∶1 (mL/g)、提取溫度40 ℃，提取時(shí)間30 min，不同超聲功率100、120、140、160、180、200 W；在液料比9∶1 (mL/g)、超聲功率140 W、提取時(shí)間30 min，不同提取溫度30、35、40、45、50、55 ℃；在超聲功率140 W、提取溫度40 ℃、液料比9∶1(mL/g)，不同提取時(shí)間10、20、30、40、50、60 min，研究對(duì)鷹嘴豆油提取率的影響。

1.5 響應(yīng)面優(yōu)化鷹嘴豆油提取工藝

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以鷹嘴豆油提取率(Y)為指標(biāo)，液料比(X1)、超聲功率(X2)和提取溫度(X3)為因素，進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，采用Design-Expert 8.0.6軟件設(shè)計(jì)的Box-Behnken實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1。

表1 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)因素水平

1.6 動(dòng)物分組以及運(yùn)動(dòng)方案

選取健康雄性的SD大鼠50只體重在(150±10) g，隨機(jī)分成5組，每個(gè)小組10只SD大鼠，分成對(duì)照組、運(yùn)動(dòng)組、低、中、高劑量鷹嘴豆油組。低、中、高劑量組每天灌胃50、100、200 mg/kg鷹嘴豆油，運(yùn)動(dòng)組灌胃生理鹽水100 mg/kg，大鼠自由飲食飲水。

對(duì)照組不進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，其他組進(jìn)行游泳運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，時(shí)間持續(xù)6周。將大鼠放入到游泳池內(nèi)，大鼠的尾部負(fù)重其體重5%的鉛絲，從大鼠進(jìn)入到游泳池開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，到大鼠力竭的這段周期，沉入水中8 s不能浮到水面停止實(shí)驗(yàn)。大鼠在6周實(shí)驗(yàn)結(jié)束之后，采集大鼠血液，并對(duì)相關(guān)指標(biāo)SOD、GSH-Px、MDA、CAT含量根據(jù)酶學(xué)試劑盒的說(shuō)明書(shū)檢測(cè)分析[16]。

1.7 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)均使用均值±標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示，采取組間進(jìn)行對(duì)比，P<0.05表示具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

由圖1可知，隨著液料比增加，鷹嘴豆油提取率逐漸提高，當(dāng)液料比達(dá)到12∶1 (mL/g)時(shí)提取率達(dá)到最高，繼續(xù)增加液料比，提取率開(kāi)始降低。主要是因?yàn)橐毫媳鹊脑黾?，可以使得提取溶劑與物料的接觸面積增大，進(jìn)而提高油脂的擴(kuò)散速率。繼續(xù)增加液料比，提取率開(kāi)始降低，主要因?yàn)辁椬於怪泻土渴且欢ǖ?。因此，選擇液料比12∶1 (mL/g)。

圖1 不同因素對(duì)鷹嘴豆油提取率的影響

隨著超聲功率的提高，鷹嘴豆油提取率逐漸提高，當(dāng)超聲功率達(dá)到160 W時(shí)提取率達(dá)到最高，繼續(xù)提高超聲功率，提取率開(kāi)始降低。主要因?yàn)槌暪β实奶岣?，可以使空化作用增?qiáng)，進(jìn)而使得鷹嘴豆細(xì)胞破碎的速度增加，油脂從物料中溶出更加容易，但是超聲功率過(guò)高，使得局部溫度升高，破壞油脂分子。因此，選擇超聲功率為160 W。

隨著提取溫度的提高，鷹嘴豆油提取率逐漸提高，當(dāng)提取溫度達(dá)到40 ℃時(shí)提取率達(dá)到最高，繼續(xù)提高溫度，提取率開(kāi)始降低。主要是因?yàn)闇囟壬呖梢杂兄诔暤目栈饔闷茐您椬於辜?xì)胞，增加了油脂的溶出速率，但是溫度繼續(xù)升高會(huì)使溶劑揮發(fā)速度過(guò)快，降低了與物料的接觸，導(dǎo)致提取率降低。因此，選擇提取溫度為40 ℃。

隨著提取時(shí)間的提高，鷹嘴豆油提取率逐漸提高，當(dāng)提取時(shí)間達(dá)到40 min時(shí)提取率達(dá)到最高，繼續(xù)提高溫度，提取率開(kāi)始降低。主要因?yàn)樘崛r(shí)間達(dá)到40 min時(shí)，鷹嘴豆的油脂幾乎全部溶出，繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間提取率不能明顯提高。因此，選擇提取時(shí)間為40 min。

2.2 響應(yīng)面法實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以鷹嘴豆油提取率為指標(biāo)，進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案與結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，選擇液料比、超聲功率和提取溫度，響應(yīng)面分析方案與結(jié)果如表3，采用Design-Expert.V8.0.6 軟件對(duì)因素進(jìn)行回歸擬合，獲得鷹嘴豆油提取率(Y)的回歸方程：

表3 響應(yīng)面回歸模型ANOVA分析結(jié)果

Y=69.71+1.08X1-0.78X2+1.77X3-0.20X1X2-0.25X1X3+0.16X2X3-2.06X12-2.96X22-4.31X32

從表3可以看出，模型P<0.000 1達(dá)到極顯著水平，失擬項(xiàng)P=0.339 0(不顯著)，R2=0.999 2，Adj.R2=0.998 2說(shuō)明回歸模型和預(yù)測(cè)值之間有較好的擬合度，可用于優(yōu)化鷹嘴豆油提取工藝。回歸模型的一次項(xiàng)X1、X2、X3影響達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)，說(shuō)明三者對(duì)提取率的影響是極顯著的。另外，X1X2、X1X3達(dá)到顯著水平(P<0.05)；X1、X2、X3各因素的二次項(xiàng)對(duì)提取率影響極顯著(P<0.01)。

根據(jù)響應(yīng)面模型預(yù)測(cè)得到的最佳工藝條件，液料比為12.77∶1 (mL/g)、超聲功率為157.28 W、提取溫度為40.98 ℃時(shí)提取率為70.07%?？紤]實(shí)驗(yàn)的可行性，將提取條件調(diào)整為液料比為13∶1、超聲功率為160 W、提取溫度為41 ℃，在此工藝條件下做3次平行實(shí)驗(yàn)，得出鷹嘴豆油提取率為69.72%。與預(yù)測(cè)值相近，表明該條件是可行的。

提取率相對(duì)較低的原因可能是鷹嘴豆在進(jìn)行干燥去除水分時(shí)，干燥時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)些水分減少，使得容易剝殼，在仁殼分離時(shí)，會(huì)導(dǎo)致仁中含殼太多，由于殼的吸油性造成較高的油損失，或殼中含仁增加而導(dǎo)致油脂不必要的浪費(fèi)。另外，鷹嘴豆的籽粒的成熟度好、飽滿(mǎn)度大、對(duì)油脂提取率的影響也較大。

2.3 鷹嘴豆油對(duì)力竭運(yùn)動(dòng)大鼠心肌脂質(zhì)過(guò)氧化的影響

通過(guò)表4可知，運(yùn)動(dòng)組相比對(duì)照組CAT水平明顯降低(P<0.05)，低、中、高劑量組CAT水平呈升高趨勢(shì)，高劑量組相比運(yùn)動(dòng)組CAT水平明顯升高(P<0.05)；運(yùn)動(dòng)組相比對(duì)照組MDA明顯升高(P<0.05)，低、中、高劑量組MDA水平呈降低趨勢(shì)，高劑量組相比運(yùn)動(dòng)組MDA明顯降低(P<0.05)；運(yùn)動(dòng)組相比對(duì)照組GSH-Px明顯降低(P<0.05)，低、中、高劑量組GSH-Px水平呈升高趨勢(shì)，高劑量組相比運(yùn)動(dòng)組GSH-Px明顯升高(P<0.05)；運(yùn)動(dòng)組相比對(duì)照組SOD明顯降低(P<0.05)，低、中、高劑量組SOD水平呈升高趨勢(shì)，高劑量組相比運(yùn)動(dòng)組SOD明顯升高(P<0.05)。

表4 鷹嘴豆油對(duì)力竭運(yùn)動(dòng)大鼠心肌脂質(zhì)過(guò)氧化的影響

大鼠進(jìn)行力竭運(yùn)動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致心肌缺氧，心肌細(xì)胞自由基增加，使得心肌抗氧化酶CAT、GSH-Px、SOD活性明顯降低，MDA水平明顯升高，從而使大鼠體內(nèi)清除自由基的能力降低，自由基引起細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化作用，MDA是脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物，反映大鼠體內(nèi)細(xì)胞受損傷的程度，而抗氧化酶的大量消耗，使得自由基代謝失衡而堆積，加速大鼠體內(nèi)的脂質(zhì)過(guò)氧化損傷。大鼠灌胃鷹嘴豆油可以使得CAT、GSH-Px、SOD活性明顯提高，MDA水平明顯降低，說(shuō)明鷹嘴豆油可以提高抗氧化酶活性，清除大鼠體內(nèi)大量產(chǎn)生的自由基，從而減少脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物對(duì)其的影響。

4 結(jié)論

采用響應(yīng)面模型預(yù)測(cè)得到的最佳工藝條件，液料比為12.77∶1 (mL/g)、超聲功率為157.28 W、提取溫度為40.98 ℃時(shí)提取率為70.07%?？紤]實(shí)驗(yàn)的可行性，將提取條件調(diào)整為液料比為13∶1、超聲功率為160 W、提取溫度為41 ℃，在此工藝條件下做3次平行實(shí)驗(yàn)，得出鷹嘴豆油提取率為69.72%。與預(yù)測(cè)值相近，表明該條件是可行的。并且正己烷殘留小于50 mg/kg，測(cè)定結(jié)果符合GB/T 2716—2018《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)植物油》。同時(shí)大鼠力竭運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)表明，大鼠灌胃鷹嘴豆油可以使得CAT、GSH-Px、SOD活性明顯提高，MDA水平明顯降低，說(shuō)明鷹嘴豆油可以提高抗氧化酶活性，清除大鼠體內(nèi)產(chǎn)生大量的自由基，從而減少脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物對(duì)大鼠的影響。