抗輻射飲料的開發(fā)及其抗氧化活性研究

孔紅建 張鐵樓 馮暉

摘要：以茯苓、陳皮、山楂、枸杞4種藥食同源材料為原料，并以復合益生菌作為發(fā)酵劑制備抗輻射飲料，探究抗輻射飲料中的抗氧化活性在發(fā)酵過程中的變化。通過單因素試驗對接種量、發(fā)酵時間和 pH值進行優(yōu)化，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計三因素三水平的正交試驗，以進一步優(yōu)化發(fā)酵工藝。結(jié)果表明，最佳發(fā)酵條件為接種量1.5%，發(fā)酵時間24 h，pH值6.0，在該條件下抗輻射飲料中DPPH自由基清除率能達到 97.68%。

關(guān)鍵詞：茯苓;陳皮;枸杞;山楂;抗輻射飲料;DPPH自由基;抗氧化活性

中圖分類號：TS275.2? ? ? 文獻標志碼：A? ? doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2020.01.041

Abstract：Four kinds of medicine and food homologous materials of medlar，tangerine peel，hawthorn and medlar were used as raw materials，and probiotics were used as a starter to prepare anti-radiation beverages. The antioxidant activity in anti-radiation beverages was explored during the fermentation process. The fermentation time，inoculum size and pH were optimized by single factor experiments，and three-factor and three-level orthogonal experiments were designed to further optimize the fermentation process. The results showed that the optimal fermentation conditions were inoculum 1.5%，fermentation time 4 h and pH 6.0. The DPPH free radical scavenging rate of anti-radiation beverages reached 97.68% under this condition.

Key words：medlar;trangerine peel;wolfberry;hawthorn;anti-radiation drink;DPPH free radical;antioxidant activity

0? ?引言

高科技電子產(chǎn)品的普及和核技術(shù)在臨床醫(yī)學診斷、治療、軍工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用拓展對人類健康帶來潛在危害[1]。輻射損傷是由電離輻射引起的急性、慢性或遲發(fā)性的機體損傷[2]。當機體被過多輻射時，就會造成體內(nèi)新陳代謝紊亂，進而誘發(fā)各種病態(tài)和損傷，輻射還會使人體產(chǎn)生各種自由基，造成自由基堆積，進而削弱人體抵抗力，使機體機能下降，出現(xiàn)各種病變[3-4]，其中最常見的就是神經(jīng)衰弱綜合癥、加速衰老、遺傳損傷等，嚴重時還可能誘發(fā)癌變[5]。目前的防輻射防護藥物大多存在毒副作用大、防護效價低等缺點[6-8]。因此，尋求天然安全有效的抗輻射藥物對人體健康有重要意義[9]。

枸杞子具有降血壓、降血脂、抗氧化、抗癌、調(diào)節(jié)免疫的作用[10]。試驗以茯苓、陳皮、山楂、枸杞4種藥食同源材料為原料，采用復合益生菌在37 ℃下對混合原料進行發(fā)酵，主要探究抗輻射飲料中的抗氧化活性在發(fā)酵過程中的變化，在單因素試驗基礎(chǔ)上進行正交試驗，以DPPH自由基清除率為指標對工藝加以優(yōu)化，對抗輻射飲料的開發(fā)具有重要意義。

1? ?材料與方法

1.1? ?材料

寧夏枸杞、山楂、茯苓、陳皮，均為市售;檸檬酸、無水乙醇，均為分析純;蘆丁;白砂糖;MRS肉湯培養(yǎng)基、MRS瓊脂培養(yǎng)基;1，1 -二苯基- 2 -苦基肼自由基，賽默飛生物科技有限公司提供;植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌，河南省食品工業(yè)科學研究所有限公司提供，實驗室篩選培養(yǎng)保存。

1.2? ?儀器與設(shè)備

PHS-25C型pH計，上海理達儀器廠產(chǎn)品;ZHWY-100B型恒溫培養(yǎng)振蕩器，上海智城分析儀器制造有限公司產(chǎn)品;XDLT-TP型電磁爐，啟達實業(yè)科技有限公司產(chǎn)品;HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋，普天儀器廠產(chǎn)品;BL-220H型電子天平、303A-3型數(shù)顯電熱培養(yǎng)箱，無錫瑪瑞特科技有限公司產(chǎn)品;JY- G12E型高速破壁機，九陽股份有限公司產(chǎn)品;TDZ4-WS型低速離心機，上海盧湘離心機儀器有限公司產(chǎn)品;WYTJ0-32%型手持糖量計;LDZX- 50KBS型立式壓力蒸汽滅菌鍋，諸城市安泰機械有限公司產(chǎn)品;SW-CJ-2F型超凈工作臺，深圳市惠士頓科技有限公司產(chǎn)品。

1.3? ?方法

1.3.1? ?單因素試驗

將枸杞、山楂、茯苓、陳皮去除雜質(zhì)，按照1∶1∶1∶1的比例稱量20 g，將稱好的原料倒入250 mL錐形瓶中，添加滅菌的蒸餾水160 mL進行浸泡，待原料吸水飽滿后進行打漿，然后調(diào)pH值為6.0～? 6.5。以質(zhì)量分數(shù)1.5%的比例在無菌操作臺中添加復合乳桿菌（植物乳桿菌∶嗜酸乳桿菌（M∶M）= 1∶1混合）。用紗布進行封口后放入恒溫振蕩器（轉(zhuǎn)速130 r/min）中進行發(fā)酵培養(yǎng)，溫度控制在37±? ?2 ℃。待發(fā)酵結(jié)束后，將發(fā)酵液用離心機進行離心，取上清液，于4 ℃下保存?zhèn)溆肹11-13]。以此工藝為基礎(chǔ)進行調(diào)整，研究其單因素：接種量（0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%）、發(fā)酵時間（12，24，36，48，60 h）、pH值（5.0，5.5，6.0，6.5，7.0）對抗輻射飲料中DPPH自由基清除率的影響。

1.3.2? ?正交試驗

在單因素的基礎(chǔ)上，以發(fā)酵時間（h）、接種量（%）、pH值為因素，以DPPH自由基清除率為考查指標，采用L9（34）正交表進行發(fā)酵條件優(yōu)化。

正交試驗因素與水平設(shè)計見表1。

1.3.3? ?DPPH自由基清除率

參照劉濤等人[14]的方法進行測定。

1.3.4? ?數(shù)據(jù)處理

每個試驗值為3個平行數(shù)據(jù)的均值，結(jié)果用X±S表示，使用Origin 8.5制圖;利用SPSS 24統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理;利用ANOVA對正交試驗結(jié)果進行分析，p<0.05表示差異具有統(tǒng)計學意義。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?單因素試驗

2.1.1? ?接種量對抗輻射飲料中DPPH自由基清除率的影響

接種量是發(fā)酵過程中非常重要的因素，接種量過多不僅造成浪費，而且會影響發(fā)酵的效果;接種量少，則達不到發(fā)酵的預(yù)期效果。在初始pH值6，發(fā)酵時間26 h的條件下，研究不同接種量對抗輻射飲料中DPPH自由基清除率的影響，接種量梯度設(shè)為0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，發(fā)酵完成后離心并根據(jù)1.3.3方法測定抗輻射飲料中DPPH自由基清除能力。

接種量對DPPH自由基清除率的影響見圖1。

從圖1可以看出，隨著接種量的增加，DPPH自由基的清除率隨著接種量的增加先升高后降低，可能是由于接種量過低會造成發(fā)酵周期長，在一定的時間內(nèi)發(fā)酵不充分，進而造成DPPH自由基的清除率較低;當接種量過高時導致菌種在極短的時間內(nèi)大量繁殖，爭奪養(yǎng)分，生存空間變小，進而導致發(fā)酵效率低，DPPH自由基的清除率也相應(yīng)較低。當總接種量為1.5%時，抗輻射飲料中的DPPH清除率相對最高。因此，選擇接種量為1.5%。

2.1.2? ?發(fā)酵時間對抗輻射飲料中DPPH自由基清除率的影響

在pH值6，接種量1.5%的條件下，研究不同發(fā)酵時間對抗輻射飲料中DPPH自由基清除率的影響，抗輻射飲料發(fā)酵時間梯度設(shè)為12，24，36，48， 60 h，發(fā)酵完成后離心并根據(jù)1.3.3方法測定抗輻射飲料中DPPH自由基清除能力。

發(fā)酵時間對DPPH自由基清除率的影響見圖2。

從圖2可以看出，隨著發(fā)酵時間的延長，抗輻射飲料中DPPH自由基清除率呈先升高后降低的趨勢，可能是由于菌種在時間適中的條件下能夠正常發(fā)育繁殖，使發(fā)酵完全;若發(fā)酵時間短，發(fā)酵還沒有完全開始就結(jié)束，從而導致發(fā)酵不充分，使得抗輻射飲料中DPPH自由基清除率較低;若發(fā)酵時間長，同樣會造成爭奪養(yǎng)分，生存空間變小。當營養(yǎng)和空間不充足，抑制發(fā)酵的進行，導致抗輻射飲料中DPPH自由基清除率較低。當發(fā)酵時間為24 h時，抗輻射飲料中DPPH自由基清除率達到最大值;當發(fā)酵時間>24 h時，抗輻射飲料中DPPH自由基清除率逐漸下降。所以，最佳的發(fā)酵時間為24 h。

2.1.3? ?pH值對抗輻射飲料中DPPH自由基清除率的影響

在發(fā)酵時間為24 h，接種量為1.5%不變的條件下，研究不同pH值對抗輻射飲料中DPPH自由基清除率的影響，pH值梯度設(shè)為5.0，5.5，6.0，6.5，7.0，發(fā)酵完成后離心，并根據(jù)1.3.3中方法測定抗輻射飲料中DPPH自由基清除能力。

pH值對DPPH自由基清除率的影響見圖3。

從圖3可以看出，抗輻射飲料中DPPH自由基清除率隨著pH值的升高呈逐漸升高的趨勢，并且在6.0～7.0時趨于平緩，可能是由于菌種在pH值接近弱堿性的情況下能夠快速生長繁殖，從而提高發(fā)酵的效率，增加抗輻射飲料中DPPH自由基清除率，所以抗輻射飲料初始pH值為6時其品質(zhì)最佳。

2.2? ?正交試驗結(jié)果

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以接種量、發(fā)酵時間、pH值為因素，選用L9（34）正交表進行發(fā)酵條件優(yōu)化。

正交試驗結(jié)果見表2，正交試驗結(jié)果方差分析見表3。

由極差R可知，各因素對抗輻射飲料中DPPH自由基清除率的影響依次為接種量>發(fā)酵時間>pH值，即接種量對抗輻射飲料中DPPH自由基清除率的影響最大，發(fā)酵時間次之，pH值最小。

2.3? ?驗證試驗

從表2可以看出，接種量、發(fā)酵時間和pH值均對抗輻射飲料中DPPH自由基清除率的影響顯著。通過正交試驗篩選出的最佳結(jié)果的優(yōu)化方案為A2B2C2，即接種量為1.5%，發(fā)酵時間為24 h，pH值6.0。隨后，采用接種量為1.5%，發(fā)酵時間為24 h，pH值6.0作為發(fā)酵條件進行驗證試驗，抗輻射飲料中DPPH自由基清除率為97.68%，高于上述正交試驗的最大值97.23%。因此，接種量為1.5%，發(fā)酵時間為24 h，pH值6.0為最優(yōu)的發(fā)酵工藝條件。

3? ?結(jié)論

對抗輻射飲料發(fā)酵工藝條件優(yōu)化進行研究，主要著重于發(fā)酵工藝參數(shù)對抗輻射飲料中抗氧化性的影響。確定了最佳發(fā)酵工藝參數(shù)為接種量1.5%，發(fā)酵時間24 h，pH值6.0，在該條件下抗輻射飲料中DPPH自由基清除率能達到97.68%。

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