荸荠芡实莲子cpp穿梭箱复合功能饮料的抗氧化活性

食品与发酵工业 FOOD AND FERMENTATION INDUSTRIES 116 2011 Vol. 37 No. 10 (Tota l 286) 荸荠芡实莲子复合功能饮料的抗氧化活性* 葛惠，马淑凤，吴聪，杨济泽，乐国伟，施用晖 (江南大学食品学院，食品科学与技术国家重点实验室，江苏 无锡，214122) 摘 要 研究以荸荠、芡实、莲子为原料的复合功能饮料的生物抗氧化活性。利用 α-淀粉酶水解荸荠、芡实、莲 子并进行复配，对不同配比的复合饮料进行体外及体内抗氧化实验;将复合饮料对小鼠饮水 4 周，测定血液自由 基水平并进行跳台、穿梭行为学实验。结果显示:复合饮料对·OH自由基体外清除率为 34. 92%，DPPH自由基 清除率达到 80. 58%;小鼠复合饮料饮水组血液自由基比对照组显著降低了 38. 59%(P ＜ 0. 05) ;与对照组比较， 小鼠跳台潜伏期显著升高，错误次数降低(P ＜ 0. 05) ;暗室反应潜伏期比对照组也显著减少(P ＜ 0. 05)。说明荸 荠复合功能性饮料对小鼠的抗氧化和学习记忆能力有改善作用。 关键词 复合功能饮料，自由基，小鼠行为学 第一作者:硕士研究生(施用晖为通迅作者，E-mail:yhshi@ jiangnan. edu. cn)。 * 科技部十一五支撑(2006BAD27B06) 收稿日期:2011 － 06 － 24，改回日期:2011 － 09 － 02 复合蔬菜汁能较好地实现不同蔬菜汁营养成分 的互补和风味的配合，营养价值高于单一蔬菜汁，并 且克服了单一蔬菜汁风味、口感差的缺点［1］。江南 一带盛产水生蔬菜，其中荸荠肉质白嫩，醇甜清香，甘 美爽口，是生产果蔬汁饮料的优质原料;芡实以淀粉 为主，另含抗坏血酸、生育酚、氨基酸、葡糖基甾醇类 等抗氧化物质;莲子除含有大量的淀粉、蛋白质外，还 富含多酚类化合物，酚类化合物作为一种天然的抗氧 化剂，能够清除自由基和螯合金属离子［2］。从中医 学角度，荸荠具有利尿作用，芡实则可治疗小便不禁， 荸荠、芡实复合具有互补作用，莲子、芡实等还含有较 多的生物碱成分，长期食用有较好的“降火”功效。荸 荠、芡实、莲子中都含有大量的淀粉等碳水化合物，通 过酶解技术，将其转化为低聚糖和单糖，提高了原料 的利用价值，更好的为人体吸收利用。文献已有研究 荸荠果粒饮料［3］、荸荠茶饮料［4］、荸荠-鲜莲子复合饮 料［5］、莲子汁饮料［6］、芡实饮料［7］等。本文重点从饮 料的体外抗氧化能力、对血液自由基的清除能力、对 小鼠行为学实验方面考察复合饮料的功能性特点。 1 材料与设备 1. 1 主要材料 新鲜荸荠，江苏泰州产;干芡实，产自江苏扬州; 干莲子，产自江苏宝应;中温 α-淀粉酶，2 000 u /g，无 锡市科能技术有限公司;昆明种雄性成年小鼠，体重 20 ～ 22 g，上海斯莱克实验动物有限公司(合格证号: 00800161407) 1. 2 主要设备 WX-80A型旋涡混合器，上海琪特仪器有限 公司;DL －5 低速大容量离心机，上海安亭科学仪器 厂;ZH-500 型小鼠光电刺激跳台，淮北正华生物仪器 设备有限公司;ZH-DSX2 型大鼠避暗 －穿梭箱，淮北 正华生物仪器设备有限公司;MPI － B 型多参数化学 发光分析检测系统，西安瑞迈分析仪器有限公司; MP1100B电子天平，上海第二天平仪器厂;LS-B50L 立式高压消毒器，上海医用核子仪器厂。 2 试验 2. 1 复合饮料的制备 (1)荸荠 → 清洗 → 去皮 → 切片、破碎 → 榨汁 → 荸荠汁 →水解 (2)芡实、莲子→烘干→粉碎→过筛→加水→水 解 (3)荸荠、芡实、莲子水解液→复配→澄清→过 滤→脱气→灌装杀菌→感官评定→成品 2. 2 荸荠、芡实、莲子的体外抗氧化活性测定 2. 2. 1 ·OH自由基清除率的检测 参照范冠宇等［8］用分光光度法测定光密度值。 羟自由基清除率 /% = A样品组 － A损伤组 A空白组 － A损伤组 2. 2. 2 DPPH自由基清除率的测定 参照连喜军等方法［9］测定吸光度，为: 清除率 /% = A － Ai + Aj Ao × 100 生产与科研经验 2011年第 37卷第 10期(总第 286期)117 式中:Ai，样品组吸光度值;Aj，空白组吸光度值; Ao，对照组吸光度值。 2. 3 荸荠复合饮料体内抗氧化活性检测 2. 3. 1 小鼠的饲养与分组 昆明种雄性小鼠 30 只，平均体重(20 ± 2)g，预 饲 1 w，空腹称重，根据体重随机分为 3 组，每组 10 只，饲喂正常饲料分别饮用无菌水记为对照组，实验 1 组饮用荸荠芡实复合汁，实验 2 组饮用荸荠芡实莲 子复合汁。共喂养 4 w。 小鼠置安静环境，保持动物生活环境通风及清洁 卫生。小鼠笼养，每笼 5 只，室温(2 ± 3)℃，湿度 55 %，自然光照、通风。自由饮水摄食，每周称量小鼠体 重。饲养 21 d后进行小鼠行为学实验，28 d 实验结 束时尾部取血备用。 2. 3. 2 小鼠血液自由基的测定 采用鲁米诺化学发光法测定机体自由基［10］。 2. 3. 3 小鼠跳台实验 分次将 3 组小鼠放入跳台仪底部电栅上，然后通 电(AC，21V)。小鼠受到电击后其正常反应是跳上 跳台，躲避电击。训练 5 min 后，小鼠获得记忆，表现 出在跳台上的时间延长，受到电击的次数减少。实验 时，将动物放入仪器内的跳台上，底部电栅通电(AC， 21V) ，实验时间设置 5 min，分别记录第一次错误跳 下跳台的时间记为潜伏期和 5 min 内小鼠跳下跳台 受到电击的次数，即错误次数。 2. 3. 4 小鼠暗室反应 穿梭箱为长方形盒(50 cm × 23 cm × 30 cm) ，用 一带门(7 cm × 5 cm)隔板分成安全区和点击区，电 击区底部为可通用的铜栅栏(间隔 0. 5 cm) ，顶部有 一声源。实验分为训练和正式测试 2 部分。挑选对 电击反应较为一致的小鼠进行训练，将小鼠放入穿梭 箱内适应环境 1 min，然后置于电击区，以声音为条件 刺激，响 10 s后，以电击(20V)为非条件刺激，使小鼠 逃向安全区。训练期 4 d，每天 10 次，每次间隔 2 ～ 3 min。从声音响起开始计时记为小鼠的潜伏期。第 5 天进行正式测试，观察 10 次反应。记下反应所需时 间。 3 结果分析 3. 1 荸荠复合饮料的体外清除自由基能力 荸荠的水解液(B)、荸荠 +芡实的水解液(BQ)、 荸荠 +芡实 +莲子水解液(BQL)组按比例混合后分 别稀释至原浓度的 5%，25%，50%，75%，100%，不 同浓度 Vc作为对照。·OH自由基、DPPH自由基的 清除率如图 1、图 2。 图 1 不同浓度的复合汁·OH自由基清除率 图 1 表明，4 组·OH 自由基清除率都随着浓度 稀释百分率增大逐渐增强，当稀释倍数较低时，B 组 明显低于 BQ 组、BQL 组、VC 组，说明荸荠组在较低 浓度下对·OH 自由基的清除能力不强;随着稀释百 分率的进一步增大，VC 组显示出了传统抗氧化剂的 优势，清除效果较明显，而 BQL组清除能力也明显大 于 BQ组和 B 组。这说明了 在添加莲子的基础上， 复合汁有较强的清除·OH自由基的能力。 酶解技术把原料中大量的淀粉等碳水化合物分 解成为低聚糖和单糖，可以更好的为人体吸收利用。 低聚糖的免疫、益生作用可能与体内自由基、酶类和 非酶类抗氧化剂的代谢调控密切相关。H2O2 /Fe 2 + 体系中低聚糖对·OH 自由基的清除能力较强，从而 可以推断，其抗氧化机理可能是作为金属离子络合 剂，络合了体系中的 Fe2 +，降低了 Fenton 反应的速 率，从而间接实现抗氧化作用。Chen 等［11］就研究发 现，壳寡糖能螯合 Cu2 +，抑制 Cu2 +催化的过氧化反 应，体现出抗氧化活性。而莲子里除了含有大量的淀 粉外，还富含酚类化合物，其作为一种天然的抗氧化 剂，能清除自由基和螯合金属离子［12］，所以在复合饮 料中添加莲子能显示出较强的抗氧化能力。 图 2 不同浓度的复合汁 DPPH自由基清除率 图 2 表明，各组清除 DPPH 自由基能力随着浓 食品与发酵工业 FOOD AND FERMENTATION INDUSTRIES 118 2011 Vol. 37 No. 10 (Tota l 286) 度的增大而增加，BQL 组在低于 75%的稀释倍数下 有较强的清除 DPPH自由基的能力，明显高于其他 3 组。随着浓度的增加，3 组都有不同程度的增加，剂 量达到 100%时，VC 组和 BQL组远远大于 BQ组和 B 组，其中 BQL 组的清除率约为 81%，比马晓佩［13］研 究的黑米功能饮料 57%的清除率高出了 29. 6%，比 沈晨［14］研究的红景天复合饮料 49%的清除率高出 了 39. 9%。 DPPH具有单电子而使其在 λ = 517 nm 处有一 强吸收(深紫色) ，当有自由基清除剂与单电子配对 而使其吸收逐渐减弱(颜色变淡)或消失。一般褪色 浓度与其所接受的电子数呈定量关系。饮料原料的 性质决定了饮料中主要含有大量的低聚糖和单糖，低 聚糖是多羟基类化合物，多羟基类化合物抗氧化活性 的强弱与分子中质子氢的提供能力有关，羟基是活泼 的氢供体，氢质子直接参与自由基的清除作用，母核 上“OH”基团数越多，提供氢质子能力越强，清除自 由基能力越强［15］。复合饮料在添加莲子的情况下清 除自由基能力更强，还可能与莲子中含有大量的多酚 类物质有关。多酚物质含有大量的酚羟基，酚羟基能 够有效清除自由基，还能够阻断或终止自由基的链式 反应，因此多酚表现出很强的抗氧化性。 3. 2 荸荠复合饮料对小鼠的血液自由基水平的影响 对照组饮用无菌蒸馏水;实验 1 组:饮用荸荠芡 实复合汁;实验 2 组:饮用荸荠芡实莲子复合汁。 表 1 荸荠复合饮料对小鼠血液自由基的影响 组别 例数 血液自由基 /(cd·mL －1) 对照组 10 2 506. 4 ± 147. 2a 实验 1 组 10 2 216. 8 ± 125. 6ab 实验 2 组 10 1 539. 2 ± 167. 2b 表 1 表明，实验 1 组和实验 2 组均降低血液自由 基浓度，实验 1 组与对照组有差异但是没有显著性差 异，实验 2 组与对照组有显著性差异(P ＜ 0. 05) ，比 对照组显著降低了 38. 59%，说明饮用荸荠芡实莲子 复合饮料对机体血液自由基有显著清除效果。产生 各种自由基的器官主要是亚细胞结构和其代谢环节， 如线粒体、内质网、微粒体、浆膜、胞浆、过氧化体、细 胞核、多形核细胞、血红蛋白等，已知很多种疾病的发 生发展与异常的自由基反应有关，特别与自由基引发 的脂质过氧化反应有关，这些失控和异常的自由基反 应是由于生理条件下产生的自由基引发的，因此研究 自由基清除剂的作用具有重要生理意义和实用价值。 唐兆新等［16］检测了鸡体血液自由基和某些组织器官 的自由基含量，表明血液与肝脏、脾脏、心肌的自由基 含量呈正相关，证实了血液自由基含量可以直接反映 各组织器官的自由基代谢状况。王海宽［17］把饮用了 4 种不同复合保健饮料的小鼠和正常小鼠作对比，结 果显示，4 种中药复合饮料均能明显提高小鼠的血 液、肝、脑、心脏等组织中的 SOD 活性，并能降低 MDA含量。于飞等［18］把饮用了 S863 天然果蔬饮料 的小鼠骨骼肌中的 SOD 含量、MDA 含量作对比，结 果显示适量补充 S863 天然果蔬饮料对机体的确具有 抗氧化作用，且对运动机体自由基失衡也具有一定的 调控作用。以上均说明复合功能性饮料在生物学上 确实具有很好的抗氧化特性。 3. 3 小鼠行为学实验结果 采用小鼠跳台和暗室反应实验，测定研究荸荠复 合饮料对小鼠记忆及学习能力的影响，结果见表 2， 表 3。 表 2 荸荠复合饮料复合饮料对小鼠跳台的影响 组别 例数 潜伏期 / s 错误次数 对照组 10 15. 25 ± 0. 96a 1. 30 ± 0. 31 实验 1 组 10 41. 33 ± 6. 11b 1. 25 ± 0. 26 实验 2 组 10 72. 25 ± 9. 91c 1. 12 ± 0. 24 表 2 结果表明，实验 2 组和对照组、1 组的潜伏 期比较有显著性差异(P ＜ 0. 05) ，潜伏期比对照组延 长了 78. 8%，比实验 1 组延长了 30. 9%;错误次数中 三者没有显著性差异，实验 2 组比对照组错误次数减 少了 13. 8%，比实验 1 组减少 10. 4%。显著。 表 3 荸荠复合饮料对小鼠暗室反应的影响 组别 例数 潜伏期 / s 对照组 10 12. 56 ± 0. 65a 实验 1 组 10 12. 32 ± 0. 93a 实验 2 组 10 11. 01 ± 0. 10b 如表 3 所示，实验 2 组和对照组、实验 1 组有显 著性差异(P ＜ 0. 05) ;实验 1 组和对照组有差异但是 没有显著性差异。实验 2 组的潜伏期比实验 1 组缩 短了 10. 6%。以上也进一步表明了荸荠、芡实、莲子 复合饮料对小鼠学习记忆有明显的改善作用。学习 和记忆是哺乳类动物生存的重要基础，学习是神经系 统接受外界环境变化获得新行为、经验的过程，记忆 是学习后经验的保持和再现，因此学习和记忆是 2 个 相互有联系的神经过程，有赖于全脑功能的整合。在 行为学水平的跳台实验和暗室实验均测试各组动物 非陈述性记忆和陈述性记忆的获得、巩固、再现情况。 结合本实验的结果证实，荸荠芡实莲子复合饮料的确 生产与科研经验 2011年第 37卷第 10期(总第 286期)119 有促进学习记忆的作用，且对学习记忆整个神经活动 中的获得、巩固及再现 3 个基本神经活动过程均有明 显的保护作用。 3. 4 体外抗氧化活性与小鼠生物学指标的相关分析 通过表 4 可以看出小鼠跳台潜伏期与血液自由 基的呈极显著负相关(P ﹤ 0. 01) ，表明血液自由基 下降的同时，小鼠对跳台区域的辨别能力和自我保护 能力升高;暗室潜伏期与血液自由基呈极显著正相关 (P﹤ 0. 01) ，表明小鼠在血液自由基降低的同时对 暗室出口的记忆能力增强;说明体内血液自由基水平 的大小与小鼠行为学实验是相关的，即小鼠体内的血 液自由基清除率越高，小鼠的学习和记忆能力也得到 改善。何璐等［19］研究孕酮的长期补充治疗可以通过 组织抗氧化作用，抵抗脂质过氧化反应，提高组织的 抗氧化能力，来缓解或改善小鼠学习记忆功能障碍。 林茂等［20］通过不同剂量的白藜芦醇能有效地清除体 内脂质过氧化的代谢产物 MDA，增强 SOD 和 GSH- PX的活性，对阿尔茨海默病模型小鼠学习能力和记 忆功能都有一定的保护，同时提高了机体的抗氧化 能力。综上说明了荸荠复合功能饮料在小鼠的机体 抗氧化以及学习记忆能力上都有很好的改善作用。 表 4 饮用荸荠复合饮料的小鼠血液自由基与 行为学指标相关系数 组别 跳台潜伏期 跳台错误次数 暗室潜伏期 血液自由基 r = － 0. 847 8 r = 0. 501 5 r = 0. 864 5 P = 0. 001 95 P = 0. 139 7 P = 0. 001 25 4 结论 荸荠复合饮料通过体外抗氧化实验证明了荸荠 复合饮料具有良好的抗氧化功能;通过小鼠体内血液 自由基检测证明了荸荠复合饮料对机体具有良好的 抗氧化功能;通过小鼠跳台实验(潜伏期:76. 00s;错 误次数:1. 12) ，暗室反应实验(潜伏期:10. 82s)说明 了荸荠复合饮料具有增强学习记忆的功能。复合饮 料添加了莲子后抗氧化活性得到了明显提高，说明了 莲子在改善饮料的功能上起了很大的作用。 参 考 文 献 ［1］ 杨月欣，王光亚，潘兴昌 . 中国食物成分表 2002［M］. 北京:北京大学医学出版社，2002，49 － 60． ［2］ Yen G C，Chenh Y. 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(下转第 124 页) 食品与发酵工业 FOOD AND FERMENTATION INDUSTRIES 124 2011 Vol. 37 No. 10 (Tota l 286) 胶剂琼脂与卡拉胶质量比 8. 6 ∶ 1. 4、杏浆质量分数 35%和蔗糖质量分数 27%，在此工艺条件下制备的 软糖感官评分为 98. 6，硬度为 4. 354 kg，亮度 L 为 29. 56，b值为 14. 31，具有良好的口感、组织状态和外 观。 参 考 文 献 ［1］ 张珍 . 杏加工产品非硫护色工艺的研究［J］. 粮油食品 科技 . 2004，12(4) :27 － 29. ［2］ 闫晓丽，郝利平，贺耀华 . 杏汁的护色工艺研究［J］. 食 品研究开发 2009，30(3) :92 － 94. ［3］ 樊亚鸣，刘丽媚，林海清，等 . 春砂仁凝胶软糖的研制 ［J］. 食品科技 . 2006，4:57 － 59. ［4］ 吴汶飞，余小林，胡卓炎 . 低糖荔枝果酱工艺优化研究 ［J］. 食品科学 . 2010，31(04) :11 － 14. ［5］ 鲁军，陈海华 . 花生凝胶软糖工艺研究［J］. 粮油食品 科技 . 2010，18(2) :24 － 26. ［6］ 刘文慧，王颉，王静，等 . 麦芽糊精在食品工业中的应用 现状［J］. 中国食品添加剂 . 2007，3:183 － 187. ［7］ Douglas C. Montgomery著，傅生，张健，王振羽，等译 . 实 验设计与分析［M］. 北京:人民邮电出版社，2009:589 － 592. Study on the Formula of Apricot Soft Sweet Using Response Surface Optimization Wang Dong，Chen Kai，Tian Ying-qiao，Zhang Yan-yan，Gu Jun-qi，Li Huan-rong (College of Food and Pharmacy Science，Xinjiang Agricultural University，Urmuqi 830052，China) ABSTRACT The apricot soft candy were prepared with apricot，suger，maltodextrin，agar and carrageenan． The for- mula were optimized by response surface methodology． Results showed that the optimal amounts of the above ingredi- ents were as follows:gelatinizer content 4%，gelatinizer proportionality 8． 6∶ 1． 4，apricot pulp content 35%，suger con- tent 27% ． Using the optimal formula ，the sensory score of the product was 98． 6，approximating to the predicted value of 98． 9，hardness was 4． 354 kg，elasticity was 1 366 g，lightness L value was 29． 56，and was characterized by a bal- anced sweet and sour taste with nice chewiness and smooth surface． Key words apricot，soft sweet，optimization formula (上接第 119 页) Study on the Antioxidant Activity of Functional Beverage Made of Water Chestnuts，Lotus and Gorgon Ge Hui，Ma Shu-feng，Wu Cong，Yang Ji-Ze，Le Guo-wei，Shi Yong-hui (The State Key Laboratory of Food Science and Technology Jiangnan University， The School of Food Science and Technology at Jiangnan University，Wuxi 214122，China) ABSTRACT The raw materials of the functional beverage were water chestnuts，gorgon fruit and lotus seeds． α-am- ylase was used to hydrolyze water chestnuts，gorgon fruit and lotus seeds;the antioxidant properties of finish product was tested in vitro and in vivo． Mice were fed with the functional drinks for four weeks． Then free radicals in blood， and platform jumping and the shuttle behavior were determined． The o OH radical scavenging activity of the beverage was 34． 92%;however，DPPH radical scavenging reached to 80． 58% ． The level of radicals in the blood was 38． 59% (P ＜ 0． 05)significantly lower than that of control group mice． The platform jumping lateness incresed compared to the control group and errors were reduced;darkroom lateness reaction was lesser than the control group(P ＜ 0． 05)． Key words mixed functional beverage，free radicals，mouse behavior