七種藥食兩用中藥膳食纖維體外抗氧化及膽酸鹽結合能力研究

華 梅，樊美玲，盧佳希，董麗娜，孫印石,

（1.中國農業科學院特產研究所，吉林長春 130112；2.長春中醫藥大學附屬醫院，吉林長春 130021；3.吉林省中醫藥科學院，吉林長春 130021）

中華飲食文化歷來倡導“安身之本，必資于食”、“食借藥之力，藥助食之功”的藥食同源觀點，許多食物具有強身祛病功效，亦食亦藥，對人體健康大有益處[1]。近些年，隨著人們對藥食兩用中藥研究的不斷深入，其非傳統活性成分的開發越來越引起人們的重視。中藥中含有大量的膳食纖維，這些膳食纖維成分在工業生產中主要作為廢棄物被丟棄，造成巨大資源浪費和環境污染，同時嚴重降低了中藥材的利用率[2?4]。

膳食纖維（dietary fiber，DF）是一類不易被人體消化酶消化的碳水化合物及其類似物，天然存在的可食用碳水化合物（如纖維素、半纖維素、木質素、果膠、樹膠和細菌纖維素等），以及經物理、酶或化學法提取得到的碳水化合物（人造碳水化合物）均在其范疇內[5]。膳食纖維因其溶解性不同可分為非水溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）和水溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）。現代研究證實膳食纖維具有預防肥胖癥、緩解便秘、改善腸道菌群、降低血糖血脂水平、抗腸胃癌癥、清除自由基、抗氧化等功效，是當前植物成分研究的熱點方向[6?7]。國內外學者對于不同來源、不同品種的谷物和水果膳食纖維進行了大量細致的研究，相對而言，中藥材膳食纖維的研究還很不足，現有研究局限在少數幾個中藥品種中。鞠健等[8]從山藥皮中提取了水溶性膳食纖維，并對其物化性質進行了分析；孫羊羊等[9]對甘草渣膳食纖維提取工藝進行了優化，使水溶性膳食纖維產率達到8.33%，非可溶性膳食纖維產率達到81.33%。朱子博[10]研究了超微粉碎對甘草渣膳食纖維物化性質的影響，證實粒徑對甘草渣膳食纖維粉的持水性、膨脹性、吸油性、離子交換能力和NO2-吸附能力有顯著影響。陳海紅等[11]對黑靈芝水溶性膳食纖維的理化性質及體外抗氧化活性進行了研究，證實黑靈芝SDF主要單糖組成為甘露糖、葡萄糖和半乳糖，具有一定的抗氧化能力。華梅等[3]對人參膳食纖維的營養成分、多糖結構和熱穩定性進行了研究，為其構效關系和功能性研究提供了理論依據。而對于黨參、黃芪和西洋參膳食纖維，目前還鮮見報道，更是缺乏對于不同中藥膳食纖維性質和活性的比較研究。

本研究選擇黨參、黃芪、山藥、甘草、靈芝、人參、西洋參七種藥食兩用中藥，通過酶重量法提取水溶性、非水溶性和總膳食纖維，并對不同膳食纖維成分的理化性質、體外抗氧化和膽酸鹽結合能力進行研究，以期為藥食兩用中藥膳食纖維作為功能性食品成分的開發應用奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

黨參（Codonopsis pilosula（Franch.） Nannf.）、黃芪（Astragalus membranaceus（Fisch.） Bunge.）、山藥（Dioscorea oppositifoliaL.）、甘草（Glycyrrhiza uralensisFisch）、靈芝（Ganoderma LucidumKarst）5種藥材 北京同仁堂藥店；人參、西洋參 吉林省撫松縣，經吉林農業大學李偉教授鑒定為五加科植物人參干燥根（Panax ginsengC.A. Meyer）和西洋參干燥根（Panax quiquefoliumL.）；α-淀粉酶1萬U/g、蛋白酶20萬U/g、淀粉葡萄糖苷酶10萬U/g 北京索萊寶生物科技有限公司；胃蛋白酶 3萬U/mg、胰蛋白酶 250 U/mg 上海麥克林生化科技有限公司；DPPH、TPTZ、鄰苯三酚、水楊酸、甘氨膽酸鈉、牛磺膽酸鈉 上海源葉生物科技有限公司；其他試劑如無特殊說明，均為國產分析純。

752N型紫外可見分光光度計 上海精科實業有限公司；電熱恒溫水浴鍋 常州國華電器有限公司；Explorer EX125DZH型準微量電子天平 美國奧豪斯儀器有限公司；ALPHA 1-2型冷凍干燥機德國Martin Christ。

1.2 實驗方法

1.2.1 膳食纖維提取工藝 七種藥材按照1:10（w/v）料液比沸水煎煮2次，每次1.5 h，過濾后得到藥渣，60 ℃烘干粉碎備用。參照國標GB 5009.88-2014《食品中膳食纖維的測定》方法略作修改，藥渣按照20倍體積料液比，經α-淀粉酶、蛋白酶和淀粉葡萄糖苷酶依次水解1.0 h。反應結束后離心所得殘渣即為非水溶性膳食纖維（IDF），離心上清液經4倍體積無水乙醇沉淀即為水溶性膳食纖維（SDF），將SDF和IDF混合即為總膳食纖維（TDF），凍干粉碎備用。

1.2.2 理化性質檢測 參照華梅等[3]方法測定總膳食纖維的持水性、持油性、溶脹性和堆積密度。

1.2.3 體外抗氧化活性測定

1.2.3.1 清除DPPH 自由基（DPPH·） 參考李珊珊等[12]方法測定七種中藥SDF、IDF和TDF的DPPH自由基清除率。樣品（SDF樣品濃度均為5 mg/mL，IDF和TDF樣品濃度均為10 mg/mL，下同）與DPPH溶液在517 nm 處反應吸光值記為A0；等體積無水乙醇代替DPPH 溶液反應記為A1；等體積蒸餾水代替樣品溶液反應記為A2。以相同濃度抗壞血酸作陽性對照。DPPH 自由基清除率R表示為：

1.2.3.2 清除羥自由基（·OH） 參考宋春艷等[13]水楊酸法測定七種中藥SDF、IDF和TDF的羥自由基清除率。以相同濃度抗壞血酸作陽性對照。樣品與FeCl2溶液在510 nm處反應吸光值記為B；等體積蒸餾水代替FeCl2溶液反應記為B1；等體積蒸餾水代替樣品溶液反應記為B2。羥自由基清除率R表示為：

1.2.3.4 總抗氧化能力測定 參照Benzie等[14]的FRAP法測定七種中藥SDF、IDF和TDF的總抗氧化能力。樣品與FRAP試劑（10 mmol/L TPTZ溶液、20 mmol/L FeCl3溶液和300 mmol/L醋酸鹽緩沖液按1:1:10比例混合）于37 ℃反應30 min后，測定593 nm處反應吸光值；等體積蒸餾水代替樣品溶液作陰性對照，相同濃度抗壞血酸作陽性對照。根據1 mmol/L FeSO4溶液繪制的標準曲線Y=0.0012X+0.037（R2=0.9985）計算樣品FRAP值，單位μmol/L。

1.2.4 膽酸鹽結合能力測定

1.2.4.1 標準曲線制作 參考段振[15]方法略作修改，移取2 mL甘氨膽酸鈉（0.03、0.06、0.12、0.18、0.24、0.30 mmol/L）和牛磺膽酸鈉（0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35 mmol/L）標準溶液于具塞試管中，加入6 mL 60% H2SO4溶液，于70 ℃水浴20 min，冷卻至室溫，測定387 nm處吸光值。以膽酸鹽含量為橫坐標，吸光值為縱坐標，繪制兩種膽酸鹽的標準曲線。甘氨膽酸鈉標準曲線為Y=1.4023X+0.0008（R2=0.9986），牛磺膽酸鈉標準曲線為Y=1.2861X?0.0064（R2=0.9975）。

1.2.4.2 膽酸鹽結合能力測定 參考段振[15]方法，以2 mL 10 mg/mL樣品溶液與3 mL 10 mg/mL胃蛋白酶液和1 mL 0.01 mol/L的HCl溶液混合，于37 ℃振蕩1 h（模擬胃環境）；以0.1 mol/L的NaOH溶液調pH至6.3，加入4 mL 10 mg/mL胰蛋白酶，于37 ℃振蕩1 h（模擬腸道環境）。再向樣品中加入4 mL 0.3 mmol/L甘氨膽酸鈉和牛磺膽酸鈉溶液，于37 ℃振蕩1 h，4000 r/min離心20 min，取2 mL上清液，參照標準曲線方法測定樣品吸光值，每個樣品平行3次。各膽酸鹽結合率R表示為:

式中，M1為甘氨膽酸鈉或牛磺膽酸鈉加入量（mmol/L）；M2為甘氨膽酸鈉或牛磺膽酸鈉剩余量（mmol/L）。

1.3 數據處理

所有實驗數據均以3次平均值±標準差（mean±SD，n=3）表示。采用SPSS 19.0統計軟件進行單因素方差分析，LSD方法檢驗，P<0.05表示差異顯著。采用GraphPad Prism 7.0軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 膳食纖維含量分析

采用酶重量法提取黨參等七種藥食兩用中藥膳食纖維，結果見表1。由表1可知，七種藥食兩用中藥膳食纖維的含量和比例差異明顯。靈芝TDF的含量最高（40.78%），山藥TDF的含量最低（12.09%），但山藥SDF與IDF比例為1:2，是七種中藥膳食纖維中SDF比例最高的。此外，靈芝的SDF:IDF比例最低（1:76），這一結果與殷鵬飛等[16]對黑靈芝膳食纖維的提取結果相近。SDF和IDF的生理功效有所不同，SDF能夠調節或穩定血液中血糖和膽固醇水平，為腸道菌群提供能量；IDF則有更強的吸水膨脹、螯合吸附和潤腸通便的作用[17]。二者按照一定比例組合才能真正發揮膳食纖維的生理活性。有觀點認為[18]水溶性膳食纖維應占總膳食纖維含量的30%～50%（SDF:IDF=1:1～1:3）才可稱之為優質膳食纖維。本研究結果表明黨參等七種藥食兩用中藥膳食纖維含量豐富，其中山藥、人參、西洋參和黨參中SDF:IDF比例較適宜，可以作為優質天然膳食纖維來源。

表1 七種藥食兩用中藥膳食纖維含量及比例（干基，%）Table 1 Dietary fiber content and composition ratio in 7 medicine-food homologous traditional Chinese medicines (dry matter, %)

表2 七種藥食兩用中藥膳食纖維理化性質Table 2 Physicochemical properties of dietary fiber in 7 medicine-food homologous traditional Chinese medicines

2.2 膳食纖維的理化性質

對七種藥食兩用中藥總膳食纖維理化性質進行檢測，結果見表2。由表2可知，七種藥食兩用中藥膳食纖維中，黨參TDF持水性最高（11.26 g/g），靈芝TDF持油性最高（6.36 g/g），人參TDF溶脹性最高（9.12 mL/g），黃芪TDF堆積密度值最低（0.25 g/mL）。目前對中藥膳食纖維理化性質的研究不多。鞠健等[8]采用超聲波酶解法提取了山藥皮SDF，測定了其持水性、持油性和膨脹性。朱子博[10]通過調節甘草渣膳食纖維的粒徑，使其持水性、持油性和膨脹性得到提升。殷鵬飛等[16]優化了黑靈芝IDF的提取工藝，發現膨脹力與pH呈負相關。樊紅秀[19]優化了人參膳食纖維雙螺桿擠壓工藝，使其持水力、持油力、膨脹力得到顯著提升。而黨參、黃芪和西洋參膳食纖維的研究目前還未見專門報道。

以持水性為代表的水合性質是膳食纖維成分在食品加工中最重要的理化性質之一。持水性直接影響著腸道內不消化食物的體積，進而影響食物消化效率[20]。黨參TDF的高持水性暗示其可能具有良好的抗消化性，這是膳食纖維不同于其他可消化碳水化合物的主要代謝特征，也是其利于減肥的主要原因之一。持油性有助于提高膳食纖維對膽固醇和膽酸鹽的結合能力，防止其被腸道重吸收，降低體內膽固醇水平，從而對心腦血管疾病起到防治作用[21]。靈芝TDF的高持油性暗示其可能具有降脂作用。溶脹性可以增大腸道內容物體積，加速腸道蠕動，起到潤腸通便和增強飽腹感的作用。人參TDF的高溶脹性暗示其可能具有潤腸通便的作用。堆積密度反映了膳食纖維的疏松程度。堆積密度小則結構更加松散，微觀纖維結構形成的空間變大，表面活性增強[20]。黃芪、甘草和靈芝TDF較低的堆積密度暗示其可能具有較好的表面活性。本研究結果表明，不同藥食兩用中藥膳食纖維的理化性質不同，可在功能性食品中發揮作用。

2.3 膳食纖維的體外抗氧化活性

選擇DPPH自由基清除率、羥自由基清除率、超氧陰離子自由基清除率和總抗氧化能力FRAP值幾個指標來表征七種藥食兩用中藥膳食纖維的體外抗氧化活性，結果見圖1～圖4。

由圖1可見，黨參SDF、黃芪SDF、山藥SDF、甘草SDF的DPPH自由基清除率可達到90%以上，顯著高于人參SDF和西洋參SDF（P<0.05）。所有IDF中，甘草IDF的DPPH自由基清除率（91.28%）顯著高于其他IDF（P<0.05）。山藥TDF、甘草TDF、靈芝TDF、人參TDF的DPPH自由基清除率顯著高于其他TDF（P<0.05）。DPPH自由基是一種很穩定的以氮為中心的質子自由基，反應樣品可能通過電子轉移和供氫將其轉化為穩定分子子1，1-二苯基-2-苦味酰肼，同時使反應體系發生明顯顏色變化[22]。膳食纖維中含有的大量C-H鍵和羥基等官能基團，能夠顯著提升其供氫能力，從而使其具有較強的DPPH自由基清除能力[3,23]。

圖1 七種藥食兩用中藥膳食纖維DPPH自由基清除能力Fig.1 The scavenging activity of dietary fiber in 7 medicine-food homologous traditional Chinese medicines on DPPH radical

由圖2可見，山藥SDF和山藥TDF、甘草SDF、靈芝SDF、人參SDF和人參TDF的羥自由基清除率均在90%以上。除黨參SDF和西洋參SDF外，SDF總體清除率水平高于IDF。山藥TDF和人參TDF的羥自由基清除能力顯著高于其他TDF（P<0.05）。·OH是生物毒性最強的活性氧，它可直接損壞生物膜，并與活細胞中的任何分子發生反應而造成損傷，導致一系列疾病的產生，因此清除羥自由基是預防各種疾病的有效途徑[23]。膳食纖維糖基上活躍的糖醛酸羥基能夠與·OH結合生成水，從而有效清除·OH自由基。同時，本研究中最后一步淀粉葡萄糖苷酶酸水解方法制備的膳食纖維，能夠很好的保護羥基活性，避免堿水解中和糖醛酸分子形成鹽，從而降低膳食纖維的抗氧化活性[24]。

圖2 七種藥食兩用中藥膳食纖維羥自由基清除能力Fig.2 The scavenging activity of dietary fiber in 7 medicinefood homologous traditional Chinese medicines on hydroxyl free radical

由圖3可見，所有SDF中，西洋參SDF的超氧陰離子自由基清除率（46.37%）顯著高于其他SDF（P<0.05）。西洋參TDF的超氧陰離子自由基清除能力（60.32%）顯著高于其他TDF（P<0.05）。O2·是基態氧接受一個電子后形成的第一個氧自由基，是重要的毒理學中間體，許多活潑的氧化中間產物形成都始于，它的產生會破壞人體機能, 引起脂質過氧化、形成動脈粥樣硬化等疾病[25]。值得注意的是，高濃度膳食纖維會因自氧反應產生超氧陰離子，從而對其清除能力產生負面影響，因此在抗氧化效應中應選擇適當膳食纖維濃度。本研究中七種膳食纖維對DPPH自由基和·OH自由基的清除率普遍高于自由基，這暗示其與不同氧自由基的作用機制不同，膳食纖維可能通過降低機體自由基有效濃度，或通過阻斷脂質過氧化鏈反應來發揮抗氧化質過氧化鏈反應來發揮抗氧化作用[26]。

圖3 七種藥食兩用中藥膳食纖維超氧陰離子自由基清除能力Fig.3 The scavenging activity of dietary fiber in 7 medicine-food homologous traditional Chinese medicines on superoxide anion radical

FRAP法以換算成相同抗氧化能力FeSO4微摩爾數表示樣品總抗氧化能力，吸光值越高抗氧化能力越強。圖4的結果顯示不同藥食兩用中藥膳食纖維的總抗氧化能力差異顯著。除黃芪和甘草外，總抗氧化能力總體趨勢為SDF

圖4 七種藥食兩用中藥膳食纖維總抗氧化能力（FRAP值）Fig.4 Total antioxidant capacity of dietary fiber in 7 medicinefood homologous traditional Chinese medicines on superoxide anion radical (FRAP value)

2.4 膳食纖維的膽酸鹽結合能力

七種藥食兩用中藥膳食纖維的甘氨膽酸鈉結合能力如圖5所示。總體來說，TDF甘氨膽酸鈉結合率（48.68%～59.87%）明顯高于SDF（38.52%～45.39%）和IDF（32.45%～35.86%），人參TDF結合率（59.87%）顯著高于其他TDF（P<0.05）。

七種藥食兩用中藥膳食纖維的牛磺膽酸鈉結合能力如圖6所示。SDF牛磺膽酸鈉結合率為29.23%～38.55%，IDF牛磺膽酸鈉結合率為24.32%～32.60%，TDF牛磺膽酸鈉結合率為34.31%～51.52%。除山藥外，其余TDF牛磺膽酸鈉結合率均高于SDF和IDF，其中黃芪TDF結合率（51.52%）顯著高于其他TDF（P<0.05）。比較均值發現，SDF、IDF和TDF的牛磺膽酸鈉結合率（34.85%、28.16%和45.47%）低于甘氨膽酸鈉結合率（41.10%、34.12%和53.73%）。這一結果也印證了Story等[27]的結論，即膳食纖維較難與牛磺膽酸鈉結合，牛磺膽酸鈉結合能力較強的膳食纖維往往對人體中含量更高的甘氨膽酸鈉結合能力更好。在中性和腸道環境下，牛磺膽酸鈉側鏈末端的磺酸基和甘氨膽酸鈉側鏈末端的羧基易于離子化，使膽酸鹽活性基團可以更好的暴露出來，從而與膳食纖維發生反應[28]。

圖5 七種藥食兩用中藥膳食纖維的甘氨膽酸鈉結合能力Fig.5 The binding ability of dietary fiber in 7 medicine-food homologous traditional Chinese medicines on sodium glycinate

圖6 七種藥食兩用中藥膳食纖維的牛磺膽酸鈉結合能力Fig.6 The binding ability of dietary fiber in 7 medicine-food homologous traditional Chinese medicines on sodium taurocholate

膽汁酸是肝內膽固醇與鈉鹽或鉀鹽結合的衍生產物, 膽固醇轉化成膽汁酸是其在體內的主要去路[29]。以膳食纖維為代表的功能性食品成分，已被證實具有良好的膽汁酸結合能力[5]。它能夠吸附膽汁酸干擾其重吸收，同時幫助膽汁酸排出體外，造成膽汁酸損失，促使肝臟不斷將膽固醇轉化為膽汁酸, 以維持膽汁酸池的動態平衡，最終起到降低膽固醇作用[30]。正常人體內90%的膽汁酸以結合型膽酸鹽形式存在，主要包括甘氨酸膽酸鹽和牛磺酸膽酸鹽[29]。本研究選取甘氨膽酸鹽和牛磺膽酸鹽為研究對象，證實了黃芪、人參等藥食兩用中藥膳食纖維具有良好的膽酸鹽體外結合能力，這為其體內降血脂研究奠定了重要理論基礎。

3 結論

本研究從黨參、黃芪、山藥、甘草、靈芝、人參和西洋參七種藥食兩用中藥中提取水溶性、非水溶性膳食纖維和總膳食纖維，并對其含量組成、理化性質、體外抗氧化活性和膽酸鹽結合能力進行了研究。

七種藥食兩用中藥膳食纖維含量豐富，山藥、人參、西洋參和黨參的SDF:IDF比例最優，可以作為優質膳食纖維來源。黨參、靈芝和人參TDF分別具有較好的持水性、持油性和溶脹性，黃芪、甘草和靈芝TDF的堆積密度值最低，這些理化性質暗示中藥膳食纖維具有較好的食品加工應用潛力。體外活性研究表明，黃芪SDF的DPPH自由基清除率最高（96.27%），山藥SDF的羥自由基清除率最高（97.20%），西洋參TDF的超氧陰離子自由基清除率最高（60.32%），人參TDF的總抗氧化能力最強（2283.39 μmol/L/FeSO4）。此外，七種藥食兩用中藥膳食纖維均具有一定的甘氨膽酸鈉和牛磺膽酸鈉體外結合能力。以上研究結果為藥食兩用中藥膳食纖維進一步體內抗氧化、降血脂研究奠定了理論基礎。