不同脅迫處理方法對西蘭花莖中硫苷和異硫氰酸鹽含量的影響*

李麗倩，韓勇斌

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江蘇南京，210000)

硫代葡萄糖苷(簡稱硫苷)是一種含硫的次級代謝產(chǎn)物，是一組含硫化合物的總稱，廣泛存在于十字花科植物中，根據(jù)其支鏈種類的不同，硫苷分為脂肪族、芳香族和吲哚型3大類［1－4］。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)常食用辣根、日本辣根、芥末、苷藍(lán)、花椰菜和包心菜等十字花科蔬菜能夠降低人類患肺癌和腸道癌風(fēng)險。現(xiàn)代研究發(fā)現(xiàn)硫苷本身化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無生物活性，當(dāng)植物受損傷，細(xì)胞遭到破壞，液泡內(nèi)的硫苷就會與黑芥子酶相遇，發(fā)生降解生成異硫氰酸酯(ITCs)，具有較強(qiáng)的抗癌活性［5－10］。該降解過程及產(chǎn)物組成受抗壞血酸濃度［9］、溫度［11］、酸堿度［12］等多種因素的影響。目前對硫苷降解的研究多見于辣根［13］、西蘭花的花［14－15］等植物中，而鮮見對西蘭花莖硫苷降解的研究報道。

西蘭花(Brasica oleracea L.var.italica Plench)在我國大面積種植，是主要的蔬菜之一，為世界公認(rèn)的最具營養(yǎng)的蔬菜之一。但在收獲季節(jié)，大量的西蘭花的莖沒有得到有效地利用，基于采摘后的新鮮植物材料的細(xì)胞仍然有代謝活性，對外界刺激具有一定的反應(yīng)能力［16］，本研究以采摘后的西蘭花莖為研究對象，通過構(gòu)建逆境條件，首次研究機(jī)械切分、低溫脅迫、抗壞血酸、Zn2+、pH、熱激脅迫處理下，西蘭花的莖中硫苷的降解和異硫氰酸鹽的含量，旨在探索西蘭花莖中富集異硫氰酸鹽的條件。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

新鮮的西蘭花莖:西蘭花品種為“優(yōu)秀”，于2013年11月采摘于江蘇省南京市溧水西蘭花基地，減震塑料泡沫包裝，2 h內(nèi)運至南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品院實驗室，選取自花柄部起始向下9 cm為實驗所用部分，經(jīng)自來水沖洗后，除去粗糙的外皮，再用去離子水清洗、晾干后備用。

抗壞血酸、硫酸鋅、檸檬酸，上海光華科技有限公司;檸檬酸鈉，上海振興化工廠。均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

722S型分光光度計，上海精密科學(xué)儀器有限公司;DYY-6B穩(wěn)壓穩(wěn)流電泳儀，北京市六一儀器廠;HHS型電熱恒溫水浴鍋，北京試驗儀器廠;DHG－9030A型電熱恒溫干燥箱，上海恒科技公司;微量進(jìn)樣器，上海醫(yī)用激光儀器廠;電熱吹風(fēng)，廣州雅達(dá)科技電子有限公司;冰箱，青島海爾股份有限公司。

1.3 實驗方法

(1)機(jī)械切分處理:將西蘭花莖縱向切成長(cm)×寬(cm)×厚(cm)為:1.0×0.2×0.5(C1)，1.5 ×0.5×0.5(C2)，2.0 × 1.0×0.5(C3)，3.5×1.0×0.5(C4)大小，以完整未切分莖(C0)為對照，切分后在室溫下放置10min。

(2)低溫脅迫處理:將清洗、切分成3.5 cm×1.0 cm×0.5 cm(長×寬×厚)后的西蘭花莖放于玻璃器皿中用保鮮膜覆蓋，放置于4℃冰箱中，與此同時在室溫下作對照，每隔2 h取樣。

(3)浸泡處理:將清洗、切分3.5 cm×1.0 cm×0.5 cm(長×寬×厚)后的西蘭花莖分別浸沒于以下溶液中，固液比為1∶20(m∶m)，浸泡時，杯口封閉。所有操作在室溫(25℃)下進(jìn)行。

(A)ZnSO4溶液:0、50、100、150、200 μmol/L 浸泡2 h(pH為6.86)。

(B)磷酸-檸檬酸緩沖液:pH 5.0、6.5、7.0、7.5、8.0，浸泡2h;以清水浸泡(pH值7.0)為對照。

(C)抗壞血酸溶液:0、50、100、150、200 μmol/L浸泡2 h(pH為6.86)。

(4)熱激處理:將清洗、切分3.5 cm×1.0 cm×0.5 cm(長×寬×厚)后的西蘭花莖分別置于25、30、55、85、100℃水浴中，放置 2 h。

經(jīng)上述處理后的樣品，冷凍干燥后研磨，測定各樣品中硫苷和異硫氰酸鹽的含量。

1.4 測定指標(biāo)與方法

硫苷含量采用氯化鈀法［17］測定，單位為 μmol/100g(以西蘭花莖干重質(zhì)量計)，異硫氰酸鹽(以干重質(zhì)量計)采用二氯甲烷法［18］測定，單位為mg/g(以西蘭花干重質(zhì)量計)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

實驗設(shè) 3次重復(fù)，每次 3個平行。采用SPSS16.0軟件處理實驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(P＜0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 機(jī)械切分對西蘭花莖中硫苷和異硫氰酸鹽含量的影響

由圖1(A)可知，C1、C2與對照組C0中的硫苷的含量沒有顯著差異(P＞0.05)，但C3和C4與C0中的硫苷含量差異顯著(P＜0.05)。當(dāng)西蘭花莖切分為(cm)為1.0 cm ×0.2 cm×0.5 cm時，莖中硫苷的含量最低，為對照組中硫苷含量的76.34%。

由圖1(B)可知，與對照相比，西蘭花莖切分尺寸較大時異硫氰酸鹽含量變化并不明顯，但切分為為1.5 cm×0.5 cm×0.5 cm時，莖中異硫氰酸鹽含量變化顯著(P＜0.05)。當(dāng)切分尺寸為(cm)為1.0×0.2×0.5時，西蘭花莖中異硫氰酸鹽的含量為653.74 mg/gDW，是對照組(321.84 mg/gDW)的2.03倍。

圖1 機(jī)械切分處理對西蘭花莖中硫苷(A)和異硫氰酸鹽(B)含量的影響Fig.1 Effect of mechanical cut size on glucosinolate(A)and isothiocyanates(B)contents(B)in broccoli stems

2.2 低溫脅迫處理對西蘭花莖中硫苷和異硫氰酸鹽含量的影響

由圖2(A)可以看出，在25℃和4℃條件下，隨著存放時間的延長，西蘭花莖中硫苷的含量均會減少，但是4℃條件下降低速度明顯低于常溫條件下(P＜0.05)，這種差異隨著低溫放置時間的延長而更加明顯。在4℃下放置8 h后的西蘭花莖中硫苷含量(16.87 μmol/100 gDW)是對照組中硫苷含量(9.46 μmol/199 gDW)的1.7倍。

由圖2(B)可知，在常溫和4℃的條件下，西蘭花莖中異硫氰酸鹽的含量變化顯著(P＜0.05)，25℃條件下異硫氰酸鹽增加的量明顯高于4℃條件下增加的量，但在4℃條件下放置4 h后異硫氰酸鹽含量變化不再顯著。放置8 h后，25℃條件下西蘭花莖異硫氰酸鹽的含量(600.54 mg/gDW)是4℃條件異硫氰酸鹽下異硫氰酸鹽含量(515.54 mg/gDW)的1.16倍。

圖2 低溫脅迫對西蘭花莖中硫苷(A)和異硫氰酸鹽(B)含量的影響Fig.2 Changes of glucosinolate(A)and(B)contents in broccoli stems stored at 25℃and 4℃ over time

2.3 鋅鹽浸泡處理對西蘭花莖中硫苷和異硫氰酸鹽含量的影響

由圖3(A)可知，隨著Zn2+濃度增加，西蘭花莖中硫苷含量呈先下降后增加的趨勢，但均顯著低于對照組(P＜0.05)。當(dāng) Zn2+濃度為100 μmol/L時，硫苷的含量降低至最低，為19.09 μmol/100 gDW，比對照組降低了30.23%。

由圖3(B)可知，隨著Zn2+濃度的增加西蘭花莖中異硫氰酸鹽含量呈先增加后降低的趨勢，但均顯著高于對照組(P＜0.05)，當(dāng) Zn2+濃度為100 μmol/L時，異硫氰酸鹽含量達(dá)到最大，為608.32 mg/gDW，比對照組增加了28.38%，隨后異硫氰酸鹽的含量開始降低。

2.4 不同pH緩沖液對西蘭花莖中硫苷和異硫氰酸鹽含量的影響

由圖4(A)可知，隨著pH升高，西蘭花莖中硫苷含量呈先下降后增加的趨勢，但均顯著低于對照組(P＜0.05)。當(dāng)pH為7.5時，硫苷的含量最低，為19.65 μmol/100gDW。

圖3 不同濃度Zn2+對西蘭花莖中硫苷(A)和異硫氰酸鹽(B)含量的影響Fig.3 Effect of different Zn2+concentration on the glucosinolate(A)and isothiocyanates(B)contents in broccoli stems

圖4 不同pH對西蘭花莖中硫苷(A)和異硫氰酸鹽(B)含量的影響Fig.4 Effect of different pH value on the glucosinolate(A)and isothiocyanates(B)contents in broccoli stems

由圖4(B)可知，在不同pH緩沖液處理下，異硫氰酸鹽含量呈先下降后增加再降低的趨勢，但與對照組都有顯著差異(P＜0.05)。pH較低時不利于異硫氰酸鹽的生成，當(dāng)pH值逐漸升高到7時，異硫氰酸鹽的含量達(dá)到最高，為654.36 mg/gDW，為對照組的1.42倍，隨后下降。

2.5 抗壞血酸處理對西蘭花莖中硫苷和異硫氰酸鹽含量的影響

由圖5(A)可知，隨著抗壞血酸濃度的增加西蘭花莖中硫苷的含量呈逐漸增加的趨勢，但都顯著低于對照組(P＜0.05)。當(dāng)抗壞血酸的濃度為50 μmol/L時，西蘭花莖中硫苷的含量達(dá)到最低為9.96 μmol/100gDW，為對照組的45.67%。

由圖5(B)可知，隨著抗壞血酸濃度的增加西蘭花莖中異硫氰酸鹽含量呈逐漸降低的趨勢，但都顯著高于對照組(P＜0.05)。當(dāng)抗壞血酸的濃度為50 μmol/L時，西蘭花莖中異硫氰酸鹽的含量達(dá)到最高為291.06 mg/gDW，為對照組的1.97倍。

圖5 不同的抗壞血酸濃度對西蘭花莖中硫苷和異硫氰酸鹽含量的影響Fig.5 Effect of different ascorbic acid concentrations glucosinolates and isothiocyanates contents in broccoli stems

2.6 熱激處理對西蘭花莖中硫苷和異硫氰酸鹽含量的影響

由圖6(A)可知，當(dāng)溫度為35、55℃時，西蘭花莖中硫苷的含量與對照組相比顯著降低(P＜0.05)，當(dāng)溫度為85、100℃時，與對照組相比硫苷的含量顯著升高。當(dāng)溫度為35℃時，硫苷的含量最低為26.44 μmol/100gDW，與對照組相比降低了16.12%。

由圖6(B)可知，當(dāng)溫度為35、55℃時，有利于西蘭花莖中異硫氰酸鹽的生成，當(dāng)溫度為85、100℃時，異硫氰酸鹽的含量明顯低于其他實驗組，當(dāng)溫度為35℃時，異硫氰酸鹽的含量為597.13 mg/gDW，為對照組的1.20倍，為100℃時異硫氰酸鹽含量的1.80倍。

圖6 不同溫度對西蘭花莖中硫苷(A)和異硫氰酸鹽含量(B)的影響Fig.6 Effects of different temperatures on the glucosinolates and isothiocyanates contents in broccoli stems

3 討論

機(jī)械損傷影響硫苷降解以及異硫氰酸鹽的生成，本實驗研究不同機(jī)械切分大小對西蘭花莖中硫苷和異硫氰酸鹽含量的影響，結(jié)果表明機(jī)械切分有利于硫苷降解生成異硫氰酸鹽，并且隨著機(jī)械切分程度的加深作用更加明顯，這與田紅霞等人對擬南芥蓮座葉外葉的研究結(jié)果一致［19］。機(jī)械損傷可以使細(xì)胞破碎，使細(xì)胞當(dāng)中的黑芥子酶與液泡中的硫苷相遇，使硫苷在酶的作用下降解生成具有熱辣氣味的風(fēng)味物質(zhì)，包括異硫氰酸酯和腈類等物質(zhì)［20］。

低溫貯藏為西蘭花莖營造了逆境條件，本實驗研究在4℃條件下不同貯藏時間對西蘭花莖中硫苷和異硫氰酸鹽含量的影響，結(jié)果表明低溫抑制硫苷的降解和異硫氰酸鹽的生成。主要是因為在低溫條件下黑芥子酶的活性降低，硫苷降解生成異硫氰酸鹽的過程受阻。

pH緩沖液的浸泡處理使西蘭花莖處于不同的酸堿環(huán)境中，實驗結(jié)果表明，本研究選取的pH范圍內(nèi)有利于硫苷的降解，在pH值為7的條件下有利于異硫氰酸鹽的生成，這與SHEN［21］等人的研究結(jié)果相同。在酸性的條件下硫苷雖然降解，但是生成的物質(zhì)為腈類和硫氰酸鹽為主，并不生成異硫氰酸鹽［21］。

Zn2+、抗壞血酸溶液浸泡在為西蘭花莖創(chuàng)建了低氧腌漬逆境的條件下，同時也提供Zn2+和抗壞血酸。本實驗結(jié)果表明較低濃度的Zn2+和抗壞血酸對硫苷的降解和異硫氰酸鹽的生成有促進(jìn)作用，而較高濃度的Zn2+和抗壞血酸則有一定的抑制作用。丁艷［22］在油菜籽餅粕中硫苷降解穩(wěn)定性的研究中以及王向陽［23］在西蘭花中硫苷降解的穩(wěn)定性的研究中得出相似的結(jié)論。主要原因是因為Zn2+和抗壞血酸對黑芥子酶活性的影響具有雙面性［24－25］，即低濃度的Zn2+和抗壞血酸增加黑芥子酶的活性，高濃度Zn2+和抗壞血酸降低黑芥子酶的活性。

熱激處理使西蘭花莖處于逆生長條件下，實驗結(jié)果表明溫度在較底范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，黑芥子酶的活性升高，有利于硫苷的降解，在較高溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，酶的活性逐漸降低，硫苷的降解受到抑制，當(dāng)溫度達(dá)到85℃時，黑芥子酶在短時間內(nèi)失活，硫苷的酶降解無法進(jìn)行。雖然有研究表明硫苷除酶降解以外也可以進(jìn)行熱降解，但是需要較高的溫度或較長的時間［25－27］。

機(jī)械切分、冷激、熱激、不同pH值溶液和不同濃度的Zn2+、抗壞血酸溶液浸泡處理對西蘭花莖中的硫苷和異硫氰酸鹽的含量都有明顯的影響。機(jī)械切分、適宜的熱激Zn2+、抗壞血酸以及酸堿度都有利于硫苷的降解和異硫氰酸的生成，而低溫抑制硫苷的降解。可以根據(jù)這些特性處理西蘭花莖使得其中的異硫氰酸鹽得到富集。

［1］ 李晨，薛峰，繆文華.硫甙葡萄糖苷降解研究進(jìn)展［J］.食品科學(xué)，2010，31(9):313－317.

［2］ 王忠英，王向陽.硫代葡萄糖苷及其降解產(chǎn)物異硫代氰酸鹽［J］.食品化學(xué)，2005，25(4):342－344

［3］ 錢驊，趙伯濤，黃曉穗.西蘭花中β-硫甙葡萄糖苷總量的測定［J］.中國野生植物資源，2008，27(2):52－53

［4］ Burow M，ZHANG Z Y，Ober J A，et al.ESP and ESM1 mediateindol-3-acetonitrile production from indol-3-ylmethyl glucosinolate in Arabidopsis［J］.Phytochemistry，2008，69(3):663－664.

［5］ 張清峰，姜子濤.辣根等十字花科蔬菜中硫甙水解產(chǎn)物異硫氰酸酯的生物活性［J］食品研究與開發(fā)，2005.26(3):83－87

［6］ Jain M G，Hislop G T，Howe G R，et al.Plant food，antioxi dants，and prostate cancer risk:findings from case cpmtrp;stidoes om Canada［J］.Nutr Cancer，1999，34:173 － 174

［7］ Conhen J H，Kristal A R，Stanford J L.Fruit and vegetaleientakes and protate cancer risk［J］.J Natl Cancer Inst，2000，92:61 －68.

［8］ Michaud D S，Spiegelman D，Clinton S K，et al.Fruit and vegetable intake of bladder cancer in a male prospective cohort［J］.J Natl Cancer Inst，1999，91:605 － 613.

［9］ Delaquis P J，azza G.Antimicrobial properties of iso-thiocyanates in food preservation［J］ Food Techology，1995，49:73－79

［10］ Tawfiq N，Heaney R k，Plumber J A，et al.Dietary glucosinolates as bloking agents against carcinogenesis:glucosinolates breakdown products assessed by induction of quinine reductase activity in murine hepalclc7 cells［J］.Carcinogenesis，1995，16:1 191 －1 194.

［11］ JIANG Zitao，LI Rong，YU J C.Pungent components fromthioglucosides in Armoracia rusticana grown in China，obtained by enzymatic hydrolysis［J］.Food Technol Biotechnol，2006，44(1):41－45.

［12］ SHEN L Q，SU G Y，WANG X Y.Endogenous and exogenousenzymolysis ofvegetable-sourced glucosinolates and in uencing factors［J］.Food Chemistry，2009，8(3):1－2.

［13］ 張清峰，姜子濤，張云華.辣根中異硫氰酸酯的水解穩(wěn)定性研究［J］.食品科學(xué)，2005.26(11);125－127

［14］ Lüthy B，Matile P H.The mustard oil bomb:rectified analysis of the subcellular organization of the myrosinase system［J］.Biochem Physiol Pflanz，1984，179:5 －12.

［15］ Grob K，Matile P H.Compartmentation of ascorbic acid in vacuoles of horseradish root cells.Note on vacular peroxidase［J］.Zeitschrift für Pflanzenphysiologie，1980，98(3):235－243.

［16］ 趙艷，蔣予箭.采摘后蘆筍中γ-氨基丁酸生物合成影響因素的初步研究［J］.食品研究與開發(fā)，2007，9(28):14－17

［17］ 甘莉，金良，鄒國玲.氯化鈀法測定硫代葡萄糖甙含量的最佳測定條件探討［J］，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1999，18(6);592－595

［18］ 陳虹霞，王成章，葉建中，等.辣根硫甙葡萄糖水解工藝比較及其水解產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)鑒定［J］.林業(yè)化學(xué)與工業(yè).2009，29(2);100－104

［19］ 田云霞，戴邵軍，陳學(xué)思，等.機(jī)械損傷對擬南芥蓮座葉芥子油含量和組成的影響［J］.生態(tài)學(xué)報，2009.29(4);1647－1654

［20］ Bones A M，Rossiter J T.The myrosinase-glucosinolate system，its organization and biochemistry［J］.Physiologia Plantarum，1996，97:204－205.

［21］ SHEN L Q，SU G Y，WANG X Y.Endogenous and exogenous enzymolysis of vegetable-sourced glucosinolates and in uencing factors［J］.Food Chemistry，2009，8(3):1－2.

［22］ 丁艷，曹蓉等，油菜籽餅粕中硫苷的酶解條件優(yōu)化及降解產(chǎn)物分析［J］中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，47(2);383 －393

［23］ 王向陽，周蓉.西蘭花中提取的蘿卜硫苷的穩(wěn)定性的研究［J］食品科技，2009，12(34);250－252

［24］ Pan S Y，Hydamaka A，Kuo A.Horseradish flavor formation optimization［J］.Transactions of the CSAE，2003，19(5):141－145.

［25］ Macleod A J，Rossiter J T.Non-enzymic degradation of 2-hydroxybut-3-enylglucosinolate(progoitrin)［J］.Phytochemistry，1986，25:855 －858.

［26］ Oerlemans K，Barrett D M.Thermal degradation of glucosinolates in red cabbage［J］.Food Chemistry，2006，95:19－29

［27］ Bones A M，Rossiter J T.The enzymic and chemically induced decomposition of glucosinolates［J］.Phytochemistry，2006，67:1 053－1 067.