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微酸性電解水對苦蕎芽活性成分及抗氧化能力的影響

2018-02-09 00:57:00鄭晨曦郝建雄宋曙輝江正強劉海杰
食品科學 2018年4期
關鍵詞:苦蕎黃酮能力

鄭晨曦,郝建雄,宋曙輝,江正強,劉海杰,*

(1.北京食品營養與人類健康高精尖創新中心,北京 100083;2.中國農業大學食品科學與營養工程學院,北京 100083;3.河北科技大學生物科學與工程學院,河北 石家莊 050018;4.北京市農林科學院蔬菜研究中心,北京 100081)

蕎麥為蓼科蕎麥屬(Fagopyrum Mill.)一年生雙子葉植物,主要包括普通蕎麥(Fagopyrum esculentum Moench)和韃靼蕎麥(F. tartaricum Gaertn)兩種,在我國分別又稱甜蕎和苦蕎。蕎麥不僅有含量很高的蛋白質、脂肪、維生素和微量元素等基本營養元素,還含大量的多酚類物質。多酚類化合物是苦蕎籽粒中最重要的功能因子之一,在植物體內起到抗氧化損傷的作用。苦蕎黃酮是一類多酚類化合物,主要包括蘆丁、槲皮素、山柰酚等天然化合物。其中,蘆丁占苦蕎總黃酮含量的70%~90%,其具有抗感染、抗突變、抗腫瘤、平滑松弛肌肉、維持血管張力等的作用,是蕎麥發揮抗氧化作用的主要功能成分之一,具有很高的藥用價值[1]。

微酸性電解水(slightly acidic electrolyzed water,SAEW)在指無隔膜的電解裝置中電解稀鹽酸溶液,獲得的pH值(5.0~6.5)、氧化還原電位(oxidationreduction potential,ORP)在800 mV左右,有效氯質量濃度(available chlorine concentration,ACC)為10~30 mg/L 的功能水[2]。SAEW具有成本低廉、pH值適中、對人體無危害,對物體幾乎沒有腐蝕性等優點。相比較強酸性電解水具有更穩定的物理化學性質,遮光密閉環境下放置40 d,ACC仍為初始值的78%[3]。

大量研究表明,萌發可以改善谷物、豆類的食用品質,提高其營養價值[4-7]。萌發的蕎麥具有更高質量的蛋白質及更加合理的氨基酸組成,同時其體內的酚、酮等活性物質含量也有所增加[8]。有研究表明,SAEW對于許多種類芽苗菜活性物質含量都表現出了促進及提升作用[9-11],但其對于苦蕎萌發的影響卻缺少系統的研究。苦蕎適于在pH 5.0~6.0的微酸性環境下生長[12],SAEW的pH值范圍恰好適宜苦蕎的生長。本研究以苦蕎種子為原料,采用不同ACC的SAEW進行培育,生產苦蕎芽,旨在找出可提高苦蕎活性物質含量,增強其抗氧化能力的適宜條件和SAEW指標范圍,為擴大苦蕎及其相關產品應用提供新的途徑。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

苦蕎種子購自太谷縣晉農瓜菜種子服務部; HCl(食品級) 北京化學試劑公司;甲醇(色譜純)美國Fisher Scientific公司;蘆丁、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)、水溶性VE(Trolox)(均為分析純) 美國Sigma公司;2,4,6-三吡啶基三嗪(2,4,6-triphenyl-2H-tetrazolium, chloride,TPTZ,分析純) 南京都萊生物技術有限公司;2,2′-聯氨-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(2,2′-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid),ABTS,分析純) 東京化成工業株式會社。

1.2 儀器與設備

SAEW發生裝置,由本實驗室自行研制;RC-3F高濃度有效氯測定儀 日本KRK笠原理化公司;WS 150 III恒溫恒濕培養箱 上海樹立儀器儀表有限公司;LGJ-18真空冷凍干燥機 北京四環科學儀器廠;UV-1600紫外-可見分光光度計 日本島津公司。

1.3 方法

1.3.1 SAEW的制備

為研究不同ACC的SAEW對苦蕎芽活性成分含量的影響,分別制備了pH 5.5,ACC為10、20、30、40、50、60 mg/L的SAEW,并以自來水處理組作為對照。不同ACC的SAEW通過在無隔膜的電解槽中電解HCl溶液并調整電解液濃度及電解時間制得。

1.3.2 苦蕎芽生產方法

首先將苦蕎籽粒用12 目篩網篩理,去除雜物及土塊,選取無蟲蛀飽滿籽粒;洗去種子表面的塵土;加以超過種子體積3 倍的處理用水,于25 ℃浸泡24 h;將浸泡后的蕎麥籽粒均勻地攤于發芽盒中,加入適量的處理用水,溫度25 ℃,相對濕度80%的恒溫恒濕培養箱中黑暗培養;發芽7 d采收,凍干磨粉,過40 目篩備用。

1.3.3 苦蕎芽總酚[13]、總黃酮[14]的測定

樣品的提取:稱取(0.200 0±0.000 5)g 樣品凍干粉,加入5 mL 70%甲醇溶液,60 ℃超聲30 min,提取2 次,8 000 r/min離心10 min,過濾備用。

總酚測定:根據福林-酚比色法,取100 μL樣品,加入Foline-Phenol試劑1.0 mL,7.5% Na2CO3溶液 1.0 mL,用蒸餾水定容至10 mL,室溫條件下靜置 30 min,765 nm波長處測定吸光度,同時做空白。以沒食子酸標準品繪制標準曲線,結果以每毫升溶液中沒食子酸當量(gallic acid equivalents,GAE)表示測定樣品(干物質,下同)中總酚含量。

總黃酮測定:取200 μL樣品,加入0.1 mol/L的AlCl3溶液2.0 mL,1 mol/L CH3COOK溶液3.0 mL,用70%的甲醇溶液定容至10 mL,室溫條件下靜置 30 min,4 000 r/min離心10 min,420 nm波長處測定吸光度,同時做空白。以蘆丁標準品繪制標準曲線,總黃酮含量以蘆丁質量計。

1.3.4 苦蕎芽蘆丁含量的測定[15]

樣品的提取:稱取(0.500 0±0.000 5)g樣品凍干粉,加入10 mL 70%的乙醇溶液,超聲提取45 min,3 000 r/min離心5 min,取上清液10 000 r/min離心15 min。

液相色譜條件:反相 C-18 分離柱(Inertsil ODS-3(250 mm×4.6 mm,5 μm));流動相A:乙腈-甲醇-水-四氫呋喃(19∶5∶76∶1,V/V),pH 3.0;流動相 B:乙腈-甲醇-水(55∶15∶30,V/V),pH 3.0;波長:360 nm;柱溫:20 ℃;流速:1.0 mL/min;進樣量:10 μL。

1.3.5 苦蕎芽苯丙氨酸解氨酶(phenylalanine ammonialyase,PAL)比活力的測定

1.3.5.1 總可溶性蛋白質含量測定

采用二喹啉甲酸法測定總可溶性蛋白。取0.1 mL粗酶液,加入的二喹啉甲酸-Cu試劑(50∶1),37 ℃反應30 min后,以空白管為對照,測定562 nm波長處的吸光度。結果以牛血清蛋白作為標準物質,計算苦蕎芽中所含可溶性蛋白質的含量。在測得苦蕎芽可溶性蛋白含量的基礎上,PAL比活力的表達均基于蛋白質含量,即每毫克蛋白質所具有的酶活力單位數。

1.3.5.2 PAL比活力測定

按組織-提取液1∶9(g/mL)加提取液冰浴勻漿,10 000 r/min離心10 min。取上清液待測。取80 L粗酶液,加入1 480 L緩沖液和400 L底物液,用旋渦混勻器充分混勻,置于30 ℃恒溫水浴30 min后加入80 L終止液,混勻,室溫放置10 min,雙蒸水調零,以空白管為對照,于波長290 nm處比色。以每毫克組織蛋白在每毫升反應體系中每分鐘使290 nm波長處吸光度變化0.1為1 個酶活力單位。

1.3.6 苦蕎芽抗氧化性的測定[16]

1.3.6.1 總還原力的測定

采用FRAP法。具體方法:取0.1 mL苦蕎芽提取稀釋液加0.3 mL蒸餾水,加入3 mL預熱至37 ℃的FRAP工作液(需現用現配),搖勻后避光反應30 min,于593 nm波長處測其吸光度,以蒸餾水代替樣品加入FRAP工作液作為空白。以Trolox作標準曲線,結果以每克苦蕎芽中所含Trolox當量表示(μmol TE/g)。

1.3.6.2 對DPPH自由基清除能力的測定[17]

在試管中依次加入 0.2 mL苦蕎芽提取稀釋液和4.8 mL 1.0×10-4mol/L DPPH甲醇溶液,總體積為5.0 mL,混勻后避光反應30 min,于517 nm波長處測定吸光度,記為Ai;加入0.2 mL苦蕎芽提取稀釋液和4.8 mL 甲醇,測定吸光度記為Aj;加入0.2 mL甲醇和4.8 mL 1.0×10-4mol/L DPPH乙醇溶液,測定吸光度記為A0。按下列公式計算提取液對DPPH自由基的清除率。以Trolox作標準曲線,結果以每克苦蕎芽中所含Trolox當量表示(μmol TE/g)。

1.3.6.3 對ABTS+·清除能力測定[18]

加0.2 mL苦蕎芽提取稀釋液于9.8 mL ABTS混合液(需現用現配)中,室溫條件下避光30 min后在734 nm波長處測定吸光度,以甲醇做空白。用Trolox作標準品,結果以每克苦蕎芽中所含Trolox當量表示(μmol TE/g)。

1.4 統計分析

每個實驗獨立重復3 次,結果以平行測定所得的±s表示。用SPSS軟件進行數據處理,顯著性水平為P<0.05。

2 結果與分析

2.1 SAEW處理對苦蕎芽總酚、總黃酮和蘆丁含量的影響

圖1 SAEW對苦蕎芽總酚含量的影響Fig. 1 Effect of SAEW on total phenol content in tartary buckwheat sprouts

如圖1所示,苦蕎經過發芽,其總酚含量顯著增加。與自來水對照組相比,SAEW普遍促進苦蕎芽總酚的積累。ACC在10、20、30 mg/L的SAEW處理組總酚含量分別為(2 390.41±17.70)、(2 647.57±15.11)、(2 526.04±26.58) mg GAE/100 g,較自來水對照組分別提升了16.19%、28.69%和22.78%。可見此ACC范圍的SAEW較適宜苦蕎芽總酚含量的積累。

圖2 SAEW對苦蕎芽總黃酮含量的影響Fig. 2 Effect of SAEW on total flavonoid content in tartary buckwheat sprouts

如圖2所示,ACC在20 mg/L的SAEW處理組總黃酮含量較自來水對照組提升了26.19%,為(3 741.13±45.42) mg/100 g,為各處理組中較適宜苦蕎芽總黃酮積累的處理用水。

如圖3所示,蘆丁標準品在高效液相色譜測定中的保留時間為10.406 min(圖3a)。苦蕎樣品中蘆丁保留時間為(10.280±0.140) min(圖3b~d),重復性良好。樣品蘆丁物質峰形對稱尖銳,無拖尾重疊,洗脫效果良好。

圖3 蘆丁高效液相色譜圖譜Fig. 3 HPLC chromatograms of rutin standard, and rutin in tatary buckwheat seeds, control sprouts and SAEW-treated spouts

圖4 不同處理液對苦蕎芽蘆丁含量的影響Fig. 4 Effect of SAEW on rutin content in tartary buckwheat sprouts

如圖4所示,苦蕎經過發芽,其蘆丁含量顯著提升。與自來水對照組相比,SAEW普遍促進苦蕎芽蘆丁含量的提升。ACC為10、20、30 mg/L的SAEW處理組蘆丁含量較自來水對照組分別提升了19.75%、29.08%和24.27%,ACC為20 mg/L的SAEW處理苦蕎萌發,對其體內蘆丁含量的積累效果最佳。

電解水中有效氯的存在形式隨pH值的變化而不同,pH值小于3時,有效氯主要以Cl2的形式存在,當pH值介于4~6之間,有效氯主要以HOCl分子的形式存在,當pH值大于7時,有效氯主要以OCl-形式存在,SAEW所處的pH值范圍恰為有效氯以HOCl分子為主的范圍[19]。HOCl是一種小分子,可以自由通過細胞膜[20],基礎水平的HOCl在機體防御系統中起重要作用,然而高濃度的HOCl會引起機體組織細胞的氧化傷害,植物體通過機體氧化應激產生更多的酚類物質以抵御環境中活性氧對機體的損傷,因而適宜質量濃度的有效氯可以促進植物體酚類物質的積累[21]。

SAEW不僅含有有效氯成分,還含有·OH等活性氧成分。電子自旋儀測試結果顯示,SAEW比強酸性電解水含有更多的·OH[22]。植物體在外界環境刺激下產生更多的酚、酮等抗氧化劑,以清除由于應激反應而產生的過多的活性氧,這些產生的抗氧化劑既可以直接還原活性氧,又可以作為酶的底物在活性氧清除中發揮作用[9]。

張春玲[23]用SAEW對蕎麥進行發芽處理,發現蕎麥芽蘆丁含量顯著高于自來水浸種噴淋的對照組。Hao Jianxiong等[2]研究了SAEW處理對蕎麥發芽過程中蘆丁含量的影響,發現SAEW可以顯著提升萌發蕎麥的蘆丁含量,發芽第8天SAEW處理組蕎麥芽蘆丁含量為(739.9±24.7) mg/100 g,相較對照組提升了28.97%。

2.2 SAEW處理對苦蕎芽PAL比活力的影響

圖5 萌發苦蕎PAL比活力與總黃酮含量的關系Fig. 5 Relationship between PAL activity and total flavonoid content during tartary buckwheat germination

為探討PAL比活力與總黃酮形成的關系,對蕎麥萌發過程中PAL比活力變化與總黃酮含量變化進行了分析。從圖5可以看出,苦蕎萌發后其PAL比活力隨萌發時間的延長而增大,在第4天時達到最大值,為(13.11±0.24) U/mg pro,第5天比活力開始降低。SAEW處理蕎麥萌發的PAL比活力在各時期均高于對照組。SAEW可能由于其具有一定的氧化性,使苦蕎芽生長過程中產生氧化應激,從而影響了蕎麥籽粒萌發過程中代謝途徑[2]。在萌發初期,PAL比活力略有提升,總黃酮含量變化不大。萌發第3天苦蕎的PAL比活力達到較高水平,在第4天時達到最大,此時苦蕎總黃酮含量迅速積累;發芽第5 天后,PAL比活力逐漸下降,總黃酮含量趨于穩定,在第7天達最大值。

PAL是黃酮和酚類物質合成途徑的關鍵酶,它可以催化L-苯丙氨酸脫氨產生反式肉桂酸。反式肉桂酸通過進一步的苯丙烷類代謝途徑產生香豆酸、阿魏酸、芥子酸等,再進一步轉化為香豆素、綠原酸、輔酶A酯等,最終被轉化為黃酮、木質素等其他次生代謝產物[24]。PAL是催化苯丙烷類代謝途徑第一步反應的酶,也是這個途徑的關鍵酶和限速酶,對植物有非常重要的生理意義[25]。

張美莉[26]測定了蕎麥萌發84 h內PAL比活力變化規律,結果表明,苦蕎萌發初期PAL比活力變化不大,總黃酮含量先較穩定然后略有下降;隨后PAL比活力迅速上升,而苦蕎總黃酮含量在萌發36 h后迅速上升;在實驗的萌發時間范圍內,總黃酮含量尚未達到最大值,苦蕎芽生長過程中總黃酮含量變化速度與PAL比活力變化呈正相關。唐宇等[27]的研究顯示,蕎麥在萌發早期,PAL比活力較低,隨著芽菜生長,酶比活力不斷增高,達到高峰后又逐漸下降。萌發初期蕎麥中總黃酮含量隨著PAL比活力的增強逐步增加;在酶比活力達到最大值時總黃酮含量以較快速度持續增加;6 d以后PAL比活力降至較低時總黃酮含量的增加趨于平緩;在8 d以后總黃酮的含量開始下降,此時酶比活力降至極低值。表明蕎麥中總黃酮含量與PAL比活力的變化呈現一定的規律性。

2.3 SAEW處理對苦蕎芽抗氧化能力的影響

2.3.1 SAEW處理對苦蕎芽總還原力的影響

圖6 SAEW處理對苦蕎芽總還原力的影響Fig. 6 Effect of SAEW on reducing power of tartary buckwheat sprouts

如圖6所示,苦蕎發芽后總還原力顯著提升,生長第7天的苦蕎芽,總還原力相較未發芽的苦蕎籽粒提升了427.88%,可見苦蕎萌發可顯著增強苦蕎抗氧化能力。SAEW處理發芽的苦蕎芽總還原力較對照組均有著大幅度提升,pH 5.5 ACC為20 mg/L SAEW處理組相比對照組總還原力提升了51.55%,為(416.00±6.53) μmol TE/L。

2.3.2 SAEW處理對苦蕎芽DPPH自由基清除能力的影響

圖7 SAEW處理對苦蕎芽DPPH自由基清除能力的影響Fig. 7 Effect of SAEW on DPPH radical scavenging activity of tartary buckwheat sprouts

如圖7所示,苦蕎發芽后DPPH自由基清除能力相比苦蕎籽粒提升了131.51%。各個處理組與對照組相比,DPPH自由基清除能力都顯著升高,其中pH 5.5 ACC為20 mg/L的SAEW處理組清除能力最高,為(448.31±11.57) μmol TE/L,相比對照組DPPH自由基清除能力提升了28.40%。

2.3.3 SAEW處理對苦蕎芽ABTS+·清除能力的影響

圖8 SAEW處理對苦蕎芽ABTS+·清除能力的影響Fig. 8 Effect of SAEW on ABTS+· scavenging activity of tartary buckwheat sprouts

如圖8所示,苦蕎發芽后ABTS+·清除能力與未發芽苦蕎籽粒相比提升了168.24%。各處理組與對照組相比ABTS+·清除能力都顯著升高(P<0.05),pH 5.5 ACC為20 mg/L的SAEW處理組ABTS+·清除能力最高,為(593.31±17.42)μmol TE/L,相比對照組提升了39.77%。

2.3.4 苦蕎芽抗氧化能力與抗氧化物質含量的相關性

以苦蕎芽總酚、總黃酮和蘆丁的含量測定結果及不同方法測得的抗氧化能力結果作了相關性分析,結果如表1所示。由此可知,苦蕎芽中的總酚、總黃酮及蘆丁含量與不同方法測得的抗氧化能力均呈顯著相關(P<0.01)。

抗氧化活性是酚類化合物的最重要的生物活性,酚類物質的抗氧化活性及自由基清除能力是由其分子結構,特別是環結構上羥基化的位置和程度決定的,酚羥基與氧自由基反應,形成共振穩定的半醌式自由基而中斷鏈式反應[28]。

表1 苦蕎芽抗氧化能力與抗氧化物質含量的相關性Table1 Correlation coefficients between antioxidant capacity and bioactive components of tartary buckwheat sprouts

張冬晨[11]用電生功能水處理甜蕎萌發7 d,發現處理組的總還原力和DPPH自由基清除能力均高于自來水對照組,總酚含量和抗氧化性之間呈正相關。Liu Haiying等[29]研究了68 種植物提取物,其總酚含量與抗氧化活力之間的關系呈顯著正相關(R2=0.946 7)。Pyo等[30]研究表明多種蔬菜和水果中總酚含量與其清除DPPH自由基之間呈顯著相關。本實驗研究結果也表明苦蕎芽提取物抗氧化活力與其體內的酚類物質含量呈顯著正相關。

3 結 論

苦蕎萌發后,體內活性成分含量有所提升。SAEW處理組苦蕎芽總酚、總黃酮及蘆丁含量相比對照組均顯著增加,以pH 5.5 ACC為20 mg/L的SAEW對苦蕎芽體內抗氧化活性成分的提升最顯著,總酚、總黃酮和蘆丁含量相較對照組分別提升了28.69%、26.19%和29.08%。苦蕎芽提取液的抗氧化能力與其體內的總酚、總黃酮及蘆丁含量均呈顯著正相關,經SAEW處理發芽的苦蕎芽,總還原力及對DPPH自由基、ABTS+·的清除能力均有不同程度的提升,pH 5.5 ACC為20 mg/L的SAEW處理組苦蕎芽提取物的抗氧化能力最強。

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