富硒紫色馬鈴薯多酚類組成及主要微量元素分析

姚蘭，雷燦，艾訓(xùn)儒，*（1.湖北民族學(xué)院湖北省生物資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北恩施445000；2.湖北民族學(xué)院林學(xué)園藝學(xué)院，湖北恩施445000）

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富硒紫色馬鈴薯多酚類組成及主要微量元素分析

姚蘭1，2，雷燦1，2，艾訓(xùn)儒1，2，*
（1.湖北民族學(xué)院湖北省生物資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北恩施445000；2.湖北民族學(xué)院林學(xué)園藝學(xué)院，湖北恩施445000）

摘要：研究紫色馬鈴薯的總多酚主要組分和快速定量檢測(cè)方法，紫色馬鈴薯的總多酚主要包括綠原酸、花青素和咖啡酸，其中除花青素以外的總多酚可以采用綠原酸為對(duì)照品在325nm處直接測(cè)定，方法簡(jiǎn)單易行，準(zhǔn)確度高，回收率在97.67%～103.15%；并針對(duì)硒元素對(duì)紫色馬鈴薯酚類化合物如綠原酸、咖啡酸和花青素的代謝積累進(jìn)行研究，結(jié)果表明，硒元素顯著的促進(jìn)了紫色馬鈴薯的綠原酸、咖啡酸和花青素以及有益微量元素有機(jī)硒元、鋅和鐵的積累；因此富硒紫色馬鈴薯是一種更好的功能食品。

關(guān)鍵詞：紫色馬鈴薯；多酚類；硒；鋅；鐵

作為一種重要的功能食品，酚類化合物是馬鈴薯的主要功能成分，紫色馬鈴薯塊莖中的花青素是紫色馬鈴薯的特征性功能成分［1］?；ㄇ嗨鼐哂锌寡趸?-4］、抗腫瘤［5］和保護(hù)肝臟［6］等方面的功效，易被人體吸收［7］，與普通馬鈴薯相比，紫色馬鈴薯更具保健價(jià)值。目前，在歐洲、北美和很多東南亞國(guó)家，紫色馬鈴薯被廣泛食用。

硒是一種微量元素，是硒蛋白和很多重要酶類如GSH-Px和脫氫酶的組成成分。硒元素有抗氧化［8］、抗癌［9］、提高免疫力［10］以及抗HIV病毒［11］等生理功能。硒元素的生物活性有賴于其化學(xué)形式，與無機(jī)硒相比有機(jī)硒如硒代蛋氨酸和甲基化硒代半胱氨酸顯示出了更強(qiáng)的抗癌活性［12］。許多植物具有吸收轉(zhuǎn)化無機(jī)硒為有機(jī)硒的能力［13］，那么耐硒植物也就能被用作硒強(qiáng)化劑。事實(shí)上，富硒食品的保健價(jià)值還取決于硒元素能促進(jìn)植物體內(nèi)很多活性物質(zhì)的合成與積累［14］。據(jù)有關(guān)研究表明，硒元素可以促進(jìn)馬鈴薯內(nèi)碳水化合物、有機(jī)硒、總氨基酸的積累，提高馬鈴薯的抗氧化能力和光合作用能力［15-19］。不過目前，尚未見富硒的紫色馬鈴薯研究報(bào)道。本文檢測(cè)了硒元素對(duì)紫色馬鈴薯塊莖生長(zhǎng)、酚類物質(zhì)和花青素合成兩方面的影響作用。

1　材料和方法

1.1試劑和儀器

PS-40超聲波清洗機(jī)（40kHz，240 W）：深圳潔泰超聲洗凈設(shè)備有限公司；UV-752紫外可見分光光度計(jì)：上海佑科儀器儀表有限公司；STI501高效液相色譜儀：杭州賽智科技有限公司，包括N2000色譜工作站，STI501泵，STI501紫外檢測(cè)器以及C18硅膠色譜柱（4.6 mm×250 mm，江蘇漢邦科技有限公司）。

1.2富硒栽培

栽培基質(zhì)：粉碎的珍珠巖過40目篩，用純水洗凈再烘干。

硒-MS培養(yǎng)液：將亞硒酸鈉添加于MS無機(jī)培養(yǎng)液中，設(shè)置0、10、20、30、40、50 mg/kg 6個(gè)硒濃度梯度；按0.15 kg硒-MS培養(yǎng)液/1.0 kg干燥珍珠巖粉末混勻配制成富硒基質(zhì)。種薯栽種于富硒基質(zhì)內(nèi)，置于室外，加蓋玻璃罩防雨，施加蒸餾水保濕。經(jīng)151 d生長(zhǎng)期后收獲塊莖，洗凈稱重，用于檢測(cè)分析。

1.3多酚類物質(zhì)和微量元素的分析檢測(cè)

主要酚類物質(zhì)的分離和鑒定：取紫色馬鈴薯塊莖稱重切片，用50%乙醇研磨，再經(jīng)超聲提取0.5 h后離心取上清液得到粗提物。將粗提物置于190 nm～1 100nm范圍內(nèi)紫外掃描，對(duì)多酚類物質(zhì)進(jìn)行初步檢測(cè)（圖1），主吸收峰在325.5 nm和535.5 nm處，表明粗提物中的多酚類物質(zhì)可能是花青素、綠原酸或其衍生物。

用乙酸乙酯萃取去除花青素的紫外吸收干擾，再在190 nm～1 100 nm范圍內(nèi)紫外掃描，主吸收峰在325.5 nm處（圖2）。以液相色譜分離多酚，乙腈為流動(dòng)相A（1.0%醋酸為流動(dòng)相B），按0～18 min 15%～60%，18 min～20 min 60%～100%，柱溫25℃，進(jìn)樣20 μL，流速1.0 mL/min，檢測(cè)波長(zhǎng)為325 nm，以綠原酸和咖啡酸標(biāo)準(zhǔn)品作對(duì)照，對(duì)分離的單一組分進(jìn)行鑒定。

總酚類物質(zhì)的定量分析：以綠原酸為檢測(cè)總酚類物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)品。將綠原酸溶于50%乙醇中，在325 nm檢測(cè)波長(zhǎng)下，以1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00、7.00、8.00、9.00、10.00 μg/mL為濃度梯度獲得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程。紫色馬鈴薯塊莖50%乙醇提取物中多酚的檢測(cè)采用分光光度法在325 nm處直接測(cè)定，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)方程計(jì)算多酚類的含量。

花青素的定量分析參照文獻(xiàn)報(bào)道的方法進(jìn)行［1］。

微量元素檢測(cè)分析：取新鮮紫色馬鈴薯塊莖切片，經(jīng)60℃真空干燥后打粉，粉末過40目篩，稱取500 g干燥粉末送湖北省農(nóng)科院質(zhì)檢所分析硒元素、鋅元素和鐵元素含量。

2　結(jié)果

2.1紫色馬鈴薯內(nèi)主要酚類物質(zhì)：綠原酸、花青素、咖啡酸

溶于70%乙醇的紫色馬鈴薯塊莖粗提物經(jīng)紫外掃描后，主吸收峰出現(xiàn)在325.5 nm和535 nm（圖1）。325.5 nm可能為綠原酸或咖啡酸的吸收峰，535.5 nm為花青素的特征吸收峰。

圖1　紫色馬鈴薯50%乙醇提取物全波長(zhǎng)掃描光譜Fig.1 UV-visible spectra of 50%ethanol extract of purple potato tubers

將提取液用乙酸乙酯萃取去除花青素和黃酮類化合物之后再進(jìn)行全波長(zhǎng)掃描，其主要吸收峰仍舊在325.5 nm處（圖2），這表明總多酚中主要組分可能是綠原酸。

圖2　紫色馬鈴薯50%乙醇提取物取出花青素后全波長(zhǎng)掃描光譜Fig.2 UV-visible spectra of purple potato extract by 50%ethanol and ethyl acetate

乙酸乙酯萃取后的粗提物在325 nm處經(jīng)高效液相色譜儀分離，以綠原酸和咖啡酸作對(duì)照，其主要組分為綠原酸，其次是少量的咖啡酸（圖3）。由此可知，紫色馬鈴薯的主要多酚類成分為綠原酸和咖啡酸。

2.2紫色馬鈴薯的多酚類可以直接定量分析

以綠原酸為標(biāo)準(zhǔn)品制作標(biāo)準(zhǔn)曲線方程：Y=0.7623X+ 0.0459，R2=0.9998，Y是吸光度，X是綠原酸濃度（μg/mL）在綠原酸標(biāo)準(zhǔn)曲線的基礎(chǔ)上，以紫色馬鈴薯塊莖的50%乙醇提取液作為直接測(cè)定的溶液。如表1所示，加標(biāo)回收率97.76%～103.15%，精密度和準(zhǔn)確度（intra-和inter-run）分別是0.49%～0.75%，1.17%～1.32% 和98.1%～97.3%，91.71%～95.33%，表明此檢測(cè)方法對(duì)總酚類的量化檢測(cè)是準(zhǔn)確適宜的。本文以此方法定量分析紫色馬鈴薯的總多酚含量。

圖3　紫色馬鈴薯50%乙醇提取液去除花青素后HPLC分離（檢測(cè)波長(zhǎng)325nm，A=綠原酸；B=咖啡酸）Fig.3 HPLC separation of purple potato extract with 50%ethanol and ethyl acetate

表1　紫色馬鈴薯總多酚分析方法的回收率、精確度和準(zhǔn)確度Table 1 Recovery，precision and accuracy analysis on total phenolics

2.3硒元素提高花青素、綠原酸及總多酚的含量

圖4　硒元素對(duì)紫色馬鈴薯塊莖多酚類物質(zhì)積累的促進(jìn)作用Fig.4 Concentrations of phneolics of purple potato tubers from different selenium cultivation

從圖4可以看出，硒元素顯著地促進(jìn)了紫色馬鈴薯塊莖總酚類物質(zhì)（P=0.016）和綠原酸、咖啡酸、以及花青素（P＜0.05）的積累，其中，硒元素對(duì)綠原酸積累的促進(jìn)作用最為明顯，這種促進(jìn)作用在硒濃度為20 mg/kg處達(dá)到最大。該研究結(jié)果跟我們前期報(bào)道的結(jié)果相一致［14］。

2.4低濃度的硒元素促進(jìn)有益微量元素的吸收

圖5　紫色馬鈴薯塊莖的微量元素分析Fig.5 Trace minerals of purple potato tubers from different selenium cultivation

如圖5所示，在0～50 mg/kg的硒濃度范圍內(nèi)，紫色馬鈴薯塊莖的硒元素積累與栽培基質(zhì)的硒濃度呈現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)性，這表明紫色馬鈴薯具有很強(qiáng)的耐硒能力，也是一種很好的富硒食品；在較低的硒濃度范圍內(nèi)（5 mg/kg～20 mg/kg），鐵元素與硒元素的積累呈現(xiàn)正相關(guān)，但是20 mg/kg之后，鐵元素開始有所下降，說明，高濃度的硒元素對(duì)鐵的吸收有一定的抑制作用；在5 mg/kg～30 mg/kg的硒濃度范圍內(nèi)，鋅元素的積累呈現(xiàn)出硒元素依賴性，超過30 mg/kg后，鋅元素的積累增加緩慢。

3　討論

3.1紫色馬鈴薯塊莖所含主要酚類的組成與含量

據(jù)報(bào)道［20］，普通馬鈴薯塊莖所含有的酚類化合物包括1-O-咖啡酰奎寧酸，3-O-咖啡?？鼘幩?，5-O-咖啡?？鼘幩幔ňG原酸）。在本試驗(yàn)中，紫色馬鈴薯塊莖粗提物中去除花青素之后所含的酚類物質(zhì)經(jīng)液相色譜分析鑒定，主要為綠原酸和咖啡酸。以綠原酸為標(biāo)準(zhǔn)品，在325 nm處，可對(duì)粗提物中的酚類組分直接量化檢測(cè)。

有研究報(bào)道［21］，在普通馬鈴薯的塊莖中，綠原酸是主要的多酚類成分，普通馬鈴薯塊莖的總多酚可以以綠原酸為標(biāo)準(zhǔn)品采用分光光度法直接測(cè)定。在本文中，去除花青素之后的紫色馬鈴薯塊莖的總多分提取物的主要多酚類成分是綠原酸和咖啡酸，以綠原酸為主，采用綠原酸做標(biāo)準(zhǔn)品可以準(zhǔn)確地測(cè)定總多酚的含量。多酚類物質(zhì)易被人體吸收，綠原酸可抗癌［22］，保護(hù)神經(jīng)［23］；咖啡酸有抗神經(jīng)毒素［24］和抗病毒［25］等功效；花青素是一種抗氧化活性極強(qiáng)的水溶性多酚類，在人體內(nèi)吸收效率高［7］，具有抗癌保肝等功效［2-6］，因此，與普通馬鈴薯相比，紫色馬鈴薯含有更多的功能性成分，是一種良好的功能食品。近些年來，我國(guó)紫色馬鈴薯日益受到消費(fèi)者的青睞和食品界的重視，紫色馬鈴薯的種植面積也逐漸擴(kuò)大。

3.2硒元素增加紫色馬鈴薯塊莖中多酚類物質(zhì)含量

本試驗(yàn)中，硒元素對(duì)塊莖總酚類、花青素和綠原酸、咖啡酸的積累都有顯著的促進(jìn)作用，這種促進(jìn)效應(yīng)在0～20 mg/kg硒濃度范圍內(nèi)呈現(xiàn)正相關(guān)。但是在20 mg/kg之后，多酚類物質(zhì)的積累不再上升，因此在紫色馬鈴薯的生產(chǎn)中，需嚴(yán)格控制硒肥的施入量以獲得更多的酚類物質(zhì)。紫色馬鈴薯塊莖以花青素為特征性功能成分，花青素含量越高，其食用價(jià)值越高，因此生產(chǎn)高含量花青素的紫色馬鈴薯是紫色馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。有研究證明，較低的溫度和較高的海拔有利于花青素的積累［26］。高海拔的主要?dú)夂蛱卣鳛榈蜏氐蜔崃亢蛷?qiáng)紫外線，在花青素的代謝途徑中，黃酮類化合物是花青素生物合成的前體，而黃酮類化合物具有抵抗紫外線保護(hù)植物葉片組織的作用。因此紫外線可以顯著促進(jìn)黃酮類化合物的積累［27］，其結(jié)果導(dǎo)致花青素的代謝積累增加；此外，紫外線導(dǎo)致植物體內(nèi)氧化壓力增強(qiáng)［28］，而花青素的主要生理功能之一就是抗氧化作用，這也可能是紫外線導(dǎo)致花青素積累的機(jī)制之一。在我國(guó)紫色馬鈴薯的主產(chǎn)地主要分布在青海和云南兩個(gè)高原地區(qū)，其他地區(qū)也有零星栽培，地栽培地點(diǎn)也是大多分布在高原或高山，這說明低溫和強(qiáng)紫外線是紫色馬鈴薯的花青素代謝積累的關(guān)鍵因素。

在本研究中，硒元素顯著促進(jìn)了紫色馬鈴薯和多酚類和花青素的代謝積累，因此硒元素也成為紫色馬鈴薯花青素積累的另一個(gè)關(guān)鍵因素，其生理機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。

3.3硒元素提高有益微量元素的含量

從圖5可以看出，硒元素顯著地提高了紫色馬鈴薯塊莖的硒含量、鋅含量和鐵含量，這表明在紫色馬鈴薯塊莖內(nèi)，硒元素和鋅、鐵元素之間存在著互相促進(jìn)吸收的作用。大量的科學(xué)研究證明，鋅元素是人體必須的微量元素，對(duì)人體生長(zhǎng)激素的合成和生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要；鐵元素是人體需求量最大的微量元素，缺鐵導(dǎo)致貧血。本研究證明，富硒紫色馬鈴薯含有更多的鋅元素和鐵元素，所以紫色馬鈴薯既是良好的補(bǔ)硒食品，也是補(bǔ)充鋅和鐵的功能食品。

4　結(jié)論

紫色馬鈴薯塊莖內(nèi)所含有的主要酚類物質(zhì)為綠原酸、咖啡酸和花青素。塊莖中的總酚類物質(zhì)以綠原酸為標(biāo)準(zhǔn)品，可以直接在325 nm處直接檢測(cè)含量。硒元素對(duì)塊莖的多酚類的積累有顯著促進(jìn)作用，而且還能夠提高有益微量硒、鋅、鐵的含量，因此富硒紫色馬鈴薯可能作為更具有保健價(jià)值的功能食品。

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Phenolic Compostion and Beneficial Trace Minerals of Selenium Enriched Purple Potatoes

YAO Lan1，2，LEI Can1，2，AI Xun-ru1，2，*
（1. Key Laboratory of Biologic Resources Protection and Utilization of Hubei Province，Enshi 445000，Hubei，China；2. College of Forestry and Horticulture，Hubei Minzu University，Enshi 445000，Hubei，China）

Abstract：In this study，selenium enriched purple potatoes were studied. The results were：the main phenolics of purple potato tubers were chlorogenic acid，caffeic acid and anthocyanins；total phenolics could be quantified bydirectspectraphotographicmethodat325nm，withchlorogenicacidasstandard，recovery 97.67%-103.15%；trace minerals as zinc，iron and selenium and the total phenolics as chlorogenic acid，caffeic acid and anthocyanins were significantiy increased by selenium. In conclusion，selenium enriched purple potatoes could be used as a more valuable functional food.

Key words：purple potato；phenolics；selenium；zinc；iron

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.09.001

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃（旱作農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究與示范，2006BAD29B01）；湖北省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目（D20122901）

作者簡(jiǎn)介：姚蘭（1982—），女（土家），講師，博士，研究方向：農(nóng)業(yè)生態(tài)工程。*通信作者

收稿日期：2015-03-26