不同地區(qū)紫薯的花青素含量與體外抗氧化活性比較

張毅　鈕福祥　孫健　徐飛　朱紅　岳瑞雪

摘要：為研究不同生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)紫薯花青素含量和體外抗氧化活性的影響，分別選取同時(shí)在我國(guó)兩大甘薯主產(chǎn)區(qū)山東省和湖北省種植的8個(gè)紫薯品種（系），測(cè)定其干物率、花青素含量和體外抗氧化能力，通過(guò)多重比較分析品種（系）和地區(qū)之間的差異。結(jié)果表明，2地區(qū)內(nèi)參試樣品間的干物率、花青素含量、總抗氧化能力和清除1，1-二苯基-2-三硝基苯肼 （1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，簡(jiǎn)稱DPPH）自由基能力的差異均較大；山東地區(qū)種植的紫薯品種（系），除龍紫薯4號(hào)外，干物率極顯著低于湖北地區(qū)種植的紫薯品種（系）（P<001）；山東地區(qū)種植的紫薯品種（系），除漯紫薯1號(hào)外，花青素含量顯著或極顯著高于湖北地區(qū)種植的紫薯品種（系）；總抗氧化能力和清除DPPH自由基能力與花青素含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P<001）。

關(guān)鍵詞：紫薯；花青素；抗氧化活性；干物率；多重比較

中圖分類號(hào)： S53101文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）21-0205-03

收稿日期：2017-01-16

基金項(xiàng)目：國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金（編號(hào)：CARS-10-B20）；江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所科研基金（編號(hào)：2015001）。

作者簡(jiǎn)介：張毅（1987—），男，江蘇徐州人，助理研究員，從事紫薯產(chǎn)后加工研究。E-mail：zhangyijsnu@163com。

通信作者：鈕福祥，研究員，主要從事甘薯深加工研究。Tel：（0516）82028150；E-mail：niufuxiang@sinacom。

紫薯（Ipomoea batatas L）屬于璇花科一年生草本植物，富含的花青素具有著色、營(yíng)養(yǎng)和保健等多重功能，是農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)、結(jié)構(gòu)調(diào)整的優(yōu)勢(shì)作物1]。紫薯的塊根和莖葉中均含有花青素，尤其在塊根中的含量非常高，是提取花青素的主要原料。國(guó)內(nèi)一直在開展富含花青素紫薯品種的篩選培育工作，筆者所在研究所目前已經(jīng)篩選出包括徐紫薯3號(hào)、徐紫薯6號(hào)和徐紫薯8號(hào)等數(shù)十個(gè)適合紫薯花青素加工的優(yōu)良品種2-3]。

通過(guò)呼吸進(jìn)入人類體內(nèi)的氧，少部分沒(méi)有燃盡會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚匝?，活性氧可與體內(nèi)的不成對(duì)電子結(jié)合形成自由基。人體內(nèi)的自由基既可以幫助傳遞維持生命的能量，也可被用來(lái)殺滅病菌和寄生蟲，還能參與毒素排出，一定范圍內(nèi)的自由基含量對(duì)人體是有益的。但當(dāng)自由基在體內(nèi)超過(guò)一定量時(shí)，會(huì)造成脂類代謝紊亂，引起蛋白質(zhì)變性和酶失活，致使基因突變和細(xì)胞衰老，誘發(fā)多種慢性疾病。

花青素，以C6-C3-C6作為基本骨架，具有2-苯基-苯并吡喃陽(yáng)離子的典型結(jié)構(gòu)，屬類黃酮化合物。紫薯花青素具有抗氧化活性、抗炎活性、抗腫瘤活性及抑制肥胖等生物學(xué)作用4]，特別是對(duì)自由基及機(jī)體抗氧化防御系統(tǒng)有明顯的生理效應(yīng)。目前關(guān)于環(huán)境對(duì)紫薯花青素含量與體外抗氧化活性影響的研究較少，本研究以8個(gè)紫薯品種（系）為材料，分別在山東泗水和湖北紅安2地種植收獲后，測(cè)定樣品的干物率、花青素含量、總抗氧化能力和清除DPPH自由基能力，分析比較地區(qū)內(nèi)樣品本身的差異和地區(qū)間的差異，以期為紫薯的育種、加工及綜合利用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

11試驗(yàn)材料

以8個(gè)紫薯品種（系）（南紫薯018、綿紫薯9號(hào)、濟(jì)10216、濟(jì)10270、煙紫薯3號(hào)、阜紫薯1號(hào)、漯紫薯1號(hào)、龍紫薯4號(hào)）為試驗(yàn)材料。

收獲后的紫薯儲(chǔ)存于14～16 ℃的甘薯庫(kù)，1周內(nèi)所有樣品同時(shí)進(jìn)行干物率測(cè)定和花青素提取。

12試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年在山東省泗水縣中西部（11723°E，3566°N）和湖北省紅安縣西南部（11456°E，3106°N）進(jìn)行。泗水縣位于山東省中南部，屬溫帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為140 ℃，平均降水量為650～800 mm，平均相對(duì)濕度為65%，主要土壤類型為棕壤和褐土。紅安縣位于湖北省東北部，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為157 ℃，平均降水量為 1 103～1 122 mm，平均相對(duì)濕度為77%，主要土壤類型為黃棕壤。試驗(yàn)田土壤肥力中等，以當(dāng)?shù)刈钸m播期種植，生長(zhǎng)期相同。

13測(cè)定指標(biāo)與方法

干物率測(cè)定采用呂長(zhǎng)文等的方法5]進(jìn)行，將50 g薯塊切成顆粒，105 ℃下殺青15 min，80 ℃烘至恒質(zhì)量，精確稱量干樣?；ㄇ嗨睾繙y(cè)定采用pH值示差法6]，當(dāng)pH值為10時(shí)，花色苷在530 nm處有最大吸收峰；而當(dāng)pH值為45時(shí)，花色苷轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)色查爾酮，在530 nm處無(wú)吸收峰，利用此特性分別測(cè)定在不同pH值下530、700 nm處的吸光度?？偪寡趸芰Φ臏y(cè)定采用3價(jià)鐵降低抗氧化能力（FRAP）法7]，按江蘇蘇州科銘生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)的試劑盒說(shuō)明書進(jìn)行檢測(cè)。清除DPPH自由基能力的測(cè)定參照Sánchez -Moreno等的方法8]并稍作修改，清除DPPH自由基能力=D0-（D1-Ds）]D0×100%，其中D0為DPPH 單獨(dú)時(shí)的吸光度；D1為DPPH 和提取物的吸光度；Ds為只有提取物的吸光度。

14統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 180軟件處理數(shù)據(jù)，以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示。采用LSD法進(jìn)行多重比較和描述性統(tǒng)計(jì)；相關(guān)性檢驗(yàn)采用皮爾森相關(guān)系數(shù)。

2結(jié)果與分析

21干物率

甘薯的品種差異是影響干物質(zhì)積累的主要原因。甘薯干物質(zhì)主要由淀粉、糖類、蛋白質(zhì)、纖維素和花青素等組成，其中淀粉含量占45%～75%。由表1可知，不同品種（系）干物率存在差異，但總體上各紫薯品種（系）干物率都較高。8個(gè)紫薯品種（系）種植在山東地區(qū)時(shí)干物率平均為3227%，種植在湖北地區(qū)時(shí)干物率平均為3533%。除龍紫薯4外，湖北與山東紫薯樣品干物率有極顯著差異（P<001）。endprint

22花青素含量

紫薯除了含有普通甘薯的營(yíng)養(yǎng)成分外，還富含大量的花青素。由表1可知，不同品種（系）中，山東泗水綿紫薯9號(hào)的紫薯花青素含量最高，為（7965±619） mg100 g，湖北紅安漯紫薯1號(hào)最低，為（640±015） mg100 g，不同品種（系）間花青素含量有明顯差異。目前研究表明，多種外界因素影響CM（25]紫薯花青素的積累，如光的強(qiáng)弱、光質(zhì)和溫度等9-10]。種處的多重比較指山東泗水和湖北紅安相應(yīng)指標(biāo)的比較。表2同。

植在山東地區(qū)的8個(gè)品種（系）中，漯紫薯1號(hào)花青素含量與湖北地區(qū)的無(wú)顯著差異，南紫薯018和龍紫薯4號(hào)與湖北地區(qū)的有顯著性差異（P<005），其余5個(gè)品種（系）的花青素含量在地區(qū)間差異極顯著（P<001）。總體上看，相同品種（系）的干物質(zhì)積累量在湖北地區(qū)較多，花青素積累量反而較少，而山東地區(qū)干物質(zhì)積累量較少，花青素積累量反而較多。

23總抗氧化能力

在酸性環(huán)境下，紫薯花青素還原Fe3+-三吡啶三吖嗪（Fe3+-TPTZ）產(chǎn)生藍(lán)色的Fe2+-TPTZ，于593 nm波長(zhǎng)處具有最大吸光度，檢測(cè)藍(lán)色物質(zhì)的生成量可以反映其總抗氧化能力，總抗氧化能力越強(qiáng)，溶液顏色越深。由表2可知，2個(gè)地區(qū)紫薯品種（系）的總抗氧化能力差異較大。不同地區(qū)間，南紫薯018、煙紫薯3號(hào)、漯紫薯1號(hào)和龍紫薯4號(hào)有顯著差異（P<005），綿紫薯9號(hào)、濟(jì)10216、濟(jì)10270和阜紫薯1號(hào)有極顯著差異（P<001）。山東泗水地區(qū)的不同品種（系）中，漯紫薯1號(hào)總抗氧化能力最弱，綿紫薯9號(hào)總抗氧化能力最強(qiáng)；而湖北紅安地區(qū)的不同品種（系）中，濟(jì)10216總抗氧化能力最弱，綿紫薯9號(hào)總抗氧化能力最強(qiáng)?？傮w上，總抗氧化能力隨花青素含量的升高而增強(qiáng)。

24清除DPPH自由基能力

DPPH是一種以氮為中心的穩(wěn)定的自由基，DPPH甲醇溶液呈紫色，其濃度與517 nm波長(zhǎng)處的吸光度呈線性關(guān)系。紫薯花青素可與DPPH自由基結(jié)合或發(fā)生替代，使溶液顏色變淺，清除自由基。由表2可知，相同地區(qū)不同品種（系）中，綿紫薯9號(hào)清除自由基率最高，在80%以上；漯紫薯1號(hào)最低，在30%左右?？傮w上，2個(gè)地區(qū)品種（系）清除DPPH自由基能力差異較大，南紫薯018和漯紫薯1號(hào)有顯著差異（P<005），其余6種差異極顯著（P<001）。

25各指標(biāo)間的相關(guān)性

由表3可知，花青素含量和總抗氧化能力、清除DPPH自由基能力呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P<001）。不同品種（系）紫

薯體外抗氧化活性總體隨花青素含量的升高而增強(qiáng)；相同品種（系）種植在山東地區(qū)的紫薯比湖北地區(qū)花青素積累多，總抗氧化能力和清除DPPH自由基能力也較強(qiáng)。

3結(jié)論與討論

本研究發(fā)現(xiàn)，不同品種（系）紫薯干物率變異很大，干物率變幅為2983%～3887%，湖北地區(qū)干物率平均為3533%，高于山東地區(qū)的3227%。湖北地區(qū)漯紫薯1號(hào)花青素含量最低，為640 mg100 g；山東地區(qū)綿紫薯9號(hào)花青素含量最高，為7965 mg100 g；相同品種（系）種植在山東地區(qū)的花青素積累量均高于湖北地區(qū)。不同地區(qū)種植的8個(gè)紫薯品種（系）總抗氧化能力變幅為4178～11881 UmL，清除DPPH自由基能力變幅為2785%～8930%，花青素含量和總抗氧化能力、清除DPPH自由基能力呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P<001），紫薯花青素含量越高，體外抗氧化活性越強(qiáng)。蔣海偉等也證實(shí)，紫薯具有較強(qiáng)的抗氧化作用，并且紫薯中的總酚也提供了較強(qiáng)的體外抗氧化活性11]。

由于甘薯是一種塊根類淀粉作物，干物率主要反映淀粉的積累情況12]。相同品種（系）湖北地區(qū)干物質(zhì)積累高于山東地區(qū)，可能是因?yàn)榉N植地區(qū)栽培條件不同，湖北種植區(qū)為丘陵山地，山東種植地區(qū)為平原。儲(chǔ)藏和加工過(guò)程塊根中的淀粉會(huì)分解成還原糖，所以湖北地區(qū)的紫薯適合休閑食品的加工。

Wang等研究發(fā)現(xiàn)，紫薯中50種蛋白的表達(dá)與花青素的積累有關(guān)，在紫薯的塊根中淀粉的分解有利于花青素的積累13]。本研究結(jié)果表明，相同品種（系）山東地區(qū)和湖北地區(qū)的花青素含量存在差異，可能與干物率的積累有關(guān)，山東地區(qū)紫薯花青素含量較高，這一品質(zhì)有利于花青素的提取，但由于目前只有1年的數(shù)據(jù)，還需要進(jìn)行連續(xù)幾年的栽培種植和統(tǒng)計(jì)。

本研究從紫薯花青素的總抗氧化能力和清除DPPH自由基能力2個(gè)方面進(jìn)行了探討，進(jìn)而對(duì)紫薯花青素的體外抗氧化活性進(jìn)行較全面的評(píng)價(jià)。不同品種（系）在體外抗氧化中具有不同的總抗氧化能力和清除自由基的能力，并且隨著花青素含量的增加而增強(qiáng)；相同品種（系）山東地區(qū)體外抗氧化作用均高于湖北地區(qū)，今后可從山東地區(qū)篩選高花青素紫薯品種（系），為抗氧化和防衰老的產(chǎn)品提供新的原料。

總體來(lái)說(shuō)，山東和湖北2個(gè)地區(qū)種植紫薯的干物率、花青素含量和體外抗氧化能力具有差異。選育優(yōu)良的紫薯品種（系）和適宜的推廣種植產(chǎn)地，需要進(jìn)行連續(xù)的種植和觀察，研究不同外界因素對(duì)紫薯特性以及紫薯產(chǎn)量變化的影響也是今后的一個(gè)主要課題。

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