陳小偉,程勇杰,薛淑龍,方 晟,張 婷,崔艷麗,毛建衛(wèi),沙如意*
(1.浙江科技學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院 浙江省農(nóng)產(chǎn)品化學(xué)與生物加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 浙江省農(nóng)業(yè)生物資源生化制造協(xié)同創(chuàng)新中心,浙江 杭州 310023;2.紹興文理學(xué)院 元培學(xué)院,浙江 紹興 312000;3.浙江大學(xué) 化學(xué)系,浙江 杭州 310027)
諾麗(noni)又名海巴戟、諾尼,屬茜草科(Rubiaceae),主要分布于南太平洋諸多島嶼和菲律賓等,在我國海南省、臺(tái)灣省和西沙群島地區(qū)也有分布[1]。諾麗果中含有豐富的蒽醌類、黃酮類、萜類、苯丙素類、糖苷類等生物活性物質(zhì)[2-3],具有抗氧化[4]、保護(hù)心肌細(xì)胞[5-6]、抗菌、抗病毒、抗腫瘤、鎮(zhèn)痛、降壓和抗炎等多種功效。諾麗汁對(duì)肝臟損傷具有一定的保護(hù)作用[7]。
食用植物酵素是以一種或多種新鮮蔬菜、水果和谷豆類、海藻類、食藥兩用本草類等食材為原料,加(或不加)糖類物質(zhì),經(jīng)多種有益菌通過較長(zhǎng)時(shí)間發(fā)酵而生產(chǎn)的功能性微生物發(fā)酵產(chǎn)品。植物酵素包含了植物本身的有效成分,經(jīng)過微生物長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)酵,部分難以利用或無法利用的物質(zhì)被降解為小分子物質(zhì),微生物的次級(jí)代謝產(chǎn)物及一些小分子成分能更好的被機(jī)體吸收和利用[8-10]。諾麗經(jīng)發(fā)酵制備諾麗酵素的過程中,蛋白質(zhì)、多糖等大分子物質(zhì)逐漸被降解成容易吸收的氨基酸、肽類、寡糖、單糖等小分子組分。本研究對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間諾麗酵素中的總酚、氨基酸、蛋白質(zhì)等成分含量進(jìn)行檢測(cè),探索總酚和抗氧化能力之間的相關(guān)性,同時(shí)采用氨基酸比值系數(shù)法對(duì)諾麗酵素中的蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià),分析得出最符合人體蛋白質(zhì)營養(yǎng)需求的較佳發(fā)酵時(shí)期,以期為科學(xué)地指導(dǎo)諾麗酵素的生產(chǎn)提供理論依據(jù)。
不同發(fā)酵時(shí)間(360 d、450 d、720 d)的諾麗酵素發(fā)酵液:海南某企業(yè)提供;1,1-二苯基-2-苦苯肼自由基(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH):梯希愛(上海)化成工業(yè)發(fā)展有限公司;2,2-聯(lián)氮基-雙-二胺鹽[2,2'-azinobis(3-ethylbenzothi azoline-6-sulfonic acid)ammonium salt,ABTS]:上海長(zhǎng)哲生物科技有限公司;三氯乙酸、沒食子酸、蒽酮(均為分析純),一水合檸檬酸、檸檬酸鈉、冰乙酸、重蒸酚(均為優(yōu)級(jí)純):國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)、混合氨基酸標(biāo)準(zhǔn)溶液(標(biāo)準(zhǔn)品):日本和光純藥工業(yè)株式會(huì)社。
PTX-FA210型電子天平:福州華志科學(xué)儀器有限公司;PHS-3C型精密酸度計(jì):杭州齊威儀器有限公司;N-1100SW/N-1100SF-W型斜式旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀:東京理化器械株式會(huì)社;UV-5500PC型紫外分光光度計(jì):上海市元析儀器有限公司;JT-DCY-12Y型水浴氮吹儀:杭州聚同電子有限公司;L-8900氨基酸分析儀:日本日立公司。
1.3.1 總酚含量的測(cè)定
采用福林酚(Folin-Phenol)法[11]測(cè)定諾麗酵素發(fā)酵液中總酚含量。
標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制:準(zhǔn)確配制100μg/mL、200μg/mL、300 μg/mL、400 μg/mL、500 μg/mL、600 μg/mL、700 μg/mL的不同質(zhì)量濃度沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別取0.5 mL標(biāo)準(zhǔn)溶液,加入10%(V/V)Folin-Phenol溶液2.5mL,充分振蕩混勻,在常溫下避光靜置3 min。反應(yīng)結(jié)束后加入7.5%Na2CO3溶液2 mL,振蕩混勻,25℃、120 r/min避光反應(yīng)1 h,以0.5 mL水作為空白調(diào)零,于波長(zhǎng)765 nm條件下測(cè)定吸光度值。
樣品總酚含量的測(cè)定:取3種不同發(fā)酵時(shí)間的諾麗酵素發(fā)酵液,加水稀釋25倍,取0.5 mL稀釋液,參照曲線繪制方法測(cè)定總酚含量。
1.3.2 DPPH自由基清除能力的測(cè)定
參考SHARMA OP等[12]的方法,并略有改進(jìn)。分別取5μL、10μL、15μL、20μL、25μL、30μL的不同發(fā)酵時(shí)間的諾麗發(fā)酵液于10 mL潔凈干燥的離心管中,加入去離子水補(bǔ)足至2 mL,再分別加入4 mL 0.1 mmol/L DPPH-甲醇溶液,置于25℃恒溫水浴中反應(yīng)30 min,本底管中DPPH-甲醇溶液用甲醇取代。以去離子水調(diào)零,0.5 mg/mL維生素C(vitamin C,VC)作陽性對(duì)照,在波長(zhǎng)517 nm條件下,檢測(cè)樣品吸光度值,DPPH自由基清除能力計(jì)算公式如下:
式中:A0為以去離子水為參比溶液的吸光度值,A1為樣品吸光度值,A2為本底管的吸光度值。
1.3.3 ABTS自由基清除能力的測(cè)定
參考OZGENM等[13]的方法,并略有改進(jìn)。用5mmol/L的pH 7.4的磷酸鹽緩沖液(phosphatebuffer solution,PBS),將加入過硫酸鉀的ABTS稀釋到7 mmol/L,得到最終濃度為2.45 mmol/L的ABTS-PBS溶液,在暗處室溫放置12~16 h。在波長(zhǎng)734nm處,使用前用PBS緩沖液將ABTS溶液稀釋至吸光度值0.70±0.02。
分別取1μL、2μL、3μL、4μL、5μL、6μL的諾麗酵素于10 mL潔凈干燥的離心管中,用5 mmol/L pH 7.4 PBS溶液補(bǔ)足至300μL,加入5 mL上述ABTS-PBS溶液,30℃條件下反應(yīng)1 h,本底管中稀釋過的ABTS-PBS用PBS取代。以PBS調(diào)零,4 mg/mL維生素C(vitamin C,VC)作為陽性對(duì)照,在波長(zhǎng)734 nm條件下檢測(cè)樣品吸光度值,ABTS自由基清除能力計(jì)算公式如下:
式中:A0為以去離子水為參比溶液的吸光度值,A1為樣品吸光度值,A2為本底管的吸光度值。
1.3.4 Fe3+還原力的測(cè)定
參考YILDIRIM A等[14]的方法并略有改進(jìn)。取15μL、30μL、45μL、60μL、75μL的不同發(fā)酵時(shí)間的樣品于10mL潔凈干燥的離心管中,加入0.2 mol/L磷酸緩沖液(pH 6.6)補(bǔ)足至2.5 mL。再加入1%鐵氰化鉀水溶液2.5 mL,混合均勻,于50℃恒溫水浴鍋中反應(yīng)30 min。反應(yīng)結(jié)束加入10%三氯乙酸水溶液2.5mL,混勻,避光靜置10min。取2.5mL上清液加入含有2.5mL去離子水的潔凈離心管中,加入0.1%三氯化鐵水溶液0.5mL,混勻。以去離子水調(diào)零,0.5mg/mLVC作為陽性對(duì)照,在波長(zhǎng)700 nm條件下,檢測(cè)樣品吸光度值。
1.3.5 可溶性蛋白質(zhì)含量分析
采用考馬斯亮藍(lán)G250法測(cè)定諾麗酵素中的可溶性蛋白質(zhì)含量[15]。
1.3.6 氨基酸含量測(cè)定
參照GB 5009.124—2016《食品中氨基酸的測(cè)定》檢測(cè)諾麗酵素中氨基酸的含量[16]。采用L-8900氨基酸分析儀,以檸檬酸鈉緩沖溶液為流動(dòng)相;流速:0.4mL/min;分離柱柱溫:57℃;反應(yīng)柱柱溫:135℃;進(jìn)樣量:20μL;檢測(cè)波長(zhǎng):一通道570 nm,二通道440nm。諾麗酵素樣品稀釋25倍后,以峰面積作為檢測(cè)指標(biāo),采用外標(biāo)法計(jì)算氨基酸含量。
1.3.7 氨基酸評(píng)分
通過測(cè)定不同發(fā)酵時(shí)間諾麗酵素發(fā)酵液中各種氨基酸的含量,采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織(food and agriculture organization of theunited nations,FAO)和世界衛(wèi)生組織(world healthorganization,WHO)提議的必需氨基酸模式評(píng)價(jià)蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值,計(jì)算樣品中的氨基酸得分(aminoacid score,AAS)與必需氨基酸的比值(ratio of amino acid,RAA),其中AAS值越接近于100%,蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值越高。氨基酸比值系數(shù)(ratio coefficient of amino acid,RC)主要用于表征樣品中氨基酸含量與模式中氨基酸含量相對(duì)偏離的程度,RAA及RC的數(shù)值越趨向1,則表不該樣品的氨基酸越接近WHO/FAO的推薦值;氨基酸比值系數(shù)分(score of ratio coefficient of amino acid,SRC)作為另外一種評(píng)判營養(yǎng)價(jià)值的指標(biāo),其值越接近100,表明該樣品中必需氨基酸的含量越均衡,營養(yǎng)價(jià)值就越高。其計(jì)算公式如下:
1.3.8 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析
各個(gè)時(shí)間點(diǎn)不同指標(biāo)的測(cè)定,實(shí)驗(yàn)重復(fù)次數(shù)n=3,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析采用SPSS18.0軟件,顯著性分析采用方差方法。
根據(jù)不同質(zhì)量濃度沒食子酸水溶液制作的標(biāo)準(zhǔn)曲線,結(jié)果見圖1。由圖1可知,吸光度值與沒食子酸質(zhì)量濃度呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系,線性方程y=0.0096x+0.0256,相關(guān)系數(shù)R2=0.9992。
圖1 沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of gallic acid
不同發(fā)酵時(shí)間諾麗酵素發(fā)酵液中總酚含量如圖2所不。由圖2可知,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),總酚含量有輕微的增加,但提高并不顯著(P>0.05)??赡苁且?yàn)橹Z麗果中的總酚會(huì)降解成單體酚,另一方面,微生物的代謝作用也會(huì)產(chǎn)生新的酚類物質(zhì)。蔣增良等[17]的研究中也發(fā)現(xiàn)葡萄酵素發(fā)酵過程中總酚含量在發(fā)酵過程中有較為明顯的上升,可能是因?yàn)榇蠓肿臃宇愇镔|(zhì)分解成小分子酚類物質(zhì),導(dǎo)致總酚含量提高。
圖2 不同發(fā)酵時(shí)間諾麗酵素總酚含量Fig.2 Total phenolic content of noni Jiaosu with different fermentation time
2.1.1 DPPH自由基清除能力的評(píng)價(jià)
以0.5 mg/mL VC為參照物,對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間的諾麗酵素DPPH自由基清除能力進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)果如圖3所不。由圖3可知,隨著加樣體積的增加,對(duì)DPPH自由基的清除能力呈現(xiàn)較強(qiáng)的濃度依賴性,且表現(xiàn)出良好的線性關(guān)系,經(jīng)擬合,不同發(fā)酵時(shí)間諾麗酵素發(fā)酵液加樣體積和DPPH自由基清除能力的線性相關(guān)系數(shù)分別為0.997 5、0.995 3和0.989 2。不同發(fā)酵時(shí)間諾麗酵素在加樣量為30μL時(shí),對(duì)DPPH自由基清除率均在65%左右,但不同發(fā)酵時(shí)間的抗氧化性能并無顯著性差異(P>0.05)。發(fā)酵360 d、540 d和720 d的諾麗酵素半抑制濃度(half maximal inhibitoryconcentration,IC50)分別是0.684 mg VC/mL、0.698 mg VC/mL、0.667 mg VC/mL,對(duì)DPPH自由基清除能力從大到小依次是:VC(0.5mg/mL)>720d諾麗酵素>360d諾麗酵素>540d諾麗酵素。
圖3 諾麗酵素對(duì)DPPH自由基清除能力Fig.3 DPPH radical scavenging ability of noni Jiaosu
2.1.2 ABTS自由基清除能力的評(píng)價(jià)
不同發(fā)酵時(shí)間諾麗酵素發(fā)酵液對(duì)ABTS自由基清除能力見圖4。由圖4可知,不同發(fā)酵時(shí)間諾麗酵素發(fā)酵液均表現(xiàn)出很強(qiáng)的ABTS自由基清除能力。發(fā)酵360d、540d和720d的諾麗酵素IC50分別為:3.453 mg VC/mL,3.493 mg VC/mL,3.937 mg VC/mL,ABTS自由基清除能力從大到小依次是:360 d諾麗酵素>540 d諾麗酵素>720 d諾麗酵素>VC(4 mg/mL)。
式(2)約束條件表示變電站第N條饋線的最大負(fù)荷fN必須小于等于與之相聯(lián)絡(luò)且負(fù)荷裕度最大的兩條饋線的負(fù)荷裕度之和。因現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際倒閘規(guī)范要求,這里暫只考慮兩條相聯(lián)絡(luò)線路,不考慮3條以上聯(lián)絡(luò)線路的情況。
2.1.3 Fe3+還原力的評(píng)價(jià)
以不同發(fā)酵時(shí)間諾麗酵素樣品質(zhì)量濃度(x)和還原力(y)進(jìn)行線性擬合,結(jié)果圖5所不。由圖5可知,隨著樣品質(zhì)量濃度的升高,還原力升高,可見樣品劑量和還原力效應(yīng)之間呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)均>0.995。半抑制濃度(50 inhibiting concentration,IC50)分析結(jié)果表明,還原力從大到小依次是:360 d諾麗酵素=720 d諾麗酵素>540 d諾麗酵素>VC(0.5 mg/mL),3個(gè)不同發(fā)酵時(shí)間點(diǎn)諾麗酵素的還原力并無顯著差異(P>0.05),但還原力顯著高于0.5 mg/mL VC(P<0.05)。
圖5 諾麗酵素對(duì)Fe3+還原力Fig.5 Reducing power for Fe3+of noni Jiaosu
綜上所述,不同發(fā)酵時(shí)間的諾麗酵素對(duì)于DPPH自由基清除能力、ABTS自由基清除能力和還原力并未表現(xiàn)出明顯的差異(P>0.05),說明發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng),其抗氧化性趨于平衡。不同發(fā)酵時(shí)間諾麗酵素總酚含量已趨于穩(wěn)定,這也是在宏觀上表現(xiàn)出抗氧化性能趨于穩(wěn)定的可能原因。
2.2.1 可溶性蛋白質(zhì)與氨基酸含量
采用考馬斯亮藍(lán)法對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間諾麗酵素中可溶性蛋白質(zhì)含量進(jìn)行測(cè)定結(jié)果見圖6。由圖6可知,三個(gè)不同發(fā)酵時(shí)間的諾麗酵素中可溶性蛋白質(zhì)含量為3.70~4.00mg/mL,其中發(fā)酵720 d諾麗酵素蛋白質(zhì)含量最高,達(dá)4.00 mg/mL。蔣增良等[18]對(duì)樹莓酵素發(fā)酵過程中的蛋白質(zhì)含量變化研究發(fā)現(xiàn),隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),蛋白質(zhì)含量有顯著上升(P<0.05),在發(fā)酵第56天含量比發(fā)酵前增加了87.30%。張偉敏等[19]研究發(fā)現(xiàn),諾麗果實(shí)中蛋白質(zhì)質(zhì)量濃度為8.09g/L,高于本研究所檢測(cè)到的諾麗酵素中蛋白質(zhì)含量,可能是發(fā)酵工藝中的外加水和糖類等其它輔助物,導(dǎo)致蛋白質(zhì)濃度相對(duì)下降。
圖6 3種不同發(fā)酵時(shí)間諾麗酵素中的蛋白質(zhì)含量Fig.6 Protein contents of noni Jiaosu with 3 different fermentation time
氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本物質(zhì),對(duì)3種不同發(fā)酵時(shí)間(360 d、540 d和720 d)的諾麗酵素中的17種蛋白質(zhì)氨基酸以及非蛋白氨基酸GABA的含量進(jìn)行測(cè)定,有利于系統(tǒng)性地評(píng)價(jià)蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值。3種不同發(fā)酵時(shí)間的諾麗酵素發(fā)酵液氨基酸分析圖譜見圖7。由圖7可知,17種蛋白氨基酸和非蛋白氨基酸GABA分離效果良好,Ⅰ、Ⅱ兩條基線分別為第一通道和第二通道,檢測(cè)波長(zhǎng)分別為570 nm和440 nm,除脯氨酸(Pro)通過第二通道檢測(cè),其他氨基酸均通過第一通道檢測(cè)。
圖7 不同發(fā)酵時(shí)間諾麗酵素發(fā)酵液氨基酸圖譜Fig.7 Chromatograms of amino acids of noni Jiaosu at different fermentation time
表1 諾麗酵素氨基酸種類和含量分析Table1 Analysis of types and concentration of amino acid for noni Jiaosu
2.2.2 必需氨基酸得分
3種酵素中均檢測(cè)出9種人體必需氨基酸,但蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值不僅與氨基酸種類有關(guān),也與氨基酸的比例有關(guān)。本研究將3種酵素中的必需氨基酸與FAO/WHO模式氨基酸[22-23]做對(duì)比,計(jì)算氨基酸得分(AAS),結(jié)果見表2。
根據(jù)模式氨基酸評(píng)價(jià)方法,AAS值越接近于100%,蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值越高。由表2可知,諾麗酵素中除Met+Cys得分在100%~200%之間,其他氨基酸得分明顯高于1 000%,蛋白質(zhì)營養(yǎng)嚴(yán)重過剩。3種諾麗酵素AAS平均值均>1000%,其中發(fā)酵540d的諾麗酵素AAS值最高,平均值為1271.87%。
表2 諾麗酵素氨基酸得分結(jié)果Table2 Results of amino acid score of noni Jiaosu
2.2.3 蛋白質(zhì)營養(yǎng)評(píng)價(jià)
氨基酸比值[23]定義為一定量食物中氨基酸的含量相當(dāng)于模式氨基酸的倍數(shù)。氨基酸比值系數(shù)(RC)用于判定限制氨基酸和計(jì)算限制氨基酸的強(qiáng)化量。如果樣品中氨基酸的組成與模式氨基酸相等,則必需氨基酸的氨基酸比值(RAA)等于1,RC等于1。同理,當(dāng)RC<1,表不相應(yīng)氨基酸相對(duì)不足;當(dāng)RC>1,則表不相應(yīng)氨基酸相對(duì)過剩。比值系數(shù)分(SRC)主要用于蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值的評(píng)價(jià)。SRC描述了食物中各類必需氨基酸偏離氨基酸模式譜的離散度,其數(shù)值越接近100,表明該食品中各種必需氨基酸的含量越均衡[24]。
3種不同發(fā)酵時(shí)間諾麗酵素的RAA、RC和SRC值見表3。從表3可知,Met+Cys的RC值最小,為限制氨基酸;Leu和Lys的RC值<1,氨基酸相對(duì)不足;此外,其他幾種氨基酸相對(duì)過剩;3種諾麗酵素SRC值均>55,發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)營養(yǎng)均衡度有輕微下降,這可能是部分蛋白質(zhì)作為微生物的營養(yǎng)源被消耗掉,可以通過在后期發(fā)酵過程中補(bǔ)加蛋白質(zhì)營養(yǎng)來實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定的含量。
表3 諾麗酵素RAA,RC與SRC值分析結(jié)果Table3 Analysis results of RAA,RC and SRC of noni Jiaosu
本實(shí)驗(yàn)對(duì)3種不同發(fā)酵時(shí)間的諾麗酵素中總酚含量和體外抗氧化活性進(jìn)行研究,并以FAO/WHO建議的氨基酸評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)3種諾麗酵素的氨基酸和蛋白質(zhì)營養(yǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
3種酵素對(duì)DPPH自由基清除能力由高到低依次是:VC(0.5 mg/mL)>720 d諾麗酵素>360 d諾麗酵素>540d諾麗酵素;對(duì)于體外ABTS自由基清除能力由高到低依次是:360 d諾麗酵素>540 d諾麗酵素>720 d諾麗酵素>VC(4 mg/mL);對(duì)Fe3+還原力由高到低的順序依次是:360 d諾麗酵素=720d諾麗酵素>540d諾麗酵素>VC(0.5mg/mL)。從抗氧化指標(biāo)上分析,發(fā)酵504 d和720 d的諾麗酵素相比發(fā)酵360 d的諾麗酵素并沒有呈現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(shì)。
氨基酸分析結(jié)果表明,除Cys外,3種諾麗酵素均檢測(cè)出16種常見蛋白氨基酸和非蛋白氨基酸GABA,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng),蛋白質(zhì)含量有輕微下降,GABA含量有所上升。說明適當(dāng)?shù)难娱L(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間能使GABA富集。
3種諾麗酵素中必需氨基酸含量豐富,9種必需氨基酸AAS值均>100%,蛋白質(zhì)營養(yǎng)嚴(yán)重過剩。3種諾麗酵素SRC值均>55,營養(yǎng)價(jià)值較高,但由于Met+Cys的缺乏,直接影響了諾麗酵素的營養(yǎng)均衡度,所以Met+Cys為第一限制性氨基酸。發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)營養(yǎng)諾麗酵素營養(yǎng)均衡度有輕微下降,導(dǎo)致蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值降低。說明單純從蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值來看,發(fā)酵時(shí)間的累積并沒有有效的改善諾麗酵素的營養(yǎng)價(jià)值。