真空冷凍干燥對(duì)菊花多酚含量及其抗氧化活性的影響

余欣珂 明 建,2 支 玲 李葦舟 閆慧明 王啟明 趙吉春

(1. 西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2. 食品科學(xué)與工程國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心〔西南大學(xué)〕，重慶 400715)

菊花是菊科植物菊(ChrysanthemummorifoliuinRamat.)的干燥頭狀花序，既是觀賞花卉，也是藥食同源植物[1-2]。菊花還含有大量抗氧化物質(zhì)，具有抗氧化[3]、抗衰老耐疲勞[4-5]、保護(hù)心血管[6]、調(diào)血脂[7]、抗腫瘤[8]等作用，其抗氧化物質(zhì)主要為酚類化合物及其衍生物[9-12]。王婷婷等[13]研究發(fā)現(xiàn)，不同品種菊花的抗氧化活性有一定差異。近年來，關(guān)于菊花黃酮的研究較多，而有關(guān)菊花多酚抗氧化活性的研究較少[14]。

新鮮菊花含水量高達(dá)80%以上，極難保存[15]。常用的干燥方法有陰涼干燥、熱風(fēng)干燥、微波干燥、真空冷凍干燥等。陰涼干燥成本低，但干燥周期長，效率低；熱風(fēng)干燥過程中菊花中的熱敏性成分會(huì)因溫度過高而使含量降低甚至失活，降低菊花的藥用價(jià)值；微波干燥具有效率高、速度快等優(yōu)點(diǎn)，但微波功率的升高和加熱時(shí)間的延長可能導(dǎo)致某些熱敏性成分吸收大量微波而被破壞[16]。而真空冷凍干燥(簡稱凍干)過程在低溫以及真空狀態(tài)下進(jìn)行，避免了熱敏反應(yīng)以及氧化作用，能有效保存新鮮食品的色、香、味以及營養(yǎng)成分[17]。作為一種新型干燥技術(shù)，真空冷凍干燥主要應(yīng)用于果蔬[18]、水產(chǎn)[19]、菌種[20]等加工方面。試驗(yàn)擬選用4種市售菊花為原料，借助真空冷凍干燥技術(shù)，通過測(cè)定多酚含量、DPPH·清除能力、ABTS+·清除能力、鐵還原能力以及氧自由基吸收能力(ORAC)，比較4種菊花凍干前、后多酚含量及抗氧化活性的差異，為菊花的綜合利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料與試劑

金絲皇菊(Dendranthemamorifolium〔Ramat.〕Tzvel.)、貢菊(FloristsChrysanthemum)：采自重慶市渝北區(qū)；

雛菊(BellisperennisL.)：采自江蘇省蘇州市；

杭白菊(Chrysanthemummorifolium'Hangju')：采自浙江省桐鄉(xiāng)市；

丙酮、濃鹽酸、氫氧化鈉、正己烷、乙酸乙酯、碳酸氫鈉、鐵氰化鉀、三氯化鐵、抗壞血酸等：分析純，成都科龍化工試劑廠；

福林—酚試劑、水溶性VE(Trolox)、DPPH、ABTS、熒光素鈉鹽(FL)：分析純，美國Sigma公司；

2,2’-偶氮二異丁基脒鹽酸鹽(ABAP)：分析純，日本W(wǎng)ako公司。

1.1.2 主要儀器設(shè)備

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：RE-52AA型，上海亞榮生化儀器廠；

循環(huán)水真空泵：SHZ-Ⅲ型，上海亞榮生化儀器廠；

中草藥粉碎機(jī)：FW177型，天津泰斯特儀器有限公司；

電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9140A型，上海齊欣科學(xué)儀器有限公司；

分光光度計(jì)：JH722型，上海精科科學(xué)儀器廠；

多功能酶標(biāo)儀：Spectra Max M2型，美國Molecular公司。

1.2 方法

1.2.1 原料預(yù)處理 將4種菊花置于-40 ℃冰箱內(nèi)貯藏，作為鮮樣備用。參照劉鴻雁等[21]的方法并適當(dāng)調(diào)整。將4種菊花置于真空冷凍干燥機(jī)內(nèi)預(yù)凍2 h，升華干燥32 h，再以35 ℃的加熱擱板溫度進(jìn)行解析干燥8 h，得凍干后的樣品(簡稱干樣)，粉碎，過60目篩，分袋真空包裝，置于干燥器中保存。

1.2.2 含水量測(cè)定 按GB 5009.3—2010執(zhí)行。

1.2.3 多酚的提取

(1) 游離酚：參照文獻(xiàn)[22]。

(2) 結(jié)合酚：參照文獻(xiàn)[23]。

1.2.4 多酚含量測(cè)定 采用Folin-Ciocalteau比色法[24]。以沒食子酸濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸方程Y=0.003 9x+0.031 8(R2=0.997 6)，計(jì)算菊花樣品中多酚含量，并以每克樣品干物質(zhì)中所含的沒食子酸當(dāng)量(mg GAE/g·DW)表示。按式(1)計(jì)算鮮樣和干樣多酚含量比值。

(1)

式中：

DW——干樣，g;

FW——鮮樣，g;

ω1——干樣含水量，%;

ω2——鮮樣含水量，%。

1.2.5 抗氧化活性測(cè)定

(1) DPPH·清除率：參照文獻(xiàn)[25]，按式(2)計(jì)算菊花DPPH·清除率。

(2)

式中：

K——自由基清除率，%;

Ai——樣液吸光度；

Aj——試劑空白吸光度。

(2) ABTS+·清除率：參照文獻(xiàn)[26]，按式(2)計(jì)算菊花ABTS+·清除率。

(3) 鐵還原力：參照文獻(xiàn)[27]。

(4) 氧自由基吸收能力：參照文獻(xiàn)[28]。按式(3)、(4)分別計(jì)算熒光衰減曲線下的面積(AUC)和ORAC值，ORAC值以每克樣品干物質(zhì)中所含Trolox當(dāng)量(μmol TE/g·DW)表示。

AUC=

(3)

(4)

式中：

f1——第1次熒光讀數(shù)值；

fi——第i次熒光讀數(shù)值；

CT——間隔測(cè)定時(shí)間，4.5 min；

ρTrolox——Trolox質(zhì)量濃度，mg/mL；

ρ樣品——樣品質(zhì)量濃度，mg/mL；

AUC樣品——樣品熒光衰減下的面積；

AUC空白——空白液熒光衰減下的面積。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)重復(fù)3次，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。采用Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并采用單因素ANOVA分析、Duncan多重比較(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 含水量變化

4種菊花凍干前后含水量變化顯著(P<0.05)，其中金絲皇菊的含水量變化最大，凍干后含水量最低(表1)。

表1 4種菊花真空冷凍干燥前后含水量?

2.2 多酚含量變化

由表2可知，4種菊花凍干前后多酚含量變化顯著(P<0.05)，與閆旭等[29-30]的研究結(jié)果相似。凍干后游離酚和總酚含量均顯著升高(P<0.05)，較凍干前分別提升了1.617～3.918倍和1.331～2.525倍，且游離酚為主要存在形式。其中，雛菊游離酚和總酚含量增幅最大(分別為3.918倍和2.525倍)。而凍干后結(jié)合酚含量均顯著降低(P<0.05)，較凍干前降低了1.470～2.517倍，其中杭白菊結(jié)合酚的降幅最大(2.517倍)，可能是因?yàn)檎婵蘸偷蜏貤l件抑制了植物細(xì)胞的呼吸作用，抑制了多酚氧化酶的活性，阻止了多酚向醌類物質(zhì)轉(zhuǎn)化[31-32]；且凍干時(shí)間適當(dāng)，細(xì)胞內(nèi)的水分被凍結(jié)成大量細(xì)小冰晶，破壞了共價(jià)鍵和疏水鍵，使得與蛋白質(zhì)、糖類等高分子化合物結(jié)合的多酚釋放出來，結(jié)合酚向游離酚轉(zhuǎn)變，更好地與有機(jī)溶劑接觸[33]，從而提高了總酚和游離酚含量，降低了結(jié)合酚含量。

表2 4種菊花真空冷凍干燥前后多酚含量?

2.3 清除DPPH·能力比較

由圖1可知，菊花凍干后游離酚清除DPPH·的能力均顯著提高(P<0.05)，金絲皇菊、貢菊、雛菊、杭白菊4種菊花凍干后IC50值顯著下降(下降幅度依次為62.787%，31.341%，71.399%，50.304%)(P<0.05)，凍干后4種菊花之間的游離酚清除DPPH·能力差異不顯著，且清除力均高于抗壞血酸。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

由圖2可知，菊花凍干后結(jié)合酚清除DPPH·的能力顯著改變，貢菊、雛菊、杭白菊的IC50值顯著上升(上升幅度依次為16.118%，62.579%，29.197%)(P<0.05)，表明這3種菊花凍干后結(jié)合酚清除DPPH·的能力顯著下降，金絲皇菊凍干后IC50值下降，表明其結(jié)合酚清除DPPH·的能力提高，但與凍干前差異不顯著。除金絲皇菊外，其余3種菊花凍干后結(jié)合酚清除DPPH·的能力均低于抗壞血酸。凍干后4種菊花間的結(jié)合酚清除DPPH·的能力差異顯著(P<0.05)，其清除能力順序?yàn)榻鸾z皇菊>貢菊>杭白菊>雛菊。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

綜上，菊花凍干后游離酚清除DPPH·的能力均增強(qiáng)，結(jié)合酚清除DPPH·的能力變化略有差異，但普遍降低。其中，雛菊凍干后游離酚清除DPPH·能力最強(qiáng)(IC50值為22.388 μg/mL)，金絲皇菊凍干后結(jié)合酚清除DPPH·能力最強(qiáng)(IC50值為29.948 μg/mL)。

2.4 清除ABTS+·能力比較

由圖3可知，菊花凍干前后游離酚清除ABTS+·的能力差異不顯著，4種菊花之間的差異也不顯著，凍干前后清除ABTS+·能力均高于抗壞血酸。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

由圖4可知，雛菊凍干后IC50值顯著上升(上升幅度為20.547%)(P<0.05)，表明雛菊凍干后結(jié)合酚清除ABTS+·的能力顯著下降；貢菊凍干后IC50值顯著下降(下降幅度為35.536%)(P<0.05)，表明貢菊凍干后結(jié)合酚清除ABTS+·的能力顯著上升；金絲皇菊和杭白菊凍干前后結(jié)合酚清除ABTS+·的能力差異不顯著。4種菊花凍干前后結(jié)合酚清除ABTS+·的能力均強(qiáng)于抗壞血酸。凍干后金絲皇菊與杭白菊間結(jié)合酚清除ABTS+·的能力差異不顯著，但與另外兩種菊花的差異顯著(P<0.05)。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

綜上，菊花凍干后游離酚清除ABTS+·的能力變化不顯著，但均強(qiáng)于抗壞血酸。菊花凍干后結(jié)合酚清除ABTS+·的能力變化有差異，其中貢菊的清除能力顯著增強(qiáng)(IC50值為2.010 μg/mL)，雛菊的清除能力顯著降低(IC50值為3.391 μg/mL)，而金絲皇菊和杭白菊與凍干前的差異不顯著。

2.5 鐵還原能力比較

由圖5可知，菊花凍干后游離酚的鐵還原能力均顯著提高，金絲皇菊、貢菊、雛菊、杭白菊4種菊花凍干后IC50值顯著下降(下降幅度依次為31.003%，18.730%，29.420%，45.549%)(P<0.05)，但鐵還原能力均低于抗壞血酸。金絲皇菊凍干后游離酚的鐵還原能力與其他3種菊花的差異顯著(P<0.05)，貢菊、雛菊、杭白菊之間游離酚的鐵還原能力差異不顯著。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

由圖6可知，菊花凍干后結(jié)合酚鐵的還原能力變化顯著，貢菊、雛菊、杭白菊的IC50值顯著上升(上升幅度依次為28.181%，65.007%，19.744%)(P<0.05)，表明這3種菊花凍干后結(jié)合酚的鐵還原能力顯著下降，金絲皇菊凍干后IC50值下降，其結(jié)合酚的鐵還原能力提高，但與凍干前差異不顯著。金絲皇菊凍干后結(jié)合酚的鐵還原能力與其他3種菊花的差異顯著(P<0.05)。

綜上，菊花凍干后游離酚的鐵還原能力均增強(qiáng)，結(jié)合酚的鐵還原能力變化略有差異，除金絲皇菊外，其余3種菊花的鐵還原能力降低。其中，杭白菊凍干后游離酚的鐵還原能力最強(qiáng)(IC50值為61.158 μg/mL)，金絲皇菊凍干后結(jié)合酚的鐵還原能力最強(qiáng)(IC50值為52.492 μg/mL)。

2.6 氧自由基吸收能力比較

由圖7可知，菊花凍干后游離酚的ORAC顯著提高，貢菊、雛菊、杭白菊的ORAC值顯著升高(上升幅度依次為88.198%，326.283%，256.306%)(P<0.05)。金絲皇菊凍干后游離酚的ORAC雖提高，但與凍干前差異不顯著。貢菊凍干后游離酚的ORAC與其他3種菊花的差異顯著(P<0.05)。

由圖8可知，菊花凍干后結(jié)合酚的ORAC顯著下降，貢菊、雛菊、杭白菊的ORAC值顯著下降(下降幅度依次為43.958%，60.494%，86.117%)(P<0.05)。金絲皇菊凍干后結(jié)合酚的ORAC雖下降，但與凍干前差異不顯著。金絲皇菊凍干后與雛菊、杭白菊之間結(jié)合酚的ORAC差異顯著(P<0.05)。

綜上，菊花凍干后游離酚的ORAC呈上升趨勢(shì)，其中杭白菊的ORAC最高(870.876 μmol TE/g·DW)。菊花凍干后結(jié)合酚的ORAC呈下降趨勢(shì)，其中杭白菊的ORAC最低(27.872 μmol TE/g·DW)。

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

字母不同表示差異顯著(P<0.05)

2.7 多酚含量與抗氧化能力的相關(guān)性分析

由表3可知，ORAC與凍干前游離酚含量呈極顯著相關(guān)性(P<0.01)，與凍干前結(jié)合酚含量呈顯著相關(guān)性(P<0.05)，與Zheng等[34]的結(jié)論相似。而其他3種抗氧化能力與多酚含量的相關(guān)性不顯著，但發(fā)現(xiàn)多酚含量的變化與抗氧化性的強(qiáng)弱是相關(guān)的[35]。這是因?yàn)闇y(cè)量抗氧化能力的方法、反應(yīng)機(jī)制不同可能導(dǎo)致不同的觀察結(jié)果[36]。此外，菊花中的各種天然抗氧化成分往往具有協(xié)同作用，使得多酚含量相似的樣品抗氧化能力不同，4種菊花在凍干前后具有抗氧化活性的酚類的種類和含量也不同。這些因素都影響著多酚含量與抗氧化能力的相關(guān)性。所以凍干后游離酚含量增加，且真空低溫條件抑制了多酚氧化酶(PPO)、過氧化物酶(POD)等的活性，使得凍干后游離酚清除DPPH·能力、鐵還原能力、ORAC普遍增強(qiáng)。而凍干后結(jié)合酚含量降低，導(dǎo)致其清除DPPH·能力、鐵還原能力、ORAC變化普遍降低。而清除ABTS+·能力差異不顯著，可能是因?yàn)橛绊懬宄鼳BTS+·能力的單體酚在凍干前后含量基本沒有變化。后續(xù)還需進(jìn)一步研究多酚的組成對(duì)抗氧化活性的影響。

表3 多酚含量與抗氧化能力的相關(guān)性分析?

3 結(jié)論

以4種市售菊花為原料，借助真空冷凍干燥技術(shù)，分析了菊花凍干前后多酚含量、組分及抗氧化活性的變化。結(jié)果表明，4種菊花凍干前總酚含量為8.479～16.571 mg GAE/g·DW，凍干后總酚含量為16.340～32.717 mg GAE/g·DW，游離酚是菊花凍干前后多酚的主要存在形式(占53.690%～90.681%)。4種菊花凍干前后均具有一定的抗氧化活性，凍干后游離酚的抗氧化性普遍增強(qiáng)，結(jié)合酚的抗氧化性普遍降低。清除DPPH·能力的IC50值為24.292～79.829 μg/mL，清除ABTS+·能力的IC50值為2.010～3.391 μg/mL，鐵還原能力的IC50值為44.138～125.570 μg/mL，ORAC值為27.872～870.876 μmol TE/g·DW。菊花富含多酚且具有較強(qiáng)的抗氧化活性，是植源性多酚的優(yōu)良來源之一，真空冷凍干燥后的總酚含量增加。后續(xù)可進(jìn)一步探索真空冷凍干燥的參數(shù)，減少能耗，研究多酚組分對(duì)抗氧化活性的影響，以及對(duì)其細(xì)胞和體內(nèi)抗氧化能力進(jìn)行研究并探討其作用機(jī)制。