三色藜麥抗氧化活性及體外消化特性

祖力皮牙·買買提,毛紅艷,岳 麗,王佳敏,于 明

(新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所,烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】藜麥 (ChenopodiumquinoaWilld.) 是藜科屬的雙子葉植物[1],原產(chǎn)于南美洲安第斯山區(qū),具有耐旱、耐寒、耐鹽、以及抗逆等特性[2]。我國新疆、青海、山西、河北、甘肅、陜西和吉林等地均有藜麥種植,我國藜麥種植面積較大[3]。藜麥籽粒富含蛋白質(zhì)、黃酮類、膳食纖維、微量元素、皂苷類、氨基酸、植物甾醇以及維生素等營養(yǎng)物質(zhì)[4,5]。藜麥具有促進(jìn)免疫功能[6]、新陳代謝[7]、抗氧化[8]、抗菌[9]、抗炎[10]、預(yù)防心血管疾病[11]、保護(hù)胃腸道健康[12-14]等作用?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】與多數(shù)雜糧作物相比,藜麥蛋白利用率更高,氨基酸構(gòu)成平衡且接近牛奶酪蛋白。同時藜麥含有槲皮素、山奈酚、蘆丁等黃酮類,齊墩果酸、石竹素、常春藤皂苷元等皂苷類營養(yǎng)功能因子[15]。任妍婧等[16]報道不同藜麥品種間脫皮粉及原糧粉的抗氧化活性存在顯著差異。董晶等[8]通過對自由基清除率和消化淀粉酶抑制率的測定,證明藜麥黃酮提取液具有較好的抗氧化活性和降糖能力。藜麥富含膳食纖維的天然的無麩質(zhì)食品。江帆等[17]以海藜、甘南、格爾木和靜樂等4種藜麥淀粉作為材料,開展理化性質(zhì)與消化特性研究,并得到4種藜麥淀粉均含有較多的快速消化淀粉?！颈狙芯壳腥朦c】目前對藜麥的營養(yǎng)成分分析主要集中在同一種顏色藜麥不同種間或來自不同產(chǎn)地的比較分析,而關(guān)于白、黑、紅3種顏色藜麥抗氧化活性及體外消化綜合評價研究報道較少,目前國內(nèi)有關(guān)藜麥血糖生成指數(shù)的研究還未見報道,需研究不同粒色藜麥淀粉的血糖生成指數(shù)差異性?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以白色,黑色,紅色三粒色藜麥為材料,分析其營養(yǎng)成分(脂肪、淀粉、蛋白質(zhì)、黃酮)及體外抗氧化能力 (ABTS+·、DPPH·自由基清除能力),開展體外模擬消化和血糖生成指數(shù)評價,為藜麥開發(fā)利用和資源挖掘提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

白色,黑色,紅色三色藜麥為市售,粉碎40目篩備用。直鏈淀粉、總黃酮測定試劑盒購自索萊寶生化試劑盒事業(yè)部,BCA蛋白定量試劑盒購自北京博邁德基因技術(shù)有限公司,D-無水葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品購自上海麥克林生化科技有限公司;1,1二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)(純度>97%)、2,2-聯(lián)氮-雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二胺(ABTS)(純度>98%)、VC 購自Sigma公司;3,5-二硝基水楊酸、豬胰α-淀粉酶、淀粉葡萄糖甘酶、胰酶、無水乙醇、氫氧化鈉均為分析純。

1.2 方 法

1.2.1 營養(yǎng)功能成分

灰分依據(jù) GB5009.3-2016測定;灰分依據(jù) GB5009.4-2016測定;總淀粉含量參照AOAC996.11測得;水溶蛋白、直鏈淀粉、黃酮含量用試劑盒測定;糊化測定參照 LS/T6101-2002 進(jìn)行。粗脂肪的測定:樣品用石油醚(藜麥粉∶石油醚=1∶5)攪拌提取,抽濾后沉淀物再次脫脂,直至脫脂干凈,合并濾液,濃縮后烘干稱重。

1.2.2 體外抗氧化活性

1.2.2.1 ABTS自由基清除率

參考文獻(xiàn)[18]:取30 μL樣品,加入170 μL ABTS工作液,混勻,避光反應(yīng)10 min,VC 作為對照,測定734 nm波長處的OD值計算半數(shù)抑制濃度(IC50)。

ABTS自由基清除率(%)=

(1)

式中,OD1為加樣品與ABTS時的OD值;OD2為加樣品與水或60%乙醇時的本底OD值;OD0為加ABTS與水或60%乙醇時的OD值。

1.2.2.2 DPPH自由基清除率

參考文獻(xiàn)[19]:取10 μL樣品,加入DPPH工作液,旋渦混勻,置在冰上進(jìn)行避光反應(yīng)30 min,VC 作為對照,在515 nm波長處測定OD值,計算半數(shù)抑制濃度(IC50)。

DPPH自由基清除率(%) =

(2)

式中,OD1為加樣品與DPPH時的OD值;OD2為加樣品與無水乙醇時的本底OD值;OD0為加DPPH與無水乙醇時的OD值。

1.2.3 體外消化動力學(xué)

預(yù)估血糖指數(shù)測定與體外消化動力學(xué)測定參考文獻(xiàn)[20]。0.15 g藜麥加入20 mL的蒸餾水,室溫下攪拌40 min,37℃平衡10 min。加入0.05 mL α-淀粉酶溶液消化1 min,將pH值至2.5。加入0.1 mL模擬胃消化液,37℃ 120 r/min震蕩,在5、10、20、30 min取樣后用0.1 mmol/mL NaHCO3調(diào)節(jié)pH值至6.2終止反應(yīng)。加入0.75 mL 10%膽汁提取鹽后立即取樣,再加入0.05 mL淀粉葡萄糖甘酶和0.05 mL 5%w/w胰酶溶液,在1、5、10、15、20、30、60、90、120、150 min分別取樣,用無水乙醇酶失活。12 000 r/min離心5 min,取0.1 mL上清液加入3 mL GOPOD試劑,50℃水浴20 min,在510 nm處葡萄糖含量,計算快消化淀粉(rapidly digestible starch,RDS)、慢消化淀粉(slowly digestible starch,SDS)含量以及抗性淀粉(resistant starch,RS)含量。

(3)

(4)

RDS(%)=100-RDS-SDS.

(5)

式中,G20表示酶解20 min產(chǎn)生的葡萄糖含量,mg;G120表示酶解120 min產(chǎn)生的葡萄糖含量,mg;TS(total starch)表示總淀粉含量(mg)。

C=C∞(1-e-Kt).

(6)

式中,C表示在t時刻淀粉酶解百分比(%);Gt表示在t時刻酶解產(chǎn)生的葡萄糖量(mg);C∞表示150 min 達(dá)到平衡后淀粉酶解百分比,%;k表示動力學(xué)常數(shù)。對所得曲線進(jìn)行擬合,得出一級反應(yīng)方程,計算擬合曲線0～150 min下表面積(AHU)。得出樣品的淀粉水解指數(shù)(hydrolysis index,HI)。根據(jù)HI值計算出eGI值。eGI=39.71+(0.549×HI).

1.3 數(shù)據(jù)處理

統(tǒng)計數(shù)據(jù)用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(AV±SD)表示,P<0.05 表示差異性顯著。用 Excel 2007,SPSS 23.0,Origin 2021軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析及繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 三色藜麥的營養(yǎng)成分

研究表明,三色藜麥灰分、淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉、水溶性蛋白含量均存在顯著性差異(P<0.05),其中灰分含量最高的是黑色藜麥,為2.64%,水溶性蛋白含量最高是白色藜麥,為6.67%,淀粉含量最高的是白色藜麥,含量為41.22%,直鏈淀粉含量為7.14%,支鏈淀粉含量為34.08%。直鏈淀粉含量越高越容易老化,形成難以消化的抗性淀粉,而支鏈淀粉易糊化,能提高消化率。紅色藜麥脂肪、黃酮含量顯著高于黑、白藜麥,含量分別為6.59%和3.98 mg/g,黑、白藜麥無顯著性差異。表1

表1 三種藜麥營養(yǎng)功能成分含量(n=3)

2.2 三色藜麥糊化特性

研究表明,三色藜麥的糊化特征值均存在顯著差異(P<0.05)。白色藜麥峰值黏度、低谷黏度、最終黏度、回升值顯著高于黑、紅色藜麥,糊化時間顯著低于黑、紅藜麥。黑色藜麥稀懈值顯著高于紅、白藜麥,稀懈值越高,則糊化穩(wěn)定性越高。峰值粘度降低會使得面團(tuán)發(fā)粘,不利于面團(tuán)的發(fā)酵,回生值反映藜麥粉糊化回生的難易程度,回升值降低能改善老化,白色藜麥比紅、黑藜麥更容易老化。紅色藜麥糊化溫度顯著高于黑、白藜麥,紅色藜麥更難被糊化。表2

表2 三種藜麥的RVA特征值

2.3 藜麥抗氧化能力

研究表明,3種不同顏色藜麥黃酮提取液均具有一定的抗氧化活性,ABTS的IC50值分別為0.47、0.43、0.41 mg/mL,DPPH的IC50值分別為6.53、6.85、3.93 mg/mL。氧化能力IC50值越小,抗氧化能力越強。紅色藜麥黃酮提取液清除ABTS和DPPH自由基能力強于白色藜麥和黑色藜麥黃酮提取液,這與黃酮含量保持一致性,黃酮含量越高,黃酮提取液ABTS和DPPH清除力越強。表2

藜麥水溶蛋白提取物均具有一定的抗氧化活性。水溶蛋白提取液ABTS的IC50值分別為1.19、1.15、0.65 mg/mL,清除DPPH的IC50值分別為7.18、5.98、5.89 mg/mL,紅色藜麥蛋白提取液清除ABTS和DPPH自由基能力強于白色藜麥和黑色藜麥蛋白提取液。表3,圖1

圖1 (a) 三色藜麥總黃酮含量及黃酮提取液ABTS及DPPH清除率(IC50),(b) 三色藜麥水溶蛋白含量及水溶蛋白提取液ABTS及DPPH清除率(IC50)

表3 藜麥黃酮與水溶性蛋白提取液抗氧化能力(n=3)

2.4 體外消化動力學(xué)預(yù)估三色藜麥的血糖生成指數(shù)(eGI值)

研究表明,三色藜麥的淀粉消化率隨著體外消化時間的延長而呈上升趨勢,淀粉水解速率在前60 min增長較快,尤其在前30 min的快消化階段淀粉的消化速率最快,在60 min以后趨于穩(wěn)定。60～150 min 內(nèi)白色藜麥淀粉消化速率高于黑色、紅色藜麥,黑色、紅色藜麥淀粉消化速率增長緩慢且逐漸趨于平穩(wěn)。在相同消化時間內(nèi),紅色、黑色藜麥淀粉消化率顯著低于白色藜麥 (P<0.05)。紅色、黑色藜麥抗消化能力高于白色藜麥。白色、黑色、紅色藜麥經(jīng)過2.5 h 的淀粉酶消化后消化率分別為41.36%、26.54%、21.63%。圖2

圖2 三種顏色藜麥的體外消化曲線

消化過程中淀粉釋放量隨消化時間的變化趨勢符合冪函數(shù)Y=a-bcx(X為消化時間,Y為淀粉消化率,a、b、c為曲線常數(shù))。在小腸消化階段,藜麥中淀粉釋放量與消化時間的變化規(guī)律與冪函數(shù)擬合度高,R值均在0.95以上。a-b值越大表明相同消化時間淀粉消化率越大,淀粉消化曲線變化速率越快。表4

表4 體外消化過程淀粉消化率變化動力學(xué)參數(shù)

三色藜麥的快消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉含量均存在顯著差異(P<0.05),白色藜麥的快消化淀粉和慢消化淀粉含量顯著高于黑、紅色藜麥,抗性淀粉含量最低,紅色藜麥的快消化淀粉含量及慢消化淀粉含量最低,抗性淀粉含量最高,其抗消化能力強。表2,表5

表5 三色藜麥的快速消化淀粉RDS、慢速消化淀粉SDS和抗性淀粉RS含量

白色、黑色和紅色藜麥的C∞分別為 41.36%、26.54%和21.63%。k值在0.011～0.046,最高為紅色藜麥,最低為白色藜麥。體外血糖生成指數(shù)在48.32～54.21,白色藜麥最高,紅色藜麥最低,均小于55,屬于低升血糖指數(shù)范疇,白色藜麥的總淀粉含量高,eGI值也稍微高。不同顏色藜麥直鏈淀粉、抗性淀粉含量差異較大,eGI值也存在一定差異。紅色藜麥脂肪和總黃酮含量較高,其部分吸附在淀粉表面限制酶分解,導(dǎo)致eGI降低。表6

表6 三色藜麥的平衡淀粉消化率(C∞)、動力學(xué)常數(shù)(k)和估計血糖指數(shù)(eGI)

3 討 論

3.1試驗研究結(jié)果與趙萌萌等[22]研究結(jié)果中總淀粉含量稍微偏低,可能是測定方法存在差異;與韓玲玉等[23]研究結(jié)果一致。與王玉玲[24]研究結(jié)果存在一定差異,可能與品種、提取條件及測定方法不同有關(guān)。藜麥中直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例、結(jié)晶區(qū)與無定形區(qū)的大小、脂類與蛋白質(zhì)的含量不同等因素導(dǎo)致藜麥消化率之間存在較大差異[25]。黑色藜麥和紅色藜麥后期消化速率相對較慢,主要是慢消化淀粉和抗性淀粉較多有關(guān),與付蕾等[26]研究結(jié)果相一致。與黃金[27]研究結(jié)果基本一致。藜麥具有抗氧化性、低消化性和血糖生成指數(shù)低等功能,能降低糖尿病、高血脂、肥胖等慢性病的發(fā)病風(fēng)險[28]。藜麥富含黃酮類物質(zhì),具有良好的抗氧化功能。研究表明,紅色藜麥的黃酮含量高于白、黑色藜麥,清除ABTS+·與DPPH·自由基能力相對最強,與洪佳敏[29]研究黑色藜麥黃酮含量高,具有較高的抗氧化能力存在一定差異,可能是藜麥品種、顏色、栽培條件及環(huán)境不同而導(dǎo)致的。

3.2食物在體內(nèi)消化和吸收過程中,除了淀粉、蛋白、脂肪、糖類等營養(yǎng)成分之外,腸道內(nèi)消化速度及消化率等特性非常重要。研究表明,不同顏色藜麥因糊化特性導(dǎo)致的淀粉結(jié)構(gòu)破壞以及輸送到大腸的抗性淀粉含量不同,致使藜麥淀粉消化率之間存在較大差異。淀粉在人體內(nèi)能夠被完全的消化和吸收,但抗性淀粉在小腸內(nèi)不被吸收,進(jìn)入大腸后,發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸和其他產(chǎn)物,不會增加胰島素反應(yīng)[30]。陳雪華等[31]研究報道淀粉與脂質(zhì)之間通過氫鍵鏈接,使淀粉-脂質(zhì)復(fù)合物結(jié)構(gòu)具有有序的晶型結(jié)構(gòu),隨著抗性淀粉含量增加,起到降低消化率的作用。李云龍等[32]報道,在整個消化過程中,隨著苦蕎粉糊化度的增大,消化性也顯著提高。因此,高糊化性的白色藜麥淀粉容易被快速分解,使體內(nèi)還原糖含量增加,從而提高淀粉消化率。紅色藜麥較高脂肪含量使其結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,抗性淀粉不易被吸收,體外消化速率呈現(xiàn)降低趨勢。淀粉是藜麥最主要的碳水化合物,其消化速度與血糖生成指數(shù)呈正相關(guān)性,因此淀粉消化性也可反映血糖生成指數(shù)變化。研究表明,藜麥的預(yù)估血糖指數(shù)(eGI)為48.32～54.21,抗性淀粉含量為6.54～38.05,屬于低eGI食物。楊瑞[33]報道藜麥的抗性淀粉含量9.79%,黃金[27]報道藜麥eGI值為35,屬于低eGI食物。研究中獲得的抗性淀粉含量和預(yù)估血糖生成指數(shù)和有些文獻(xiàn)有差異,可能與藜麥品種、產(chǎn)地、測試方法等不同有關(guān)。

4 結(jié) 論

白色藜麥的灰分、總淀粉、直鏈淀粉、支鏈淀粉含量均顯著高于黑、紅色藜麥,粗脂肪含量最低。糊化特性指標(biāo)中,白色藜麥的糊化性比黑色、紅色藜麥好。3種藜麥黃酮提取液的抗氧化能力均強于水溶蛋白提取液。紅色藜麥ABTS+·、DPPH·清除率最高,抗氧化能力最突出。紅色藜麥的快消化淀粉、慢消化淀粉含量最低,抗性淀粉含量最高,抗消化能力顯著強于白色、黑色藜麥。紅色藜麥的預(yù)估血糖生成指數(shù)(eGI值)與黑色藜麥相近,顯著低于白色藜麥。3種顏色藜麥血糖生成指數(shù)均低于55,屬于低eGI食品。