不同產(chǎn)地香椿嫩芽主要營養(yǎng)成分、活性物質(zhì)及揮發(fā)性成分分析

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(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心,河南鄭州 450000)

香椿[Toonasinensis(A.Juss.)Rome]屬于楝科香椿屬植物,是我國特有的集材、菜、藥于一體的珍貴木本植物,廣泛分布于我國大部分地區(qū),以安徽、河南、河北和山東栽培最多[1-2]。香椿全株具有特殊香氣,其嫩芽芳香可口,且生長過程中自身能夠分泌驅(qū)蟲抗菌物質(zhì),無需施用農(nóng)藥,被稱為“綠色保健蔬菜”[3]。香椿嫩芽營養(yǎng)豐富,其所含的蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素C和鈣、磷等礦物元素在蔬菜中均名列前茅,并且還含亞油酸、亞麻酸、棕櫚酸等不飽和脂肪酸,以及多種人體必需的微量元素如鐵、鋅、錳等[4-5]。近些年的研究發(fā)現(xiàn),香椿具有顯著的抗氧化、抑菌、抗癌、降血糖等生物活性,其物質(zhì)基礎(chǔ)是香椿中含有的多酚、黃酮、多糖、皂苷、生物堿等重要的活性成分[6-7],此外,香椿由于具有獨特的香氣,對香椿的揮發(fā)性成分研究也較多,香椿嫩芽中的揮發(fā)性成分主要包括萜類化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物和含氮含硫類化合物[8-10]。

近年來,隨著香椿的廣泛栽培種植,研究者對香椿中的化學(xué)成分包括營養(yǎng)成分、活性成分以及揮發(fā)性成分進(jìn)行了多方面的研究,其成分組成及含量受多種因素影響,如產(chǎn)地、品種、栽培環(huán)境及采收期等[11]。劉常金等[12]研究了不同產(chǎn)地香椿老葉中黃酮和皂苷含量的差異,結(jié)果顯示,北方香椿老葉中的黃酮和皂苷含量明顯高于南方,植株在活性物質(zhì)積累方面具有明顯優(yōu)勢。王昌祿等[13]比較了河南、湖北、陜西三地采集的香椿籽樣品的揮發(fā)油含量和化學(xué)成分的差異,研究發(fā)現(xiàn)主要成分中僅有9種相同,各主要成分含量差異明顯,香椿籽中揮發(fā)油的主要成分與香椿籽產(chǎn)地密切相關(guān)。王曉敏等[14]對河南4個產(chǎn)地的香椿的基本成分和風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了分析測定,結(jié)果表明,香椿的基本成分及揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)呈現(xiàn)明顯的產(chǎn)地差異性。從以上可以看出,目前對構(gòu)成香椿特有品質(zhì)并起主要作用的化學(xué)成分的組成和含量隨地域性變化規(guī)律方面的研究尚不系統(tǒng),已有的研究工作僅僅是涉及到個別成分分析或產(chǎn)地來源,不能為香椿高品質(zhì)加工提供指導(dǎo)。因此為了較全面系統(tǒng)地分析不同產(chǎn)地香椿資源優(yōu)勢,本研究選取河南、陜西、山東、山西以及湖北省6個產(chǎn)地規(guī)模化露地栽培的紅油香椿嫩芽為材料,對其主要營養(yǎng)成分、活性物質(zhì)及揮發(fā)性成分進(jìn)行分析測定,以期為香椿加工產(chǎn)品的開發(fā)、質(zhì)量控制及產(chǎn)地鑒別提供理論依據(jù),同時為香椿的產(chǎn)業(yè)化及開發(fā)應(yīng)用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

本實驗所采用的香椿嫩芽 均為紅油香椿,分別來自于河南新鄉(xiāng)原陽縣、河南桐柏縣、山西永濟(jì)、山東淄博、陜西安康、湖北十堰鳳凰溝村,不同地區(qū)樣品均在2017年4月份香椿嫩芽頭茬時采摘,選取新鮮、無病蟲害、長度為15～20 cm的香椿嫩芽,切碎后加液氮研磨,得到香椿濕樣,冷凍備用。

標(biāo)準(zhǔn)品:牛血清白蛋白(優(yōu)級純)、人參皂苷(優(yōu)級純)、鹽酸小檗堿(優(yōu)級純)、蘆丁(優(yōu)級純) 北京索萊寶生物科技有限公司;無水葡萄糖、抗壞血酸(維生素C) 天津市化學(xué)試劑六廠三分廠;沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)品 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所;其他試劑 均為國產(chǎn)分析純。

ME204E型電子天平 梅特勒托利多儀器(上海)有限公司;H1850R型高速冷凍離心機(jī) 湖南湘儀公司;SB-5200DTD型超聲波清洗機(jī) 寧波新芝生物科技股份有限公司;QL-901型旋渦混合器 海門市其林貝爾儀器制造有限公司;GENESYS 10S型紫外-可見分光光度計 美國熱電公司;Agilent 7890A-5975C氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(HP-5MS 毛細(xì)管色譜柱(30 m×0.25 μm×0.25 μm)、配有頂空固相微萃取裝置(包括手持式手柄,50/30 μm DVB/CAR/PDMS,15 mL頂空瓶)) 美國安捷倫公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 營養(yǎng)成分測定

1.2.1.1 可溶性蛋白含量測定 以牛血清白蛋白(BSA)為標(biāo)準(zhǔn)品,采用考馬斯亮藍(lán)染色法測定可溶性蛋白含量[15],可溶性蛋白含量測定標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.008x-0.1935(R2=0.9947)。

1.2.1.2 抗壞血酸含量測定 抗壞血酸VC含量測定參考Gao等的方法[16],VC含量測定標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.0549x-0.0096(R2=0.9996)。

1.2.2 活性物質(zhì)測定

1.2.2.1 總黃酮含量測定 以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品,采用硝酸鋁顯色法[17]測定總黃酮含量,總黃酮含量測定標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=2.1525x+0.0158(R2=0.992)。

1.2.2.2 總皂苷含量測定 以人參皂苷為標(biāo)準(zhǔn)品,采用香草醛-冰乙酸比色法[18]測定總皂苷含量,總皂苷含量測定標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=3.9353x-0.0365(R2=0.993)。

1.2.2.3 總生物堿含量測定 以鹽酸小檗堿為標(biāo)準(zhǔn)品,用分光光度法[19]測定總生物堿含量,總生物堿含量測定標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=62.625x-0.0086(R2=0.989)。

1.2.2.4 總多酚含量測定 以沒食子酸為標(biāo)準(zhǔn)品,采用福林酚法[20]測定總多酚含量,總多酚含量測定標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=3.969x+0.0502(R2=0.9988)。

1.2.2.5 總多糖含量測定 以無水葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)品,采用苯酚-硫酸顯色法測定總多糖含量[21],總多糖含量測定標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=11.185x-0.0374(R2=0.9986)。

1.2.3 揮發(fā)性成分分析 頂空固相微萃取(headspace solid phase microextraction,HS-SPME)條件:稱取1.0 g液氮研磨處理過的香椿濕樣于15 mL 頂空瓶里,密封后于40 ℃水浴中平衡15 min,插入50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取頭,萃取30 min 后取出萃取頭,插入GC-MS解析5 min。

色譜條件:HP-5MS石英毛細(xì)管柱(30 m×0.25 μm×0.25 μm);載氣He;進(jìn)樣口溫度250 ℃,無分流比,柱流速1 mL/min。程序升溫:初溫40 ℃,保持3 min,以5 ℃/min 的速率升溫至150 ℃,保持2 min,以8 ℃/min 的速率升至230 ℃,保持5 min 結(jié)束。

質(zhì)譜條件:四級桿150 ℃,離子源溫度230 ℃,輔助加熱器250 ℃,電子轟擊電離(electron impact,EI),全掃描質(zhì)量參數(shù)40～800 U,檢索圖庫為NIST08.LIB。

定性和定量:將閾值設(shè)為18,采用HS-SPME-GC-MS聯(lián)用技術(shù)進(jìn)行檢索分析、定性,同時與NIST08.LIB質(zhì)譜庫相匹配,并參考資料、文獻(xiàn)等進(jìn)行人工鑒定;將相似度大于800的峰作為確認(rèn),采用峰面積歸一法計算各組分的相對含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運用DPS軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,用鄧肯多重比較法檢驗差異顯著性,5%為顯著水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同產(chǎn)地香椿的可溶性蛋白含量

可溶性蛋白含量是果蔬品質(zhì)和營養(yǎng)的一個重要評價指標(biāo),許多可溶性蛋白參與果蔬生理生化代謝過程的調(diào)控,與果蔬的生長發(fā)育、成熟衰老、抗逆性等密切相關(guān)[22]。由圖1可知,山東淄博香椿嫩芽中可溶性蛋白含量最高,達(dá)0.74%;河南桐柏和陜西安康兩個地區(qū)香椿嫩芽中可溶性蛋白含量較低,分別為0.51%和0.36%,與其他產(chǎn)地差異顯著(p<0.05),其他產(chǎn)地之間差異不顯著(p>0.05)。

圖1 不同產(chǎn)地香椿的可溶性蛋白含量Fig.1 Total soluble protein contents ofToona sinensis from different growing areas

2.2 不同產(chǎn)地香椿的維生素C含量

維生素C也稱抗壞血酸,廣泛存在于植物組織中,是鑒定水果蔬菜產(chǎn)品品質(zhì)的一個重要指標(biāo)。同時也是人體需求量最大的一種維生素,具有顯著的抗氧化和降血膽固醇、減緩動脈粥樣硬化等作用,此外還具有預(yù)防和治療壞血病,促進(jìn)鐵的吸收、細(xì)胞間質(zhì)的生長,對輔助治療缺鐵性貧血有一定的作用,在營養(yǎng)與疾病防治中發(fā)揮著重要作用[23]。不同產(chǎn)地的香椿嫩芽中的VC含量如圖2所示。由圖2可知,河南桐柏的香椿嫩芽中的VC含量最高,達(dá)0.83%,與其他產(chǎn)地差異顯著(p<0.05),其余所有產(chǎn)地的香椿嫩芽中的VC含量在0.40～0.58 mg/g之間。

圖2 不同產(chǎn)地香椿維生素C含量Fig.2 Total vitamin C contents ofToona sinensis from different growing areas

2.3 不同產(chǎn)地香椿的活性成分分析

由表1可以看出,從不同產(chǎn)地來看,山西永濟(jì)總黃酮含量最高,達(dá)14.08 mg/g,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他產(chǎn)地,且差異顯著(p<0.05);在總生物堿方面,山西永濟(jì)和山東淄博含量較高,與其他產(chǎn)地差異顯著(p<0.05);在總多糖方面,山西永濟(jì)含量最高,達(dá)9.27 g/100 g,顯著高于其他產(chǎn)地(p<0.05),其次為山東淄博,河南新鄉(xiāng)和河南桐柏?zé)o顯著性差異(p>0.05),陜西安康含量最低;在總多酚方面,不同產(chǎn)地差異顯著(p<0.05),其中山西永濟(jì)含量最高;在總皂苷方面,山西永濟(jì)含量最高,達(dá)4.31 g/100 g,與其他產(chǎn)地差異顯著(p<0.05),其次為河南桐柏,河南新鄉(xiāng)含量最低,其余三個地區(qū)無顯著性差異(p>0.05)?？傮w來說,山西永濟(jì)香椿在總黃酮、總生物堿、總多糖、總多酚、總皂苷含量都較高,明顯優(yōu)于其他幾個產(chǎn)地,這可能與不同產(chǎn)地光照、水分、氣候、土壤等種植條件差異性有關(guān)。因此,在選擇加工或栽培原料來源時,可根據(jù)產(chǎn)品對性質(zhì)要求選擇適宜的產(chǎn)地取材。此外,目前研究對象主要集中在我國中半部省份,要確切闡明產(chǎn)地對香椿活性成分的影響以及積累規(guī)律,還需要進(jìn)一步擴(kuò)大樣品范圍至全國,從產(chǎn)地的氣候條件、土壤類型以及栽培環(huán)境等等方面進(jìn)行深入的研究。

表1 不同產(chǎn)地香椿活性成分比較Table 1 Active composition of Toona sinensis from different growing areas

2.4 不同產(chǎn)地香椿的揮發(fā)性成分比較

不同產(chǎn)地香椿嫩芽揮發(fā)性成分總離子圖及其相對含量見圖3、表2所示。

圖3 不同產(chǎn)地香椿揮發(fā)性成分的總離子圖Fig.3 Total ion chromatograms of volatile compounds in Toona sinensis from different growing areas注:A.河南新鄉(xiāng);B.河南桐柏;C. 山西永濟(jì);D.山東淄博;E.陜西安康;F.湖北十堰。

6個產(chǎn)地香椿嫩芽中共檢出87種揮發(fā)性物質(zhì),其中河南新鄉(xiāng)檢出16種,河南桐柏33種,山西永濟(jì)29種,山東淄博28種,陜西安康33種,湖北十堰陸35種。揮發(fā)性成分包括萜烯類26種、芳香烴類11種、醛類10種、酯類8種、醇類8種、酮類6種、含硫類5種、烷烴類3種、呋喃類2種及其他物質(zhì)8種。各類揮發(fā)性成分相對含量及種類如表2及圖4所示,6個產(chǎn)地相對含量較高的均為萜烯類、醛類和含硫類物質(zhì),所占比例分別為90.63%、87.54%、69.01%、89.03%、84.99%、77.42%,并且萜烯類物質(zhì)在不同產(chǎn)地中的種類均最多,其中山東淄博含萜烯類物質(zhì)最多,為14種;湖北十堰含醛類物質(zhì)和含硫類物質(zhì)最多,分別為8種和4種。

圖4 不同產(chǎn)地香椿各類揮發(fā)性成分種類Fig.4 Types of volatile compounds in Toona sinensis from different growing areas

表2 不同產(chǎn)地香椿揮發(fā)性成分及其相對含量Table 2 Volatile compounds and their relative contents in Toona sinensis from different growing areas

續(xù)表

續(xù)表

續(xù)表

由表2可知,不同產(chǎn)地香椿嫩芽共檢出6種共有化合物,分別為2-己烯醛、β-環(huán)檸檬醛、2,4-二甲基噻吩、2-巰基-2,3-二氫-3,4-二甲基噻吩、古巴烯和[1R-(1R*,4Z,9S*)]-4,11,11-4,11,11-三甲基-8-亞甲基-二環(huán)[7.2.0]十一碳-4-烯,并且6種共有化合物在不同產(chǎn)地樣品中的相對含量之和占比在46.72%～83.40%之間,其中河南新鄉(xiāng)6種共有組分的相對含量之和占比達(dá)83.40%,構(gòu)成了香椿嫩芽的主要香氣成分,由此可見,不同產(chǎn)地的香椿嫩芽揮發(fā)性成分具有一定的相似性。

萜烯類物質(zhì)是香椿揮發(fā)性成分中種類最多的一類化合物,6個產(chǎn)地分別檢出5、13、6、14、9、8種化合物,其中山東淄博萜烯類相對含量最高,達(dá)48.87%,其次為湖北十堰31.03%。香椿中的萜烯類物質(zhì)主要包括古巴烯、[1R-(1R*,4Z,9S*)]-4,11,11-4,11,11-三甲基-8-亞甲基-二環(huán)[7.2.0]十一碳-4-烯、1,5,9,9-四甲基-(-)-三環(huán)[6.2.1.0(4,11)]十一碳-5-異丁香烯、石竹烯、π石竹烯、蛇麻烯-(v1)、π-愈創(chuàng)木烯、β-蛇床烯等,其中古巴烯和[1R-(1R*,4Z,9S*)]-4,11,11-4,11,11-三甲基-8-亞甲基-二環(huán)[7.2.0]十一碳-4-烯在6個產(chǎn)地香椿中均有檢出,山東淄博檢出的古巴烯相對含量最高,達(dá)7.87%,湖北十堰檢出的[1R-(1R*,4Z,9S*)]-4,11,11-4,11,11-三甲基-8-亞甲基-二環(huán)[7.2.0]十一碳-4-烯相對含量最高,達(dá)20.10%。山東淄博檢出7種萜烯類化合物,在其他產(chǎn)地未發(fā)現(xiàn),河南桐柏檢出5種萜烯類化合物,在其他產(chǎn)地未發(fā)現(xiàn)。研究表明萜烯類化合物大多具有花香、甜香以及果香等香氣[24],對香椿的香氣起著重要的作用。

醛類物質(zhì)也是香椿揮發(fā)性成分中相對含量較高的一類物質(zhì),其在不同產(chǎn)地中相對含量占比為20.92%～40.59%。不同產(chǎn)地檢測出的共有醛類物質(zhì)為2-己烯醛和β-環(huán)檸檬醛,其中2-己烯醛相對含量最高,在5.94%～37.28%之間,相關(guān)研究表明,2-己烯醛是植物葉片氣味的主要成分,在遇到高溫環(huán)境時該物質(zhì)的含量會急劇升高[25],而β-環(huán)檸檬醛在不同產(chǎn)地中的相對含量在0.33%～1.48%之間,該物質(zhì)閾值極低,具有檸檬型清香氣味[26]。湖北十堰共檢出8種醛類物質(zhì),有4種在其他產(chǎn)地未發(fā)現(xiàn)。這些醛類物質(zhì)對香椿的總體香氣有一定的貢獻(xiàn)作用。

含硫類物質(zhì)一般具有較低的閾值和較強的氣味,呈現(xiàn)出類似于大蒜、洋蔥、韭菜等刺激性味道[27-28],對香椿的獨特風(fēng)味起著關(guān)鍵性作用。6個產(chǎn)地共檢測出5種含硫類物質(zhì),分別為噻吩類化合物、硫醚類化合物、硫醇類化合物,相對含量在19.24%～49.32%之間。不同產(chǎn)地檢測出的共有含硫類物質(zhì)為2,4-二甲基噻吩和2-巰基-2,3-二氫-3,4-二甲基噻吩,研究表明,香椿的特征香氣物質(zhì)為2-巰基-2,3-二氫-3,4-二甲基噻吩[29],而不同產(chǎn)地中檢測出的2,4-二甲基噻吩相對含量最高,在14.49%～36.63%之間,推測是由于2-巰基-2,3-二氫-3,4-二甲基噻吩加熱不穩(wěn)定,失去一個H2S分子生成的。此外,二(1-丙烯基)硫醚、二丙烯基硫醚以及1-(乙?guī)€基)-2-甲基-1-丙烯都是化學(xué)性質(zhì)非常不穩(wěn)定的化合物,都容易轉(zhuǎn)化為噻吩類物質(zhì),這也是這些化合物呈現(xiàn)出相似的離子碎片的原因。

酯、醇類和酮類物質(zhì)也是構(gòu)成香椿香氣成分的重要組成部分,6個產(chǎn)地共檢出酯類8種、醇類8種、酮類6種,山西永濟(jì)酯類物質(zhì)相對含量最高,達(dá)到16.92%,而酮類物質(zhì)在山東淄博和陜西安康地區(qū)未檢出。由于酯、醇類和酮類物質(zhì)大多具有不同的果香、花香、清香等香氣味道,且閾值一般較低[30],可能對香椿中含硫類物質(zhì)的刺激性氣味起到一定的中和作用。

芳香烴類化合物種類也較多,在不同產(chǎn)地共檢出11種,相對含量在2.03%～7.30%之間,檢出3種烷烴類化合物,烴類化合物的閾值較高,一般對香氣的貢獻(xiàn)率不大。此外,山西永濟(jì)和湖北十堰各檢測出1種呋喃類化合物,分別為4,5,5a,6,6a,6b-六氫-4,4,6b-三甲基-2-(1-甲基乙烯基)-2H-環(huán)丙烷[g]苯并呋喃和3-甲基呋喃,6個產(chǎn)地香椿還檢出8種其他類物質(zhì),包括雜環(huán)化合物、烯烴氧化物以及酚醌化合物。

3 結(jié)論

結(jié)果表明,紅油香椿嫩芽中的主要營養(yǎng)成分、活性物質(zhì)及揮發(fā)性香氣成分呈現(xiàn)明顯的產(chǎn)地差異性。山東淄博香椿嫩芽中可溶性蛋白含量最高(0.74%),河南桐柏香椿嫩芽中的VC含量最高(0.83%)。在活性物質(zhì)方面,山西永濟(jì)香椿在總黃酮、總生物堿、總多糖、總多酚和總皂苷含量都明顯高于其他產(chǎn)地。6個產(chǎn)地香椿嫩芽共檢出87種揮發(fā)性物質(zhì),其中河南新鄉(xiāng)檢出16種,河南桐柏33種,山西永濟(jì)29種,山東淄博28種,陜西安康33種,湖北十堰陸35種。不同產(chǎn)地相對含量較高的為萜烯類、醛類和含硫類物質(zhì),且檢出種類最多的均為萜烯類物質(zhì)。不同產(chǎn)地香椿嫩芽共檢出6種共有化合物,分別為2-己烯醛、β-環(huán)檸檬醛、2,4-二甲基噻吩、2-巰基-2,3-二氫-3,4-二甲基噻吩、古巴烯和[1R-(1R*,4Z,9S*)]-4,11,11-4,11,11-三甲基-8-亞甲基-二環(huán)[7.2.0]十一碳-4-烯,其中含硫類尤其是噻吩類物質(zhì)與香椿的特征香味有關(guān),同時萜烯類、醛類、酯類、醇類、酮類等化合物共同組成了香椿嫩芽的揮發(fā)性成分,各香氣成分間相互作用,最終使香椿呈現(xiàn)出其獨特的香氣風(fēng)味。

綜合分析由于氣候、土壤等生長栽培條件的差異,不同產(chǎn)地香椿嫩芽在主要營養(yǎng)成分、活性物質(zhì)以及揮發(fā)性香氣成分方面表現(xiàn)出較大的差異,從而導(dǎo)致其感官風(fēng)味上的差異,因此可以根據(jù)加工特性及產(chǎn)品用途選擇合適的產(chǎn)地,達(dá)到高品質(zhì)產(chǎn)品的要求。