不同產地香椿嫩芽主要營養成分、活性物質及揮發性成分分析

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(河南省農業科學院農副產品加工研究中心,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,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蟲抗菌物質,無需施用農藥,被稱為“綠色保健蔬菜”[3]。香椿嫩芽營養豐富,其所含的蛋白質、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]。近些年的研究發現,香椿具有顯著的抗氧化、抑菌、抗癌、降血糖等生物活性,其物質基礎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,對香椿的揮發性成分研究也較多,香椿嫩芽中的揮發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成分包括營養成分、活性成分以及揮發性成分進行了多方面的研究,其成分組成及含量受多種因素影響,如產地、品種、栽培環境及采收期等[11]。劉常金等[12]研究了不同產地香椿老葉中黃酮和皂苷含量的差異,結果顯示,北方香椿老葉中的黃酮和皂苷含量明顯高于南方,植株在活性物質積累方面具有明顯優勢。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油含量和化學成分的差異,研究發現主要成分中僅有9種相同,各主要成分含量差異明顯,香椿籽中揮發油的主要成分與香椿籽產地密切相關。王曉敏等[14]對河南4個產地的香椿的基本成分和風味物質進行了分析測定,結果表明,香椿的基本成分及揮發性風味物質呈現明顯的產地差異性。從以上可以看出,目前對構成香椿特有品質并起主要作用的化學成分的組成和含量隨地域性變化規律方面的研究尚不系統,已有的研究工作僅僅是涉及到個別成分分析或產地來源,不能為香椿高品質加工提供指導。因此為了較全面系統地分析不同產地香椿資源優勢,本研究選取河南、陜西、山東、山西以及湖北省6個產地規?；兜卦耘嗟募t油香椿嫩芽為材料,對其主要營養成分、活性物質及揮發性成分進行分析測定,以期為香椿加工產品的開發、質量控制及產地鑒別提供理論依據,同時為香椿的產業化及開發應用提供參考依據。

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原陽縣、河南桐柏縣、山西永濟、山東淄博、陜西安康、湖北十堰鳳凰溝村,不同地區樣品均在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。

標準品:牛血清白蛋白(優級純)、人參皂苷(優級純)、鹽酸小檗堿(優級純)、蘆丁(優級純) 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) 天津市化學試劑六廠三分廠;沒食子酸標準品 天津市光復精細化工研究所;其他試劑 均為國產分析純。

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 湖南湘儀公司;SB-5200DTD型超聲波清洗機 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-質譜聯用儀(HP-5MS 毛細管色譜柱(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)為標準品,采用考馬斯亮藍染色法測定可溶性蛋白含量[15],可溶性蛋白含量測定標準曲線方程為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含量測定標準曲線方程為y=0.0549x-0.0096(R2=0.9996)。

1.2.2 活性物質測定

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

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

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

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

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

1.2.3 揮發性成分分析 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石英毛細管柱(30 m×0.25 μm×0.25 μm);載氣He;進樣口溫度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 結束。

質譜條件: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),全掃描質量參數40～800 U,檢索圖庫為NIST08.LIB。

定性和定量:將閾值設為18,采用HS-SPME-GC-MS聯用技術進行檢索分析、定性,同時與NIST08.LIB質譜庫相匹配,并參考資料、文獻等進行人工鑒定;將相似度大于800的峰作為確認,采用峰面積歸一法計算各組分的相對含量。

1.3 數據處理

運用DPS軟件對實驗數據進行處理,用鄧肯多重比較法檢驗差異顯著性,5%為顯著水平。

2 結果與分析

2.1 不同產地香椿的可溶性蛋白含量

可溶性蛋白含量是果蔬品質和營養的一個重要評價指標,許多可溶性蛋白參與果蔬生理生化代謝過程的調控,與果蔬的生長發育、成熟衰老、抗逆性等密切相關[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0.74%;河南桐柏和陜西安康兩個地區香椿嫩芽中可溶性蛋白含量較低,分別為0.51%和0.36%,與其他產地差異顯著(p<0.05),其他產地之間差異不顯著(p>0.05)。

圖1 不同產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,是鑒定水果蔬菜產品品質的一個重要指標。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,此外還具有預防和治療壞血病,促進鐵的吸收、細胞間質的生長,對輔助治療缺鐵性貧血有一定的作用,在營養與疾病防治中發揮著重要作用[23]。不同產地的香椿嫩芽中的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0.83%,與其他產地差異顯著(p<0.05),其余所有產地的香椿嫩芽中的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 不同產地香椿的活性成分分析

由表1可以看出,從不同產地來看,山西永濟總黃酮含量最高,達14.08 mg/g,遠遠高于其他產地,且差異顯著(p<0.05);在總生物堿方面,山西永濟和山東淄博含量較高,與其他產地差異顯著(p<0.05);在總多糖方面,山西永濟含量最高,達9.27 g/100 g,顯著高于其他產地(p<0.05),其次為山東淄博,河南新鄉和河南桐柏無顯著性差異(p>0.05),陜西安康含量最低;在總多酚方面,不同產地差異顯著(p<0.05),其中山西永濟含量最高;在總皂苷方面,山西永濟含量最高,達4.31 g/100 g,與其他產地差異顯著(p<0.05),其次為河南桐柏,河南新鄉含量最低,其余三個地區無顯著性差異(p>0.05)?？傮w來說,山西永濟香椿在總黃酮、總生物堿、總多糖、總多酚、總皂苷含量都較高,明顯優于其他幾個產地,這可能與不同產地光照、水分、氣候、土壤等種植條件差異性有關。因此,在選擇加工或栽培原料來源時,可根據產品對性質要求選擇適宜的產地取材。此外,目前研究對象主要集中在我國中半部省份,要確切闡明產地對香椿活性成分的影響以及積累規律,還需要進一步擴大樣品范圍至全國,從產地的氣候條件、土壤類型以及栽培環境等等方面進行深入的研究。

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

2.4 不同產地香椿的揮發性成分比較

不同產地香椿嫩芽揮發性成分總離子圖及其相對含量見圖3、表2所示。

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

6個產地香椿嫩芽中共檢出87種揮發性物質,其中河南新鄉檢出16種,河南桐柏33種,山西永濟29種,山東淄博28種,陜西安康33種,湖北十堰陸35種。揮發性成分包括萜烯類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8種。各類揮發性成分相對含量及種類如表2及圖4所示,6個產地相對含量較高的均為萜烯類、醛類和含硫類物質,所占比例分別為90.63%、87.54%、69.01%、89.03%、84.99%、77.42%,并且萜烯類物質在不同產地中的種類均最多,其中山東淄博含萜烯類物質最多,為14種;湖北十堰含醛類物質和含硫類物質最多,分別為8種和4種。

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

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

續表

續表

續表

由表2可知,不同產地香椿嫩芽共檢出6種共有化合物,分別為2-己烯醛、β-環檸檬醛、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[7.2.0]十一碳-4-烯,并且6種共有化合物在不同產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6種共有組分的相對含量之和占比達83.40%,構成了香椿嫩芽的主要香氣成分,由此可見,不同產地的香椿嫩芽揮發性成分具有一定的相似性。

萜烯類物質是香椿揮發性成分中種類最多的一類化合物,6個產地分別檢出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48.87%,其次為湖北十堰31.03%。香椿中的萜烯類物質主要包括古巴烯、[1R-(1R*,4Z,9S*)]-4,11,11-4,11,11-三甲基-8-亞甲基-二環[7.2.0]十一碳-4-烯、1,5,9,9-四甲基-(-)-三環[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[7.2.0]十一碳-4-烯在6個產地香椿中均有檢出,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[7.2.0]十一碳-4-烯相對含量最高,達20.10%。山東淄博檢出7種萜烯類化合物,在其他產地未發現,河南桐柏檢出5種萜烯類化合物,在其他產地未發現。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。

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

含硫類物質一般具有較低的閾值和較強的氣味,呈現出類似于大蒜、洋蔥、韭菜等刺激性味道[27-28],對香椿的獨特風味起著關鍵性作用。6個產地共檢測出5種含硫類物質,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。不同產地檢測出的共有含硫類物質為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為2-巰基-2,3-二氫-3,4-二甲基噻吩[29],而不同產地中檢測出的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-(乙巰基)-2-甲基-1-丙烯都是化學性質非常不穩定的化合物,都容易轉化為噻吩類物質,這也是這些化合物呈現出相似的離子碎片的原因。

酯、醇類和酮類物質也是構成香椿香氣成分的重要組成部分,6個產地共檢出酯類8種、醇類8種、酮類6種,山西永濟酯類物質相對含量最高,達到16.92%,而酮類物質在山東淄博和陜西安康地區未檢出。由于酯、醇類和酮類物質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,一般對香氣的貢獻率不大。此外,山西永濟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-環丙烷[g]苯并呋喃和3-甲基呋喃,6個產地香椿還檢出8種其他類物質,包括雜環化合物、烯烴氧化物以及酚醌化合物。

3 結論

結果表明,紅油香椿嫩芽中的主要營養成分、活性物質及揮發性香氣成分呈現明顯的產地差異性。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%)。在活性物質方面,山西永濟香椿在總黃酮、總生物堿、總多糖、總多酚和總皂苷含量都明顯高于其他產地。6個產地香椿嫩芽共檢出87種揮發性物質,其中河南新鄉檢出16種,河南桐柏33種,山西永濟29種,山東淄博28種,陜西安康33種,湖北十堰陸35種。不同產地相對含量較高的為萜烯類、醛類和含硫類物質,且檢出種類最多的均為萜烯類物質。不同產地香椿嫩芽共檢出6種共有化合物,分別為2-己烯醛、β-環檸檬醛、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[7.2.0]十一碳-4-烯,其中含硫類尤其是噻吩類物質與香椿的特征香味有關,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性成分,各香氣成分間相互作用,最終使香椿呈現出其獨特的香氣風味。

綜合分析由于氣候、土壤等生長栽培條件的差異,不同產地香椿嫩芽在主要營養成分、活性物質以及揮發性香氣成分方面表現出較大的差異,從而導致其感官風味上的差異,因此可以根據加工特性及產品用途選擇合適的產地,達到高品質產品的要求。