蛹虫草发酵苦荞菌质的成分分析及抗氧化活性的研究

陈雪巧，林俊芳，彭志妮，郭丽琼

（华南农业大学生物质能研究所，华南农业大学食品学院，广东广州510642）

蛹虫草发酵苦荞菌质的成分分析及抗氧化活性的研究

陈雪巧，林俊芳，彭志妮，郭丽琼*

（华南农业大学生物质能研究所，华南农业大学食品学院，广东广州510642）

以苦荞为培养基质，对蛹虫草固体发酵前后的营养和功能成分及抗氧化活性进行测定，分析各种物质含量及抗氧化活性变化。结果表明，发酵苦荞菌质总氮、总糖、可溶性总糖、还原糖含量显著[总氮、总糖（p＜0.01），可溶性总糖、还原糖（p＜0.05）]低于未发酵基质，游离氨基酸含量有极显著性增加（p＜0.01），粗多糖、总黄酮、总酚、花色苷、维生素C、GSH（谷胱甘肽）、SOD（超氧化歧化酶）等功能成分均显著（粗多糖p＜0.05，其余均p＜0.01）高于未发酵基质。苦荞ABTS[2，2′-联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）]体外抗氧化实验表明各萃取（石油醚、氯仿、乙酸乙酯萃取部及水部）均具有一定的抗氧化作用，当浓度为10mg/mL时，乙酸乙酯萃取部和水部与TBHQ（叔丁基对苯二酚）、BHT（2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚）及VC（维生素C）清除率相当，达100%。对抗氧化活性最高的水部和乙酸乙酯萃取部进行HPLCMS/MS分析，结果显示乙酸乙酯萃取部含有芦丁、槲皮素及含有槲皮素结构碎片、儿茶素结构碎片的物质；水部含有槲皮素、芦丁、山奈酚-3-芸香糖苷及含有槲皮素结构碎片、山奈酚结构碎片的物质。

蛹虫草，苦荞发酵菌质，营养成分，抗氧化，HPLC-MS/MS

蛹虫草（Cordyceps militaris），别名北冬虫夏草，化学成分、营养成分和药用功能与冬虫夏草两者非常相似，比冬虫夏草更易于人工栽培，常用来代替冬虫夏草进行人工培育[1]。其发酵后可产生包括虫草素等核苷类、麦角固醇、多糖类、多肽类、虫草酸、超氧

化物歧化酶（SOD）和硒等生物活性物质[2]，具有很高的营养保健价值。苦荞属蓼科荞麦属，除必需氨基酸、微量元素外还富含生物类黄酮、多肽、糖醇和D-手性肌醇等高活性功能成分，同样具有独特的保健与生理功能[3]。传统的苦荞食品口感粗糙，略具苦涩味，且营养物质消化吸收率低，限制了苦荞食品的食用，苦荞淀粉中含的缓慢消化淀粉（SDS）和耐消化淀粉（RS）使苦荞中营养物质消化率降低，肠胃功能不好的人则不能食用[4]。故如何开发人们愿意接受的苦荞制品以及深入广泛研究苦荞的营养价值和保健功能是开发和利用苦荞的重要方向。固态发酵是一种传统的发酵方式，是指微生物在几乎没有游离水的固态基质上生长代谢的过程。蛹虫草固体发酵大多以虫草素、虫草多糖、虫草酸等为目标产物，只是考虑菌丝对基质的利用情况，并未考虑菌丝对基质的转化作用[5-6]。本文以苦荞为培养基质，接入蛹虫草液体菌种，研究蛹虫草发酵菌质的成分和抗氧化活性的变化，为蛹虫草发酵产品的开发提供理论依据；同时研究蛹虫草对苦荞基质的转化作用，也为科学开发利用苦荞这种基质提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

苦荞 市售；蛹虫草菌株 实验室保存；VE标准品、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚（BHT）、叔丁基对苯二酚（TBHQ）、2，2′-联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）（ABTS） Sigma-A ldrich公司；还原型谷胱甘肽（GSH）试剂盒 南京建成生物工程研究所；其他常用试剂 均为分析纯。

分光光度计UV-1100 北京天美公司；低温高速离心机 Eppendorf公司；精密pH计PHS-3C 上海精密科学仪器有限公司；液相色谱质谱联用仪 Agilent 1100 series LC-MSD-Trap-XCT C18色谱柱（150mm× 3.9mm，4μm） 安捷伦公司。

1.2 蛹虫草液体培养基及种子液的制备

马铃薯200g，MgSO41.5g，葡萄糖20g，1000m L，水pH 6.8，121℃，KH2PO43g，灭菌30m in，备用；将活化的蛹虫草菌块接种于液体培养基，培养温度25℃，摇床转速200r/m in培养2d。

1.3 固体发酵培养基与接种

苦荞粉碎过60目筛，装入培养瓶中，加入定量的水，调整水分含量为70%，pH 6.5，121℃，灭菌30m in，备用；每瓶固体发酵培养基按每10g培养基料接入1m L种子液，于25℃黑暗培养28d。

1.4 样品预处理

将培养基料充分混匀后于60℃下烘干，粉碎过60目筛，备用。

1.5 营养和功能成分测定

水分含量的测定采用常压烘箱干燥法测定；总氮采用凯氏定氮法测定；还原糖测定采用3，5-二硝基水杨酸（DNS）法；可溶性总糖采用苯酚-硫酸法测定；总糖按硫酸－苯酚法测定；游离氨基酸含量采用茚三酮法测定[7]；粗多糖含量用硫酸-苯酚法测定[8]；多肽含量的测定以酸溶蛋白计[9]；总黄酮的含量测定采用NaNO2-A l（NO3）3比色法测定[10-11]；总酚的测定采用Folin-Ciocalteu法[12]；皂苷的测定参照魏静等方法[13]；花色苷含量测定参照Tibor等方法[14]；超氧化歧化酶（SOD）测定参照李永利，王琦等方法[15-16]；还原型维生素C测定采用姆蓝比色法[17]；维生素E测定用标准曲线法[18]；谷胱甘肽（GSH）采用还原型谷胱甘肽（GSH）试剂盒；MDA（丙二醛）含量测定采用TBA—MDA显色法测定MDA含量[19]；虫草素采用液相色谱法[20-22]：Hypersil ODS（C18，250×4.6mm，5μm，thermo）。

1.6 抗氧化活性测定

1.6.1 分离提取 取100g样品加入具塞三角瓶中，用2000m L 75%乙醇提取，提取液在50℃旋转蒸干有机溶剂后，分别用石油醚、氯仿、乙酸乙酯萃取，各萃取部分别旋转至干，以甲醇溶解稀释至一定浓度（0.1、0.5、1、5、10mg/m L），剩余水部冷冻干燥后同样用甲醇定量溶解至上述不同浓度。即成含有不同有效物质浓度的石油醚、氯仿、乙酸乙酯及水部萃取部。1.6.2 ABTS+自由基清除率的测定 参照Roberta等[23]的方法。

自由基清除率（%）=（1-At/A0）×100

式中：At—反应4m in后，测定反应混合液的吸光度；A0—ABTS+自由基工作液的吸光度值。

1.7 数据处理

所有实验均重复3次，数据以平均值±标准差表示，采用SAS9.2进行数据处理，数据先进行T检验，然后以单因素方差分析进行统计，采用Duncan方法进行组间比较，以p＜0.05为统计学差异。

2 结果与分析

2.1 蛹虫草苦荞发酵菌质营养成分分析

以苦荞为培养基质，通过接种蛹虫草进行充分发酵后，测定发酵菌质的营养成分，同时以苦荞基质发酵前的成分为对照，测定结果如表1所示。

表1 苦荞未发酵基质和发酵菌质的营养成分分析Table 1 Nutritional ingredient analysis on fermented and non-fermentation substrate of tartary buckwheat

表1中数据表明，苦荞基质含有很高的总糖。发酵苦荞菌质总氮、还原糖、可溶性总糖和总糖含量均低于未发酵基质，且总氮和总糖有极显著差异。游离氨基酸含量增加，与未发酵基质相比有极显著差异，是未发酵的1.7倍。说明经过固体发酵后总氮、还原糖等大分子物质被降解，而游离氨基酸等小分子物质增加，提高了消化吸收性。

2.2 功能性成分分析

以苦荞为培养基质，通过接种蛹虫草进行充分发酵后，测定发酵菌质的功能成分，同时以苦荞基质发酵前的成分为对照，测定结果如表2所示。一定差异。表3为提取液不同极性萃取部对ABTS+自由基的清除率的变化。

表2 苦荞发酵未发酵基质和发酵菌质的功能成分分析Table 2 Functional components analysis on fermented andnon-fermentation substrate of tartary buckwheat

表3中浓度是指各萃取部及抗氧化剂对照TBHQ、BHT及VC的浓度。数据表明，各萃取部的清除率随着浓度的升高而增加，呈现良好的量效关系。同浓度下，各萃取部的清除率存在差异，当浓度为10mg/m L时，乙酸乙酯萃取部和水部与TBHQ、BHT及VC清除率相当，达100%；而石油醚、氯仿与TBHQ、BHT及VC清除率有显著性差异，分别为14.24%和69.57%。总体来看，各萃取部之间，乙酸乙酯萃取部最高，水部次之，石油醚萃取部最低，推测抗氧化活性物质主要存在于乙酸乙酯萃取部和水部。

2.4 苦荞发酵菌质的抗氧化活性成分分析

对抗氧化活性较高的乙酸乙酯萃取部和水部进行液质联用分析，结果见图1和图2。图1为苦荞提取液乙酸乙酯部的色谱图。

图1 苦荞菌质提取液乙酸乙酯萃取部色谱图Fig.1 Chromatogram of ethyl acetate part of tartary buckwheat fermented substrate extraction

图1中色谱峰2的质谱图中m/z471的二级基峰为m/z289，m/z289的二级基峰是m/z245[M－H－CO2]－，符合儿茶素的裂解规律[24]，推测该物质含有儿茶素结构碎片；色谱峰3的m/z609有芦丁二级质谱特征碎片峰[25]，确定为芦丁；色谱峰5与峰2相似，有儿茶素特征峰，确定含有儿茶素结构碎片；色谱峰6的m/z301有槲皮素二级质谱特征碎片峰[25]，确定为槲皮素；色谱峰7、峰8和峰9一级碎片离子峰相似，但相对丰度不同，二级碎片离子相似，三者出峰时间存在差异，推断为含有槲皮素结构碎片的物质[25]，而且结构上

表2中数据表明，发酵苦荞菌质粗多糖、总黄酮、总酚、花色苷、维生素C、GSH、SOD与未发酵基质相比发生显著性变化，均高于未发酵基质，且总黄酮、总酚、花色苷、SOD、维生素C和GSH有极显著差异。皂苷、维生素E变化不明显，多肽发酵含量较低，本实验方法未见响应。

以上数据可以看出发酵后菌质的功能性成分明显增加。这是因为苦荞发酵后苦荞中复杂的成分（淀粉、蛋白质、脂肪和糖）在微生物的作用下分解成简单物质（有机酸类、氨基酸类、醇类、核酸类、生物活性物质等）。苦荞的皂苷和维生素E的变化不明显，这可能与蛹虫草代谢过程对皂苷及维生素E的利用及转化途径相似有关。

2.3 苦荞发酵菌质的抗氧化活性

对系统分离的各萃取部进行ABTS+·体外抗氧化实验，研究菌质提取液石油醚萃取部、氯仿萃取部、乙酸乙酯萃取部和水部的抗氧化活性。结果各萃取部均具有一定的抗氧化作用，但各部分之间也存在

可能存在差异性（以上质谱图略）。

表3 不同极性萃取部对ABTS+自由基的清除率的变化Table 3 Functional components analysis on fermented and non-fermentation substrate of tartary buckwheat

因此苦荞发酵菌质提取液乙酸乙酯萃取部含有芦丁、槲皮素及含有槲皮素结构碎片的物质，含有儿茶素结构碎片的物质。还有一些物质文献没有报道，难以确定。芦丁、槲皮素、儿茶素为苦荞本身含有的物质[26-28]，推测槲皮素结构碎片物质及含有儿茶素结构碎片的物质可能是苦荞经蛹虫草发酵后，对槲皮素儿茶素等物质的转化作用生成的。

图2 苦荞菌质提取液水部色谱图Fig.2 Chromatogram ofwater partof tartary buckwheat fermented substrate extraction

图2为苦荞菌质提取液水部的液相色谱图。图2中色谱峰7的质谱图准分子峰m/z771二级碎片显示它含有槲皮素和芦丁，与Qing等[26]的结果符合，确定其为槲皮素3-芸香葡萄糖苷；色谱峰83的m/z609有芦丁二级质谱特征碎片峰[25]，确定为芦丁；色谱峰9的m/z609二级碎片离子芦丁特征峰相符，确定m/z609为芦丁，而m/z593的二级碎片m/z285为山奈酚，确定为山奈酚-3-芸香糖苷[26]，因此色谱峰9为芦丁与山奈酚-3-芸香糖苷混合物；色谱峰10和峰11一级碎片离子峰相似，含有m/z609碎片，二级含有m/z301槲皮素碎片，可能是含有芦丁的混合物；色谱峰12一级碎片离子含有槲皮素碎片，推断其含有槲皮素结构碎片；色谱峰13一级碎片离子含有m/z285，为山奈酚，推测含有山奈酚结构碎片（以上质谱图略）。

因此，苦荞菌质提取液水部含有槲皮素、芦丁、山奈酚-3-芸香糖苷及含有槲皮素结构碎片的物质、含有山奈酚结构碎片的物质。槲皮素、芦丁为苦荞本身含有的物质[26，28]，山奈酚-3-芸香糖苷是否为芦丁的转化产物还未确定[26-39]，但是含有槲皮素结构碎片的物质、含有山奈酚结构碎片的物质可以推测是发酵过程中生物转化的结果。

3 结论

蛹虫草发酵苦荞基质使苦荞中复杂的成分（淀粉、蛋白质、脂肪和糖）分解成简单物质（有机酸类、氨基酸类、醇类、核酸类、生物活性物质等），极大地提高了苦荞营养物质的消化吸收和营养价值，改变了苦荞食品适口性。体外抗氧化性实验表明发酵后抗氧化活性提高，抗氧化活性物质在发酵过程中进行了微生物转化，增加了天然化合物的多样性。

[1]彭志妮，郭丽琼，张新超，等.蛹虫草固体发酵大豆基质的成分及抗氧化活性变化研究[J]．菌物学报，2011，30（2）：338-342．

[2]Russell R，Paterson M．Cordyceps-a traditional Chinese medicine and another fungal the rapeutic biofactory[J]．Phytochemistry，2008，69：1469-1495．

[3]张强，李艳琴．苦荞功能成分及其开发利用[J]．山西师范大学学报：自然科学版，2009（4）：85-89．

[4]Vito Verardo，David Arráez-Román，Antonio Segura-Carretero，etal．Identification of buckwheat phenolic compounds by reverse phase high performance liquid chromatography-electrospray ionization-time of flight-mass spectrometry（RP-HPLC-ESITOF-MS）[J]．Journal of Cereal Science，2010，52：170-176．

[5]丁彦怀．北虫草的分离及人工栽培[J]．食用菌，1993（5）：13．

[6]韦会平，叶小莉，张华英，等．用蛹虫草固体发酵法高效生产虫草素的研究[J]．中国中药杂志，2008，33（19）：2159-2162．

[7]邵金良，黎其万，董宝生，等．茚三酮比色法测定茶叶中游离氨基酸总量[J]．中国食品添加剂，2008（2）：162-165．

[8]娄虹，金莉莉，王洋洋，等．蛹虫草大米培养基中活性多糖的提取及免疫调节功能研究[J]．特产研究，2006（4）：46-48．

[9]GB/T 22492-2008大豆肽粉[S].2008．

[10]Jia Z，Tang M，Wu J．The determination of flavonoid contents in mulberry and their scavenging effects on superoxide radicals [J]．Food Chemistry，1999，64：555-559．

[11]肖诗明，张忠，李勇，等．苦荞麦麦皮粉中黄酮的提取工艺条件研究[J]．食品科技，2005（1）：88-90．

[12]Singleton VL，Orthofer R，Lamuela-Raventos RM．Analysis of total phenols and other oxidation substrates and antioxidants bymeans of Folin-Ciocalteu reagent[J]．Methods Enzymol，1999，299：152-178．

[13]魏静，张春红，刘长江．比色法测定大豆总皂甙的研究[J]．粮油加工，2006（10）：60-62．

[14]Tibor Fuleki，F J Francis．Quantitative methods for anthocyanins extraction and determination of total anthocyanin in cranberries[J]．Journal of Food Science，1968，33：72-77．

[15]李永利，张众．邻苯三酚自氧化法测定SOD活性[J]．中国卫生检验杂志，2000，10（6）：673．

[16]王琦．蛹虫草SOD酶活力的测定与分析[J]．辽宁师专学报，2003，5（3）：99-100．

[17]李军．钼蓝比色法测定还原性维生素C[J]．食品科学，2000，21（8）：42-45．

[18]大连轻工学院，等．食品分析[M]．北京：中国轻工业出版社，1998：271-275．

[19]邹琦．植物生理学实验指导[M]．北京：中国农业出版社，2001：173-174．

[20]国家药典委员会.中华人民共和国药典[M].2005版一部.北京：化学工业出版社，2005：75.

[21]吴燕，杨滨．HPLC法同时测定保健品中腺苷和虫草素含量的研究[J]．中国卫生检验杂志，2007，17（6）：983-985．

[22]李祥玲，胡劲松，陈作红．HPLC测定人工蛹虫草及其培养基中虫草素和腺苷含量[J]．湖南师范大学：自然科学学报，2010，33（2）：107-111．

[23]Roberta R E，Pellegrinin A，Proteggente A，etal．Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cationdecolorization assay[J]．Free Radical Biology&Medicine，1999，26（9-10）：1231-1237．

[24]刘国强，董静，王弘，等．4种儿茶素类化合物电喷雾质谱裂解规律的研究[J]．高等学校化学学报，2009，30（8）：1566-1570．

[25]Yao Ya-ping，Tian Cheng-mil，Cao Wei．Anti-Oxidative constituents of ethanol extract from buckwheat seeds by HPLC-electro-spray MS[J]．Agricultural Sciences in China，2008，7（3）：356-362．

[26]Qingguo Tian，Dan Li，Bhimanagouda SPatil．Identification and determination of flavonoids in buckwheat（fagopyrum esculentum moench，polygonaceae）by high-performance liquid chromatography with electrospray ionisation mass spectrometry and photodiode array ultraviolet detection[J]．Phytochemical Analysis，2002，13（5）：251-256．

[27]贺学林．荞麦发酵食品开发[J]．杂粮作物，2002，40（22）：239-240．

[28]徐宝才，肖刚，丁霄霖，等．液质联用分析测定苦荞黄酮[J]．食品科学，2003，24（6）：113-117．

[29]王园园，余伯阳，李星，等．灰色链霉菌对芦丁的生物转化及产物的抗氧化活性[J]．中国天然药物，2006，4（1）：66-69．

Study on compositions and antioxidant activities of tartary buckwheatsubstrate during solid-substrate fermentation by Cordyceps militaris

CHEN Xue-qiao，LIN Jun-fang，PENG Zhi-ni，GUO Li-qiong*
（Institute of Biomass Energy，College of Food Science，South China Agricultural University，Guangzhou 510642，China）

The solid - substate fermentation of Cordyceps militaris using tartary buckwheat substrate wasperformed. The difference between the contents of nutritional and functional components and antioxidantactivity of before and after fermentation were analyzed. The results showed that the contents of total nitrogen，reducing sugar，soluble sugar and total sugar were much more lower than non-fermentation（total nitrogen，totalsugar p＜0.01，reducing sugar，soluble sugar p＜0.05），and free amino acids were higher than non-fermentationsignificantly （p＜0.01）. Similarly，functional components like crude polysaccharide ，flavonoids，total phenol ，anthocyanins，vitamin C，GSH（glutathione），SOD（superoxide dismutase） of fermented substrate had significantchanges compared with non-fermentation （crude polysaccharide p＜0.05，others p＜0.01），higher than that.ABTS[2 ， 2 ’-Azinobis- （ 3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate ） ] of different extracts of tartary buckwheatfermented substrate including petroleum ether ， chloroform ， ethyl acetate and water part had Antioxidantactivities，respectively. The scavenging abilities of ethyl acetate and water part are 100％ ，equal to TBHQ（Tertiary butylhydroquinone ） ，BHT （butylated hydroxytoluene ） and VC （vitamin C） when concentration was10mg/mL. Analysis of HPLC-MS/MS indicated that ethyl acetate and water part which had the highestantioxidative activity contain rutin，quercetin，substance with quercetin structure fragment，substance with catechinstructure fragment and quercetin，rutin，kaempferol-3-rutinose，substance with quercetin structure fragment，substance with kaempferol structure fragment，respectively.

Cordyceps militaris ；tartary buckwheat fermented substrate ；nutritional compositions ；antioxidant ；HPLC-MS/MS

TS201

：A

：1002-0306（2014）16-0166-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.16.029

2013－11－21 *通讯联系人

陈雪巧（1988－），女，在读硕士研究生，研究方向：微生物资源与利用。

广东省科技计划项目（2012A020100010，2012B020316004）。