芹菜不同品种类型间营养成分及抗氧化活性差异

梁 颖,李 艺,师 薇,陆 燕,丁 莹,刘贤金

(江苏省农业科学院农产品质量安全与营养研究所,江苏省食品质量安全重点实验室,江苏南京 210014)

芹菜(ApiumgraveolensL),原产地中海地区的伞形科植物,自古有“药芹”之誉。经医学证明:芹菜具有降血压[1]、抗炎症[2]、调节细胞增殖、代谢并改变癌前病变的发生[3],抗氧化以及抗菌等多种功能[4]。芹菜中大量生理活性成分是发挥这些功能的主要因素[5-7]。

目前围绕芹菜生理活性成分组成及抗氧化活性的研究有限,多围绕芹菜籽、根、茎、叶精油提取物开展[5,8-9]。精油提取物只能部分体现芹菜中低极性功能营养成分组成,而芹菜中功能营养成分极性范围广,且受品种类型、生长环境等条件影响而具有差异明显。目前我国商品化芹菜主要有三类:旱芹、水芹和西芹。旱芹为我国栽培最广泛的芹菜品种类型,叶柄、叶均可食用;西芹为欧洲引进品种,叶柄宽厚且实心,多食用叶柄;水芹分布在我国中南部,是我国传统特色水生蔬菜;白芹是水芹中特殊一类芹菜,茎白叶清香,为江苏省一种特有蔬菜。芹菜作为居民日常主要消费蔬菜,本文针对芹菜不同品种类型间功能营养成分及抗氧化活性差异研究有利于居民依据自身营养需求选择、消费合适的芹菜品种类型,而此类研究相关报道寥寥无几,且侧重常规营养物质如蛋白质、碳水化合物、纤维、矿物质等或单一功能营养成分的检测[10-13]。

本实验以旱芹、水芹、西芹以及江苏特色白芹为对象,开展芹菜不同品种类型间功能营养成分及抗氧化活性差异的研究,功能性营养成分检测包括维生素C、5-甲基四氢叶酸及叶酸、α、β-胡萝卜素、总酚、总黄酮及酚酸含量,抗氧化活性采用1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除法、2,2-氨基-二(3-乙基-苯并噻唑啉-6-磺酸)二铵盐(ABTS)自由基清除法以及亚铁离子还原能力(FRAP)法综合评价,研究结果可用于推荐高营养含量的蔬菜品种类型以及评估功能营养物质饮食摄入。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜旱芹、水芹、西芹 均采自南京周边地区;白芹 采自江苏溧阳地区,每种成熟芹菜样品≥15个,取样品去根待测;抗坏血酸、5-甲基四氢叶酸、叶酸、α-胡萝卜素、β-胡萝卜素、没食子酸、香草酸、丁香酸、水杨酸、绿原酸、咖啡酸、对香豆酸、阿魏酸等标准品 纯度≥98%,美国Sigma公司;甲基叔丁基醚、甲醇、乙腈、磷酸 色谱纯,上海安谱试验科技有限公司;2,6-二氯靛酚、福林酚试剂、氯化铝、亚硝酸钠等 分析纯,南京寿德试验器材有限公司。

QTRAP 6500型高效液相色谱串联质谱分析仪 美国应用生物系统公司;Agilent 1260型高效液相色谱仪(配有二极管阵列检测器(DAD) 美国Agilent公司;Alpha-1506型紫外可见分光光度计 上海谱元有限公司;台式高速冷冻离心机 美国Thermo公司;A11高速冷冻研磨机 德国IKA集团;氮吹仪 美国Organomation Associates公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品预处理 新鲜芹菜样品采用研磨机研磨均匀至无可见样品块,称取研磨样品用于后续营养成分提取及检测。

1.2.2 营养成分检测

1.2.2.1 维生素C的测定 采用GB5009. 86-2016《食品中抗坏血酸的测定》中2,6-二氯靛酚滴定法测定维生素C含量。

1.2.2.2 叶酸的测定 5-甲基四氢叶酸、叶酸均采用液相色谱测定。称取样品5 g,加入25 mL 0.1 mol/L磷酸盐缓冲液(pH=6.8),置于氮吹仪上吹氮15 s后置于90 ℃水浴10 min,离心管取出放入冰浴中冷却后,10000 r/min高速冷冻离心机上0 ℃离心1 min,上清液过0.45 μm微孔滤膜进棕色进样瓶中待测,整个过程尽可能避光操作。色谱条件参见Shohag等[15]方法进行。

1.2.2.3 胡萝卜素的测定α-胡萝卜素、β-胡萝卜素采用液相色谱测定。称取样品2 g,加入20 mL丙酮摇匀,30 ℃下避光超声(功率40 kHz)提取1 h,4 ℃下10000 r/min离心10 min,取上清液经0.45 μm微孔滤膜过滤后上机。色谱条件:色谱柱Carotenoid C30(4.6 mm×250 mm,3 μm);柱温25 ℃;波长450 nm;流速1.0 mL/min;流动相甲基叔丁基醚∶甲醇=30∶70 (V/V)。

1.2.2.4 总酚含量的测定 按照福林酚比色法测定,具体见Ahlem等[14]方法。以没食子酸(GAE)作标准曲线,紫外分光光度计765 nm处测定吸光值,样品中总酚含量以 mg GAE/100 g样品来表示。

1.2.2.5 总黄酮含量的测定 按照铝离子显色法测定,具体见Ahlem等[14]方法。以芦丁(RE)作标准曲线,紫外分光光度计510 nm处测定吸光值,样品中总黄酮含量以 mg RE/100 g样品来表示。

1.2.2.6 酚酸的测定 没食子酸、香草酸、丁香酸、水杨酸、绿原酸、咖啡酸、对香豆酸、阿魏酸采用液相色谱串联质谱测定。样品按照游离型、游离酯型以及结合型酚酸分别提取,具体参考Faik等[16]方法。液相色谱及质谱条件参照Wojciech等[17]进行。结果以各酚酸游离型、游离酯型及结合型的总和表示。

1.2.2.7 抗氧化活性测定 参照Liang等[18]方法,分别采用DPPH自由基清除法、ABTS自由基清除法以及FRAP法综合评价其抗氧化活性。称取1 g磨粉碎后的样品,加入75%乙醇5 mL,超声提取30 min后,10000 r/min、4 ℃下离心15 min,取上清液用于抗氧化活性测定。

1.3 数据统计处理

采用Excel 2010软件进行数据统计分析,数据均为三次重复实验的均值和标准方差,并进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 芹菜不同品种类型维生素差异

不同品种类型芹菜中维生素C、5-甲基四氢叶酸及叶酸含量见图1。维生素C在水芹中含量最高,为105.45 μg/g,显著高于其他芹菜(p<0.05);其次为白芹和旱芹,含量分别为90.23和86.52 μg/g,二者无显著差异(p>0.05);西芹最低,为53.50 μg/g,显著低于其他芹菜(p<0.05)。彭燕等[19]的研究中同样发现旱芹维生素C的含量高于西芹,含量分别为75及61 μg/g,结果与本文结果相近。

图1 不同品种类型芹菜中维生素C及叶酸含量Fig.1 Contents of vitamin C and folicacidsin different species of celery注:不同小写字母表示不同品种类型芹菜间的差异显著p<0.05;图2同。

叶酸在蔬菜中存在形式有多种[20],其中叶菜中5-甲基四氢叶酸、叶酸占据较大比例[21],故本文选取5-甲基四氢叶酸及叶酸作为检测对象。

白芹中5-甲基四氢叶酸含量最高为0.75 μg/g,显著高于其他芹菜(p<0.05),其次为水芹和西芹,二者含量几乎一致,为0.23 μg/g;旱芹为0.20 μg/g,显著低于其他芹菜(p<0.05);各类芹菜中叶酸含量较5-甲基四氢叶酸低,其中旱芹为0.11 μg/g,西芹为0.04 μg/g,水芹和白芹中均约为0.02 μg/g;总叶酸为5-甲基四氢叶酸与叶酸单体的和,以白芹最高,为0.78 μg/g,显著高于其他芹菜(p<0.05);其他依次为旱芹、西芹和水芹,含量分别为0.31、0.27和0.25 μg/g,三者叶酸总量无显著差异(p>0.05)。目前仅有美国农业部国家营养数据库[22]中显示芹菜中叶酸含量为0.36 μg/g,Shohag等[23]对多种蔬菜中叶酸检测发现芹菜中5-甲基四氢叶酸含量为0.33 μg/g,与本文结果相近,但未有不同品种类型芹菜中叶酸含量差异数据。本文研究结果可为高叶酸芹菜选择提供依据。

2.2 芹菜不同品种类型胡萝卜素差异

芹菜中α-胡萝卜素、β-胡萝卜素及总胡萝卜素含量见图2,总胡萝卜素为α-胡萝卜素、β-胡萝卜素之和。各类芹菜中α-胡萝卜素含量均在6.18～6.63 μg/g之间,彼此无显著差异(p>0.05)。芹菜中β-胡萝卜素含量较高且不同品种类型间差异较大,其中旱芹含量最高,为56.53 μg/g,显著高于其他芹菜(p<0.05),其他依次为白芹、西芹和水芹。总胡萝卜素以旱芹最高,为62.71 μg/g,显著高于其他芹菜(p<0.05),白芹、西芹分别为50.73和41.58 μg/g,二者无显著差异(p>0.05),水芹显著低于其他芹菜(p<0.05),为33.33 μg/g。目前仅有《中国食物成分表》中显示芹菜叶中胡萝卜素含量为29.30 μg/g,大于芹菜茎中含量3.40 μg/g;以及王子昕等[24]发现北京市售旱芹叶中β-胡萝卜素含量为9.92 μg/g,旱芹茎中含量为2.26 μg/g,高于西芹茎中含量。本文实验结果高于上述文献中数值,极有可能是样品产地不同造成,而旱芹中β-胡萝卜素高于西芹的结论与本文相同。

图2 不同品种类型芹菜中胡萝卜素含量Fig.2 Contents of carotene in different species of celery

2.3 芹菜不同品种类型酚类物质差异

芹菜中总酚、总黄酮以及酚酸含量见表1。总酚含量以水芹最高,为415.50 μg GAE/g,显著高于其他芹菜(p<0.05);其他依次为白芹、旱芹和西芹,总酚含量分别为395.48 μg GAE/g、374.54 μg GAE/g和295.72 μgGAE/g,彼此均具有显著性差异(p<0.05)。总黄酮含量以水芹、白芹和旱芹为高,分别为268.48、263.91和254.13 μg RE/g,三者无显著性差异(p>0.05);西芹最低,为177.32 μg RE/g,显著低于其他芹菜(p<0.05)。本文共检测了8种常见酚酸包括绿原酸、咖啡酸、对香豆酸、阿魏酸、没食子酸、香草酸、丁香酸以及水杨酸的含量。以酚酸总和计,水芹和白芹含量最高,分别为11.63及11.33 μg/g,二者无显著差异(p>0.05);二者显著高于旱芹含量8.45 μg/g(p<0.05),西芹含量显著低于其他芹菜,为2.99 μg/g。

表1 不同品种类型芹菜中酚类物质含量Table 1 Contents of phenolics in different species of celery

芹菜中总酚及总黄酮含量中文文献报道较多,但由于检测方法不统一,结果表示不同,诸如不同当量物质、干湿重及水分含量不明等,使得结果存在较大差异,且芹菜品种类型间差异研究数据寥寥无几。Liga等[25]对多种蔬菜检测中发现芹菜中总酚含量为581.29 μg GAE/g,总黄酮含量为438.67 μg儿茶素/g,与本文结果相近;彭燕等[19]所测得芹菜总酚含量低于本文结果,但同样显示旱芹总酚含量高于西芹。刘恒蔚等[10]研究中发现野生水芹黄酮类物质远高于旱芹,几乎是旱芹的两倍;而本文水芹样品为人工种植,黄酮类物质略高于旱芹,极有可能野生水芹较人工种植水芹具有更高的黄酮含量。

2.4 芹菜不同品种类型抗氧化活性差异

芹菜不同品种类型抗氧化活性结果见表2。DPPH自由基清除率水芹最高,为2.61%,显著高于其他芹菜(p<0.05);其次为旱芹和白芹,分别为1.63%和1.42%,二者之间无显著差异(p>0.05);西芹最低,为0.77%,显著低于其他芹菜(p<0.05)。ABTS自由基清除率与DPPH自由基清除率的趋势同,亦为水芹最高,为4.83%,显著高于其他芹菜(p<0.05);其次为白芹和旱芹,分别为3.71%和3.35%,二者无显著差异(p>0.05);西芹显著低于其他芹菜(p<0.05),为1.77%。FRAP还原能力以旱芹最高,为0.12 μmol Fe(Ⅱ)/g,其次为白芹和水芹,分别为0.11 μmol Fe(Ⅱ)/g和0.10 μmol Fe(Ⅱ)/g,三者无显著差异(p>0.05),西芹最低,为0.07 μmol Fe(Ⅱ)/g,显著低于其他芹菜(p<0.05)。彭燕等[19]发现旱芹DPPH自由基清除能力远高于西芹,李琨等[12]对不同品种芹菜抗氧化能力测定中发现白芹DPPH自由基清除率以及FRAP还原能力均显著高于西芹,可作为本文研究结果佐证。

表2 不同品种类型芹菜抗氧化活性Table 2 Antioxidant activities of different species of celery

2.5 芹菜营养成分与抗氧化活性的相关性

芹菜营养成分与抗氧化活性的相关性见表3。以DPPH自由基清除率评价时,维生素C含量与其自由基清除能力呈强相关R2=0.846,酚类物质包括总酚含量、总黄酮含量以及酚酸总和均呈中度相关,R2位于0.6～0.8之间。以ABTS自由基清除率评价时,维生素C、酚类物质包括总酚含量、总黄酮含量以及酚酸总和均呈强相关,R2大于0.8。以FRAP还原能力评价时,总黄酮含量与其呈中度相关R2=0.748,维生素C、总酚、酚酸总和均呈弱相关,R2位于0.4～0.6之间。总叶酸和总胡萝卜素与三种抗氧化活性评价方法的R2均小于0.4,可认为呈极弱相关或无相关。由此我们可以认为芹菜中维生素C和总酚极有可能是自由基淬灭的主要因素[26],总黄酮和酚酸总和亦有明显效果;芹菜中还原能力较强的营养物质为总黄酮,维生素C、总酚以及酚酸总和效果略差。

表3 芹菜营养成分与抗氧化活性相关性Table 3 Correlation between the content of and antioxidant capacity

3 结论

不同品种类型芹菜间营养成分及抗氧化活性具有较大差异。水芹、白芹及旱芹营养物质各有突出特点,水芹中维生素C及总酚含量最高,分别为105.45 μg/g与415.50 μg GAE/g;白芹中叶酸总量最高,为0.78 μg/g;旱芹中总胡萝卜素含量最高,为62.71 μg/g;水芹、白芹和旱芹中总黄酮量均高且彼此无显著性差异,水芹和白芹中酚酸总和最高且二者无显著性差异,而西芹中维生素C、总酚、总黄酮以及酚酸总和含量均为最低。抗氧化活性评价中,水芹DPPH自由基清除率及ABTS自由基清除率均为最高,分别为2.61%和4.83%,其次为旱芹和白芹;旱芹FRAP还原能力最高,为0.12 μmol Fe(Ⅱ)/g,其次为白芹和水芹;西芹抗氧化活性最低。芹菜不同品种类型营养成分及抗氧化活性特点可作为特定人群芹菜消费的选择依据,同时亦可为居民营养物质饮食暴露风险评估提供基础数据。