响应面法优化芥菜芽苗富集异硫氰酸酯发芽条件

尹永祺　齐菲　王淑雯　史颖悟　方维明　高璐　饶胜其　杨振泉

摘要 [目的]优化芥菜芽苗发芽条件以富集异硫氰酸盐含量。[方法]以芥菜为试材，通过单因素试验和响应面试验研究发芽时间、光照时间和发芽温度对芥菜中异硫氰酸酯含量的影响并对其进行优化。[结果]建立的回归模型显著，可用于预测异硫氰酸酯富集培养条件，各因素对芥菜中异硫氰酸酯含量影响为发芽时间>光照时间>发芽温度，经模型预测并验证得到芥菜发芽富集异硫氰酸酯的最佳条件为发芽时间4.8 d、光照时间17.4 h、发芽温度30.7 ℃，在该条件下芥菜中异硫氰酸酯含量可达（721.9±8.9）mg/kg。[结论]该研究结果为芥菜芽苗类功能食品的开发利用提供了参考。

关键词 芥菜芽苗；异硫氰酸酯；响应面法；培养条件

中图分类号 S-03 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2018）13-0167-03

Optimization of Germination Conditions for Accumulating Isothiocyanate in Germinated Brassica juncea by Response Surface Methodology

YIN Yongqi，QI Fei，WANG Shuwen et al

（College of Food Science and Engineering，Yangzhou University，Yangzhou，Jiangsu 225127）

Abstract [Objective] The aim was to optimize germination conditions for accumulating isothiocyanates in germinated Brassica juncea.[Method] The effects of germination time，light time and germination temperature on the accumulation of isothiocyanates in germinated Brassica juncea were studied.[Result] The factors arranged in important order as followed：germination time，light time and germination temperature.The optimum conditions for accumulating isothiocyanates in germinated Brassica juncea were germination time of 4.8 d，light time of 17.4 h and germination temperature of 30.7 ℃. Under the optimal conditions，the predicted highest content of isothiocyanates in germinated mustard was （721.9±8.9）mg/kg. [Conclusion] The result provides reference for development and utilization of functional food of mustard sprout.

Key words Germinated mustard；Isothiocyanates；Response surface methodology；Culture condition

植物體内异硫氰酸酯类物质（Isothiocyanates，ITCs）是硫代葡萄糖苷经黑芥子酶（Myrosinase，MYR，EC 3.2.1.147）作用下形成的水解产物[1]，其具抗氧化、杀菌与抗癌等多种生理功效[2-3]。由于萝卜硫素等ITCs具有多种抑瘤功能且分子量小、治疗效果好等优点，已成为重点研究的抗肿瘤药候选药物，其可通过抑制 Ⅰ 相酶和诱导 Ⅱ 相解毒酶活性从而预防和治疗多种恶性肿瘤[4-5]。研究证实甘蓝、花椰菜和芥菜等芸薹属蔬菜中ITCs含量较高，因此，包括西兰花和甘蓝等多种芸薹属蔬菜的抗癌保健功能及其产品开发日益受到人们关注[3]。芥菜（Brassica juncea L.）作为我国特产蔬菜，是芸薹属一年生或二年生草本植物，其在我国栽培历史悠久，分布地区广泛，是大宗消费与加工的蔬菜之一[6]。然而，目前我国芥菜多数仅用于生产脱水蔬菜、腌制蔬菜等初级加工品，也有用其制作发酵型芥菜汁和净菜等，精深加工产品较少。利用我国芥菜资源富集其中ITCs可有效提高芥菜蔬菜加工利用水平，提升产品的市场竞争力。

植物籽粒发芽后其硫代葡萄糖苷含量显著增加，同时发芽期间其内源黑芥子酶被激活，因此，通过控制发芽条件以富集芸薹属蔬菜中ITCs已成为一种行之有效的方法[7-8]。笔者以我国特产蔬菜芥菜为试材，研究了发芽时间、光照时间和发芽温度等发芽条件对芥菜中ITCs含量的影响，并通过响应面法对其发芽条件进行了优化，以期获得芥菜发芽富集ITCs的最佳培养条件，为芥菜芽苗类功能食品的开发利用提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试验材料。浙江榨菜为嘉兴先丰种业有限公司产品，购于2015年，封装于密闭容器中，4 ℃保存备用。

1.1.2 试剂。1，2-苯二硫醇（色谱纯）为东京化成工业株式会社产品；萝卜硫素为美国Sigma公司产品；其余试剂均为国产分析纯。

1.1.3

仪器。ZSD-1270生化发芽箱，沈阳奇特尔科技有限公司；PJX-250D光照发芽箱，金坛市水北科普实验仪器厂； HC-2066高速离心机，安徽中科中佳科学仪器有限公司；DHZ-C大容量恒温振荡器， 江苏太仓市实验设备厂； UV-7504c 紫外可见分光光度计，上海启威电子公司；DGX-2电热鼓风干燥箱，上海福码实验设备有限公司。

1.2 方法

1.2.1 芽苗培养。

取浙江榨菜种子，置于1%NaClO水溶液中浸泡消毒15 min，用蒸馏水冲洗至pH中性，后于蒸馏水中30 ℃浸泡4 h，置于铺有蛭石的小盒中，置于发芽机培养箱内发芽，定时光照，催芽1 d后，停止喷雾，其后每天喷1次去离子水。芽苗长成后，取样，用蒸馏水清洗芽苗，吸干表面水分，保鲜膜包好后于液氮中速冻，于-20 ℃保藏，待测。

1.2.2 单因素试验。按照 “1.2.1” 方法，保持其他条件不变，分别研究发芽时间、光照时间和发芽温度对芥菜芽苗ITCs含量的影响。

1.2.2.1 发芽时间。固定发芽温度为30 ℃，光照时间为16 h，暗处理8 h，分别发芽4、5、6、7和8 d，取样测定芽苗ITCs含量。

1.2.2.2 光照时间。固定发芽温度为30 ℃，发芽期间每天分别光照0、8、16和24 h，发芽5 d后取样测定芽苗ITCs含量。

1.2.2.3 发芽温度。每天固定光照时间为16 h，暗处理8 h，分别置于24、27、30和33 ℃下发芽，发芽5 d后取样测定芽苗ITCs含量。

1.2.3 响应面试验。

在单因素试验的基础上，采用3因素3水平的Box-Behnken设计，考察发芽时间、光照时间和发芽温度3个因素对ITCs含量的影响，试验因素与水平见表1，以ITCs含量为响应值，采用响应曲面法优化培养条件，采用Design-expert 8.0.6对试验数据进行回归分析，建立二次线性回归方程，预测最佳工艺参数。

1.2.4 ITCs的提取與测定。参照Guo等[9]的方法进行。

1.3 数据处理

各指标测定重复3次，以“平均值±标准差”表示。采用Duncans多重比较进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果

由图1可知，随着发芽时间的延长，ITCs含量呈先上升后下降的趋势，发芽5 d时ITCs含量显著高于其他发芽时间，同样随着光照时间和发芽温度的增加，芥菜中ITCs含量均呈先上升后下降趋势。选择发芽时间5 d，每天光照16 h和发芽温度30 ℃进一步优化。

2.2 响应面模型的建立与方差分析 Box-behnken试验设计组合及结果见表2。利用Design Expert 8.0.6软件进行二次多元回归拟合，得到描述ITCs含量与自变量发芽时间

（A）、光照时间（B）和发芽温度（C）的二次多项回归拟合

2.3 响应面模型方差分析

对响应面模型进行方差分析，响应曲面模型的P<0.000 1说明拟合的模型极显著，且失拟项P=0.100 1>0.05，表明该模型可用于进行数据分析及统计且98.91%的数据可以用该模型解释（R2=0.989 1）；同时A、B、C、AC、BC、A2、B2、C2均具有显著性。各因素变化情况如图2所示。

按照最优条件进行验证，芥菜在30.7 ℃下发芽4.8 d，光照时间为17.4 h时，芽苗中ITCs含量为（721.9±8.9） mg/kg。

3 结论

以芥菜为试材优化其培养条件，以富集芽苗中ITCs，发芽时间、光照时间和发芽温度对于芽苗中ITCs含量均具有显著影响，该研究构建的二次回归模型适用于预测芥菜芽苗培养期间的ITCs含量，优化得出将芥菜籽粒在30.7 ℃下发芽4.8 d，每天光照时间17.4 h时，芥菜芽苗中ITCs含量含量为（721.9±8.9）mg/kg。

参考文献

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