火龙果茎成分及其抗氧化活性分析

陈雅芝，刘 瑞，于章龙，杨运良，孙元琳，周素梅

（1.运城学院生命科学系，山西运城 044000；2.山西省农业科学院棉花研究所，山西运城 044000；3.中国农业科学院农产品加工研究所，北京 100193）

火龙果（Hylocereus undutus L.），又名长寿果、红龙果、仙蜜果等，是仙人掌科三角柱属多年生多浆植物果实[1-2]，主要有红皮白肉、红皮红肉和黄皮白肉火龙果3个品种[3]。最早起源于巴西、墨西哥等中美州地区，之后传到越南等东南亚国家和我国台湾，目前我国火龙果种植地区主要分布在海南、福建、广东、广西等地[4]。火龙果营养丰富、功能独特，富含植物性蛋白、水溶性膳食纤维、维生素、植物多糖、花青素、矿物质、不饱和脂肪酸等，具有降低血糖血压和润肠道的作用，还能调节人体各项机能，提高免疫力，具有预防大肠癌的功能[5-6]。目前，我国对火龙果研究较多，包括对火龙果肉的发酵饮品、果皮中红色素、果皮理化特征等研究[7-11]，但对火龙果茎的研究较少，其产业仍处于起步阶段，有着广阔的发展前景。而火龙果种植过程中修剪下的火龙果茎枝条未被利用，成为大量农业废弃物，且对环境造成一定的污染。合理利用火龙果茎天然资源不仅可以提高火龙果附加值，从而提高农户经济效益，也关系到社会环保问题。因此，试验对红心火龙果茎进行了成分及抗氧化研究分析，以期对火龙果茎变废为宝，实现废弃资源再利用，并为相关产品研发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

火龙果茎（红皮红肉），采自山西省运城市盐湖区火龙果基地。

1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH），上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供；抗坏血酸，天津市瑞金特化学品有限公司提供；其他均为国产分析纯常规试剂。

1.2 仪器与设备

Agilent 5975C型气相色谱/质谱联用仪，美国安捷伦产品；Vario EL cube型元素分析仪，德国Elementar公司产品；TAS-990型原子吸收分光光度计，北京普析通用有限公司产品；LXJ-2型低速离心机，上海医分仪器制造有限公司产品；KQ-500DE型数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司产品；BCD-216SDX型紫外可见分光光度计，上海菁华科技仪器有限公司产品；18ND型冷冻干燥机，天津捷盛东辉保鲜科技有限公司产品；RE-2000A型旋转蒸发器，上海亚荣生化仪器厂产品；MDS-6型微波消解仪，上海新仪微波化学科技有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 样品前处理

取一定量的新鲜火龙果茎去刺、去皮、洗净后将茎切段，去掉中心木质部后用搅碎机搅碎匀浆，冷藏备用。

1.3.2 水分含量测定

参考国标GB/T 14769—1993，食品中水分的测定方法。

1.3.3 维C含量测定

参考国标GB 6195—1986，水果、蔬菜维C含量测定的方法。

1.3.4 无机元素测定

（1）样品消解。将经前期处理的样品烘干，制成粉末状。称取0.338 9 g的干茎粉放入微波消解罐中。分别加入7 mL浓硝酸和3 mL 30%双氧水，用消解盖盖严，放置24 h后消解样品。压力在10 min内由0 MPa上升至2.4 MPa。消解结束后，打开微波消解仪，使其自然冷却，冷却后取出消解罐。将消化液用二蒸水定容至100 mL容量瓶中。用针筒式微孔滤膜过滤器过滤。将滤液移入试管中备用。

（2）火焰原子吸收分光光度计测定。根据仪器条件设定参数，用0.2%的硝酸调零，导入原子吸收分光光度计的空气-乙炔火焰中，并在光路中分别测定锌、钾、锰、钙、镁、钠、铁、锡和铅原子对特定波长谱线的吸收，测定溶液吸光度，根据回归方程求各矿物质的含量。

1.3.5 碳、氮、氢、硫元素含量测定

将经前期处理的样品烘干，制成粉末状。利用元素分析仪测定碳、氢、氮、硫的含量。

1.3.6 火龙果茎主要有机成分GC-MS分析

（1） 有机物的萃取。称50 g鲜茎匀浆放在500 mL的锥形瓶中，加入150 mL无水甲醇在磁力搅拌器上搅拌20 min，再加入150 mL的正己烷继续搅拌1 h，然后超声处理20 min。经真空泵抽滤，将滤液放入分液漏斗中静置分层分离。将甲醇相在45℃条件下旋转蒸发浓缩至10 mL备用。正己烷相在45℃条件下旋转蒸发浓缩至10 mL备用。用针筒式微孔滤膜过滤器过滤，进行GC-MS分析。

（2） GC-MS分析条件。色谱条件：Agilent 7890-5975C GC-MS联用仪（美国安捷伦公司）；非极性色谱柱（HP-5MS） （30 m×0.25 mm×0.25μm） 弹性石英毛细管柱（美国Agilent公司）；进样后，程序升温100℃，保持5 min，以5℃/min升至150℃，再以10℃/min升至300℃；载气为He，流速1 mL/min；分流比30∶1，溶剂延迟30 min。

质谱条件：电离方式EI，70 eV；离子源温度230℃，质量扫描范围50～550 amu。

1.3.7 抗氧化特性分析

（1）样品处理。将经前期处理的样品烘干，制成粉末状。准确称取10.0 g粉末放入烧杯中，加入体积分数80%乙醇200 mL，超声处理1 h，以转速4 000 r/min离心10 min，取上清液，经旋转蒸发浓缩后，-18℃预冻，然后冷冻干燥。

用80%乙醇将火龙果茎干燥物配置成10 mg/mL的溶液，置于冰箱中保存备用。

（2）还原能力的测定。取相同规格的6个试管，并进行编号，4号，5号，6号试管备用。1号试管中加入体积分数80%乙醇0.2 mL为空白样品，2号试管中加入质量浓度2 mg/mL的维C溶液0.2 mL作为对照样品，3号试管中加入0.2 mL火龙果茎提取液作为测试样品，依次给3个试管加入磷酸盐缓冲液2.3 mL，再加入质量分数1%铁氰化钾水溶液5 mL，放置在50℃水浴中反应20 min，加入质量分数10%三氯乙酸水溶液5 mL，混合均匀，以转速4 000 r/min离心10 min，在每个离心管吸取上清液2.5 mL，将上清液分别放入4号，5号，6号试管。依次加入蒸馏水2.5 mL，质量分数0.1%三氯化铁水溶液0.5 mL，静置5 min。在波长700 nm处测吸光度。

（3） 自由基清除能力测定。取相同规格的3个试管，称取0.004 g的DPPH·，用无水甲醇定容置100 mL的容量瓶中；吸取2 mg/mL的维C溶液0.2 mL放入1号试管中；吸取火龙果茎溶液0.2 mL放入2号试管中，依次添加DPPH甲醇溶液5 mL。在室温下避光反应1 h。3号试管中加入甲醇溶液0.2 mL和DPPH甲醇溶液5 mL。开始测定吸光度，波长设定为517 nm。

DPPH自由基的清除率计算方式：

1.4 数据处理

所有数据均测定3个重复，采用Origin 8.6和SPSS 22.0处理数据。

2 结果与分析

2.1 火龙果茎水分含量

红心火龙果茎水分含量为92.28%，高于大部分果蔬含水量（苹果含水量为81.3%，茴子白含水量为91.62%，芹菜含水量87.52%）[12]，且稍高于周丽屏[13]测得新鲜火龙果茎含水量90.97%，表明红心火龙果果茎可以为人体提供充足的水分，具有潜在的水果、蔬菜价值。

2.2 火龙果茎维C含量

火龙果茎维C含量为7.68 mg/100 g。水果蔬菜中的维C是人体补充维C的主要来源。研究显示，冬瓜中维C含量为10.10 mg/100 g，柑橘汁中维C含量为7.50 mg/100 g[14]。综合比较可知，火龙果茎维C含量较高，有较大利用空间。

2.3 火龙果茎中无机元素分析结果

火龙果茎中无机元素含量见表1。

表1 火龙果茎中无机元素含量/mg·（100 g）-1

无机元素是构成生物体组织的重要物质。由表1可知，火龙果茎中的钾、钙、镁元素含量较高，特别是钾、钙元素含量超过400 mg/100 g。钾是人体所需重要的常量元素，缺少钾元素会使人精神不振，钾有维持神经肌肉的功能。其中，钙是人体含量最多且生长发育不可缺少的元素，可以增强抵抗力[15]。镁是人体不可缺少的矿物质元素之一。镁几乎参与人体所有的新陈代谢过程，在细胞内其含量仅次于钾。镁影响钾、钠、钙离子细胞内外移动的“通道”，并有维持生物膜电位的作用。铁、锌元素对人体生长发育及健康至关重要。火龙果茎中铁含量为0.61 mg/100 g，锌含量0.314 mg/100 g，低于中国普通小麦铁、锌含量[16]，却高于牛奶中铁、锌含量。铁、锌每人每日铁摄入量推荐标准分别为10～15 mg，12～15 mg[17]。人体内铁含量为 4～5 g，主要以铁血红蛋白、转运铁和贮藏铁形式存在。铁与氧气运输和氧化还原反应密切相关，对促进生长发育、增强抵抗疾病和调节组织呼吸等有重要作用。全球约16.2亿人患有不同程度的贫血，学龄前儿童患病比例高达47.4%[18]；中国缺铁性贫血患病率约20%，贫困地区儿童和孕妇可高达45%和35%[19]。人体内锌含量为1.36～2.32 g。缺锌影响生长发育和免疫力，引起各种皮肤炎症并造成心肌损伤。全球约 17%人口锌摄取量不足[18]。综合分析，火龙果茎中富含人体所需的多种元素，可作为理想的绿色食品原料。

2.4 火龙果茎中碳、氢、氮、硫元素含量结果

火龙果茎中碳、氢、氮、硫元素含量见表2。

表2 火龙果茎中碳、氢、氮、硫元素含量/%

由表2可知，火龙果茎中碳、氢、氮、硫元素占总元素的44.59%，其中碳元素含量最高为36.83%，氮元素为构成蛋白质的重要元素，含量为1.69%，硫元素是构成蛋白质和酶的主要组成部分，且还参与作物体内的氧化还原作用。氢元素含量为5.27%，与碳、氧元素结合形成碳水化合物。除碳氢氮硫元素外，其他元素成分占比为55.41%。

2.5 火龙果茎主要有机成分GC-MS分析

采用双溶剂萃取法对红心火龙果茎中的有机物进行分析研究。

红心火龙果茎的正己烷相总离子流色谱图见图1，红心火龙果茎的甲醇相总离子流色谱图见图2。

图1 红心火龙果茎的正己烷相总离子流色谱图

图2 红心火龙果茎的甲醇相总离子流色谱图

经核对，火龙果的正己烷相、甲醇相的有机物基本相同，都含有维E、β-谷甾醇、生育酚、植物醇、角鲨烯、十二烷、有机酸等物质。分析可知，甲醇相中角鲨烯含量高于正己烷相中角鲨烯含量。根据GC-MS分析结果，采用标准谱图对照，鉴定出火龙果茎中的有机成分。

火龙果茎中主要有机成分见表3。

表3 火龙果茎中主要有机成分

由表3可知，火龙果茎中含有维E、β-谷甾醇、生育酚、植物醇、角鲨烯、十二烷、有机酸等22种物质，其中多为活性物质，具有很强的抗氧化作用。其中，维E别名生育酚，是一种天然的抗氧化剂，具有消除自由基的功效，目前被广泛用于化妆品行业。植物醇具有促进皮肤自我修复，使皮肤光滑细致的功效。因此，结合火龙果茎多糖成分，利用火龙果茎凝胶汁开发植物化妆品具有很大开发空间[20-21]。研究表明，火龙果茎中植物甾醇在茎干品中平均含量高达 0.311%[22-23]，β-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇、菜籽甾醇等为主要成分[24]。综合分析，火龙果茎可作为食品、药品和化工研发天然资源。

2.6 火龙果茎的抗氧化活性研究

火龙果茎抗氧化活性测定见表4。

表4 火龙果茎抗氧化活性测定

由表4可知，火龙果茎提取液的还原力相当于2 mg/mL维C溶液的65.37%，对DPPH自由基的清除率为73%，较2 mg/mL维C溶液DPPH自由基清除率86%稍弱。但总体比较而言，火龙果茎具有较强的抗氧化性和清除自由基的能力。

3 结论

通过对红皮红肉火龙果茎水分、维C、矿物成分、无机元素含量，及有机物质种类和抗氧化活性的研究，可知红皮红肉火龙果茎水分、维C含量较高，分别为92.28%和7.68 mg/100 g。矿物质元素丰富，特别是钾、钙、镁元素，含量分别为437.6 mg/100 g，411.2 mg/100 g，134.6 mg/100 g。通过对无机元素和有机物质分析，可知红皮红肉火龙果茎富含多种无机和有机物质，尤其是维E、β-谷甾醇、生育酚、植物醇、角鲨烯等具有较高的抗氧化、抗衰老活性的物质。通过抗氧化活性试验，进一步验证了火龙果茎的抗氧化能力和清除DPPH自由基能力。综合分析，火龙果茎是一种富含多种活性物质，可作为食用资源、功能活性成分资源深度开发的优质原料。