不同生长期芝麻叶的主要营养成分变化和多糖提取物的体外抗氧化研究

李婷婷，苗红梅，汪学德*，王东营

1.河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001 2.河南省农业科学院 芝麻研究中心，河南 郑州 450002

芝麻作为一种油料作物，广泛种植在河南、湖北、山东等地，人们种芝麻、收芝麻，却往往忽视了芝麻叶的利用价值。芝麻叶是芝麻生产中的副产物，富含钙、钾、铁等矿物质，氨基酸含量均衡，多酚类、黄酮类物质含量丰富，具有很高的营养价值[1]；同时芝麻叶因口感清爽也具有良好的食用价值，可凉拌做菜、烙饼、制作芝麻叶面条等；除了鲜食，干芝麻叶和芝麻叶罐头也是很好的选择。目前对芝麻叶的研究主要集中在总黄酮[2]、矿质元素[3]、多糖结构[4]等方面，关于不同生长期芝麻叶的营养物质变化以及芝麻叶多糖提取物的体外抗氧化活性研究较少。作者对不同生长期芝麻叶的营养成分和多糖提取物的抗氧化活性进行了分析，为芝麻叶资源的开发利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试材料为郑芝13号、豫芝DW607(以下简称为豫607)的芝麻叶，于不同生长期在河南省农业科学院新乡原阳杨厂基地采摘，用蒸馏水洗净，自然晾干后置于-20 ℃冰柜保藏待用。

主要试剂：石油醚、浓盐酸、浓硫酸、氢氧化钠、正辛醇、丙酮、硼酸、硫酸钾、五水硫酸铜、甲基红、溴甲酚绿、苯酚、无水乙醇、95%乙醇、硝酸铝、醋酸钾、福林酚、碳酸钠、甲醇、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、铁氰化钾、三氯乙酸、氯化铁、硫酸亚铁、水杨酸、过氧化氢、乙酸钠等均为分析纯；福林酚、没食子酸、葡萄糖、芦丁:上海麦克林生化科技有限公司，纯度为99%以上；1,1-二苯基-2-苦肼基(DPPH)、三吡啶基三嗪(TPTZ):美国Sigma公司。

1.2 仪器与设备

7890B型气相色谱仪：美国Agilent公司；FOSS Fibertec TM 2010全自动粗纤维仪、FOSS8400全自动凯氏定氮仪：丹麦FOSS公司；KQ-300DE型数控超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司；FW-80型高速万能粉碎机：北京市永光明医疗仪器有限公司；XMTD-8222型电热恒温鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；UV-6000PC紫外分光光度计：上海元析仪器有限公司；FA2004型电子天平：上海上天精密仪器有限公司；LGJ-18真空冷冻干燥机：北京市松源华兴科技发展有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 芝麻叶样品的制备

分别在初花期、盛花期、终花期、成熟期采摘2个芝麻品种的芝麻叶，用蒸馏水冲洗叶片表面，洗净后均匀平铺在楼顶，自然风干，干燥芝麻叶经粉碎机粉碎，过40目筛后备用。

1.3.2 芝麻叶多糖的提取

采用水提醇沉法提取芝麻叶多糖[5]。称取50 g芝麻叶粉末，经过石油醚脱脂、乙醇浸泡除杂后精确称量，按照料液比为1∶20(g/mL)与去离子水混合放入烧杯中，于85 ℃的电热恒温水浴锅中磁力搅拌3 h，离心、抽滤后收集上清液；将上清液减压浓缩至合适体积，加入4倍体积的无水乙醇进行沉淀并静置过夜；将离心后得到的沉淀用无水乙醇清洗，经过去离子水复溶、树脂脱色、透析、冷冻干燥后得到芝麻叶多糖。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 芝麻叶营养成分的测定

芝麻叶的蛋白质含量测定参照GB/T 5009.5—2016；粗脂肪含量测定参照GB/T 5009.6—2016；粗纤维含量测定参照GB/T 5009.10—2003；总糖含量测定参照硫酸苯酚法[6]；总黄酮含量测定参照GB/T 20574—2006。

总酚含量测定参照田文礼等[7]的方法，略有改动。取0.5 g左右的粉碎样品，采用70%的甲醇分3次进行提取，每次分别涡旋5 min，超声20 min，离心5 min，定容至25 mL容量瓶中，放置过夜。取0.3 mL提取液，加入1 mL稀释的福林酚，混匀后加入3 mL 10%Na2CO3，加蒸馏水至10 mL，静置2 h后测吸光度(765 nm)。

芝麻叶中氨基酸含量的测定：参照GB 5009.124—2016《食品中氨基酸的测定》，采用全自动氨基酸分析仪测定芝麻叶中氨基酸的含量。

1.4.2 芝麻叶多糖提取物基本化学组成的测定

总糖和蛋白质含量的测定方法同1.4.1。糖醛酸含量的测定参考俞丹等[8]的方法。

1.4.3 芝麻叶多糖体外抗氧化的测定

1.4.3.1 总还原能力测定

芝麻叶多糖提取物的总还原能力参照Ye等[9]方法。

1.4.3.2 DPPH自由基清除能力测定

芝麻叶多糖提取物的DPPH自由基清除能力测定采用Wang等[10]和陈兵兵[11]的方法。

1.4.3.3 羟基自由基清除能力测定

芝麻叶多糖提取物的羟基自由基清除能力用水杨酸法测定，参考Li等[12]和张晨[13]的方法。

1.4.3.4 总抗氧化能力测定

芝麻叶多糖的总抗氧化能力采用铁离子还原力法测定，参考Kong等[14]和赵文恩等[15]的方法。

1.5 数据统计与分析

采用Excel 2007、SPSS 21进行数据间的描述性统计分析，采用Origin 9.1软件制图。

2 结果与讨论

2.1 不同生长期芝麻叶的营养成分

2.1.1 常规营养分析

不同生长期2个品种芝麻叶营养成分测定结果见图1。由图1(A)可知，2个品种芝麻叶盛花期粗脂肪含量显著低于其他3个生长期，分别为1.17%、1.12%；脂类广泛存在于动植物组织中，是细胞膜的重要组分，具有储能、供能和维持细胞膜的结构与功能等作用，与植物体光合作用等代谢过程有密切的关系。芝麻的整个生长发育具有一定的规律，即前期缓慢，中期加快，后期又变慢。在初花期至盛花期之间，芝麻植株生长迅速，脂肪在植物体内得不到足够的积累。芝麻生育后期即终花期至成熟期之间，由于芝麻自身营养状况的失调以及气温的降低，芝麻的生长又变得缓慢[16]。为了增加光吸收及光的利用效率，膜脂的合成速率又缓慢升高[17]。因此出现了图1(A)中盛花期植物叶片中粗脂肪含量较低的现象。

蛋白质是构成植物细胞重要的基本物质之一，具有很大的开发利用价值。2个品种不同生长期芝麻叶中粗蛋白含量如图1(B)所示，随着生长期延后，2个品种芝麻叶粗蛋白含量呈现降低趋势。其中成熟期的粗蛋白含量显著低于其他3个生长期，分别为19.32%、15.22%。从图1(B)看出，豫607的粗蛋白含量略高于郑芝13的。蛋白质含量降低的现象可能与植物叶片的成熟和衰老有关。在植物叶片逐渐成熟和衰老的过程中，一方面是细胞中的核糖体含量减少，蛋白质合成能力降低，而分解速度加快，得不到足够的积累[18]；另一方面是植物细胞内各种水解酶的活性增高，水解反应增强，大多数蛋白质降解[19]。因此出现了图1(B)中随着生长期的延长，芝麻叶中蛋白质含量降低的现象。

粗纤维是植物细胞壁的重要组成成分，包括纤维素、半纤维素、木脂素等，具有增加粪便量，促进肠蠕动，预防肠癌发生等作用。不同生长期芝麻叶粗纤维含量的变化见图1(C)，2个品种芝麻叶盛花期粗纤维含量显著高于其他3个生长期，分别为10.66%、9.70%。这种结果的出现可能与芝麻茎叶的干物质积累量有关，在芝麻生长前期，芝麻茎叶的干物质积累量一直处于快速增长的状态，在盛花期时达到最大，随后因为大量蒴果的生成以及植株中下部叶片的脱落，茎叶干物质质量逐渐降低，有少数品种在后期又出现小幅度反弹[20]。因此，随着生长期的延长，芝麻叶中粗纤维含量呈现先增加后减少的趋势。

图1 不同生长期芝麻叶中主要营养物质变化

由图1(D)可知，总糖含量随着芝麻生长期延后呈现逐渐升高的趋势，2个品种成熟期芝麻叶总糖含量显著高于其他3个生长期，分别为14.62%、15.28%。这是因为在叶片生长初期，叶绿素含量较低，光合速率较低，总糖含量也较低，后来随着叶片的生长发育，结构逐渐完善，叶绿素含量不断增加，净光合速率不断增加，总糖含量也因此增加。

由图1(E)可以看出，随着生长期的延后，总黄酮含量逐渐升高，至成熟期，二者的总黄酮含量分别由初花期的12.43 mg/g、12.16 mg/g上升为31.40 mg/g、30.90 mg/g。2个品种芝麻叶总黄酮含量变化趋势一致，这是因为在初期，植物生长发育旺盛，黄酮类物质容易积累，因此出现芝麻叶中黄酮类物质含量迅速增加，在后期植物生长缓慢，黄酮类物质也是处于不断积累的状态，但积累的速度却低于前期，这与楸树叶中黄酮类化合物的变化一致[21]。

植物多酚具有抗氧化、抗衰老、抗菌、抗病毒等生物活性，主要存在于植物的叶、皮、根中。刘利娥等[22]研究了芝麻叶多酚的提取工艺与体外抗氧化活性，发现在最适条件下，芝麻叶中的多酚物质的提取率可达45.89 mg/g，且具有一定的抗氧化活性。不同生长期芝麻叶中多酚的含量如图1(F)所示，随着生长期的延后，2个品种芝麻叶的多酚含量呈现无规律的变化。与其他2个生长期相比，2个品种芝麻叶均是盛花期和成熟期多酚含量相对较高，这可能与植物对环境的适应以及自身的生长状况有关。

2.1.2 氨基酸

2个品种不同生长期芝麻叶中氨基酸种类及含量见表1。除色氨酸在浓盐酸水解过程中被分解而未能被测定外，在芝麻叶中共检测到17种氨基酸，随着生长期延后，各生长期芝麻叶中氨基酸含量变化并不明显，其中豫607和郑芝13均是盛花期和成熟期芝麻叶的总氨基酸含量略低于其他2个生长期。2个品种各生长期芝麻叶中人体必需氨基酸(EAA)含量在8.0%左右，占氨基酸总量的40%左右，EAA/NEAA在0.6左右，这与刘利娥[23]等所测芝麻叶氨基酸含量基本一致。1973年联合国粮农组织与世界卫生组织推荐的理想蛋白质模式认为EAA/TAA在40%左右，EAA/NEAA在0.6以上为质量较好的蛋白质氨基酸组成。由此可见，各生长期芝麻叶的蛋白质氨基酸组成基本接近这一模式的要求，是较为理想的蛋白质氨基酸组成。

氨基酸不仅具有各种生理功能，少数几种氨基酸还具有使食物富含鲜味和甜味等风味的作用[24]，谷氨酸、天冬氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸和甘氨酸这6种可以呈现出特殊风味的氨基酸常被称为呈味氨基酸[25]。2个品种不同生长期芝麻叶中鲜味氨基酸(谷氨酸、天冬氨酸)均是初花期的含量较高。2个品种芝麻叶中呈味氨基酸含量与总氨基酸含量变化趋势一致，在初花期时芝麻叶中呈味氨基酸含量最高，分别为11.43%、11.75%，占总氨基酸的52%、50%。因此，推测初花期的芝麻叶口味较为鲜美，适合作为一种野生食品资源。

2.2 不同生长期芝麻叶多糖提取物的基本化学组成

经过热水浸提得到的芝麻叶多糖为棕色絮状固体。表2为2个品种4个生长期的芝麻叶多糖提取物的化学组成成分，可以看出，芝麻叶多糖的提取率在4%左右，可以进一步改善提取条件进行提取。2个品种各生长期芝麻叶多糖提取物的总糖含量为70%左右，蛋白质含量为5%左右，糖醛酸含量为15%左右，可以推测所提取的芝麻叶多糖存在多糖与蛋白的结合。

2.3 不同生长期芝麻叶多糖提取物的体外抗氧化分析

2.3.1 DPPH自由基的清除能力

2个品种不同生长期芝麻叶多糖提取物对DPPH自由基清除能力如图2所示，4个生长期的芝麻叶多糖提取物均具有一定的DPPH自由基清除能力。由图2还可以明显地看出，2个品种均是盛花期的芝麻叶多糖提取物DPPH自由基清除能力较好，在1～6 mg/mL之间，随多糖质量浓度升高，自由基清除能力增加迅速，在6～10 mg/mL之间，自由基清除能力逐渐趋于平稳。

2.3.2 总还原能力

2个品种不同生长期芝麻叶多糖提取物的总还原能力结果如图3所示。从图3可以看出，在1～10 mg/mL质量浓度范围内，2个品种不同生长期芝麻叶多糖提取物的还原能力随着质量浓度的增加而增加，并呈现一定的量效关系。在质量浓度大于8 mg/mL时，芝麻叶多糖提取物的总还原能力增幅变大，且盛花期的芝麻叶多糖提取物的总还原能力高于其他3个生长期。

表1 不同生长期芝麻叶氨基酸含量

表2 芝麻叶多糖提取物基本化学成分及其水溶性

2.3.3 总抗氧化能力

2个品种不同生长期芝麻叶多糖提取物的总抗氧化能力如图4所示，由图4可以看出，2个品种芝麻叶多糖提取物的总抗氧化能力随着质量浓度的增加而增加，且2个品种均是成熟期和盛花期的芝麻叶多糖提取物的总抗氧化能力优于其他2个生长期，其中郑芝13的成熟期芝麻叶多糖提取物的总抗氧化能力显著高于其他3个生长期。

2.3.4 羟基自由基清除能力

羟基自由基的清除能力是反映药物抗氧化作用的重要指标[10]。2个品种不同生长期芝麻叶多糖提取物的羟基自由基清除能力如图5所示。由图5可以看出，随着多糖质量浓度的增加，样品的羟基自由基清除率也随之增加，且2个品种均是成熟期和盛花期芝麻叶多糖提取物的羟基自由基清除率高于其他2个生长期。

图2 不同生长期芝麻叶多糖提取物的DPPH自由基清除能力

图3 不同生长期芝麻叶多糖提取物的总还原能力

图4 不同生长期芝麻叶多糖提取物的总抗氧化能力

3 结论

2个品种芝麻叶盛花期的粗脂肪相对含量低于其他3个生长期，而粗纤维含量高于其他3个生长期；随着生长期的延长，2个品种芝麻叶的粗蛋白含量逐渐降低，总糖含量和总黄酮含量逐渐上升，而总酚含量变化并不明显。

图5 不同生长期芝麻叶多糖提取物的羟基自由基清除能力

芝麻叶氨基酸成分齐全，含量丰富，配比合理，具有较高的营养和保健价值，必需氨基酸的比例合理，是很好的蛋白质氨基酸组成，易被人体吸收，其中初花期的芝麻叶呈味氨基酸含量较高，口味较为鲜美，适合作为野生食品资源。

不同生长期芝麻叶多糖提取物的体外抗氧化结果表明，2个品种盛花期的芝麻叶多糖提取物的DPPH自由基清除能力和总还原能力优于其他3个生长期，成熟期和盛花期的芝麻叶多糖提取物的总抗氧化能力和羟基自由基清除能力高于其他2个生长期。因此，可以将盛花期和成熟期的芝麻叶多糖提取物进行进一步的生物活性研究，以发现其潜在的生理功能，为芝麻叶的开发利用提供依据。