六种柚果不同部位矿物质元素、总酚、柚皮苷含量测定及抗氧化活性研究

张声源,陈炜铃,王楠,古秋明,况伟,3,陈嘉乐,苏文欣,刘志伟*

1(嘉应学院,广东省山区特色农业资源保护与精准利用重点实验室,广东 梅州,514015)2(梅州市南方金柚研究院,广东 梅州,518000)3(嘉应学院广东省柚类工程技术开发中心,广东 梅州,514031)

柚为芸香科(Rutaceae)柑橘属(Citrus)植物柚[Citrusmaxima(Burm.) Merr.cv]的果实,性寒,具有行气、除痰、止痛等功效[1]。研究表明,柚子富含多种营养成分和生理活性成分,具有抗氧化、抗癌、降血糖等药理活性,具有很高的食用和药用价值[2-5]。

广东省梅州市是我国柚子主产区之一,已成功创建了以梅州柚为主导产业的1个国家级、3个省级现代农业产业园和1个国家级产业集群,全市种植面积达到了约41 333 hm2,年产量93万t,占广东全省的90%,占全国的20%,全球的10%[6]。目前规模化种植的品种有沙田柚(商品名为金柚)、蜜柚(白肉蜜柚、红肉蜜柚、三红蜜柚、黄肉蜜柚)、四季柚,同时梅州金柚、大埔蜜柚分别于2006年、2015年获得了国家农产品地理标志,且2016年梅县金柚获得了国家地理标志证明商标,大埔蜜柚入选“中欧 100+100”地理标志互认互保产品[7]。

梅州产柚果品种多、品质独特,柚果精深加工方面也在有序推进,已有柚花茶、蜜柚啤酒、果脯蜜饯等产品上市,具有广阔的开发前景[8]。目前针对梅州地区柚类资源的研究多集中于栽培技术、活性物质提取工艺等方面[9-11],而不同品种柚果的不同部位在成分含量及抗氧化活性的比较研究未见报道。柚含有酚类、黄酮类、精油、果胶等活性成分,其中酚类因分子结构中含有酚羟基,易氧化,是柚类发挥抗氧化效果的物质结构基础。而柚皮苷是主要的单酚类物质,含量显著高于野漆树苷、香草酸、甲基橙皮苷、新西兰牡荆苷和阿魏酸等单酚类物质;此外,柚皮苷片制剂已进入了Ⅰ期临床试验,在食品医药领域应用潜力大,为此,实验选取了酚类和柚皮苷含量及抗氧化活性作为评价指标,探究梅州产6种主栽柚子(沙田柚、四季柚、白肉蜜柚、黄肉蜜柚、三红蜜柚、红肉蜜柚)成熟果实4个部位(外皮层、中皮层、囊衣、汁胞)的总酚、柚皮苷含量与抗氧化活性的相关性及其矿物质元素含量差异,以期为梅州产柚果的深度开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试柚子于2021年9～12月采于广东省梅州市梅县区柚子种植基地,经嘉应学院医学院聂华副教授鉴定为芸香科(Rutaceae)柑橘属(Citrus)植物沙田柚[Citrusmaxima(Burm.) Merr.cv.Shatian yu]、四季柚[Citrusgrandis(Linn)Osbeckl.cv.Siji yu]、红肉蜜柚[Citrusmaxima(Burm.) Merr.cv.Hongroumi yu]、白肉蜜柚[Citrusmaxima(Burm.) Merr.cv.Bairoumi yu]、三红蜜柚[Citrusmaxima(Burm.) Merr.cv.Sanhongmi yu]、黄肉蜜柚[Citrusmaxima(Burm.) Merr.cv.Huangroumi yu]。

没食子酸标准品、福林酚试剂,上海麦克林生化科技有限公司;DPPH、ABTS,美国Sigma公司;维生素C,西陇科学有限公司;Mg、Ca、Fe、Cu、Mn、Cr、Pb、Na、Cd、Co、Zn、Ni、Li标准储备液(1 000 μg/mL),国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院;柚皮苷、过硫酸钾、铁氰化钾、三氯乙酸、无水三氯化铁,上海阿拉丁生化科技股份有限公司;试剂均为分析纯。

1.2 仪器和设备

Waters Alliance 2695高效液相色谱仪,美国Waters公司;UV-1800紫外-可见分光光度计,日本岛津公司;TAS-990原子吸收分光光度计,北京普析通用仪器有限公司;N-1100V旋转蒸发仪,上海爱朗仪器有限公司;FA2004电子分析天平,上海舜宇恒平科学仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品的制备

在各品种成熟季节,选取长势一致、生长发育良好的植株,在树体各个方向取大小均匀、果形正常、无病虫害的成熟果实。鲜果洗净、擦干、剥皮,果皮分为外皮层(含有皮脂腺)、中皮层(海绵状)、囊衣(包裹汁胞的皮)、汁胞,共4个部位分别于50 ℃烘干,取粉末适量,用体积分数为95%的乙醇按料液比1：5(g：mL)于50 ℃超声提取3次(200 W、100 Hz、30 min),合并提取液后减压浓缩得到 95%乙醇浸膏,贮存,用于总酚、柚皮苷含量测定及抗氧化活性研究[12]。

1.3.2 含量测定

1.3.2.1 矿物质元素含量的测定

采用火焰原子吸收法测定矿物质元素含量[13],精确称量4.000 0 g样品粉末,置坩埚内,500 ℃下灼烧6 h至灰烬,冷却后取出;灰分用稀硝酸(0.5 mol/L)溶解,置电阻炉中100 ℃加热10 min,再加热至500 ℃灰化30 min,重复上一步骤,直至坩埚中灰分能全部溶解于稀硝酸且无黑色炭颗粒;再用10 mL稀硝酸(0.5 mol/L)溶解灰分,移入50 mL容量瓶中,并润洗坩埚3～5次,用超纯水定容至刻度,备用,采用TAS-990型原子吸收分光光度计测定,样品矿物质含量以每克干样品(dry weight,DW)中含有的质量(μg/g DW)表示。

1.3.2.2 多酚含量的测定

多酚含量测定采用福林酚法[14],以没食子酸(gallic acid,GA)为标准品绘制标准曲线,样品多酚含量以每克干样品中含有的没食子酸质量(mg GA/g DW)表示。

1.3.2.3 柚皮苷含量的测定

柚皮苷含量测定采用高效液相法[15],色谱条件:0.04%磷酸水：乙腈(80：20),等度洗脱;柱温为30 ℃;流速为 1 mL/min;检测波长为283 nm;进样量10 μL。取柚皮苷对照品适量,精密称定,加 50%甲醇制成每1 mL含60 μg的溶液,微孔滤膜过滤,进样,以柚皮苷质量浓度为横坐标,峰面积为纵坐标绘制标准曲线。同法测定样品中柚皮苷峰面积,代入标曲计算含量,含量以每克干样品中含有的柚皮苷质量(mg/g DW)表示。

1.3.3 体外抗氧化活性分析

1.3.3.1 DPPH自由基清除能力测定

DPPH自由基清除能力的测定参考文献[16]。分别精密移取1.0 mL不同质量浓度的样品或维生素C溶液于10 mL试管中,分别加入0.1 mmoL/L DPPH甲醇溶液1.0 mL,室温避光静置20 min,以甲醇作为空白对照,于波长517 nm处测定吸光度(Ai);同时测定1.0 mL DPPH甲醇溶液与1.0 mL甲醇溶液混合后在波长517 nm处的吸光度(A0);测定1.0 mL甲醇溶液与1.0 mL样品溶液在波长517 nm处的吸光度(Aj);每个样品平行测定3次。根据公式(1)计算样品对DPPH自由基的清除率。结果以维生素C当量表示,mg维生素C/g DW,根据公式(2)计算:

(1)

(2)

式中:IC50(维生素C),DPPH自由基清除率为50%的维生素C含量,mg/g;IC50(S),DPPH自由基清除率为50%的样品含量,mg/g;1 000,单位换算。

1.3.3.2 ABTS阳离子自由基清除能力测定

ABTS阳离子自由基清除能力测定参考文献[17]。将7.0 mmoL/L的ABTS溶液与2.45 mmoL/L过硫酸钾溶液等体积混合,室温避光静置12～16 h,制备ABTS阳离子自由基母液。用10 mmoL/L (pH值7.4)磷酸缓冲溶液将ABTS阳离子自由基母液稀释,使其在波长734 nm处吸光度达到0.70±0.02。分别将0.1 mL不同质量浓度样品溶液或维生素C溶液加入4.0 mL ABTS阳离子自由基溶液中,振荡30 s后室温静置10 min,于波长734 nm处测量吸光度(Ai);同时测定4.0 mL ABTS阳离子自由基溶液与0.1 mL甲醇溶液混合后在波长734 nm处的吸光度(A0);测定4.0 mL(10 mmoL/L;pH值7.4)磷酸缓冲溶液与1.0 mL样品溶液在波长734 nm处的吸光度(Aj);每个样品平行测定3次。根据公式(3)计算样品对ABTS阳离子自由基的清除率。结果以维生素C当量表示,mg维生素C/g DW,根据公式(4)计算:

(3)

(4)

式中:IC50(维生素C),ABTS阳离子自由基清除率为50%的维生素C含量,mg/g;IC50(S),ABTS阳离子自由基清除率为50%的样品含量,mg/g;1 000,单位换算。

1.3.3.3 铁离子还原能力测定

铁离子还原能力的测定参考文献[18]。分别精密移取2.0 mL 不同质量浓度的样品和维生素C溶液于10 mL 试管中,再分别加入2.0 mL 磷酸缓冲溶液(2.0 mol/L,pH值6.6)和2.0 mL 10 g/L铁氰化钾,摇匀,于50 ℃恒温水浴20 min后取出急速冷却,再分别加入2.0 mL 100 g/L三氯乙酸溶液。将上述溶液离心10 min(6 000 r/min),取上清液2.0 mL,加入1.5 mL 蒸馏水及0.5 mL 1 g/L FeCl3溶液混匀,静置10 min后于700 nm测定吸光度,每个样品平行测定3次,铁离子还原能力大小以维生素C当量表示,mg维生素C/g DW。

抗氧化结果均以干质量计。采用抗氧化活性综合(antioxidant potency composite,APC)指数法[公式(5)],对抗氧化活性进行系统的综合评价[19]。计算如公式(5)所示:

(5)

1.4 统计学处理方法

2 结果与分析

2.1 矿物质元素含量

通过火焰原子吸收光谱法对13种矿物质元素进行检测,6个品种柚子的外皮层、中皮层、囊衣、汁胞4个部位均检测出了11种矿物质元素(Mg、Ca、Li、Na、Fe、Zn、Cu、Mn、Cr、Ni、Co),其中元素Pb和Cd未检出(表1)。由表1可知,柚子含有丰富的Mg、Ca、Li、Na、Fe等元素,其中Mg和Ca元素含量较高,Mg元素含量最高可达(25 349.50±1.03) μg/g DW(三红蜜柚外皮层)、Ca元素含量最高可达(14 704.50±1.08) μg/g DW(三红蜜柚外皮层)。含量最低的均是Co元素,最低为(0.04±0.01)μg/g DW(四季柚汁胞)。

表1 六种柚子不同部位矿物质元素含量 单位:μg/g DWTable 1 Content of minneral elements in different parts of six pomelo cultivars

2.2 总酚含量

以没食子酸质量浓度(μg/mL)为横坐标,吸光度为纵坐标,制作标准曲线,如图1-a所示,得到标准曲线的回归方程为:Y=0.105 6X+0.025 7,R2=0.997 4,表明没食子酸在质量浓度为2～10 μg/mL时与吸光度线性关系良好。6种柚子不同部位提取物总酚含量测定结果见图1-b。各品种柚子外皮层、中皮层、囊衣的总酚含量均显著高于汁胞(P<0.05),表明果皮(外皮层、中皮层、囊衣)的总酚含量高于汁胞,该结果与庄远红等[20]的报道相一致;其中总酚含量最高的是黄肉蜜柚外皮层,达(6.14±0.31) mg GA/g DW,该结果与于杰等[12]对重庆地方名柚‘真龙柚3号’的总酚含量测定结果接近。此外,蜜柚(白肉蜜柚、红肉蜜柚、黄肉蜜柚、三红蜜柚)总酚含量最高的部位是外皮层,而沙田柚和四季柚囊衣的总酚含量最高的部位是囊衣;该数据对以总酚为主要成分开发柚类食品时优选柚子品种及部位具有指导意义。

a-没食子酸标准曲线;b-6种柚子不同部位总酚含量图1 没食子酸标准曲线及6种柚子不同部位总酚含量Fig.1 Gallic acid standard curve and total phenols content in different parts of six pomelo cultivars注:同一品种柚子柱形图上相同英文字母表示差异性不显著(P>0.05),不同英文字母表示差异性显著(P<0.05)(下同)。

2.3 柚皮苷含量

2.3.1 柚皮苷标准曲线与系统适用性试验

以柚皮苷质量浓度(mg/mL)为横坐标,峰面积(μv/s)为纵坐标,制作标准曲线,如图2-a所示,得到标准曲线的回归方程为:Y=16 547 669.25X-5 554.17,R2=0.999 8,结果表明,柚皮苷在质量浓度为0.012 5～0.2 mg/mL时与峰面积线性关系良好。精密度试验:取同一份柚皮苷对照品溶液,按1.3.2.3节的色谱条件,连续进样6次,柚皮苷的峰面积RSD为1.0%,仪器精密度良好。重复性实验:取同一批沙田柚囊衣样品6份,按1.3.1节项下方法制备,按1.3.2.3节项下的色谱条件进样,测得柚皮苷平均含量6.03 mg/g DW,RSD为1.9%。稳定性试验:取同一份沙田柚囊衣样品溶液,于0、4、8、12、24、48 h 分别测定,计算柚皮苷峰面积的RSD为2.2%,说明被测溶液在48 h内稳定。加样回收率试验:取0.05 g已知柚皮苷含量为6.03 mg/g DW的沙田柚囊衣样品6份,精密称定,精密加入0.25 mg的柚皮苷对照品,按1.3.1节方法制备,按照1.3.2.3节色谱条件进样,结果平均回收率为100.05%,RSD为1.70%,表明本法加样回收率较好,方法可行。6种柚子不同部位提取物柚皮苷含量测定结果见图2-b。白肉蜜柚囊衣的柚皮苷含量与汁胞相比不具有显著性差异,白肉蜜柚外皮层、中皮层及其他品种柚子外皮层、中皮层、囊衣的柚皮苷含量均显著高于汁胞(P<0.05),即果皮(外皮层、中皮层、囊衣)的柚皮苷含量高于汁胞;其中黄肉蜜柚外皮层和中皮层的柚皮苷含量均大于其余品种同部位的柚皮苷含量,而黄肉蜜柚囊衣柚皮苷含量与红肉蜜柚、三红蜜柚、四季柚的囊衣柚皮苷含量接近,从整体上看黄肉蜜柚整果的柚皮苷含量大于其余品种的柚子。柚皮苷含量最高的部位是黄肉蜜柚中皮层,可达(11.95±0.06) mg/g DW。

a-柚皮苷标准曲线;b-6种柚子不同部位柚皮苷含量图2 柚皮苷标准曲线及6种柚子不同部位柚皮苷含量Fig.2 Naringin standard curve and naringin content in different parts of six pomelo cultivars

2.4 体外抗氧化活性

2.4.1 DPPH自由基清除能力

6种柚子不同部位对DPPH自由基清除能力见图3。6种柚子不同部位均具有一定的DPPH自由基清除能力,除三红蜜柚外皮层清除DPPH自由基的能力低于囊衣层,其余品种柚子外皮层清除DPPH自由基的能力均最高,且显著强于中皮层、囊衣、汁胞(P<0.05),汁胞最弱。表明柚子外皮层清除DPPH自由基能力较强。其中DPPH自由基清除能力最强的是黄肉蜜柚外皮层,可达(12.31±2.12) mg维生素C/g DW。

图3 六种柚子不同部位对DPPH自由基清除能力Fig.3 Evaluation of DPPH radical activity in different parts of six pomolo cultivars

2.4.2 ABTS阳离子自由基清除能力

6种柚子不同部位对ABTS阳离子自由基清除能力见图4。6种柚子不同部位均具有一定的ABTS阳离子自由基清除能力,红肉蜜柚、三红蜜柚、四季柚、沙田柚的囊衣清除ABTS阳离子自由基的能力显著强于其他部位(P<0.05),而白肉蜜柚和黄肉蜜柚均为外皮层的ABTS阳离子自由基清除能力最强。除白肉蜜柚外,其余品种汁胞清除ABTS阳离子自由基的能力显著低于外皮层、中皮层、囊衣(P<0.05)。整体上看,柚子囊衣清除ABTS阳离子自由基的能力较强,汁胞最弱。其中四季柚囊衣部位对ABTS阳离子自由基清除能力最强,可达(173.03±4.05) mg维生素C/g DW。

图4 六种柚子不同部位对ABTS阳离子自由基清除能力Fig.4 Evaluation of ABTS cationic radical activity in different parts of six pomelo cultivars

2.4.3 铁离子还原能力的测定

6种柚子不同部位对铁离子还原能力的影响见图5, 6种柚子不同部位均具有一定的铁离子还原能力。白肉蜜柚、三红蜜柚、黄肉蜜柚、四季柚的外皮层的铁离子还原能力均显著大于其余部位(P<0.05)。红肉蜜柚外皮层铁离子还原能力显著大于中皮层、囊衣(P<0.05),但与汁胞接近。沙田柚外皮层铁离子还原能力显著低于汁胞(P<0.05)。整体上看,柚子外皮层的铁离子还原能力较强。其中,铁离子还原能力最强的是四季柚外皮层,可达(30.42±1.77) mg维生素C/g。

图5 六种柚子不同部位对铁还原能力的影响Fig.5 Evaluation of reducing ferric in different parts of six pomelo cultivars

2.4.4 抗氧化活性的APC指数分析

6种柚子不同部位的APC指数及综合排序见表2。外皮层的APC综合指数均值排序依次为:黄肉蜜柚>四季柚>白肉蜜柚>红肉蜜柚>三红蜜柚>沙田柚,表明外皮层部位综合抗氧化活性最强的是黄肉蜜柚,沙田柚最弱。中皮层的APC综合指数均值排序依次为:四季柚>黄肉季柚>白肉蜜柚>沙田柚>红肉蜜柚>三红蜜柚,表明中皮层部位综合抗氧化活性最强的是四季柚,三红蜜柚最弱。囊衣的APC综合指数均值排序依次为:四季柚>黄肉蜜柚>沙田柚>三红蜜柚>红肉蜜柚>白肉蜜柚,表明囊衣部位综合抗氧化活性最强的是四季柚,白肉蜜柚最弱。汁胞APC综合指数均值排序依次为:四季柚>红肉蜜柚>沙田柚>三红蜜柚>白肉蜜柚>黄肉蜜柚,表明汁胞综合抗氧化活性最强的是四季柚,黄肉蜜柚最弱。综合抗氧化活性指数表明,外皮层抗氧化活性最强的品种是黄肉蜜柚,其他部位抗氧化活性最强的品种均是四季柚。

表2 抗氧化综合评级Table 2 Comprehensive antioxidant rating

2.5 总酚、柚皮苷含量与抗氧化活性的相关性分析

6种柚子不同部位的总酚、柚皮苷含量与抗氧化活性的相关性分析结果见表3。由表3可知,柚子外皮层、中皮层、囊衣的总酚、柚皮苷含量与ABTS阳离子自由基清除能力呈极显著相关(P<0.01)。柚子总酚、柚皮苷含量与DPPH自由基清除能力和铁离子还原能力的相关性较低。表明总酚和柚皮苷是柚类发挥ABTS阳离子自由基清除能力的物质基础。值得注意的是,汁胞总酚、柚皮苷含量与铁离子还原能力呈负相关,但汁胞具有良好的铁离子还原能力,其可能原因在于汁胞中总酚、柚皮苷之外的其他物质发挥了抗氧化活性作用,如汁胞中富含的维生素C[21]、可溶性糖[22]等。

表3 相关性分析Table 3 Correlation analysis

3 结论

本实验对梅州产 6个品种的柚果及其4个部位的矿质元素、总酚、柚皮苷及抗氧化活性进行了系统评价,结果显示6种柚子均含有丰富的矿质元素,其中Mg和Ca元素含量较高,Mg元素最高可达(25 349.50±1.03) μg/g DW(三红蜜柚外皮层)、Ca元素最高可达(14 704.50±1.08) μg/g DW(三红蜜柚外皮层);黄肉蜜柚外皮层总酚含量最高,达(6.14±0.31) mg GA/g DW;黄肉蜜柚中皮层柚皮苷含量最高,达(11.95±0.06) mg/g DW;综合抗氧化活性指数显示外皮层抗氧化活性最强的品种是黄肉蜜柚,中皮层、囊衣、汁胞部位抗氧化活性最强的品种均是四季柚。总酚、柚皮苷的含量与ABTS阳离子自由基清除能力呈极显著性正相关(P<0.01)。本实验明确了梅州地区主产的6种品种及其不同部位矿物质元素、总酚、柚皮苷含量及抗氧化活性差异,为更科学、更精细化地开发利用梅州产柚类资源提供了理论依据。