三色藜麦抗氧化活性及体外消化特性

祖力皮牙·买买提,毛红艳,岳 丽,王佳敏,于 明

(新疆农业科学院粮食作物研究所,乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】藜麦 (ChenopodiumquinoaWilld.) 是藜科属的双子叶植物[1],原产于南美洲安第斯山区,具有耐旱、耐寒、耐盐、以及抗逆等特性[2]。我国新疆、青海、山西、河北、甘肃、陕西和吉林等地均有藜麦种植,我国藜麦种植面积较大[3]。藜麦籽粒富含蛋白质、黄酮类、膳食纤维、微量元素、皂苷类、氨基酸、植物甾醇以及维生素等营养物质[4,5]。藜麦具有促进免疫功能[6]、新陈代谢[7]、抗氧化[8]、抗菌[9]、抗炎[10]、预防心血管疾病[11]、保护胃肠道健康[12-14]等作用。【前人研究进展】与多数杂粮作物相比,藜麦蛋白利用率更高,氨基酸构成平衡且接近牛奶酪蛋白。同时藜麦含有槲皮素、山奈酚、芦丁等黄酮类,齐墩果酸、石竹素、常春藤皂苷元等皂苷类营养功能因子[15]。任妍婧等[16]报道不同藜麦品种间脱皮粉及原粮粉的抗氧化活性存在显著差异。董晶等[8]通过对自由基清除率和消化淀粉酶抑制率的测定,证明藜麦黄酮提取液具有较好的抗氧化活性和降糖能力。藜麦富含膳食纤维的天然的无麸质食品。江帆等[17]以海藜、甘南、格尔木和静乐等4种藜麦淀粉作为材料,开展理化性质与消化特性研究,并得到4种藜麦淀粉均含有较多的快速消化淀粉。【本研究切入点】目前对藜麦的营养成分分析主要集中在同一种颜色藜麦不同种间或来自不同产地的比较分析,而关于白、黑、红3种颜色藜麦抗氧化活性及体外消化综合评价研究报道较少,目前国内有关藜麦血糖生成指数的研究还未见报道,需研究不同粒色藜麦淀粉的血糖生成指数差异性。【拟解决的关键问题】以白色,黑色,红色三粒色藜麦为材料,分析其营养成分(脂肪、淀粉、蛋白质、黄酮)及体外抗氧化能力 (ABTS+·、DPPH·自由基清除能力),开展体外模拟消化和血糖生成指数评价,为藜麦开发利用和资源挖掘提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材 料

白色,黑色,红色三色藜麦为市售,粉碎40目筛备用。直链淀粉、总黄酮测定试剂盒购自索莱宝生化试剂盒事业部,BCA蛋白定量试剂盒购自北京博迈德基因技术有限公司,D-无水葡萄糖标准品购自上海麦克林生化科技有限公司;1,1二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)(纯度>97%)、2,2-联氮-双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二胺(ABTS)(纯度>98%)、VC 购自Sigma公司;3,5-二硝基水杨酸、猪胰α-淀粉酶、淀粉葡萄糖甘酶、胰酶、无水乙醇、氢氧化钠均为分析纯。

1.2 方 法

1.2.1 营养功能成分

灰分依据 GB5009.3-2016测定;灰分依据 GB5009.4-2016测定;总淀粉含量参照AOAC996.11测得;水溶蛋白、直链淀粉、黄酮含量用试剂盒测定;糊化测定参照 LS/T6101-2002 进行。粗脂肪的测定:样品用石油醚(藜麦粉∶石油醚=1∶5)搅拌提取,抽滤后沉淀物再次脱脂,直至脱脂干净,合并滤液,浓缩后烘干称重。

1.2.2 体外抗氧化活性

1.2.2.1 ABTS自由基清除率

参考文献[18]:取30 μL样品,加入170 μL ABTS工作液,混匀,避光反应10 min,VC 作为对照,测定734 nm波长处的OD值计算半数抑制浓度(IC50)。

ABTS自由基清除率(%)=

(1)

式中,OD1为加样品与ABTS时的OD值;OD2为加样品与水或60%乙醇时的本底OD值;OD0为加ABTS与水或60%乙醇时的OD值。

1.2.2.2 DPPH自由基清除率

参考文献[19]:取10 μL样品,加入DPPH工作液,旋涡混匀,置在冰上进行避光反应30 min,VC 作为对照,在515 nm波长处测定OD值,计算半数抑制浓度(IC50)。

DPPH自由基清除率(%) =

(2)

式中,OD1为加样品与DPPH时的OD值;OD2为加样品与无水乙醇时的本底OD值;OD0为加DPPH与无水乙醇时的OD值。

1.2.3 体外消化动力学

预估血糖指数测定与体外消化动力学测定参考文献[20]。0.15 g藜麦加入20 mL的蒸馏水,室温下搅拌40 min,37℃平衡10 min。加入0.05 mL α-淀粉酶溶液消化1 min,将pH值至2.5。加入0.1 mL模拟胃消化液,37℃ 120 r/min震荡,在5、10、20、30 min取样后用0.1 mmol/mL NaHCO3调节pH值至6.2终止反应。加入0.75 mL 10%胆汁提取盐后立即取样,再加入0.05 mL淀粉葡萄糖甘酶和0.05 mL 5%w/w胰酶溶液,在1、5、10、15、20、30、60、90、120、150 min分别取样,用无水乙醇酶失活。12 000 r/min离心5 min,取0.1 mL上清液加入3 mL GOPOD试剂,50℃水浴20 min,在510 nm处葡萄糖含量,计算快消化淀粉(rapidly digestible starch,RDS)、慢消化淀粉(slowly digestible starch,SDS)含量以及抗性淀粉(resistant starch,RS)含量。

(3)

(4)

RDS(%)=100-RDS-SDS.

(5)

式中,G20表示酶解20 min产生的葡萄糖含量,mg;G120表示酶解120 min产生的葡萄糖含量,mg;TS(total starch)表示总淀粉含量(mg)。

C=C∞(1-e-Kt).

(6)

式中,C表示在t时刻淀粉酶解百分比(%);Gt表示在t时刻酶解产生的葡萄糖量(mg);C∞表示150 min 达到平衡后淀粉酶解百分比,%;k表示动力学常数。对所得曲线进行拟合,得出一级反应方程,计算拟合曲线0～150 min下表面积(AHU)。得出样品的淀粉水解指数(hydrolysis index,HI)。根据HI值计算出eGI值。eGI=39.71+(0.549×HI).

1.3 数据处理

统计数据用平均值±标准差(AV±SD)表示,P<0.05 表示差异性显著。用 Excel 2007,SPSS 23.0,Origin 2021软件进行数据统计分析及绘制。

2 结果与分析

2.1 三色藜麦的营养成分

研究表明,三色藜麦灰分、淀粉、直链淀粉、支链淀粉、水溶性蛋白含量均存在显著性差异(P<0.05),其中灰分含量最高的是黑色藜麦,为2.64%,水溶性蛋白含量最高是白色藜麦,为6.67%,淀粉含量最高的是白色藜麦,含量为41.22%,直链淀粉含量为7.14%,支链淀粉含量为34.08%。直链淀粉含量越高越容易老化,形成难以消化的抗性淀粉,而支链淀粉易糊化,能提高消化率。红色藜麦脂肪、黄酮含量显著高于黑、白藜麦,含量分别为6.59%和3.98 mg/g,黑、白藜麦无显著性差异。表1

表1 三种藜麦营养功能成分含量(n=3)

2.2 三色藜麦糊化特性

研究表明,三色藜麦的糊化特征值均存在显著差异(P<0.05)。白色藜麦峰值黏度、低谷黏度、最终黏度、回升值显著高于黑、红色藜麦,糊化时间显著低于黑、红藜麦。黑色藜麦稀懈值显著高于红、白藜麦,稀懈值越高,则糊化稳定性越高。峰值粘度降低会使得面团发粘,不利于面团的发酵,回生值反映藜麦粉糊化回生的难易程度,回升值降低能改善老化,白色藜麦比红、黑藜麦更容易老化。红色藜麦糊化温度显著高于黑、白藜麦,红色藜麦更难被糊化。表2

表2 三种藜麦的RVA特征值

2.3 藜麦抗氧化能力

研究表明,3种不同颜色藜麦黄酮提取液均具有一定的抗氧化活性,ABTS的IC50值分别为0.47、0.43、0.41 mg/mL,DPPH的IC50值分别为6.53、6.85、3.93 mg/mL。氧化能力IC50值越小,抗氧化能力越强。红色藜麦黄酮提取液清除ABTS和DPPH自由基能力强于白色藜麦和黑色藜麦黄酮提取液,这与黄酮含量保持一致性,黄酮含量越高,黄酮提取液ABTS和DPPH清除力越强。表2

藜麦水溶蛋白提取物均具有一定的抗氧化活性。水溶蛋白提取液ABTS的IC50值分别为1.19、1.15、0.65 mg/mL,清除DPPH的IC50值分别为7.18、5.98、5.89 mg/mL,红色藜麦蛋白提取液清除ABTS和DPPH自由基能力强于白色藜麦和黑色藜麦蛋白提取液。表3,图1

图1 (a) 三色藜麦总黄酮含量及黄酮提取液ABTS及DPPH清除率(IC50),(b) 三色藜麦水溶蛋白含量及水溶蛋白提取液ABTS及DPPH清除率(IC50)

表3 藜麦黄酮与水溶性蛋白提取液抗氧化能力(n=3)

2.4 体外消化动力学预估三色藜麦的血糖生成指数(eGI值)

研究表明,三色藜麦的淀粉消化率随着体外消化时间的延长而呈上升趋势,淀粉水解速率在前60 min增长较快,尤其在前30 min的快消化阶段淀粉的消化速率最快,在60 min以后趋于稳定。60～150 min 内白色藜麦淀粉消化速率高于黑色、红色藜麦,黑色、红色藜麦淀粉消化速率增长缓慢且逐渐趋于平稳。在相同消化时间内,红色、黑色藜麦淀粉消化率显著低于白色藜麦 (P<0.05)。红色、黑色藜麦抗消化能力高于白色藜麦。白色、黑色、红色藜麦经过2.5 h 的淀粉酶消化后消化率分别为41.36%、26.54%、21.63%。图2

图2 三种颜色藜麦的体外消化曲线

消化过程中淀粉释放量随消化时间的变化趋势符合幂函数Y=a-bcx(X为消化时间,Y为淀粉消化率,a、b、c为曲线常数)。在小肠消化阶段,藜麦中淀粉释放量与消化时间的变化规律与幂函数拟合度高,R值均在0.95以上。a-b值越大表明相同消化时间淀粉消化率越大,淀粉消化曲线变化速率越快。表4

表4 体外消化过程淀粉消化率变化动力学参数

三色藜麦的快消化淀粉、慢消化淀粉和抗性淀粉含量均存在显著差异(P<0.05),白色藜麦的快消化淀粉和慢消化淀粉含量显著高于黑、红色藜麦,抗性淀粉含量最低,红色藜麦的快消化淀粉含量及慢消化淀粉含量最低,抗性淀粉含量最高,其抗消化能力强。表2,表5

表5 三色藜麦的快速消化淀粉RDS、慢速消化淀粉SDS和抗性淀粉RS含量

白色、黑色和红色藜麦的C∞分别为 41.36%、26.54%和21.63%。k值在0.011～0.046,最高为红色藜麦,最低为白色藜麦。体外血糖生成指数在48.32～54.21,白色藜麦最高,红色藜麦最低,均小于55,属于低升血糖指数范畴,白色藜麦的总淀粉含量高,eGI值也稍微高。不同颜色藜麦直链淀粉、抗性淀粉含量差异较大,eGI值也存在一定差异。红色藜麦脂肪和总黄酮含量较高,其部分吸附在淀粉表面限制酶分解,导致eGI降低。表6

表6 三色藜麦的平衡淀粉消化率(C∞)、动力学常数(k)和估计血糖指数(eGI)

3 讨 论

3.1试验研究结果与赵萌萌等[22]研究结果中总淀粉含量稍微偏低,可能是测定方法存在差异;与韩玲玉等[23]研究结果一致。与王玉玲[24]研究结果存在一定差异,可能与品种、提取条件及测定方法不同有关。藜麦中直链淀粉与支链淀粉的比例、结晶区与无定形区的大小、脂类与蛋白质的含量不同等因素导致藜麦消化率之间存在较大差异[25]。黑色藜麦和红色藜麦后期消化速率相对较慢,主要是慢消化淀粉和抗性淀粉较多有关,与付蕾等[26]研究结果相一致。与黄金[27]研究结果基本一致。藜麦具有抗氧化性、低消化性和血糖生成指数低等功能,能降低糖尿病、高血脂、肥胖等慢性病的发病风险[28]。藜麦富含黄酮类物质,具有良好的抗氧化功能。研究表明,红色藜麦的黄酮含量高于白、黑色藜麦,清除ABTS+·与DPPH·自由基能力相对最强,与洪佳敏[29]研究黑色藜麦黄酮含量高,具有较高的抗氧化能力存在一定差异,可能是藜麦品种、颜色、栽培条件及环境不同而导致的。

3.2食物在体内消化和吸收过程中,除了淀粉、蛋白、脂肪、糖类等营养成分之外,肠道内消化速度及消化率等特性非常重要。研究表明,不同颜色藜麦因糊化特性导致的淀粉结构破坏以及输送到大肠的抗性淀粉含量不同,致使藜麦淀粉消化率之间存在较大差异。淀粉在人体内能够被完全的消化和吸收,但抗性淀粉在小肠内不被吸收,进入大肠后,发酵产生短链脂肪酸和其他产物,不会增加胰岛素反应[30]。陈雪华等[31]研究报道淀粉与脂质之间通过氢键链接,使淀粉-脂质复合物结构具有有序的晶型结构,随着抗性淀粉含量增加,起到降低消化率的作用。李云龙等[32]报道,在整个消化过程中,随着苦荞粉糊化度的增大,消化性也显著提高。因此,高糊化性的白色藜麦淀粉容易被快速分解,使体内还原糖含量增加,从而提高淀粉消化率。红色藜麦较高脂肪含量使其结构更加稳定,抗性淀粉不易被吸收,体外消化速率呈现降低趋势。淀粉是藜麦最主要的碳水化合物,其消化速度与血糖生成指数呈正相关性,因此淀粉消化性也可反映血糖生成指数变化。研究表明,藜麦的预估血糖指数(eGI)为48.32～54.21,抗性淀粉含量为6.54～38.05,属于低eGI食物。杨瑞[33]报道藜麦的抗性淀粉含量9.79%,黄金[27]报道藜麦eGI值为35,属于低eGI食物。研究中获得的抗性淀粉含量和预估血糖生成指数和有些文献有差异,可能与藜麦品种、产地、测试方法等不同有关。

4 结 论

白色藜麦的灰分、总淀粉、直链淀粉、支链淀粉含量均显著高于黑、红色藜麦,粗脂肪含量最低。糊化特性指标中,白色藜麦的糊化性比黑色、红色藜麦好。3种藜麦黄酮提取液的抗氧化能力均强于水溶蛋白提取液。红色藜麦ABTS+·、DPPH·清除率最高,抗氧化能力最突出。红色藜麦的快消化淀粉、慢消化淀粉含量最低,抗性淀粉含量最高,抗消化能力显著强于白色、黑色藜麦。红色藜麦的预估血糖生成指数(eGI值)与黑色藜麦相近,显著低于白色藜麦。3种颜色藜麦血糖生成指数均低于55,属于低eGI食品。