火龍果莖成分及其抗氧化活性分析

陳雅芝，劉 瑞，于章龍，楊運良，孫元琳，周素梅

（1.運城學(xué)院生命科學(xué)系，山西運城 044000；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所，山西運城 044000；3.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100193）

火龍果（Hylocereus undutus L.），又名長壽果、紅龍果、仙蜜果等，是仙人掌科三角柱屬多年生多漿植物果實[1-2]，主要有紅皮白肉、紅皮紅肉和黃皮白肉火龍果3個品種[3]。最早起源于巴西、墨西哥等中美州地區(qū)，之后傳到越南等東南亞國家和我國臺灣，目前我國火龍果種植地區(qū)主要分布在海南、福建、廣東、廣西等地[4]?；瘕埞麪I養(yǎng)豐富、功能獨特，富含植物性蛋白、水溶性膳食纖維、維生素、植物多糖、花青素、礦物質(zhì)、不飽和脂肪酸等，具有降低血糖血壓和潤腸道的作用，還能調(diào)節(jié)人體各項機能，提高免疫力，具有預(yù)防大腸癌的功能[5-6]。目前，我國對火龍果研究較多，包括對火龍果肉的發(fā)酵飲品、果皮中紅色素、果皮理化特征等研究[7-11]，但對火龍果莖的研究較少，其產(chǎn)業(yè)仍處于起步階段，有著廣闊的發(fā)展前景。而火龍果種植過程中修剪下的火龍果莖枝條未被利用，成為大量農(nóng)業(yè)廢棄物，且對環(huán)境造成一定的污染。合理利用火龍果莖天然資源不僅可以提高火龍果附加值，從而提高農(nóng)戶經(jīng)濟效益，也關(guān)系到社會環(huán)保問題。因此，試驗對紅心火龍果莖進行了成分及抗氧化研究分析，以期對火龍果莖變廢為寶，實現(xiàn)廢棄資源再利用，并為相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

火龍果莖（紅皮紅肉），采自山西省運城市鹽湖區(qū)火龍果基地。

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；抗壞血酸，天津市瑞金特化學(xué)品有限公司提供；其他均為國產(chǎn)分析純常規(guī)試劑。

1.2 儀器與設(shè)備

Agilent 5975C型氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國安捷倫產(chǎn)品；Vario EL cube型元素分析儀，德國Elementar公司產(chǎn)品；TAS-990型原子吸收分光光度計，北京普析通用有限公司產(chǎn)品；LXJ-2型低速離心機，上海醫(yī)分儀器制造有限公司產(chǎn)品；KQ-500DE型數(shù)控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司產(chǎn)品；BCD-216SDX型紫外可見分光光度計，上海菁華科技儀器有限公司產(chǎn)品；18ND型冷凍干燥機，天津捷盛東輝保鮮科技有限公司產(chǎn)品；RE-2000A型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠產(chǎn)品；MDS-6型微波消解儀，上海新儀微波化學(xué)科技有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品前處理

取一定量的新鮮火龍果莖去刺、去皮、洗凈后將莖切段，去掉中心木質(zhì)部后用攪碎機攪碎勻漿，冷藏備用。

1.3.2 水分含量測定

參考國標(biāo)GB/T 14769—1993，食品中水分的測定方法。

1.3.3 維C含量測定

參考國標(biāo)GB 6195—1986，水果、蔬菜維C含量測定的方法。

1.3.4 無機元素測定

（1）樣品消解。將經(jīng)前期處理的樣品烘干，制成粉末狀。稱取0.338 9 g的干莖粉放入微波消解罐中。分別加入7 mL濃硝酸和3 mL 30%雙氧水，用消解蓋蓋嚴(yán)，放置24 h后消解樣品。壓力在10 min內(nèi)由0 MPa上升至2.4 MPa。消解結(jié)束后，打開微波消解儀，使其自然冷卻，冷卻后取出消解罐。將消化液用二蒸水定容至100 mL容量瓶中。用針筒式微孔濾膜過濾器過濾。將濾液移入試管中備用。

（2）火焰原子吸收分光光度計測定。根據(jù)儀器條件設(shè)定參數(shù)，用0.2%的硝酸調(diào)零，導(dǎo)入原子吸收分光光度計的空氣-乙炔火焰中，并在光路中分別測定鋅、鉀、錳、鈣、鎂、鈉、鐵、錫和鉛原子對特定波長譜線的吸收，測定溶液吸光度，根據(jù)回歸方程求各礦物質(zhì)的含量。

1.3.5 碳、氮、氫、硫元素含量測定

將經(jīng)前期處理的樣品烘干，制成粉末狀。利用元素分析儀測定碳、氫、氮、硫的含量。

1.3.6 火龍果莖主要有機成分GC-MS分析

（1） 有機物的萃取。稱50 g鮮莖勻漿放在500 mL的錐形瓶中，加入150 mL無水甲醇在磁力攪拌器上攪拌20 min，再加入150 mL的正己烷繼續(xù)攪拌1 h，然后超聲處理20 min。經(jīng)真空泵抽濾，將濾液放入分液漏斗中靜置分層分離。將甲醇相在45℃條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至10 mL備用。正己烷相在45℃條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至10 mL備用。用針筒式微孔濾膜過濾器過濾，進行GC-MS分析。

（2） GC-MS分析條件。色譜條件：Agilent 7890-5975C GC-MS聯(lián)用儀（美國安捷倫公司）；非極性色譜柱（HP-5MS） （30 m×0.25 mm×0.25μm） 彈性石英毛細管柱（美國Agilent公司）；進樣后，程序升溫100℃，保持5 min，以5℃/min升至150℃，再以10℃/min升至300℃；載氣為He，流速1 mL/min；分流比30∶1，溶劑延遲30 min。

質(zhì)譜條件：電離方式EI，70 eV；離子源溫度230℃，質(zhì)量掃描范圍50～550 amu。

1.3.7 抗氧化特性分析

（1）樣品處理。將經(jīng)前期處理的樣品烘干，制成粉末狀。準(zhǔn)確稱取10.0 g粉末放入燒杯中，加入體積分數(shù)80%乙醇200 mL，超聲處理1 h，以轉(zhuǎn)速4 000 r/min離心10 min，取上清液，經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮后，-18℃預(yù)凍，然后冷凍干燥。

用80%乙醇將火龍果莖干燥物配置成10 mg/mL的溶液，置于冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

（2）還原能力的測定。取相同規(guī)格的6個試管，并進行編號，4號，5號，6號試管備用。1號試管中加入體積分數(shù)80%乙醇0.2 mL為空白樣品，2號試管中加入質(zhì)量濃度2 mg/mL的維C溶液0.2 mL作為對照樣品，3號試管中加入0.2 mL火龍果莖提取液作為測試樣品，依次給3個試管加入磷酸鹽緩沖液2.3 mL，再加入質(zhì)量分數(shù)1%鐵氰化鉀水溶液5 mL，放置在50℃水浴中反應(yīng)20 min，加入質(zhì)量分數(shù)10%三氯乙酸水溶液5 mL，混合均勻，以轉(zhuǎn)速4 000 r/min離心10 min，在每個離心管吸取上清液2.5 mL，將上清液分別放入4號，5號，6號試管。依次加入蒸餾水2.5 mL，質(zhì)量分數(shù)0.1%三氯化鐵水溶液0.5 mL，靜置5 min。在波長700 nm處測吸光度。

（3） 自由基清除能力測定。取相同規(guī)格的3個試管，稱取0.004 g的DPPH·，用無水甲醇定容置100 mL的容量瓶中；吸取2 mg/mL的維C溶液0.2 mL放入1號試管中；吸取火龍果莖溶液0.2 mL放入2號試管中，依次添加DPPH甲醇溶液5 mL。在室溫下避光反應(yīng)1 h。3號試管中加入甲醇溶液0.2 mL和DPPH甲醇溶液5 mL。開始測定吸光度，波長設(shè)定為517 nm。

DPPH自由基的清除率計算方式：

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均測定3個重復(fù)，采用Origin 8.6和SPSS 22.0處理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 火龍果莖水分含量

紅心火龍果莖水分含量為92.28%，高于大部分果蔬含水量（蘋果含水量為81.3%，茴子白含水量為91.62%，芹菜含水量87.52%）[12]，且稍高于周麗屏[13]測得新鮮火龍果莖含水量90.97%，表明紅心火龍果果莖可以為人體提供充足的水分，具有潛在的水果、蔬菜價值。

2.2 火龍果莖維C含量

火龍果莖維C含量為7.68 mg/100 g。水果蔬菜中的維C是人體補充維C的主要來源。研究顯示，冬瓜中維C含量為10.10 mg/100 g，柑橘汁中維C含量為7.50 mg/100 g[14]。綜合比較可知，火龍果莖維C含量較高，有較大利用空間。

2.3 火龍果莖中無機元素分析結(jié)果

火龍果莖中無機元素含量見表1。

表1 火龍果莖中無機元素含量/mg·（100 g）-1

無機元素是構(gòu)成生物體組織的重要物質(zhì)。由表1可知，火龍果莖中的鉀、鈣、鎂元素含量較高，特別是鉀、鈣元素含量超過400 mg/100 g。鉀是人體所需重要的常量元素，缺少鉀元素會使人精神不振，鉀有維持神經(jīng)肌肉的功能。其中，鈣是人體含量最多且生長發(fā)育不可缺少的元素，可以增強抵抗力[15]。鎂是人體不可缺少的礦物質(zhì)元素之一。鎂幾乎參與人體所有的新陳代謝過程，在細胞內(nèi)其含量僅次于鉀。鎂影響鉀、鈉、鈣離子細胞內(nèi)外移動的“通道”，并有維持生物膜電位的作用。鐵、鋅元素對人體生長發(fā)育及健康至關(guān)重要?；瘕埞o中鐵含量為0.61 mg/100 g，鋅含量0.314 mg/100 g，低于中國普通小麥鐵、鋅含量[16]，卻高于牛奶中鐵、鋅含量。鐵、鋅每人每日鐵攝入量推薦標(biāo)準(zhǔn)分別為10～15 mg，12～15 mg[17]。人體內(nèi)鐵含量為 4～5 g，主要以鐵血紅蛋白、轉(zhuǎn)運鐵和貯藏鐵形式存在。鐵與氧氣運輸和氧化還原反應(yīng)密切相關(guān)，對促進生長發(fā)育、增強抵抗疾病和調(diào)節(jié)組織呼吸等有重要作用。全球約16.2億人患有不同程度的貧血，學(xué)齡前兒童患病比例高達47.4%[18]；中國缺鐵性貧血患病率約20%，貧困地區(qū)兒童和孕婦可高達45%和35%[19]。人體內(nèi)鋅含量為1.36～2.32 g。缺鋅影響生長發(fā)育和免疫力，引起各種皮膚炎癥并造成心肌損傷。全球約 17%人口鋅攝取量不足[18]。綜合分析，火龍果莖中富含人體所需的多種元素，可作為理想的綠色食品原料。

2.4 火龍果莖中碳、氫、氮、硫元素含量結(jié)果

火龍果莖中碳、氫、氮、硫元素含量見表2。

表2 火龍果莖中碳、氫、氮、硫元素含量/%

由表2可知，火龍果莖中碳、氫、氮、硫元素占總元素的44.59%，其中碳元素含量最高為36.83%，氮元素為構(gòu)成蛋白質(zhì)的重要元素，含量為1.69%，硫元素是構(gòu)成蛋白質(zhì)和酶的主要組成部分，且還參與作物體內(nèi)的氧化還原作用。氫元素含量為5.27%，與碳、氧元素結(jié)合形成碳水化合物。除碳氫氮硫元素外，其他元素成分占比為55.41%。

2.5 火龍果莖主要有機成分GC-MS分析

采用雙溶劑萃取法對紅心火龍果莖中的有機物進行分析研究。

紅心火龍果莖的正己烷相總離子流色譜圖見圖1，紅心火龍果莖的甲醇相總離子流色譜圖見圖2。

圖1 紅心火龍果莖的正己烷相總離子流色譜圖

圖2 紅心火龍果莖的甲醇相總離子流色譜圖

經(jīng)核對，火龍果的正己烷相、甲醇相的有機物基本相同，都含有維E、β-谷甾醇、生育酚、植物醇、角鯊烯、十二烷、有機酸等物質(zhì)。分析可知，甲醇相中角鯊烯含量高于正己烷相中角鯊烯含量。根據(jù)GC-MS分析結(jié)果，采用標(biāo)準(zhǔn)譜圖對照，鑒定出火龍果莖中的有機成分。

火龍果莖中主要有機成分見表3。

表3 火龍果莖中主要有機成分

由表3可知，火龍果莖中含有維E、β-谷甾醇、生育酚、植物醇、角鯊烯、十二烷、有機酸等22種物質(zhì)，其中多為活性物質(zhì)，具有很強的抗氧化作用。其中，維E別名生育酚，是一種天然的抗氧化劑，具有消除自由基的功效，目前被廣泛用于化妝品行業(yè)。植物醇具有促進皮膚自我修復(fù)，使皮膚光滑細致的功效。因此，結(jié)合火龍果莖多糖成分，利用火龍果莖凝膠汁開發(fā)植物化妝品具有很大開發(fā)空間[20-21]。研究表明，火龍果莖中植物甾醇在莖干品中平均含量高達 0.311%[22-23]，β-谷甾醇、豆甾醇、菜油甾醇、菜籽甾醇等為主要成分[24]。綜合分析，火龍果莖可作為食品、藥品和化工研發(fā)天然資源。

2.6 火龍果莖的抗氧化活性研究

火龍果莖抗氧化活性測定見表4。

表4 火龍果莖抗氧化活性測定

由表4可知，火龍果莖提取液的還原力相當(dāng)于2 mg/mL維C溶液的65.37%，對DPPH自由基的清除率為73%，較2 mg/mL維C溶液DPPH自由基清除率86%稍弱。但總體比較而言，火龍果莖具有較強的抗氧化性和清除自由基的能力。

3 結(jié)論

通過對紅皮紅肉火龍果莖水分、維C、礦物成分、無機元素含量，及有機物質(zhì)種類和抗氧化活性的研究，可知紅皮紅肉火龍果莖水分、維C含量較高，分別為92.28%和7.68 mg/100 g。礦物質(zhì)元素豐富，特別是鉀、鈣、鎂元素，含量分別為437.6 mg/100 g，411.2 mg/100 g，134.6 mg/100 g。通過對無機元素和有機物質(zhì)分析，可知紅皮紅肉火龍果莖富含多種無機和有機物質(zhì)，尤其是維E、β-谷甾醇、生育酚、植物醇、角鯊烯等具有較高的抗氧化、抗衰老活性的物質(zhì)。通過抗氧化活性試驗，進一步驗證了火龍果莖的抗氧化能力和清除DPPH自由基能力。綜合分析，火龍果莖是一種富含多種活性物質(zhì)，可作為食用資源、功能活性成分資源深度開發(fā)的優(yōu)質(zhì)原料。