四种食用菊花主要成分分析

潘芸芸,冉 聪,刘 琼,王 庆,肖人峰,吴 卫

(四川农业大学农学院,四川成都 611130)

菊花是菊科植物菊[Dendranthemamorifolium(Ramat.)Tzvel.]的干燥头状花序,为我国常用中药,具有散风清热、清肝明目的功效,用于风热感冒、目赤肿痛、头痛眩晕[1-2]。现代医理表明,菊花含有多种黄酮类化合物、常量元素与微量元素、氨基酸、多酚类[3]、鞣花酸、菊苷、胆碱和腺嘌呤等成分[4-5],具有抗炎[6]、抗菌、抗病毒、抗寄生虫、抗氧化[7]、抗肿瘤[8]和抗诱变的生物学功能[8],同时能扩张冠状动脉、降血压、加快胆固醇代谢和增强免疫调节活性[10]。同时,菊花为药食同源植物,含有丰富的营养成分,可制成营养保健茶,加工成各类食品与饮料,具有极大的市场开发利用前景[11]。

目前国内有关药用菊花及观赏菊花的研究较多,而对食用菊花报道较少,且主要集中在营养繁殖和栽培技术等方面。唐焕伟等[12]初步确立了4个品种日本食用菊花在黑龙江的生产模式,陈军等[13]总结出了食用菊花的盆栽技术,李建国[14]以食用菊花为试验材料,以花瓣作为外植体,愈伤组织诱导率和不定芽分化率都比较高;王桂珍[15]的研究发现单施硒0.06 g/L可以显著提高食用菊花有效成分含量。食用菊花作为鲜食品种,具有清香甜爽的口感,少有一般菊花的苦涩味道,目前各地栽培的食用菊品种良莠不齐[16],好的品种主要集中在河南、江浙一带,适宜各地栽培的优良品种十分缺乏。因此,本研究以从河南引种至四川的4个品种食用菊花为试验材料,测定其主要营养成分及功能性保健成分,并对其挥发油成分进行比较分析,旨在为四川食用菊花资源开发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

食用菊花 从河南引种至四川的4个食用菊品种,编号为SYJ1、SYJ2、SYJ3、SYJ4,于10月中旬选取健壮无病、颜色鲜艳、开放程度一致的新鲜食用菊花为试验材料;水合茚三酮、氢氧化钠、冰醋酸、抗坏血酸、牛血清白蛋白、乙酸、浓硫酸、考马斯亮蓝G-250、磷酸、蔗糖、蒽酮、草酸、2,6-二氯酚靛酚、芦丁、乙醇、亮氨酸、亚硝酸钠、硝酸铝、乙酸钠、正己烷等 分析纯,国药集团化学试剂有限公司;甲醇、乙酸、绿原酸、黄芩苷、槲皮素 色谱纯,成都普思生物科技股份有限公司。

HH-4型恒温水浴锅 国华电器有限公司;7200型分光光度计 尤尼科食品有限公司;AP1301火焰光度计 上海精密仪器仪表有限公司;DHG-9245A型电热恒温鼓风干燥箱 上海右一仪器有限公司;AW220型分析天平 日本Shimadzu公司;1100series高效液相色谱仪、Agilent6890GC/5973NMS气质联用仪 美国Agilent公司。

1.2 实验方法

1.2.1 水分含量测定 直接干燥法,参照GB/T 5009.3-2016《食品中水分的测定》[17]进行。

1.2.2 可溶性蛋白含量测定 采用考马斯亮蓝G-250染色法[18]:称取食用菊鲜样0.3 g,用5 mL蒸馏水研磨成匀浆后,3000 r/min离心10 min后,上清液定容至20 mL;取上清液0.5 mL于试管中,加入5 mL考马斯亮蓝G-250溶液,充分混合,放置2 min后在595 nm下比色,测定吸光度,通过标准曲线查得蛋白质含量。利用牛血清蛋白测得的标准曲线为A=0.0035X-0.0082,r=0.9979,在0～100 μg范围内线性关系良好。

1.2.3 可溶性糖含量测定 蒽酮比色法[18]:取新鲜食用菊剪碎混匀,称取0.2 g,放入50 mL PE离心管中,加入10 mL蒸馏水,保鲜膜封口,于沸水中提取30 min(提取2次),提取液过滤入25 mL容量瓶中,反复漂洗离心管及残渣,定容至25 mL;吸取样品提取液0.5 mL于20 mL刻度试管中,加入1.5 mL水和0.5 mL蒽酮试剂,摇匀后,沿试管壁缓缓加入5 mL浓硫酸,摇匀,沸水浴保温1 min,在630 nm下测定样品的吸光度,查标准曲线即可算出样品中可溶性糖的含量。利用葡萄糖所测标准曲线方程为;A=0.008X-0.0269,r=0.9993,在0～140 μg范围内线性关系良好。

1.2.4 氨基酸含量测定 茚三酮溶液显色法[18]:称取新鲜样品0.3 g左右,放在研钵中加3 mL 10%醋酸溶液研磨至匀浆,然后以蒸馏水转移到容量瓶中,并定容至25 mL,仔细摇匀,过滤;吸取1 mL滤液,加入3 mL茚三酮,0.1 mL 0.1%抗坏血酸溶液,混匀,盖上玻璃塞,置80 ℃浴中加热30 min取出,取出后用冷水迅速冷却并不时摇动,当管内呈现蓝紫色时,用60%乙醇定容至20 mL,混匀后在570 nm下测定吸光度。利用亮氨酸测得的标准曲线方程为A=0.0045X-0.01,r=0.9970,在0～100 μg范围内线性关系良好。

1.2.5 抗坏血酸含量测定 2,6-二氯酚靛酚滴定法[18]:称取鲜样1 g,置于研钵中,加入5 mL 2%草酸,研成匀浆。将样品提取液转移到25 mL容量瓶中,残渣再用2%草酸提取3次,提取液及残渣一并转容量瓶中,最后以2%草酸定容,过滤备用;取10 mL标准抗坏血酸溶液至三角瓶中,以2,6-二氯酚靛酚钠溶液滴定至出现明显粉红色,且30 s内不退色为终点。计算1 mL染料相当于抗坏血酸的毫克数(重复3次,取平均值);吸取滤液20 mL,放入25 mL三角瓶中,立即用2,6-二氯酚靛酚钠溶液滴定至出现明显粉红色,且30 s内不退色为止,记录所用滴定液体积,计算样品中抗坏血酸含量。

式中:y1:滴定空白所用染料毫升数(mL);y0:滴定样品所用染料毫升数(mL);A:1 mL染料相当于抗坏血酸的毫克数(mg);B:样品克数(g);X:滴定时样品的体积(mL);Z:样品定容后总体积(mL)。

1.2.6 总黄酮含量测定 参照沈维治等[19]的方法,采用Al(NO3)3-NaN02分光光度比色法,其标准曲线方程为A=1.0636X-0.0153,r=0.9993。

1.2.7 绿原酸、黄芩苷和槲皮素含量测定 参照文献[20],并对色谱条件加以改进。改进后的色谱条件为:Hypersil ODS C18柱(4.6 mm×250 mm,5 μm);流动相:A(甲醇∶0.4%乙酸溶液=10∶90),B(甲醇∶2.5%乙酸溶液=90∶1);梯度洗脱程序:0～8 min 87% A→75% A,8～25 min 25% B→70% B;25～40 min 70% B;流速:1.0 mL·min-1;检测波长:337 nm;柱温:25 ℃;进样量:10 μL。

所测得的绿原酸、黄岑苷、槲皮素标准曲线分别为:A=1977.7X-4.7078,r=0.9999;A=1042.3X-6.9022,r=0.9998;A=2152.5X-4.0162,r=0.9998。

1.2.8 挥发油测定 参照贺曼曼[21]的方法并加以改进。样品制备:将新鲜的食用菊花朵粉碎,称取200 g,1500 mL超纯水装入5000 mL圆底烧瓶,连接挥发油测定仪和冷凝管装置,电炉上加热保持微沸8 h后停止加热,静置10 min后,用2 mL正己烷收集蒸馏出的挥发油,有机滤头过滤后GC-MS检测。

色谱条件:GC:HP-5MS毛细管色谱柱(0.25 mm×30 m×0.25 μm);进样口温度:260 ℃;载气为高纯氦气,流速1.0 mL·min-1;恒流,分流比:25∶1;进样量:2 μL;柱温:初始温度80 ℃,以2 ℃·min-1升至100℃保持20 min,再以10 ℃·min-1升至120 ℃,以12 ℃·min-1升至180 ℃,再以10 ℃·min-1升至250 ℃保持5 min。MS:EI源(70 eV),双灯丝,离子源温度230 ℃;四极杆温度:150 ℃;质量范围m/z:50～500全程扫描,延时3 min。

1.3 数据处理

试验结果统计与分析采用Excel、SPSS 20.0 软件进行统计分析(氨基酸、可溶性糖、可溶性蛋白、总黄酮、抗坏血酸、绿原酸、槲皮素和黄芩苷含量为折合含水量后干样中的含量),Duncan’s法(p=0.05)进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 水分含量测定

水分含量是影响食用菊花口感的重要因素之一。四个品种的食用菊花水分含量如图1所示,4种新鲜食用菊花中SYJ2含水量最高,为80.08%,SYJ3与SYJ2间含水量无显著差异(p>0.05),SYJ1和SYJ4含水量显著低于SYJ2和SYJ3,SYJ1和SYJ4品种间含水量差异显著(p<0.05)。

图1 新鲜食用菊花水分含量Fig.1 Water contents of fresh edible chrysanthemum注:相同指标不同品种数据间不同小写字母表示差异显著(p<0.05)；表1、图2～图3同。

2.2 营养成分含量测定

从表1中可以看出,4种食用菊花氨基酸含量为7.95～15.69 mg·g-1,其中SYJ4与SYJ2无显著差异(p>0.05),SYJ3氨基酸含量最高,比氨基酸含量最低的SYJ1高出97.36%,SYJ3和SYJ2是氨基酸含量较高的食用菊品种。

表1 食用菊花营养成分含量Table 1 Nutrient contents of edible chrysanthemum

可溶性糖具有保持花瓣鲜艳的作用,食用菊花的可溶性糖含量与其观赏性和口感成正相关关系[23]。SYJ3与SYJ1可溶性糖含量都高于60 mg·g-1且无显著差异(表1,p>0.05),SYJ4可溶性糖含量为36.36 mg·g-1,显著(p<0.05)低于其他品种,仅为SYJ1的52.35%。

蛋白质可以为人体提供其必需氨基酸,具有延年益寿的作用,含量越高,食用菊花品质更好[22]。SYJ2可溶性蛋白含量最高,SYJ3含量最低,SYJ2中含量比SYJ3高出66.09%,SYJ4与SYJ1可溶性蛋白含量无显著差异(p>0.05)。

抗坏血酸(VC)是一种水溶性维生素,对超氧自由基有较强的清除能力,具有很强的还原性,是一种天然的抗氧化剂,适当摄入可保持身体健康[24]。SYJ3中抗坏血酸含量为156.97 μg·g-1,显著(p<0.05)高于其他三个品种,SYJ4和SYJ1中抗坏血酸含量无显著差异(p>0.05),SYJ2的抗坏血酸含量最低,仅为SYJ3的55.23%。

总的来说,SYJ3的氨基酸、可溶性糖和抗坏血酸含量整体较高,其营养价值相对较高。

2.3 功能性保健成分含量测定

如图2所示,4个品种食用菊花的总黄酮含量范围为30.26～86.34 mg·g-1,其中SYJ2的总黄酮含量为86.34 mg·g-1,显著(p<0.05)高于其他三个品种,每个品种间的总黄酮含量都有显著差异(p<0.05),含量高低为SYJ2>SYJ3>SYJ1>SYJ4,其中SYJ4的总黄酮含量只有SYJ2的35.05%。

图2 食用菊花总黄酮含量Fig.2 Flavonoid contents of edible chrysanthemum

如图3,对于绿原酸,SYJ3、SYJ4和SYJ2含量差异不显著(p>0.05),SYJ1中绿原酸含量仅为1.23 mg·g-1,显著低于其他品种(p<0.05)。4个品种食用菊花槲皮素含量为1.58～3.13 mg·g-1,各品种间差异显著(p<0.05),含量由高到低依次为SYJ3>SYJ2>SYJ1>SYJ4,SYJ3槲皮素含量比SYJ4高出98.10%。同时,SYJ3黄芩苷含量也显著高于其他品种,SYJ4其次,SYJ1黄芩苷含量最低,为8.31 mg·g-1,是SYJ3黄芩苷含量的47.16%。

图3 绿原酸、槲皮素和黄芩苷含量Fig.3 Contents of chlonogenic acid,quercetin and baicalin

由此可见,不同品种食用菊花间功能性保健成分含量差异明显,其中SYJ3的槲皮素和黄芩苷含量显著高于其他品种,同时绿原酸含量也较高,具有更高的保健价值。

2.4 挥发油化学成分分析

按照1.2.8所示方法对食用菊挥发性成分进行检测分析,将得到的总离子流图中的各峰经质谱扫描后得到质谱图,经过系统检索、谱图解析、文献核对等步骤,最终鉴定出4个品种食用菊花挥发油中的49个化合物,并采用气相色谱数据处理系统,以面积归一化法测得不同品种食用菊花挥发油种类及其相对含量,结果见表2。图4为SYJ2挥发油的GC-MS总离子流图。

图4 食用菊花的GC-MS总离子流图Fig.4 GC-MS total ion current chromatograms of volatile oils from edible chrysanthemum

从表2可以看出,食用菊花所含挥发油成分主要为倍半萜类、单萜类及其含氧衍生物和脂肪族化合物等。4个品种食用菊主体香气成分基本一致,包括了低沸点和高沸点的挥发油组分,如α-蒎烯、桧烯、1,8-桉叶油素和3-甲基-1,5-环辛二烯等;但不同品种所含挥发油成分总数及种类有差异。食用菊SYJ1、SYJ2、SYJ3和SYJ4含有已鉴定出的挥发油成分分别为37个、33个、25个和38个,分别占挥发性成分的99.15%、95.81%、95.53%和97.44%。含有18种主要相同成分,包括1,8-桉叶油素、双环[2.2.2]癸烷-2-烯-5-酮、对伞花烃、2,6,6-三甲基-双环(3.1.1)-庚-2-烯-4-醇-乙酯、β-榄香烯、(-)-β-石竹烯、α-荜澄茄烯、β-倍半水芹烯和3-甲基-1,5-环辛二烯等,但含量差异较大。含量在5%以上的成分有α-蒎烯、1,8-桉叶油素、双环(2.2.2)癸烷-2-烯-5-酮、冰片醋酸酯、2,6,6-三甲基-双环(3.1.1)-庚-2-烯-4-醇-乙酯、β-榄香烯、(-)-β-石竹烯和α-荜澄茄烯。

表2 食用菊花挥发油成分Table 2 Volatile constituents in fresh flowers of edible chrysanthemum

3 讨论与结论

SYJ1、SYJ2和SYJ3中可溶性糖含量较高且无显著差异,SYJ2和SYJ3氨基酸含量较高,SYJ2可溶性蛋白含量较高,SYJ3抗坏血酸含量较高,SYJ3和SYJ2整体营养品质更高。贺曼曼[21]测得不同品种菊花中总游离氨基酸含量约在5.63～28.06 mg·g-1;金潇潇等[25]对20个菊花品种花瓣进行营养品质分析,得出各品种可溶性糖含量为47.7～84.4 mg·g-1,可溶性蛋白含量为4.3～14.4 mg·g-1,维生素C含量为178.5～678.8 μg·g-1;而本试验发现食用菊花中可溶性蛋白含量较高,其他成分含量与以上研究无明显差异。因此不同品种食用菊花特定营养指标含量有所差异。

刘利军等[26]发现安徽省3种药用菊花总黄酮含量25.62～80.23 mg·g-1;郭巧生等[27]测得药用白菊花中绿原酸含量为0.7～4.1 mg·g-1,总黄酮含量在19.0～71.8 mg·g-1;袁琦等[20]的研究表明菊花中黄芩苷和槲皮素含量分别为2.4%和0.2%;本试验中四种食用菊花的这四种成分含量与上述报道基本一致。黄酮类化合物对植物的整个生长发育过程有重要作用,同时具有诸多保健功能,可以治疗心血管疾病,具有抗菌、抗氧化自由基、镇痛、抗肌瘤、保肝和抗病毒等功效[28]。因此,对食用菊花中黄酮类化合物进一步研究是具有重要意义的。

黄保民等[29]发现怀菊花挥发油组分主要有菊烯酮、桉油精、菊烯酮乙酸酯、聚伞花烯和β-石竹烯等。官艳丽等[30]鉴定了杭白菊和杭黄菊挥发油成分,发现了杭白菊中的59种挥发性化合物和杭黄菊的65种挥发油成分,分别占总量的83.6%和77.4%。同时发现杭白菊和杭黄菊中相同的挥发油组分有41种,包括樟脑、石竹烯、龙脑、β-金合欢烯、乙酸龙脑酯、α-姜黄烯等。王莹等[31]发现小白菊中挥发油主要成分为石竹烯、α-杜松醇、杜松脑、氧化石竹烯。综上所述,菊花产地和品种类型是影响挥发油种类和含量的主要因素,不同品种菊花挥发油种类大部分相同,但含量差异显著,基本为单萜烯类、倍半萜烯类及其含氧衍生物等[32]。张菲菲等[33]在前人研究的基础上,总结出菊花中单萜类成分主要有:樟脑、1,8-按叶醚、β-蒎烯、马鞭草醇、对聚花伞素等;倍半萜类成分主要有:甜没药醇、金合欢醇、α-荜澄茄醇、金合欢烯、姜烯等。本试验结果表明,食用菊花主要成分有α-蒎烯、1,8-桉叶油素、双环[2.2.2]癸烷-2-烯-5-酮、冰片醋酸酯、2,6,6-三甲基-双环(3.1.1)-庚-2-烯-4-醇-乙酯、β-榄香烯、(-)-β-石竹烯和α-荜澄茄烯等。SYJ3挥发油成分相对较少,18个共有成分的含量占总含量的85%以上,其中2,6,6-三甲基-双环(3.1.1)-庚-2-烯-4-醇-乙酯含量高达33.51%。而SYJ4挥发油成分种类较多,共有成分的含量占总含量的71.53%,其中β-榄香烯含量为25.57%。本试验的研究结果发现食用菊挥发油含有多种萜烯、萜醇类成分,有研究表明这些成分具有一定抗氧化和抗菌抑菌的作用[34],说明食用菊花同时具有药理学研究价值和天然食品抑菌剂的潜能,是一种值得推广的新型食品。

4个品种食用菊花主要化学成分含量存在显著差异,其中SYJ3营养成分和功能性保健成分含量更高,可做为在四川推广的优质食用菊品种,并配套相应的引种栽培技术。本研究发现2,6,6-三甲基-双环(3.1.1)-庚-2-烯-4-醇-乙酯、(+)-γ-古芸烯和β-榄香烯是食用菊中含量最高的三种挥发油成分,这与以往药用菊花的研究结果不同,说明新鲜食用菊具有独特的香味,同时也可为食用菊花的资源开发利用提供科学依据。