熱水漂燙對紅辣椒乙醇提取物的抗氧化活性及其生物有效性的影響

呂俊麗,李蒞萍,王國澤

(內蒙古科技大學 生命科學與技術學院,內蒙古 包頭 014010)

辣椒含有多種營養成分,如蛋白質、類胡蘿卜素、微量元素和維生素[1-2],具有增加食欲、促進血液循環等功效[3]。紅辣椒既可作為蔬菜被廣泛食用,又可被加工成天然著色劑或調味料,以豐富食物的顏色和風味。紅辣椒中的辣椒紅素約占色素總量的60%[4],其色澤鮮艷、安全性強,是一種天然優質的色素,同時也是辣椒中主要的生物活性物質[5],具有抗氧化[6-7]、抗炎[8]、抑菌[9]等功能,可預防癌癥、動脈硬化、肥胖[10]以及老年人的眼科疾病[11]等。

我國是世界上最大的辣椒生產國和消費國[12]。紅辣椒水分含量較高,采后貯藏時易發生腐爛變質現象。干燥不僅可以有效延長紅辣椒的貯藏期,而且是加工辣椒粉等調味品的常用方法之一。而漂燙是果蔬干燥前的關鍵步驟,其不僅可以清潔果蔬表面,殺死表面微生物[13],而且可破壞果蔬的氧化酶系統,達到滅酶、護色的效果。另外,漂燙還可以激活果膠甲酯酶[14],具有穩定原料組織脆度的作用[15]。目前,國內外針對辣椒的研究主要集中在辣椒醬等產品的加工和辣椒紅素的提取[16-17]、應用[18]及穩定性[19-20]等方面,漂燙研究主要關注果蔬的滅酶護色等方面,有關漂燙對紅辣椒的抗氧化活性及其生物有效性影響的研究鮮見報道。生物有效性指從食物基質/傳遞系統中釋放出可供吸收的量,反映了物質能夠被吸收的可能性[21]。而體外消化模型能夠客觀地評估營養物質在體內各個階段的生物有效性[22]。因此,本研究選取兩個不同品種的紅辣椒為原料,以未漂燙的辣椒為對照,研究漂燙對紅辣椒乙醇提取物抗氧化活性的影響,并采用體外模擬消化模型,進一步探究其對紅辣椒中抗氧化活性生物有效性的影響。本研究結果為探究辣椒加工過程中營養組分生物活性的變化提供了參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小米椒、大紅椒:購于永輝超市。

沒食子酸、辣椒紅素、DPPH(均為分析純):阿拉丁試劑(上海)有限公司;福林酚、豬胃蛋白酶、α-淀粉酶、膽汁鹽、胰酶:北京索萊寶科技有限公司;30% H2O2：天津市天力化學試劑有限公司;無水乙醇、水楊酸、碳酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、氯化鈉、鐵氰化鉀、三氯乙酸、三氯化鐵、硫酸亞鐵、乙酸乙酯、氫氧化鈉(均為分析純):上海麥克林生化科技有限公司。

1.2 儀器與設備

DZF-6050B真空干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司;SHA-B恒溫搖床 武漢中科科儀技術發展有限責任公司;pH計 奧豪斯儀器有限公司;MC8S-1A微波超聲波萃取儀 南京匯研微波系統工程有限公司;NDK200-1氮氣吹掃儀 上海百典儀器設備有限公司;LYNX 4000冷凍離心機 上海輔澤商貿有限公司;UV-2600紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品處理

將市售新鮮紅辣椒洗凈,放入沸水中漂燙5 min后取出,放入真空干燥箱中50 ℃恒溫烘干。烘干后去籽留皮,粉碎,過40目篩后備用。

1.3.2 紅辣椒乙醇提取物的制備

向辣椒粉樣品中按照料液比為1∶25加入95%的乙醇提取劑,置于微波萃取儀中,微波功率為300 W,提取2 min后以3 500 r/min離心10 min,取上清液,定容至25 mL,冷藏備用。

1.3.3 辣椒紅素含量的測定

1.3.3.1 辣椒紅素標準曲線

精確稱取一定量的辣椒紅素標準品,用95%的乙醇溶解,分別配成50,100,150,200,250 μg/mL辣椒紅素標準品溶液。用95%乙醇定容至刻度并靜置10 min。以95%乙醇為參照,于460 nm處測定吸光度。以吸光度為縱坐標、辣椒紅素濃度為橫坐標,繪制標準曲線。標準曲線回歸方程:y=0.003 7x+0.047 1,R2=0.999。

1.3.3.2 辣椒紅素含量的測定

將紅辣椒乙醇提取物稀釋至一定倍數,振蕩10 min,于460 nm波長處測定吸光度,用95%的乙醇溶液作參比,從標準曲線上讀出待測溶液中辣椒紅素的濃度,計算辣椒紅素的含量。

1.3.4 抗氧化活性的測定

1.3.4.1 DPPH自由基清除率的測定

取2.0 mL待測樣品置于10 mL試管中,并加入2.0 mL 0.2 mmol/L DPPH自由基溶液,搖勻,室溫下避光反應30 min,在517 nm處測定吸光度,記為A1。用2.0 mL 95%乙醇溶液代替待測樣品,測定吸光度,記為A0。DPPH·清除率(η)的計算公式如下:

(1)

1.3.4.2 羥自由基清除率的測定

向待測樣品中依次加入1 mL 10 mmol/L的FeSO4、1 mL 10 mmol/L的水楊酸、1 mL 8.8 mmol/L的H2O2,37 ℃下反應30 min,在510 nm波長處測定的吸光度記為A1,以1 mL蒸餾水代替H2O2,測定的吸光度記為A2,以1 mL蒸餾水代替待測樣,測定的吸光度記為A0。羥自由基清除率計算公式如下:

(2)

1.3.4.3 還原力的測定

移取2.5 mL待測液,加入2.5 mL 1%的鐵氰化鉀,于50 ℃水浴鍋中加熱20 min后,加入2.5 mL 10%三氯乙酸,以3 000 r/min離心10 min去除反應體系中多余的三氯乙酸,移取5 mL上清液,依次加入5 mL蒸餾水、1 mL 0.1%的三氯化鐵溶液,在700 nm處測定吸光度A1。吸光度越大表明還原能力越強。用蒸餾水代替鐵氰化鉀,測得的吸光度記為A0。計算公式如下:

還原力(%)=(A1-A0)×100%。

(3)

1.3.5 體外模擬消化

1.3.5.1 模擬消化液的配制

模擬口腔液:取1.3 gα-淀粉酶溶于100 mL 1 mmol/L CaCl2中,pH為7.0;模擬胃液:取4 g胃蛋白酶溶于100 mL 0.01%的HCl溶液中;模擬腸液:取0.4 g胰酶與2.5 g膽汁鹽溶于100 mL 0.1 mol/L pH 7.0的碳酸鈉緩沖液中。

1.3.5.2 模擬口腔消化

稱取1 g漂燙后的辣椒粉,以未漂燙的辣椒粉作對照,依次加入20 mL水、0.5 mL模擬口腔液,置于37 ℃恒溫搖床,以100 r/min消化10 min,得到口腔消化液。取1 mL口腔消化液,加入95%乙醇提取2 min后,以8 000 r/min離心10 min,取上清液,充氮,4 ℃密封保存,測定抗氧化活性及辣椒紅素含量。

1.3.5.3 模擬胃消化

對模擬口腔消化后的消化液進行胃消化。用0.1 mol/L HCl調節pH至2.0,加入4 mL模擬胃液,充氮除氧,置于37 ℃恒溫搖床,以100 r/min 消化2 h后,得到胃消化液。取1 mL胃消化液,加入95%乙醇提取2 min后,以8 000 r/min離心10 min,取上清液,充氮,4 ℃密封保存,測定抗氧化活性及辣椒紅素含量。

1.3.5.4 模擬腸消化

將胃消化液迅速置于冰水中冷卻,用0.1 mol/L NaOH調pH至5.3,加入5 mL模擬腸液后調pH至7.2,充氮除氧,置于37 ℃恒溫搖床,以80 r/min消化 2 h,得到模擬腸消化樣液。以8 000 r/min離心后取上清液,測定抗氧化活性及辣椒紅素含量。

1.3.6 生物有效性

(4)

式中:PCA表示體外消化不同階段消化液的抗氧化活性或辣椒紅素含量;PCB表示體外消化之前紅辣椒乙醇提取物的抗氧化活性或辣椒紅素含量。

1.3.7 數據處理方法

采用SPSS 18.0軟件分析數據,GraphPad Prism作圖,結果用平均值±標準差表示(n=3)。

2 結果與分析

2.1 漂燙對紅辣椒乙醇提取物抗氧化活性及辣椒紅素含量的影響

2.1.1 漂燙對不同品種紅辣椒乙醇提取物抗氧化活性的影響

對小米椒和大紅椒進行漂燙處理后,乙醇提取物的抗氧化結果見表1。

表1 漂燙對不同品種紅辣椒乙醇提取物抗氧化活性的影響

由表1可知,未漂燙小米椒乙醇提取物的羥自由基清除率、DPPH自由基清除率和還原力分別為53.62%、36.81%、14.70%,漂燙后分別為48.63%、30.14%、12.07%,漂燙后小米椒乙醇提取物的羥自由基清除率、DPPH自由基清除率和還原力分別降低了4.99%、6.67%、2.63%。未漂燙大紅椒乙醇提取物的羥自由基清除率、DPPH自由基清除率和還原力分別為53.25%、33.02%、28.07%,漂燙后分別為43.27%、26.02%、23.60%,比未漂燙的大紅椒分別降低了9.98%、7.00%、4.47%,說明漂燙處理降低了紅辣椒提取物的抗氧化活性。張文娥等[24]研究指出,漂燙可顯著降低核桃雄花序的抗氧化活性,與本研究結果相吻合。

2.1.2 漂燙對不同品種紅辣椒中辣椒紅素含量的影響

紅辣椒乙醇提取物主要包括辣椒紅素(約50%)和玉米黃質(約14%)[11,25]。為了進一步分析漂燙處理對紅辣椒乙醇提取物抗氧化活性影響的原因,本研究選取提取物中含量較多的辣椒紅素為代表,進一步探究漂燙對紅辣椒乙醇提取物中抗氧化成分的影響。

以未漂燙的小米椒和大紅椒作對比,研究漂燙對辣椒紅素含量的影響,結果見圖1。

圖1 漂燙對不同品種紅辣椒中辣椒紅素含量的影響

由圖1可知,經過漂燙處理后兩種辣椒中辣椒紅素含量均顯著降低(P<0.05),此變化趨勢與張瑞[26]的研究結果一致。小米椒中辣椒紅素的含量由30.64 mg/g降至26.81 mg/g,降低了12.50%;大紅椒中辣椒紅素的含量由37.33 mg/g降至33.37 mg/g,降低了11.54%。結合表1的數據可知,熱水漂燙對辣椒紅素含量的影響與紅辣椒提取物抗氧化活性的變化趨勢一致,說明辣椒紅素含量是保證消化前紅辣椒乙醇提取物抗氧化能力的主要因素。韓曉嵐等[27]在探究辣椒紅素穩定性的實驗中指出,辣椒紅素在溫度為25～70 ℃時較穩定。張瑞[26]進一步證實熱處理溫度越高,類胡蘿卜素損失量越多,其中辣椒紅素的降解速率最快。

2.2 漂燙對紅辣椒體外模擬消化過程中抗氧化活性及辣椒紅素含量的影響

2.2.1 漂燙對體外模擬消化過程中抗氧化能力的影響

由圖2可知,與未漂燙的紅辣椒相比,紅辣椒漂燙后在體外模擬消化過程中對羥自由基的清除率均顯著降低(P<0.05)。在消化過程中,未漂燙的小米椒提取物對羥自由基的清除率從口腔到腸分別為57.47%、66.90%、75.65%,漂燙后小米椒提取物對羥自由基的清除率從口腔到腸分別為46.82%、51.59%、59.06%,漂燙后分別下降了10.65%、15.31%、16.59%。未漂燙的大紅椒提取物對羥自由基的清除率從口腔到腸分別為51.98%、66.47%、74.82%,漂燙后對應的值分別為41.57%、49.24%、58.46%,漂燙后大紅椒在口腔、胃、腸內對羥自由基的清除率分別下降了10.41%、17.23%、16.36%。

圖2 漂燙對紅辣椒消化過程中羥自由基清除能力的影響

由圖3可知,體外模擬消化過程中,漂燙后兩種紅辣椒提取物對DPPH自由基的清除能力均較未漂燙的辣椒低。在消化過程中,未漂燙的小米椒在口腔、胃、腸內對DPPH自由基的清除率分別為37.27%、51.01%、57.65%,漂燙后對應的DPPH自由基清除率分別為24.78%、36.84%、41.98%,漂燙后分別下降了12.49%、14.17%、15.67%。未漂燙的大紅椒提取物對DPPH自由基的清除率從口腔到腸分別為43.30%、53.24%、65.47%,漂燙后對應的DPPH自由基清除率分別為23.33%、37.62%、51.44%,漂燙后分別下降了19.97%、15.62%、14.03%。

圖3 漂燙對紅辣椒消化過程中DPPH自由基清除能力的影響

由圖4可知,漂燙后兩種紅辣椒體外模擬消化過程中還原力均較未漂燙的辣椒低。漂燙后小米椒在口腔、胃、腸內的還原力比未漂燙的小米椒分別下降了3.53%、14.03%、13.20%,漂燙后大紅椒在口腔、胃、腸內的還原力比未漂燙的大紅椒分別下降了9.24%、6.70%、5.73%。

圖4 漂燙對紅辣椒消化過程中還原力的影響

2.2.2 漂燙對體外模擬消化過程中辣椒紅素含量的影響

為了分析漂燙對紅辣椒在消化過程中抗氧化活性影響的原因,本研究對漂燙前后辣椒紅素在消化過程中的變化做了進一步研究。漂燙對體外模擬消化過程中辣椒紅素含量的影響見表2。

表2 漂燙對體外模擬消化過程中辣椒紅素含量的影響

從口腔到腸消化過程中,不同處理的兩種紅辣椒中辣椒紅素含量不斷增加,在腸消化時辣椒紅素含量最高。在整個消化階段,未漂燙的小米椒中辣椒紅素含量由口腔到腸消化增加了79.01%,漂燙后小米椒中辣椒紅素含量增加了108.80%;未漂燙的大紅椒中辣椒紅素含量由口腔到腸消化增加了113.97%,漂燙后大紅椒中辣椒紅素含量增加了94.56%。李莉等[28]研究指出,辣椒中的辣椒紅素主要存在于果皮色素母細胞中的類囊體膜上,在消化過程中胃腸道中的酸、酶將辣椒紅素與膜連接的化學鍵破壞,從而有利于辣椒紅素等色素的釋放,使得辣椒紅素在腸道中的含量增加。

以未漂燙紅辣椒作為對照,在口腔消化階段,小米椒經漂燙后辣椒紅素含量降低了38.27%,大紅椒經漂燙后辣椒紅素含量降低了19.45%;在胃消化階段,小米椒經漂燙后辣椒紅素含量降低了14.46%,大紅椒經漂燙后降低了12.19%;在腸消化階段,小米椒經漂燙后辣椒紅素含量降低了28.00%,大紅椒經漂燙后降低了26.76%。有研究指出,70%～80%的色素與脂肪酸結合,以色素酯的形式存在,從而增加其穩定性[29]。高溫漂燙可使色素細胞的細胞壁破裂,以色素酯形式存在的類胡蘿卜素得以釋放,在氧氣的作用下易被氧化。此外,高溫漂燙也可促進類胡蘿卜素發生異構化反應,由反式轉化為順式,穩定性降低,在消化道中酸和酶的作用下降解進一步加快[30]。以上數據說明,漂燙處理可顯著降低兩種辣椒在各消化階段的辣椒紅素含量(P<0.05)。該結果與體外模擬消化過程中抗氧化活性的變化趨勢基本一致。

2.3 生物有效性比較

2.3.1 漂燙對紅辣椒乙醇提取物抗氧化活性生物有效性的影響

漂燙對紅辣椒乙醇提取物羥自由基清除生物有效性的影響見圖5。

由圖5可知,小米椒經漂燙后在口腔、胃、腸消化過程中羥自由基清除生物有效性分別下降了2.92%、18.69%、22.81%;大紅椒經漂燙后分別下降了1.55%、6.04%、5.41%。

漂燙對紅辣椒乙醇提取物DPPH自由基清除生物有效性的影響見圖6。

圖6 漂燙對紅辣椒乙醇提取物DPPH自由基清除生物有效性的影響

由圖6可知,小米椒經漂燙后在口腔、胃、腸消化過程中分別下降了19.02%、16.32%、17.31%;大紅椒經漂燙后分別下降了41.48%、16.66%、0.58%。

漂燙前后紅辣椒乙醇提取物還原力的生物有效性見圖7。

圖7 漂燙對紅辣椒乙醇提取物還原力生物有效性的影響

由圖7可知從口腔到腸消化過程中還原力的生物有效性,未漂燙的小米椒分別為83.67%、246.26%、234.92%,漂燙后分別下降了11.02%、62.56%、58.12%;未漂燙的大紅椒分別為72.21%、120.19%、109.38%,漂燙后分別下降了25.46%、5.64%、3.59%。

由圖5～圖7可知,漂燙對小米椒和大紅椒乙醇提取物抗氧化活性生物有效性的影響程度不相同。對于大紅椒,除DPPH自由基清除生物有效性外,漂燙對羥自由基清除和還原力在胃、腸消化時的生物有效性影響不顯著(P>0.05),對小米椒而言,漂燙可顯著降低胃、腸消化時的抗氧化活性生物有效性(P<0.05),這主要與紅辣椒的品種不同有關。

2.3.2 漂燙對辣椒紅素生物有效性的影響

漂燙處理前后辣椒紅素含量的生物有效性見表3。

表3 漂燙對辣椒紅素在消化過程中生物有效性的影響

由表3可知,不同處理的紅辣椒在消化過程中辣椒紅素的生物有效性逐漸增加,在腸消化時生物有效性最高。未漂燙的小米椒中辣椒紅素生物有效性從口腔消化時的14.17%增到了腸消化時的23.70%,增加幅度為9.53%;漂燙的小米椒辣椒紅素的生物有效性從10.77%增到了19.91%,增加幅度為9.14%。未漂燙的大紅椒中辣椒紅素的生物有效性從10.83%(口腔消化)增到了21.16%(腸消化),增加幅度為10.33%;漂燙的大紅椒中辣椒紅素的生物有效性從10.06%(口腔消化)增到了17.70%(腸消化),增加幅度為7.64%。對比以上數據可以得出,漂燙處理后的紅辣椒在消化道內生物有效性的增加幅度小于未漂燙的紅辣椒。

與未漂燙的紅辣椒相比,漂燙后的小米椒在口腔、胃、腸消化時辣椒紅素的生物有效性分別降低了3.40%、0.25%、3.79%,漂燙后的大紅椒在口腔、胃、腸消化時辣椒紅素的生物有效性分別降低了0.77%、0.18%、3.46%。Pugliese等[31]的研究也證實了煮沸可以降低辣椒中類胡蘿卜素的生物有效性。對比以上數據,漂燙處理對大紅椒在消化過程中辣椒紅素生物有效性的影響幅度小于小米椒,這為漂燙對大紅椒乙醇提取物的羥自由基清除和還原力生物有效性的影響不顯著(見圖5和圖7)提供了可能的證據。

3 結論

經過漂燙處理后兩種紅辣椒的抗氧化活性及辣椒紅素含量均顯著降低(P<0.05)。以未漂燙紅辣椒作為對照,漂燙后小米椒乙醇提取物的羥自由基清除率、DPPH自由基清除率、還原力、辣椒紅素含量分別降低了4.99%、6.67%、2.63%、12.50%;大紅椒經漂燙后分別降低了9.98%、7.00%、4.47%、11.54%。在口腔、胃、腸消化階段,小米椒經漂燙后羥自由基清除生物有效性分別下降了2.92%、18.69%、22.81%;大紅椒經漂燙后分別下降了1.55%、6.04%、5.41%;小米椒經漂燙后DPPH自由基清除生物有效性分別下降了19.02%、16.32%、17.31%,大紅椒經漂燙后分別下降了41.48%、16.66%、0.58%;小米椒經漂燙后還原力的生物有效性分別下降了11.02%、62.56%、58.12%,大紅椒經漂燙后分別下降了25.46%、5.64%、3.59%;漂燙后小米椒辣椒紅素的生物有效性分別降低了3.40%、0.25%、3.79%,漂燙后大紅椒辣椒紅素的生物有效性分別降低了0.77%、0.18%、3.46%,說明漂燙對小米椒和大紅椒乙醇提取物抗氧化活性生物有效性的影響程度不同,后續應增加辣椒品種。本研究為深入探究加工對紅辣椒中抗氧化活性成分在消化過程中的生物有效性提供了數據參考。