食用花卉是指其根、茎、叶、花等各部位可以直接食用的花卉植物,其既可用于观赏,也可以食用、入药[1]。食用花卉作为一种无毒、安全的花卉,其外观、口感等价值常可用于食品、医药领域[2]。过去,人们常将食用花卉当作填充或调味的元素应用于传统烹饪中,而对其科学价值研究较少[3]。然而,随着食用花卉独特的风味和丰富的活性成分研究的不断深入,其商业价值也在不断增加[4]。另外,食用花卉的健康作用和营养价值也引起了研究者的极大兴趣[5]。
肿瘤、心血管疾病、糖尿病被认为是人类“三大杀手”。目前认为,自由基损伤与大多数慢性退行性、老年性疾病的发生有关,如心脏病、老年性痴呆、肿瘤等。自由基通过各种不同的途径参与心脏疾病的发生和发展,因此,抗氧化剂可参与心脏疾病的治疗[6-7]。抗氧化剂不仅能控制自由基,还能通过活化或抑制基因来调控细胞增殖,因此,其能有效地预防肿瘤,甚至与其他医疗方法联用治疗肿瘤[8]。糖尿病的发生和发展与机体/组织中因自由基产生增多和(或)抗氧化防御功能损害等引起的氧化应激有关。因此,增强机体或组织的抗氧化能力可降低血糖[9]。此外,氧化/抗氧化失衡是慢性阻塞性肺疾病的重要发生机制之一,有效的抗氧化剂是防治慢性阻塞性肺疾病的重点[10-11]。另外,实践还证明,抗氧化剂的补充有助于预防中风的发生和改善其已发病症[12]。总之,氧化应激与多种疾病相关,开发和寻找有效抗氧化剂是治疗这些疾病的重要方式。
食用花卉中含有丰富的天然抗氧化生物活性成分(如酚酸类、黄酮类和花青素[2])。这些抗氧化活性成分对高血糖、癌症和神经退行性疾病有很大影响[13]。研究还发现,与一些普通蔬菜和水果相比,有的食用花卉的抗氧化能力更强[14]。早在公元前3000年,我国就有将花用于烹饪的习惯。云南具有丰富的植物资源,据统计,云南省常用于食用的花卉就有303种,分属于74科178属[15]。通过对部分云南食用花卉的研究发现,这些食用花具有较高的营养和食用价值[16]。然而,目前对云南食用花卉的研究报道是有限的,为进一步开发利用食用花卉资源提供依据,本研究在对采自云南的17种食用花卉提取物中总酚、总黄酮和原花青素含量测定的基础上,采用DPPH自由基清除实验和FRAP法对抗氧化能力进行评价,并分析活性成分含量与抗氧化效果的相关性。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
采自云南的17种食用花卉,样品信息详见表1,室温下阴干后粉碎备用。
芦丁、DPPH、2,4,6-三吡啶基三嗪(2, 4, 6-tripyridyl triazine,TPTZ),上海瑞永生物科技有限公司;福林酚,国药集团化学试剂有限公司;葡萄糖,天津市盛奥化学试剂有限公司;Na2CO3、KH2PO4、FeCl3·6H2O、FeSO4·7H2O、亚硝酸钠,西陇科学股份有限公司;AlCl3,天津市风船化学试剂科技有限公司;没食子酸,天津市科密欧化学试剂有限公司;以上试剂均为分析纯。
1.2 设备与仪器
DLSZ-I低温循环泵、KQ-250DB超声波清洗机、SHZ-D(Ⅲ)循环水式真空泵,巩义市予华仪器有限公司;RE-2000B旋转蒸发仪,上海亚荣生化仪器厂;722型分光光度计、FA2104N电子天平,上海菁华科技有限公司;VFD-3000真空冷冻干燥机,北京博医康实验仪器有限公司;旭曼1000Y多功能粉碎机,永康市铂欧五金制品有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 食用花卉成分提取
采用参考文献[17]中的提取方法并适当修改,具体方法为:称取粉碎后的食用花卉样品25 g,加入200 mL体积分数80%甲醇,50 ℃超声波30 min后过滤。重复提取1次,合并滤液,50 ℃下旋蒸除去甲醇,冻干。配制成10 mg/mL的原液,冷藏待用。
1.3.2 食用花卉活性成分的测定
1.3.2.1 总酚(total phenolic contents, TPC)含量的测定
参考HU等[17]的方法略作修改后测定总酚含量。以没食子酸为标准品,根据没食子酸标准曲线计算食用花的总酚含量,结果以mg没食子酸(GCE)/g提取物(Ex)表示,标准曲线方程:A=0.010 8C+0.000 7(R2=0.997 8,C为没食子酸质量)。
1.3.2.2 总黄酮(total flavonoid contents, TFC)含量的测定
参考HE等[18]的方法测定总黄酮含量。以芦丁作为标准品,根据芦丁标准曲线计算食用花的总黄酮含量,结果以mg芦丁(RE)/g提取物(Ex)表示,标准曲线方程:A=0.879C-0.001 4(R2=0.999 4,C为芦丁质量)。
1.3.2.3 原花青素(total procyanidin contents, TPYC)含量的测定
采用参考文献[19]的方法测定。以儿茶素为标准品,根据儿茶素标准曲线计算食用花中糖含量,结果以mg儿茶素(CE)/g提取物(Ex)来表示,标准曲线方程:A=2.477 1C-0.003 2(R2=0.998 9,C为儿茶素的质量)。每个样品重复3次,结果以平均值表示。
1.3.3 食用花卉抗氧化活性的测定
1.3.3.1 DPPH自由基清除实验
按照参考文献[20]的方法进行DPPH自由基清除实验。以芦丁为阳性对照,样品的DPPH抗氧化活性以50%抑制率(IC50)表示,DPPH自由基清除率的计算如公式(1)所示:
DPPH自由基清除率/%=[(Ao-As)/Ao]×100
(1)
式中:As,样品溶液的吸光度;Ao,未加样品溶液的吸光度。
1.3.3.2 FRAP法
按照参考文献[21]的方法进行FRAP抗氧化能力测定。芦丁为阳性对照,以FeSO4为标准品,根据标准曲线A=0.632 5C(R2=0.999 2),计算还原能力,样品的FRAP法抗氧化活性表示为mmol FeSO4/g提取物。
表1 云南食用花卉样品信息
Table 1 Edible flowers samples from Yunnan province
食用花中文名英文名采集地种科木棉花kapok flower宾川木棉Bombacaceae金雀花gorse昆明Caragana sinica (Buc’hoz) Rehd.Fabaceae白刺花sophora vicifolia富明Sophora davidii (Franch.) SkeelsFabaceae
续表1
食用花中文名英文名采集地种科核桃花walnut flower临沧Juglans regia L.Juglandaceae白杜鹃white azalea普洱Rhododendron decorum FranchEricaceae槐花acacia昆明Robinia pseudoacacia L.Fabaceae棠梨花pyrus pashia flower曲靖Pyrus pashia Buch.-Ham.ex D.DonRosaceae棕树花palm flower富明Trachycarpus fortunei (Hook.) H.Wendl.Arecaceae石榴花pomegranate flower宾川Punica granatum LLythraceae地涌金莲ensete lasiocarpum文山Musella lasiocarpa (Franchet) C.Y.Wu ex H.W.LiMusaceae三七花notoginseng bud文山Panax notoginseng (Burkill) F.H.Chen ex C.Chow & W.G.HuangAraliaceae奶浆花milk plasma flower昆明Dregea sinensis Hemsl.Apocynaceae茉莉花jasmine flower昆明Jasminum sambac (L.) AitonOleaceae鼠曲草cudweed Herb腾冲Pseudognaphalium affine (D.Don) AnderbergCompositae密蒙花flos buddlejae昭通Buddleja officinalis Maxim.Scrophulariaceae南瓜花cushaw flower昆明Cucurbita moschata (Duch.ex Lam.) Duch.ex PoiretCucurbitaceae鸡蛋花frangipani保山Plumeria rubra ‘Acutifolia’Apocynaceae
1.4 数据分析
所有实验数据均测定3次,以平均值±标准偏差表示。运用SPSS 18.0软件进行相关性分析(相关系数为Pearson)。
2 结果与分析
2.1 食用花卉活性成分含量的分析
酚类、黄酮类和原花青素类化合物作为有效的抗氧化活性成分,具有显著的自由基清除能力。为了区分不同食用花卉中主要有效成分,根据17种食用花卉的成分含量测定结果进行热图分析,结果如图1所示。
结果表明,总酚含量最高的为棠梨花,其次是石榴花,含量分别为(229.00±1.67) mg GCE/g Ex和(216.41±2.41) mg GCE/g Ex;最低的食用花则为金雀花和三七花,含量分别为(25.36±3.15) mg GCE/g Ex和(13.64±1.67) mg GCE/g Ex。总黄酮含量则以棠梨花和密蒙花最高,分别为(586.20±22.75)RE/g Ex和(442.32±52.33) RE/g Ex;最少的为白刺花和木棉花,含量分别仅为(16.40±0.40) mg RE/g Ex和(14.91±0.51) mg RE/g Ex。此外,棕榈花和木棉花中原花青素含量达(295±5.00) mg CE/g Ex和(244.33±4.00) mg CE/g Ex。三七花则最低,仅为(3.50±0.50) mg CE/g Ex,白刺花也仅含(5.33±0.30) mg CE/g Ex。
严和平等[22]采用乙醇热提取法对云南省红河州13种食用花进行了总酚和总黄酮含量的测定,结果发现总黄酮含量最高3种食用花卉为桂花、密蒙花、棠梨花;最低的3种为菊花、金雀花和苦刺花。总酚含量最高的3种食用花卉为石榴花、桂花和棠梨花;最低的3种则为金雀花、马桑花和苦刺花。本研究采用采集于曲靖的棠梨花80%甲醇提取后,其总黄酮和总酚含量也在17种食用花中均为最高。采集于宾川的石榴花具有高含量的总酚;采集于昭通的密蒙花也富含黄酮类成分。同样的,金雀花和白刺花中总酚和总黄酮含量较低。
图1 不同食用花卉成分含量的热图和聚类分析
Fig.1 Heat map and cluster analysis of the main active ingredient contents of different edible flowers
根据上述结果,发现棠梨花、棕榈花、密蒙花富含黄酮类活性成分;棠梨花、石榴花、棕榈花富含多酚类成分;木棉花、棕榈花和棠梨花富含原花青素。因此,棠梨花、棕榈花、石榴花、密蒙花、木棉花活性成分较为丰富。根据图1,将17种食用花卉分为了2个主集群和3个子集群。在主簇Ⅰ中,包含棕榈花、棠梨花和密蒙花3种食用花卉。另外14种食用花卉组成主簇Ⅱ,该主簇包含2个子簇,其中木棉花、大白杜鹃花和地涌金莲3种食用花为同一亚簇,其余11种食用花卉则组成另一个子簇。此外,豆科属金雀花、白刺花和槐花3种豆科食用花卉同属一个亚簇。
2.2 食用花卉抗氧化活性的分析
为了区分不同食用花卉的抗氧化活性,根据17种食用花卉的抗氧化测定结果进行热图分析,结果如图2所示。DPPH自由基清除实验是一种灵敏、有效的评价抗氧化能力的方法,根据DPPH自由基实验结果发现,石榴花具有最强的DPPH自由基清除能力,其IC50值达(0.22±0.007) mg/mL,其次为棕榈花,清除能力分别为(0.42±0.041) mg/mL。白刺花和三七花2种食用花的DPPH自由基清除能力最弱,IC50值分别为(20.96±0.92) mg/mL和(16.56±0.26)mg/mL。
图2 不同食用花卉抗氧化能力的热图和聚类分析
Fig.2 Heat map and cluster analysis of the antioxidant activity from different edible flowers Yunnan
FRAP法是通过将Fe3+-TPTZ还原为Fe2+-TPTZ的方式评价抗氧化能力。结果显示,棠梨花具有最强的铁还原能力,达(2.94±0.32) mmol Fe2+/g Ex;石榴花次之,为(2.91±0.20) mmol Fe2+/g Ex。另外,茉莉花、三七花和白刺花最弱,分别为(0.022±0.017)、(0.063±0.027)、(0.065±0.012) mmol Fe2+/g Ex。
另外,根据17种食用花卉的抗氧化活性测定结果对其进行热图分析,结果显示17种食用花分为了2个主集群和3个子集群。具有最弱抗氧化能力的白刺花和三七花为同一主群。15种食用花卉构成了主簇Ⅱ,并分成了2个子簇,其中槐花、鸡蛋花、金雀花和南瓜花为同一子群,棠梨花和石榴花构成一个子群;其余9种食用花卉则构成另一个子群,并又可分为4个不同的群。
2.3 食用花卉成分与抗氧化活性的相关性分析
为了进一步分析17种食用花卉成分与抗氧化活性之间的关系,采用Pearson进行相关性分析,结果如图3所示。通常,相关性系数为0.8～1.0时,认为显著相关性极强,相关性系数越接近于1相关性越强;相关性系数为0.0～0.2时,则认为相关较弱或不相关。因此,根据相关性分析结果表明,DPPH自由基清除能力和FRAP抗氧化能力与总酚、原花青素含量正相关。其中,总酚含量与FRAP法抗氧化能力相关性最强,达到0.95。总黄酮则与抗氧化活性呈弱相关,甚至不相关。
图3 不同食用花卉活性成分与抗氧化能力之间的 相关性分析
Fig.3 The correlation between main ingredient contents and antioxidant activity of different edible flowers 注:*表示P<0.05;**表示P<0.01。
饮食对寿命和衰老产生重要的影响。因此,开发和利用具有潜在抗衰老作用的资源十分重要[23]。研究已证实,花卉具有潜在的抗衰老作用。抗氧化与抗衰老之间存在着密切的关系。食品的抗氧化性被认为是评价食品营养与功能的重要参数之一[24-25]。食用花卉作为天然活性成分和抗氧化活性的物质的重要来源,对进一步开发和利用花卉资源和寻求天然活性物质具有重要的作用[23,26]。通过研究发现,棠梨花和石榴花不仅总酚、总黄酮含量高,而且具有较强的DPPH自由基清除能力和铁还原能力。这些食用花卉具有进一步深入研究和开发的重要潜质。例如,可利用食用花卉对抗氧化应激的效力,用于相关慢性疾病的食疗。因此,食用花卉作为生物活性化合物的潜在来源,在人类饮食中有广阔的应用前景。
3 结语
本文通过对采自云南不同地区的17种食用花卉进行活性成分及其抗氧化性能的比较,发现这些食用花卉含有一定的酚类、黄酮类等成分,且呈现出了一定的抗氧化性,可以作为天然抗氧化剂的来源在日常饮食中发挥其食用价值。鉴于,云南具有丰富的食用花卉资源,目前对其深入的研究报道较少,为了进一步地开发和利用这些丰富的资源,充分利用其有效成分及提升其价值,对其进行必要的成分和活性功能的深入研究是非常重要的。
[1] 赵娟秀, 李彦莹, 包媛媛, 等.云南食用花卉概述[J].食品与发酵科技, 2017, 53(2):104-108. ZHAO J X, LI Y Y, BAO Y Y, et al.Overview of edible flowers in Yunnan[J].Food and Fermentation Sciences &Technology, 2017, 53(2):104-108.
[2] FERNANDES L, CASAL S, PEREIRA J A, et al.Edible flowers:A review of the nutritional, antioxidant, antimicrobial properties and effects on human health[J].Journal of Food Composition and Analysis, 2017, 60:38-50.
[3] TAKAHASHI J A, REZENDE F A G G, MOURA M A F, et al.Edible flowers:Bioactive profile and its potential to be used in food development[J].Food Research International, 2020, 129:108868.
[4] DE MORAIS J S, SANT’ANA A S, DANTAS A M, et al.Antioxidant activity and bioaccessibility of phenolic compounds in white, red, blue, purple, yellow and orange edible flowers through a simulated intestinal barrier[J].Food Research International, 2020, 131:109046.
[5] MLCEK J, ROP O.Fresh edible flowers of ornamental plants—A new source of nutraceutical foods[J].Trends in Food Science &Technology, 2011, 22(10):561-569.
[6] DAIBER A, CHLOPICKI S.Revisiting pharmacology of oxidative stress and endothelial dysfunction in cardiovascular disease:Evidence for redox-based therapies[J].Free Radical Biology &Medicine, 2020, 157:15-37.
[7] GHAZIZADEH H, SABERI-KARIMIAN M, AGHASIZADEH M, et al.Pro-oxidant-antioxidant balance (PAB) as a prognostic index in assessing the cardiovascular risk factors:A narrative review[J].Obesity Medicine, 2020, 19:100272.
[8] PETRONEK M S, STOLWIJK J M, MURRAY S D, et al.Utilization of redox modulating small molecules that selectively act as pro-oxidants in cancer cells to open a therapeutic window for improving cancer therapy[J].Redox Biology, 2021, 42:101864.
[9] ZHENG Y, BAI L, ZHOU Y P, et al.Polysaccharides from Chinese herbal medicine for anti-diabetes recent advances[J].International Journal of Biological Macromolecules, 2019, 121:1240-1253. [10] ALFAHAD A J, ALZAYDI M M, ALDOSSARY A M, et al.Current views in chronic obstructive pulmonary disease pathogenesis and management[J].Saudi Pharmaceutical Journal, 2021, 29(12):1361-1373.
[11] WANG T, DAI F, LI G H, et al.Trans-4, 4′-dihydroxystilbene ameliorates cigarette smoke-induced progression of chronic obstructive pulmonary disease via inhibiting oxidative stress and inflammatory response[J].Free Radical Biology &Medicine, 2020, 152:525-539.
[12] WANG J J, WANG S Q, GUO H Y, et al.Rosmarinic acid protects rats against post-stroke depression after transient focal cerebral ischemic injury through enhancing antioxidant response[J].Brain Research, 2021, 1757:147336.
[13] LIU R H, HOTCHKISS J H.Potential genotoxicity of chronically elevated nitric oxide:A review[J].Mutation Research/Reviews in Genetic Toxicology, 1995, 339(2):73-89.
[14] BENVENUTI S, BORTOLOTTI E, MAGGINI R.Antioxidant power, anthocyanin content and organoleptic performance of edible flowers[J].Scientia Horticulturae, 2016, 199:170-177.
[15] 刘怡涛, 龙春林.云南各民族食用花卉的初步研究[J].云南植物研究, 2002, 24(1):41-56. LIU Y T, LONG C L.Studies on edible flowers consumed by ethnic groups in Yunnan[J].Acta Botanica Yunnanica, 2002, 24(1):41-56.
[16] 殷建忠, 周玲仙, 王琦.云南产11种野生食用鲜花营养成分分析评价[J].食品研究与开发, 2010, 31(3):163-165. YIN J Z, ZHOU L X, WANG Q.The study on nutritional composition of eleven nature edible fresh flowers from Yunnan Province[J].Food Research and Development, 2010, 31(3):163-165.
[17] HU X F, DING Z B, CHEN Y E, et al.Comparative study on the antioxidant activities of ten common flower teas from China[J].Open Chemistry, 2019, 17(1):841-848.
[18] HE J M, YIN T P, CHEN Y, et al.Phenolic compounds and antioxidant activities of edible flowers of Pyrus pashia[J].Journal of Functional Foods, 2015, 17:371-379.
[19] 吴艳艳, 侯冬岩, 回瑞华.铁观音茶和茶茎原花青素含量的测定[J].鞍山师范学院学报, 2012, 14(2):30-33. WU Y Y, HOU D Y, HUI R H.Tieguanyin tea and tea stalk the proanthocyanidins content determination[J].Journal of Anshan Normal University, 2012, 14(2):30-33.
[20] DENG J, CHENG W Y, YANG G Z.A novel antioxidant activity index (AAU) for natural products using the DPPH assay[J].Food Chemistry, 2011, 125(4):1430-1435.
[21] AMAMCHARLA J K, METZGER L E.Modification of the ferric reducing antioxidant power (FRAP) assay to determine the susceptibility of raw milk to oxidation[J].International Dairy Journal, 2014, 34(2):177-179.
[22] 严和平, 洪亮, 徐进诺, 等.红河州13种食用花卉的总黄酮、总多酚含量测定[J].食品研究与开发, 2018, 39(9):142-147. YAN H P, HONG L, XU J N, et al.Total polyphenols and flavones contents of 13 types edible flowers from Honghe prefecture[J].Food Research and Development, 2018, 39(9):142-147.
[23] CHEN Q, XU B J, HUANG W S, et al.Edible flowers as functional raw materials:A review on anti-aging properties[J].Trends in Food Science &Technology, 2020, 106:30-47.
[24] CARLSEN M H, HALVORSEN B L, HOLTE K, et al.The total antioxidant content of more than 3100 foods, beverages, spices, herbs and supplements used worldwide[J].Nutrition Journal, 2010, 9:3.
[25] YANG M, CHUNG S J, CHUNG C E, et al.Estimation of total antioxidant capacity from diet and supplements in US adults[J].The British Journal of Nutrition, 2011, 106(2):254-263.
[26] JANARNY G, RANAWEERA K K D S, GUNATHILAKE K D P P.Antioxidant activities of hydro-methanolic extracts of Sri Lankan edible flowers[J].Biocatalysis and Agricultural Biotechnology, 2021, 35:102081.