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外源添加物处理对苦荞芽主要活性成分及黄酮代谢组学的影响认领

被引量： 2

作者：

彭文苹

学位授予单位：

安徽工程大学

摘要：

苦荞(Fagopyrum tataricum（L.）Gaertn.)是一种药食同源类作物,因含有丰富的蛋白质、微量元素及各种具有抗氧化活性的类黄酮、必需氨基酸等而使其研究价值远高于其他荞麦品种。许多研究表明,苦荞萌发以后黄酮等次级代谢产物增加,降血糖、降血脂、抗氧化和清除自由基的作用显著增强,因此探究苦荞芽黄酮类化合物的富集机理将变得十分重要。环境胁迫影响植物的生长状态和代谢平衡。近年来,越来越多的研究人员将研究目光转移到植物的胁迫适应性方面,试图从分子和基因角度探明植物能够适应环境胁迫的发生、改变其代谢途径并达到机体动态平衡的原因。本研究以苦荞为研究对象,按照前期经验总结选取咖啡酸、L-Phenylalanine（L-Phe）和Na Cl三种溶液作为外源添加物,营造苦荞萌发的胁迫环境,研究苦荞在这三种溶液单独及协同条件下的萌发特性、苦荞芽中主要生物活性成分、总黄酮的体外消化前后的抗氧化能力以及其代谢物的差异,筛选适宜黄酮富集及苦荞萌发的最优条件,为胁迫促进苦荞萌发和富集黄酮提供新的思路,为苦荞黄酮功能食品的研究提供理论基础。主要内容如下:1、采用单因素试验和响应面优化试验探索了苦荞在外源溶液咖啡酸、L-Phe和Na Cl处理下的萌发特性,确定了这三种溶液协同作用下最优的浓度配比。结果表明:三种溶液单独处理时,在适宜的浓度范围内均能有效改善苦荞的萌发率、萌发特性、芽长及种子的生长活力指数等,增加总黄酮的含量;经响应面优化实验优化并结合实际情况选择以咖啡酸17 mg/L、L-Phe 2.7 mmol/L和Na Cl 2.7 mmol/L三种溶液协同（T4）处理,测得苦荞芽总黄酮含量为6.94 g/100 g DW,与对照组（CK）相比显著提高21.97%（P<0.05）,且比响应面预测条件提高6.12%;并且在此条件下,苦荞芽的发芽势、发芽指数、促进率、茎长和芽长都达到最高,分别为97.33%、112.40、40.44%、5.80 cm和15.83 cm。2、研究咖啡酸、L-Phe和Na Cl三种外源溶液单独及协同处理对苦荞萌发过程中主要营养成分含量的影响。研究表明:苦荞总黄酮含量随着种子萌发而增加,在T4组条件处理萌发3、5和7 d后,总黄酮含量均达到最高,分别为5.24、6.30和6.82 g/100 g。咖啡酸、L-Phe和Na Cl协同处理对萌发苦荞总酚含量的增长效果优于单独处理组,T4组处理萌发7 d后,苦荞芽总酚含量达到17.04 mg/g。外源添加物会刺激苦荞芽体可溶性蛋白质的增加来抵御细胞的胁迫损伤,而且可溶性蛋白的含量随着外源物质浓度的增加而增加。种子萌发会消耗可溶性糖的含量,T4组在种子萌发7 d时,芽体中可溶性糖含量比CK组显著减少了53.05%（P<0.05）。而萌发7 d时芽中还原糖含量达到最高,T4组条件下可以达到19.12 g/100 g,分别比种子和CK组高出416.78%和37.09%（P<0.05）。种子萌发和外源添加物刺激会使膜脂过氧化加剧,丙二醛含量增加,且随着外源添加物浓度的增加而增加,而L-Phe可以缓解膜脂过氧化的程度。3、研究了咖啡酸、L-Phe和Na Cl三种外源溶液单独及协同处理对萌发苦荞体外消化前后的总黄酮、总酚含量以及抗氧化能力。研究表明:T4条件下口腔、胃和肠期的总黄酮含量均达到最高,分别为1.32、2.25和3.51g/100 g,显著高于CK组（P<0.05）,生物利用度为51.50%;T4组总酚含量在肠消化后比未消化前降低了73.26%（P<0.05）,生物利用度仅为26.74%;萌发7 d的苦荞芽中DPPH自由基的清除能力为174.74μmol TE/g;T4组在肠期消化后,DPPH自由基清除能力可以达到155.21μmol TE/g,生物利用度达到88.82%;ABTS自由基清除能力在苦荞芽萌发5-7 d时显著增加,其中萌发7 d的芽苗中,T2和T4组处理下,芽中ABTS自由基清除能力最强,且二者在数值上无显著差异;T4组肠期消化后,ABTS自由基清除能力比未消化前降低了29.65%,生物利用度为70.35%;苦荞芽萌发7 d时,T4组的总抗氧化活性（FRAP）比CK组增加了37.78%（P<0.05）;随着消化过程的进行,芽中FRAP逐渐增加,肠期CK组FRAP为21.24μmol TE/g,比种子增加了224.52%（P<0.05）,而T4组处理后的苦荞芽在肠期消化以后生物利用度为62.19%,远低于DPPH自由基清除能力的生物利用度,说明不能利用单一的总抗氧化活性评定标准来评价苦荞的抗氧化能力。4、采用非靶向代谢组学方法研究在咖啡酸、L-Phe和Na Cl这三种外源溶液单独及其协同处理对苦荞萌发过程中差异代谢物及其KEGG代谢通路的影响。研究表明,苦荞萌发后,体内多种代谢途径被唤醒,机体为了适应生长和胁迫带来的影响而激发多种代谢产物以维持系统稳态和生物体所需。代谢组学共鉴定和注释了1449种代谢物,包括163种黄酮类化合物、140种有机含氧化合物、22种异黄酮等。各处理组与Seed组相比,萌发后的苦荞芽中DEMs主要富集在不饱和脂肪酸的生物合成、角质,木栓质和蜡质生物合成、脂肪酸的生物合成和苯丙氨酸,酪氨酸和色氨酸的生物合成等代谢通路;而T4的DEMs还多集中在苯丙氨酸代谢和黄酮类化合物的生物合成代谢通路。此外,苦荞经T4处理萌发后,通过上调苯丙氨酸代谢和黄酮类化合物的生物合成等途径中的代谢物,引起代谢途径中相关化合物的合成与转化,使机体适应胁迫的同时促进黄酮类化合物的富集。本研究揭示了在T4处理下的三种外源添加物对苦荞萌发、机体适应胁迫以及黄酮类化合物富集的影响机制,为萌发苦荞适用于黄酮富集及苦荞功能性食品的大规模、安全生产等方面的提供理论依据。

摘要译文

关键词：

苦荞; 萌发; 咖啡酸; L-Phe; NaCl; 胁迫; 代谢组学

学位年度：

2023

学位类型：

硕士

学科专业：

食品科学与工程

导师：

王顺民

中图分类号：

TS210.1[基础科学]

学科分类号：

0822[轻工技术与工程];083203[粮食油脂及植物蛋白工程]

D O I：

10.27763/d.cnki.gahgc.2023.000056