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山药-蛹虫草双向发酵的抗氧化活性增效性

放大字体  缩小字体 发布日期:2021-09-06
核心提示:山药(Dioscorea oppositifolia L.)是传统的药食同源食物,是《中华本草》收载的草药,山药提取物具有抗氧化活性,可用于清除自由基。山药中富含淀粉、纤维素等物质,可以用作食药用真菌发酵底物。蛹虫草又名北冬虫夏草,是一种常用的食药用真菌,能代谢产生核苷类、多糖类、甾醇、氨基酸等生物活性物质,且虫草素含量和抗氧化活性高于冬虫夏草。
   山药(Dioscorea oppositifolia L.)是传统的药食同源食物,是《中华本草》收载的草药,山药提取物具有抗氧化活性,可用于清除自由基。山药中富含淀粉、纤维素等物质,可以用作食药用真菌发酵底物。蛹虫草又名北冬虫夏草,是一种常用的食药用真菌,能代谢产生核苷类、多糖类、甾醇、氨基酸等生物活性物质,且虫草素含量和抗氧化活性高于冬虫夏草。
 
  南阳理工学院生物与化学工程学院 河南省工业微生物资源与发酵技术重点实验室的李慧星、许 彬*等人通过测定菌质和山药的超氧阴离子自由基(O2-?)清除率、2,2-二苯基-1-苦基肼(DPPH)自由基清除率和羟自由基(?OH)清除率来评价两者的抗氧化活性差异,并通过抗氧化活性成分含量的测定、高效液相色谱(HPLC)指纹图谱、扫描电子显微镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪分析研究菌质和山药存在抗氧化活性差异的原因,为将山药-蛹虫草菌质开发成相关抗氧化食品提供依据。
 
  1、菌质的抗氧化活性
 
  由图1可知,山药-蛹虫草双向发酵过程中,菌质对各种自由基的清除率随发酵时间延长而提高,在发酵前2 d,菌质自由基清除率变化不显着(P>0.05),而在发酵2~8 d,菌质自由基清除率有明显提高,在发酵时间达到8 d以后,菌质自由基清除率总体来说变化不显着(P>0.05)。在发酵前2 d,菌丝刚萌发,在基质中局部分布(图2A),因此菌质整体的抗氧化活性未发生明显改变。当发酵8 d后,菌丝已经基本布满基质(图2B),发酵接近终点时菌质的抗氧化活性基本稳定,相对于发酵初期有显着提高(P<0.05),说明菌质的抗氧化活性与菌丝的生长存在一定相关性。
 
  发酵结束后山药和菌质的抗氧化活性如表2所示。菌质的各项自由基清除率均显着高于山药的自由基清除率(P<0.05),说明山药经蛹虫草发酵后得到的菌质其抗氧化活性明显提高。因此,可以认为山药-蛹虫草双向发酵在抗氧化活性方面具有增效性。
 
  2、山药和菌质的抗氧化活性成分含量分析结果
 
  除总多糖外,菌质中各种抗氧化活性成分含量均显着高于山药(P<0.05)(表3),这与张志才等的研究结果一致。山药-蛹虫草双向发酵后菌质总多糖含量降低,这是由于蛹虫草在发酵过程中分解利用了山药中总多糖。山药-蛹虫草双向发酵后,菌质中总酚、总黄酮和总皂苷含量显着提高(P<0.05),因此菌质的抗氧化活性高于山药的抗氧化活性。
 
  3、HPLC指纹图谱分析结果
 
  由图3和表4可知,4、7、11、15号峰在山药和蛹虫草菌丝中均未出现,参考潘扬等对HPLC图谱中新物质的判定方法,可以认为这4 种物质是山药-蛹虫草双向发酵后生成的新物质。3、12、23、24号峰在菌质和蛹虫草菌丝中出现,而在山药中未出现,表明这4 种成分是蛹虫草发酵后生成的物质,进一步与图4对比分析,3号峰对应的物质为虫草素。5、8、9、13、14、16号峰在菌质、山药中均有出现,但菌质中这6 种物质的相对峰面积相明显减小,9、13号峰相对峰面积减小尤为明显,说明这几种成分被蛹虫草代谢分解或转化为其他成分。图3山药中的1号峰和10号峰在菌质中没有检测到,可能是由于蛹虫草的代谢作用改变了这两种物质的结构。17~22号峰(保留时间为74.3~87.5 min)在菌质、山药、蛹虫草菌丝中均有出现,与图5对比可知,保留时间在该范围内的物质应为五环三萜类化合物。由于蛹虫草菌丝是以马铃薯培养基培养的,而该培养基的主要成分为马铃薯提取液。马铃薯中含有三糖五环三萜类化合物,与薯蓣皂苷具有相同的骨架结构,因此在HPLC指纹图谱中与薯蓣皂苷的保留时间接近,且相对峰面积也接近。在从马铃薯琼脂培养基斜面上分离蛹虫草菌丝时有培养基残留,因此图3各物质提取物中都出现了五环三萜类化合物的特征峰。由以上分析可知,菌质和山药的成分存在较大差异,菌质因蛹虫草的代谢作用产生了山药中原本不存在的物质,并改变了山药中原有成分的含量,这可能是菌质抗氧化活性高于山药的另一个原因。
 
  4、山药和菌质的SEM图观察结果
 
  由图6A可知,山药表面有褶皱,形态完整、连续。由图6B可知,菌质的形态和结构发生变化,山药基质的表面附着有蛹虫草菌丝体,表面褶皱减少、形态不再完整,有碎片分布。说明山药的完整结构因蛹虫草菌丝的生长和分解作用而被破坏,活性物质更加容易提取,这也是菌质抗氧化活性提高的原因之一。
 
  5、山药和菌质的FTIR分析结果
 
  山药和菌质的FTIR结果如图7所示。山药和菌质的FTIR图在2 000~1 845 cm-1和710~576 cm-1范围内有差异。苯环上有取代基的物质在2 000~1 660 cm-1内存在低强度的特征吸收峰,环醚在该区域也存在低强度的多个吸收峰,结合多酚类化合物的分子结构以及刘琪关于橡子果仁多酚研究的红外光谱图,推断图7中2 000~1 845 cm-1区域内的吸收峰是由多酚中的共轭双键(C=C)和邻取代芳烃(C-H)结构的伸缩振动产生的。菌质相比山药在2 000~1 845 cm-1区域的吸收峰更明显。结合总酚测定结果,推断这种差异可能是由于蛹虫草发酵山药后产生了更多的多酚类物质。1 650~500 cm-1范围内的吸收峰属于山药的特征吸收峰,860~500 cm-1范围内的吸收峰主要是由多糖、纤维素、皂苷中糖苷键振动产生的
 
  结 论
 
  山药经蛹虫草双向发酵后,菌质的各项自由基清除率明显高于山药,说明菌质的抗氧化活性优于山药,山药-蛹虫草双向发酵体系在抗氧化活性方面具有增效性。菌质成分的种类和含量变化、菌质结构变化是产生抗氧化活性增效性的主要原因。由活性成分含量分析可知,山药-蛹虫草菌质中总酚、总黄酮和总皂苷含量明显高于山药;由HPLC指纹图谱分析结果可知,山药-蛹虫草菌质提取物的HPLC指纹图谱与山药提取物图谱有明显不同,不仅产生了一些山药中不存在的新成分,而且山药中原有成分的含量也发生明显变化。由SEM分析结果可知,蛹虫草对山药的空间结构有分解破坏作用,利于蛹虫草利用山药基质生成活性物质。由FTIR分析结果可知,蛹虫草代谢了山药中的多糖、纤维素等碳源物质,生成了多酚类物质等。结果表明菌质成分的种类和含量变化、菌质结构变化是产生抗氧化活性增效性的主要原因。
 
 
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