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前沿 | 竹笋主要化学成分及其口味评价研究

原创: 混血王子1992 世界竹藤通讯 竹笋作为我国传统食物,已有2500余年的历史,有关笋的研究一直没有间断过。之前有关竹笋化学成分和风味的报道很多,但由于技术和方法等问题,其研究结果并不全面,存在一定误差。国际竹藤中心的研究人员近年来一直从事竹笋化学成分及其口味的研究,并有了新的发现和认识,其研究成果分别在国际食品领域权威期刊Journal of Agricultural and Food C

原创: 混血王子1992 世界竹藤通讯

竹笋作为我国传统食物,已有2500余年的历史,有关笋的研究一直没有间断过。之前有关竹笋化学成分和风味的报道很多,但由于技术和方法等问题,其研究结果并不全面,存在一定误差。

国际竹藤中心的研究人员近年来一直从事竹笋化学成分及其口味的研究,并有了新的发现和认识,其研究成果分别在国际食品领域权威期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry和Food & Function上发表。

为使更多的国内读者及时了解竹笋食用特性的最新研究成果,本刊对原文内容进行了归纳总结,以中文形式呈现给读者。

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原文刊载于《世界竹藤通讯》2019年第2期,纸刊将于近期出版,本文为首发!关注“世界竹藤通讯”微信公众号,联系编辑部订阅!

 


本成果的文章作者参见Journal of Agriculture and Food Chemistry和Food & Function杂志上原文作者;本文为孙嘏/高全翻译整理。



 

摘要:竹笋营养丰富,在中国是一种传统的佳肴,但是关于其营养成分的化学研究以及口味的评价鲜有报道。本研究通过经典的植物化学分析方法,从毛竹笋中分离得到包括2个新化合物在内的20个天然产物,并对其含有的氨基酸、核苷酸以及糖类化合物进行定量分析,明确了不同成分对竹笋不同口味的影响。采用代谢组学结合植物化学分析,以及口尝打分的方法明确了L-苯丙氨酸为影响竹笋苦味的苦味因子。研究结果明确了竹笋主要化学成分,评价出影响竹笋口感的主要苦味因子,纠正了一些关于竹笋报道的传统认识,为进一步开展竹笋加工利用提供指导。

 

竹子是多年生常绿植物,其幼芽被称为竹笋。竹笋是“菜中珍品”,味香质脆,在中国是一种传统佳肴,食用和栽培的历史已达2 500余年。竹笋味道鲜美,而且营养丰富,是世界上最受欢迎的5大保健食品之一。作为竹笋主产国,中国有100多种不同口味的可食用竹笋,其中产量最大的是毛竹笋,其冬笋的收获期是每年的12月至次年的1月。大多数新鲜竹笋具有一种苦涩味,但苦味的程度各不相同。例如,苦竹笋有很苦的味道,而甜龙竹竹笋的苦味几乎无法察觉。在中国传统食典中,苦味食物对人的健康是有益的,而竹笋的苦味可能是由于其含有的次生代谢产物所导致的。

当前关于竹笋的研究已有较多报道。竹笋的含水量约为85%,竹笋提取物具有抗氧化和血管紧张素转换酶抑制活性。大多数的研究表明其主要活性成分是黄酮类化合物和酚酸,这一结论主要是基于对竹叶和其他蔬菜化学成分的研究结果。目前,对于竹笋的植物化学研究鲜有报道,在相同的分析条件下,本研究将竹叶和竹笋中的黄酮和酚酸含量进行比较,发现竹叶提取物中黄酮和酚酸含量较高,而竹笋中的黄酮和酚酸含量较少。为了进一步对竹笋中黄酮类化合物和酚酸类化合物的提取和纯化方法进行优化,尝试了多种试验方法,但结果表明,竹笋中的酚酸类和黄酮类化合物的确很少。此外,对竹笋提取物紫外光谱和质谱分析的结果也显示出与黄酮类和酚酸不匹配的数据。

竹笋营养丰富,作为传统蔬菜在中国具有极大的市场前景,但是其化学组成成分不明以及主要活性成分和苦味因素不确定,严重阻碍了其深入研究和实际生产。因此,本研究采用经典的植物化学方法,对主要品种竹笋的代谢产物进行分离鉴定,明确了毛竹笋的化学成分以及竹笋中的主要营养成分。在此基础上,通过比较16种竹笋中化学成分,结合代谢组学的方法,明确了竹笋中的主要苦味因子。

材料方法与数据处理

1.1  毛竹笋化学成分分析

新鲜的毛竹笋于2015年采集于浙江省杭州市,保存于国际竹藤中心样品库。使用经典的植化方法对其主要代谢产物进行提取、分离以及结构鉴定。50 kg新鲜竹笋粉碎后过300目纱布,过滤后残渣使用60%乙醇(40 L)常温提取3次,每次72 h,将提取液和此前的滤液合并后减压浓缩至膏状,然后通过大孔树脂和凝胶柱层析以及半制备高效液相色谱对其化学成分进行分离、制备,并通过紫外、红外、质谱、核磁等技术手段进行结构鉴定。

从毛竹笋中共分离得到包括2个新化合物在内的共20个化合物,2个新化合物分别为腺嘌呤环丁烷四醇碳酸苷和(-)-(7R,8S)-(4-羟基-3-甲氧基苯基甘油9-O-β-D-[6-O-4-羟基-3-甲氧基苯甲酰])-吡喃葡萄糖苷;18个已知化合物分别是胞苷、2’-脱氧胞苷、腺嘌呤、腺苷、2’-脱氧腺苷、尿嘧啶、尿苷、2’-甲氧基腺苷、鸟嘌呤、鸟苷、2’-脱氧鸟苷、胸苷、L-色氨酸、L-苯丙氨酸、L-酪氨酸、咔啉、(-)-(6S,9R)-顺式玫瑰糖苷以及(-)-(6S,9R) -玫瑰糖苷。

1.2  主要氨基酸、核苷酸定量分析以及糖类化合物含量检测

根据前期的化学成分鉴定结果,建立了竹笋中主要氨基酸和核苷酸的定量分析液相色谱方法,12种目标化合物的回归曲线、LOD以及LOQ等检测指标均符合定量分析要求。对于糖类化合物含量的检测结果表明,葡萄糖、果糖和半乳糖的含量为(2.04±0.54) g/kg,(9.11±1.02) g/kg和(0.24±0.08) g/kg,果糖是竹笋中主要的糖类化合物。根据研究结果,这些化学成分影响着鲜竹笋的味道,果糖含量高使竹笋尝起来甜,核苷酸则提供鲜味。此外,化合物2是一种新的腺苷,具有一个罕见的碳酸苷七项环基团,被认为是一种新的代谢途径的标记物。此外,本研究所建立的竹笋化学成分分析方法,可适用于其他种类的竹笋。

1.3  竹笋苦味分级及苦竹笋化学成分分析

从四川、广东、浙江等地采集16种不同种类的新鲜竹笋,根据苦味程度将其分为4个苦味等级,分别为非常苦、苦、微苦以及不苦,代表竹笋竹种分别为苦竹笋、木竹笋、麻竹笋以及甜龙竹笋。

使用前期研究建立的方法从苦竹笋中分离得到14个化学成分,分别为:L-苯丙氨酸,胸苷,腺嘌呤,胸嘧啶,鸟苷,L-色氨酸,脱氧腺苷,胞苷,脱氧胞苷,尿苷,L-鸟氨酸,脱氧鸟苷,腺苷和4-羟基苯甲酸。使用梯度浓度盐酸小檗碱作为参照,按照文献中报道,将苦味分为不同等级,并选取60名志愿者分别按照标准规范进行口头苦味评价,志愿者的平均年龄为35岁,且均无鼻炎以及咽炎等影响因素。将从苦竹笋中分离得到的化合物分别配制成梯度溶液,志愿者按照此前的评价标准对不同化合物的苦味进行评价,确定L-苯丙氨酸为影响竹笋苦味的主要化学成分。

1.4  竹笋苦味因子评价

通过液相色谱结合代谢组学的方法,对4种不同苦味级别的代表性竹笋中的苦味影响因素进行化学分析。最终确定L-苯丙氨酸是竹笋中最苦的成分,其口腔味觉评价结果与定量的LC-MS结果相一致。因此,L-苯丙氨酸的含量可能是影响竹笋苦味的最重要因素,至少对本研究所调查的4种竹笋而言是如此。

结论与讨论

本研究利用植化方法从毛竹笋中分离制备得到20个化合物,包括2个新化合物,并对其含有的氨基酸、核苷酸以及糖类化合物进行了定量分析,此外,评价了不同成分对竹笋口味的影响。将不同种类的竹笋分成不同苦味等级,并采用代谢组学和植化结合的方法对其苦味因子进行评价,确定影响竹笋苦味的主要因素是L-苯丙氨酸。这些结论对于竹笋化学成分以及苦味影响因子的研究具有重要意义。本研究不仅揭示了竹笋苦味的成分,而且为评价天然食品的苦味,以及可能的其他口味或营养成分提供了一种新的方法。

1)竹笋中主要构成是纤维素和木质素,食用过多会对胃造成损伤,导致胃出血。笋中主要成分有糖、氨基酸、核苷等,营养价值丰富,而传统认为的草酸、氢氰酸盐等含量很低,对人体不足以造成伤害,但由于含糖量较高,建议糖尿病人少量食用。

2)此前对竹笋中黄酮类化合物和酚酸的研究,可能把芳香氨基酸和核苷酸误认为是黄酮类化合物和酚酸,造成错误的主要因素是这些化合物在使用高效液相色谱检测时具有相邻的保留时间。从植物生理学的角度来看,我们本研究获得的结果也与理论分析相一致;竹笋处于竹子的初级代谢阶段,因此不应含有高水平的次生代谢产物,如类黄酮和酚酸。

3)研究发现影响竹笋苦味的主要化学成分是L-苯丙氨酸,这与传统观点认为主要苦味因素是氢氰酸盐相矛盾,此外,LC-MS检测结果中并未发现这一类化合物。根据已有的报道,本研究是第一次评估利用这些特殊的技术手段分析竹笋的苦味。