中国野生菰米和北美菰米抗氧化能力的比较

论文总字数：13695字

摘 要

通过比较中国菰米、北美野生菰米、驯化菰米、抛光菰米和黑米、白米总黄酮和花色苷含量的差异，利用体外抗氧化评价方法评价六种谷物抗氧化能力的差异，揭示种属和处理方法对抗氧化物质和能力的影响，为菰米作为有色稻米防治以氧化应激为基础的影响相关慢性病奠定基础。方法 根据文献报导的方法对实验组和对照组抗氧化物质总黄酮和花色苷的含量进行测定，对四种菰米和黑米、白米的抗氧化粗提物的DPPH自由基的清除能力、羟自由基的清除能力和超氧阴离子的清除能力进行比较。结果 黑米的总黄酮和花色苷含量最高，同时抗氧化能力最强，白米最低。四种菰米中，中国菰米的总黄酮和花色苷含量及其抗氧化能力优于北美菰米。驯化菰米和抛光菰米的总黄酮、花色苷含量和抗氧化能力低于野生菰米。结论中国菰米和北美野生菰米的抗氧化物质和抗氧化能力虽不如黑米，但仍含有较为丰富的抗氧化物质，具有较强的抗氧化能力，且优于驯化和处理后的菰米，用野生菰米替代白米可能具有预防以氧化应激为基础的慢性病的作用。

关键词：中国菰米，北美菰米，抗氧化物质，抗氧化能力

Comparison of Chinese wild rice and wild rice in North America determination of antioxidants and antioxidant capacity

Abstract： Objective Based on the comparison of Chinese wild rice, wild rice in North America, domestication of wild rice, polished wild rice and black rice, rice total flavonoid and anthocyanin content differences, differences in the vitro antioxidant evaluation method evaluation of six grain antioxidant capacity to reveal species and treatment methods on antioxidant substances and ability, for wild rice as colored rice control to oxidative stress to lay the foundation for impact on the basis of related chronic diseases. Methods According to the method reported in the literature on the experimental group and the control group antioxidant flavonoids and anthocyanin content were measured, on four kinds of wild rice and black rice, rice antioxidant crude extract of DPPH free radical scavenging activity, hydroxyl radical scavenging ability and superoxide anion scavenging capacity comparison. Results Black rice total flavonoid and anthocyanin content was the highest, and the strongest antioxidant capacity of rice, the lowest. Four kinds of wild rice, wild rice Chinese total flavonoids and anthocyanin content and antioxidant capacity is better than the North American wild rice. Total flavonoids, domestication of wild rice and wild rice polishing the anthocyanin content and antioxidant capacity than the wild wild rice. Conclusion Chinese wild rice and North American wild rice of antioxidants and antioxidant ability, though not black, but still contains abundant antioxidant substances, has a strong antioxidant capacity, and better than domestication and processing of wild rice, wild meters instead of white rice may have to prevent oxidative stress as the basis of chronic disease.

Key words： China wild rice; North American wild rice; antioxidant substance;antioxidant capacity

主要缩略词表

Abbreviations

1	DPPH(1，1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl )	1,1-二苯基-2-三硝基苯肼
2	GI（glycemic index）	血糖生成指数

中国菰米和北美菰米抗氧化物质的测定和抗氧化能力的比较

前言

菰米(wild rice)属于全谷物，在世界范围内共有4种亚种，分别是Zizania latifolia (Griseb) Turcz、Zizania. aquatical L、Zizania palustris L和Zizania texana Hitche 。第一种主要产于中国、越南等东亚地区，而后三种则主要产于北美，其中Zizania aquatical L 为北美野生菰米，目前主要分布在纬度较高的美国苏比利尔湖区域和加拿大马尼托巴水域，产量相对较低，受气候影响较大，约占市场菰米产量的20%。Zizania. palustris L菰米经过驯化后，大量种植在美国五大湖区域，产量高，约占市场份额的80%。菰米呈圆柱形，长约1至1.5厘米，和北美菰米相比，中国菰米长度较短，并且两种菰米的颜色也有差异，中国野生菰米为红棕色，而北美菰米呈墨绿色^[1]。

我国野生菰米资源非常丰富，尤其是华北、华东的沟塘、湿地和湖泊生长着大量的野生菰米^[2]。植物学研究表明，菰米起源于北美，之后传播到东亚等地。我国菰米有着非常悠久的食用历史，3000多年前就有记载。由于菰米的营养价值高、风味独特，从二十世纪末期菰米的收到关注，对菰米的需求也不断增加。但是由于菰米种属特性，其产量不高，且种子成熟不同步，使其产量非常有限，因此自1960年起，美国农业研究机构开始进行菰米的驯化研究，驯化后的菰米产量大大增加，成熟基本同步，最终实现了对菰米的商品化，得以在世界各地销售，并且销售量持续上升。菰米作为的产业创造了巨大的经济利益，1999年菰米的产量为2.3亿磅。

我国从2002年开始进口北美菰米，包括北美野生菰米和驯化菰米，由于价格昂贵（每斤约60元），主要用于高档菜肴的配料。同时全谷物菰米由于烹饪时间需要较长，因此为了方便食用，对北美野生菰米进行了抛光处理，从而缩短其烹饪时间。遗憾的是，我国菰米虽然资源极其丰富，但目前并没有得到重视，菰米属于无人采摘自生自灭的状态，而同时我们却在进口高昂的野生菰米。营养分析显示菰米富含蛋白质，脂肪含量低，同时富含膳食纤维、矿物质和维生素，并且可能含有多种植物化学物^[3,4]。研究表明，菰米具有很多生理功能，张红等报道，中国和北美菰米都具有改善脂代谢紊乱大鼠脂毒性的作用^[5,6]。同时，中国菰米还具有改善高脂诱导大鼠胰岛素抵抗的作用[7,8]。研究还表明，菰米是低血糖生成指数（GI）食物，其对血糖的影响远远小于精米面^[9]。此外，菰米对肠道菌群也有良好的调节作用，Kylli等的研究结果显示，植物多酚类化合物如花青素，对肠道病原菌包括杆菌有抑制作用^[10]。菰米是有色稻种，研究显示中国菰米可以缓解高脂、高胆固醇膳食诱导的大鼠的氧化应激水平的升高，降低炎性因子和脂肪因子的水平^[5,6]。但是目前对菰米的体外抗氧化特性的研究还不多，尤其是对不同来源的菰米品种之间差异的研究非常欠缺，因此本次实验着重对中国菰米、北美野生菰米、北美驯化菰米以及抛光菰米的抗氧化物质和抗氧化能力进行测定比较，旨在揭示不同来源和处理对菰米抗氧化物质和能力的影响，为菰米防治氧化应激相关疾病提供一定的参考，也为我国菰米的开发提供理论的支持。

菰米属于有色稻种，对中国菰米的色素研究表明，菰米可能含有黄酮类化合物和花色苷^[1,3]。黄酮类化合物广泛的分布于各类植物。研究发现，黄酮类化合物的药理作用和其抗氧化活性有着直接联系。黄酮类化合物酚羟基上有的氢原子，氢离子能够和过氧自由基结合，最终产生黄酮自由基，黄酮自由基能与其他自由基发生反应，从而终止自由基的链式反应，达到清除自由基的作用。黄酮类化合物有多种生理功能，如抗菌、抗癌、抗炎以及预防心血管疾病的作用^[11,12]。流行病学调查和实验研究表明^[11-13]，植物来源的黄酮类化合物有抗氧化、抗炎、抗动脉粥样硬化以及抗肿瘤的生物学功效^[14,15]。

花色素与糖以糖苷键结合而成的一类化合物被称为花色苷。花色苷属于类黄酮的一种，是以黄酮核为基础，广泛分布于植物的深色部位。花色苷具有良好的抗氧化性，具有清除自由基、抗炎、抗癌和调节糖脂代谢等生物学效应，被用于预防糖尿病和动脉粥样硬化等营养相关慢性病^[16]。花色苷的分布非常广泛，是高等植物最常见的水溶性色素，尤其在有色稻米（黑米、玉米等）、有色薯类（紫薯等）、蔬菜（紫甘蓝、紫洋葱）和深色浆果（蓝莓、葡萄）中含量丰富，说明通过调整我们的膳食结构可以从日常饮食中获得大量的花色苷，从而达到预防营养相关慢性病的效果^[17]。

抗氧化功能评价包括体内抗氧化评价和体外抗氧化评价两种方法。体内抗氧化方法相对较为准确，考虑到了消化吸收可能对抗氧化物质的影响，但费用昂贵、耗时长。体外抗氧化方法快捷、简单，因此被广泛应用，尤其是大量样本的初筛^[18]。体外抗氧化测定方法多样，主要分为：清除自由基为基础的方法、抗脂质过氧化能力测定方法、评价还原能力的测定方法三大类，而清除自由基为基础的方法目前应用的最为广泛，包括DPPH法、羟自由基清除能力、ABTS法、超氧阴离子自由基清除能力^[19]。

综上所述，本研究通过比较不同来源菰米(中国菰米、北美野生菰米、北美驯化菰米、抛光菰米)、黑米和白米总黄酮和花色苷含量的差异，利用体外抗氧化评价方法评价不同来源菰米抗氧化能力的差异，并与黑米和白米做比较，揭示产地和处理方法对菰米抗氧化物质和能力的影响，为菰米作为有色稻米防治以氧化应激为基础的影响相关慢性病奠定基础。

1. 实验材料与方法

1.1样品及分组

从上海飞利蒙贸易有限公司购买的北美野生菰米、北美抛光菰米、北美驯化菰米。中国菰米采摘于江苏宝应骆马湖水域，晒干，手工脱粒，室温保存。黑米、白米购自南京农贸市场，黑米是公认的具有强抗氧化特性的有色谷类，因此在本试验中黑米作为阳性对照组，而白米为阴性对照组。

1.2 实验试剂与器材

1.2.1 主要试剂：

抗超氧阴离子自由基试剂盒、羟自由基测定试剂盒均购自南京建成生物工程研究所。DPPH（Sigma公司），4％NaOH溶液，5％NaNO₂溶液， 10％Al(NO₃)₃溶液，甲醇，芦丁对照品实验中所用的试剂均为国产分析纯。

1.2.2 主要仪器：

80-2型离心机：上海手术器厂

JA2003型电子天平：上海精科天平厂

722型分光光度计：上海第三分析仪器厂

RE52CS旋转蒸发器：上海荣亚升华仪器厂

电热恒温水浴锅：上海精宏实验设备有限公司

1.3 检测方法

1.3.1 抗氧化物质的测定

1.3.1.1总黄酮的测定

依照丁周波^[20]的方法，测定中国菰米、北美野生菰米、抛光菰米、驯化菰米及黑米、白米总黄酮含量。

1.3.1.1.1芦丁标准溶液的制备

准确称取芦丁10 mg，置50ml容量瓶中，加入甲醇溶解，定容至刻度后，摇匀，得到芦丁含量为0.20 mg/ml的对照液。

1.3.1.1.2芦丁标准曲线的制备

分别吸取芦丁对照液0.0 ml、1.0 ml、2.0 ml、3.0 ml、4.0 ml、5.0 ml至25 ml的容量瓶中，加入双蒸水补足5 ml；随后加入5%的NaNO₂溶液1ml，摇匀后静置6min；加入10%Al(NO3)₃溶液1ml，摇匀后静置6min；加入4%NaOH溶液10ml，摇匀，蒸馏水定容至刻度，摇匀后静置15min；500nm波长处测定吸光度。以横坐标为浓度，纵坐标为测定样本吸光度值，绘制标准曲线，并进行线性回归。

1.3.1.1.3 样品的提取与测定

四种菰米、黑米和白米均粉碎备用。称取4g四种菰米、黑米和白米粉，滤纸包裹后置于索氏提取器中，经80℃甲醇通过6h的回流提取，过滤后定容至100ml备用。

吸取待测溶液4ml于25ml的容量瓶中，加入5%的NaNO₂溶液1ml，摇匀后静置6min；加入10%Al(NO3)₃溶液1ml，摇匀后静置6min；加入4%NaOH溶液10ml，摇匀，蒸馏水定容至刻度，摇匀后静置15min；500nm波长处测定吸光度；将吸光光度值带入芦丁标准曲线的回归方程中计算浓度。

1.3.1.2花色苷的测定

参照张名位的方法测定六种谷物中的花色苷含量。称取四种菰米和黑米和白米2g；10mL 酸性乙醇溶液（95%乙醇和1.5mol/L HCL的混合液（85/15,V/V）），60℃的水浴锅中抽提5小时；定容至10mL，摇匀后静置；取上清液于535nm处测定，测定三次，取平均值。以OD=1作为1个花色苷单位，再将每克待测谷物所含的花色苷的单位来代表其花色苷的含量，表示为ug。将花色苷的含量（ug）表示为OD×10/w，w是待测米的重量（g）。

1.3.2 抗氧化能力的测定

1.3.2.1 四种菰米、黑米和白米抗氧化粗体物的制备

参照张名位的方法制备六种谷物抗氧化粗提物^[21]。六种谷物粉碎，准确10g，用滤纸包裹后至于索式提取器中，石油醚150mL， 80℃、2h脱脂；取出室温下挥干石油醚；菰米移至100mL的烧杯中，加入60％的乙醇100mL，60℃浸提3h，重复两次；合并浸提液，过滤后于旋转蒸发仪60℃蒸干，得受抗氧化成分粗提物。15mL的 60％的乙醇溶解粗提物，离心取上清备用。每种谷物做三个平行样。

1.3.2.2 DPPH自由基清除活性的测定

参照文献报道的方法^[22]测定六种谷物抗氧化粗提物对DPPH自由基的清除能力。称取DPPH 10mg，95%乙醇溶解，并定容至250mL，得1×10-4mol/L的储备液， 4℃ 保存备用。按表1来进行加样，混匀后背光处静置30min，乙醇调零， 517nm测定吸光光度值，每次测定读数三次，取平均值。

DPPH自由基清除率（I）：I=[1-(Ai-Aj)/Ac] ×100%。

表1 DPPH法测定加样量

	Ai	Aj	Ac
DPPH	2mL		2mL
乙醇		2mL	2mL
待测液	2mL	2mL

1.3.2.3羟自由基清除能力

按照试剂说明书准备试剂。37℃水浴预热3min，并在37℃水浴进行实验操作。按表2加样，混匀后于37℃反应1分钟；立即加入2mL显色剂，混匀，室温静置20分钟；于波长550nm测定吸光度值，每次测定读数三次，取平均值。抑制羟自由基能力公式如下：

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