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        雁北嗜藍孢孔菌固態(tài)發(fā)酵對谷物總酚含量及抗氧化性能的影響

        2023-04-25 00:00:00徐莉娜郭尚李艷婷
        關鍵詞:抗氧化性總酚谷物

        關鍵詞:雁北嗜藍孢孔菌; 固態(tài)發(fā)酵; 谷物; 總酚; 抗氧化性

        中圖分類號:TS210.1 文獻標識碼:A 文章編號:1671-8151(2023)03-0112-07

        嗜藍孢孔菌屬(Fomitiporia)真菌是一類非常重要的藥用真菌,多糖、脂肪酸、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)豐富,還含有三萜、維生素、黃酮、甾醇等多種活性成分,對人類健康保健品的開發(fā),具有很重要的價值[1]。本研究使用的菌株為雁北嗜藍孢孔菌(Fomitiporia yanbeiensis)[2],用該菌菌核泡水喝,可治療發(fā)熱、哮喘、糖尿病、降血糖,抗腫瘤、抗菌以及增強機體免疫力[3]。有報道稱,該真菌富含孕烯醇酮型三萜,對治療癌癥具有積極作用[4]。在之前的研究中,課題組對雁北嗜藍孢孔菌子實體的化學成分和營養(yǎng)成分進行了評估,結果表明,該真菌是天然存在的多糖和多酚等潛在抗氧化劑的重要來源[5-6]。

        固態(tài)發(fā)酵是指微生物在沒有或幾乎不含自由水的培養(yǎng)基質(zhì)上進行生長的過程[7]。我國早期固態(tài)發(fā)酵的產(chǎn)品有醬油,醋,豆渣等[8-9]。有報道稱微生物的固態(tài)發(fā)酵不僅可以提高基質(zhì)的營養(yǎng)價值,還能改善口感[10-12]。翟飛紅等[13]采用姬松茸和雙孢蘑菇對小米進行固態(tài)發(fā)酵,發(fā)酵周期完成以后,小米的蛋白質(zhì)質(zhì)量和多酚含量均有不同程度的提高。因此,采用大型真菌固態(tài)發(fā)酵谷物是改善谷物營養(yǎng)成分,提高谷物附加值的有效途徑。

        雁北嗜藍孢孔菌在自然界中生長周期長,加上近年人為濫采亂挖,資源匱乏,對其菌絲體的開發(fā)研究是一種有效的替代方式,因此,本文以5 種不同的谷物作為發(fā)酵基質(zhì),通過雁北嗜藍孢孔菌固態(tài)發(fā)酵后,對發(fā)酵終產(chǎn)物的總多酚含量及其總抗氧化活性進行分析。山西靜樂縣素有“ 中國藜麥之鄉(xiāng)”的美稱,提高藜麥附加值,對進一步擴大藜麥種植業(yè)具有重要意義。因此,本研究對發(fā)酵藜麥的抗氧化性進行分析,旨在為雁北嗜藍孢孔菌的菌絲體研究,谷物營養(yǎng)和新型食品原料的開發(fā)提供新思路。

        1 材料與方法

        1. 1 供試菌株

        雁北嗜藍孢孔菌(Fomitiporia yanbeiensis G1)保存于山西農(nóng)業(yè)大學山西功能食品研究院,文中雁北嗜藍孢孔菌用G1 表示。

        1. 2 培養(yǎng)基制備

        試驗所用谷物(大米、黃米、藜麥、玉米和黑米)由山西功能食品研究院提供。

        配方:谷物(浸泡6 h)200 g、葡萄糖(1. 6 g)、酵母膏(0. 4 g)、KH2PO4(1. 0 g)、MgSO4·7H2O(0. 5 g)、Fecl3(0. 05 g)、Cacl2·2H2O(0. 1 g),含水量65%,初始pH 值6. 5[7]。

        1. 3 固態(tài)發(fā)酵

        發(fā)酵基質(zhì)121 ℃高壓滅菌30 min,挑取帶PDA 培養(yǎng)基的F. G1 菌塊(直徑8 mm)5 塊,在超凈工作臺中,室溫下接種,25 ℃避光培養(yǎng)35 d 取樣,樣品在60 ℃條件下過夜干燥,研磨并過0. 4 mm 篩,備用[7]。

        1. 4 液態(tài)發(fā)酵在PDA 平板上選取5 塊菌塊(直徑5 mm)接種至含有100 mL 液體培養(yǎng)基(馬鈴薯200 g,葡萄糖20 g,蛋白胨1. 5 g,KH2PO41. 5 g,自來水1000 mL,自然pH)的三角瓶(容量250 mL)中,25 ℃,135 r·min-1,避光培養(yǎng)7 d,然后以30% 的接種量接種至無菌的液體培養(yǎng)基(150 mL)中,25 ℃,135 r·min-1,避光培養(yǎng)15 d,取樣,置于4 ℃ 保存,備用[7]。

        1. 5 谷物提取物

        提取物制備方法參照文獻[6-7]。

        1. 6 總酚含量的測定

        總酚含量采用Folin-Cioncalteu 比色法測定[7]。

        1. 7 抗氧化活性分析

        1. 7. 1 DPPH 自由基清除活性測定參照課題組前期所用方法[7-8],稱取1. 3 中所得粉末100 μg 放入10 mL 試管中,加入4 mLDPPH(體積分數(shù)0. 004%)溶液(甲醇為溶劑)混合,劇烈搖動,搖勻后避光反應30 min,5000 r·min-1 離心10 min,取上清,然后采用紫外-可見分光光度計在517 nm 處測定溶液的吸光度,按照式(1)對DPPH 自由基清除率進行計算:

        式中:A1為樣品吸光度;A2為不加超氧陰離子自由基的樣品吸光度;A0為空白對照組吸光度。

        1. 7. 4 鐵離子螯合能力測定

        鐵離子螯合能力測定參照文獻[6-7],反應終止以后于550 nm 處測定吸光度。按照式(3)對螯合能力進行計算:

        式中:A1為樣品吸光度;A0為空白對照組吸光度。

        1. 7. 5 總抗氧化活性測定

        總抗氧化活性采用T-AOC 試劑盒測定,試劑盒購自山西修通生物科技有限公司。

        1. 8 提取條件對發(fā)酵藜麥總抗氧化性的影響

        取上述試驗所得發(fā)酵藜麥粉,選取料液比1∶20,80% 乙醇提取,pH 7. 0,提取溫度55 ℃,提取時間60 min 為固定條件,分別考察提取溶劑(正己烷、丙酮、氯仿、乙酸乙酯、乙醇)、溶劑濃度(60、式中:A1為樣品吸光度;A0為空白對照組吸光度。70、80、90、100) mg·g-1、提取溫度(20、30、40、50、60、70、80) ℃ 、提取時間(20、40、60、80、100) min這4 個因素對提取物總抗氧化性的影響。

        1. 9 數(shù)據(jù)分析

        采用SPSS16. 0 進行相關數(shù)據(jù)分析。

        2 結果與分析

        2. 1 發(fā)酵谷物總酚含量及抗氧化活性

        F. G1 在所選5 種基質(zhì)上都生長良好,生長速率由大到小依次為:藜麥gt; 黑米gt; 玉米gt; 大米gt;黃米。從圖1 可以看出,經(jīng)F. G1 固態(tài)發(fā)酵以后,除黑米外,發(fā)酵谷物中總酚含量均顯著高于對照,黃米的熱水提取物總酚含量高于乙醇提取,最高值可達8. 37 mg·g-1,其次是發(fā)酵藜麥的水提取物(8. 13 mg·g-1),分別是對照組水提取物總酚含量(1. 98 和1. 87 mg·g-1)的4. 23 和4. 35 倍。

        由圖2 可見,發(fā)酵黑米的乙醇提取物抗氧化活性最高,為473. 41 U·g-1,其次為藜麥醇提取物(470. 32 U·g-1),稍低于Vc(501. 32 U·g-1)。而發(fā)酵大米、黃米和玉米的乙醇提取物總抗氧化活性均在300 U·g-1 以下(圖2a)。由圖2b 可知,所有發(fā)酵谷物水提物的總抗氧化活性均低于Vc(453. 32 U·g-1)。

        2. 2 發(fā)酵方式對藜麥抗氧化活性的影響

        藜麥接種F. G1 后,總酚含量與總抗氧化性都有所提高,故后續(xù)試驗以藜麥為基質(zhì),進行F. G1菌絲體發(fā)酵研究。為了進一步探究真菌發(fā)酵對基質(zhì)的影響,對F. G1 固態(tài)發(fā)酵(SSF)與液態(tài)發(fā)酵(LSF)產(chǎn)物的抗氧化活性進行了對比分析。由圖3 可以看出,無論是固態(tài)發(fā)酵還是液態(tài)發(fā)酵,發(fā)酵產(chǎn)物均表現(xiàn)出較高的抗氧化活性,而且不同提取濃度對DPPH 自由基的清除能力存在顯著差異,依次為:4 mg·mL-1(SSF)gt;4 mg·mL-1(LSF)gt;2 mg·mL-1(SSF)gt;2 mg·mL-1 (LSF)。除此之外,SSF 4 mg·mL-1提取物對羥基自由基的還原能力最高(51. 28%),LSF 4 mg·mL-1 提取物對羥基自由基的還原能力次之(48. 62%)。超氧陰離子自由基清除能力和亞鐵離子螯合能力測定結果與DPPH 和羥基自由基還原反應結果相當。

        2. 3 提取條件對發(fā)酵藜麥總抗氧化活性的影響

        2. 3. 1 溶劑對發(fā)酵藜麥抗氧化性能的影響

        選取溶劑(正己烷、丙酮、氯仿、乙酸乙酯和乙醇)對發(fā)酵終產(chǎn)物進行提取,并對其進行總抗氧化性測定,測定結果表明,乙醇提取物的抗氧化活性最高(448. 32 U·g-1),其次是乙酸乙酯提取物(384. 32 U·g-1)、氯仿提取物(382. 16 U·g-1)和丙酮提取物(379. 21 U·g-1),正己烷提取物的抗氧化活性最低,為283. 12 U·g-1

        2. 3. 2 乙醇濃度對發(fā)酵藜麥抗氧化性能的影響

        由圖4b 可見,當乙醇濃度達到100%,即無水乙醇,發(fā)酵產(chǎn)物的抗氧化活性顯著提高(682. 46 U·g-1) ,比對照(532. 65 U·g-1) 提高34. 65%。

        2. 3. 3 提取溫度對發(fā)酵藜麥抗氧化活性的影響

        選取2. 3. 1 和2. 3. 2 篩選出的最佳提取試劑及濃度(提取試劑為乙醇,濃度為100%)進行后續(xù)實驗,由圖4c 可知,在20~50 ℃,隨著溫度升高,提取物的抗氧化活性不斷升高,當溫度高于50 ℃,隨著溫度升高,提取物的抗氧化活性開始降低。

        2. 3. 4 提取時間對發(fā)酵藜麥抗氧化活性的影響

        選取2. 3. 1、2. 3. 2 和2. 3. 3 篩選出的最佳提取試劑及濃度(提取試劑為乙醇,濃度為100%,提取溫度50 ℃)進行后續(xù)試驗,由圖4d 可知,發(fā)酵產(chǎn)物的抗氧化活性隨提取時間的變化而變化。在提取時間為20~80 min 時,發(fā)酵產(chǎn)物的抗氧化活性隨時間延長而增高;當提取時間為80 min 時,發(fā)酵產(chǎn)物的抗氧化活性達到最大值(691. 26 U·g-1)。當提取時間超過80 min 時,發(fā)酵產(chǎn)物的抗氧化活性開始降低。驗證試驗結果表明,在優(yōu)化后的條件下,發(fā)酵產(chǎn)物的抗氧化活性為869. 72 U·g-1,是未優(yōu)化前(470. 32 U·g-1)的1. 85 倍。

        3 討論

        五谷雜糧富含蛋白質(zhì)、脂肪、維生素等多種營養(yǎng)成分,能降低膽固醇、預防心血管等疾病,是人體膳食纖維的主要來源[7]。本研究結果表明,經(jīng)雁北嗜藍孢孔菌G1 固態(tài)發(fā)酵以后,5 種谷物總酚含量和總抗氧化性存在顯著差異,黃米水提物中總酚含量達到最大值(8. 37 mg·g-1),是未發(fā)酵黃米水提物(1. 98 mg·g-1)的4. 23 倍;而黑米的乙醇提取物總抗氧化活性最高可達到773. 41 U·g-1,是對照組(220. 64 U·g-1)的3. 51 倍。由此看來,雁北嗜藍孢孔菌G1 以谷物為基質(zhì)進行固態(tài)發(fā)酵,發(fā)酵產(chǎn)物的總酚含量和抗氧化性變化規(guī)律與谷物本身的生物學特性有關[14-15]。除此之外,提取方法也會對總酚含量和抗氧化性產(chǎn)生影響[7-8]。

        本研究的試驗過程中發(fā)現(xiàn),以藜麥作為基質(zhì)進行發(fā)酵,發(fā)酵產(chǎn)物總酚含量和抗氧化性均高于未發(fā)酵組,山西是藜麥之鄉(xiāng),對其進行進一步開發(fā)利用很有必要,因此選用單因素試驗考察了不同提取工藝參數(shù)對發(fā)酵藜麥總抗氧化性的影響,結果表明,采用無水乙醇于50 ℃ 水浴振蕩提取80 min,發(fā)酵藜麥總抗氧化性可達848. 13 U·g-1,是未發(fā)酵藜麥(148. 32 U·g-1)的5. 72 倍。以DPPH、OH-、O2-、Fe2+為評價指標考察了藜麥在不同發(fā)酵方式不同濃度下的抗氧化性,結果表明,無論是固態(tài)發(fā)酵還是液態(tài)發(fā)酵,發(fā)酵產(chǎn)物均表現(xiàn)出較高的抗氧化活性,而且濃度越大,抗氧化活性越高。由此看來,采用大型真菌對谷物進行固態(tài)發(fā)酵,可有效改善谷物的抗氧化性[16-19]。這可能是因為真菌在谷物培養(yǎng)基上生長時能夠產(chǎn)生不同類型的胞外酶,以此來修飾基質(zhì)的生物活性物,從而改變生物活性[3,20-21]。

        綜上所述,雁北嗜藍孢孔菌G1 固態(tài)發(fā)酵后的谷物提取物比未發(fā)酵的谷物具有更高的抗氧化活性,該研究結果可為進一步開發(fā)利用雁北嗜藍孢孔菌G1 的菌絲體提供理論依據(jù)和科學指導。

        4 結論

        1)經(jīng)雁北嗜藍孢孔菌G1 固態(tài)發(fā)酵以后,發(fā)酵谷物中總酚含量和抗氧化性均顯著高于對照(黑米除外);

        2)無論是固態(tài)發(fā)酵還是液態(tài)發(fā)酵,雁北嗜藍孢孔菌G1 發(fā)酵藜麥均表現(xiàn)出較高的抗氧化活性;而且濃度越大,抗氧化性越高;

        3)發(fā)酵藜麥的抗氧化活性隨提取條件的變化而變化。采用無水乙醇于50 ℃ 水浴振蕩提取80 min,發(fā)酵藜麥總抗氧化性可達848. 13 U·g-1,是未發(fā)酵藜麥(148. 32 U·g-1)的5. 72 倍。說明采用雁北嗜藍孢孔菌G1 作為出發(fā)菌株,對藜麥進行固態(tài)發(fā)酵,可有效提高藜麥的營養(yǎng)價值和生物活性。

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