張睿，于建麗，宋璇，閆媛媛，李超，4*

（1.天津科技大學食品科學與工程學院，天津 300457；2.食品生物技術教育部工程研究中心（天津科技大學），天津 300457；3.天津市利民調(diào)料有限公司，天津 300308；4.天津食品集團有限公司，天津 300074）

西蘭花素有“蔬菜皇冠”之美譽，其中富含人體所需的基本營養(yǎng)物質(zhì)和多種活性成分，如硫代葡萄糖苷[1]、多酚[2]、維生素 C[3]等。硫代葡萄糖苷（硫苷）為含有硫和氮的陰離子的植物親水性次生代謝產(chǎn)物，其結(jié)構(gòu)如圖1所示[4]。

圖1 硫代葡萄糖苷結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of glucosinolate

硫苷廣泛存在于十字花科蕓苔屬植物中，在西蘭花中尤為豐富，且主要以蘿卜硫苷（glucoraphanin，GRA）的形式存在（相對豐度為55.5%）[5-6]。由于GRA具有抗氧化[7]、抑菌[8]、抗癌[9-10]以及免疫調(diào)節(jié)[11]等多種生物活性，是天然功能性產(chǎn)品的理想原料[12]，因而受到國內(nèi)外專家及學者的廣泛關注。

近年來，隨著我國農(nóng)作物栽培技術的不斷改進和提高，西蘭花的單位產(chǎn)率逐年上升，當前種植面積已超過2萬公頃[13]。但值得注意的是，西蘭花的花莖和花蕾為主要食用部分，一個完整的西蘭花在生產(chǎn)環(huán)節(jié)會有50%～80%的副產(chǎn)物產(chǎn)生[14]。然而，目前我國對于西蘭花副產(chǎn)物的開發(fā)利用程度有限，除髙溫堆悶腐熟成為有機肥料外，更多的處理方式則為就地掩埋和壓土覆蓋，由此造成了一定的資源浪費[15]。此外，由于西蘭花副產(chǎn)物中的含硫化合物，如：二甲基二硫醚、異硫氰酸烯丙酯、3-丁烯基異硫氰酸酯等，較易揮發(fā)，也會在一定程度上引起環(huán)境污染[6]。因此，對于西蘭花副產(chǎn)物的綜合加工利用成為亟待解決的問題。本研究以西蘭花加工副產(chǎn)物為研究對象，采用水提法提取其中的天然活性物質(zhì)（GRA），并分析其抑菌活性以及體外免疫調(diào)節(jié)活性，為西蘭花副產(chǎn)物的綜合加工利用提供理論基礎和技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

西蘭花：塘沽金元寶農(nóng)貿(mào)市場；蘿卜硫苷標準品（純度：99.9%）：上海源葉科技有限公司。RPMI-1640培養(yǎng)液、雙抗（青霉素-鏈霉素）、胰蛋白酶-乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA）消化液、噻唑藍（methyl thiazolyl tetrazolium，MTT）、二甲亞砜（dimethylsulfoxide,DMSO）：美國Gibco生物科技公司；DMEM高糖培養(yǎng)液：美國Hyclone生物科技公司；胎牛血清（fetal bovine serum,FBS）：天津市百賽斯生物科技有限公司；甲酸、甲醇：天津博歐特化工貿(mào)易有限公司；肉湯培養(yǎng)基（luria-bertain，LB）：北京陸橋技術股份有限公司；細胞培養(yǎng)瓶、細胞培養(yǎng)皿：美國Corning公司；0.22 μm聚醚砜微孔濾膜：北京鼎國昌盛生物技術有限公司。

1.2 儀器與設備

LC-20ATVP高效液相色譜儀、Shim-pack GIST C18色譜柱（5 μm，4.6 mm×250 mm）：日本島津公司；IQuip 25 μL液相（平頭）微量進樣器：北京芯硅谷科技有限公司；MULTISKAN GO全波長酶標儀、150i型CO2細胞培養(yǎng)箱：美國Thermo公司；HF-safe900型超凈臺：上海力申科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 確定檢測方法

參考李寧的方法[16]，確定本試驗的高效液相色譜（high performance liquid chromatography，HPLC）條件為流動相：0.01%甲酸水溶液:甲醇=95∶5；流速：1.0 mL/min；進樣量：20 μL；采集時間：15 min；柱溫：30 ℃。

1.3.2 檢測方法的可靠性分析

1.3.2.1 重復性分析

平行制備6份相同濃度的GRA標準品（1 mg/mL），經(jīng)0.22 μm聚醚砜微孔濾膜過濾后，按照1.3.1條件進行檢測分析。根據(jù)測試結(jié)果的相對標準誤差（relative standard deviation，RSD）值，分析 HPLC方法的可重復性。

1.3.2.2 精密性分析

將1 mg/mL的GRA標準品，經(jīng)0.22 μm聚醚砜微孔濾膜過濾后，按照1.3.1條件進行檢測分析，連續(xù)進樣6次。根據(jù)測試結(jié)果的RSD值，分析HPLC方法的精密性。

1.3.2.3 穩(wěn)定性分析

將1 mg/mL的GRA標準品，經(jīng)0.22 μm聚醚砜微孔濾膜過濾后，按照 1.3.1 條件，分別于 0、2、4、6、8、10 h后進行測定分析，每組試驗重復進樣3次。根據(jù)測試結(jié)果的RSD值，分析HPLC方法的穩(wěn)定性。

1.3.2.4 加標回收率分析

采用加標回收法對HPLC方法的回收率進行分析。吸取1 mL已知含量的GRA樣品溶液（濃度分別為103.31、96.72、98.80 μg/mL），向其中分別加入 1 mL GRA 標準品溶液（100 μg/mL），經(jīng) 0.22 μm 聚醚砜微孔濾膜過濾后，按照1.3.1條件進行檢測分析，每次重復進樣3次。根據(jù)測試結(jié)果的RSD值，分析HPLC方法的回收率[17]，計算公式如式（1）所示。

1.3.3 西蘭花中GRA的提取

西蘭花樣品主要前處理工藝過程，如圖2所示。

圖2 樣品前處理工藝流程Fig.2 Sample pretreatment process

參考 Ishida、Grosser等的研究方法[18-19]，西蘭花莖、葉等經(jīng)切分處理后立即進行沸水滅酶處理（30 s），隨后置于熱風干燥箱中（50℃～65℃）干燥至恒重，經(jīng)粉碎機磨粉后過80目篩。采用水提法對西蘭花粉中的GRA進行提取，以水作為提取劑，料液比1∶16（g/mL），提取溫度62℃，提取時間10 min，提取次數(shù)2次。采用HPLC對提取液中的GRA含量進行檢測。

1.3.4 蘿卜硫苷提取物（glucoraphanin extract，GRAE）的制備

采用冷凍干燥法對GRA提取液進行干燥處理[20]。將GRA提取液置于平皿中，表面封保鮮膜并留孔，于-20℃預凍4 h至固體狀態(tài)。然后，將預凍后樣品轉(zhuǎn)移至預冷-50℃的凍干機中，在冷阱溫度-80℃的條件下，冷凍干燥至恒重，即得GRAE，再次稱重。根據(jù)式（2）計算出GRAE的提取率。

1.3.5 主要成分分析

稱取5 mg GRAE，制備為5 mg/mL的樣品溶液，經(jīng)0.22 μm聚醚砜微孔濾膜過濾后，采用外標法進行HPLC分析檢測，以測定GRA的含量。采用苯酚-硫酸法測定GRAE中多糖含量，F(xiàn)olni-Ciocaltue法測定多酚含量，間羥基聯(lián)苯比色法測定糖醛酸含量，Bradford法測定蛋白質(zhì)含量。

1.3.6 抑菌活性分析

1.3.6.1 抑菌圈定性試驗測定

采用濾紙片法分析GRAE對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和沙門氏菌的抑菌活性。吸取100 μL活化后的菌懸液，涂布于含LB固體培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿中，靜置30 min。隨后將浸泡于GRAE樣品溶液中（100、500、1 000 μg/mL）濾紙片（直徑為5.5 mm）均勻分散于培養(yǎng)基上，先正置15 min，再于37℃條件下倒置培養(yǎng)18 h。以無菌水作為空白對照，硫酸卡那霉素溶液作為陽性對照（20 μg/mL），測量抑菌圈直徑并拍照保存。

1.3.6.2 最小抑菌濃度測定

采用96孔板二倍稀釋法，測定GRAE對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和沙門氏菌的最小抑菌濃度（minimum inhibitory concentration,MIC）值。取無菌96孔板，在孔板A～D行的第1個孔各加入100 μL的GRAE溶液（2 000 μg/mL），然后對其依次進行二倍稀釋至最后一孔，并將最后一孔的樣液吸棄100 μL。隨后向每孔中加入稀釋好的菌液100 μL，進行無菌密封，置于37℃恒溫培養(yǎng)箱中靜置培養(yǎng)24 h。以菌液作為陽性對照，LB培養(yǎng)基作為陰性對照，利用酶標儀測定600 nm處的吸光度值。

1.3.7 體外免疫調(diào)節(jié)活性分析

1.3.7.1 細胞增殖能力測定

采用 MTT 法，測定 GRAE（50、100、250、500、1 000 μg/mL）對巨噬細胞株（RAW264.7細胞）增殖能力的影響。首先，將 RAW264.7 細胞懸液（5×104個/mL）接種于 96 孔板（100 μL/孔），于 37℃、5% CO2濃度條件下培養(yǎng)6 h。吸棄上清液，并用磷酸緩沖鹽溶液（phosphate bufter saline，PBS）緩沖液洗滌 2次，再向每孔中分別加入 100 μL 含不同濃度（50、100、250、500、1 000 μg/mL）GRAE 的 DMEM 細胞培養(yǎng)液，于相同條件下培養(yǎng)36 h。然后，向每孔加入20 μL MTT溶液（5 mg/mL），繼續(xù)培養(yǎng)4 h。吸棄舊培養(yǎng)液，每孔加入150 μL的DMSO溶液，于酶標儀中振動孵育20 min。以DMEM培養(yǎng)液作為空白對照，脂多糖（lipopolysaccharide,LPS）作為陽性對照（1 μg/mL），測定 570 nm 處的吸光度值，按照式（3）計算細胞活度。

1.3.7.2 細胞吞噬能力測定

采用中性紅法，測定GRAE對RAW264.7細胞吞噬能力的影響。首先，將RAW264.7細胞懸液（5×104個/mL）接種于 96 孔板（100 μL/孔），于 37℃、5% CO2濃度條件下培養(yǎng)6 h。吸棄上清液，并用磷酸鹽（phosphate buffer solution,PBS）緩沖液洗滌2次，再向每孔中分別加入 100 μL 含不同濃度（50、100、250、500、1 000 μg/mL）GRAE 的 DMEM 細胞培養(yǎng)液，于上述相同條件下培養(yǎng)36 h。吸棄舊培養(yǎng)液后，于每孔中加入0.1%的中性紅溶液（100 μL）。靜置20 min后，再向每孔中加入細胞裂解液（200 μL），于酶標儀中振動孵育20 min。以DMEM培養(yǎng)液作為空白對照，脂多糖（LPS）作為陽性對照（1 μg/mL），測定 490 nm處的吸光度值。

1.3.8 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)以平均值±標準偏差表示，每組試驗重復3次，細胞試驗至少設置5個復孔。圖表繪制使用Origin Pro 8.0和Excel 2016軟件；數(shù)據(jù)分析使用IBM SPSS 21.0 Statistics軟件。

2 結(jié)果與討論

2.1 HPLC檢測方法的建立

2.1.1 HPLC檢測方法的可靠性分析

2.1.1.1 重復性分析

平行制備6份GRA標準品溶液，按“1.3.1”項下色譜條件測定HPLC色譜圖，分別計算相應峰面積的RSD值，結(jié)果如表1所示。

表1 HPLC檢測方法的重復性測試Table 1 Repeatability test of HPLC detection method

由表1可知，6份待測樣檢測后峰面積的RSD值為1.04%（＜2%），表明該HPLC法的重復性良好。

2.1.1.2 精密度分析

精密吸取100 μg/mL的GRA 標準液，按“1.3.1”色譜條件下連續(xù)進樣6次，測定各待測品的峰面積，計算其RSD值，結(jié)果如表2所示。

表2 HPLC檢測方法的精密度測試Table 2 Precision test of HPLC detection method

由表2所示，6次進樣峰面積的RSD值為0.43%（＜2%），表明該HPLC檢測方法的精密度較高。

2.1.1.3 穩(wěn)定性分析

配制1 mg/mL的GRA標準品，按“1.3.1”色譜條件下分別于 0、2、4、6、8、10 h 后進行測定分析，得到相應的峰面積值，計算RSD值，結(jié)果如表3所示。

表3 HPLC檢測方法的穩(wěn)定性測試Table 3 Stability test of HPLC detection method

由表3可知，HPLC峰面積的RSD分別為1.90%（＜2%），表明供試品在10 h內(nèi)穩(wěn)定性良好。

2.1.1.4 加標回收率分析

加標回收率值常用于評價分析方法是否適合被測基體，也可以反應分析人員的操作技術水平。取1 mL已知含量的GRA樣品溶液（濃度分別為103.31、96.72、98.80 μg/mL），向其中分別加入 1 mL 的 GRA 標準品溶液（100 μg/mL），按“1.3.1”色譜條件下進行檢測分析，將其結(jié)果扣除樣品的測定值，而得到加入標準物質(zhì)的回收率[17]。加標回收率結(jié)果及其RSD值，如表4所示。

由表4可知，GRA的平均回收率為96.47%（處于95%～105%的閾限范圍內(nèi)），RSD為1.50%（＜2%）表明該HPLC方法適用于西蘭花中GRA的含量測定。

表4 HPLC檢測方法的加標回收率測試Table 4 Standard recovery test of HPLC detection method

綜上所述，本試驗建立的HPLC檢測方法，前處理操作簡便，分析時間短，加標回收率較高，重復性、精密度、穩(wěn)定性良好，能夠定量檢測西蘭花中GRA含量。

2.1.2 HPLC檢測譜圖

采用HPLC法對標準品與西蘭花樣品中的GRA進行檢測，結(jié)果如圖3所示。

圖3 GRA的高效液相色譜圖Fig.3 The high performance liquid chromatography of GRA

由圖3可知，GRA標準品與西蘭花樣品的保留時間分別為4.351 min和4.317 min。以HPLC檢測的出峰面積為縱坐標，以GRA標準溶液濃度為橫坐標，繪制標準曲線，如圖4所示。

由圖4可知，GRA的標準曲線方程為y=10 535x+70 180，相關度R2=0.999 8。表明擬合程度較好，可用于西蘭花中GRA含量分析[21]。

2.2 GRAE成分分析

參考王向陽等[22]研究，本試驗對冷凍干燥制備所得的蘿卜硫苷提取液（GRAE）中主要成分進行了初步鑒定，為后期進一步探討其活性作用機制提供基礎數(shù)據(jù)，其主要成分如表5所示。

圖4 GRA標準曲線Fig.4 The standard curve of GRA

表5 GRAE的化學成分Table 5 The chemical composition of GRAE

Ares等曾對近五年西蘭花中的活性成分做一總結(jié)，其結(jié)果如下：多酚28%、多糖（硫代葡萄糖苷及其相關化合物）33%、蛋白質(zhì)4%、脂肪13%、維生素14%、其它物質(zhì)8%。其中，多酚與多糖含量與本試驗結(jié)果基本一致，而蛋白質(zhì)含量相差較大，這可能由于西蘭花產(chǎn)地、提取物的制備方式及試驗檢測方式不同有關[23]。

2.3 GRAE的抑菌活性探究

2.3.1 抑菌圈試驗測定

通常采用抑菌圈法對待測樣品的抑菌活性進行定性分析，利用待測樣品在培養(yǎng)皿中擴散，使其周圍細菌的生長受到抑制，進而形成透明的抑菌圈，根據(jù)抑菌圈直徑可以直觀判定待測樣品的抑菌效果。本試驗采用濾紙片法對GRAE的抑菌活性進行定性分析，結(jié)果如圖5及表6所示。

圖5 抑菌圈試驗結(jié)果圖Fig.5 The results of bacteriostatic circle test

由表6可知，當GRAE作用濃度為1000μg/mL時，大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌的抑菌圈直徑分別為（19.21±0.29）、（19.10±0.42）、（16.78±0.86）mm，表明3株致病菌對GRAE均呈現(xiàn)出高度敏感性，因而GRAE可以抑制3株致病菌的生長[24]，且對大腸桿菌、沙門氏菌的抑制效果優(yōu)于金黃色葡萄球菌。

表6 抑菌圈試驗結(jié)果匯總Table 6 The summary of bacteriostatic circle test results

2.3.2 最小抑菌濃度測定

最小抑菌濃度（minimum inhibitory concentration，MIC）是指在體外培養(yǎng)細菌一定時間后，可以抑制培養(yǎng)基內(nèi)病原菌生長的最低作用濃度，是測量待測菌對抗菌藥物敏感度大小的一個指標[25]。本試驗結(jié)果表明GRAE對大腸桿菌、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌的MIC值，分別為 62.5、31.25、250 μg/mL，說明 GRAE 可直接作用于致病菌并產(chǎn)生抑制作用，且對沙門氏菌和大腸桿菌的抑制效果優(yōu)于金黃色葡萄球菌，該測定結(jié)果與抑菌圈試驗結(jié)果具有一致性。這可能由于提取物中的GRA（相對分子質(zhì)量：437.5）作為水溶性小分子[25]，被待測菌株的外膜選擇性透過，進而使細菌細胞膜滲透性提高，導致菌體因外環(huán)境水分滲入而膨脹裂解[26]。

2.4 免疫活性分析

2.4.1 增殖能力測定

巨噬細胞是機體中的一類免疫細胞，參與機體的特異性及非特異性免疫調(diào)節(jié)，起著中樞調(diào)節(jié)作用[27]。小鼠單核巨噬細胞株RAW264.7通常作為研究人體免疫功能的體外模型[16]。本研究采用MTT法測定GRAE對RAW264.7細胞的增殖影響，結(jié)果如圖6所示。

由圖6所示，隨著GRAE作用濃度的增加，RAW264.7細胞的增殖能力呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢。當GRAE的作用濃度為50 μg/mL和100 μg/mL時，RAW264.7細胞增殖能力達最大值，其細胞活度分別為（138.1±5.9）%和（157.6±3.5）%。與 LPS陽性組[1 μg/mL，細胞活度為（128.6±3.2）%]相比，具有顯著性差異。這證明GRAE可以直接作用于巨噬細胞，使其增殖能力增強。當隨著GRAE的作用濃度進一步增加時，RAW264.7細胞的增殖能力反而減弱。其原因可能是高濃度的GRAE被細胞識別為一種外源性抗原，細胞出于自我保護機制而發(fā)生了一種高度有序的自我吞噬過程，進而造成細胞數(shù)量的減小[28]。

圖6 GRAE對RAW264.7細胞增殖的影響Fig.6 The effects of GRAE on proliferation activity of RAW264.7 cell

2.4.2 吞噬能力測定

巨噬細胞不僅可以通過直接吞噬殺傷腫瘤細胞和病原體而發(fā)揮非特異性免疫調(diào)節(jié)作用；還可通過間接產(chǎn)生一些具有殺傷腫瘤細胞和免疫調(diào)節(jié)作用的細胞因子，激活免疫球蛋白或其他免疫細胞，進而在機體內(nèi)發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能[29]。細胞吞噬活性的增強，可以增強機體的免疫調(diào)節(jié)功能，使機體更有效的處理并呈遞抗原，也能更迅速地消滅內(nèi)源或外源性病原菌[30]。因此，本試驗通過中性紅法探究了GRAE對RAW264.7細胞吞噬能力的影響，結(jié)果如圖7所示。

圖7 GRAE對RAW264.7細胞吞噬活性的影響Fig.7 The effects of GRAE on the phagocytic activity of RAW264.7 cell

由圖7可知，隨GRAE作用濃度的增大，RAW264.7細胞的吞噬能力呈現(xiàn)出先增強后減小的趨勢。當作用濃度為50 μg/mL和100 μg/mL時，細胞吞噬能力達最大值，A490值分別為0.898±0.049和0.926±0.035。該結(jié)果顯著高于空白組（A490為0.543±0.014）和LPS陽性組（A490值為 0.704±0.032），較空白組提高了約1.7倍。但當GRAE的作用濃度進一步增加至500 μg/mL～1 000 μg/mL 時，細胞的吞噬能力呈現(xiàn)下降趨勢。這可能由于細胞自噬機制而造成細胞數(shù)量的降低，進而導致細胞的吞噬能力也隨之下降[31]。

3 結(jié)論

本研究以將西蘭花副產(chǎn)物高附加值化為宗旨，以高效液相色譜法為檢測方法，以一種安全有效的方式提取西蘭花中的蘿卜硫苷。然后，通過冷凍干燥法制備蘿卜硫苷提取物，其中含有GRA、多糖、多酚、糖醛酸以及蛋白質(zhì)等活性成分。抑菌試驗結(jié)果表明GRAE對大腸桿菌和沙門氏菌具有較強的抑制作用，對金黃色葡萄球菌的抑制作用稍弱。體外免疫活性試驗結(jié)果顯示，GRAE對巨噬細胞株RAW264.7的增殖和吞噬能力均具有一定的促進作用。綜上，GRAE來源廣泛且具有一定的抑菌及體外免疫調(diào)節(jié)活性，具有較大的開發(fā)及工業(yè)化應用前景。