《Foods》：Impact of Cooking on the Antioxidant and Functional Properties of Milling Fractions from Cold-Adapted Dutch Sorghum
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摘要：高粱因其营养和功能性益处日益受到认可，但其在温带地区的应用仍然有限。本研究考察了在100 °C下烹饪30分钟对四种冷适应荷兰高粱基因型（Dusormil HD7、HD19、HD100和HD101）的全谷物、去皮谷物和麸皮组分的总酚含量（TPC）、总花青素
摘要：高粱因其营养和功能性益处日益受到认可，但其在温带地区的应用仍然有限。本研究考察了在100 °C下烹饪30分钟对四种冷适应荷兰高粱基因型（Dusormil HD7、HD19、HD100和HD101）的全谷物、去皮谷物和麸皮组分的总酚含量（TPC）、总花青素含量（TAC）和抗氧化活性的影响。黑粒基因型（HD100和HD101）表现出最高的TPC和TAC，其中未烹饪的HD100麸皮的TPC达到39.49 mg FAE/g，TAC达到151.10 mg LUE/L。烹饪导致HD19麸皮的TPC增加了64%，而去皮样品的TPC降幅高达70%。烹饪后TAC普遍下降，HD100麸皮降幅达39%，全谷物降幅达30%。通过ABTS法测定的抗氧化能力在大多数组分中烹饪后均有所下降，尤其在HD100麸皮中，从1175.49 ± 24.2 mg TE/g降至845.81 ± 44.13 mg TE/g，降幅达28%。高效液相色谱（HPLC）分析初步鉴定木犀草定（luteolinidin）和芹菜素定（apigeninidin）为主要花青素，其浓度通常在烹饪后降低，且在麸皮中含量最高。细胞抗氧化活性（CAA）测定显示，麸皮和去皮样品，特别是浓度为400 μg/mL的HD19（42.91 ± 2.66单位），在烹饪后保持了最高的数值，而最低值出现在浓度为200 μg/mL的去皮HD100样品中（5.54 ± 0.50单位）。这些结果强调了基因型和加工方式对高粱植物化学物质保留的关键影响，为开发适用于温带气候的功能性食品提供了支持。
1. 研究背景与科学问题
随着非传染性疾病患病率的上升，人们对富含生物活性化合物的植物性全食物的兴趣日益增加。高粱作为全球重要的谷类作物之一，以其丰富的酚类化合物（如酚酸、单宁和黄酮类）而闻名，具有降胆固醇、抗癌、抗氧化和抗炎等健康益处。然而，尽管高粱营养价值高，其在温带地区的应用仍十分有限。特别地，针对欧洲气候条件培育的冷适应荷兰高粱基因型，其在不同加工条件下的植物化学特性和功能特性尚缺乏深入研究。目前存在的主要问题是：高粱极少被生食，但关于烹饪如何影响其不同碾磨组分（全谷物、去皮谷物、麸皮）中总酚含量（TPC）、总花青素含量（TAC）、特定3-脱氧花青素（3-DXAs）以及抗氧化活性的研究数据不足。因此，开展此项研究的目的是评估烹饪对冷适应荷兰高粱基因型中这些生物活性化合物的定量和定性影响，并探讨其体外和细胞水平的抗氧化潜力，从而为消费者和食品工业在饮食选择和产品配方方面提供科学依据。
2. 研究方法概述
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，将四种冷适应荷兰高粱基因型（Dusormil HD7、HD19、HD100和HD101）分别制备成全谷物、麸皮和去皮谷物组分。所有样品在100 °C下以1:6的样品与水的比例烹饪30分钟，随后冷冻干燥并研磨成粉。其次，采用Folin–Ciocalteu法和pH示差法分别测定总酚含量（TPC）和总花青素含量（TAC）。再次，利用高效液相色谱（HPLC）结合光电二极管阵列检测器对3-脱氧花青素（3-DXAs）进行分离和相对定量。此外，通过ABTS和DPPH两种化学分析法以及基于Caco-2细胞的细胞抗氧化活性（CAA）法评估了样品的抗氧化能力。最后，采用主成分分析（PCA）对基因型、碾磨组分和加工状态与抗氧化指标之间的关系进行可视化分析。
3. 研究结果
3.1 烹饪对高粱组分总酚含量（TPC）的影响
研究表明，TPC分布呈现基因型和组分依赖性。在全谷物中，黑粒基因型（HD100和HD101）的TPC显著高于褐粒和白粒品种（HD7和HD19）。烹饪对TPC的影响因组分而异：对于全谷物和麸皮，尤其是HD19麸皮，烹饪后TPC显著增加（增幅达63.75%），这归因于热处理破坏了细胞壁基质，释放了结合态酚酸；而对于去皮谷物，烹饪导致TPC一致性地降低，这可能与淀粉糊化暴露酚类化合物使其氧化降解有关。
3.2 烹饪对高粱组分总花青素含量（TAC）的影响
TAC的分布同样显示黑粒基因型的麸皮具有最高含量。烹饪普遍降低了TAC，例如HD100麸皮降幅达39%，HD100全谷物降幅达30%。然而，HD7和HD101的麸皮组分在烹饪后TAC无显著变化，表现出较高的热稳定性。值得注意的是，褐粒和白粒品种（HD7和HD19）的去皮组分在烹饪后TAC反而显著增加，这可能与其独特的淀粉特性有关，形成了多孔的凝胶网络，增强了花青素的提取效率。
3.3 花青素的鉴定与相对定量
紫外-可见分光光度法在480 nm和460 nm处识别出特征吸收峰，对应木犀草定（luteolinidin, LUT）和芹菜素定（apigeninidin, AP）这两种主要的3-脱氧花青素（3-DXAs）。HPLC分析进一步证实，黑粒基因型中LUT和AP的含量远高于浅色品种。烹饪对3-DXAs的影响也具有组分和基因型依赖性：LUT通常表现出较强的热稳定性，而AP则更易受热降解，但在HD100麸皮中AP含量烹饪后反而增加，表明某些基质条件可能增强其可提取性或稳定性。
3.4 烹饪后高粱组分的抗氧化活性评估
通过DPPH和ABTS法测定的抗氧化活性呈现出一致的梯度：麸皮 > 全谷物 > 去皮谷物。黑粒基因型麸皮的DPPH活性最高（HD100为180.20 mg TE/g）。烹饪对抗氧化活性的影响取决于检测方法：DPPH活性在烹饪前后大多保持不变，而ABTS活性则对烹饪更为敏感，尤其是在HD100麸皮中下降了28%。这表明不同的酚类物质或抗氧化机制受热处理的影响程度不同。
3.5 烹饪后高粱样品的细胞抗氧化活性（CAA）
CAA测定结果显示，烹饪后样品的细胞内抗氧化活性差异显著。在200 μg/mL浓度下，HD19去皮谷物显示出最高的CAA（42.00单位），而HD100去皮谷物最低（5.54单位）。在400 μg/mL浓度下，HD19去皮谷物仍保持最高值（42.91单位）。研究还发现，高TPC并不必然转化为高CAA，例如黑粒基因型（HD100和HD101）虽然TPC高，但其CAA值却低于HD7和HD19的部分组分。这揭示了抗氧化效果不仅取决于酚类物质的丰度，还与它们的细胞摄取、生物利用度和细胞内相互作用密切相关。
3.6 主成分分析（PCA）
PCA分析解释了总方差的87.48%。结果显示，烹饪后的黑粒基因型麸皮（BR HD100和HD101）聚为一类，与TPC、TAC和ABTS高度正相关，表明热处理优化了这些组分的生物活性化合物回收率。HD7和HD19的麸皮以及HD100全谷物则与CAA指标关联密切。相比之下，所有去皮谷物样品紧密聚集在一起，远离所有植物化学和抗氧化指标，表明碾磨组分比基因型更能主导抗氧化潜力的差异。
4. 讨论与结论
本研究的结论强调，冷气候培育的Dusormil高粱基因型在不同谷物类型和碾磨组分间表现出显著的TPC和TAC差异。烹饪产生了双重效应：一方面增加了某些组分（如HD19麸皮）的TPC，另一方面又降低了大部分组分的TAC（降幅20-40%）。总体而言，富含麸皮和全谷物的组分比去皮组分具有更高的抗氧化潜力。这些发现突出了优化热处理工艺以最大化植物化学物质保留的重要性，并表明谷物组分和加工方式共同决定了Dusormil高粱的营养和功能特性。未来的研究应侧重于优化加工条件，并评估这些生物活性化合物的生物利用度和体内效应，以更好地理解它们在温带气候条件下开发高粱基功能性食品中的应用潜力。
