煮沸对橙肉甘薯（Ipomoea batatas L.）类胡萝卜素含量及抗氧化活性的影响

《Heliyon》：Effect of boiling on carotenoid content and antioxidant activity of orange-fleshed sweet potato (Ipomoea batatas L.)

　　

橙肉甘薯（OFSP）被广泛认为是维生素A原类胡萝卜素和天然抗氧化剂的重要来源，使其成为应对微量营养素缺乏和氧化应激的宝贵功能食品。本研究考察了煮沸时长对OFSP块根类胡萝卜素保留率及抗氧化活性的影响。对生样与煮沸样品测定了总酚含量（TPC）、总黄酮含量（TFC）、总胡萝卜素和β-胡萝卜素，并采用2,2-二苯基-1-苦肼基（DPPH）法、铁离子还原抗氧化能力（FRAP）法和总抗氧化能力（TAC）法评估抗氧化能力。数据经单因素方差分析（one-way ANOVA）及Tukey事后检验（p < 0.05）处理。结果显示生OFSP含有可观的生物活性物质，TPC、TFC和β-胡萝卜素含量分别为3.26 mg GAE/g、1.08 mg CE/g和308.23 μg/g干重。煮沸显著影响这些化合物；短时间煮沸（5 min）保留了较高水平的类胡萝卜素和抗氧化活性，而延长煮沸导致其渐进性降解，尤以β-胡萝卜素和酚类化合物为甚。即便如此，煮沸后OFSP仍是膳食抗氧化物的良好来源。长时间烹饪伴随抗氧化能力下滑，凸显了优化制备方式以最大化营养收益的必要性。上述发现表明适度煮沸可保留大量生物活性物质，支持将OFSP用作应对维生素A缺乏的可持续膳食策略。

研究背景与立项依据

橙肉甘薯（Orange-fleshed sweet potato, OFSP）因富含β-胡萝卜素等维生素A原类胡萝卜素，被国际农业与营养学界视为缓解维生素A缺乏（VAD）的可持续作物资源。全球年产值超1.3亿吨，其中逾95%产自发展中国家。OFSP除提供维生素A原外，其类胡萝卜素与酚类、黄酮类共同构成抗氧化防御体系，与降低心血管病、黄斑变性等慢性病风险相关。实际消费中，煮沸是最普遍的家用热加工方式之一；然而煮沸涉及水介质直接接触，既可因细胞壁破裂提升部分物质量化提取率，又可能引发水溶性酚类浸出与热敏性类胡萝卜素的热降解、异构化及氧化。现有文献多聚焦品种间差异或单一时间点加工，缺乏针对特定新品种在不同煮沸时长下多指标动态变化及抗氧化能力相关性的系统评估。为此，研究人员以埃塞俄比亚Hawassa农业研究中心育成的Dilla品种为对象，假设短时煮沸更利于活性物保留，开展时长梯度（0、5、10、15、20、25 min）煮沸实验，所有指标以干重（DW）归一，旨在为OFSP膳食利用提供量化依据。论文发表于Elsevier旗下开放获取期刊《Heliyon》。

主要技术方法概括

研究人员从Hawassa农业研究中心获取成熟Dilla OFSP块根（200–250 g/个），切2 cm立方，按1:7.5 w/v于沸蒸馏水煮制5–25 min，冰浴止热，50 °C烘至恒重，研磨过60目筛备样。提取方面，类胡萝卜素采用丙酮-水-乙酸（70:29:1）浸渍与丙酮-己烷（4:6）分光法；酚类用Folin–Ciocalteu法；黄酮用NaNO₂-AlCl₃-NaOH比色法；抗氧化分别用DPPH自由基清除（算IC₅₀）、FRAP铁还原法、磷钼酸总抗氧化（TAC）法。统计采用单因素ANOVA+Tukey HSD（p<0.05），并以Pearson相关分析（df=4）考察TPC、TFC、总胡萝卜素、β-胡萝卜素与三项抗氧化参数的关联。全程以干重基准消除水分波动干扰。

研究结果

3.1 煮沸时间对总胡萝卜素和β-胡萝卜素含量的影响

随煮沸从5延至25 min，总胡萝卜素由714.05降至691.44 μg β-CE/g DW（最大损失4.48%），β-胡萝卜素由284.53降至254.82 μg/g DW（25 min损失17.3%）。生样最高（723.87与308.23）。5–10 min与生样无显著差异，说明短时煮沸对脂溶性类胡萝卜素物理保留较友好；延长煮沸则因色素质体破裂、蛋白-类胡萝卜素复合体解稳及全反式向顺式异构化致损。

3.2 煮沸时间对TPC和TFC的影响

生样TPC 2.78 mg GAE/g，煮5 min略升至3.26（不显著），随后线性下降，25 min达1.61（较生降42.1%）；TFC生样1.08 mg CE/g，5–10 min微降不显著，25 min降至0.65（降39.8%）。机制为水溶性酚/黄酮向煮水浸出叠加热氧化与糖苷键水解。短时微升源于细胞破裂释放酯化酚类。

3.3 抗氧化活性

3.3.1 DPPH自由基清除：生样IC₅₀ 1.12 mg/mL，25 min升至3.46 mg/mL（清除力降逾3倍），15与20 min间差异不显著暗示中期降解平台。

3.3.2 FRAP：5 mg/mL提取液还原力生样9.17 mg AAE/g，煮5 min反升至9.77，随后递减至25 min 4.38，与酚/黄酮电子供体流失一致。

3.3.3 总抗氧化（磷钼酸）：生样5 mg/mL为0.90 mg BHTE/g，25 min降至0.19（降78.9%）。

3.4 相关性分析

TPC与DPPH显著正相关（r=0.864, p=0.0265）；TFC与FRAP、TAC显著正相关（r=0.852/0.856）；总胡萝卜素与DPPH/FRAP/TAC均极强相关（r=0.943/0.840/0.973）；β-胡萝卜素与DPPH、TAC显著相关（r=0.933/0.856），与FRAP不显著，反映类胡萝卜素偏重氢原子转移与单线态氧淬灭而非直接电子转移。

讨论与结论翻译

讨论指出，Dilla品种生样类胡萝卜素水平高于部分报道品种（如Kamalasundari），但低于埃塞Kulfo；煮沸导致的极性抗氧化物浸出是FRAP与TAC降幅大于类胡萝卜素降幅的主因，与蒸制优于煮制的既有结论吻合。品种遗传背景、土壤与气候、提取协议共同造成跨研究数值离散。相关性证实酚、黄酮、类胡萝卜素均为OFSP抗氧化贡献者，但作用机制有分野。

结论部分译文：本研究证明Dilla OFSP含大量β-胡萝卜素、总类胡萝卜素、酚及黄酮，具抗氧化潜力。煮沸显著影响这些生物活性物保留，短时煮沸保留更高，长时渐进损失。结果凸显热加工对OFSP营养品质的塑造及优化煮沸时长的价值。即便长时煮沸后，OFSP仍是维生素A原与天然抗氧化物的重要膳食源。研究局限为仅考煮沸、未评生物可及性与 bioavailability、未比其他加工法。未来应多维加工对比、结合体外体内生物利用度及感官接受度评估，以支撑OFSP在改善膳食与对抗VAD中的证据链。