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FSHW | 破壁对茶花和荷花蜂花粉营养成分及体外消化的影响

花匠小妙招
2024-12-16 22:41

本文系Food Science and Human Wellness原创编译，欢迎分享，转载请授权。

Introduction

蜂花粉是蜜蜂采集的花粉中加入花蜜和唾液形成的物质。蜂花粉含有所有必需氨基酸、脂肪酸、游离氨基酸、维生素、必需矿物质、类胡萝卜素、黄酮和许多其他生物活性物质。因此，蜂花粉具有多种治疗特性，包括抗氧化，抗癌，抗菌活性和器官保护。蜂花粉在功能性食品领域越来越受到重视。此外，在其他应用中，蜂花粉可能是一种天然的酿酒工具，可以改善葡萄酒的感官质量，并可以作为膳食补充剂影响鱼类的繁殖性能及其后代的免疫反应。

成熟花粉壁可明显分为两层。外层，称为外壁，主要由孢粉素组成，这是非常有抗性的。内层也叫内壁，主要由纤维素构成，结构类似于植物细胞壁。有必要采用破壁技术来促进花粉营养物质的释放和生物学效应，有研究者提出，破壁花粉可能有效提高蜂花粉中生物活性化合物的消化率。然而，其他研究声称整个蜂花粉可以被人类和动物消化和吸收。因此，破壁是否能提高蜂花粉营养物质的消化率，仍需提供直接证据加以证明。

细胞壁破裂主要可以通过化学、生物和物理方法实现。化学方法通常使用化学试剂来破坏蜂花粉壁。然而，化学试剂会留在花粉中，这可能会造成污染并降低其营养价值。生物方法用各种细菌或酶处理蜂花粉。它成本低，效率低，而且很容易用细菌污染蜂花粉。物理方法通常使用辐射，溶胀，渗透，超声波，微波，温度变化或剪切力来破坏蜂花粉壁。与化学和生物方法相比，物理方法由于操作简单、成本低而被更广泛地用于破壁。超声波与高剪切技术相结合，可以有效地打破蜂花粉壁，释放营养物质。其他研究也发现，应用超声波处理破壁玫瑰蜂花粉，可以促进蛋白质、脂质、水溶性糖、黄酮类等营养成分的释放，但会导致VB1和VC的损失。与其他物理方法相比，超细粉碎技术成本低，操作简单，省时，适合大规模生产。另外，超细粉碎后的颗粒粒径小，分布均匀，具有明显的破壁效果

在此基础上，本文选择了我国两大蜂花粉种类--山茶花和荷花作为研究对象。已有多项研究报道了蜂花粉的化学成分和功能，但有关超微粉碎技术对蜂花粉壁的影响的信息很少。对于蜂花粉的破壁处理是否有必要仍然存在争议。因此，本研究采用超微粉碎技术对蜂花粉进行破壁，比较破壁前后蜂花粉的营养成分和抗氧化活性。研究破壁对蜂花粉体外消化过程中酚类物质释放和生物利用度的影响，并表征其组成和抗氧化活性的变化，为蜂花粉是否需要破壁提供理论依据。这些结果有助于评价破壁处理对蜂花粉中生物活性物质的影响，并为蜂花粉在功能食品加工中的应用提供依据。

Results and Discussion

破壁前后蜂花粉营养成分的比较

采用超微粉碎技术对山茶花蜂花粉和荷花蜂花粉进行破壁处理，并通过扫描电镜观察其对蜂花粉壁结构的影响。图1中的显微照片显示了具有和不具有壁破裂的山茶花和蜜蜂花粉样品。结果表明，破壁后的蜂花粉形态发生了较大变化。超微粉碎前，花粉壁紧紧包裹胞内物质，花粉粒结构完整。蜂花粉经超微粉碎后，花粉粒破碎，胞质释放。比表面积是花粉显微结构生物学功能的一个重要特征，可以用来表征花粉的破壁程度。一般而言，较大的SSA意味着对蜂花粉壁结构的较大程度的破坏。破壁后的山茶花和莲花蜂花粉样品的SSA几乎是未处理样品的两倍（P＜0.001），表明完整的蜂花粉粒被破坏。

图1蜂花粉破壁前后的扫描电镜显微摄影图

山茶花蜂花粉和莲蜂花粉经超微粉碎后，粗蛋白、粗脂肪、淀粉和可溶性糖含量均有不同程度的提高。说明破壁有利于营养物质的释放。研究还发现油菜蜂花粉破壁后，可以检测到更多的糖，包括葡萄糖、果糖和麦芽糖。但蜂花粉超微粉粗纤维含量显著低于未破壁样品（P＜0.01），尤其是破壁后莲蜂花粉粗纤维含量比破壁前降低了56%（LB，P＜0.001）。这主要是由于超微粉碎后花粉细胞外壁的孢粉素和内壁的纤维素被破坏，使粗纤维含量明显降低。然而，发现蜂花粉中的元素含量在壁破裂后没有显著变化。

与标准品比较，测定了蜂花粉的脂肪酸组成和相对含量（表1）。茶花蜂花粉中多不饱和脂肪酸（PUFAs）含量最高，其次是单不饱和脂肪酸（MUFAs）和饱和脂肪酸（SFAs）。此外，破壁前和破壁后的山茶花蜂花粉中主要脂肪酸为α-亚麻酸（C18:3n-3），分别占总脂肪酸的45.09%和42.18%。破壁后山茶花蜂花粉中SFA和MUFA的比例显著增加（P＜0.05）。莲蜂花粉中脂肪酸含量最高的是棕榈酸（C16:0），其次是α-亚麻酸。与破壁处理的山茶花蜂花粉一样，莲蜂花粉中SFA和MUFA的比值显著增加（P＜0.01）。结果表明，破壁可提高山茶花和荷花蜂花粉中SFA和MUFA在总脂肪酸中的比例，推测蜂花粉细胞壁中脂肪酸主要为SFA和MUFA。MUFA具有良好的抗炎和心血管益处。从机制上讲，MUFA可以抑制脂质ROS在质膜上的积累。PUFA与肥胖、代谢疾病、心血管和免疫功能、胰岛素作用、神经元发育和神经精神疾病相关。近年来，PUFA已被证明是脂质代谢的调节剂，并具有抗炎和抗癌作用。破壁处理后，花粉中PUFAs占总脂肪酸的比例下降，山茶花花粉从56.47%下降到53.32%，莲花花粉从34.36%下降到27.30%。破壁后的山茶花蜂花粉和荷花蜂花粉样品的总脂肪含量显著增加（P＜0.05），尤其是CA的脂肪含量是CB的近2倍。因此，PUFAs比例的降低并不意味着蜂花粉中PUFAs含量的降低。研究表明，破壁蜂花粉中PUFAs的含量增加，尤其是α-亚麻酸（C18:3n-3）和亚油酸（C18:2n-6）。

表1 蜂花粉样品破壁前后的脂肪酸图谱

由表2可知，破壁后的山茶花和莲蜂花粉中总必需氨基酸（TEAA）、总非必需氨基酸（TNEAA）和总氨基酸（TAA）的含量均增加（P＜0.05）。其中苏氨酸（Thr）、赖氨酸（Lys）和天冬氨酸（Asp）含量分别比对照提高了375%、131.58%和64.31%。同时，莲蜂花粉中亮氨酸（Leu）、赖氨酸（Lys）和精氨酸（Arg）含量分别提高了32.84%、31.75%和21.97%。总的来说，两种破壁蜂花粉样品的氨基酸种类都有所增加。与CB相比，CA增加了四种氨基酸，即酪氨酸（Try）、丝氨酸（Ser）、半胱氨酸（Cys）和精氨酸（Arg）。此外，LA还增加了一种氨基酸，即脯氨酸（Pro）。结合氨基酸种类和含量的变化可知，山茶花和莲蜂花粉破壁后氨基酸含量增加，Try、Ser、Cys、Arg和Pro可能主要分布在花粉壁内部。

表2 蜂花粉样品破壁前后的氨基酸组成和含量

破壁对蜂花粉酚类物质及抗氧化活性的影响

山茶花和莲花蜂花粉的游离酚提取物的TPC和TFC示于表3中。由于山茶花蜂花粉和莲花蜂花粉中酚类物质的差异，它们的TPC、TFC和抗氧化活性表现出明显的差异。山茶花蜂花粉的总黄酮、总蛋白含量和抗氧化活性均明显高于荷花蜂花粉。CA和LA的TPC和TFC显著高于CB和LB，特别是LA的TPC几乎是LB的两倍。破坏花粉壁后，内含酚类物质的物质流出，有利于酚类物质的提取。结合的酚类化合物通常与植物细胞中的稳定大分子结合，如细胞壁上的纤维素、半纤维素或细胞骨架蛋白，并且不能被有机溶剂提取。一方面，在破壁处理下，酚类化合物可以直接释放。另一方面，破壁处理将更多的结合酚类化合物转化为游离酚类化合物。

表3 蜂花粉游离酚类提取物的总酚含量、总黄酮含量及抗氧化活性

采用FRAP和ABTS方法测定蜂花粉破壁前后酚类提取物的抗氧化活性（表3）。与TPC和TFC的变化趋势相似，CA和LA对ABTS阳离子自由基的清除能力和FRAP活性均高于CB和LB（P＜0.05）。进一步证明破壁处理对蜂花粉抗氧化活性有重要贡献。抗氧化物质特别是酚类物质释放量的增加有利于抗氧化能力的提高。

山茶花和莲蜂花粉体外消化代谢产物的鉴定

山茶蜂花粉

图2A-B显示了在体外模拟的每个阶段CB和CA消化液中鉴定的化合物。共鉴定或初步鉴定了41种化合物，包括3种碳水化合物、11种酚酸及其衍生物、10种黄酮类化合物和17种脂肪酸。结果表明，与CB相比，CA中只含有13种化合物，其中酚酸类8种，黄酮类1种，脂肪酸类4种。

图2 茶花和莲花蜂花粉负离子模式的总离子色谱

莲花蜂花粉

在LB和LA消化液中共鉴定或初步鉴定了21种化合物，包括1种碳水化合物、2种黄酮类化合物和18种脂肪酸及其衍生物。图2C和2D显示了总离子色谱图。

破壁处理对蜂花粉主要成分及酚类物质体外消化生物可利用性的影响

图3A和B显示了有或没有破壁的山茶花和莲花蜂花粉的溶解TPC。蜂花粉在模拟消化过程中总转化率逐渐增加，尤其是在肠道消化后。这可能是由于蜂花粉中结合的多酚通过胃液的酸性环境和肠液的碱性环境的水解，或消化酶的酶解作用而进一步释放。破壁蜂花粉中TPC的溶出量显著高于未破壁蜂花粉（P＜0.05）。消化后CB的TPC为3.30～7.19 mg GAE/g，CA的TPC为3.49～9.17 mg GAE/g。莲蜂花粉经破壁处理后的TPC体外消化率为4.26～8.57mgGAE/g，未经破壁处理的TPC体外消化率为3.43～7.47mgGAE/g。在模拟体外消化过程中，TFC的释放模式与TPC的释放模式相似，其显示出增加的趋势（图3C和D）。蜂花粉的破壁处理在体外消化过程中可引起TFC的显著变化。与CB相比，CA经口消化、胃消化和肠消化的总释放量分别增加了43.84%、57.22%和112.16%。经莲蜂花粉破壁处理后，TFC在口服消化中的释放量比LB增加了26.19%，在胃消化中增加了34.43%，在肠消化中增加了57.99%。总的来说，山茶花蜂花粉和莲花蜂花粉在体外消化过程中总酚和黄酮类化合物的释放是相似的。在体外消化过程中，破壁处理的蜂花粉的TPC和TFC值也显著增加（P＜0.05）。这可能是由于未破壁花粉在消化过程中释放的酚类物质不完全，破壁花粉更有利于酚类物质的释放。

图3 （A、C、E、G）、（B、ABTS、F、H）中总酚类、（C、ABTS、D）黄酮、（E、F)阳离子自由基清除活性和（G、H）铁还原抗氧化能力的变化

蜂花粉破壁后释放到肠液中的酚类物质含量极显著高于破壁前。因此，如表4所示，破壁山茶花和莲蜂花粉总酚和黄酮的平均生物可利用性显著高于未破壁山茶花和莲蜂花粉（P＜0.001）。特别是破壁蜂花粉中黄酮类化合物的生物可利用性几乎是破壁蜂花粉的两倍。因此，破壁可以提高蜂花粉中酚类化合物的生物可及性。较大的SSA允许颗粒与其他分子更多地相互作用，并改善生物利用度和肠道吸收。从透析后可透析率的角度来看，酚类物质的可透析率为20%～30%，表明可吸收酚类物质（透析膜外）进一步吸收（利用率）的总和低于生物可利用酚类物质。此外，透析后CA和LA中酚类物质的透析率比CB和LB分别提高了32.87%和30.71%。CA和LA中黄酮类化合物的透析率高于CB和LB，但差异不显著（P＞0.05）。以上结果证实了破壁处理可以调节蜂花粉中酚类物质的生物可及性和生物利用度。蜂花粉加工可以通过超微粉碎破坏细胞壁来提高生物活性化合物的生物可及性。

表4 模拟胃肠道消化和透析后蜂花粉样品（蜂壁破裂前后）生物可及性和可透析的酚类化合物

可以看出，有和没有壁破裂的蜂花粉消化液的组成非常不同（图2）。共鉴定出28种主要物质，在CA消化液中全部检出。此外，还有12种酚类物质和脂肪酸仅在CA消化液中检测到。在莲蜂花粉的体外模拟消化过程中鉴定出22种主要成分。其中4种脂肪酸及其衍生物仅在LB消化液中检出，6种脂肪酸及其衍生物仅在LA消化液中检出。此外，黄酮类化合物（槲皮素-3-O-鼠李糖苷-7-O-葡萄糖苷和山奈酚-3O-芸香糖苷）仅在LA消化液中检测到。在蜂花粉的体外消化中检测到的酚类物质比提取物中的酚类物质少，这可能是因为糖苷配基类黄酮的主要亲脂性导致在残留物中的保留更大，在水相中的溶解度更低。类黄酮的水溶性很低，这可能与其分子结构中存在糖苷残基有关。此外，酚类化合物，包括酚酸和类黄酮，经常与消化过程中释放的其他食物成分（蛋白质，碳水化合物和脂质）相互作用，将其浓度降低到检测限以下。研究结果表明，破壁处理可以提高蜂花粉中酚类化合物的生物利用度，增加其可提取性和溶解它们在口腔和胃肠道消化。

采用ABTS法和FRAP法测定了CB、CA、LB和LA在不同消化阶段的体外抗氧化作用。如图3E-H，样品在破壁处理后显示出更大的清除作用，尤其是在胃肠道阶段。蜂花粉经破壁处理后，清除ABTS自由基的效果显著提高。与CB和LB组相比，CA和LA组的FRAP值显著增加，分别增加约22.14%和25%。

Conclusion

本文研究了超微粉碎技术对蜂花粉营养成分释放、抗氧化活性和体外消化的影响。结果表明，蜂花粉经破壁处理后，释放出大量的蛋白质、脂肪、淀粉、可溶性糖和游离氨基酸等营养成分。与未破壁蜂花粉相比，破壁蜂花粉中脂肪酸、氨基酸和酚类化合物的种类增多。破壁有利于总酚和类黄酮的释放和提取，并增强其清除FRAP和ABTS阳离子自由基的抗氧化活性。同时，破壁处理不仅提高了TPC和TFC的生物可及性、透析率和抗氧化活性，而且促进了蜂花粉中酚类物质和脂肪酸等营养物质在体外模拟消化过程中的释放。

Effect of wall-disruption on nutrient composition and in vitro digestion of camellia and lotus bee pollens

Yuan Yuana, Shun Zhonga, Zeyuan Denga,*, Guangyan Lib, Jinwu Zhangb, Hongyan Lia,*

a State Key Laboratory of Food Science and Resources, Nanchang University, Nanchang 330047, China

b Nanchang Tongxin Zichao Biological Engineering Co., Ltd., Nanchang 330052, China

*Corresponding author.

Abstract

The nutrient digestion, absorption and biological activity of bee pollen may be limited due to the complex pollen wall. Here, the effect of superfine grinding technology on the release of nutrients from bee pollen were investigated, and their antioxidant activities and in vitro digestion were explored in this study. Results showed that the content of nutrients in bee pollen increased after wall disruption. Among them, fat content increased by 22.55%–8.31%, protein content increased by 0.54%–4.91%, starch content increased by 36.31%–48.64%, soluble sugar content increased by 20.57%–29.67%, total phenolic acid content increased by 11.73%–86.98% and total f lavonoids content increased by 14.29%–24.79%. At the same time, the antioxidant activity increased by 14.84%–46.00%. Furthermore, the active components such as phenolic compounds in the wall-disruption bee pollen were more readily to be released during the in vitro digestion, and easier to be absorbed because of their higher bioaccessibility. Antioxidant activities during in vitro digestion were also improved in wall-disruption bee pollen. These findings provide evidence that bee pollen wall disruption was suggested, thus, it is more conducive to exerting the value of bee pollen in functional foods.

Reference:

YUAN Y, ZHONG S, DENG Z Y, et al. Effect of wall-disruption on nutrient composition and in vitro digestion of camellia and lotus bee pollens[J]. Food Science and Human Wellness, 2024, 13(3): 1567-1577. DOI:10.26599/FSHW.2022.9250132.

翻译：陈文静（实习）

编辑：梁安琪；责任编辑：张睿梅

封面图片来源：图虫创意

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