南瓜类胡萝卜素高通量提取检测体系建立及应用

doi:10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2023-0041

摘要/Abstract

摘要：

为了建立南瓜类胡萝卜素高通量提取检测体系，以南瓜果肉为试材，通过单因素试验和L₂₇(3¹³)正交试验，确定和优化南瓜类胡萝卜素提取的最佳提取液、提取温度和料液比。结果表明，乙醇是提取南瓜类胡萝卜素的最佳提取液，在55℃条件下，以料液比1:28，浸提90 min，类胡萝卜素的得率显著高[(7.56±0.14) mg/100 g]。在南瓜类胡萝卜素的提取条件中，提取温度对提取效果影响最大，料液比×提取时间和提取时间×温度的互作次之。利用高通量提取检测体系比较分析23份不同类型南瓜材料类胡萝卜素含量，发现印度南瓜‘贝栗4号’和中国南瓜×印度南瓜远缘杂种自交系20F8的类胡萝卜素含量分别为(31.40±0.35) mg/100g和(24.72±0.72) mg/100 g，显著高于其他供试南瓜材料，具有显著的营养利用价值。试验获得的南瓜类葫芦卜素高效检测体系，省事省力，结果准确，可提高南瓜营养品质育种效率。

关键词: 南瓜, 类胡萝卜素, 高通量测定, 远缘杂交, 营养品质育种

Abstract:

In order to establish the high-throughput system of extraction and detection for carotenoids in pumpkin, the pumpkin flesh was used as material, the optimum extraction solution, temperature and material-liquid ratio were determined and optimized by single factor experiments and L₂₇(3¹³) orthogonal experimental design, respectively. The results showed that ethanol was the best extraction solution for extracting carotenoids from pumpkin. The pumpkin pulp was extracted with material-ethanol liquidratio of 1:28at 55℃ for 90min, and the yield of carotenoids was significantly higher [(7.56±0.14) mg/100 g] than other combinations. Among the extraction conditions of carotenoids, temperature showed the greatest influence on extraction efficiency, followed by the interaction of material-liquid ratio × extraction time and extraction time × temperature. The carotenoid contents of 23 different types of pumpkin were detected by high-throughput extraction and detection system. The Cucurbita maximam variety of ‘Beili No.4’and the C. moschata × C. maximam inbred line of 20F8 showed the significantly higher carotenoid contents [(31.40±0.35) mg/100 g] and (24.72±0.72) mg/100 g, respectively)] than other tested pumpkin, which could be used for cultivating new pumpkin varieties rich in carotenoids. The efficient detection system for carotenoids content in pumpkin was labor-saving and accurate, which would improve the efficiency of pumpkin nutrition quality breeding.

Key words: pumpkin, carotenoids, high-throughput detection system, distant hybridization, nutrition quality breeding

宋慧, 安学君, 黄芸萍, 张香琴. 南瓜类胡萝卜素高通量提取检测体系建立及应用[J]. 农学学报, 2024, 14(3): 21-27.

SONG Hui, AN Xuejun, HUANG Yunping, ZHANG Xiangqin. High-throughput Detection System for Carotenoids: Establishment and Application in Pumpkin[J]. Journal of Agriculture, 2024, 14(3): 21-27.

图/表 9

参考文献 26

[1]	KULCZYNSKI B, GRAMZA-MICHAŁOWSKA A. QTL The profile of carotenoids and other bioactive molecules in various pumpkin fruits (Cucurbita maxima Duchesne) cultivars[J]. Molecules, 2019, 24:3212. doi: 10.3390/molecules24183212 URL
[2]	宋慧. 黄瓜花药培养及橙色果肉QTL分析和类胡萝卜素合成酶基因定位研究[D]. 南京: 南京农业大学, 2009:15-18.
[3]	王安君. 基于RNA-Seq的南瓜果实重要品质形成的代谢和分子调控研究[D]. 广州: 暨南大学, 2016:5-6.
[4]	NESTEL P, BOUIS H E, MEENAKSHI J V, et al. Biofortification of staple food crops[J]. Journal of nutrition, 2006, 136(4):1064-1067. doi: 10.1093/jn/136.4.1064 pmid: 16549478
[5]	AZEVEDO-MELEIRO C H, RODRIGUEZ-AMAYA D B. Qualitative and quantitative differences in carotenoid composition among Cucurbita moschata, Cucurbita maxima, and Cucurbita pepo[J]. Journal of agricultural & food chemistry, 2007, 55(10):4027.
[6]	LUO Y, WANG C, WANG M, et al. Acumulation of carotenoids and expression of carotenoid biosynthesis genes in fruit flesh during fruit development in two Cucurbita maxima inbred lines[J]. Horticultural plant journal, 2021, doi:https://doi.org/10.1016/j.hpj.2020.07.006.
[7]	杜奋澄, 许杰纯, 杨雨欣, 等. 辣椒果实类胡萝卜素的提取与测定方法研究[J]. 中国农学通报, 2019, 35(5):41-48. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb17110011
[8]	宋曙辉, 薛颖. 高效液相色谱法测定蔬菜中的类胡萝卜素[J]. 华北农学报, 2001, 16(3):92-97. doi: 10.3321/j.issn:1000-7091.2001.03.018
[9]	PORTILLO-LÓPEZ R, MORALES-CONTRERAS B E, LOZANO-GUZMÁN E, et al. Vegetable oils as green solvents for carotenoid extraction from pumpkin (Cucurbita argyrosperma Huber) by-products: Optimization of extraction parameters[J]. Journal food science, 2021, 86:3122-3136. doi: 10.1111/jfds.v86.7 URL
[10]	华蕾, 王静. 分光光度法在胡萝卜不同颜色肉质根品种生育期内天然活性物质含量变化研究中的运用[J]. 中国农业文摘-农业工程, 2021, 4:26-28.
[11]	RINAWATI M, SARI L A, PURSETYO K T. Chlorophyll and carotenoids analysis spectrophotometer using method on microalgae[J]. IOP conf. series: earth and environmental science, 2020, 441:012056.
[12]	宋慧, 王迎儿, 黄芸萍. 中国南瓜(Cucurbita moschata)×印度南瓜(C.maxima)种间杂交幼胚培养和杂种真实性鉴定[J]. 植物遗传资源学报, 2019, 6:1486-1493.
[13]	REDDY U K, LOPEZ-ORTIZ C, GUADALUPE A. GWAS resolves molecular mechanisms underlying natural variation for carotenoids in Cucurbita maxima Duchesne[J]. Scientia horticulturae, 2023, 312(15):111881. doi: 10.1016/j.scienta.2023.111881 URL
[14]	杨宇飞. 基于重组自交系的中国南瓜类葫芦萝卜素及果实相关性状QTL定位[D]. 佛山: 佛山科学技术学院, 2020:10-12.
[15]	HUSSAIN A, KAUSAR T, DIN A, et al. Determination of total phenolic, flavonoid, carotenoid, and mineral contents in peel, flesh, and seeds of pumpkin (Cucurbita maxima)[J]. Journal food process preserv, 2021, 45(6).
[16]	宋慧, 王迎儿, 古斌权, 等. 中印南瓜远缘杂交种自交系耐热性评价[J]. 植物遗传资源学报, 2020, 21(6):1577-1585. doi: 10.13430/j.cnki.jpgr.20200515002
[17]	赵青霞, 林必博, 张鑫, 等. 马铃薯抗低温糖化渐渗系培育和炸片品系筛选[J]. 中国农业科学, 2013, 46(20):4210-4221. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2013.20.004
[18]	李浩龙, 周蓉, 蒋芳玲, 等. 醋栗番茄 LA2093 渐渗系群体苗期耐盐性评价[J]. 江苏农业学报, 2022, 38(6):1620-1626.
[19]	李灵, 熊芸, 张钰瑶, 等. 响应面法优化猕猴桃类胡萝卜素提取工艺[J]. 四川大学学报(自然科学版), 2022, 59:056002.
[20]	全沁果, 秦靖茹, 张晴, 等. 青椒类胡萝卜素的提取及纯化[J]. 中国食品添加剂, 2022, 33(11):27-33.
[21]	米佳, 罗青, 禄璐, 等. 枸杞脂溶性物质的中试提取、成分分析及主要类胡萝卜素单体的制备[J]. 食品工业科技, 2022, 43(11):185-191.
[22]	赵明德. 不同方法提取胡萝卜中类胡萝卜素工艺研究[J]. 青海师范大学学报(自然科学版), 2021, 4:53-58.
[23]	王彬, 林亮, 陈敏氡, 等. 南瓜类胡萝卜素含量的超高效液相色谱分析[J]. 农学学报, 2017, 7(12):22-27. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb17070077
[24]	徐小军, 李可, 张桂兰. 南瓜类胡萝卜素的提取及果实发育中的含量变化[J]. 中国瓜菜, 2018, 31(12):11-14.
[25]	何卿, 孙国峰, 林秦文, 等. 植物类胡萝卜素提取与分析技术研究进展[J]. 植物学报, 2018, 53(5):700-709. doi: 10.11983/CBB18091
[26]	ITLE R A, KABELKA E A. Correlation between Lab* color space values and carotenoid content in pumpkins and squash (Cucurbita spp.)[J]. Hortscience, 2009, 44(3):633-637. doi: 10.21273/HORTSCI.44.3.633 URL

代号	商品名	类型	编号	类胡萝卜素
20F1	-	中印自交系	1	5.12±0.34	bc
20F2	-	中印自交系	2	7.04±0.46	de
20F3	-	中印自交系	3	5.62±0.19	cd
20F4	-	中印自交系	4	4.93±0.17	bc
20F5	-	中印自交系	5	6.70±0.78	de
20F6	-	中印自交系	6	6.44±0.28	cde
20F7	-	中印自交系	7	22.32±1.40	j
20F8	-	中印自交系	8	24.72±0.72	k
20F9	-	中印自交系	9	22.22±1.23	j
20F10	贝栗4号	印度南瓜	10	31.40±0.35	l
20F11	香南瓜	印度南瓜	11	19.41±0.90	i
20F22	爱碧斯	印度南瓜	12	19.57±0.43	i
20F23	绿亨银栗	印度南瓜	13	3.23±0.06	a
20F24	新红板栗	印度南瓜	14	11.24±0.10	f
PG1	P70	印度南瓜	15	14.79±0.50	h
20F25	香芋南瓜	中国南瓜	16	20.97±1.35	j
PG10	-	中国南瓜	17	4.16±0.34	ab
Wyr	-	中国南瓜	18	3.42±0.11	a
20F16	N2*20F3	自配组合	19	13.05±0.27	g
20F17	MO*20F5	自配组合	20	7.32±0.10	e
20F18	甬南甜4号	自配组合	21	11.91±1.77	fg
20F19	N4*20F7	自配组合	22	21.08±0.06	j
20F20	甬南甜3号	自配组合	23	12.95±0.30	g

代号	商品名	类型	编号	类胡萝卜素
20F1	-	中印自交系	1	5.12±0.34	bc
20F2	-	中印自交系	2	7.04±0.46	de
20F3	-	中印自交系	3	5.62±0.19	cd
20F4	-	中印自交系	4	4.93±0.17	bc
20F5	-	中印自交系	5	6.70±0.78	de
20F6	-	中印自交系	6	6.44±0.28	cde
20F7	-	中印自交系	7	22.32±1.40	j
20F8	-	中印自交系	8	24.72±0.72	k
20F9	-	中印自交系	9	22.22±1.23	j
20F10	贝栗4号	印度南瓜	10	31.40±0.35	l
20F11	香南瓜	印度南瓜	11	19.41±0.90	i
20F22	爱碧斯	印度南瓜	12	19.57±0.43	i
20F23	绿亨银栗	印度南瓜	13	3.23±0.06	a
20F24	新红板栗	印度南瓜	14	11.24±0.10	f
PG1	P70	印度南瓜	15	14.79±0.50	h
20F25	香芋南瓜	中国南瓜	16	20.97±1.35	j
PG10	-	中国南瓜	17	4.16±0.34	ab
Wyr	-	中国南瓜	18	3.42±0.11	a
20F16	N2*20F3	自配组合	19	13.05±0.27	g
20F17	MO*20F5	自配组合	20	7.32±0.10	e
20F18	甬南甜4号	自配组合	21	11.91±1.77	fg
20F19	N4*20F7	自配组合	22	21.08±0.06	j
20F20	甬南甜3号	自配组合	23	12.95±0.30	g

提取液	浸提时间/min	类胡萝卜素含量	最高点提取2次的含量
乙醇	0	5.01±0.40	-
	30	6.51±0.32	-
	60	6.74±0.34	-
	90	8.04±0.07	8.74±0.12
	120	7.14±0.34	-
	150	7.01±0.34	-
	180	6.67±0.38	-
丙酮	0	5.40±0.18	-
	30	6.07±0.10	-
	60	6.93±0.26	8.19±0.06
	90	6.84±0.12	-
	120	6.53±0.06	-
	150	6.09±0.16	-
	180	5.87±0.21	-

提取液	浸提时间/min	类胡萝卜素含量	最高点提取2次的含量
乙醇	0	5.01±0.40	-
	30	6.51±0.32	-
	60	6.74±0.34	-
	90	8.04±0.07	8.74±0.12
	120	7.14±0.34	-
	150	7.01±0.34	-
	180	6.67±0.38	-
丙酮	0	5.40±0.18	-
	30	6.07±0.10	-
	60	6.93±0.26	8.19±0.06
	90	6.84±0.12	-
	120	6.53±0.06	-
	150	6.09±0.16	-
	180	5.87±0.21	-

浸提温度/℃	类胡萝卜素含量 /(mg/100 g)	料液比 /(g/mL)	类胡萝卜素含量 /(mg/100 g)
30	6.35±0.12	1:8	5.52±0.04
40	6.35±0.00	1:16	6.36±0.10
50	6.45±0.05	1:24	6.37±0.35
60	7.06±0.10	1:32	7.73±0.01
70	6.82±0.09	1:40	7.37±0.09