储存和新鲜Leucaena leucocephala种子的物理和化学特性分析

《Food Research International》：Analysis of the physical and chemical characteristics of stored and fresh Leucaena leucocephala seeds

本研究对比分析11年储存期与新鲜Leucaena leucocephala种子的结构化学特性，发现储存种子蛋白质和灰分含量显著增加（p<0.05），但种子 coat厚度及主要元素组成保持稳定（p>0.05），扫描电镜显示表面出现裂纹但内部分质结构完整，表明该物种种子具备长期储存潜力，适合作为功能性纤维来源。

　　

Viviane da Silva Sousa Almeida | Amanda Graziela Gon?alves Mendes | Tonicley Alexandre da Silva | Daniele Gomes Cassias Rodrigues | Ariadina Jansen Campos Fontes | José Lima Pereira-Filho | Carmem Duarte Lima Campos | Aleania Polassa Almeida Pereira | Jo?o Lucas do Carmo Lima | Kátia Danielle Araújo Louren?o Viana | Valério Monteiro-Neto

巴西马拉尼昂联邦大学，巴坎加校区，圣路易斯 65080-805，MA

摘要

植物膳食纤维的长期行为会影响其作为稳定和可持续功能性成分的实用性。本研究比较了在相同环境条件下储存了11年的Leucaena leucocephala种子与新鲜收获的种子在结构和化学特性上的差异。根据官方分析化学家协会（AOAC）的规定，使用物理化学方法以及扫描电子显微镜（SEM）和能量分散光谱（EDS）技术，对包括种皮、子叶和胚乳在内的解剖结构进行了检测。储存的种子保持了表面完整性，种皮厚度与新鲜种子相似（p > 0.05），尽管由于种皮收缩出现了裂纹。元素组成（C、N、Ca、K、S、Mg和O）没有变化（p > 0.05），这与抗氧化能力和木质纤维素细胞壁的完整性一致，这一点从膳食纤维的稳定性和种皮微观结构中可以推断出来。化学分析显示，储存的种子中蛋白质（子叶和胚乳；p < 0.05）和灰分（p < 0.001）的含量较高，而新鲜种子中可溶性碳水化合物（种皮和胚乳；p < 0.001）和胚乳中的脂质（p = 0.004）含量较高。这些成分差异反映了环境暴露和生理过程随时间的综合影响。总体而言，L. leucocephala在长期自然老化过程中仍能保持其化学和微观结构的完整性，这突显了其作为食品科学和植物生物技术中耐用、可持续的功能性纤维来源的潜力。

引言

膳食纤维是复杂的碳水化合物，在胃肠道中难以消化和吸收，大部分以完整的形式到达结肠，在那里通过其发酵性和物理化学性质促进代谢和肠道健康（Dhingra, Michael, Rajput, & Patil, 2012; Williams, Mikkelsen, Flanagan, & Gidley, 2019）。根据与水的相互作用，纤维被分为可溶性和不可溶性纤维（Mammolenti, Lupi, Baldino, & Gabriele, 2025）。可溶性纤维主要由寡糖和非淀粉多糖组成，可发酵为短链脂肪酸，调节葡萄糖和脂质代谢；而不溶性纤维则增加粪便体积并减少肠道通过时间（Guan, Yu, & Feng, 2021; Timm, Offringa, Van Klinken, & Slavin, 2023）。在气候变化和粮食安全问题日益严重的背景下，人们对能够在有限基础设施条件下提供抗性纤维来源的本地适应型高营养价值作物越来越感兴趣（Ndlovu, Scheelbeek, Ngidi, & Mabhaudhi, 2024）。 在这些作物中，Leucaena leucocephala（Lam.）de Wit是一种广泛分布于热带、亚热带和半干旱地区的多年生豆科植物。其种子富含碳水化合物、蛋白质和脂质（Aquino-González et al., 2023; De Angelis, Gasco, Parisi, & Danieli, 2021; Gopinath, Billigraham, & Sathishkumar, 2023）。L. leucocephala种子粉具有优良的技术功能特性，包括持水性和持油性、凝胶化能力和抗氧化能力（Aquino-González et al., 2023; Hernández-Santos, Quijano-Jerónimo, & Rodríguez-Miranda, 2022; Noyola-Altamirano et al., 2022）。此外，还有报道指出Leucaena种子可用作人类食物和商业胶料的来源（Aquino-González et al., 2023; Sethi & Kulkarni, 1995）。从结构上看，L. leucocephala种子由种皮、子叶和富含半乳甘露聚糖的胚乳组成。胚乳中的多糖既作为结构成分，也作为可溶性纤维，类似于瓜尔胶，并有助于控制肥胖（Buckeridge, 2010; Sharma et al., 2021; Sharma, Sharma, Ramakrishna, Srivastava, & Gaikwad, 2021; Tedjani et al., 2025; Viana, 2017）。尽管具有这种转化潜力，但关于Leucaena的研究主要集中在新鲜收获的材料或控制在两年以内的储存条件下，对于长时间环境储存后种子的营养完整性信息有限（Hernández-Santos et al., 2022; Machado, Nunes da Silva, Vasconcelos, & Santos, 2025）。由于种皮坚硬且不透水，L. leucocephala种子在土壤或种质库中可以存活10-20年（Joshi, Mandal, Asati, Deepa, & Sharma, 2024; Olckers, 2011）。然而，在环境条件下这些种子的生化组成和微观结构是否能够保存超过10年尚不清楚。在这种情况下，11年的储存期是一个生物学上相关的时限，接近该物种报道的种子最长寿命的上限，有助于在真实的热带环境条件下测试纤维的稳定性。种子在食品和生物技术应用中的潜在用途最终取决于其在长期环境储存过程中保持完整性的能力，这一问题尚未得到解决。 化学和结构上的韧性支持了开发在延长环境储存期间具有可预测技术功能性能的稳定成分，这对于功能性成分至关重要。因此，本研究调查了在热带环境条件下储存了11年的L. leucocephala种子的生化和形态韧性，使用同一母株的新鲜收获种子作为功能参考。

植物材料

植物材料

L. leucocephala的种子分别于2012年10月（储存种子）和2023年10月（新鲜种子）从位于巴西马拉尼昂州圣路易斯（Latitude: ?2.52677°, Longitude: ?44.21357°, Altitude: 32.58 m）的马拉尼昂联邦大学（UFMA）校区采集。2012年的种子在室温下的密封玻璃容器中储存了11年，模拟了圣路易斯的自然环境条件（年平均温度约为27°C；每日最低温度...）

种子的物理特性

储存种子和新鲜种子的重量、长度和宽度存在差异（p < 0.05），新鲜种子的数值较高。两种种子组的厚度没有差异（p > 0.05）（表1）。

种子表面形态

储存种子和新鲜种子的外种皮在形态上存在差异。储存种子的表面不连续，有裂纹和部分组织紊乱，而新鲜种子的种皮连续且微观结构保持完整（图1）。

种子的元素表面分析

生化和稳定性

储存种子与新鲜收获种子之间的差异表明，这些变化与植物的成熟过程和环境暴露有关，而非种子老化过程中的直接化学分解。储存种子与新鲜种子之间的整体生化一致性表明，11年的储存期是对纤维韧性的一种严格自然考验，而非恶化阶段（Joshi et al., 2024; Mokwala, Mangoale, Mathabe, Foyer, & Kunert, 2006）

结论

本研究证明，L. leucocephala种子即使在长期储存后也能保持其结构和化学稳定性，显示出该物种对氧化、温度变化和水分损失的生化抵抗力。观察到的变化更多是与新鲜种子发育过程中环境因素引发的适应性反应有关，而非储存种子老化导致的退化。这体现在可溶性纤维（包括寡糖）的增加上...

手稿准备过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本论文的过程中，作者使用了Grammarly和ChatGPT来提高可读性和语法。使用这些工具后，作者根据需要对内容进行了审查和编辑，并对发表文章的内容承担全部责任。

CRediT作者贡献声明

Viviane da Silva Sousa Almeida：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、方法论、调查、数据分析、概念化。 Amanda Graziela Gon?alves Mendes：方法论。 Tonicley Alexandre da Silva：方法论。 Daniele Gomes Cassias Rodrigues：方法论。 Ariadina Jansen Campos Fontes：方法论。 José Lima Pereira-Filho：数据管理。 Carmem Duarte Lima Campos：数据管理。 Aleania Polassa Almeida Pereira：调查。 Jo?o Lucas do Carmo Lima：调查。

资金来源

本研究得到了马拉尼昂研究和科学技术发展支持基金会（FAPEMA，资助编号APP-12327/22）、高等教育人员协调机构（CAPES，资助代码001）、国家科学技术发展委员会（CNPq，资助编号317186/2023-0）以及FitoAmaz?nia研究网络（Pró-Amaz?nia/CNPq，资助编号445615/2024-9）的财政支持。

未引用的参考文献

Pérez Suárez, 2011 Sharma, Kaur, Batish, Kaur and Chauhan, 2022

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。