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海南与浙江产铁皮石斛主要营养成分分析比较

2015-05-30魏静等

热带作物学报 2015年6期
关键词:铁皮石斛营养成分比较

魏静等

摘 要 采用国标方法分别对海南产和浙江产铁皮石斛的主要营养成分(蛋白质及氨基酸、脂肪及脂肪酸、总多糖及矿质元素)的组成和含量进行测定。结果表明,海南产铁皮石斛中的粗脂肪、粗纤维、灰分、总多糖和水与浙江产铁皮石斛差异显著(p<0.05),粗脂肪和粗蛋白含量与浙江产铁皮石斛则差异不显著(p>0.05);两种铁皮石斛同时含有多种人体必需矿物质,其中以K、Mg、Ca和P的含量较高,尤其是K和Ca含量较高,不过,海南产铁皮石斛中微量元素的含量均要高于浙江产铁皮石斛。此外,两种铁皮石斛中不饱和脂肪酸含量均较高,但海南产铁皮石斛要比浙江产铁皮石斛更符合联合国粮农组织(FAO)提出的人类膳食中(ω-6)/(ω-3)的推荐值。两种铁皮石斛中必需氨基酸含量较高,两种铁皮石斛中的第一限制性氨基酸均为赖氨酸,且海南产铁皮石斛的必需氨基酸总量均要高于浙江产铁皮石斛。因此,海南产铁皮石斛具有较高的营养价值和良好的开发应用前景。

关键词 铁皮石斛;营养成分;分析;比较

中图分类号 S567 文献标识码 A

Abstract The major nutritional components(protein and amino acids, oil and fatty acids, total polysaccharides and some important minerals)of Dendrobium officinale from Hainan were analyzed and evaluated by national standard methods in the paper. The result showed that the content of the crude fibre and ash in D. officinale from Hainan was significantly higher than that from Zhejiang(p<0.05); however, the content of the total polysaccharides and moisture was much lower(p<0.05), and the crude lipid and rude protein content were not significant(p>0.05). D. officinale from Hainan and Zhejiang had ample mineral contents, and the content of K, Mg, Ca and P was relatively high, and the content of multi-trace elements in D. officinale from Hainan was higher than that from Zhejiang. There were plentiful unsaturated fatty acids such as polyunsaturated fatty acids in the two species of D. officinale, and the samples from Hainan complied better with the (ω-6)/(ω-3) recommended values from FAO than that from Zhejiang. The first limiting amino acids in the D. officinale from Hainan. and Zhejiang were both lysine. D. officinale from Hainan. had higher content of total essential amino acids than that from Zhejiang. In conclusion, D. officinale from Hainan. had high nutritional value, which well deserved further exploitation and utilization.

Key words Dendrobium officinale; Nutritional composition; Analysis; Comparison

铁皮石斛为兰科石斛属植物铁皮石斛(Dendrobium officinale Kimura et Migo)的干燥茎,因表皮呈铁绿色而得名[1]。石斛属植物按形态、产地等可分为铁皮、金钗、霍山、黄草、环草、马鞭等数十个品种,其中以铁皮石斛最为珍贵[2]。铁皮石斛主要分布在东亚、东南亚及澳大利亚等国家和地区,在我国主要分布于秦岭、淮河以南的云南、广西、贵州、浙江等地的山区[3]。铁皮石斛的主要有效成分为石斛类多糖、生物碱、酚类、菲类和倍半萜类化合物。现代药理研究结果表明,石斛多糖具有抗肿瘤、增强免疫力、降低血糖等作用[4]。近年来,国内外对铁皮石斛多糖和生物碱成分的研究报道较多[5-7],且已证明其有效成分具有许多药理活性[8]。因此,铁皮石斛在民间素有“仙草”、“千金草”、“软黄金”、“植物黄金”、“救命仙草”和“石斛黄金”之说,在历史上也一直被人们视为珍品。唐代医学经典《道藏》更是将铁皮石斛列为“中华九大仙草之首”。具体排名为铁皮石斛、天山雪莲、千年人参、百二十年何首乌、花甲之茯苓、苁蓉、深山灵芝、海底珍珠、冬虫夏草。并且至唐宋以来,铁皮石斛便被列为贡品,供皇室贵族延年益寿。

铁皮石斛的鲜茎可直接食用,或炖汤,或泡茶,或浸酒[9],通常加工成干品,如铁皮枫斗、铁皮石斛功能性饮料[10]等。近年来以铁皮石斛为原料生产的高级保健品越来越多,畅销欧美及东南亚沿海发达地区。但由于野生铁皮石斛特殊的生长环境和自身繁殖极为困难[11-12],再加上经济价值极高,长期无限制地采挖和不合理地开发利用导致资源越来越少,现已成为国家二级保护植物[13]。为保护这一珍稀植物,从20世纪70年代起,国内外有关机构便开始了铁皮石斛的研发工作[14-17],尤其在铁皮石斛的组织培养与快速繁殖技术、人工栽培技术方面进行了大量研究,已为铁皮石斛规模化栽培提供了较强的技术保障。目前,铁皮石斛已在海南引种成功,但对从浙江引种于海南的铁皮石斛的主要营养与活性成分的研究还不是很深入,此外,针对铁皮石斛食药两用性以及以往的研究大都集中在其有效化学成分和药理作用方面,很少系统研究其营养价值。鉴于此,本研究对采自海南的铁皮石斛中的主要营养成分进行分析与评价,并在此基础上与浙江产铁皮石斛进行比较,以便为海南产铁皮石斛的食用性和功能性食品开发利用奠定生物化学理论基础,以期为海南铁皮石斛今后开展规模化人工繁殖及其开发利用提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 原料 浙江产铁皮石斛,直接从北京同仁堂药店购买,级别为一等。样品直接磨成粉,用保鲜袋密封在4 ℃的冰箱中,供分析用;海南产铁皮石斛,2013年11月采自于海南。先对样品进行清洗,用蒸馏水清洗后切成小段,置于60 ℃的电热恒温干燥箱中干燥24 h,然后打磨成粉,过40~60目筛,用保鲜袋密封在4 ℃的冰箱中,供分析用。

1.1.2 试剂 无水乙醚(北京市科瑞澳科技发展有限公司)、氢氧化钾(上海贺宏化工有限公司)、甲醇(佛山市远东化学试剂有限公司)、正己烷(南京三众化工有限公司),盐酸、硼砂、硼酸、乙醇、甲醇、浓硫酸、硫酸铜、硫酸钾、正己烷、乙酸锌、乙酸镁、葡萄糖、甲基红、次甲基蓝、氢氧化钠、酒石酸钾钠、亚铁氰化钾等试剂均由广州化学试剂厂生产,除特别注明外均为分析纯。

1.1.3 仪器与设备 TC-30型恒温水浴锅(海宁市新华医疗器械厂),索氏提取器,101-1-BS电热恒温干燥箱(上海正慧工贸有限公司),RE52AA旋转蒸发仪(西安比朗实验仪器有限公司),FA2004电子分析天平(上海京工实业有限公司),DG160C型中药材粉碎机(江阴万达药机),毛细管气相色谱-质谱联用仪(HP6890/5973MS,美国Agilent Technologies公司),L-8800全自动氨基酸分析仪(日本日立公司),Z-5000原子吸收分光光度计(日本日立公司),ContrAA300连续光谱原子吸收光谱仪(德国耶拿分析仪器股份有限公司),NovAA400火焰-石墨炉原子吸收光谱仪(德国耶拿分析仪器股份有限公司),AFS230a双光道原子荧光光谱仪(北京吉大小天鹅仪器有限公司)。

1.2 方法

1.2.1 主要营养成分分析方法 蛋白质含量测定测定(凯氏定氮法,GB/T 5009.5-2010)、水分含量测定(直接干燥法,GB 5009.3-2010)、脂肪含量测定(索氏抽提法,GB/T 5009.6-2003)、粗纤维含量测定(GB/T 5009.10-2003)、灰分含量测定(马弗炉灼烧法,GB/T5009.4-2010)均按照国标测定,而总多糖含量测定则采用硫酸-苯酚法。

1.2.2 微量元素含量的测定与分析 利用原子吸收光谱仪和原子荧光光谱仪按照GB5009系列标准测定样品液中的矿质元素,其中,微量元素含量测定:钠(GB/T 15402-1994);钾(GB/T 5009.91-2003);钙(GB/T 5009.92-2003);镁、铁、锰(GB/T5009.90-2003);铜(GB/T 5009.13-2003);锌(GB/T5009.14-2003);硒(GB/T 5009.93-2010);磷(GB/T 5009.87-2003)。重金属含量测定:砷(GB/T 5009.11-2003);铅(GB/T 5009.12-2010);镉(GB/T5009.15-2003);汞(GB/T 5009.17-2003);铬(GB/T 5009.123-2003)。1.2.3 脂肪酸组成的分析

(1)脂肪酸的提取与甲酯化。样品经干燥粉碎后,准确称取一定量的粉末样品(精确到0.000 1 g),放入索氏提取器的圆底烧瓶中,采用正己烷作为溶剂,按照24 ∶ 1的液料比在80 ℃下水浴提取11 h;冷却后过滤,滤液转移到旋转蒸发器中蒸馏回收有机溶剂,经浓缩得黄色油状物,低温密闭保存待用。

取油脂0.5 mL,加入正己烷4 mL,再加KOH甲醇液(0.5 mol/L)10 mL,置水浴锅中70 ℃回流60 min取出冷却后,倒入刻度试管中,加入10 mL的乙醚及10 mL水,再静置,待其分层,上层为带有黄色澄清的溶液,下层为浅棕色的悬浮液,取上层清液于分液漏斗中,用蒸馏水反复清洗溶液,直至下层为无色透明,取上层清液,待做GC/MS分析。

(2)GC/MS分析检测条件。气相色谱条件:石英毛细管柱HP-FFAP(30 m×0.25 mm×0.25 μm),程序升温:从160 ℃开始,保持3 min,以4 ℃/min升到250 ℃,保持5 min;载气为He,柱流量1.0 mL/min,进样口温度250 ℃,分流比为80 ∶ 1。

质谱条件:EI源;电离电压70 eV,离子源温度230 ℃,扫描范围10~500 aum,进样量1.0 μL[18]。

1.2.4 氨基酸含量测定与营养品质评价

(1)氨基酸含量测定。参照GB/T 5009.124-2003等相关检测方法进行检测。使用L-8800全自动氨基酸分析仪对试样中的氨基酸进行分析。将1.0 g样品置于稀释至10 μL的3%的茚三酮溶液中。将试样放入离心机中离心1 h,然后悬浮液经0.45 μm的微滤膜过滤得到滤液,而过滤液中则含有游离氨基酸。同时,所用的标准氨基酸溶液来自于日本和光纯药工业株式会社。

(2)氨基酸比值系数法[19]。各种食品蛋白质中氨基酸的组成比例都不相同,其营养价值的优劣主要取决于3个方面:一是所含必需氨基酸的种类是否齐全;二是必需氨基酸数量的多少;三是各种必需氨基酸的组成比例。为了对各种食品中氨基酸的营养价值进行评价,世界卫生组织(WHO)和联合国粮农组织(FAO)于1973年提出了评价蛋白质营养价值的氨基酸比值系数法。该方法是以人体各种必需氨基酸的比例作为参考,食品中所含的人体必需氨基酸组成比例越接近人体需要氨基酸的比例,其营养价值就越高。据此,WHO/FAO提出了食品中必需氨基酸参考模式谱[20]。在对食品中的氨基酸进行评价时,根据WHO/FAO提出的必需氨基酸模式谱,分别根据以下公式计算出样品中必需氨基酸的比值(ratio of amino acid,RAA)、氨基酸比值系数(ratio coefficient of amino acid,RC)及比值系数分(score of RC,SRC)。

RAA=待评蛋白质中某必需氨基酸含量/(WHO/FAO)式中相应的氨基酸含量;

RC=待评蛋白质中某种必需氨基酸RAA/各种氨基酸RAA的平均值;

SRC=100-SRD×100,式中SRD为RC的相对标准差。

在该评价体系中,RAA及RC的数值越接近1,表明该必需氨基酸越接近WHO/FAO的推荐值;在所有的值中,最低比值系数对应的氨基酸表示为该食物中的第一限制性氨基酸。SRC的数值越接近100,表明该食品中各种必需氨基酸的含量越均衡,其营养价值就越高。相反,SRC值越小,说明待评蛋白质越偏离标准模式,其营养价值越低。

(3)营养品质评价法。根据2007年世界卫生组织(WHO)[21]建议的成人必需氨基酸模式和2004年中国疾病预防控制中心营养与食品安全所提出的鸡蛋蛋白质的氨基酸模式[22],分别按相应公式计算氨基酸评分(AAS)和化学评分(CS),以及必需氨基酸指数(EAAI)[23-24]。

氨基酸含量(mg/g N)=[样品某种氨基酸含量(干样)/ 样品粗蛋白含量(干样)]×6.25×1 000

氨酸酸评分(AAS)=样品氨基酸含量(mg/g N)/WHO成人同种氨基酸需要量(mg/g N)

化学评分(CS)=样品氨基酸含量(mg/g N)/全鸡蛋蛋白质中同种氨基酸含量(mg/g N)

EAAI=[(100A/AE)×(100B/BE)×···×(100H/HE)]1/n

式中:n为比较的必需氨基酸数目;A、B···H为铁皮石斛蛋白质中必需氨基酸含量(mg/g N);AE、BE···HE为全鸡蛋蛋白质中同种氨基酸含量(mg/g N)。

1.3 数据处理

采用SPSS 16.0 软件对数据进行统计分析。先对数据作单因素方差分析(ANOVA),处理若有显著差异。再作Duncans 多重比较,p<0.05 表示差异显著。每组数据均使用平均数±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 铁皮石斛中主要营养成分

浙江产和海南产两种铁皮石斛主要营养成分分析结果见表1。由表1可知,浙江产铁皮石斛中的粗脂肪、总多糖、粗纤维、水分、蛋白质和灰分的含量分别为0.51%、43.76%、13.46%、10.54%、4.68%、3.93%。而海南产铁皮石斛中的粗脂肪、总多糖、粗纤维、水分、蛋白质和灰分的含量分别为0.68%、35.63%、14.38%、7.85%、4.11%、5.55%,结果表明两种铁皮石斛中的粗脂肪、总多糖、粗纤维、水分的含量较高,而蛋白质和灰分的含量则较低。且海南产铁皮石斛除粗纤维和灰分含量显著高于浙江产铁皮石斛(p<0.05)之外,总多糖和水分则显著低于浙江产铁皮石斛(p<0.05),而粗脂肪和粗蛋白虽低于浙江产铁皮石斛,但差异不显著(p>0.05)。

2.2 铁皮石斛中矿物质与微量元素的含量

浙江和海南产铁皮石斛中微量元素含量的测定结果见表2。由表2可知,两种铁皮石斛中微量元素含量丰富,其中以K、Mg、Ca和P的含量较高,尤其是K和Ca含量较高。除此之外,两种铁皮石斛中的有害元素铅、砷、汞和镉的含量均未有检出,这不仅说明两种铁皮石斛所含潜在毒性的重金属(铅、汞、砷、镉)的含量满足于食品中污染物限量(GB 2762-2005)对有毒有害物质的限量要求,这与诸燕等[25]的研究基本一致。测定结果还表明,海南产铁皮石斛中微量元素的含量均要高于浙江产铁皮石斛,这可能与海南的生长环境有关。

2.3 铁皮石斛中脂肪酸组成成分分析

铁皮石斛中脂肪酸组成成分分析结果见表3。由表3可以看出,从两种铁皮石斛中共检出24种脂肪酸,其中从海南产铁皮石斛中检测出22种脂肪酸,而从浙江产铁皮石斛中检测出21种脂肪酸。海南产铁皮石斛脂肪酸成分占脂肪酸总量的98.61%,不饱和脂肪酸达到58.32%左右,而浙江产铁皮石斛脂肪酸成分占脂肪酸总量的99.01%,不饱和脂肪酸达到66.78%左右。两种铁皮石斛中不饱和脂肪酸含量,尤其是多不饱和脂肪酸含量较高,可见其营养价值相对较高。此外,对两种铁皮石斛中脂肪酸组成的测定结果表明,两种铁皮石斛中主要的脂肪酸成分均为棕榈酸、硬脂酸、油酸、亚油酸和亚麻酸等,同时还检出了十三烷酸、十五烷酸、十七烷酸、二十三烷酸和二十四烷酸等。海南产和浙江产铁皮石斛中多不饱和脂肪酸n-3/n-6 分别为0.182和0.262,而其亚油酸(ω-6)/α-亚麻酸(ω-3)比值分别为5.656和3.626,表明海南产铁皮石斛比较符合联合国粮农组织(FAO)提出的人类膳食中(ω-6)/(ω-3)的推荐值(5~10) ∶ 1[26],而浙江产铁皮石斛则不太符合FAO的推荐值。

2.4 铁皮石斛中氨基酸含量及EAA评价

2.4.1 铁皮石斛中氨基酸组成与含量 浙江产和海南产两种铁皮石斛中氨基酸的测定结果见表4。由表4可知,两种铁皮石斛蛋白质中氨基酸种类齐全,从海南和浙江产铁皮石斛中分别检出17种氨基酸和18种氨基酸,两者氨基酸总量分别为39.49 和46.07 mg/g,表明,浙江产铁皮石斛的氨基酸总量要略高于海南产铁皮石斛。此外,天冬氨酸和谷氨酸在两种铁皮石斛中含量中均为最高,其中海南产铁皮石斛中天冬氨酸和谷氨酸的含量分别为0.39%和0.52%,而浙江产铁皮石斛中天冬氨酸和谷氨酸的含量分别为0.75%和0.66%。海南产铁皮石斛中必需氨基酸/总氨基酸(EAA/TAA)和必需氨基酸/非必需氨基酸(EAA/NEAA)分别为0.412和0.759,而浙江产铁皮石斛中必需氨基酸/总氨基酸(EAA/TAA)和必需氨基酸/非必需氨基酸(EAA/NEAA)分别为0.364和0.627。根据FAO/WHO的理想模式,质量较好的蛋白质其EAA/TAA为0.40左右,EAA/NEAA在0.60以上。由此可见,海南产铁皮石斛比浙江产铁皮石斛更符合FAO/WHO的理想模式,表明其氨基酸营养价值高于浙江产铁皮石斛。

2.4.2 氨基酸比值系数法的评价结果 如果蛋白质中必需氨基酸齐全,配比得当,接近或符合WHO/FAO氨基酸模式要求,则这种蛋白质适宜人体生理作用需要,营养价值大。两种铁皮石斛中各种必需氨基酸占总氨基酸的质量分数及WHO/FAO推荐的模式谱标准值列于表5。由表5可知,两种铁皮石斛的苏氨酸和赖氨酸占总氨基酸的质量分数略低于模式谱标准,其他各种必需氨基酸均高于模式谱标准。这说明两种铁皮石斛中人体必需氨基酸与WHO/FAO推荐的模式谱标准较为接近,有较高的营养价值。此外,为了更好地说明两种铁皮石斛各氨基酸营养价值,采用氨基酸比值系数法对两种铁皮石斛所含必需氨基酸进行进一步分析。其各种必需氨基酸的氨基酸比值(RAA)、氨基酸比值系数(RC)及比值系数分(SRC)见表5。由表5可知,海南产和浙江产铁皮石斛氨基酸的比值系数分(SRC)分别为32.83和36.74,说明两种铁皮石斛营养价值较高,但海南产铁皮石斛的营养价值要低于浙江产铁皮石斛。在各种必需氨基酸中,两者的第一限制氨基酸均为赖氨酸。而两者的色氨酸和苯丙氨酸+酪氨酸含量相对较高,根据蛋白质互补法和其他蛋白按一定比例互混互相补充,能提高其营养价值。

2.4.3 铁皮石斛营养品质的评价 蛋白质是生命的物质基础,因此评价食物蛋白质的营养价值时,必须依据氨基酸的含量和组成,特别是人体必需氨基酸的含量和组成[27]。根据WHO建议的成人必需氨基酸模式和鸡蛋蛋白质的氨基酸模式,计算出两种铁皮石斛氨基酸评分(AAS)、化学评分(CS)和必需氨基酸指数(EAAI)来评价两者的营养价值,具体见表6。由表6可知,海南产和浙江产铁皮石斛必需氨基酸总量分别为 3 188.86、2 840.54 mg/g N,其中海南产铁皮石斛的必需氨基酸总量均高于FAO/WHO标准的2 250 mg/g N和鸡蛋蛋白质标准的3 058 mg/g N,而浙江产铁皮石斛的必需氨基酸总量则高于FAO/WHO标准而低于鸡蛋蛋白质标准。此外,海南产和浙江产铁皮石斛必需氨基酸的AAS和CS均大于0.5,除苏氨酸外,海南产铁皮石斛的必需氨基酸含量均高于浙江产铁皮石斛。表明,海南产铁皮石斛的必需氨基酸总量和营养价值均要高于浙江产铁皮石斛。另外,根据氨基酸评分和化学评分,两种铁皮石斛中的第一、第二限制性氨基酸分别均为亮氨酸和蛋氨酸+胱氨酸。而海南产和浙江产铁皮石斛中的EAAI分别为103.57和126.54,这表明两者必需氨基酸指数均在100以上,说明两种铁皮石斛中的必需氨基酸组成含量均超过了FAO/WHO评分模式中同种氨基酸含量。

3 讨论与结论

海南地处北回归线以南,土地肥沃,全年暖热,气候温和,光照充足,雨量充沛,是我国最大的天然温室,其独特自然条件为发展铁皮石斛的人工种植具备了得天独厚的地理和气候优势。目前,浙江产铁皮石斛已在我省引种成功,并通过笔者的实验初步表明,海南产铁皮石斛在粗脂肪、粗纤维、灰分、脂肪和脂肪酸组成方面的营养价值要高于浙江产铁皮石斛,但在总多糖、水分和氨基酸营养价值方面则略低于浙江产铁皮石斛,可以看出,海南产铁皮石斛营养价值接近甚至高于原种浙江产铁皮石斛。由此可见,它不仅可以和浙江产铁皮石斛一样作为一种良好的中药材,还可作为一种补充人体营养物质的理想食品来源。因此,若能在它的保健功效和药用价值等方面进行深度系统研究与开发,不仅具有广阔的市场开发潜力,而且还能够变地理与气候优势为资源优势和经济优势,推动我省地方经济的发展,使铁皮石斛这种药食两用的资源产生更大的经济效益与社会效益。

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