芡莖的氨基酸組成分析與營養(yǎng)價(jià)值評價(jià)

伍城穎，沈 蓓，陳廣云，谷 巍，吳啟南

(南京中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，江蘇南京210023)

芡(Euryale ferox Salisb.)，一年生大型浮葉水生植物，為睡蓮科(Nymphaeaceae)芡屬(Euryale)唯一的種，分為南芡、北芡兩個(gè)栽培種［1］，在中國中部、南部各省均有種植，少量野生，其主產(chǎn)區(qū)為江蘇、山東、安徽、湖北、湖南等省。芡莖為芡的葉柄或花梗，俗稱雞頭菜、雞頭梗子，在夏秋季節(jié)多作為時(shí)鮮蔬菜食用［2］，另外據(jù)《本草綱目》記載“雞頭菜即役菜(芡莖也)，止煩渴，除虛熱，生熟皆宜”［3］，因此，芡莖具有較高的開發(fā)利用價(jià)值。目前，對芡莖營養(yǎng)成分分析的研究還未見報(bào)道。因此，本研究對采集于江蘇的芡莖的氨基酸組成和含量進(jìn)行測定，并對不同產(chǎn)地樣品中的氨基酸組成及含量進(jìn)行比較分析，以期從氨基酸的角度初步闡明芡莖的營養(yǎng)價(jià)值，為芡莖的營養(yǎng)學(xué)研究及其綜合開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

芡莖 于2012年7月至10月采集于江蘇省的9個(gè)產(chǎn)地，具體采集地見表1。

表1 芡莖樣品來源Table 1 Samples of Euryale petioles and pedicel

氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品 美國Sigma公司;茚三酮、檸檬酸鈉、鹽酸、氫氧化鈉、檸檬酸等 均為分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

HITACHI L－8800全自動(dòng)高速氨基酸分析儀 日本日立公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品制備 參照GB/T 5009.124－2003《食品中氨基酸的測定》，步驟根據(jù)多次實(shí)驗(yàn)做了相應(yīng)調(diào)整。取完整芡莖干燥后粉碎過60目篩，準(zhǔn)確稱取均勻性好的試樣0.5g，置于水解管中，加鹽酸溶液(6moL/L)10～15mL，然后反復(fù)充入高純氮?dú)?，在充氮?dú)鉅顟B(tài)下封口，置于110℃的恒溫干燥箱內(nèi)，水解22h后，取出冷卻。打開水解管，將水解液過濾后，用去離子水多次沖洗，定容至100mL，溶液經(jīng)0.22μm濾膜過濾后裝進(jìn)樣瓶，直接上氨基酸分析儀進(jìn)行分析。

表2 不同產(chǎn)地芡莖樣品氨基酸含量Table 2 Contents and composition of amino acids in Euryale petioles and pedicel

1.2.2 測定條件 HITACHI L－8800全自動(dòng)高速氨基酸分析儀，Windows NT操作系統(tǒng)，陽離子交換樹脂分析柱3μm ×4.6mm ×60mm，測定波長570、440nm，分析時(shí)間為40min，pH2.2檸檬酸緩沖液流量0.4mL/min，茚三酮流量0.3mL/min，樣品進(jìn)樣量為10μL。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 使用PASW Statistics18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對9個(gè)產(chǎn)地的芡莖氨基酸組成及含量進(jìn)行主成分分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 芡莖氨基酸組分與含量

9個(gè)不同產(chǎn)地芡莖的氨基酸種類及含量測定結(jié)果見表2。從表2可以看出，9個(gè)產(chǎn)地芡莖樣品中均含有17種氨基酸，氨基酸含量由高到低基本順序?yàn)锳sp、Leu、Ser、Gly、Lys、Ala、Thr、Phe、Glu、Val、Arg、Pro、Ile、His、Tyr、Cys、Met。不同產(chǎn)地芡莖的氨基酸含量有較大差異，其中S4氨基酸總量最高，達(dá)6.87g/100g;S7次之，為6.10g/100g;S1最低，僅3.31g/100g。各樣品含有的氨基酸所占比例基本相近。9個(gè)產(chǎn)地樣品測得的氨基酸中均包括7種人體必需的氨基酸(Thr、Val、Met、Ile、Leu、Phe、Lys)，且含量較高，平均值為2.10g/100g，S4含量最高，S1含量最低。必需氨基酸中Leu含量最高，與氨基酸總量比值為8.86%，其次是Lys，含量最低的是 Met，僅占氨基酸總量的0.77%。芡莖的非必需氨基酸中，含量最高的是Asp，平均值為0.73g/100g，S4含量最高，S1含量最低。芡莖的必需氨基酸占氨基酸總量平均比值為41%，必需氨基酸與非必需氨基酸平均比值為68%，總氨基酸含量和必需氨基酸含量均高于藕、水芹、茭白等常見的水生蔬菜［4］，符合 FAO/WHO對理想蛋白源中必需氨基酸與總氨基酸比為40%左右，必需氨基酸與非必需氨基酸比在60%以上的規(guī)定［5］。

Glu、Asp為呈味氨基酸，是食物中的重要鮮味物質(zhì)［6］。芡莖鮮味氨基酸的平均含量為1.05g/100g，與氨基酸總量平均比值為20.14%，其中Asp含量高，為0.73g/100g，Glu含量低，僅0.31g/100g。不同產(chǎn)地芡莖樣品的鮮味氨基酸與氨基酸總量的比值在19%～21%之間，差異較小。

藥效氨基酸是指在一般植物中含量少，有些人體不能合成，但又是維持機(jī)體氮平衡所必需的氨基酸，為 Asp、Glu、Gly、Met、Leu、Phe、Tyr、Lys、Arg 含量之和［7］。從表2可以看出，芡莖藥效氨基酸平均含量為3.01g/100g，與氨基酸總量平均比值為58.00%，不同產(chǎn)地芡莖樣品的藥效氨基酸與氨基酸總量的比值在56.65%～60.92%范圍內(nèi)。9個(gè)產(chǎn)地樣品中均含有豐富的藥效氨基酸，其中S4的藥效氨基酸含量最高，達(dá)3.89g/100g，其次是 S2，最低是 S1。8種藥效氨基酸中含量最高的是 Asp，其次是 Leu、Gly、Lys、Phe、Glu、Arg、Tyr，最低的是 Met。

表3 芡莖中所含人體必需氨基酸的比例與氨基酸模式譜的比較Table 3 Respective ratios of human essential amino acids to total amino acids in Euryale petioles and pedicel determined in this study and the values recommended by FAO/WHO pattern

表4 芡莖各種氨基酸的RAA、RC、SRC分析結(jié)果Table 4 Analysis of RAA，RC and SRC in Euryale petioles and pedicel

2.2 芡莖氨基酸的營養(yǎng)評價(jià)

評價(jià)食物蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值高低，除了看它所含必需氨基酸(EAA)的種類和數(shù)量，還要看它所含EAA比例合理與否，EAA組成比例與人體需要的氨基酸比例越接近，其營養(yǎng)價(jià)值越高。根據(jù)芡莖中各氨基酸含量計(jì)算得出必需氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并與1973年FAO/WHO修訂的人體必需氨基酸含量模式譜［8］比較，結(jié)果見表 3，除 S2、S3、S4 芡莖樣品 Met+Cys略低于氨基酸模式譜外，其他各種必需氨基酸均高于模式譜標(biāo)準(zhǔn)，9個(gè)產(chǎn)地芡莖樣品各種必需氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)的平均值均高于模式譜標(biāo)準(zhǔn)，說明芡莖與推薦的人體必需氨基酸相比，必需氨基酸含量豐富、營養(yǎng)比較均衡，有很高的營養(yǎng)價(jià)值。

現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)的氨基酸平衡理論認(rèn)為，必需氨基酸不足或過剩均影響蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值。FAO/WHO于1973年提出了評價(jià)蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值的氨基酸比值系數(shù)法，即根據(jù)氨基酸平衡理論，利用FAO/WHO的必需氨基酸模式計(jì)算樣品中必需氨基酸的氨基酸比值(RAA)，氨基酸比值系數(shù)(RC)，最后求得氨基酸比值系統(tǒng)分(SRC)［9］。如果食物蛋白質(zhì)EAA組成比例與模式氨基酸一致，則RC應(yīng)等于1，RC的變異系數(shù)(CV)為0，SRC=100;若食物蛋白質(zhì)EAA的RC＞1表示該EAA相對過剩，RC＜1表示該EAA相對不足;RC越分散，則CV變大，SRC變小，蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價(jià)值就越差;SRC越接近100，其營養(yǎng)價(jià)值相對較高。RC值最低者為第一限制氨基酸。為更好闡明芡莖的營養(yǎng)價(jià)值，我們采用氨基酸比值系數(shù)法對芡莖的氨基酸進(jìn)行進(jìn)一步的分析。對芡莖氨基酸的RAA、RC、SRC的分析結(jié)果見表4，結(jié)果表明，芡莖的平均氨基酸比值系數(shù)分(SRC)為84.63，說明其營養(yǎng)價(jià)值較高。在各種必需氨基酸中，RC值最低者是Met+Cys，即Met+Cys為芡莖的第一限制氨基酸。

2.3 芡莖氨基酸主成分分析及聚類分析

為分析不同產(chǎn)地芡莖樣品之間氨基酸組成的相關(guān)性，我們使用PASW Statistics18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對江蘇9個(gè)產(chǎn)地芡莖樣品的氨基酸檢測結(jié)果進(jìn)行主成分分析，提取出兩個(gè)主成分。表5為江蘇不同產(chǎn)地芡莖樣品氨基酸的前兩個(gè)主成分的特征值、貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率。結(jié)果表明，前2個(gè)主成分的累積方差貢獻(xiàn)率為93.733%，第1主成分的方差貢獻(xiàn)率達(dá)到 84.725%，從表 6可以看出，Asp、Glu、Pro、Thr、Ser、Ala、Val、Ile、Leu、Tyr、Phe、Lys、His 在主成分1上的載荷值均很高，呈高度正相關(guān)，其中Thr、Val、Ile、Leu、Phe、Lys 為必需氨基酸，Asp、Glu、Leu、Tyr、Phe、Lys為藥效氨基酸，Asp、Glu為鮮味氨基酸，說明必需氨基酸、藥效氨基酸和鮮味氨基酸對主成分1的貢獻(xiàn)較大。主成分1反映了必需氨基酸、藥效氨基酸和鮮味氨基酸的綜合指標(biāo)，能夠較客觀地反映芡莖的營養(yǎng)價(jià)值。

表5 主成分的特征值、貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率Table 5 Characteristic value，contribution rate and cumulative contribution rate of principal components

為了分析不同產(chǎn)地芡莖樣品的氨基酸組成、含量間的差異性，使用PASW Statistics18.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，對9個(gè)產(chǎn)地樣品的氨基酸檢測結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，得到芡莖氨基酸的聚類圖(圖1)。結(jié)果顯示，望直港與朱壩的樣品聚為一類，再與朱高的樣品聚為一類;界首、白馬湖、浦口三地的樣品聚為一類;此兩類再聚合為一類。吳江、三河的樣品聚為一類，再與周奮的樣品聚為一類。界首、白馬湖和浦口的樣品氨基酸含量基本相近，均為水況較好的天然湖泊中的野生刺芡;吳江和三河的樣品氨基酸含量差異較小，其來源為人工水域種植的蘇芡。望直港、朱壩和朱高的樣品為采自芡田種植的蘇芡，但與吳江、三河樣品氨基酸含量差異較大，這可能與芡田的土質(zhì)、水質(zhì)、施肥等田間管理以及氣候條件等因素有關(guān)［10－12］。周奮的樣品采自于子?jì)牒?，為野生刺芡，其氨基酸含量最低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同為刺芡且生長于天然水域的界首、白馬湖和浦口三地樣品。由于子?jì)牒拥烙写罅控洿ㄐ?，船舶油不可避免污染水質(zhì)［13］，這可能是影響生長于此處的芡莖的氨基酸含量較低的原因之一。聚類分析結(jié)果基本可按生長的水域情況將芡莖樣品區(qū)分開，但不能很好地區(qū)分蘇芡與刺芡的芡莖樣品。

表6 成份矩陣Table 6 Matrix of principal components

圖1 芡莖的聚類分析圖Fig.1 Cluster diagram of Euryale petioles and pedicel from 9 regions

3 結(jié)論

江蘇9個(gè)產(chǎn)地芡莖樣品中均含有17種氨基酸，平均總氨基酸含量為5.19g/100g，不同產(chǎn)地樣品的氨基酸含量有較大差異，總氨基酸含量為3.31～6.87g/100g，低于已報(bào)道的芡種仁－芡實(shí)的總氨基酸含量10.333g/100g［14］，但高于藕、水芹、茭白等常見水生蔬菜［4，15］。9個(gè)產(chǎn)地樣品均含7種人體必需的氨基酸，且種類齊全、比例比較均衡，符合FAO/WHO對理想蛋白源的推薦標(biāo)準(zhǔn)，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。芡莖所含鮮味氨基酸含量較高，鮮味氨基酸與氨基酸總量平均比值為20.04%，故芡莖作為時(shí)令蔬菜食用口感清香鮮嫩。9個(gè)產(chǎn)地樣品中還含有豐富的藥效氨基酸，但其是否與芡莖本草記載的“清虛熱，除煩渴”功效有關(guān)，還需要更深入的研究。

對芡莖氨基酸檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，應(yīng)用主成分分析提取出2個(gè)主成分，主成分1反映了必需氨基酸、藥效氨基酸和鮮味氨基酸的綜合指標(biāo)，Asp、Glu、Pro、Thr、Ser、Ala、Val、Ile、Leu、Tyr、Phe、Lys、His可以作為芡莖的特征氨基酸。聚類分析結(jié)果基本反映了芡莖生長的水域情況，但不能很好地區(qū)分芡莖樣品的來源為蘇芡還是刺芡。

江蘇省水域?qū)掗煛④头N植面積大、芡莖產(chǎn)量豐富，且芡莖有含量豐富、比例合理的氨基酸，因此，芡莖是一種營養(yǎng)價(jià)值較高的水生蔬菜，具有較高的開發(fā)利用價(jià)值。

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