不同產地蓮藕下腳料中主要營養成分的分析與評價

孫其然,劉 培,李會偉,劉 琳,倪賽佳,薛 峰,尚爾鑫,段金廒

(南京中醫藥大學,江蘇省中藥資源產業化過程協同創新中心，中藥資源產業化與方劑創新藥物國家地方聯合工程研究中心,江蘇南京 210023)

蓮藕(Lotus root)為睡蓮科植物蓮(NelumbonuciferaGaertn.)的根莖,是一種藥食同源的作物。蓮藕主要分布在湖北、安徽、江蘇、浙江、山東、河南等省[1]。蓮藕富含淀粉、蛋白質、纖維素、多酚類化合物等營養成分,具有祛瘀清熱、生津止嘔、止渴、健脾益氣和養血生肌等功效[2]。目前,約70%的蓮藕以鮮食形式消費,其余被生產加工成藕粉、藕汁飲料、藕節制品、藕片及其他風味藕制品。蓮藕在食用和加工過程中產生大量的下腳料,包括藕尖、藕尾、藕節、藕皮等,除少量用作飼料外,絕大部分被廢棄[3]。研究表明,藕節、藕皮中含有一定量的多酚類物質、果質膠、淀粉和纖維素類成分[45]。廢棄部位中單糖、核苷類和氨基酸類營養成分的定量分析文獻報道較少,本文對不同產地蓮藕(湖北荊州、湖北咸寧、江西鷹潭、浙江金華、山東棗莊、江蘇宿遷、安徽安慶、河南南陽)、不同組織部位(藕尖、藕肉、藕節、藕皮、藕尾)中的糖類、氨基酸類、核苷類、蛋白質類等營養成分進行分析評價,采用主成分分析法,比較了蓮藕各產地各部位營養品質的差異,以期為蓮藕下腳料的開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮蓮藕 采自湖北荊州、湖北咸寧、江西鷹潭、浙江金華、山東棗莊、江蘇宿遷、安徽安慶、河南南陽,經南京中醫藥大學段金廒教授鑒定為蓮(NelumbonuciferaGaertn.)的根莖，采收時間為2015年10月～11月，每批次分別分取蓮藕尖部(藕尖)、藕中間部(藕肉)、莖節(藕節)、皮部(藕皮)以及尾部(藕尾)5個不同部位,60 ℃鼓風干燥后,粉碎成粗粉,置干燥器中備用，詳見表1；葡萄糖醛酸、無水葡萄糖、葡萄糖、果糖、蔗糖、棉籽糖 標準品,純度>98%,南京春秋生物工程有限公司;水蘇糖 成都克洛瑪生物科技有限公司;腺苷、肌苷、L亮氨酸、γ氨基丁酸、L異亮氨酸、L苯丙氨酸、L色氨酸、甲硫氨酸、L纈氨酸、L脯氨酸、L羥基脯氨酸、酪氨酸、L丙氨酸、L蘇氨酸、L谷氨酸、谷氨酰胺、L賴氨酸、L絲氨酸、天冬酰胺、L瓜氨酸、L組氨酸、L鳥氨酸鹽酸鹽 純度>98%,西格瑪奧德里奇(上海)貿易有限公司;BCA蛋白提取檢測試劑盒 南京建成生物工程研究所;乙腈、甲醇 色譜純,江蘇漢邦科技發展有限公司;咔唑 化學純,中國遠航試劑廠;超純水 實驗室自制;其余試劑均為分析純。

表1 實驗用蓮藕樣品編號Table 1 The serial number information of lotus root samples for experiment

高效液相色譜儀 2695 Alliance型色譜系統,Waters 2424型ELSD檢測器,美國沃特世公司;超高效液相色譜儀 ACQUITY UPLC型色譜系統,Xevo TQ檢測器,美國沃特世公司;Enspire multimode plate reader酶標儀 美國珀金埃爾默公司;ML204/02型和MS205型電子天平 上海梅特勒托利多儀器有限公司;KH500DV型超聲波清洗器 昆山禾創超聲儀器有限公司;D3024R型臺式高速冷凍離心機 北京大龍興創實驗儀器有限公司;D500型均質分散機 北京大龍興創實驗儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 可溶性多糖類成分分析方法 參考文獻[6]方法,采用硫酸苯酚法。

供試品溶液的制備:精密稱定蓮藕樣品粉末各1 g,分別置于100 mL具塞錐形瓶中,加入80%乙醇50 mL,靜置2 h后,超聲提取30 min,然后75 ℃水浴回流提取1 h,趁熱抽濾,并用50 mL 80%熱乙醇洗滌濾渣,45 ℃烘干濾渣。將得到濾渣連同濾紙置于100 mL錐形瓶中,加入40 mL超純水,水浴回流提取2 h,趁熱離心(3000 r/min,10 min),洗滌濾渣,將濾液與洗滌液合并置于50 mL容量瓶中,超純水定容,搖勻,用于中性和酸性多糖的測定。

對照品溶液的配制:取干燥至恒重的葡萄糖、葡萄糖醛酸對照品適量,精密稱定,分別置于50 mL容量瓶中,加超純水溶解并定容,搖勻,配制成濃度分別為159、193 μg·mL-1的葡萄糖、葡萄糖醛酸對照品溶液,4 ℃低溫儲存備用。

標準曲線的繪制:分別繪制葡萄糖和葡萄糖醛酸標準曲線,以吸光度為縱坐標(Y),以對照品溶液濃度為橫坐標(X)進行線性回歸。葡萄糖的回歸方程為Y=174.03X0.160,R2=0.9992,線性范圍12.61～126.1 μg·mL-1。葡萄糖醛酸的回歸方程為Y=102.87X+2.213,R2=0.9979,線性范圍11.22～111.2 μg·mL-1。

1.2.2 單糖和寡糖的成分分析方法 參考文獻[7]方法,采用HPLCELSD分析。

供試溶液的制備:精密稱定蓮藕樣品粉末2 g,置于50 mL具塞錐形瓶中,加入超純水50 mL,稱重,靜置2 h后,25 ℃超聲提取60 min,加超純水補足損失重量,搖勻,離心(3000 r/min,10 min),取上清液過0.45 μm濾膜,得到蓮藕單糖、寡糖供試溶液。

對照品溶液的制備:精密稱取干燥至恒重的果糖、葡萄糖、蔗糖、棉籽糖、水蘇糖對照品,分別置于10 mL容量瓶中,用超純水完全溶解后定容,制成鼠李糖、果糖、葡萄糖、蔗糖、水蘇糖濃度分別為4.15、3.35、35、3.55、3.60 mg·mL-1的混合對照品溶液,4 ℃低溫儲存。

液相色譜檢測條件:GRACE Prevail Carbohydrate ES色譜柱(4.6 mm×250 mm,5 μm)。流動相:A純水,B乙腈。梯度洗脫:0～25 min,80%～50% B;25～30 min,50%～80% B。流速:1.0 mL·min-1;柱溫:25 ℃,進樣體積:10 μL。蒸發光散射檢測器飄移管溫度60 ℃,載氣流量2.5 L·min-1。

1.2.3 核苷和氨基酸類成分分析方法 參考文獻[8]方法,采用UPLCTQ/MS分析。

供試品溶液的制備:取各樣品粉末1.0 g,精密稱定,置于100 mL具塞錐形瓶中,加入50 mL超純水,稱重,靜置1 h后,室溫超聲(100 kHz)提取30 min,稱重,加超純水補足失量,搖勻,定量濾紙過濾,取濾液離心(12000 r/min,10 min),取上清液,經0.22 μm的濾膜濾過后,即為供試品溶液。

對照品溶液的制備:稱取干燥至恒重的對照品適量,加甲醇水(V∶V=9∶1)配制成含腺苷、肌苷、L亮氨酸、γ氨基丁酸、L異亮氨酸、L苯丙氨酸、L色氨酸、甲硫氨酸、L纈氨酸、L脯氨酸、L羥基脯氨酸、酪氨酸、L丙氨酸、L蘇氨酸、L谷氨酸、谷氨酰胺、L賴氨酸、L絲氨酸、天冬酰胺、L瓜氨酸、L組氨酸、L鳥氨酸鹽酸鹽分別為119、104、134、184、146、103、132、107、143、136、184、136、224、128、126、144、176、184、148、116、164、186 μg·mL-1的混合對照品貯備液。不同濃度的混合標準品溶液由對照品儲備液按倍數稀釋得到。

色譜及質譜條件:ACQUITY UPLC BEH Amide色譜柱(100 mm×2.1 mm,1.7 μm)。流動相:A為含5 mmol·L-1甲酸銨、5 mmol·L-1乙酸銨、0.2%甲酸的水溶液，B為含1 mmol·L-1甲酸銨、1 mmol·L-1乙酸銨、0.2%甲酸的乙腈溶液,梯度洗脫(1～3 min,10% A;3～9 min,10%～18% A;9～15 min,18%～20% A;15～16 min,20%～46% A),進樣體積:2 μL,流速:0.4 mL·min-1,柱溫:35 ℃。

離子化模式:ESI+/ESI-;檢測方式:多反應檢測(MRM),毛細管電壓為3.0 kV,離子源溫度為120 ℃;脫溶劑氣流量和溫度為1000 L·h-1和550 ℃,碰撞、錐孔氣流量分別為0.15 mL·min-1、20 L·h-1,取樣錐孔電壓:4 V;碰撞能量:18 eV。

1.2.4 蛋白質類成分分析方法 依據BCA蛋白測量試劑盒說明書操作。樣品溶液的制備:精確稱量蓮藕粉末1 g,按重量料液比1∶50的比例加入超純水,靜置1 h,常溫超聲提取1 h,3000 r/min離心10 min,取上清液,待測樣品溶液?；靹?在37 ℃孵育30 min,在562 nm波長總蛋白的吸光度。計算公式為:總蛋白濃度=(測定OD值空白OD值)/(標準OD值空白OD值)×標準品濃度×樣品測定前稀釋倍數。

1.3 數據處理

采用SPSS 18.0(美國IBM公司)分析軟件對樣品測定結果進行主成分分析(PCA)。在本實驗中,由40批樣品中29個指標性組分的定量結果組成40行29列矩陣,數據經標準化處理后進行PCA分析。PCA分析時,提取主成分(PC17)進行分析,根據公式Σλiui(λ:主成分貢獻率,u:各樣品主成分值,i:1～7)計算各樣品的綜合得分[910]。

2 結果與分析

2.1 糖類化學成分分析

表2結果表明,蓮藕樣品均含有果糖、葡糖糖、蔗糖、棉子糖、水蘇糖。不同樣品糖類成分含量差異較大,其中,果糖0.777%～2.982%、葡萄糖0.652%～1.798%、蔗糖2.473%～14.776%、棉子糖0.487%～1.602%、水蘇糖0.355%～1.924%、總多糖5.110%～10.110%。蔗糖含量占蓮藕干重最高,最高可達到14.776%(S7湖北咸寧產藕肉)。藕肉中蔗糖和總多糖含量均為最高,藕節中總多糖含量僅次于藕肉中總多糖含量,而藕尖和藕皮中的總多糖含量較少。

表2 蓮藕樣品中游離單糖、寡糖以及多糖成分的含量(%)Table 2 The content of monosaccharide,oligosaccharide and polysaccharide in lotus root(%)

2.2 核苷和氨基酸類資源性化學成分分析

由表3可知，在不同產地蓮藕不同部位中檢測到腺苷(0～0.103 μg·g-1)和肌苷(0～0.030 μg·g-1)2種核苷類成分,其中腺苷含量較高,肌苷在多數樣品中未檢測到。檢測到L亮氨酸(0～1.193 μg·g-1)、γ氨基丁酸(0.668～4.321 μg·g-1)、L異亮氨酸(0～1.535 μg·g-1)、L苯丙氨酸(0.084～0.503 μg·g-1)、L色氨酸(0～0.460 μg·g-1)、甲硫氨酸(0～0.320 μg·g-1)、L纈氨酸(0.265～2.047 μg·g-1)、L脯氨酸(0～2.401 μg·g-1)、L羥基脯氨酸(0～2.338 μg·g-1)、酪氨酸(0～2.514 μg·g-1)、L丙氨酸(0.506～4.287 μg·g-1)、L蘇氨酸(0.327～1.716 μg·g-1)、L谷氨酸(0～4.101 μg·g-1)、谷氨酰胺(0.352～3.527 μg·g-1)、L賴氨酸(0.411～9.064 μg·g-1)、L絲氨酸(0.375～4.191 μg·g-1)、天冬酰胺(6.850～51.463 μg·g-1)、L瓜氨酸(0.069～8.570 μg·g-1)、L組氨酸(0～1.010 μg·g-1)、L鳥氨酸(0～0.850 μg·g-1)等20種氨基酸類成分,其中含量較高的為天冬酰胺。不同產地不同部位樣品各類成分含量差異較大。

表3 蓮藕樣品中核苷和氨基酸類成分的含量(μg·g-1)Table 3 The content of nucleosides and amino acids in lotus root(μg·g-1)

續表

2.3 蛋白質類化學成分分析

不同產地蓮藕的不同部位樣品蛋白含量在1.012%～4.122%之間,其中以湖北荊州(S2)、湖北咸寧(S7)、江西鷹潭(S11、S12)、浙江金華(S17)4個產地蓮藕蛋白含量較高,山東棗莊(S21～S25)、安徽安慶(S26～S30)、江蘇宿遷(S31～S35)以及河南南陽(S36～S40)四個產地的蓮藕蛋白含量較低。不同部位蛋白含量比較,表現為藕肉中蛋白含量相對較高,藕節和藕皮中蛋白含量相對其他部位較少(圖1)。

圖1 蓮藕樣品中總蛋白含量Fig.1 The content of total protein in lotus root

2.4 不同產地蓮藕不同部位營養成分的主成分分析(PCA)

為綜合評價不同產地蓮藕不同部位的營養成分差異,對已測定的糖類、核苷類、氨基酸類、蛋白質類共29個成分進行了主成分分析。前7個主成分的貢獻率分別為48.348%、9.583%、8.197%、7.088%、5.534%、4.249%和3.793%,累積貢獻率達86.793%,能夠較客觀地反映各類型成分,故選取前7個主成分進行分析(表4)。

表4 主成分特征值、貢獻率和累積貢獻率Table 4 Eigenvalue,contribution ratio and cumulative contribution of principal components

不同產地蓮藕不同部位的主成分值見圖2,由圖2得分可知,浙江金華產蓮藕不同部位營養成分由高到低依次是藕節(S19)>藕肉(S17)>藕尖(S16)>藕皮(S18)>藕尾(S20),山東棗莊產的為藕肉(S22)>藕尾(S25)>藕尖(S21)>藕節(S24)>藕皮(S23),江西鷹潭產的為藕肉(S12)>藕皮(S13)>藕節(S14)>藕尖(S11)>藕尾(S15),江蘇宿遷產的為藕肉(S32)>藕尖(S31)>藕尾(S35)>藕節(S34)>藕皮(S33),湖北咸寧產的為藕肉(S7)>藕節(S9)>藕皮(S8)>藕尖(S6)>藕尾(S10),湖北荊州產的為藕肉(S2)>藕皮(S3)>藕尖(S1)>藕節(S4)>藕尾(S5),河南南陽產的為藕肉(S37)>藕尾(S40)>藕皮(S38)>藕尖(S36)>藕節(S39),安徽安慶產的為藕節(S29)>藕肉(S27)>藕尾(S30)>藕尖(S26)>藕皮(S28)。

圖2 蓮藕不同樣品各類成分含量綜合評分結果Fig.2 Comprehensive score of tested compounds’ contents with different samples of lotus root

3 結論與討論

蓮藕下腳料中含有豐富的糖類和氨基酸類成分。棉籽糖和水蘇糖是功能性低聚糖,具有類似水溶性膳食纖維的功能,可調節腸道菌群平衡、調節免疫,改善人體生理健康[1112]。蓮藕藕尖、藕尾、藕節、藕皮中含有的棉子糖、水蘇糖量接近藕肉,可深度開發利用。氨基酸在人體生理活動中起著重要作用,尤其是必需氨基酸,蓮藕下腳料中含有賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸、組氨酸等人體必需氨基酸,此外,還含有相對較多的天冬酰胺,天冬酰胺是機體合成蛋白質的重要氨基酸之一,在體內可水解成天冬氨酸和氨,作為藥物,可用于降血壓、擴張支氣管、抗消化性潰瘍及胃功能障礙等[13]。具有中樞神經抑制作用[14]的γ氨基丁酸在蓮藕各部位中也有分布。蓮藕中的核苷類成分種類較少,實驗僅檢測到少量的腺苷和肌苷。腺苷和肌苷對神經系統的損傷與修復具有重要的營養和保護作用[1516]。因此,蓮藕下腳料具有較高的藥用價值,相關食品和保健品的研制有待深入研究。

不同產地的蓮藕不同部位中的糖類、核苷類、氨基酸類和蛋白質類成分含量差異較大,從主成分分析結果看,各地產蓮藕下腳料中所含營養成分均低于藕肉,但浙江金華和安徽安慶兩地產蓮藕的藕節中所含營養成分優于藕肉,說明可開發利用蓮藕下腳料中的營養成分做藥用或保健品,以提升資源價值。

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