不同产地莲藕下脚料中主要营养成分的分析与评价

孙其然,刘 培,李会伟,刘 琳,倪赛佳,薛 峰,尚尔鑫,段金廒

(南京中医药大学,江苏省中药资源产业化过程协同创新中心，中药资源产业化与方剂创新药物国家地方联合工程研究中心,江苏南京 210023)

莲藕(Lotus root)为睡莲科植物莲(NelumbonuciferaGaertn.)的根茎,是一种药食同源的作物。莲藕主要分布在湖北、安徽、江苏、浙江、山东、河南等省[1]。莲藕富含淀粉、蛋白质、纤维素、多酚类化合物等营养成分,具有祛瘀清热、生津止呕、止渴、健脾益气和养血生肌等功效[2]。目前,约70%的莲藕以鲜食形式消费,其余被生产加工成藕粉、藕汁饮料、藕节制品、藕片及其他风味藕制品。莲藕在食用和加工过程中产生大量的下脚料,包括藕尖、藕尾、藕节、藕皮等,除少量用作饲料外,绝大部分被废弃[3]。研究表明,藕节、藕皮中含有一定量的多酚类物质、果质胶、淀粉和纤维素类成分[45]。废弃部位中单糖、核苷类和氨基酸类营养成分的定量分析文献报道较少,本文对不同产地莲藕(湖北荆州、湖北咸宁、江西鹰潭、浙江金华、山东枣庄、江苏宿迁、安徽安庆、河南南阳)、不同组织部位(藕尖、藕肉、藕节、藕皮、藕尾)中的糖类、氨基酸类、核苷类、蛋白质类等营养成分进行分析评价,采用主成分分析法,比较了莲藕各产地各部位营养品质的差异,以期为莲藕下脚料的开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜莲藕 采自湖北荆州、湖北咸宁、江西鹰潭、浙江金华、山东枣庄、江苏宿迁、安徽安庆、河南南阳,经南京中医药大学段金廒教授鉴定为莲(NelumbonuciferaGaertn.)的根茎，采收时间为2015年10月～11月，每批次分别分取莲藕尖部(藕尖)、藕中间部(藕肉)、茎节(藕节)、皮部(藕皮)以及尾部(藕尾)5个不同部位,60 ℃鼓风干燥后,粉碎成粗粉,置干燥器中备用，详见表1；葡萄糖醛酸、无水葡萄糖、葡萄糖、果糖、蔗糖、棉籽糖 标准品,纯度>98%,南京春秋生物工程有限公司;水苏糖 成都克洛玛生物科技有限公司;腺苷、肌苷、L亮氨酸、γ氨基丁酸、L异亮氨酸、L苯丙氨酸、L色氨酸、甲硫氨酸、L缬氨酸、L脯氨酸、L羟基脯氨酸、酪氨酸、L丙氨酸、L苏氨酸、L谷氨酸、谷氨酰胺、L赖氨酸、L丝氨酸、天冬酰胺、L瓜氨酸、L组氨酸、L鸟氨酸盐酸盐 纯度>98%,西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司;BCA蛋白提取检测试剂盒 南京建成生物工程研究所;乙腈、甲醇 色谱纯,江苏汉邦科技发展有限公司;咔唑 化学纯,中国远航试剂厂;超纯水 实验室自制;其余试剂均为分析纯。

表1 实验用莲藕样品编号Table 1 The serial number information of lotus root samples for experiment

高效液相色谱仪 2695 Alliance型色谱系统,Waters 2424型ELSD检测器,美国沃特世公司;超高效液相色谱仪 ACQUITY UPLC型色谱系统,Xevo TQ检测器,美国沃特世公司;Enspire multimode plate reader酶标仪 美国珀金埃尔默公司;ML204/02型和MS205型电子天平 上海梅特勒托利多仪器有限公司;KH500DV型超声波清洗器 昆山禾创超声仪器有限公司;D3024R型台式高速冷冻离心机 北京大龙兴创实验仪器有限公司;D500型均质分散机 北京大龙兴创实验仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 可溶性多糖类成分分析方法 参考文献[6]方法,采用硫酸苯酚法。

供试品溶液的制备:精密称定莲藕样品粉末各1 g,分别置于100 mL具塞锥形瓶中,加入80%乙醇50 mL,静置2 h后,超声提取30 min,然后75 ℃水浴回流提取1 h,趁热抽滤,并用50 mL 80%热乙醇洗涤滤渣,45 ℃烘干滤渣。将得到滤渣连同滤纸置于100 mL锥形瓶中,加入40 mL超纯水,水浴回流提取2 h,趁热离心(3000 r/min,10 min),洗涤滤渣,将滤液与洗涤液合并置于50 mL容量瓶中,超纯水定容,摇匀,用于中性和酸性多糖的测定。

对照品溶液的配制:取干燥至恒重的葡萄糖、葡萄糖醛酸对照品适量,精密称定,分别置于50 mL容量瓶中,加超纯水溶解并定容,摇匀,配制成浓度分别为159、193 μg·mL-1的葡萄糖、葡萄糖醛酸对照品溶液,4 ℃低温储存备用。

标准曲线的绘制:分别绘制葡萄糖和葡萄糖醛酸标准曲线,以吸光度为纵坐标(Y),以对照品溶液浓度为横坐标(X)进行线性回归。葡萄糖的回归方程为Y=174.03X0.160,R2=0.9992,线性范围12.61～126.1 μg·mL-1。葡萄糖醛酸的回归方程为Y=102.87X+2.213,R2=0.9979,线性范围11.22～111.2 μg·mL-1。

1.2.2 单糖和寡糖的成分分析方法 参考文献[7]方法,采用HPLCELSD分析。

供试溶液的制备:精密称定莲藕样品粉末2 g,置于50 mL具塞锥形瓶中,加入超纯水50 mL,称重,静置2 h后,25 ℃超声提取60 min,加超纯水补足损失重量,摇匀,离心(3000 r/min,10 min),取上清液过0.45 μm滤膜,得到莲藕单糖、寡糖供试溶液。

对照品溶液的制备:精密称取干燥至恒重的果糖、葡萄糖、蔗糖、棉籽糖、水苏糖对照品,分别置于10 mL容量瓶中,用超纯水完全溶解后定容,制成鼠李糖、果糖、葡萄糖、蔗糖、水苏糖浓度分别为4.15、3.35、35、3.55、3.60 mg·mL-1的混合对照品溶液,4 ℃低温储存。

液相色谱检测条件:GRACE Prevail Carbohydrate ES色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 μm)。流动相:A纯水,B乙腈。梯度洗脱:0～25 min,80%～50% B;25～30 min,50%～80% B。流速:1.0 mL·min-1;柱温:25 ℃,进样体积:10 μL。蒸发光散射检测器飘移管温度60 ℃,载气流量2.5 L·min-1。

1.2.3 核苷和氨基酸类成分分析方法 参考文献[8]方法,采用UPLCTQ/MS分析。

供试品溶液的制备:取各样品粉末1.0 g,精密称定,置于100 mL具塞锥形瓶中,加入50 mL超纯水,称重,静置1 h后,室温超声(100 kHz)提取30 min,称重,加超纯水补足失量,摇匀,定量滤纸过滤,取滤液离心(12000 r/min,10 min),取上清液,经0.22 μm的滤膜滤过后,即为供试品溶液。

对照品溶液的制备:称取干燥至恒重的对照品适量,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异亮氨酸、L苯丙氨酸、L色氨酸、甲硫氨酸、L缬氨酸、L脯氨酸、L羟基脯氨酸、酪氨酸、L丙氨酸、L苏氨酸、L谷氨酸、谷氨酰胺、L赖氨酸、L丝氨酸、天冬酰胺、L瓜氨酸、L组氨酸、L鸟氨酸盐酸盐分别为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的混合对照品贮备液。不同浓度的混合标准品溶液由对照品储备液按倍数稀释得到。

色谱及质谱条件:ACQUITY UPLC BEH Amide色谱柱(100 mm×2.1 mm,1.7 μm)。流动相:A为含5 mmol·L-1甲酸铵、5 mmol·L-1乙酸铵、0.2%甲酸的水溶液，B为含1 mmol·L-1甲酸铵、1 mmol·L-1乙酸铵、0.2%甲酸的乙腈溶液,梯度洗脱(1～3 min,10% A;3～9 min,10%～18% A;9～15 min,18%～20% A;15～16 min,20%～46% A),进样体积:2 μL,流速:0.4 mL·min-1,柱温:35 ℃。

离子化模式:ESI+/ESI-;检测方式:多反应检测(MRM),毛细管电压为3.0 kV,离子源温度为120 ℃;脱溶剂气流量和温度为1000 L·h-1和550 ℃,碰撞、锥孔气流量分别为0.15 mL·min-1、20 L·h-1,取样锥孔电压:4 V;碰撞能量:18 eV。

1.2.4 蛋白质类成分分析方法 依据BCA蛋白测量试剂盒说明书操作。样品溶液的制备:精确称量莲藕粉末1 g,按重量料液比1∶50的比例加入超纯水,静置1 h,常温超声提取1 h,3000 r/min离心10 min,取上清液,待测样品溶液。混匀,在37 ℃孵育30 min,在562 nm波长总蛋白的吸光度。计算公式为:总蛋白浓度=(测定OD值空白OD值)/(标准OD值空白OD值)×标准品浓度×样品测定前稀释倍数。

1.3 数据处理

采用SPSS 18.0(美国IBM公司)分析软件对样品测定结果进行主成分分析(PCA)。在本实验中,由40批样品中29个指标性组分的定量结果组成40行29列矩阵,数据经标准化处理后进行PCA分析。PCA分析时,提取主成分(PC17)进行分析,根据公式Σλiui(λ:主成分贡献率,u:各样品主成分值,i:1～7)计算各样品的综合得分[910]。

2 结果与分析

2.1 糖类化学成分分析

表2结果表明,莲藕样品均含有果糖、葡糖糖、蔗糖、棉子糖、水苏糖。不同样品糖类成分含量差异较大,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%、水苏糖0.355%～1.924%、总多糖5.110%～10.110%。蔗糖含量占莲藕干重最高,最高可达到14.776%(S7湖北咸宁产藕肉)。藕肉中蔗糖和总多糖含量均为最高,藕节中总多糖含量仅次于藕肉中总多糖含量,而藕尖和藕皮中的总多糖含量较少。

表2 莲藕样品中游离单糖、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 核苷和氨基酸类资源性化学成分分析

由表3可知，在不同产地莲藕不同部位中检测到腺苷(0～0.103 μg·g-1)和肌苷(0～0.030 μg·g-1)2种核苷类成分,其中腺苷含量较高,肌苷在多数样品中未检测到。检测到L亮氨酸(0～1.193 μg·g-1)、γ氨基丁酸(0.668～4.321 μg·g-1)、L异亮氨酸(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缬氨酸(0.265～2.047 μg·g-1)、L脯氨酸(0～2.401 μg·g-1)、L羟基脯氨酸(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苏氨酸(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赖氨酸(0.411～9.064 μg·g-1)、L丝氨酸(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组氨酸(0～1.010 μg·g-1)、L鸟氨酸(0～0.850 μg·g-1)等20种氨基酸类成分,其中含量较高的为天冬酰胺。不同产地不同部位样品各类成分含量差异较大。

表3 莲藕样品中核苷和氨基酸类成分的含量(μg·g-1)Table 3 The content of nucleosides and amino acids in lotus root(μg·g-1)

续表

2.3 蛋白质类化学成分分析

不同产地莲藕的不同部位样品蛋白含量在1.012%～4.122%之间,其中以湖北荆州(S2)、湖北咸宁(S7)、江西鹰潭(S11、S12)、浙江金华(S17)4个产地莲藕蛋白含量较高,山东枣庄(S21～S25)、安徽安庆(S26～S30)、江苏宿迁(S31～S35)以及河南南阳(S36～S40)四个产地的莲藕蛋白含量较低。不同部位蛋白含量比较,表现为藕肉中蛋白含量相对较高,藕节和藕皮中蛋白含量相对其他部位较少(图1)。

图1 莲藕样品中总蛋白含量Fig.1 The content of total protein in lotus root

2.4 不同产地莲藕不同部位营养成分的主成分分析(PCA)

为综合评价不同产地莲藕不同部位的营养成分差异,对已测定的糖类、核苷类、氨基酸类、蛋白质类共29个成分进行了主成分分析。前7个主成分的贡献率分别为48.348%、9.583%、8.197%、7.088%、5.534%、4.249%和3.793%,累积贡献率达86.793%,能够较客观地反映各类型成分,故选取前7个主成分进行分析(表4)。

表4 主成分特征值、贡献率和累积贡献率Table 4 Eigenvalue,contribution ratio and cumulative contribution of principal components

不同产地莲藕不同部位的主成分值见图2,由图2得分可知,浙江金华产莲藕不同部位营养成分由高到低依次是藕节(S19)>藕肉(S17)>藕尖(S16)>藕皮(S18)>藕尾(S20),山东枣庄产的为藕肉(S22)>藕尾(S25)>藕尖(S21)>藕节(S24)>藕皮(S23),江西鹰潭产的为藕肉(S12)>藕皮(S13)>藕节(S14)>藕尖(S11)>藕尾(S15),江苏宿迁产的为藕肉(S32)>藕尖(S31)>藕尾(S35)>藕节(S34)>藕皮(S33),湖北咸宁产的为藕肉(S7)>藕节(S9)>藕皮(S8)>藕尖(S6)>藕尾(S10),湖北荆州产的为藕肉(S2)>藕皮(S3)>藕尖(S1)>藕节(S4)>藕尾(S5),河南南阳产的为藕肉(S37)>藕尾(S40)>藕皮(S38)>藕尖(S36)>藕节(S39),安徽安庆产的为藕节(S29)>藕肉(S27)>藕尾(S30)>藕尖(S26)>藕皮(S28)。

图2 莲藕不同样品各类成分含量综合评分结果Fig.2 Comprehensive score of tested compounds’ contents with different samples of lotus root

3 结论与讨论

莲藕下脚料中含有丰富的糖类和氨基酸类成分。棉籽糖和水苏糖是功能性低聚糖,具有类似水溶性膳食纤维的功能,可调节肠道菌群平衡、调节免疫,改善人体生理健康[1112]。莲藕藕尖、藕尾、藕节、藕皮中含有的棉子糖、水苏糖量接近藕肉,可深度开发利用。氨基酸在人体生理活动中起着重要作用,尤其是必需氨基酸,莲藕下脚料中含有赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸、组氨酸等人体必需氨基酸,此外,还含有相对较多的天冬酰胺,天冬酰胺是机体合成蛋白质的重要氨基酸之一,在体内可水解成天冬氨酸和氨,作为药物,可用于降血压、扩张支气管、抗消化性溃疡及胃功能障碍等[13]。具有中枢神经抑制作用[14]的γ氨基丁酸在莲藕各部位中也有分布。莲藕中的核苷类成分种类较少,实验仅检测到少量的腺苷和肌苷。腺苷和肌苷对神经系统的损伤与修复具有重要的营养和保护作用[1516]。因此,莲藕下脚料具有较高的药用价值,相关食品和保健品的研制有待深入研究。

不同产地的莲藕不同部位中的糖类、核苷类、氨基酸类和蛋白质类成分含量差异较大,从主成分分析结果看,各地产莲藕下脚料中所含营养成分均低于藕肉,但浙江金华和安徽安庆两地产莲藕的藕节中所含营养成分优于藕肉,说明可开发利用莲藕下脚料中的营养成分做药用或保健品,以提升资源价值。

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