珠芽魔芋营养成分的分析和测定*

冯 莹 阎燚刚 熊家辉 张 程 仇思润 单体江

(1.广东省森林资源保育中心, 广东 广州510173; 2.华南农业大学 林学与风景园林学院, 广东 广州510642)

珠芽魔芋Amorphophallusbulbifer为天南星科Areaceae 魔芋属Amorphophallus多年生草本植物[1]。 珠芽魔芋最早发现于东南亚地区, 是一种能够在叶面上生长出类似种子的珠芽, 又可以通过球茎或实生种子进行无性繁殖的特殊三倍体魔芋变种[2]。 魔芋传统的栽培品种主要是白魔芋A.konjac和花魔芋A.albus及其杂交种[3], 全球魔芋资源主要分布在亚洲的热带和亚热带地区, 泰国、 印度尼西亚、 中国、 马来西亚、 越南、 老挝和印度等国家具有丰富的魔芋种质资源[4], 目前已发现并命名的共有220 余种, 我国有25 种。 中国是世界上魔芋种植面积最大的国家, 约占全世界魔芋种植总面积的2/3, 而欧洲和美洲等基本无规模化种植[4]。 我国魔芋产业主要集中分布于西南和华南地区, 云南省拥有我国60%的魔芋种类,是种质资源数量最多的省[5]。 目前随着中国魔芋种植面积的不断扩大, 传统魔芋栽培品种的软腐病也越来越严重, 严重制约着我国魔芋产业的健康发展[6]。 相较于白魔芋和花魔芋, 珠芽魔芋抗病力强, 植株高大, 繁殖系数高[7], 其精粉中葡甘聚糖(KGM) 含量最高可达80%, 出粉率高于花魔芋和白魔芋[8]。 目前, 我国魔芋产量仍然供不应求, 每年需从印度尼西亚等国家进口大量的魔芋粉或是魔芋薯干, 因此, 珠芽魔芋的规模化种植和开发对于降低生产成本、 提高育种质量、推动魔芋产业的健康发展具有重要作用。 同时,发展珠芽魔芋产业也有利于我国中西部地区农业产业结构调整, 巩固脱贫攻坚的成果以及服务乡村振兴[9]。 作为林下新资源植物, 对于珠芽魔芋的研究报道较少, 尚未见珠芽魔芋氨基酸和微量元素含量的研究报道。 为更好的开发和利用珠芽魔芋资源, 推动珠芽魔芋的规模化种植以及魔芋产业的健康发展, 本研究以不同生长年限的珠芽魔芋为研究材料, 分析并测定不同生长年限的珠芽魔芋氨基酸、 粗多糖以及微量元素的组成及含量, 明确生长时间对珠芽魔芋地下球茎营养成分的影响, 为珠芽魔芋的综合开发和利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试植物材料

珠芽魔芋采自广东省肇庆市怀集县的广东金芽魔芋生物科技有限责任公司种植基地, 分别选取珠芽、 一年生和二年生的地下球茎作为供试材料。

1.2 试验方法

精确称取洗净晾干的珠芽魔芋样品500 g, 其中微量元素的分析采用ICP—MS 半定量分析法,蛋白质的含量测定采用中华人民共和国国家标准(GB 5009.5—2016)[10]中的凯氏定氮法; 氨基酸含量的测定采用中华人民共和国国家标准《食品安全国家标准食品中氨基酸的测定》[11](GB 5009.124—2016) 中的方法进行; 采用氨基酸分析仪(茚三酮柱后衍生离子交换色谱仪) 测定16 种氨基酸的含量; 粗多糖含量的测定采用苯酚—硫酸分光光度法。

2 结果与分析

2.1 不同生长年限珠芽魔芋氨基酸、 蛋白质和粗多糖含量分析

不同生长年限的珠芽魔芋中氨基酸、 蛋白质和粗多糖含量测定结果如表1 所示。 结果表明,珠芽中蛋白质的含量最高, 为2.11 g/100 g, 随着生长年限增长, 地下球茎中蛋白质的含量逐渐下降, 一年生和二年生珠芽魔芋地下球茎的蛋白质含量分别为1.67 g/100 g 和1.46 g/100 g。 粗多糖的含量与蛋白质未表现出一致的规律性, 一年生的地下球茎粗多糖含量最高, 为3.42 g/100 g, 其次是珠芽, 粗多糖含量为3.38 g/100 g。 二年生珠芽魔芋粗多糖的含量最低, 为2.30 g/100 g。 16种水解氨基酸含量的测定结果表明, 除丙氨酸外,其他15 种氨基酸随着生长年限的增长而逐渐降低, 表现出高度的一致性。 一年生和二年生珠芽魔芋地下球茎的丙氨酸含量相差不大, 但与珠芽中丙氨酸的含量相比明显降低。 在检测的16 种水解氨基酸中, 天冬氨酸(ASP) 含量最高, 其次是谷氨酸(GLU) 和精氨酸(ARG), 其他氨基酸含量均在0.12 g/100 g 以下; 所有氨基酸中蛋氨酸(MET) 含量最低, 在3 种不同的供试材料中的含量分别为0.020、 0.016 和0.009 g/100 g。

表1 不同生长年限珠芽魔芋氨基酸、 蛋白质和粗多糖含量分析Table 1 Analysis of amino acid, protein and crude polysaccharide contents of A. bulbifer with different growth years

2.2 不同生长年限珠芽魔芋的微量元素分析

采用ICP-MS 半定量分析法测定不同生长年限珠芽魔芋微量元素含量, 结果如表2 所示。 各微量元素含量在不同生长年限的珠芽魔芋中并没有表现出明显的规律性, 总体来看, 一年生和二年生地下球茎中微量元素的含量要高于珠芽。 其中在一年生地下球茎中, 有8 种微量元素的含量最高, 分别为硼、 镁、 铝、 钾、 钒、 砷、 铷和镉;在二年生地下球茎中, 也有7 种元素的含量最高,分别为钠、 钙、 钛、 锰、 铜、 锶和钡; 而在珠芽中, 只有3 种元素的含量最高, 分别为铁、 钴和锌。 其他10 种元素由于含量较低, 未测定到具体数值, 因此无法比较其在不同生长年限供试材料中的差异。 在测试的28 种元素中, 元素K 在3 种供试材料中的含量均最高, 其中在一年生地下球茎中的含量高达的7 170 mg/kg, 其次是珠芽, 含量为5 150 mg/kg, 二年生地下球茎中K 的含量最低, 但也高达3 810 mg/kg, 远超过二年生地下球茎中其他元素的含量。 元素镁和钙的含量在3 种不同生长年限的珠芽魔芋中也超过了100 mg/kg,其中镁的含量变化较小, 在3 种不同供试材料中含量为200 ～300 mg/kg, 而钙的含量变化较大,在二年生地下球茎中含量高达1 250 mg/kg, 而在珠芽中含量只有164 mg/kg。 其他元素含量均在20 mg/kg 以下, 其中有16 种微量元素含量在各年份的供试材料中低于1 mg/kg。 根据我国现行的食品安全国家标准(GB 2762—2022)[12], 珠芽魔芋中测出的重金属元素Hg、 Cu、 Pb 等含量均未超过国家标准。

表2 不同生长年限珠芽魔芋的微量元素分析Table 2 Trace element analysis of A. bulbifer with different growth years

3 结论与讨论

魔芋富含优质的膳食纤维, 膳食纤维被誉为“第七营养素”[13]; 魔芋多糖, 尤其是其中的葡甘聚糖, 能够降低血压和增加饱腹感, 同时魔芋本身的脂肪含量几乎为零, 是糖尿病患者和减肥人群的理想食物[14]。 聂聪怡等[15]分析了魔芋块茎中的主要成分, 发现仅次于水的成分为葡甘聚糖,约占64.78%。 葡甘聚糖是一种天然的植物中性多糖, 被广泛应用于食品、 医药和工业等领域, 具有很高的开发利用价值[16]。 在食品中加入魔芋葡苷聚糖不仅能够保护食品免受氧化和微生物侵染变质, 还能起到保健作用[17]; 魔芋葡聚糖具有突出的生理活性, 能够起到降血压血脂[18]、 调节免疫活性[19]、 影响肠道微生物等作用[20]; 此外, 魔芋葡苷聚糖作为一种天然的生物质材料, 表现出良好的成膜性和生物可降解性, 可用于建筑涂料、工业废水处理和粘合剂等[21]。

目前对于珠芽魔芋多集中在魔芋多糖的研究,而对于其他营养成分的研究则鲜有报道, 随着国民生活质量的提升, 人们对饮食的需求已不单单是填饱肚子, 而是更加关注其营养成分[22]。 本研究对不同生长年限珠芽魔芋中氨基酸、 微量元素、蛋白质和粗多糖的含量进行测定, 结果表明, 珠芽魔芋氨基酸和蛋白质含量生长年限的增加而降低, 而粗多糖的含量先升高后降低, 这可能与珠芽魔芋的生长发育代谢有关。 天冬氨酸(ASP)在所有供试材料中的含量最高, 其次是谷氨酸(GLU) 和精氨酸(ARG)。 天冬氨酸是嘌呤嘧啶合成、 糖酵解等重要代谢过程的枢纽, 在神经系统的发育和调节动物体内激素水平中发挥重要作用[23-24]; 谷氨酸能够调节肠上皮发育的信号网络和促进肠上皮发育, 在肠道能量供应和营养调控中发挥着重要作用[25]; 精氨酸不仅与细胞的生长、增殖及功能具有密切联系, 还参与机体的免疫调节, 在精准医学中也应用精氨酸实现了靶向治疗癌症[26]。 本研究对珠芽魔芋中的28 种元素进行检测和分析, 其中K 元素在所有供试材料中的含量均最高, 这一点与珠芽魔芋属于块茎类作物相符合。 此外, 矿质元素的含量不仅与品种有关, 还与水分和土壤等条件密切相关, 本研究的测定结果表明不同元素的含量随栽培年份延长的变化规律各异, 因此在实际栽培中可依据不同年份对不同矿质元素的需求情况设计施肥方案。 此外, 本研究中各重金属元素含量均符合食品安全国家标准(GB 2762—2022)。

综上所述, 我国作为全球魔芋生产大国, 魔芋资源产业化具有广阔的发展前景, 本研究结果为珠芽魔芋深加工提供数据参考, 拓宽了魔芋深加工产物在各行业的应用, 充分发挥其经济效益和社会效益。