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        細葉小羽蘚營養(yǎng)成分的測定分析

        2017-04-29 00:00:00劉暢毛俐慧徐丹丹方炎明
        廣西植物 2017年8期

        摘要: 該研究以細葉小羽蘚為材料,測定了基本營養(yǎng)成分總糖、粗脂肪、粗蛋白、灰分的含量,采用氣相色譜、氨基酸自動分析儀分別檢測了脂肪酸和氨基酸的組分含量,并通過化學(xué)分析法和掃描電鏡明確了細葉小羽蘚礦質(zhì)元素含量及分布情況。結(jié)果表明:細葉小羽蘚中主要成分是糖類,占16.11%,粗蛋白質(zhì)、灰分含量分別為11.20%、23.34%。氨基酸組成均衡,必需氨基酸(EAA )占氨基酸總量(TAA)的27.70%,必需氨基酸與非必需氨基酸的比值(EAA/NEAA)為0.38;限制性氨基酸為組氨酸,比值系數(shù)分(SRC)為12.96;藥用氨基酸占總氨基酸的62.12%;天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸、亮氨酸等含量相對較高。不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸的比值為0.74,不飽和脂肪酸花生四烯酸(AA)和二十二碳六烯酸(DHA)相對含量較高。富含礦物質(zhì),莖葉元素均勻分布,其中Al、Ca、Fe、K、Mg等元素含量很高。綜上認為,細葉小羽蘚是一種含糖量較多、礦質(zhì)豐富、低脂、低蛋白的苔蘚,作為生物資源具有開發(fā)潛力。

        關(guān)鍵詞: 苔蘚,營養(yǎng)成分,氨基酸,脂肪酸,礦質(zhì)元素

        中圖分類號: Q946.91文獻標(biāo)識碼: A文章編號: 10003142(2017)08104911

        Abstract: In order to provide theoretical information for the effective utilization value of the moss Haplocladium microphyllum (Hedw.) Broth., we measured the general components included total sugar, crude fat, crude protein and ash. The compositions and contents of amino acids in moss were determined by automatic amino acid analyzer. For making known the content and composition of fatty acids in moss oil and then offering reference to the reasonable exploitation, we made the analysis on fatty acid content and construction variation of fatty acid with high performance gas chromatography. We determined mineral element contents by inductively coupled plasmaatomic emission spectrometry, and analyzed the stem and leaf elemental distribution and average mass fraction by SEM Xray microanalysis method. The results showed that total sugar in H. microphyllum reached up to 16.11%, the contents of crude protein and ash were 11.20% and 23.34%, respectively. The amino acid composition of protein was in balance with EAA/TAA 27.70% and the ratio of EAA to NEAA 0.38. In H. microphyllum, there was the limiting amino acid histidine with SRC 12.96. The content of medicinal amino acid was 62.12% of total amino acid, and the contents of aspartic acid, glutamic acid, arginine and leucine were relatively higher in eighteen kinds of amino acids. The crude fat content in H. microphyllum was 0.32% with the ratio of polyunsaturated fatty acids to total fatty acids as 38.21%. The ratio of unsaturated fatty acids to saturated fatty acids was 0.74. The content of palmitic acid was the highest, followed by acidum linoleicum and alphalinolenic acid, while arachidonic acid and docoshexaenoic acid were relatively high in unsaturated fatty acids. In addition, the mineral element contents of the moss were very rich and various. As the beneficial trace elements, the contents of K, Ca, Mg, P and Fe were relatively high. Between stem and leaf, the elemental composition was the same, but average mass fraction was slightly different. The distribution of chemical elements in stem was uniform, similar to that of the leaf. Therefore, H. microphyllum was a biological resource to be developed, which contained lower fats and proteins, richer minerals and higher sugars.

        Key words: moss, nutrients, amino acids, fatty acids, mineral elements

        苔蘚是水生向陸生生活過渡的一類高等植物,廣泛分布于世界各地,目前約有23 000種,占植物總數(shù)的5%。由于個體較小,葉片沒有角質(zhì)層覆蓋且體內(nèi)無輸導(dǎo)組織,沒有真正的根,生長分散,往往多個種互相雜生,區(qū)分費時費力,不易大量采集,使得苔蘚植物的研究尚處于經(jīng)典的分類學(xué)階段,化學(xué)和分子生物學(xué)方面起步較晚。近年來,隨著分析技術(shù)的不斷進步和組織培養(yǎng)的成功,許多結(jié)構(gòu)新穎且具有良好生物活性的次生代謝產(chǎn)物和天然化合物不斷從苔鮮植物中分離得到。多種苔蘚具有抗細胞毒性、抑菌等性能,可用作藥用植物(Staaland et al, 1983; 汪慶和羅宣, 2001; 王小寧和婁紅祥, 2005; Asakawa, 2007)。此外,苔蘚含有高濃度低消化率的酸性洗滌纖維(ADF)和酚類化合物,通常被認為能夠抵御微生物和昆蟲的食用。然而,一些特殊生境的動物如寒冷地帶馴鹿、蝴蝶、蚜蟲以及亞熱帶地區(qū)的山雞、鱗翅目幼蟲、薊馬會將苔蘚中的脂肪酸、氨基酸作為食物營養(yǎng)和能量來源(Macielsilva Santos, 2011; Wang et al, 1998; Herber Prins, 1982)。因此認為,苔鮮植物獨特的生境和物種多樣性,造就了結(jié)構(gòu)豐富的生物資源寶庫,具有很大開發(fā)和利用價值的前景。

        細葉小羽蘚(Haplocladium microphyllum)為羽蘚科羽蘚屬,植物體纖細柔軟,黃綠色至暗綠色,不規(guī)則一回或二回羽狀分枝,交織平鋪叢生。研究表明,細葉小羽蘚全草可以入藥,微澀性涼,有清熱解毒的功效,提取的青苔素可以替代醫(yī)學(xué)藥物青霉素,且沒有副作用,可以用于治療氣管炎、扁桃體炎、肺炎、中耳炎等(吳璐璐等, 2009)。細葉小羽蘚的研究主要集中在脅迫響應(yīng)及對環(huán)境污染物的監(jiān)測方面(婁玉霞, 2013; 陳文佳等, 2013; 田曄林等, 2014; Xiao et al, 2015),而對參與元素吸收、轉(zhuǎn)運與存儲等代謝過程的礦物質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸、脂類和有機酸等營養(yǎng)物質(zhì)的價值分析則鮮有報道。Fang Zhu(2016)研究表明,細葉小羽蘚孢蒴具有高脂、低蛋白、低酚特性,使得其大量的被Agrotis幼蟲食用。本實驗通過對細葉小羽蘚營養(yǎng)成分進行全面的檢測分析與評價,旨在為苔蘚植物資源的篩選和開發(fā)應(yīng)用提供理論依據(jù)。

        1材料與方法

        1.1 材料

        細葉小羽蘚采自環(huán)境狀況良好的紫金山風(fēng)景區(qū)(32°01′57″~32°06′15″ N,118°48′24″~118°53′04″ E,總面積為3 008.8 hm2,主峰海拔高度為448.9 m,屬于北亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū),全年日照2 213 h,年平均氣溫為15.7 ℃,年平均降水量為1 013.0 mm,土壤以黃棕壤為主,遠離城市和污染源),由方炎明教授和毛俐慧博士鑒定確認。植物材料收集后,去除雜物及附帶的土壤基質(zhì),用自來水和去離子水沖洗干凈,備用。

        1.2 方法

        1.2.1 水分含量的測定采用105 ℃一次烘干法(GB/T 5009.32003),電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DHG9423A型)進行測定。

        1.2.2 粗蛋白質(zhì)含量測定采用微量凱氏定氮法(GB/T 5009.52010)測定,儀器為(KND1)微量凱氏定氮儀。

        1.2.3 粗脂肪含量測定采用索氏抽提法(GB/T 5009.62003)測定,儀器為(BM40/38)索氏提取器。

        1.2.4 灰分含量測定采用茂福爐灼燒法(GB/T 5009.42010)測定。

        1.2.5 總糖含量測定3,5二硝基水楊酸(DNS)法(于魯浩, 2012),Lambda 950紫外分光光度計測定的還原糖含量乘以 0.9(葡萄糖與總糖的換算系數(shù)),得出苔蘚中總糖的含量。

        1.2.6 氨基酸含量測定(梁曉慶, 2012)稱取烘干粉碎后的苔蘚粉末2.00 g,用5 mol·L1鹽酸于110 ℃下水解24 h。取出后冷卻至室溫,蒸餾水定容到10 mL,溶液在60 ℃下?lián)]發(fā)過量鹽酸,最后使用德國Sykam 7130全自動氨基酸分析儀測定各氨基酸的含量。

        1.2.7 脂肪酸組成分析(鄭岳, 2014)稱取苔蘚粉末2.50 g,依次加入50、20、20 mL混合溶劑(氯仿/甲醇=2/1)振蕩、提取三次,過濾,合并濾液揮干。加入0.5 mol·L1氫氧化鈉甲醇溶液2 mL,在60 ℃下水浴30 min。 冷卻后,加入25%三氟化硼甲醇溶液2 mL,60 ℃水浴20 min。冷卻后,加入正己烷2 mL和飽和氯化鈉溶液 2 mL,振蕩萃取,靜止分層,取上層用日本島津GC2010氣相色譜儀分析和火焰離子化檢驗器(FID)檢驗。

        色譜條件:色譜柱為DBWAX 柱(30 m,I.D.0.32 mm);氣相色譜進樣口溫度為250 ℃;檢測器溫度為250 ℃;程序升溫為100 ℃(3 min)→180 ℃(1 min)/10 ℃→240 ℃/ 3 ℃(9 min);載氣(N2)流量為3 mL·min1;燃氣(H2)流量為47 mL·min1;助燃氣(Air)流量為400 mL·min1;分流比為1∶2;進樣量為1.0 μL。

        1.2.8 礦質(zhì)元素含量測定干灰化、酸解,電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICPAES)法,Optima 4300DV 型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定(肖立青, 2014)。莖葉元素采用掃描電鏡X射線微區(qū)分析(林玉滿等, 2004):先將苔蘚樣品抽真空干燥后,再將植株剪成0.5 cm長的小片段,把橫切和葉貼于電鏡樣品臺上。經(jīng)SBCII型離子濺射儀噴金鍍膜后,在INCA250EDS型X射線能譜顯微分析儀,測試各部分的元素。EDS加壓為20 kV,電子束流為1.2×1010A,分辨率為150 eA,能譜儀的探頭檢測角為38°,分析時間為100 s,重復(fù)掃描3次,最后采用定量計算,經(jīng)ZAF修正后得到結(jié)果,樣品元素質(zhì)量分數(shù)測定值為各重復(fù)的平均值。

        1.3 數(shù)據(jù)處理

        所有實驗3次重復(fù)。數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件分析,表格的繪制采用Excel 2007,圖像繪制使用Origin 8.5和Photoshop 7.0進行。

        2結(jié)果與分析

        2.1 細葉小羽蘚體內(nèi)基本營養(yǎng)成分

        由表1可知,細葉小羽蘚體內(nèi)的基本營養(yǎng)成分水分、總糖、粗脂肪、粗蛋白質(zhì)、灰分含量分別為83.85%、16.11%、0.32%、11.20%、23.34%。因此,細葉小羽蘚是一種含糖量較多、礦質(zhì)豐富、低脂、低蛋白的苔蘚。

        2.2 細葉小羽蘚體內(nèi)氨基酸分析

        從表2可以看出,細葉小羽蘚檢測出17種游離氨基酸(色氨酸在水解過程中受破壞未測定),氨基酸總含量為109.00 mg·g1,氨基酸種類齊全,比例相對均衡,天冬氨酸和谷氨酸含量最高。一般認為各類蛋白質(zhì)的氨基酸組成比例,EAA/TAA在40%左右,EAA/NEAA在0.6以上,這樣的植物品質(zhì)好,營養(yǎng)價值高。本研究結(jié)果不滿足這一標(biāo)準(zhǔn),EAA/TAA為27.70%,EAA/NEAA為0.38,因此細葉小羽蘚蛋白質(zhì)的品質(zhì)不高。根據(jù)WHO/FAO推出的蛋白質(zhì)必需氨基酸模式,利用氨基酸比值系數(shù)法(朱圣陶和吳坤, 1988)計算細葉小羽蘚體內(nèi)的氨基酸比值(Ratio of amino acid, RAA)、氨基酸比值系數(shù)(Ratio coefficient of amino acid, RC)和比值系數(shù)分(Score of RC, SRC)。表3結(jié)果表明,蛋氨酸+半胱氨酸總含量為3.08,其余氨基酸RC都小于1,因此蛋氨酸和半胱氨酸含量相對過剩, 其它幾種氨基酸

        的含量相對不足;組氨酸RC值最小,0.49,是限制氨基酸。根據(jù)RC值,計算出限制氨基酸組氨酸的強化量,強化后的組氨酸含量=苔蘚中的組氨酸含量/RC,因此強化后應(yīng)為3.06 mg·g1。SRC表示植物材料中氨基酸組成與氨基酸模式的一致性,當(dāng)物質(zhì)內(nèi)蛋白質(zhì)的RC越分散,表明這些氨基酸在氨基酸平衡上做的負貢獻越大,SRC越小,蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值越差,本研究細葉小羽蘚SRC為12.96。

        藥用氨基酸一般是指植物中含量少,有些人體不能合成,但又是維持機體氮平衡所必需的氨基酸,如谷氨酸、天冬氨酸、精氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、賴氨酸等。在細葉小羽蘚中,9種藥用氨基酸占總氨基酸的62.12%,所占比例高,以天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸、亮氨酸居多,可用作藥用氨基酸的食物源。

        2.3 細葉小羽蘚體內(nèi)脂肪酸分析

        脂肪酸是脂肪的重要組成部分,同時也是細胞膜磷脂成分之一。在自然界中分布廣泛, 對生理和代謝的調(diào)節(jié)有重要作用(Siciliano et al, 2013; Carracedo et al, 2013)。表4結(jié)果為細葉小羽蘚體內(nèi)17種游離長鏈脂肪酸(FFA)的組成和含量,7種不飽和脂肪酸,占總量的38.21%,10種飽和脂肪酸,占總量的51.36%,棕櫚酸含量最高,其次是亞油酸和α亞麻酸。油脂中不飽和脂肪酸是評價油脂營養(yǎng)的一個重要指標(biāo),細葉小羽蘚體內(nèi)長鏈偶數(shù)碳脂肪酸含量明顯高于奇數(shù)碳脂肪酸,而不飽和脂肪酸(UFA)和飽和脂肪酸(SFA)的比值較低,為0.74。

        2.4 細葉小羽蘚體內(nèi)礦質(zhì)元素分析

        細葉小羽蘚體內(nèi)礦質(zhì)元素含量的測定結(jié)果如表5所示,按照吳虹玥等(2005)將所測定的15種礦質(zhì)元素分為3類。第Ⅰ類為累積元素或主量元素,最大檢測含量一般在1 000 μg·g1,有5種:Al、Ca、Fe、K、Mg;第Ⅱ類,累積常量元素,最大檢測含量在100~1 000 μg·g1,有1種:P;第Ⅲ類,累積微量元素,最大檢測含量一般在1~100 μg·g1,有9種:Mn、As、Ba、Cu、La、 Co、Na、Ni、Pb。

        2.5 細葉小羽蘚莖葉元素的分布比較

        苔蘚元素含量多少取決于種類及生存環(huán)境,觀察化學(xué)元素在植物體內(nèi)的分布和累積情況,有利于探討細葉小羽的營養(yǎng)物質(zhì)運輸情況。從表6可以看出,葉中N、Ca、Mg、S、Cu的含量比例明顯高于莖干中,這可能與細葉小羽蘚的葉緊密包裹著莖生長,并主要參與光合作用有關(guān)。C、O、N、K、Ca、Mg、P、S作為植物必需元素在葉片和莖干的含量比其它元素高。細葉小羽蘚葉片、莖橫切進行元素微區(qū)分布電鏡掃描測定,獲取苔蘚植物葉面和莖橫切面中C、O、N、K、Ca、Mg、P、S、Si、Al、Fe、Mn、Na、Cu、Ni、Zn、Pb這17種化學(xué)元素的精細分布。從元素的組成看,苔蘚植物的化學(xué)元素組成與維管植物是相似的,但其含量具有特殊性。C、O、N屬于構(gòu)造元素,在苔蘚體內(nèi)必不可少,所占比例遠遠超過其它元素。細葉小羽蘚莖橫切片中化學(xué)元素見圖2,除了Si和Al兩種元素在靠近莖中部有較少分布外,其余15種元素在莖皮層薄壁細胞中較為均勻分布。苔蘚植物的莖無維管組織運輸水分和養(yǎng)料,因此,水分、有機物和無機元素的運輸均是由莖皮層薄壁細胞完成,元素均勻分布其中。觀察苔蘚葉表元素的精細分布見圖3,其單層細胞的結(jié)構(gòu)特征顯示吸收的化學(xué)元素多均勻分布于葉片,靠近中肋部位的濃度很低。綜上所述,細葉小羽蘚體內(nèi)元素的均勻分布,與體表無蠟質(zhì)的角質(zhì)層覆蓋,背腹面可以直接累積元素到組織內(nèi)的特殊結(jié)構(gòu)特征有關(guān)。

        3討論與結(jié)論

        細葉小羽蘚氨基酸種類齊全,藥用氨基酸所占比例超過50%,天冬氨酸與谷氨酸含量較高,這與徐杰等(2005)研究結(jié)果一致。這兩者是鮮味氨基酸,同時也是重要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)(EAA)。半胱氨酸作為一種高效安全的多酚氧化酶抑制劑,在食品保鮮中的應(yīng)用已得到一些研究(Li et al, 2011)。有研究表明谷氨酸在機體代謝中活躍,參與核苷酸及某些氨基酸的組成,與腦組織和神經(jīng)系統(tǒng)的正常運作,肝臟、肌肉、大腦等組織中氨的解毒作用密切有關(guān)(Yin et al, 2010)。從營養(yǎng)的角度看,蛋氨酸和半胱氨酸的相對含量過剩,蛋氨酸是含硫必需氨基酸,可作為膽堿前體用于合成多胺及肌酸等化合物,利用其甲基還可起到解毒作用(Kasper et al, 2000)。

        與高等植物相比,苔蘚植物、蕨類植物以及藻類植物的一些種能夠產(chǎn)生更多種類的不飽和脂肪酸,如花生四烯酸、十二碳五烯酸是低等植物特有的(Dembitsky, 1993)。細葉小羽蘚脂肪酸組成豐富,棕櫚酸含量占19.61%,作為食物有助于動物乳脂的酯化反應(yīng),產(chǎn)生乳汁為幼仔供應(yīng)能量。本研究中,細葉小羽蘚體內(nèi)花生四烯酸(Arachidonic acid, AA)含量較高(6.87%),為171.80 μg·g1,遠高于大金發(fā)蘚(Polytrichum commune)(俞英, 2009),多鏈可溶性脂肪酸花生四烯酸是苔蘚植物研究較多的脂肪酸,是具有高度生物活性的前列腺素的一種前體,苔蘚中這種天然的產(chǎn)物可增加人體脂肪酸,調(diào)節(jié)前列腺素的平衡,也有助于提高動物的御寒能力(Herber Prins, 1982)。不飽和脂肪酸二十二碳六烯酸(Docoshexaenoic acid, DHA)含量為10.43%,DHA和AA在人體內(nèi)有著廣泛生理活性,是母乳中的天然成分,是嬰兒大腦和視網(wǎng)膜的重要組成成分,對嬰兒視覺、運動和認知發(fā)育非常重要。

        細葉小羽蘚礦質(zhì)元素豐富,K、Ca、Mg、P和Fe含量很高,也是必需的有益微量元素,可參與骨骼構(gòu)建、維持細胞滲透壓和酸堿平衡,也可作為酶的輔助因子維持人體的正常生理機能、促進生長發(fā)育、調(diào)節(jié)代謝活動(Soetan et al, 2010)。本研究礦質(zhì)元素檢測結(jié)果與吳虹玥的分類結(jié)果既存在很大的差異,也存在相同點:①Al、Ca、Fe、K、Mg這五種元素含量與同類研究結(jié)果相一致,都是植物所必需的營養(yǎng)元素,而P在本研究中被分入累積常量元素,與一些研究結(jié)果差了2~8倍(Reimann et al, 2001)。② Mn、Na、Pb這三種元素在本研究中屬于累積微量元素,而不是主量元素(Türkan et al, 1995; Chiarenzelli et al, 2001),但是Mn和Pb含量與Genoni等(2000)研究結(jié)果一致,Na略低于前人研究可能是因為紫金山周圍環(huán)境中Na的背景值本身比較低。③ As、Ba、Cu、Ni四種元素與吳虹玥劃分的苔蘚體內(nèi)含量相差十倍左右,但本研究結(jié)果在歐洲不受工業(yè)污染的蘇臺德山脈和阿爾卑斯山脈采集的苔蘚植物體內(nèi)相應(yīng)化學(xué)元素的含量范圍(Türkan et al, 1995)。因此,推測As、Ba、Cu、Ni在環(huán)境背景值中含量較低,但在細葉小羽蘚體內(nèi)的含量符合正常累積結(jié)果,同時本研究采集地點(紫金山)是受人為及工業(yè)污染較少的地區(qū)。④ La和Co在苔蘚體內(nèi)的含量與同類研究一致(Berg Steinnes, 1997),均為累積微量元素。這些苔蘚植物體內(nèi)元素含量上的異同主要是受很多因素的影響,如空間、時間、種類、生態(tài)系統(tǒng)等。

        細葉小羽蘚體內(nèi)化學(xué)元素的電鏡掃描結(jié)果與礦質(zhì)元素ICPAES分析結(jié)果保持一致性。細葉小羽蘚莖葉元素分布均勻,富含有益元素,F(xiàn)e很高,含量為3.67 mg·g1,而緣管滸苔、海帶、紫菜分別為1.46、0.04、0.10 mg·g1(何清等, 2006)。鐵以多種形式參與生命活動及新陳代謝,包括如細胞色素氧化酶、過氧化氫酶、黃嘌呤氧化酶等含鐵酶和功能蛋白質(zhì),在機體的正常生長發(fā)育中發(fā)揮重要作用。但采食的鐵僅有5%—8%會被吸收,在飼糧中添加鐵有助于提高動物體內(nèi)氮沉積率,增加粗脂肪、粗纖維、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維的利用率,動物鐵不足或利用不良時,極易造成缺鐵,損害血紅細胞的體積、形狀和結(jié)構(gòu),最終導(dǎo)致缺鐵性貧血癥,還會導(dǎo)致免疫力明顯下降。另外,苔蘚特殊的莖葉礦質(zhì)營養(yǎng)分布均勻的特征,使其整株植物可以被充分利用,具有一定的經(jīng)濟開發(fā)利用價值。

        細葉小羽蘚是一種含糖高、低脂肪、低蛋白、礦物質(zhì)豐富的植物。由于受到一些因素限制,目前加工利用其營養(yǎng)價值的較少。細葉小羽蘚孢子繁殖、資源豐富,可添加于飼料和寵物食品中,以增加食品、飼料的鮮味、營養(yǎng)和顏色;全株植物也可提取濃縮液制成藥品,并進一步開發(fā)產(chǎn)品。預(yù)計關(guān)于這健康的天然佳品,具有良好的開發(fā)前景。

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