王曉媛,王彥兵,陳玉芹,周侯光,胡永亮,李國明

云南省德宏熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，瑞麗 678600

石斛屬(DendrobiumSW.)為蘭科第二大屬，種質(zhì)資源豐富[1,2]。其中藥用石斛為39種，含有多種藥效成分，同時也含有較高的蛋白含量，是一種“藥食兩用”的植物[3,4]。目前關(guān)于石斛屬的的研究主要集中在石斛多糖的提取與分析、藥用成分功能及開發(fā)利用等方面，而對石斛屬的基本營養(yǎng)食用價值研究較少[5-10]。蛋白質(zhì)是石斛的主要營養(yǎng)成分，氨基酸作為蛋白質(zhì)的分解產(chǎn)物是評價食品營養(yǎng)價值的重要指標(biāo)[11,12]。

本研究通過使用氨基酸自動分析儀，測定6種石斛的17種必需氨基酸和非必需氨基酸，分析必需氨基酸組成成分，采用氨基酸評分(AAS)、化學(xué)評分法(CS)、氨基酸比值(RAA)、氨基酸比值系數(shù)(RC)以及氨基酸比值系數(shù)分(SRCAA)等營養(yǎng)學(xué)方法對石斛氨基酸進(jìn)行全面營養(yǎng)價值評價，同時分析其中的藥用氨基酸。此外，綜合以上分析結(jié)果對6種石斛品質(zhì)進(jìn)行聚類分析，以氨基酸為評價指標(biāo)，評價出6種石斛中的最優(yōu)品種，以期為石斛蛋白的開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

實驗材料由云南省德宏熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所藥植中心收集(表1)。

表1 石斛樣品來源

1.2 儀器與設(shè)備

Biochrom30+全自動氨基酸分析儀(大昌華嘉商業(yè)(中國)有限公司)；RETSCH MM400組織磨樣器(濟南泰和盈科商貿(mào)有限公司)、ME204電子分析天平(上海恒勤儀器設(shè)備有限公司)、G2X-9240MBE電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)、HHS電熱恒溫水浴鍋(上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)、TGL20MW臺式冷凍離心機(湖南赫西儀器裝備有限公司)。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

將采集的石斛樣品鮮條經(jīng)105 ℃殺青30 min，55 ℃烘干至恒重，粉碎，過60目篩備用。

1.3.2 氨基酸測定

稱取石斛粉末樣品0.2 g(精確到0.000 1)于10 mL安剖瓶中，加入10 mL 6 mol/L鹽酸，測定除色氨酸以外的17種氨基酸，參照GB/T 5009.124-2003執(zhí)行[13,14]。

1.3.3 營養(yǎng)評價方法

氨基酸評分(AAS)根據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)和聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)提出的方法計算[13]；化學(xué)評分采用FAO推薦的方法計算[15,16]；氨基酸比值系數(shù)RC和氨基酸比值系數(shù)分SRC根據(jù)朱圣陶等提出的方法計算[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有的測定均進(jìn)行3次平行重復(fù)，取平均值。所有數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2010和SPSS 20.0統(tǒng)計分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 6種石斛氨基酸組成分析

食物蛋白質(zhì)的優(yōu)良程度取決于它所含氨基酸的種類和含量[18]。從表2可知，6種石斛樣品的氨基酸組分總量介于3.58%～8.09%，平均值為5.36%，高于栗子仁(4.46%)，其中SH2氨基酸含量最高，SH6氨基酸含量最低。所測石斛的17種氨基酸種類齊全，含量平均值從高到底依次排列為谷氨酸(Glu)、天冬氨酸(Asp)、亮氨酸(Leu)、精氨酸(Arg)、苯丙氨酸(Phe)、丙氨酸(Ala)、賴氨酸(Lys)、纈氨酸(Val)、異亮氨酸(Ile)、絲氨酸(Ser)、蘇氨酸(Thr)、甘氨酸(Gly)、酪氨酸(Tyr)、脯氨酸(Pro)、組氨酸(His)、半胱氨酸(Cys)、蛋氨酸(Met)。6種石斛的氨基酸含量以谷氨酸、天冬氨酸、亮氨酸、精氨酸含量較高，占總氨基酸含量的41.1%。曲繼旭等研究也發(fā)現(xiàn)，鐵皮石斛、鼓槌石斛和金釵石斛中谷氨酸、天冬氨酸、精氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸含量較高，蛋氨酸含量較低，與本研究結(jié)果一致[19]。

必需氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.39%～3.10%，平均值為2.08%，其中SH2中必需氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為3.10%，SH6最低，為1.33%。在供試樣品EAA中亮氨酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，占氨基酸總量的8.62%。6種石斛EAA含量由高到低排列順序為ZH2、ZH1、ZH3、ZH5、ZH4、ZH6。供試石斛樣品的EAA/TAA值在36.68%～40.48%之間，平均值為38.84%，其中SH4(40.48%)大于FAO/WHO提出的理想蛋白質(zhì)模式值(40%)。EAA/NEAA值在57.94%～68.02%，平均值為63.56%，除SH5(57.94%)外，其余石斛均高于理想蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(60%)。

表2 6種石斛氨基酸組成和含量(%)

注：TAA氨基酸總量；EAA必需氨基酸；NEAA非必須氨基酸。

Note:TAA,total amino acid content;EAA,essential amino acid;NEAA,non-essential amino acid.

2.2 6種石斛氨基酸營養(yǎng)價值評價

2.2.1 必需氨基酸組成成分分析

氨基酸平衡理論認(rèn)為待測蛋白的氨基酸組成比例與WHO/FAO模式或卵清蛋白模式越接近，表明其蛋白質(zhì)質(zhì)量越好。因此，我們計算了石斛樣品中必需氨基酸的含量。由于酪氨酸與半胱氨酸分別由苯丙氨酸和蛋氨酸轉(zhuǎn)變而來，所以將酪氨酸與苯丙氨酸，半胱氨酸和蛋氨酸合并計算。由表3可知，6種石斛的必需氨基酸總含量在42.62%～47.23%之間，明顯高于WHO/FAO模式，與卵清蛋白模式接近，說明石斛蛋白質(zhì)中必需氨基酸的含量優(yōu)異，具有較高食用價值。另外，從單個必須氨基酸的含量看，苯丙氨酸+酪氨酸含量最高(9.86%～11.45%)，高于或接近WHO/FAO模式值和卵清蛋白模式值。L-苯丙氨酸是具有生理活性的芳香族氨基酸，是復(fù)配氨基酸輸液的重要成份，是苯丙氨芐、甲酸溶肉瘤素等氨基酸類抗癌藥物的中間體，也是生產(chǎn)腎上腺素、甲狀腺素和黑色素的原料；已有研究表明，L-苯丙氨酸可作為抗癌藥物的載體將藥物分子直接導(dǎo)入癌瘤區(qū)，其效果是其他氨基酸的3～5倍，這樣既可以抑制癌瘤生長，又可以降低藥物的毒副作用[20]。酪氨酸是酪氨酸酶單酚酶功能的催化底物，是最終形成優(yōu)黑素和褐黑素的主要原料。白癜風(fēng)患者吃含有酪氨酸的食物可以促進(jìn)黑色素的形成，減輕白癜風(fēng)癥狀。酪氨酸還作為氨基酸輸液及氨基酸復(fù)合制劑的原料，可用作營養(yǎng)增補劑，治療脊髓灰質(zhì)炎和性核性腦炎、甲狀腺機能亢進(jìn)等癥[21]。綜上所述，石斛蛋白在抗腫瘤、增強機體免疫力、治療白癜風(fēng)等方面具有巨大潛力。

表3 石斛中必需氨基酸的組成及比較分析

2.2.2 氨基酸評分(AAS)

氨基酸評分(AAS)是指待測蛋白質(zhì)中的某一必需氨基酸含量與WHO/FAO提出的理想模式中的相應(yīng)氨基酸含量作比較，二者的比值越接近100，說明蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值就越高。AAS值低于100的為限制性氨基酸，其中最小的為第一限制氨基酸。由表4可知，SH2的第一限制氨基酸均為半胱氨酸+蛋氨酸。其余石斛的AAS均大于100，無限制氨基酸，因此以上石斛的氨基酸模式為最優(yōu)，十分有利于人體吸收和利用。

表4 石斛蛋白的氨基酸評分(AAS)

2.2.3 化學(xué)評分(CS)

化學(xué)評分(CS)是指待測蛋白質(zhì)的某一必需氨基酸含量與人體需要最接近的卵清蛋白中相應(yīng)氨基酸含量作比較。CS值越接近100，與標(biāo)準(zhǔn)蛋白的組成越接近。CS值小于100的為限制氨基酸，最小的為第一限制氨基酸。由表5可知，所有石斛的第一限制氨基酸為半胱氨酸+蛋氨酸， CS值范圍在32.31～52.03之間。

2.2.4 氨基酸比值系數(shù)法評價結(jié)果

根據(jù)石斛的必需氨基酸含量及比例計算RAA、RC和SRCAA，可以直觀評價其營養(yǎng)價值。RC值越接近1，說明該氨基酸組成比例越接近FAO/WHO

表5 石斛蛋白的化學(xué)評分

模式蛋白氨基酸；RC值大于1，說明該必需氨基酸含量相對過剩；RC值小于1，說明該必需氨基酸含量相對不足，其中含量最低的為該蛋白第一限制氨基酸。由表6可知，SH1、SH3、SH4的第一限制氨基酸為賴氨酸，RC值分別為0.79、0.83、0.85；SH2的第一限制氨基酸為蛋氨酸+半胱氨酸，RC值為0.66；SH5的第一限制氨基酸為纈氨酸，RC值為0.88；SH6的第一限制氨基酸為亮氨酸，RC值為0.85。6種石斛的第一限制氨基酸不同，但賴氨酸和半胱氨酸+蛋氨酸含量普遍偏低，可與其含量較高的動物蛋白結(jié)合，以提高其食用價值。

SRCAA越接近100，表示RCAA越集中，其營養(yǎng)價值越高。6種石斛的SRCAA值介于41.48～58.73，平均值為52.18，超過薏苡(48.01)，是一種營養(yǎng)價值較高的植物蛋白[20]。SRCAA值超過50的石斛有SH1、SH3、SH4、SH5，其中SH3最高，達(dá)58.73，超過鼓槌石斛(51.21)，說明以上幾種石斛蛋白營養(yǎng)價值均衡，易被人體吸收，具有廣闊的開發(fā)利用前景[22]。

表6 6種石斛必需氨基酸的RAA、RC、SRCAA

2.2.5 藥用氨基酸組成分析

石斛作為我國的傳統(tǒng)中藥材歷史悠久，分析其藥用氨基酸的組成及含量，可以為石斛藥材質(zhì)量評價和將其開發(fā)為保健品提供理論依據(jù)。藥用氨基酸包括谷氨酸Glu、天冬氨酸Asp、精氨酸Arg、甘氨酸Gly、苯丙氨酸Phe、酪氨酸Tyr、蛋氨酸Met、亮氨酸Leu、賴氨酸Lys 9種氨基酸[23]。6種石斛中藥用氨基酸占TAA的比例在60.96%～66.47%，平均值為63.79%，高于枇杷(56%)和枸杞(60%)[24]，SH2藥用氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為5.37%，占其TAA的比例為66.38%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低的是SH6，為2.24%，占TAA比例為62.57%(表7)。盡管各石斛的藥用氨基酸含量相差較大，但其在TAA中所占比例差別并不大。作為傳統(tǒng)中藥材，6種石斛可提供藥用價值較高的植物源蛋白。

表7 13種石斛藥用氨基酸組分分量

2.3 6種石斛聚類情況分析

單一比較各種石斛營養(yǎng)價值優(yōu)良程度存在一定的局限性，各指標(biāo)之間不能準(zhǔn)確合理反映其優(yōu)良程度。綜合各種石斛TAA、EAA、EAA/TAA、EAA/NEAA、AAS、CS、RAA、RC、SRCAA、藥用氨基酸含量等分析指標(biāo)，對6種石斛進(jìn)行聚類分析(如圖1)。在歐式距離7.5處將6種石斛聚為4大類群。第Ⅰ類包含SH3、SH4、SH6，各氨基酸含量適當(dāng)，品質(zhì)最高；第Ⅱ類包含SH1，品質(zhì)較高；第Ⅲ類包含SH2，品質(zhì)一般；第IV類包含SH5，氨基酸含量及藥用氨基酸含量最低，品質(zhì)相對較差。該聚類分析很好的反應(yīng)出不同石斛種間的差異性，其中第Ⅰ類可視為高品質(zhì)蛋白種，為石斛營養(yǎng)價值、品種選育、藥用開發(fā)提供理論指導(dǎo)。

圖1 石斛種的系統(tǒng)聚類分析Fig.1 Systematic cluster analysis of different germplasm of Dendrobium

3 結(jié)論

石斛氨基酸種類齊全、含量豐富，6種石斛均含有17種氨基酸，氨基酸總量介于3.58%～8.09%，是一種重要的蛋白質(zhì)資源。其中，6種石斛EAA/TAA值(36.68%～40.48%)和EAA/NEAA值(57.94%～68.02%)與WHO/FAO模式值40%和60%接近，具有較高的食用價值。必需氨基酸組成占氨基酸總量的42.62%～47.23%，明顯高于WHO/FAO模式值(35.00%)，單個氨基酸含量中苯丙氨酸+酪氨酸含量豐富(9.86%～11.45%)，接近卵清蛋白模式值(10.00%)。綜上所述，石斛蛋白具有較高的營養(yǎng)價值及開發(fā)潛能。

AAS評分顯示，6種石斛中蜻蜓石斛(SH2)的第一限制氨基酸均為半胱氨酸+蛋氨酸，其余5種石斛無限制氨基酸；CS評分顯示，6種石斛的限制氨基酸為半胱氨酸+蛋氨酸；RC結(jié)果顯示，不同石斛的第一限制氨基酸主要為賴氨酸和半胱氨酸+蛋氨酸。各評分結(jié)果不盡相同，但其主要顯示為6種石斛中半胱氨酸+蛋氨酸含量偏低，在食用過程中，可與牛奶、雞蛋等動物蛋白結(jié)合，以提高其營養(yǎng)價值。

作為傳統(tǒng)中藥材，石斛藥用氨基酸含量豐富。所測的6種石斛中藥用氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)介于2.24%～5.37%之間，其中含量最高的蜻蜓石斛(SH2)是含量最低的細(xì)葉石斛(SH6)2.40倍。盡管各種石斛中藥用氨基酸含量相差較大，但在TAA中所占的比例基本一致(60.96%～66.47%)。

綜合6種石斛TAA、EAA、EAA/TAA、EAA/NEAA、AAS、CS、RAA、RC、SRCAA、藥用氨基酸含量等分析指標(biāo)，聚類分析歸為4類。杓唇石斛、疊鞘石斛、細(xì)葉石斛氨基酸品質(zhì)差異較小，其中疊鞘石斛為細(xì)葉石斛的變種，兩者氨基酸組成表現(xiàn)為一定的相似性，其余品種之間氨基酸品質(zhì)差異較大，另外，生長年限、環(huán)境及條件對氨基酸的品質(zhì)也有一定的影響。

石斛不僅可以作為藥品保健品，具備優(yōu)良蛋白質(zhì)的石斛還可以作為一種新型植物蛋白源，豐富現(xiàn)有的植物蛋白資源，提供較高的營養(yǎng)成分，其與動物蛋白結(jié)合，能起到互補作用。因此，根據(jù)不同石斛品種間的氨基酸含量差異，可開發(fā)營養(yǎng)價值更高的石斛品種，以拓展植物蛋白綜合利用之途徑。本實驗選擇的石斛樣品數(shù)量較少并不能完全代表當(dāng)?shù)厥焚|(zhì)，因此今后還需擴大采樣量和采樣范圍，尤其針對不同采收時間石斛，研究其氨基酸含量的區(qū)別，調(diào)查氣候條件和栽培模式，明確環(huán)境因素對石斛氨基酸營養(yǎng)價值的影響，為合理全面評價各種石斛提供更多依據(jù)。