張椿翊,黃小蘭,黃文平,李金金,王森,張曉淵,周濃*
1(重慶三峽學(xué)院 生物與食品工程學(xué)院,重慶,404120)2(重慶市萬(wàn)州食品藥品檢驗(yàn)所,重慶,404120)3(遵義醫(yī)科大學(xué) 藥學(xué)院,貴州 遵義,563000)4(重慶三峽學(xué)院 教師教育學(xué)院,重慶,404120)
??浦参锷orusalbaL.是常用的藥食兩用的植物,桑枝為桑的干燥嫩枝,味微苦,性平,歸肝經(jīng)[1]。桑枝是常用的中藥材,常在春末夏初采收,去葉,曬干,或趁鮮切片后曬干。桑枝始載于《本草圖經(jīng)》,其中描述桑枝為“桑枝療遍體風(fēng)癢干燥,兼療口干”;我國(guó)古代的其他本草著作中也有許多關(guān)于桑枝藥用的典籍,如在《本草再新》中則記載桑枝“壯肺氣,燥濕,滋腎水,通經(jīng)”;在《本草備要》中記述桑枝“利關(guān)節(jié),養(yǎng)津液,行水祛風(fēng)”[2]。桑枝中含有豐富的生物活性物質(zhì),如生物堿類、黃酮類、核苷類,多糖類、揮發(fā)油類、氨基酸類[3-5]等。
眾所周知,氨基酸是蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)單元,是維持人體生命活動(dòng)的重要營(yíng)養(yǎng)成分,在人體生理病理過程中起到至關(guān)重要的作用,在人體激素以及酶類物質(zhì)的合成過程中作為原料參與[6]。目前,對(duì)于桑枝的研究主要集中在黃酮類以及生物堿類等有效成分上,對(duì)于桑枝中氨基酸的研究鮮見報(bào)道。目前,氨基酸含量的檢測(cè)方法有很多,主要有分光光度計(jì)法[7]、氨基酸自動(dòng)分析儀法[8-10]、液相色譜-質(zhì)譜串聯(lián)法[11-13]、氣相色譜法[14]以及高效液相色譜法[15],分光光度計(jì)法雖然操作簡(jiǎn)單方便,但是檢測(cè)的氨基酸種類單一,只能檢測(cè)單個(gè)類別的氨基酸,無(wú)法對(duì)氨基酸進(jìn)行分離,具有一定的局限性[7]。氨基酸自動(dòng)分析儀對(duì)氨基酸的測(cè)定具有專一性,但是分析時(shí)間長(zhǎng),價(jià)格昂貴,普及度不高。高效液相色譜法在幾種測(cè)定方法中因具有高效、測(cè)定時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單易上手、檢測(cè)成本較低等特點(diǎn),在實(shí)驗(yàn)室氨基酸檢測(cè)中應(yīng)用較為普遍。由于氨基酸本身沒有發(fā)色基團(tuán),沒有紫外吸收和熒光反應(yīng),需要對(duì)檢測(cè)樣品進(jìn)行衍生化處理將其轉(zhuǎn)化為具有紫外吸收和發(fā)射熒光的物質(zhì)才能被儀器所檢測(cè)到[16]。衍生化又分為柱前衍生和柱后衍生兩種,柱前衍生是將樣品在上機(jī)測(cè)定前進(jìn)行衍生化,將氨基酸衍生化成適合超高效液相色譜所能檢測(cè)的物質(zhì)。柱后衍生是樣品經(jīng)過離子交換柱后分離,將分離后的氨基酸經(jīng)過衍生化處理以便被儀器檢測(cè)。目前柱前衍生以其方便快捷的優(yōu)勢(shì)被普遍使用,常用的衍生試劑有鄰苯二甲醛、丹黃酰氯和異硫氰酸苯酯等[16-17]。
本研究以采自重慶不同區(qū)縣的9個(gè)采樣點(diǎn)、3個(gè)品種共計(jì)18批次的桑枝作為樣本,參照黃小蘭等[16]的實(shí)驗(yàn)方法,即異硫氰酸苯酯(phenyl isothiocyanate,PITC)柱前衍生,超高效液相色譜(ultra-high performance liquid chromatography,UPLC)法對(duì)這18批桑枝中17種氨基酸進(jìn)行測(cè)定,并利用WPS、SPSS 26.0等軟件進(jìn)行氨基酸含量計(jì)算和主成分分析,以此比較出9個(gè)采樣點(diǎn)、3個(gè)品種共計(jì)18批桑枝中氨基酸含量的差異,為桑枝的后期研究及利用提供理論數(shù)據(jù)依據(jù)及參考。
桑枝分別采自重慶市不同區(qū)縣的9個(gè)采樣點(diǎn)、3個(gè)品種共計(jì)18批次,具體信息見表1。經(jīng)重慶三峽學(xué)院生物與食品工程學(xué)院周濃教授鑒定為桑科植物。將采摘的新鮮桑枝洗凈后切段,置于恒溫鼓風(fēng)干燥箱中45 ℃烘干至恒重,粉碎后過三號(hào)篩,備用。
表1 桑枝采樣地點(diǎn)及品種信息Table 1 Mulberry branch sampling location and variety information
鹽酸、苯酚、冰醋酸(均為分析純),成都科龍化工試劑廠;三乙胺(優(yōu)級(jí)純),成都科龍化工試劑廠;乙酸鈉(分析純),天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司;正己烷(色譜純),天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司;PITC(純度≥99%,蛋白測(cè)序級(jí)),上海麥克林生化科技有限公司;乙腈(色譜純),德國(guó)麥克公司;實(shí)驗(yàn)用水,去離子超純水。
氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品為17種氨基酸混標(biāo),購(gòu)于壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司,具體信息如下:天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)、絲氨酸(Ser)、甘氨酸(Gly)、組氨酸(His)、精氨酸(Arg)、蘇氨酸(Thr)、丙氨酸(Ala)、脯氨酸(Pro)、酪氨酸(Tyr)、纈氨酸(Val)、甲硫氨酸(Met)、半胱氨酸(Cys)、異亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)、苯丙氨酸(Phe)、賴氨酸(Lys) (批號(hào):BWT30 103-1-C-1,濃度:1.000 mmol/L)。
BPG-9240A精密鼓風(fēng)干燥箱,上海一恒科學(xué)儀器有限公司;3-30KS高速離心機(jī),德國(guó)Sigma;MS 3 BS025渦旋混合器,德國(guó)IKA;Biotage Turbovap LV氮吹儀,瑞典Biotage;ME204T/02萬(wàn)分之一電子天平,梅特勒-托利多儀器有限公司;Waters UPLC ACQUITY CLASS UPLC超高效液相色譜儀,美國(guó)waters;Milli-Q Advantage A10超純水機(jī),美國(guó)Millipore。
1.4.1 桑枝樣品溶液的配制
1.4.1.1 桑枝樣品的水解
本研究參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.124—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中氨基酸的測(cè)定方法》中的測(cè)定方法,準(zhǔn)確稱取制備好的桑枝樣品粉末0.5 g(精確至0.000 1 g)于水解管中,加入6 mol/L鹽酸溶液10 mL,向水解管中加入苯酚4滴并立即密封。將水解管放入110 ℃的電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱內(nèi)水解22 h后,取出,冷卻至室溫。打開水解管后,用純水少量多次的沖洗殘?jiān)⑥D(zhuǎn)移至20 mL容量瓶中,加純水定容,搖勻,離心后取上層桑枝水解液0.4 mL于氮吹管中,并于50 ℃水浴條件下氮吹至近干,加0.4 mL純水復(fù)溶,備用。
1.4.1.2 氨基酸的衍生化處理
將1.4.1.1節(jié)復(fù)溶后的水解液全部轉(zhuǎn)移至10 mL 離心管中,分別加入0.1 mol/L PITC-乙腈溶液和1.0 mol/L 三乙胺-乙腈溶液各0.2 mL,搖勻,于室溫條件下靜置1 h后,加入正己烷1 mL,渦旋振蕩60 s,6 000 r/min冷凍離心5 min,萃取反應(yīng)過剩的PITC,棄去上層正己烷,將下層溶液轉(zhuǎn)移至2 mL容量瓶中,用純水定容至刻度,經(jīng)0.22 μm微孔水相濾膜過濾,待上機(jī)測(cè)定。
1.4.1.3 空白溶液的制備
取鹽酸溶液(0.1 mol/L)0.4 mL置于10 mL離心管中,自“分別加入0.1 mol/L PITC-乙腈溶液和1.0 mol/L三乙胺-乙腈溶液各0.2 mL”起按照“1.4.1.2”進(jìn)行衍生化處理,即得空白溶液。
1.4.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制
取17種混合氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品儲(chǔ)備液適量于10 mL離心管中,補(bǔ)充0.1 mol/L的鹽酸至0.4 mL,與樣品同法進(jìn)行衍生化處理。
1.4.3 儀器方法
色譜柱:ACQUITY UPLC BEH C 18色譜柱(2.1 mm×150 mm,1.7 μm);檢測(cè)波長(zhǎng):254 nm;柱溫:40 ℃;進(jìn)樣量:1 μL;流速:0.2 mL/min;流動(dòng)相:A為0.05 mol/L乙酸鈉-乙腈(體積比為97∶3)溶液(冰醋酸調(diào)pH 6.5),B為80%的乙腈溶液,梯度洗脫,流動(dòng)相梯度洗脫比例詳見表2。
表2 梯度洗脫程序表Table 2 Gradient elution program table
取衍生化后的標(biāo)準(zhǔn)品工作液和樣品液,按照“1.4.3”中的儀器方法進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果表明,衍生化后的17種混合氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品和樣品的色譜峰峰形尖銳,分離度良好,如圖1所示??捎糜谏V悠分邪被岷康臏y(cè)定。
1-天冬氨酸(Asp);2-谷氨酸(Glu);3-絲氨酸(Ser);4-甘氨酸(Gly);5-組氨酸(His);6-精氨酸(Arg);7-蘇氨酸(Thr);8-丙氨酸(Ala);9-脯氨酸(Pro);10-酪氨酸(Tyr);11-纈氨酸(Val);12-甲硫氨酸(Mct);13-半胱氨酸(Cys);14-異亮氨酸(Ile);15-亮氨酸(Leu);16-苯丙氨酸(Phe);17-賴氨酸(Lys)a-氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品UPLC圖譜;b-華桑(S1)UPLC圖譜圖1 氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品和華桑(S1)UPLC圖譜Fig.1 UPLC Chromatograms of amino acid standard and Warmulberry (S1)
取“1.4.2”中衍生化處理后的標(biāo)準(zhǔn)品系列工作液,過0.22 μm水相濾膜后按照“1.4.3”中的儀器方法進(jìn)行含量的測(cè)定。以各個(gè)氨基酸標(biāo)準(zhǔn)品工作液的質(zhì)量濃度(X)為橫坐標(biāo),相應(yīng)的峰面積(Y)為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到線性回歸方程,17種氨基酸的相關(guān)系數(shù)為0.997 9~0.999 9,結(jié)果表明,17種氨基酸在線性范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,結(jié)果詳見表3。
表3 17種氨基酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線、線性范圍、相關(guān)系數(shù)、儀器精密度和方法重復(fù)性Table 3 Calibration curves,linear ranges,correlation coefficients,instrument precision and method repeatability for amino acids detected by UPLC
取同一濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)品衍生液,按照“1.4.3”的儀器方法平行測(cè)定6次,記錄17種氨基酸的峰面積,結(jié)果顯示17種氨基酸峰面積的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD在0.06%~1.49%,均<2.00 %,表明儀器精密度良好,可用于本實(shí)驗(yàn)分析。
平行稱取6份同一桑枝樣品粉末(S2)0.5 g,按照“1.4.1”進(jìn)行樣品測(cè)試液的制備,制成6份樣品測(cè)試液,按照“1.4.3”的儀器方法進(jìn)行測(cè)定,記錄17種氨基酸的峰面積,結(jié)果顯示17種氨基酸峰面積對(duì)應(yīng)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.63%~2.75%,表明該方法的重復(fù)性較好,可用于桑枝樣品中氨基酸的含量測(cè)定。
取同一濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)品衍生液,按照“1.4.3”的儀器方法每隔3 h測(cè)定1次,結(jié)果表明,17種氨基酸在24 h內(nèi)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.82 %~4.74 %,氨基酸衍生物在24 h內(nèi)穩(wěn)定性良好,超過24 h后,個(gè)別氨基酸相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差超過5.00 %,其中半胱氨酸降解較快,由此表明氨基酸的衍生物會(huì)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生降解,導(dǎo)致濃度下降。所以為了保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,建議桑枝樣品在完成衍生化后的24 h內(nèi)測(cè)定完畢。
將18批桑枝樣品按照“1.4.1”樣品溶液的配制,每批樣品平行3份,按照“1.4.3”中的儀器條件進(jìn)行氨基酸含量測(cè)定,結(jié)果見表4。
表4 不同品種桑枝中的氨基酸含量(n=3) 單位:mg/gTable 4 Amino acid content in mulberry branches of different varieties(n=3)
2.6.1 桑枝樣品中氨基酸含量分析
對(duì)9個(gè)采樣點(diǎn)、3個(gè)品種的18批桑枝進(jìn)行氨基酸含量的檢測(cè)后發(fā)現(xiàn),在這18批桑枝樣品中均檢測(cè)出17種氨基酸,檢測(cè)結(jié)果詳見表4,由表得知,桑枝樣品中氨基酸總量(total amino acid,TAA)為41.09~111.70 mg/g,平均含量為64.48 mg/g,18批桑枝樣品在氨基酸總量上存在顯著差異,其中氨基酸總量最多的為巴南區(qū)波瀾鎮(zhèn)的雞桑,為111.70 mg/g,其次為萬(wàn)州區(qū)分水鎮(zhèn)的桑,為88.96 mg/g,南岸區(qū)黃桷埡鎮(zhèn)的雞桑和奉節(jié)柏樹村的雞桑在氨基酸總量上結(jié)果相似,分別為74.67 mg/g和74.39 mg/g,氨基酸總量最低的為萬(wàn)州分水鎮(zhèn)的雞桑,只有41.09 mg/g。桑枝中測(cè)得的17種氨基酸中含量最高的為脯氨酸,為5.04~22.38 mg/g,平均含量為10.49 mg/g,占氨基酸總量的16.27%。其次為谷氨酸,含量為4.35~9.68 mg/g,平均含量為6.37 mg/g,占總氨基酸含量的9.88%;17種氨基酸中含量較低的氨基酸為半胱氨酸,含量為0.43~0.47 mg/g,平均含量為0.45 mg/g,僅占總氨基酸含量的0.70%。
桑枝中檢測(cè)出7種人體必需氨基酸(essential amino-acid,EAA),必需氨基酸的總含量在16.88~35.45 mg/g,平均含量為23.53 mg/g。必需氨基酸含量由高到低為亮氨酸>纈氨酸>賴氨酸>異亮氨酸>苯丙氨酸>蘇氨酸>甲硫氨酸,其中最高的亮氨酸平均含量為5.94 mg/g,占必需氨基酸總量高達(dá)25.24%,占氨基酸總量9.21%,在17種氨基酸中排第四。最低的甲硫氨酸含量為0.39 mg/g。占必需氨基酸總量的1.66 %,僅占氨基酸總量的0.60%。18批桑枝按必需氨基酸總量由高到低排序?yàn)镾4、S7、S8、S10、S14、S17、S3、S9、S11、S18、S2、S5、S1、S13、S12、S15、S16、S6。18批桑枝樣品中必需氨基酸總量占氨基酸總量(EAA/TAA)的31.74%~41.07%,平均值為36.92%。必需氨基酸總量與非必需氨基酸總量(EAA/NEAA)的百分比為46.50%~69.69%,平均值為58.70 %。與聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織/世界衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)中氨基酸理想模式的規(guī)定必需氨基酸與氨基酸總量比值為 40%和必需氨基酸與非必需氨基酸比值為60%[18]相差不大,結(jié)果表明桑枝中的氨基酸營(yíng)養(yǎng)成分分布比較均勻。
18批桑枝中桑有4批,總氨基酸平均含量為63.15 mg/g,其中萬(wàn)州區(qū)分水鎮(zhèn)的最高,為88.96 mg/g,奉節(jié)柏樹村的最低,為48.70 mg/g;華桑有5批,總氨基酸平均含量為59.52 mg/g,其中云陽(yáng)縣雙河鎮(zhèn)的最高,為67.27 mg/g,奉節(jié)柏樹村的最低,為50.37 mg/g;雞桑有9批,總氨基酸平均含量為67.84 mg/g,其中巴南區(qū)波瀾鎮(zhèn)的最高,為111.70 mg/g,萬(wàn)州分水鎮(zhèn)的最低,為41.09 mg/g。如表5所示,在這18批桑枝中,桑、雞桑、華桑在17種氨基酸中,精氨酸、脯氨酸、甲硫氨酸這三種氨基酸之間含量存在較大差異,其余氨基酸差異不明顯。結(jié)果顯示三種品種桑枝雖然在總氨基酸含量上差別不大,均在60 mg/g左右,但是同一品種間根據(jù)采摘的地方不同而有較大的差異,這可能與采摘地的氣候,土壤等有較大關(guān)系。
表5 不同品種桑枝氨基酸含量 單位:mg/gTable 5 Amino acid content of mulberry branches of different varieties
桑枝中藥用氨基酸種類豐富,有天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、精氨酸、酪氨酸、甲硫氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和賴氨酸,總共9種。藥用氨基酸總量在22.98~59.99 mg/g,平均含量為35.58 mg/g,占氨基酸總量的52.09%~61.94%,平均占比為55.21%,桑枝的藥用氨基酸平均值與地參[16]一致。其中谷氨酸和精氨酸是桑枝中的主要藥用氨基酸,分別占藥用氨基酸總量的17.90%和16.81%。其中谷氨酸在人體內(nèi)可與血氨作用解除人體內(nèi)的氨毒,能起到保護(hù)肝臟的作用[19]。與此同時(shí),谷氨酸在中樞神經(jīng)中可以作為興奮性的神經(jīng)遞質(zhì)來(lái)介導(dǎo)神經(jīng)信號(hào)的傳導(dǎo),能改善記憶和學(xué)習(xí)功能[20]。精氨酸能增加胰島素的分泌,促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成,使人體的免疫調(diào)節(jié)功能間接發(fā)揮作用,增強(qiáng)機(jī)體免疫功能[21]。所以,桑枝可作為藥用氨基酸的補(bǔ)充劑,也可作為藥用氨基酸提取的原料,增加了氨基酸提取原料的選擇性。
2.6.2 主成分分析
采用SPSS 26.0 軟件對(duì)18批桑枝中氨基酸組分進(jìn)行主成分分析,特征值>1作為提取主成分的標(biāo)準(zhǔn),從17種氨基酸組分中提取了3個(gè)主成分,特征值分別為13.496、1.211、1.097,方差貢獻(xiàn)率為79.388%、7.124%、6.452%,累計(jì)貢獻(xiàn)率為79.388%、86.512%、92.964%。結(jié)果詳見表6。
表6 主成分分析Table 6 Principal component analysis
將17種氨基酸的含量值標(biāo)準(zhǔn)化后所得到各個(gè)主成分的特征值進(jìn)行開根號(hào),將開根號(hào)所得到的值與表7中的系數(shù)向量值相乘,根據(jù)每個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的特征值占所提取主成分總特征值之和的比例作為權(quán)重得到主成分綜合得分表達(dá)式為F=0.795F1+0.071F2+0.067F3,結(jié)合方程進(jìn)行主成分綜合得分計(jì)算,結(jié)果如表8所示。
表7 主成分系數(shù)向量值Table 7 Vectors of principal components
表8 樣品主成分得分和綜合得分Table 8 Principal component scores and comprehensive scores
如表8所示,在第一主成分中,S4的得分最高;在第二主成分中,S13得分最高;在第三主成分中,S5得分最高。綜合得分排序?yàn)镾4>S7>S8>S14>S10>S17>S9>S11>S3>S2>S18>S5>S13>S1>S12>S15>S16>S6,其中最高的是巴南區(qū)波瀾鎮(zhèn),綜合得分有8.57,最低的為萬(wàn)州分水鎮(zhèn),綜合得分為-4.58。表7中的F值表明,這18批桑枝中的氨基酸含量差異明顯。
采用主成分分析法可用于區(qū)分不同品種桑枝氨基酸組分含量差異,可為桑枝中氨基酸評(píng)價(jià)及其開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。
氨基酸作為蛋白質(zhì)的基本組成單元,在人體中起著十分重要的作用,參與了多個(gè)代謝過程以及酶類物質(zhì)的合成[6]。本試驗(yàn)采用超高效液相色譜儀法對(duì)采自重慶不同區(qū)縣的3個(gè)品種、18批次桑枝的17種氨基酸含量進(jìn)行測(cè)定,試驗(yàn)結(jié)果顯示,18批桑枝樣品中均檢出17種氨基酸,總氨基酸平均含量為64.48 mg/g,表明桑枝中氨基酸含量較高。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),桑枝中藥用氨基酸種類豐富,共含有9種藥用氨基酸,平均總含量在35.58 mg/g,占氨基酸總量的52.09%~61.94%,平均占比55.21%,可用于制作氨基酸類藥物。18批桑枝樣品中必需氨基酸含量占氨基酸總含量的31.74%~41.07%,平均值為36.92%。必需氨基酸總量與非必需氨基酸總量的比值為46.50%~69.69%,平均值為58.70%,與聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織/世界衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)中氨基酸理想模式的規(guī)定必需氨基酸占氨基酸總量百分比40%和必需氨基酸與非必需氨基酸百分比60%[19]相差不大,表明桑枝中氨基酸成分分布比較均勻。對(duì)3個(gè)不同品種桑枝進(jìn)行分析,結(jié)果顯示3種品種桑枝雖然在總氨基酸含量上差別不大,均在60 mg/g左右,但同一品種間根據(jù)采樣的地域不同而有較大的差異。在這18批桑枝中,桑、雞桑、華桑3個(gè)品種中,精氨酸、脯氨酸、甲硫氨酸3種氨基酸含量存在較大差異,其余氨基酸差異不明顯。桑樹在三峽庫(kù)區(qū)種植面積廣泛,原料獲取成本低。根據(jù)藥用氨基酸的不同用量需求,提取氨基酸可選擇不同品種的桑枝原料。