云南種植瑪咖不同部分化學(xué)成分和抗氧化活性分析

張 維，張 鐵，王偉偉，王國宇，王 斌，李曉軍

杭州藝福堂茶業(yè)有限公司研發(fā)中心，杭州 310052

瑪咖(Lepidiummeyenii Walp.，Maca)為一年或兩年生十字花科(Brassicaceae)獨(dú)行菜屬(Lepidium)草本植物，原產(chǎn)于海拔3800～4800 m 的秘魯安第斯山區(qū)［1］。印第安人將其作為一種治療貧血、肺結(jié)核、不育和疲勞的一種藥物［2］。20 世紀(jì)90 年代以來，瑪咖的種植、應(yīng)用和研究在日本、歐洲和美國逐漸興盛，初期對瑪咖的研究主要集中于它作為食品的安全性、功效和種植上產(chǎn)量的提高;中國在21世紀(jì)初開始引進(jìn)和種植瑪咖，主要以云南和黑龍江等地為主，經(jīng)過十多年的發(fā)展，云南麗江地區(qū)瑪咖的種植面積和產(chǎn)量達(dá)到175 hm2和780 t，分別占據(jù)全國的90%和93%［3］?，斂軌蚋纳菩怨δ苷系K，提高記憶力和學(xué)習(xí)的能力，減輕焦慮，醫(yī)學(xué)研究表明，瑪咖提取物能夠增強(qiáng)精子活力，調(diào)節(jié)血清中的荷爾蒙分泌，降低血壓等。瑪咖的生理活性與其化學(xué)組成有著密切的關(guān)系，其中蛋白質(zhì)和生物堿被認(rèn)為是瑪咖的主要功效成分。2011 年，瑪咖的根莖部分被批準(zhǔn)為新資源食品以來，大量的瑪咖應(yīng)用產(chǎn)品和延伸性產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，到目前為止，國內(nèi)外對瑪咖根莖部分和瑪咖地上部分化學(xué)成分的分析對比較少。為了進(jìn)一步研究其成分，本文選取產(chǎn)自云南麗江的瑪咖根莖和地上部分為材料，分析對比了其化學(xué)成分氨基酸和生物總堿，并對其醇提取的體外抗氧化活性進(jìn)行了研究。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

瑪咖樣品(包括根莖部分和地上部分兩部分)，經(jīng)兩個月的自然曬干，粉碎備用，水分含量分別為8.7%和9.9%，由麗江市古城區(qū)愛洛斯生物科技有限公司提供。

18 種氨基酸對照品(天門冬氨酸ASP、谷氨酸Glu、絲氨酸Ser、組氨酸His、甘氨酸Gly、蘇氨酸Thr、精氨酸Arg、丙氨酸Ala、酪氨酸Tyr、胱氨酸Cys、纈氨酸Val、蛋氨酸Met、色氨酸Trp、苯丙氨酸Phe、異亮氨酸Ile、亮氨酸Leu、賴氨酸Lys、脯氨酸Pro，濃度為2.5 mM)，苦參堿購于中國食品藥品檢定研究院;鄰苯二甲醛(OPA)，9-芴甲基氯甲酸酯(FMOC)，3-巰基丙酸(3-MPA)，鄰二氮菲購置于TCI Shanghai;表沒食子兒茶素沒食子酸丙酯(EGCG)，≥97%(HPLC)，二苯代苦味?；杂苫?DPPH)購置于Sigma;乙腈和甲醇均為色譜純，美國TEDIA;Na2HPO4·H2O、NaH2PO4、FeSO4·7H2O、30% H2O2、硼酸鈉、溴麝香草酚藍(lán)、三氯甲烷等均為國產(chǎn)分析純試劑。

1.2 儀器與設(shè)備

Agilent1220 型高效液相色譜儀(Agilent，Eclipse-AAA 色譜柱4.6 × 150 mm，5 μm);UV-2102PC 型紫外可見分光光度計，尤尼柯(上海)儀器有限公司;高速電動離心機(jī)80-II(上海江星儀器有限公司);FE20k 型梅特勒PH 計;RE52AA 型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠);DHG-9140A 型電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)。

1.3 方法

1.3.1 氨基酸的測定

樣品預(yù)處理:取50 mg 干燥瑪咖樣品，置于安剖瓶中，加入5 mL 6.0 mol/L 鹽酸，吹入氮?dú)夥饪?，?105 ±1)℃水解24 h，取1 mL 水解液蒸干后用蒸餾水定容2 mL，溶液用0.22 μm 膜過濾，濾液為待檢測樣品。

一級氨基酸衍生試劑OPA:10 mg OPA 粉末用0.1 mL 的甲醇溶解后，加入0.9 mL 的硼酸鹽緩沖液，然后加入0.01 mL 的3-MPA，混合均勻;二級氨基酸衍生試劑FMOC:濃度為2.5 mg/mL 的FMOC乙腈溶液，采用自動進(jìn)樣混合柱前衍生。流動相組成為A:40 mM NaH2PO4溶液(pH=7.2);B:乙腈(ACN)∶甲醇(MeOH)∶水(H2O)的體積比為45∶45∶10;流速2 mL/min，柱溫箱溫度:40 ℃，一級氨基酸檢測波長為338 nm，二級氨基酸檢測波長為262 nm。梯度洗脫，洗脫程序見表1。

表1 氨基酸檢測梯度洗脫和檢測波長程序Table 1 Gradient elution and detection wavelength program fordetection of amino acids

1.3.2 生物總堿的測定

樣品預(yù)處理:取瑪咖樣品，粉碎過200 目篩，精確稱取1.000 g，加入20 mL 甲醇，超聲提取1.5 h(或浸泡24 h)，過濾，取提取液。如此重復(fù)2 次，將濾液合并，并低溫濃縮為膏，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的稀鹽酸溶液洗滌濃縮膏，共洗滌3 次，合并洗滌液，5000 rpm 離心10 min，取酸液，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的NaOH 調(diào)至pH 值為10.0，再用等體積氯仿萃取3次，合并萃取液濃縮定容至10 mL。

樣品配置:溴麝香草酚藍(lán)，精密稱取溴麝香草酚藍(lán)0.125 g，溶解于pH=7.0 的磷酸鹽緩沖液;苦參堿標(biāo)準(zhǔn)溶液，稱取苦參堿對照品10 mg，氯仿溶解并定容至10 mL，制得濃度為1 mg/mL 的苦參堿標(biāo)準(zhǔn)溶液。

樣品測試:0.5 mL 的樣品提取液加入0.5 mL的三氯甲烷，混合均勻，分別加入5 mL 的溴麝香草酚藍(lán)顯色劑和5 mL 的三氯甲烷，震蕩2 min，靜止2 h，取三氯甲烷層4 mL，加入無水硫酸鈉0.2 g，搖勻后靜置10 min，于414 nm 比色。以氯仿代替樣品為空白組。

1.3.3 體外抗氧化活性測試

DPPH·清除率測定方法:如下表2 中的添加方法，將各組試劑混合均勻，于室溫避光反應(yīng)30 min，517 nm 下測定吸光值。DPPH·清除率按照以下公式計算:DPPH·清除率(%)=［1-(OD樣品-OD樣參比)/OD對照］×100%，以茶葉中主要的兒茶素成分EGCG 為樣品陽性對照。

表2 DPPH·清除率測定方法Table 2 Determination of the DPPH·scavenging rate

羥自由基(·OH)清除率測定方法:采用鄰二氮菲-Fe2+和Fenton 反應(yīng)方法，如下表3 中的添加方法，將各組試劑混合均勻，于37 ℃恒溫反應(yīng)60 min，536 nm 下測試?！H 清除率(%)=［1-(OD樣品-OD樣參比)/OD對照］×100%，以茶葉中主要的兒茶素成分EGCG 為樣品陽性對照。

表3 羥自由基清除率測定方法Table 3 Determination of ·OH scavenging rate

1.4 蛋白質(zhì)營養(yǎng)評價

蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值(E/T)，必須氨基酸(EAA)與總氨基酸(TAA)之比。

式中，EEAi為單位被評價蛋白中必須氨基酸含量(mg)，TAAj為單位被評價蛋白中總氨基酸含量。

FAO/WHO 推薦的氨基酸評分(AAS)，化學(xué)評分(CS)和必須氨基酸指數(shù)(EAAI)

式中，AAi為被單位評價蛋白中氨基酸含量(mg)，AAi(FAO/WHO)為FAO/WHO 推薦模式的氨基酸單位含量(學(xué)齡前兒童)，AAi(egg)單位質(zhì)量全雞蛋蛋白同種氨基酸含量(mg)，n 為必須氨基酸種類數(shù)量。

1.5 半數(shù)清除率IC50

在DPPH 自由基清除、鄰二氮菲-Fe2+和Fenton反應(yīng)體系中，自由基清除率達(dá)到50%的時對應(yīng)的原料樣品重量(g)為半數(shù)清除率(IC50)。

1.6 統(tǒng)計方法

本實驗結(jié)構(gòu)用SPSS 17.0 統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析，描述性統(tǒng)計值使用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(Mean ±SD)表示，差異性顯著性分析通過比較均值下的t 檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 氨基酸組成和蛋白質(zhì)營養(yǎng)評價

瑪咖在消除疲勞，提高耐受力和記憶力等方面有明顯的效果，瑪咖中的氨基酸的含量和組成與此有密切的關(guān)系，對于瑪咖來說，長期以來的關(guān)注和研究都集中于瑪咖的根莖部分。瑪咖根部的粗蛋白含量高達(dá)10.2%～14.0%，其粗蛋白質(zhì)的含量明顯高于根莖類果實的馬鈴薯(6.4%)、胡蘿卜(4.7%)和甘薯(5.3%)等，高于稻米中的蛋白含量(8.5%)，接近山藥中的蛋白含量(11.1%)和谷物類作物小麥蛋白質(zhì)的含量。為此，將瑪咖的根莖部分與瑪卡地上部分的蛋白質(zhì)成分進(jìn)行了對比分析，表4 是瑪咖根莖部和地上部分氨基酸含量與組成的分析。

表4 瑪咖樣品氨基酸的一般構(gòu)成(n=6，)Table 4 Comparison of amino acids in Maca sample(n=6，)

表4 瑪咖樣品氨基酸的一般構(gòu)成(n=6，)Table 4 Comparison of amino acids in Maca sample(n=6，)

注:* 必須氨基酸，“-”未檢出，a 具有顯著性差異的成分(P＜0.01)。Note:* :EAA，“-”not detected，aP＜0.01.

瑪咖根莖部和地上部分，氨基酸的含量也較為接近，根莖部分略高于地上部分;對被稱為食品營養(yǎng)學(xué)上第一限制性氨基酸，蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化效率較高，豆類和花生蛋白中都極為缺乏的賴氨酸，瑪咖的根莖部和地上部分含量都較為豐富，根部(0.87%)略高于地上部分(0.67%);氨基酸的種類齊全，半胱氨酸(Cys)和色氨酸(Trp)都是根莖部和地上部分處于檢測濃度以下的成分;脯氨酸(Pro)、谷氨酸(Glu)、天門冬氨酸(Asp)均為根莖部和地上部分含量最為豐富的氨基酸成分，其中脯氨酸(Pro)在兩部分中的含量尤為突出，根莖部(4.70%)顯著高于地上部分(2.63%)，脯氨酸(Pro)作為植物細(xì)胞中的調(diào)節(jié)滲透壓、穩(wěn)定細(xì)胞生存環(huán)境，抗逆性(旱、寒、冷、凍等)生存調(diào)節(jié)的重要物質(zhì)，其在瑪咖根莖部和地上部分的積累與瑪咖的種植和生存環(huán)境有密切關(guān)系。精氨酸(Arg)是人體條件性必須氨基酸，對人體有著很多生化的功效，如增強(qiáng)機(jī)體免疫力和促進(jìn)傷口愈合等，一般在動物蛋白，如魚等中含量較為豐富，瑪咖根莖部精氨酸含量(1.13%)比地上部分的含量(0.15%)高出7 倍以上，接近一些魚類中的含量(1.35%)［4］。

根據(jù)FAO/WHO 的理想氨基酸模式，蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值(E/T)含量在36%以上方可視為優(yōu)質(zhì)蛋白，瑪咖根莖部的蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值(25.4)顯著低于地上部分蛋白質(zhì)(34.5)的營養(yǎng)價值，接近完全性植物蛋白大豆蛋白的營養(yǎng)價值。

表5 瑪咖樣品的蛋白質(zhì)營養(yǎng)評價Table 5 Protein nutrition evaluation of Macasamples (mg/g，N)

瑪咖根莖部分和地上部分比較接近理想蛋白模式的氨基酸分別為纈氨酸(79.8)和蘇氨酸(84.7)、纈氨酸(93.8)，第一限制性氨基酸均為Met +Cys，可以與Met+Cys 含量較為豐富的食品搭配食用，比如發(fā)酵類食品。根莖部分第二限制性氨基酸為Phe+Tyr，而地上部分第二限制性氨基酸為Lys。在根莖部和地上部分Leu 均顯著超過理想模式和雞蛋模式中推薦的標(biāo)準(zhǔn)，可以作為配料補(bǔ)充其他缺乏Leu的食品。根據(jù)EAAI 來判斷，地上部分(115.4)相對于根莖部(95.3)處于較高的營養(yǎng)水平。根莖部分和地上部分在成分上通過兩種評價模式，除第一限制性氨基酸Met +Cys 均無顯著性差異外，AAS 下Thr、Val、Ile、Lys、Phe +Tys、Leu 均差異極顯著(P＜0.01)，地上部分優(yōu)于根莖部分的成分為Thr、Val、Ile、Phe+Tyr、Leu;CS 模式下Thr、Ile、Lys、Leu 差異極顯著，評分結(jié)果與AAS 下一致。

2.2 生物總堿與體外抗氧化活性

2.2.1 生物總堿含量與體外抗氧化活性

以苦參堿為標(biāo)準(zhǔn)品，繪制標(biāo)準(zhǔn)品，得到方程為:Y=0.6704X+0.1164(R2=0.9998)，瑪咖根莖部分和地上部分，生物總堿的含量和體外抗氧化活性如表6。

表6 瑪咖根莖部和地上部分生物總堿含量與體外抗氧化活性(n=6，)Table 6 Total alkaloids contents and antioxidant activity of the roots and aerial parts ofMaca(n=6，)

表6 瑪咖根莖部和地上部分生物總堿含量與體外抗氧化活性(n=6，)Table 6 Total alkaloids contents and antioxidant activity of the roots and aerial parts ofMaca(n=6，)

瑪咖的根莖部生物總堿的含量(7.39‰)約為地上部分(3.65‰)的兩倍，兩個部分的提取液均對表現(xiàn)出DPPH·和·OH 的清除能力。

瑪咖烯(macaene)和屬于瑪咖生物堿(macamides)的瑪咖酰胺(macaridines)等次生代謝產(chǎn)物是瑪咖中獨(dú)有的成分［5］，對瑪咖生理功效起主要作用的物質(zhì)在瑪卡烯，瑪咖酰胺和芐基芥子油苷(Benzyl glucosinolate)之間存在爭議［6］。有研究認(rèn)為，芐基芥子油苷能輕易的被轉(zhuǎn)化為異硫氰酸苯酯，而將其排除在活性成分之外［7］。瑪咖中生物總堿的含量與其對·OH 的清除能力呈現(xiàn)一定的相關(guān)性，而生物堿含量與DPPH·的清除能力卻無顯著相關(guān)性?，斂Цo部分和地上部分生物堿成分從自由基清除方面可能與其他成分有協(xié)同功效。

2.2.2 體外自由基清除能力

EGCG 是茶葉中的標(biāo)志性成分之一，其體外自由基清除能力和生理活性被廣泛的研究，其自由基清除能力強(qiáng)于維生素C［8］，在茶葉中的含量在10.07%～4.19%之間［9］?，斂Цo部分和地上部分的自由基清除能力弱于綠茶(圖1)，綠茶的DPPH 清除能力分別為瑪咖根莖部分和地上部分的13.45 倍和5.43 倍，·OH 清除能力分別為13.26倍和14.05 倍?，斂Цo部分在·OH 清除能力上與地上部分相當(dāng)，而在DPPH·清除能力上卻與地上部分有較大的差距?，斂Цo部分對DPPH 的清除能力高于其對·OH 的清除能力，這與EGCG 的表現(xiàn)類似，而瑪咖地上部分則呈現(xiàn)相反的結(jié)果。

圖1 瑪咖根莖部分、地上部分和綠茶的IC50Fig.1 IC50of roots，aerial parts of Maca and green tea

3 討論與結(jié)論

目前瑪咖根莖部分的研究已經(jīng)有諸多報道，而對其地上部分的營養(yǎng)評價和活性分析較為少見，瑪咖中的一些獨(dú)有成分由于其含量低，穩(wěn)定性差，確立功效成分和其作用機(jī)制，仍然是科研人員的一項重要挑戰(zhàn)。大量研究表明，食物中的氨基酸除了作為蛋白質(zhì)合成的原料底物之外，還能通過其通過自身或者代謝產(chǎn)物介入細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，內(nèi)分泌系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和基因的表達(dá)調(diào)控實現(xiàn)抗氧化應(yīng)激和免疫等方面的功效。氮自由基和羥自由基的異常積累與機(jī)體抗氧化能力減弱時，平衡就被破壞，可能導(dǎo)致進(jìn)一步的病例變化。

對瑪咖根莖部分和地上部分的營養(yǎng)評價表明:瑪咖地上部分氨基酸含量略低于被批準(zhǔn)為食用部分的根莖部分，從E/T、EAAI 指數(shù)來看，瑪咖地上部分要優(yōu)于瑪咖的根莖部分，有作為新資源食品開發(fā)的潛力，有待進(jìn)一步的毒理實驗的研究和論證。Arg是能夠作為信號分子促進(jìn)血管舒張，降低與脂肪合成和糖異生作用的相關(guān)基因表達(dá)的NO 的唯一前體，而瑪咖根莖部門的含量為地上部分的8.8 倍。關(guān)于瑪咖地上部分與瑪咖根莖部分的抗疲勞、提高記憶力等生理功效有待進(jìn)一步的確認(rèn)和研究。

瑪咖中的一些獨(dú)有成分屬于生物堿類，也是瑪咖中潛在的生理活性的物質(zhì)，通過酸性比色法測定的生物堿含量發(fā)現(xiàn)，與一些報道過的植物如荷葉(0.28%～0.465%)［10］，苦參(0.10%～0.27%)［11］等中的生物堿含量相比，瑪咖根莖部分含量較高，而瑪咖地上部分則處于同一水平。然而瑪咖提取成分雖然有一定的自由基清除能力，卻與生物堿的含量沒有顯著的相關(guān)性，同時，相比于具備自由基清除能力的EGCG 含量較為豐富的綠茶，瑪咖根莖部分和地上部分都無優(yōu)勢，因此，瑪咖根莖部分和地上部分成分的生理功效可以更多的從細(xì)胞信號傳導(dǎo)通路和成分協(xié)同功效方面進(jìn)行研究。

1 Valerio LG Jr，Gonzales GF.Toxicological aspects of the South American herbs cat's claw(Uncaria tomentosa)and Maca(Lepidium meyenii):a critical synopsis.Toxicol Rev，2005，24:11-35.

2 Ganzera M，Zhao JP，Muhammad I，et al.Chemical profiling and standardization of Lepidium meyenii(Maca)by reversed phase high performance liquid chromatography.Chem Pharm Bull，2002，50:988-991.

3 Yang SH(楊少華)，Li GZ(李國政)，Xue RG(薛潤光)，et al.Present situation and promoting strategies of Maca industry in Yunnan province.World Sci Technol/Mod Tradit Chin Med Mater Med(世界科學(xué)技術(shù)—中醫(yī)藥現(xiàn)代化)，2012，4:1921-1925.

4 Deng JM(鄧君明)，Zhang X(張曦)，Long XW(龍曉文)，et al.Analysis and evaluation of nutritional composition in muscle of three Schizothoraxspecies.ActaNutri Sin(營養(yǎng)學(xué)報)，2013，4:391-393.

5 Campos D，Chirinos R，Barreto O，et al.Optimized methodology for the simultaneous extraction of glucosinolates，phenolic compounds and antioxidant capacity from maca(Lepidium meyenii).Ind Crops Prod，2013，49:747-754.

6 Gonzales GF.Ethnobiology and ethnopharmacology of Lepidium meyenii(Maca)，a plant from the Peruvian highlands.EvidBased Complement Alternat Med，2014，Accepted.

7 Gonzales GF，Vasquez V，Rodriguez D，et al.Effect of two different extracts of red maca in male rats with testosteroneinduced prostatic hyperplasia.Asian J Androl，2007，9:245-251.

8 Hu XF(胡秀芳)，Shen SR(沈生榮)，Park JI(樸宰日)，et al.Review on antioxidiateve mechanism of tea polyphenols.J Tea Sci(茶葉科學(xué))，1999，2:93-103.

9 Yuan YF(袁英芳)，Zheng HF(鄭紅發(fā))，Huang YH(黃亞輝)，et al.Study on changes of EGCG content of tea in different seasons.Tea Commun(茶葉通訊)，2012，2:22-24.

10 Chen X(成霄)，Chen XP(陳曉平)，Gu XY(顧小燕)，et al.Comparison of alkaloid content in Lotus in southern Taihu lake.J Anhui Agric(安徽農(nóng)業(yè)科學(xué))，2012，30:14708-14709.

11 Li JW(李建偉).Determination of total alkaloid in Radix Sophora Lavescens by acid dye colorimetry.J Changzhi Med Coll(長治醫(yī)學(xué)院學(xué)報)，2007，5:331-332.