大棚種植菜用甘薯莖尖礦物質(zhì)和氨基酸含量分析

俞涵琛 ，李玉龍 ，陸國(guó)權(quán) ，張復(fù)仙

（1.浙江農(nóng)林大學(xué)薯類作物研究所，浙江省農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)改良技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州，311300；2.浙江衢州市農(nóng)科院）

甘薯又名紅薯、番薯、地瓜等，為旋花科甘薯屬一年生或多年生草本植物。甘薯是我國(guó)四大主要糧食作物之一，我國(guó)甘薯總產(chǎn)量和種植面積均居世界首位[1]。長(zhǎng)期以來，人們利用的只是甘薯的塊根，而對(duì)甘薯莖葉的研究較少。雖然普通甘薯品種的莖尖也可以食用，但其食味苦澀，而菜用甘薯品種的莖尖食味清香，更適合食用[2]。甘薯除了塊根供人們食用之外，其余部分都作飼料或者直接丟棄，其中也包括甘薯莖尖，這造成了資源的極大浪費(fèi)。為了充分利用甘薯莖尖這一資源，我們需要全面了解甘薯莖尖中各礦質(zhì)元素以及氨基酸組成和含量的情況。本研究對(duì)7種菜用甘薯莖尖的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)成分和氨基酸組成含量進(jìn)行特征分析，便于科學(xué)開發(fā)和利用甘薯莖尖資源。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

7種菜葉型甘薯參試品種來源見表1。各品種于3月中旬扦插于塑料大棚內(nèi)。土壤為黃砂壤土，常規(guī)施肥和管理。于7月初取樣分析。樣品采集15 cm長(zhǎng)的嫩尖，莖尖采收當(dāng)天迅速送到實(shí)驗(yàn)室制樣分析。

所用試劑包括濃硝酸（分析純）、過氧化氫溶液、鹽酸（分析純），均購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Optima 7000 DV ICP-MS光譜儀，美國(guó)珀金埃爾默儀器（上海）有限公司生產(chǎn)；GAMMAI-16 LSC真空冷凍干燥機(jī)（德國(guó)Ghrist）；日立L-8900全自動(dòng)氨基酸分析儀，日本日立高新技術(shù)株式會(huì)社；旋風(fēng)粉碎機(jī)。

1.3 測(cè)定方法

①預(yù)處理 各樣品取莖尖10～15 cm的部分，用水清洗凈，自然風(fēng)干。然后將莖切成2～3 cm的小段，放入冷凍干燥箱里冷凍干燥，并將已干燥的樣品用粉碎機(jī)粉碎，因此以下數(shù)據(jù)皆為干燥后的干基含量。

②礦質(zhì)元素的測(cè)定 稱取磨碎的植株樣品0.3500 g，置于 50 mL消解管中，加入 10 mL濃硝酸，在消解儀上加熱（140℃），當(dāng)溶液呈均勻醬油色時(shí)取下，稍冷卻后加雙氧水，再消煮，如此重復(fù)3～5次，每次添加雙氧水量逐漸減少，消煮到溶液呈無色或清亮后，冷卻洗入50 mL容量瓶中定容，用ICP-MS 測(cè)定[3]。

表1 7種葉菜型甘薯參試品種來源

③氨基酸的測(cè)定 a.預(yù)處理方法。取0.3000 g樣品，加入5 mL 6 mol/L的鹽酸，在110℃水解24 h，定容至 50 mL，取 0.5 ml冷凍干燥，再加入1.5 mL 0.02 mol/L的鹽酸，最后過濾上機(jī)測(cè)定。

b.儀器分析條件。梯度洗脫，分離柱柱溫57℃，反應(yīng)柱柱溫135℃，緩沖液流速 0.35mL/min，茚三酮流速 0.35mL/min，選擇 L89_PH 4.6×60-2622.met分析方法，通道1檢測(cè)波長(zhǎng)570 nm，通道2檢測(cè)波長(zhǎng) 440 nm，進(jìn)樣量 20 μL[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 礦質(zhì)元素的含量

①必需常量元素 由表2可以看出，7種樣品中鉀含量是最高的，為27039.09～46246.90 mg/kg，其次為鈣、鎂、鈉含量，分別為5829.49～13876.58、2904.53～3903.17、544.24～11086.49 mg/kg。其中鎂含量較為平穩(wěn)，Y3最高，達(dá)到了3903.17 mg/kg，最低的Y5為2904.53 mg/kg，鎂是葉綠素的構(gòu)成成分，這可能跟甘薯莖尖顏色差異不大有關(guān)系。鈉的含量波動(dòng)最大，最大的Y5達(dá)到了11086.49 mg/kg，最小的Y4只有544.24 mg/kg，Y3、Y6 的含量都超過了5000 mg/kg。鉀的含量最高，同時(shí)波動(dòng)也較大，最大的 Y1達(dá)到了 46246.90 mg/kg，最小的 Y7為27039.09 mg/kg。鈣的含量處于第二位，有3個(gè)品種的含量超過了11000 mg/kg，分別為Y7、Y3、Y4，最高的 Y7 達(dá)到了 13876.58 mg/kg。Oduro等[5]的研究中提到紅薯葉的鈣含量在1310.52～1402.27 mg/100 g，與本文測(cè)得的含鈣最高的品種Y7基本一致，不同品種之間存在差異。

表2 各樣品干率、必需常量元素含量、必需微量元素含量

鈣對(duì)心肌有特殊影響，鈣與鉀相拮抗利于心肌收縮，維持心跳節(jié)律，鈣還具有中和酸性物質(zhì)和解毒的作用，鈣還對(duì)多種酶有激活作用，如激活A(yù)TP酶等[6]；鎂是多種酶的激活劑[7]，對(duì)葡萄糖降解、脂肪、蛋白質(zhì)、核酸的生物合成起重要作用，鎂還有參與脂肪的代謝和促進(jìn)維生素C合成的作用[8]，甘薯莖尖具有解毒、降低膽固醇的作用[9]，可能與其含有較高的鈣、鎂有一定的關(guān)系。鈉是人體肌肉組織和神經(jīng)組織中的重要成分之一，鈉元素在人體內(nèi)過量或不足時(shí)，均會(huì)影響人體的正常生理功能[10]。

②必需微量元素 由表2數(shù)據(jù)可知，鐵、錳和鋅的含量較高，但不同的品種之間含量存在一定差異。鐵的含量在92.94～115.88 mg/kg，含量較為均一，其中最大的為Y6，最小的為Y1，略低于Oduro等[5]研究中紅薯葉的鐵含量，其最大原因是品種差異，預(yù)處理方法也有一定影響，也可能是測(cè)定部位不同造成的。錳含量在52.52～122.50 mg/kg，最大的為Y3，達(dá)到 122.50 mg/kg。研究表明，錳元素對(duì)膽固醇合成、碳水化合物及脂肪代謝等都起著重要的作用[3]，菜用甘薯莖尖有降低膽固醇等功效可能與其含有相對(duì)較高的錳元素有一定關(guān)系。鋅元素有促進(jìn)人體生長(zhǎng)發(fā)育的作用，與味覺蛋白合成味覺素，增強(qiáng)食欲，增強(qiáng)人體免疫力等功能，是人體中重要的微量元素。在7種材料中，Y2的鋅含量特別高，為292.93 mg/kg，而其他的6個(gè)樣品的鋅含量均在41.98～60.57 mg/kg，因此，Y2 品種甘薯可用于開發(fā)加強(qiáng)鋅元素的產(chǎn)品。鈷含量很低，在各材料間差別較大，鈷含量最少的是 Y1、Y6，僅為0.02 mg/kg，而最高的Y7是Y6的4倍，達(dá)到了0.08 mg/kg。鈷具有與氫氰酸形成不同配合物的明顯傾向，因而能解除氰化物的毒性[8]，薯莖尖能消炎解毒可能與其含有鈷有關(guān)。此外，鉬含量也較低，含量都在1.00 mg/kg以下，7種材料中含量最高的是Y6，達(dá)0.98 mg/kg，最低的是Y3，僅為0.49 mg/kg。鉬具有活化鐵質(zhì)、防止貧血、幫助代謝、促進(jìn)正常發(fā)育的生理作用，這可能與菜用薯莖尖增強(qiáng)人體免疫力有關(guān)聯(lián)。菜用甘薯莖尖的銅含量在6.08～12.14 mg/kg，含量較高，最高的為Y2，蔬菜的銅含量主要與當(dāng)?shù)胤N植條件有關(guān)[11]，同時(shí)也可能與該品種對(duì)銅的富集和吸收能力有關(guān)，Y2具有較高的含銅量，原因可能與種植土壤含銅量高及該品種對(duì)銅元素吸收能力好有關(guān)，具體原因還需進(jìn)一步研究。鉻的含量在9.05～21.65 mg/kg，含鉻量最高的是Y5，為21.65 mg/kg，鉻對(duì)防治動(dòng)脈粥樣硬化、冠心病、高血壓、腦血管疾病都有十分重要的作用，因而菜用型甘薯莖尖具有的預(yù)防高血壓等功效可能與其中含鉻有一定關(guān)聯(lián)。硼的含量在18.64～27.31 mg/kg，最大的是 Y1，最小的是 Y7，硼是人的一種重要營(yíng)養(yǎng)成分，缺硼可使生長(zhǎng)延緩，并出現(xiàn)骨關(guān)節(jié)炎[12]。

2.2 氨基酸組成和含量特征

①氨基酸種類及含量 對(duì)7個(gè)樣品進(jìn)行17種氨基酸的測(cè)定分析，包括蘇氨酸（Thr）、纈氨酸（Val）、甲硫氨酸（Met）、異亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、苯丙氨酸（Phe）、賴氨酸（Lys）7種人體必需氨基酸，組氨酸（His）、精氨酸（Arg）2 種嬰幼兒必需氨基酸，及8種其他氨基酸，分別為天冬氨酸（Asp）、絲氨酸（Ser）、谷氨酸（Glu）、甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、半胱氨酸（Cys）、酪氨酸（Tyr）、脯氨酸（Pro），測(cè)定結(jié)果見表3。

葉菜型甘薯莖尖氨基酸平均含量的順序從高到 低 為Asp、Glu、Leu、Lys、Ala、Val、Phe、Gly、Arg、Ser、Ile、Thr、Pro、Tyr、His、Met、Cys。

②人體必需氨基酸含量及其組成 人體必需氨基酸是人體不能按需合成，必須從每日膳食中攝取，否則會(huì)影響機(jī)體蛋白質(zhì)合成而不能維持機(jī)體的正常生長(zhǎng)發(fā)育的氨基酸。由表4可知，菜用甘薯莖尖 E/T（EAA/T）的比例為33.20%～37.66%，其中比例最高的是Y3，其次是Y6，比例最低的是Y2。菜用甘薯莖尖中E/N（EAA/NEAA）的比例最高的為Y3，有 60.41%，最低的是 Y2，比例為49.71%。1973年FAO/WHO提出理想蛋白質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)是E/T在40%左右，E/N 在0.60 以上[8]，因此可看出，Y2 這一菜用型品種的必需氨基酸含量并不如其他的品種，Y3的比例模式最符合理想蛋白質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。

從兒童必須氨基酸的含量CE看，菜用型甘薯莖尖中含量較高，其中Y7最高，有23.93 mg/g（表3），可以考慮將菜用型甘薯莖尖開發(fā)適合兒童食用的功能性食品。

③藥用氨基酸含量及其組分 藥用氨基酸是指在一般植物中含量少，有些人體不能合成，但又是維持機(jī)體氮平衡所必需的氨基酸，包含有 Glu、Asp、Arg、Gly、Phe、Tyr、Met、Leu、Lys 9種[13]。 藥用氨基酸含量用MAA表示，為以上9種氨基酸之和，M/T表示藥用氨基酸含量占氨基酸總量的百分比。

表3 各材料中氨基酸的含量 mg/g

由表3可知，菜用甘薯莖尖藥用氨基酸總量為164.23～189.34 mg/g，其中含量最高的是Y4，其次是Y7，最低的為Y3；從表4可以看出，M/T（MAA/T）范圍在61.68%～66.29%，其中，比例最高的為Y2，其次為Y4，最低的為Y6，可篩選藥用氨基酸比例較高的甘薯莖尖，用于開發(fā)功能性食品。

④味覺氨基酸含量及其組分 鮮味氨基酸含量用SOAA表示，為Glu、Asp 2種氨基酸含量之和；甜味氨基酸含量用SWAA表示，為Thr、Ala、Gly、Ser、Pro 5 種氨基酸含量之和[13]；芳香族氨基酸含量用AAA表示，為Tyr、Phe 2種氨基酸含量之和。

氨基酸不僅具有各種生理功能，還能使食物呈現(xiàn)出一定鮮美的味道。由表4可知，菜用型甘薯莖尖的呈味型氨基酸各品種間含量差異并不是很大。在鮮味、甜味氨基酸和芳香族氨基酸中，SOAA最高的是 Y4，達(dá)到了106.22 mg/g，SWAA 最高為Y7，達(dá)到 70.28 mg/g，AAA最高為Y7，達(dá)到26.04 mg/g，其中Y7的SOAA、SWAA和AAA都是較高的，可能在食味評(píng)價(jià)中有較好表現(xiàn)。

表4 各材料中必需氨基酸組成、藥用氨基酸組成、味覺氨基酸含量

3 小結(jié)與討論

本研究表明，甘薯莖尖含有豐富的礦質(zhì)元素和氨基酸。常量元素方面，鉀含量最高，最高的是Y1；鈣含量其次，最高的是Y7；鎂居第三位，最高為Y3；鈉含量最小，同時(shí)波動(dòng)最大，其最大值為Y5，達(dá)11086.49 mg/kg，最小值為Y4，只有 544.24 mg/kg。造成各品種常量元素差異的原因可能是品種間對(duì)礦物質(zhì)吸收利用能力存在差異。

本研究表明，甘薯莖尖具有豐富的微量元素種類，且某些品種的某些微量礦質(zhì)元素含量特別高，如Y5的鉻量達(dá)到了21.65 mg/kg，可針對(duì)性地開發(fā)相關(guān)功能性食品等。

本文檢測(cè)了17種氨基酸的含量，由于本研究采用鹽酸水解法，而天冬酰胺和谷氨酰胺在酸水解時(shí)釋放出氨而成為天冬氨酸和谷氨酸，色氨酸在酸水解中被破壞，因此樣品中可能還含有天冬酰胺、谷氨酰胺和色氨酸，相應(yīng)的天冬氨酸和谷氨酸含量可能比實(shí)際值略高。測(cè)得的結(jié)果與歐行奇等[14]研究所述相比較略有差異，除可能是試驗(yàn)品種和栽培條件不同所導(dǎo)致之外，還可能是預(yù)處理?xiàng)l件不同所致，且本研究將莖尖先在冷凍干燥下處理，測(cè)得的數(shù)據(jù)也是甘薯莖尖干基中所含的礦質(zhì)元素和氨基酸含量。

本研究表明，甘薯莖尖具有種類繁多的氨基酸，其中人體必需氨基酸占總氨基酸比例最高的品種是Y3，藥用氨基酸含量最高的是Y4，Y7具有較高的呈味型氨基酸含量，且Y7還含有較高的兒童必需氨基酸。

[1]朱麗娜，吳朝比，陸英.紅薯葉黃酮類化合物提取工藝研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，16（7）：36-37.

[2]歐行奇，任秀娟.蔬菜型甘薯新品種——百薯1號(hào)的主要特點(diǎn)及利用價(jià)值[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2005，7（3）：10-12.

[3]王培龍，蘇曉鷗，高生，等.應(yīng)用電感耦合等離子質(zhì)譜測(cè)定飼料中的微量元素的研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2007（9）：1841-1944.

[4]GB/T 5009.24-2003食品中氨基酸的測(cè)定[S].

[5]Oduro I,Ellis W O,Owusu D.Nutritional potential of two leafy vegetables:Moringa oleiferaandIpomoea batatas leaves[J].Scientific Research and Essay,2008,3(2):57－60.

[6]衛(wèi)濤濤.質(zhì)膜鈣離子 ATP 酶[J].生物物理學(xué)報(bào)，2012，7（28）：549－563.

[7]高妍婷，尹愛萍.鎂的正常代謝及其調(diào)節(jié)[J].廣東微量元素科學(xué)，2003，10（12）：20－23.

[8]楊繼，陸智明，陸國(guó)權(quán)，等.幾種特色根莖植物的礦物質(zhì)成分分析[J].食品工業(yè)科技，2009，30（5）：312-214.

[9]張?zhí)煲?甘薯莖葉醫(yī)療及保健作用的研究[J].遼寧師專學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，9（3）：27-28.

[10]王曉毅，葉正良，章順楠，等.ICP-MS測(cè)定丹參提取物中鈉元素含量[J].中國(guó)實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志，2013，19（14）：34-36.

[11]王芳，林克惠.植物硒素營(yíng)養(yǎng)的研究進(jìn)展[J].云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，19（4）：417-422.

[12]鐘炳南.硼在生命科學(xué)中的作用及對(duì)人體健康的影響[J].世界元素醫(yī)學(xué)，2005，12（1）：49-50.

[13]顏孫安，林香信，錢愛萍，等.閩產(chǎn)柑橘果實(shí)氨基酸含量及組成分析[J].中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)，2012，18（6）：66-70.

[14]歐行奇，李新華，朱彬.甘薯莖尖與常見葉菜類蔬菜氨基酸含量及組成的比較分析[J].氨基酸和生物資源，2007，29（3）：70-74.