荸薺與黑荸薺營養(yǎng)成分的比較分析

魏連會， 劉宇峰，*， 姬妍茹， 董 艷， 楊慶麗， 宋淑敏， 石 杰， 孫興榮

(1.黑龍江省科學院 大慶分院， 黑龍江 大慶 163319； 2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院 大慶分院， 黑龍江 大慶 163319)

荸薺(Eleocharisdulcis)，亦稱馬蹄、烏茶、紅慈菇等，是一種藥食兩用的果蔬類食材，在我國長江以南各省廣泛種植。荸薺營養(yǎng)豐富，肉質細嫩，汁多味甜，清脆爽口，有“地下雪梨”之美譽，北方視為“江南人參”[1]。荸薺含有水分、碳水化合物、蛋白質、脂肪、粗纖維、礦物質等多種營養(yǎng)物質[2]。中醫(yī)認為荸薺性寒味甘，具有清熱化痰、生津開胃、明目清音、消食醒酒等保健功效[3]。

荸薺中含的磷元素是根莖類蔬菜中較高的，能促進人體生長發(fā)育、維持生理功能同時可促進體內的糖、脂肪、蛋白質的代謝，調節(jié)酸堿平衡，因此荸薺適合兒童食用[4]。同時荸薺富含多酚類、黃酮類、甾醇類、多糖類等功能活性成分，使其具有抗氧化、抗菌、免疫調節(jié)與抗腫瘤等多種保健功能[5-8]。

黑荸薺產(chǎn)品的研制是將黑蒜的生產(chǎn)技術應用到了其他塊莖類食材，以新鮮的荸薺為原料，采用變溫發(fā)酵技術熟化而成，不添加食品添加劑，在保留原有營養(yǎng)成分的同時，多酚類物質明顯增加，反應過程引發(fā)美拉德反應，新增功能成分類黑精可顯著提升產(chǎn)品的抗氧化、抗腫瘤、抗菌等保健功效[9]。

筆者研究團隊前期通過對荸薺熟化過程中關鍵控制工藝條件研究，已探索出黑荸薺生產(chǎn)較佳工藝條件[10]，本研究繼續(xù)對荸薺與黑荸薺的營養(yǎng)及其功能成分進行對比，旨在為產(chǎn)品的推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

鮮荸薺，購于湖北宜昌市；無水乙醇、碳酸鈉、氫氧化鈉、正丁醇，天津市大茂化學試劑廠；蘆丁標準品、Folin-酚試劑，合肥博美生物科技有限責任公司；沒食子酸，濟寧泰諾化工有限公司；鼠李糖、D(+)-半乳糖、無水葡萄糖、甘露糖、D-阿拉伯糖，北京中科儀友化工技術研究院。

1.2 主要儀器設備

L-8900型全自動氨基酸分析儀，天美科學儀器有限公司；LC-15C型高效液相色譜儀，日本島津；VFD3000-8000型凍干機，北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；黑荸薺生產(chǎn)設備，黑龍江省科學院大慶分院機電研究所研制；ME204E型分析天平，梅特勒-托利多儀器公司；T6型紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器公司；HH-1型恒溫水浴鍋，金壇市盛藍儀器制造公司；JJ-2B型組織搗碎機，常州菲普實驗儀器廠；410HT型超聲波清洗機，深圳市光點超聲波設備公司。

1.3 實驗方法

1.3.1黑荸薺的制作

將鮮荸薺洗凈吹干后，裝入耐高溫密封塑料袋，放入加工設備，按照設定程序運行15 d后，制成黑荸薺[10]。

1.3.2粗多糖的提取與純化

將荸薺和黑荸薺真空冷凍干燥，粉碎，過80目篩。稱取10 g凍干粉末，加入50 mL石油醚脫脂90 min，將脫脂后產(chǎn)品轉入200 mL燒杯中，按照固液比1∶15 g/mL(荸薺、黑荸薺的質量與提取水溶液體積的比例)，80 ℃水浴提取多糖5 h，將多糖粗提液用4層棉紗布過濾，將濾過夜8 000 r/min離心，取離心上清液過300目濾布，過濾液再用真空過濾(濾紙過濾)，取濾過液，加入V(氯仿)∶V(正丁醇)=4∶1的溶劑萃取多次，去除蛋白質，直到兩相間無乳白色絮狀物。加入φ=15%的雙氧水脫色6 h，水浴濃縮到50 mL, 加入φ=95%的乙醇進行醇沉，至乙醇終濃度體積分數(shù)為80%，過夜，離心收集沉淀，干燥得到粗多糖。

1.3.3粗多糖中單糖組分的測定

1.3.3.1 粗多糖的水解

稱取荸薺和黑荸薺多糖20 mg，加入2 mL 2 mol/L 的三氟乙酸溶液，密封后置于110 ℃恒溫干燥箱水解5 h，將水解液，置于離心機上14 000 r/min離心，取上清液，蒸干，定容到2 mL，待衍生。

1.3.3.2 單糖的衍生化處理

取荸薺和黑荸薺多糖的水解產(chǎn)物，準確移取0.2 mL于玻璃具塞離心管中，分別加入0.2 mL，0.5 mol/L 的1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮(1-phenyl-3-methyl-5-pyrazolone，PMP)甲醇溶液和 0.2 mL，0.3 mol/L的NaOH溶液，于70 ℃水浴中，加熱60 min，冷卻后加入0.2 mL，0.3 mol/L的鹽酸溶液中和，再加入1 mL氯仿萃取5次，離心，取上清液，用水定容到5 mL待用。

分別稱取鼠李糖、D(+)-半乳糖、無水葡萄糖、甘露糖、D-阿拉伯糖標準品適量，配置濃度為1 mol/L的糖標準品溶液。取各個標準品溶液10 μL ，稀釋定容到2 mL混勻，按照樣品方法做衍生化處理，得到標準糖衍生化樣品。

1.3.3.3 單糖組分測定

將樣品及其標準品PMP衍生物，過0.22 μm 濾膜，按照以下HPLC方法檢測，Agilent Venusil XBP-C18型色譜柱(4.6 mm×150 mm，5 μm)；流動相V(乙腈)∶V(0.05 mol/L 乙酸銨的水溶液，pH 5.5)=20∶80，流速1 mL/min，檢測波長250 nm，柱溫30 ℃，進樣量10 μL。

1.3.4總氨基酸種類和含量的測定

將荸薺和黑荸薺樣品真空冷凍干燥，粉碎，過80目篩，取凍干粉20 mg，于耐高溫離心管中，加入10 mL，6 mol/L的鹽酸溶解，用氮吹儀排凈空氣，放入110 ℃恒溫干燥箱中水解24 h，將水解后的樣品倒入蒸發(fā)皿中，70 ℃水浴蒸干。用0.02 mol/L的HCl溶解樣品，并定容到1 L。將待測液過0.22 μm的濾膜，進行總氨基酸含量的測定[11]。

1.3.5主要礦物元素含量的測定

荸薺及黑荸薺中各主要礦物元素檢測方法如下：鈉參照國標GB/T 5009.91—2003，磷參照國標GB/T 5009.87—2008，鐵參照國標GB/T 5009.90—2003，鈣參照國標GB/T 5009.92—2003。

1.3.6其他指標的測定

蛋白質含量的測定參照國標GB/T 5009.5—2010《食品中蛋白質的測定》；粗脂肪含量的測定參照國標GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的測定》；碳水化合物含量的測定參照國標 GB/Z 21922—2008；還原糖的測定參照國標GB/T 5009.7—2008；總糖的測定參照國標GB/T 5009.8—2008；灰分的測定參照國標GB/T 5009.4—2010。黃酮含量的測定參照文獻[12-13]；總多酚含量的測定參照文獻[14-15]；類黑精含量的測定參照文獻[16-17]。

2 結果與分析

2.1 粗多糖中單糖組分對比

2.1.1標準單糖色譜測定

將單糖標準品混合后，進行高效液相色譜分析，見圖1。

圖1 混合單糖高效液相色譜Fig.1 High performance liquid chromatogram of mixed monosaccharides

由圖1可知，出現(xiàn)了6個明顯的分離峰，這些單糖在色譜柱上得到了有效的分離。對照各個單糖與混合單糖及其衍生劑的出峰時間，可知衍生劑PMP為7.200 min，得出標準單糖的出峰時間甘露糖為9.014 min，鼠李糖為12.356 min，無水葡糖糖為23.831 min，D-半乳糖為26.806 min，D-阿拉伯糖為29.966 min。

2.1.2粗多糖樣品的單糖組分分析

荸薺與黑荸薺產(chǎn)品多糖經(jīng)過水解，PMP甲醇溶液衍生后，經(jīng)高效液相色譜檢測單糖組分如圖2和圖3。

圖2 荸薺多糖高效液相色譜Fig.2 High performance liquid chromatogram of water chestnut polysaccharides

圖3 黑荸薺多糖高效液相色譜Fig.3 High performance liquid chromatogram of black water chestnut polysaccharides

荸薺和黑荸薺多糖水解衍生物圖譜出峰時間與混合標準單糖圖譜各個單糖的出峰時間比較，可知荸薺和黑荸薺中多糖主要由無水葡萄糖、D-半乳糖、D-阿拉伯糖組成。與荸薺相比較，加工后黑荸薺產(chǎn)品D-半乳糖含量相對增加。

2.2 氨基酸種類和含量對比

荸薺及黑荸薺產(chǎn)品氨基酸圖譜見圖4和圖5。氨基酸種類及含量見表1。

圖4 荸薺樣品氨基酸圖譜Fig.4 Amino acids profiles of water chestnuts

圖5 黑荸薺樣品氨基酸圖譜Fig.5 Amino acids profiles of black water chestnuts

通過全自動氨基酸分析儀，對荸薺和黑荸薺中氨基酸進行測定，荸薺中含有氨基酸11種，分別為Ala、Gly、Glu、Ser、Asp、His、Arg、Thr、Phe、Lys、Val, 其中必需氨基酸含有4種，分別為Thr、Phe、Lys、Val，含有His、Arg這2種半必需氨基酸。黑荸薺中含有氨基酸13種，分別為Ala、Gly、Glu、Ser、Asp、Cys、His、Arg、Thr、Phe、Lys、Val、Met，其中包括5種必需氨基酸和2種半必需氨基酸。黑荸薺與荸薺相比較氨基酸種類更加豐富，增加了一種必需氨基酸和一種非必需氨基酸。

荸薺與黑荸薺中氨基酸的種類和含量如表1，可見黑荸薺中氨基酸種類增加，且新增的Cys為唯一還原性氨基酸，但氨基酸整體含量有所下降。

2.3 礦物質元素含量比較分析

荸薺和黑荸薺中主要礦物質元素含量如圖6。通過比較荸薺與黑荸薺產(chǎn)品中主要礦物質元素含量變化，由高到低依次為P、Fe、Na、Ca。荸薺中各元素含量依次為0.21、0.115、0.09、0 mg/g。黑荸薺中各元素含量依次為0.26、0.167、0.15、0.09 mg/g。其中磷能促進人體生長發(fā)育和維持生理功能的需要，同時能夠促進人體物質代謝，熟成后黑荸薺產(chǎn)品各礦物質元素含量大大增加，食用價值更高。

2.4 其他指標對比

荸薺和熟成后的黑荸薺產(chǎn)品中蛋白質、脂肪、碳水化合物、還原糖、多糖、灰分含量如圖7。

表1 荸薺和黑荸薺氨基酸種類和含量

*為必需氨基酸，-為未檢出。

圖6 荸薺和黑荸薺中礦物質元素含量Fig.6 Mineral elements contents in water chestnuts and black water chestnuts

圖7 荸薺和黑荸薺中主要營養(yǎng)物質含量Fig.7 Main nutrient contents in water chestnuts and black water chestnuts

黑荸薺與荸薺相比，主要營養(yǎng)物質成分蛋白質、脂肪、還原糖、碳水化合物、總糖、灰分含量均增加。還原糖和總糖含量增加較大，賦予黑荸薺香甜的口感，更符合人們對休閑食品口感的要求。

對荸薺和黑荸薺中功能活性物質黃酮、總多酚、類黑精的檢測結果見圖8。

圖8 荸薺和黑荸薺中功能活性物質含量Fig.8 Functional ingredients contents in water chestnuts and black water chestnuts

荸薺加工成黑荸薺后功能活性因子，黃酮、多酚、類黑精的含量顯著增加。特別是在荸薺熟化過程中引發(fā)美拉德鏈式反應，類黑精含量成倍數(shù)級增高，使其在抗腫瘤，降血脂、抗氧化等功能活性方面作用更強，極大地增加了產(chǎn)品的附加值，是一種難得的具有保健功效的功能食品。

3 結 論

熟成黑荸薺產(chǎn)品與荸薺相比較，多糖中單糖主要由葡萄糖、D-半乳糖、D-阿拉伯糖組成。與荸薺相比，加工后黑荸薺產(chǎn)品D-半乳糖含量相對增加。其中黑荸薺檢測到13種氨基酸，荸薺中含有氨基酸11種，黑荸薺中增加了一種必需氨基酸Met和一種還原性氨基酸Cys。

黑荸薺中主要營養(yǎng)物質蛋白質、脂肪、碳水化合物、還原糖、多糖等營養(yǎng)物質含量增高，主要礦物質離子P、Fe、Na、Ca含量增加。功能活性物質黃酮、多酚、類黑精含量大大增加。

荸薺熟成黑荸薺后，主要營養(yǎng)物質和功能活性成分大大提高，因此將荸薺加工成黑荸薺保健果脯，作為一種新型的荸薺深加工產(chǎn)品，可增加產(chǎn)品的附加值，也將帶動荸薺產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進農(nóng)民增收和地方經(jīng)濟發(fā)展。