6種石斛屬植物氨基酸組成及營養價值評價

王曉媛,王彥兵,陳玉芹,周侯光,胡永亮,李國明

云南省德宏熱帶農業科學研究所，瑞麗 678600

石斛屬(DendrobiumSW.)為蘭科第二大屬，種質資源豐富[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利用等方面，而對石斛屬的基本營養食用價值研究較少[5-10]。蛋白質是石斛的主要營養成分，氨基酸作為蛋白質的分解產物是評價食品營養價值的重要指標[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)、化學評分法(CS)、氨基酸比值(RAA)、氨基酸比值系數(RC)以及氨基酸比值系數分(SRCAA)等營養學方法對石斛氨基酸進行全面營養價值評價，同時分析其中的藥用氨基酸。此外，綜合以上分析結果對6種石斛品質進行聚類分析，以氨基酸為評價指標，評價出6種石斛中的最優品種，以期為石斛蛋白的開發利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

實驗材料由云南省德宏熱帶農業科學研究所藥植中心收集(表1)。

表1 石斛樣品來源

1.2 儀器與設備

Biochrom30+全自動氨基酸分析儀(大昌華嘉商業(中國)有限公司)；RETSCH MM400組織磨樣器(濟南泰和盈科商貿有限公司)、ME204電子分析天平(上海恒勤儀器設備有限公司)、G2X-9240MBE電熱鼓風干燥箱(上海博訊實業有限公司醫療設備廠)、HHS電熱恒溫水浴鍋(上海博訊實業有限公司醫療設備廠)、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執行[13,14]。

1.3.3 營養評價方法

氨基酸評分(AAS)根據世界衛生組織(WHO)和聯合國糧農組織(FAO)提出的方法計算[13]；化學評分采用FAO推薦的方法計算[15,16]；氨基酸比值系數RC和氨基酸比值系數分SRC根據朱圣陶等提出的方法計算[17]。

1.4 數據處理

所有的測定均進行3次平行重復，取平均值。所有數據經Excel 2010和SPSS 20.0統計分析處理。

2 結果與分析

2.1 6種石斛氨基酸組成分析

食物蛋白質的優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%。曲繼旭等研究也發現，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，與本研究結果一致[19]。

必需氨基酸質量分數1.39%～3.10%，平均值為2.08%，其中SH2中必需氨基酸的質量分數最高，為3.10%，SH6最低，為1.33%。在供試樣品EAA中亮氨酸質量分數最高，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標準(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，表明其蛋白質質量越好。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，說明石斛蛋白質中必需氨基酸的含量優異，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入癌瘤區，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，是最終形成優黑素和褐黑素的主要原料。白癜風患者吃含有酪氨酸的食物可以促進黑色素的形成，減輕白癜風癥狀。酪氨酸還作為氨基酸輸液及氨基酸復合制劑的原料，可用作營養增補劑，治療脊髓灰質炎和性核性腦炎、甲狀腺機能亢進等癥[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氨基酸含量作比較，二者的比值越接近100，說明蛋白質的營養價值就越高。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，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 化學評分(CS)

化學評分(CS)是指待測蛋白質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氨基酸含量作比較。CS值越接近100，與標準蛋白的組成越接近。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 氨基酸比值系數法評價結果

根據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合，以提高其食用價值。

SRCAA越接近100，表示RCAA越集中，其營養價值越高。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58.73，超過鼓槌石斛(51.21)，說明以上幾種石斛蛋白營養價值均衡，易被人體吸收，具有廣闊的開發利用前景[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，可以為石斛藥材質量評價和將其開發為保健品提供理論依據。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藥用氨基酸質量分數最高，為5.37%，占其TAA的比例為66.38%，質量分數最低的是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價值優良程度存在一定的局限性，各指標之間不能準確合理反映其優良程度。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，對6種石斛進行聚類分析(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，品質最高；第Ⅱ類包含SH1，品質較高；第Ⅲ類包含SH2，品質一般；第IV類包含SH5，氨基酸含量及藥用氨基酸含量最低，品質相對較差。該聚類分析很好的反應出不同石斛種間的差異性，其中第Ⅰ類可視為高品質蛋白種，為石斛營養價值、品種選育、藥用開發提供理論指導。

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

3 結論

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價值及開發潛能。

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、雞蛋等動物蛋白結合，以提高其營養價值。

作為傳統中藥材，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量分數介于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，聚類分析歸為4類。杓唇石斛、疊鞘石斛、細葉石斛氨基酸品質差異較小，其中疊鞘石斛為細葉石斛的變種，兩者氨基酸組成表現為一定的相似性，其余品種之間氨基酸品質差異較大，另外，生長年限、環境及條件對氨基酸的品質也有一定的影響。

石斛不僅可以作為藥品保健品，具備優良蛋白質的石斛還可以作為一種新型植物蛋白源，豐富現有的植物蛋白資源，提供較高的營養成分，其與動物蛋白結合，能起到互補作用。因此，根據不同石斛品種間的氨基酸含量差異，可開發營養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量較少并不能完全代表當地石斛品質，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別，調查氣候條件和栽培模式，明確環境因素對石斛氨基酸營養價值的影響，為合理全面評價各種石斛提供更多依據。