三种山药药理活性成分及其矿物元素分析

陈杰桃,黄万坚,穆 青,*

(1.复旦大学药学院,上海 201203;2.高州市乡山生态农业发展有限公司,广东高州 525200)

三种山药药理活性成分及其矿物元素分析

陈杰桃1,黄万坚2,穆 青1,*

(1.复旦大学药学院,上海 201203;2.高州市乡山生态农业发展有限公司,广东高州 525200)

为比较不同种类山药的活性成分,本项研究选取三个市售山药品种进行分析检测。分别测定了乡山野淮、铁棍山药、参薯三种山药中的总皂苷含量和总多糖含量,并利用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)对这三种山药中的9种矿物元素进行了测定。测量结果显示,山药总皂苷含量在0.01%～0.05%之间,由高到低依次为乡山野淮、铁棍山药、参薯;总多糖含量在1.14%～3.82%之间,由高到低依次为参薯、铁棍山药、乡山野淮。铁棍山药的硒含量为205.0 μg/kg,参薯和乡山野淮的锌元素含量为3.9 mg/kg和4.1 mg/kg,均高于全国代表值。综合比较可得,乡山野淮皂苷含量高,参薯多糖含量高,而铁棍山药综合了二者的优点且微量元素尤其是硒丰富,品质优异突出。由此可以根据不同目的进行开发利用。

铁棍山药,乡山野淮,参薯,皂苷,多糖,矿物元素,含量测定

山药为薯蓣科(Dioscoreaceae)薯蓣属(Dioscorea)多年生草质藤本植物[1],是一种具有良好的市场前景和产业开发潜势的药食兼用高效经济作物。山药块茎富含多糖、淀粉、维生素、氨基酸、矿物质及其它生物活性物质,是山药营养价值和活性作用的物质基础。

多糖为山药的主要活性成分,具有降糖[2]、调节免疫[3-4]、抗氧化[5]、抗衰老[6]等作用。其中,调节免疫和抗氧化作用备受关注,研究表明山药多糖可通过增强小鼠淋巴细胞增殖能力,促进小鼠抗体生成和增强小鼠碳廓清能力实现免疫调节作用[7];而抗氧化和延缓衰老则是通过对抗自由基生成、清除自由基的方式发挥作用[8-10]。

薯蓣皂苷为山药的活性成分之一,主要为甾体皂苷类。研究表明,薯蓣皂苷具有调节免疫、抗高血脂、抗艾滋病、抗肿瘤、抗炎镇痛、保护胃肠黏膜等多种药理作用[11]。

矿物元素是山药的重要营养成分。矿物元素作为人体生理活动所必需的物质,对人体正常生长发育有着极其重要的作用,是构成人体组织和维持正常生理活动的重要物质。

然而不同种类的山药,其药理活性成分和营养成分差异较大。中国药典(2015版)收载山药商品的原植物为薯蓣科植物薯蓣(DioscoreaoppositaThunb.),铁棍山药是该类植物的优良品种。除此之外,目前市场上另有同属植物乡山野淮(DioscoreafordiiPrain et Burk)、褐苞薯蓣(DioscoreapeisimilisPrain et Burk)及参薯(DioscoreaalataL.)栽培的块茎作商品淮山药,为比较不同种类山药的药理活性成分和功能成分,进而为各个种类山药的进一步筛选和开发提供参考依据,本项研究选取乡山野淮、参薯和铁棍山药三个山药品种进行了水分、总皂苷和总多糖的测定和矿物元素分析比较。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

乡山野淮、铁棍山药、参薯 市售山药;薯蓣皂苷标准品和葡萄糖标准品 大连美仑生物技术有限公司;乙醇、石油醚、正丁醇、香草醛、苯酚、浓硫酸、甲醇等 国产分析纯。

酶标仪 赛默飞世尔科技公司ThermoFisher Scientific;Prodigy电感耦合等离子体原子发射光谱仪 Leeman;电热恒温鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司。

1.2 样品处理

山药鲜样:用自来水冲洗山药样品,切成1 mm薄片,立即进行下一步处理(避免褐变)。

山药干粉:首先用自来水冲洗山药样品,再用蒸馏水淋洗,然后用不锈钢刀削去表皮,将可食部分切成薄片,迅速放入鼓风干燥箱(避免褐化),在60 ℃下烘干至恒重,计算失水量;最后研磨成粉,备用。

1.3 实验方法

采用香草醛-硫酸法测定三种山药中总皂苷的含量;采用苯酚-硫酸法测定三种山药中总多糖的含量;利用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)测定三种山药中9种矿物元素的含量。

1.4 试剂的配制

1.4.1 薯蓣皂苷对照液 称取薯蓣皂苷对照品5.2 mg,加甲醇溶解,定容至5 mL,摇匀。

1.4.2 水饱和正丁醇溶液 在分液漏斗中加入155 mL水和500 mL正丁醇,充分振摇,静置分层,除去下层,上层即为水饱和正丁醇溶液。

1.4.3 香草醛8%的无水乙醇溶液 称取2.0025 g香草醛,溶解于25 mL无水乙醇中。

1.4.4 葡萄糖对照液 称取葡萄糖对照品5.0 mg,加蒸馏水溶解,定容至5 mL,摇匀。

1.4.5 苯酚80%试液 32 g苯酚加8 mL蒸馏水溶解,置冰箱中避光长期储存。

1.4.6 苯酚5%试液 临用前以80%苯酚配制(每次测定均需现配)。

1.5 标准曲线的绘制

1.5.1 薯蓣皂苷对照品的标准曲线 精密吸取薯蓣皂苷对照液180、240、360、480、540、600 μL,加入甲醇补足至1.0 mL,加入8%香草醛无水乙醇试液250 μL和72%硫酸试液 2.5 mL,摇匀,于60 ℃水浴中加热10 min 后立即冷却至室温,于544 nm下测定吸光度,以薯蓣皂苷浓度C(mg/mL)为横坐标,吸光度A为纵坐标,其线性方程为:A=0.4729C+0.1079(r=0.9998)。

1.5.2 葡萄糖对照品的标准曲线 精密吸取葡萄糖对照液100、200、300、500、600、700、800 μL,加入蒸馏水定容至10 mL,摇匀,精密吸取1 mL,加入5%苯酚试液500 μL和浓硫酸 2.5 mL,摇匀,待冷却至室温(约20 min),于487 nm下测定吸光度,以葡萄糖浓度C(mg/mL)为横坐标,吸光度A为纵坐标,其线性方程为:A=10.2C-0.0031(r=0.9996)。

1.6 总皂苷的提取和含量测定

称取100 g 鲜样,各重复做两份,每个样品平行操作,置于500～1000 mL 三角锥形瓶中,分别加入500 mL 95%乙醇,室温浸泡16 h以上,超声功率360 W提取1 h,抽滤收集滤液,滤渣再加入500 mL 95%乙醇再次提取,合并两次提取的滤液,将滤液旋蒸浓缩;浓缩液用适量蒸馏水稀释,然后用石油醚脱脂2次,取水层;水层用水饱和的正丁醇萃取3次,取正丁醇层浓缩至干,称重,即为总皂苷粗提物。将得到的粗提物用甲醇溶解并定容至100 mL,移取150 μL置于干燥洁净的试管中,加入8%香草醛无水乙醇溶液250 μL和72%硫酸试液 2.5 mL,摇匀,于60 ℃水浴中加热10 min后立即冷却至室温,用酶标仪于波长544 nm下测定吸光度,代入1.5.1中标准曲线方程,计算鲜样总皂苷含量[12]。

1.7 多糖提取和含量测定

精密称取山药块茎干粉1 g(精确到0.0001 g,每个样品平行操作两份)→分别加入60 mL蒸馏水→在80 ℃水浴中浸提6 h→其间不时搅拌→离心(4000 r/min，5 min)→残渣加入30 mL蒸馏水在水浴中继续提取6 h→合并离心后的上清液→得到山药多糖提取液→定容至500 mL,备用。根据初试结果,分别再稀释2～5倍,精密吸取最终稀释液1 mL,加入5%苯酚试液500 μL和浓硫酸 2.5 mL,摇匀,待冷却至室温(约20 min),用酶标仪于487 nm下测定吸光度,代入1.5.2中标准曲线,计算总多糖含量,根据含水量换算为100 g鲜样中的百分含量。

1.8 矿物元素分析

1.8.1 K、Ca、Na、Mg、Fe、Cu、Zn、Mn、Se的测定——灰化法 精密称取500 mg 山药干粉于石英坩埚中,置马弗炉620 ℃中2～3 h,加入2%硝酸溶解,定容,摇匀,使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)测定各元素含量[13]。

1.8.2 P的测定——消化法 精密称取500 mg山药干粉,加入混合酸消化液(硝酸∶高氯酸=3∶1),盖上表面皿,置于电热板(350℃)上消化。如消化液呈棕黑色,再补加浓硝酸,继续加热消化,直至消化液清亮为止。冷却后用硝酸定容,混匀,在电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)测定P的含量[13]。

1.9 数据处理

为便于比较,所有数据均根据含水量换算为鲜样的含量。其中总皂苷和总多糖的含量表示为百分含量±平均偏差;元素分析的结果取两次测试结果的平均值。

表2 三种山药的矿物元素分析结果Table 2 Element analysis of three kinds of Chinese yam

注:除了硒以外的元素含量数据单位均为mg/kg鲜样,硒的含量单位为μg/kg鲜样。-:表示未能检出。

2 结果与分析

2.1 水分、总皂苷和总多糖的含量测定

山药中水分含量的多少直接影响山药的品质、营养及贮藏,一般来说,水分含量越少,越可以减少微生物的生长繁殖,保持其良好的感官性状,从而能够更加长期保存,防止品质的下降和营养的流失。结果表明,测试山药样品的水分含量比全国代表值低4.9%～20.3%。因此,相对于普通山药来说,测试山药可以保存更长时间,具有更好的贮藏性,其中以参薯的含水量最低(63.5%)。

表1 三种山药样品中含量测定结果(%)Table 1 Results of components content of three kinds of Chinese yam(%)

注:总皂苷和总多糖含量单位均换算为g/100 g鲜样。

皂苷和多糖在山药中作为保健功能成分具有重要价值,其中测试山药品种总皂苷含量在0.01%～0.05%之间,由高到低依次为乡山野淮、铁棍山药、参薯;总多糖含量在1.14%～3.82%之间,由高到低依次为参薯、铁棍山药、乡山野淮,与皂苷含量顺序正好相反,由此可见,山药种类不同,药理活性成分含量具有一定差异,因此不可以单一活性成分评价山药品种的好坏,而应综合比较各个成分加以合理开发利用。

2.2 矿物元素分析结果

结果表明,不同品种的山药矿物元素含量存在一定差异,然而都具有明显的共同点就是钾含量远高于其他元素。除了铁棍山药,其它山药的钾含量均高于全国代表值2130.0 mg/kg。以乡山野淮的钾含量最高,达到2794.6 mg/kg鲜重,其次是参薯、铁棍山药。除此之外,三种山药的磷含量均高于全国代表值(340 mg/kg),由高到低依次是乡山野淮、铁棍山药、参薯。

检测到的锌元素含量,同样除了铁棍山药,其它山药的锌含量均高于全国代表值2.7 mg/kg,由高到低依次是乡山野淮、参薯、铁棍山药。

分析结果表明,只有铁棍山药的硒含量被检测出来,且其含量(205.0μg/kg)远高于全国代表值(5.5 μg/kg)。由于ICP-OES仅能测出大于1 μg/g的物质,其它山药的硒需要进一步通过更加灵敏的检测器(如ICP-MS)才能测出。

铜元素在三个山药品种的含量均小于或等于全国代表值(2.4 mg/kg),由高到低依次是乡山野淮、参薯、铁棍山药。

对于钙、镁、铁、钠、锰元素,在铁棍山药中,这五种元素的含量均高于全国代表值,尤其是钙含量远高于参薯、乡山野淮以及全国平均值。而在参薯中则均低于全国代表值。乡山野淮中铁、锰的含量高于全国代表值,而钙、镁、钠的含量则低于全国代表值。

矿物元素是机体重要组成成分,维持着机体细胞渗透压与机体的酸碱平衡。不同山药品种的矿物元素质量分数差别较大,这与其所种植的土壤和施肥种类相关。

3 结论

研究结果表明,不同品种的山药特色不同,由于生长环境不同,土壤、气候、水源、施肥等都影响到营养成分和功能成分的积累,从而使终产品在营养和功能成分含量上有较大差异。对不同山药品种成分进行考察,可为进一步开发为食品和加工原料时选择适宜品种提供参考。

皂苷和多糖是山药中的药理活性成分,而矿物元素则是山药中的营养成分。近些年来,矿物元素尤其是硒和锌受到了特别的关注。硒在体内是某些酶的重要组成部分,它能清除自由基而起到抗衰老的作用,能促进体内抗体的合成、提高机体免疫力,可解除体内重金属的毒害,此外,硒对一些化学致癌物质还有抑制作用,能控制多种癌症的发展而具有抗癌效应[15]。而锌也是人体多种锌依赖酶的必要物质,它还能与唾液蛋白、金属硫蛋白结合,具有多方面的复杂的生理功能。人体缺锌会造成味觉异常,食欲下降,会出现上皮损伤、粘膜溃疡、脱发和免疫力低下等症状。另一方面,锌还是RNA聚合酶和DNA聚合酶活化所需的必需元素,缺锌会造成人体发育迟滞,儿童缺锌会严重影响身体发育[16]。

根据本项研究结果显示,乡山野淮总皂苷和锌含量较高,既可作为薯蓣皂苷提取的原材料,亦可作为保健食品;参薯薯型较好,多糖和锌含量较高,可作为保健食品开发;铁棍山药含硒量高,总皂苷和总多糖均较高,品质优异且突出,可根据需要,作为不同选种目标的育种材料或种质创新的基本材料加以利用。

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Active components and mineral elements analysis of three kinds of Chinese yam

CHEN Jie-tao1,HUANG Wan-jian2,MU Qing1,*

(1.School of Pharmacy,Fudan University,Shanghai 201203,China; 2.Rural Ecological Agriculture Development Co.,Ltd. of Gaozhou City,Gaozhou 525200,China)

To investigate the active component of different yam varieties,three commercially available yam varieties were collected and used in this research. The total polysaccharide and saponins were analyzed. ICP-OES was used to determine the mineral element in these three yam varieties. The results showed that the total saponins were ranging from 0.01% to 0.05%,in an ascending order asDioscoreafordii,Dioscoreaopposita,Dioscoreaalata. And their total polysaccharide was ranging from 1.14% to 3.82%,respectively,in a descending order. Content of mineral elements in these three yam varieties was different. Especially,Dioscoreaoppositawas rich in selenium(205.0 μg/kg),whileDioscoreafordiiandDioscoreaoppositawere rich in zinc,which were 3.9 mg/kg and 4.1 mg/kg,and this content was higher than national average. Therefore,Dioscoreafordiiwas rich in saponins,whileDiosocoreaalatawas rich in polysaccharide. AndDioscoreaoppositawas rich in both saponins and polysaccharide as well as mineral elements,especially in selenium. According to this result,they can be used for different purpose.

Dioscoreaopposita;Dioscoreaalata;Dioscoreafordii;saponins;polysaccharide;mineral element;determination

2016-10-25

陈杰桃(1991-),女,博士研究生,研究方向:天然药物化学,E-mail:chenjietaonpc@sina.com。

*通讯作者:穆青(1964-),男,博士,教授,研究方向:天然药物化学,E-mail:muqing@fudan.edu.cn。

TS201.4

A

1002-0306(2017)07-0352-04

10.13386/j.issn1002-0306.2017.07.059