6种石斛属植物氨基酸组成及营养价值评价

王晓媛,王彦兵,陈玉芹,周侯光,胡永亮,李国明

云南省德宏热带农业科学研究所，瑞丽 678600

石斛属(DendrobiumSW.)为兰科第二大属，种质资源丰富[1,2]。其中药用石斛为39种，含有多种药效成分，同时也含有较高的蛋白含量，是一种“药食两用”的植物[3,4]。目前关于石斛属的的研究主要集中在石斛多糖的提取与分析、药用成分功能及开发利用等方面，而对石斛属的基本营养食用价值研究较少[5-10]。蛋白质是石斛的主要营养成分，氨基酸作为蛋白质的分解产物是评价食品营养价值的重要指标[11,12]。

本研究通过使用氨基酸自动分析仪，测定6种石斛的17种必需氨基酸和非必需氨基酸，分析必需氨基酸组成成分，采用氨基酸评分(AAS)、化学评分法(CS)、氨基酸比值(RAA)、氨基酸比值系数(RC)以及氨基酸比值系数分(SRCAA)等营养学方法对石斛氨基酸进行全面营养价值评价，同时分析其中的药用氨基酸。此外，综合以上分析结果对6种石斛品质进行聚类分析，以氨基酸为评价指标，评价出6种石斛中的最优品种，以期为石斛蛋白的开发利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

实验材料由云南省德宏热带农业科学研究所药植中心收集(表1)。

表1 石斛样品来源

1.2 仪器与设备

Biochrom30+全自动氨基酸分析仪(大昌华嘉商业(中国)有限公司)；RETSCH MM400组织磨样器(济南泰和盈科商贸有限公司)、ME204电子分析天平(上海恒勤仪器设备有限公司)、G2X-9240MBE电热鼓风干燥箱(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)、HHS电热恒温水浴锅(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)、TGL20MW台式冷冻离心机(湖南赫西仪器装备有限公司)。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

将采集的石斛样品鲜条经105 ℃杀青30 min，55 ℃烘干至恒重，粉碎，过60目筛备用。

1.3.2 氨基酸测定

称取石斛粉末样品0.2 g(精确到0.000 1)于10 mL安剖瓶中，加入10 mL 6 mol/L盐酸，测定除色氨酸以外的17种氨基酸，参照GB/T 5009.124-2003执行[13,14]。

1.3.3 营养评价方法

氨基酸评分(AAS)根据世界卫生组织(WHO)和联合国粮农组织(FAO)提出的方法计算[13]；化学评分采用FAO推荐的方法计算[15,16]；氨基酸比值系数RC和氨基酸比值系数分SRC根据朱圣陶等提出的方法计算[17]。

1.4 数据处理

所有的测定均进行3次平行重复，取平均值。所有数据经Excel 2010和SPSS 20.0统计分析处理。

2 结果与分析

2.1 6种石斛氨基酸组成分析

食物蛋白质的优良程度取决于它所含氨基酸的种类和含量[18]。从表2可知，6种石斛样品的氨基酸组分总量介于3.58%～8.09%，平均值为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。所测石斛的17种氨基酸种类齐全，含量平均值从高到底依次排列为谷氨酸(Glu)、天冬氨酸(Asp)、亮氨酸(Leu)、精氨酸(Arg)、苯丙氨酸(Phe)、丙氨酸(Ala)、赖氨酸(Lys)、缬氨酸(Val)、异亮氨酸(Ile)、丝氨酸(Ser)、苏氨酸(Thr)、甘氨酸(Gly)、酪氨酸(Tyr)、脯氨酸(Pro)、组氨酸(His)、半胱氨酸(Cys)、蛋氨酸(Met)。6种石斛的氨基酸含量以谷氨酸、天冬氨酸、亮氨酸、精氨酸含量较高，占总氨基酸含量的41.1%。曲继旭等研究也发现，铁皮石斛、鼓槌石斛和金钗石斛中谷氨酸、天冬氨酸、精氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸含量较高，蛋氨酸含量较低，与本研究结果一致[19]。

必需氨基酸质量分数1.39%～3.10%，平均值为2.08%，其中SH2中必需氨基酸的质量分数最高，为3.10%，SH6最低，为1.33%。在供试样品EAA中亮氨酸质量分数最高，占氨基酸总量的8.62%。6种石斛EAA含量由高到低排列顺序为ZH2、ZH1、ZH3、ZH5、ZH4、ZH6。供试石斛样品的EAA/TAA值在36.68%～40.48%之间，平均值为38.84%，其中SH4(40.48%)大于FAO/WHO提出的理想蛋白质模式值(40%)。EAA/NEAA值在57.94%～68.02%，平均值为63.56%，除SH5(57.94%)外，其余石斛均高于理想蛋白质标准(60%)。

表2 6种石斛氨基酸组成和含量(%)

注：TAA氨基酸总量；EAA必需氨基酸；NEAA非必须氨基酸。

Note:TAA,total amino acid content;EAA,essential amino acid;NEAA,non-essential amino acid.

2.2 6种石斛氨基酸营养价值评价

2.2.1 必需氨基酸组成成分分析

氨基酸平衡理论认为待测蛋白的氨基酸组成比例与WHO/FAO模式或卵清蛋白模式越接近，表明其蛋白质质量越好。因此，我们计算了石斛样品中必需氨基酸的含量。由于酪氨酸与半胱氨酸分别由苯丙氨酸和蛋氨酸转变而来，所以将酪氨酸与苯丙氨酸，半胱氨酸和蛋氨酸合并计算。由表3可知，6种石斛的必需氨基酸总含量在42.62%～47.23%之间，明显高于WHO/FAO模式，与卵清蛋白模式接近，说明石斛蛋白质中必需氨基酸的含量优异，具有较高食用价值。另外，从单个必须氨基酸的含量看，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，是复配氨基酸输液的重要成份，是苯丙氨苄、甲酸溶肉瘤素等氨基酸类抗癌药物的中间体，也是生产肾上腺素、甲状腺素和黑色素的原料；已有研究表明，L-苯丙氨酸可作为抗癌药物的载体将药物分子直接导入癌瘤区，其效果是其他氨基酸的3～5倍，这样既可以抑制癌瘤生长，又可以降低药物的毒副作用[20]。酪氨酸是酪氨酸酶单酚酶功能的催化底物，是最终形成优黑素和褐黑素的主要原料。白癜风患者吃含有酪氨酸的食物可以促进黑色素的形成，减轻白癜风症状。酪氨酸还作为氨基酸输液及氨基酸复合制剂的原料，可用作营养增补剂，治疗脊髓灰质炎和性核性脑炎、甲状腺机能亢进等症[21]。综上所述，石斛蛋白在抗肿瘤、增强机体免疫力、治疗白癜风等方面具有巨大潜力。

表3 石斛中必需氨基酸的组成及比较分析

2.2.2 氨基酸评分(AAS)

氨基酸评分(AAS)是指待测蛋白质中的某一必需氨基酸含量与WHO/FAO提出的理想模式中的相应氨基酸含量作比较，二者的比值越接近100，说明蛋白质的营养价值就越高。AAS值低于100的为限制性氨基酸，其中最小的为第一限制氨基酸。由表4可知，SH2的第一限制氨基酸均为半胱氨酸+蛋氨酸。其余石斛的AAS均大于100，无限制氨基酸，因此以上石斛的氨基酸模式为最优，十分有利于人体吸收和利用。

表4 石斛蛋白的氨基酸评分(AAS)

2.2.3 化学评分(CS)

化学评分(CS)是指待测蛋白质的某一必需氨基酸含量与人体需要最接近的卵清蛋白中相应氨基酸含量作比较。CS值越接近100，与标准蛋白的组成越接近。CS值小于100的为限制氨基酸，最小的为第一限制氨基酸。由表5可知，所有石斛的第一限制氨基酸为半胱氨酸+蛋氨酸， CS值范围在32.31～52.03之间。

2.2.4 氨基酸比值系数法评价结果

根据石斛的必需氨基酸含量及比例计算RAA、RC和SRCAA，可以直观评价其营养价值。RC值越接近1，说明该氨基酸组成比例越接近FAO/WHO

表5 石斛蛋白的化学评分

模式蛋白氨基酸；RC值大于1，说明该必需氨基酸含量相对过剩；RC值小于1，说明该必需氨基酸含量相对不足，其中含量最低的为该蛋白第一限制氨基酸。由表6可知，SH1、SH3、SH4的第一限制氨基酸为赖氨酸，RC值分别为0.79、0.83、0.85；SH2的第一限制氨基酸为蛋氨酸+半胱氨酸，RC值为0.66；SH5的第一限制氨基酸为缬氨酸，RC值为0.88；SH6的第一限制氨基酸为亮氨酸，RC值为0.85。6种石斛的第一限制氨基酸不同，但赖氨酸和半胱氨酸+蛋氨酸含量普遍偏低，可与其含量较高的动物蛋白结合，以提高其食用价值。

SRCAA越接近100，表示RCAA越集中，其营养价值越高。6种石斛的SRCAA值介于41.48～58.73，平均值为52.18，超过薏苡(48.01)，是一种营养价值较高的植物蛋白[20]。SRCAA值超过50的石斛有SH1、SH3、SH4、SH5，其中SH3最高，达58.73，超过鼓槌石斛(51.21)，说明以上几种石斛蛋白营养价值均衡，易被人体吸收，具有广阔的开发利用前景[22]。

表6 6种石斛必需氨基酸的RAA、RC、SRCAA

2.2.5 药用氨基酸组成分析

石斛作为我国的传统中药材历史悠久，分析其药用氨基酸的组成及含量，可以为石斛药材质量评价和将其开发为保健品提供理论依据。药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、赖氨酸Lys 9种氨基酸[23]。6种石斛中药用氨基酸占TAA的比例在60.96%～66.47%，平均值为63.79%，高于枇杷(56%)和枸杞(60%)[24]，SH2药用氨基酸质量分数最高，为5.37%，占其TAA的比例为66.38%，质量分数最低的是SH6，为2.24%，占TAA比例为62.57%(表7)。尽管各石斛的药用氨基酸含量相差较大，但其在TAA中所占比例差别并不大。作为传统中药材，6种石斛可提供药用价值较高的植物源蛋白。

表7 13种石斛药用氨基酸组分分量

2.3 6种石斛聚类情况分析

单一比较各种石斛营养价值优良程度存在一定的局限性，各指标之间不能准确合理反映其优良程度。综合各种石斛TAA、EAA、EAA/TAA、EAA/NEAA、AAS、CS、RAA、RC、SRCAA、药用氨基酸含量等分析指标，对6种石斛进行聚类分析(如图1)。在欧式距离7.5处将6种石斛聚为4大类群。第Ⅰ类包含SH3、SH4、SH6，各氨基酸含量适当，品质最高；第Ⅱ类包含SH1，品质较高；第Ⅲ类包含SH2，品质一般；第IV类包含SH5，氨基酸含量及药用氨基酸含量最低，品质相对较差。该聚类分析很好的反应出不同石斛种间的差异性，其中第Ⅰ类可视为高品质蛋白种，为石斛营养价值、品种选育、药用开发提供理论指导。

图1 石斛种的系统聚类分析Fig.1 Systematic cluster analysis of different germplasm of Dendrobium

3 结论

石斛氨基酸种类齐全、含量丰富，6种石斛均含有17种氨基酸，氨基酸总量介于3.58%～8.09%，是一种重要的蛋白质资源。其中，6种石斛EAA/TAA值(36.68%～40.48%)和EAA/NEAA值(57.94%～68.02%)与WHO/FAO模式值40%和60%接近，具有较高的食用价值。必需氨基酸组成占氨基酸总量的42.62%～47.23%，明显高于WHO/FAO模式值(35.00%)，单个氨基酸含量中苯丙氨酸+酪氨酸含量丰富(9.86%～11.45%)，接近卵清蛋白模式值(10.00%)。综上所述，石斛蛋白具有较高的营养价值及开发潜能。

AAS评分显示，6种石斛中蜻蜓石斛(SH2)的第一限制氨基酸均为半胱氨酸+蛋氨酸，其余5种石斛无限制氨基酸；CS评分显示，6种石斛的限制氨基酸为半胱氨酸+蛋氨酸；RC结果显示，不同石斛的第一限制氨基酸主要为赖氨酸和半胱氨酸+蛋氨酸。各评分结果不尽相同，但其主要显示为6种石斛中半胱氨酸+蛋氨酸含量偏低，在食用过程中，可与牛奶、鸡蛋等动物蛋白结合，以提高其营养价值。

作为传统中药材，石斛药用氨基酸含量丰富。所测的6种石斛中药用氨基酸质量分数介于2.24%～5.37%之间，其中含量最高的蜻蜓石斛(SH2)是含量最低的细叶石斛(SH6)2.40倍。尽管各种石斛中药用氨基酸含量相差较大，但在TAA中所占的比例基本一致(60.96%～66.47%)。

综合6种石斛TAA、EAA、EAA/TAA、EAA/NEAA、AAS、CS、RAA、RC、SRCAA、药用氨基酸含量等分析指标，聚类分析归为4类。杓唇石斛、叠鞘石斛、细叶石斛氨基酸品质差异较小，其中叠鞘石斛为细叶石斛的变种，两者氨基酸组成表现为一定的相似性，其余品种之间氨基酸品质差异较大，另外，生长年限、环境及条件对氨基酸的品质也有一定的影响。

石斛不仅可以作为药品保健品，具备优良蛋白质的石斛还可以作为一种新型植物蛋白源，丰富现有的植物蛋白资源，提供较高的营养成分，其与动物蛋白结合，能起到互补作用。因此，根据不同石斛品种间的氨基酸含量差异，可开发营养价值更高的石斛品种，以拓展植物蛋白综合利用之途径。本实验选择的石斛样品数量较少并不能完全代表当地石斛品质，因此今后还需扩大采样量和采样范围，尤其针对不同采收时间石斛，研究其氨基酸含量的区别，调查气候条件和栽培模式，明确环境因素对石斛氨基酸营养价值的影响，为合理全面评价各种石斛提供更多依据。