红脚艾营养成分分析与评价

邢澍祺,李 杰,韩惠娟,周 振,黄建香,林泽斌,*,杨崇仁

(1.广东暨晴生物医药科技有限公司,广东惠州 516081; 2.中国科学院昆明植物研究所,云南昆明 650201)

红脚艾,又称鲍菇艾,属于菊科蒿属植物南艾蒿(ArtemisiaverlotorumLamotte)。中国植物志中记载:南艾蒿可入药,作为“艾”的代用品,具有温经止血、散寒止痛的作用[1]。南艾蒿在全国及全球各地皆有分布,不过由于环境差异,各地南艾蒿在形态、化学成分及功效上可能存在较大差异。红脚艾因根茎呈红色而得名,主要分布于岭南地区,南海县、番禺县、惠州市、博罗县、罗浮山等地区县志及通史皆有记载,常用做艾灸。晋代女名医鲍姑曾利用红脚艾艾灸治疗赘瘤和赘疣,取得了显著地疗效[2]。红脚艾除了可作为医药用品外,还具有一定的食用价值。在广东地区,当地人常采摘红脚艾制作成食材,如艾馒头、艾糍粑、艾草茶和艾汤等。目前,国内外对艾草作为食品相关的研究多为实际应用方面的报道,如邓志勇等[3]研究了艾草南瓜保健蛋糕的工艺,何义雁[4]改良了艾草米糕的加工工艺,而对于艾草营养成分含量检测和食用营养价值的研究较少,其食用安全性方面的研究暂时未见诸报道。对于南艾蒿,国内外的研究主要在于挥发油组成,提取物的功效及药理作用方面[5-7],对于其营养成分、食用方面研究亦未见相关报道,这为其食用性的应用推广带来不利影响。为此,本实验以广东省博罗县罗浮山地区红脚艾为材料,对其营养成分和食用价值进行测定和初步评价,同时测试其食用方面的安全性,为红脚艾的大范围种植与推广以及研究与利用提供更多的科学依据,并进一步促进地方经济发展。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红脚艾 于2019年5月采自广东省博罗县罗浮山区,经中国科学院昆明植物研究所标本馆刘恩德高级工程师鉴定品种为南艾蒿(ArtemisiaverlotorumLamotte);HCl、NaOH、H2SO4、H3BO3、Na3C6H5O7·2H2O、无水乙醇、无水乙醚、石油醚、重铬酸钾、冰乙酸、羧甲基纤维素钠(CMC-Na) 均为分析纯,天津福晨化学试剂有限公司;甲醇、乙腈、二氯甲烷、正己烷 均为色谱纯,国药集团化学试剂有限公司;SPF级SD大鼠 雌雄各10只,体重♂:155.8～163.8 g,♀:164.8～187.4 g,动物及饲料均购自广东省医学实验动物中心,实验动物合格证号:SCXK(粤)2008-0002;乌来糖(氨基甲酸乙酯) 国药集团化学试剂有限公司;氯化钠注射液 广东科伦药业有限公司。

L-8800型氨基酸分析仪 日本日立公司;EClassical 3100高效液相色谱仪 大连依利特分析仪器有限公司;Agilent 7900电感耦合等离子体质谱仪 安捷伦科技有限公司;TAS 990型原子吸收分光光度计 北京谱析通用仪器有限责任公司;YP-3001N电子天平 上海精密科学仪器有限公司;BS-3000A电子天平 上海友声衡器有限公司;90-1B磁力搅拌器 上海司乐仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 红脚艾的处理 新鲜红脚艾收割后去梗,叶片用清水洗净,60 ℃烘干,粉碎过40目筛,常温干燥条件下保存备用。

1.2.2 红脚艾营养成分分析

1.2.2.1 基础营养成分测定 红脚艾中总糖含量采用高效液相色谱法,参照GB 5009.8-2016;蛋白质含量采用凯氏定氮法,参照GB 5009.5-2016;脂肪含量采用索氏提取法,参照GB 5009.6-2016;总膳食纤维含量采用酶重量法,参照GB 5009.88-2014/6.3.1;可利用碳水化合物含量参照GB 28050-2011通过碳水化合物计算;水分含量采用直接干燥法,参照GB 5009.3-2016;灰分含量采用高温灼烧法,参照GB 5009.4-2016。测定结果与黄花蒿[8]和五月艾[9]进行研究比较。

1.2.2.2 维生素含量测定 红脚艾中β-胡萝卜素和维生素B2含量参照GB 5009.83-2016和GB 5009.85-2016,采用高效液相色谱法进行测定。

1.2.2.3 矿物质元素含量测定 钠离子采用火焰原子吸收光谱法进行测定,参照GB 5009.91-2017;锌、钙、铁、镁、钾、铜、猛含量采用电感耦合等离子体质谱法,参照GB 5009.268-2016。测定结果与其他地区的艾进行比较[10-11]。

1.2.2.4 氨基酸组成及含量 氨基酸组成参照GB 5009.124-2016使用氨基酸自动分析仪进行测定。

1.2.3 蛋白质营养评价 分别采用理想蛋白模式、氨基酸比值系数法和功能氨基酸种类与含量三种方法对红脚艾蛋白质营养价值进行评价。

1.2.3.1 理想蛋白模式 根据 FAO/WHO提出的理想蛋白模式[12],计算氨基酸总量(TAA)、必需氨基酸总量(EAA)、非必需氨基酸总量(NEAA)、EAA/TAA的值、EAA/NEAA的值。

1.2.3.2 氨基酸比值系数法 参考FAO/WHO提出的氨基酸模式[13],计算氨基酸比值(RAA)、氨基酸比值系数(RC)和氨基酸比值系数分(SRC)。

1.2.3.3 功能性氨基酸 通过红脚艾蛋白中功能性氨基酸的种类与含量,评价该蛋白的功能性[14]。

1.2.4 食用安全性测试 参照食品安全国家标准GB 15193.3-2014中限量法急性经口毒性试验,对红脚艾的食用安全性进行测试和评价[15]。称取22.1 g受试物,加入少量0.5% CMC-Na溶液研磨混匀后,加入0.5% CMC-Na溶液至260 mL,制得浓度为85 mg/mL的受试物混悬液。选取SPF级的SD大鼠20只,雌雄各半,体重♂:189.7～203.2 g,♀:181.1～196.6 g。采用上述受试物混悬液对实验大鼠进行灌胃实验。受试物组大鼠按20 mL/kg体重灌胃给予受试物混悬液,24 h内灌胃3次,剂量为5100 mg/kg体重,两次灌胃时间间隔4～6 h,期间给予少量饲料,给予受试物后继续禁食3 h。如试验期间出现大鼠死亡,则降低剂量或设计多个剂量重新进行试验。观察并记录中毒作用体征出现和消失时间与死亡时间,为期14 d。对观察期内中毒死亡以及观察期满处死的均进行大体解剖,肉眼观察。根据GB 15193.3-2014急性经口毒性分级(表1)对红脚艾的毒性进行评价。

表1 急性毒性(LD50)剂量分级Table 1 Acute toxicity(LD50)dose classification

1.3 数据处理

实验重复测定三次;使用Excel 2010软件计算营养成分、矿物质元素与氨基酸组成测定结果的均值,计算大鼠急性毒性经口试验结果的均值及标准差。

2 结果与分析

2.1 营养成分分析

如表2所示,与黄花蒿和五月艾相比,红脚艾中膳食纤维含量(59.6 g/100 g)最高,脂肪含量(5.5 g/100 g)与可利用碳水化合物含量(6.0 g/100 g)最低;且红脚艾中未检测出果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖。调查显示,近年来我国居民的膳食结构中碳水化合物与脂肪摄入量明显过高,高血压、糖尿病的患病率呈上升趋势[16]。现代研究发现,膳食纤维能够调节人体血糖和血脂含量,有效预防肥胖和糖尿病、冠心病等疾病发生,对维持人体健康起到重要作用[17];也有研究证实,膳食纤维可有效控制Ⅱ型糖尿病患者的血糖水平,从而减轻糖尿病并发症症状[18]。红脚艾具有低糖低脂肪、高膳食纤维的营养特征,是一种适合“三高”人群,尤其是糖尿病患者食用的潜在食品来源。

表2 红脚艾与其他艾的营养成分 及含量(g/100 g,以干重计)Table 2 Nutritional component contents of Artemisia verlotorum Lamotte and other Artemisia plant(g/100 g dry weight)

经测定,红脚艾中还含有β-胡萝卜素(20.4 mg/100 g)和维生素B2(0.264 mg/100 g)等维生素。β-胡萝卜素是类胡萝卜素之一,能够治疗夜盲症,对防治癌症也有确切疗效[19]。维生素B2能够促进发育和细胞再生,预防和消除口腔及皮肤的炎症,增强视力,减轻眼睛的疲劳[20]。

矿物质元素参与机体的正常生理代谢,是维持人体正常生理机能不可或缺的物质。表3比较了不同产地2种艾的矿物质元素含量,红脚艾中含有丰富的Ca、Fe、K等人体所需矿物质元素,其中Ca的含量高达1.25×104mg/kg,与蒙牛和伊利高钙奶[21]中的Ca含量相差不大,表明红脚艾可作为人体所需钙元素的良好食物来源。Cu、Zn、Fe是人体中重要的矿物质元素,能够影响体内多种酶的生物活性,在维持细胞增殖的过程中起重要作用[23]。红脚艾中Cu、Zn、Fe含量分别为15.8、36.9、1240 mg/kg。相比于其他三个产地的艾草,红脚艾中Cu、Fe含量相差不大,而Zn含量较低。按照Hill和Matron提出的当Zn/Cu的值大于10及Zn/Fe的值大于1时,会产生生物拮抗作用[22],而红脚艾Zn/Cu的值约为2.34,Zn/Fe的值约为0.03,表明红脚艾Cu、Zn、Fe含量及比例较为合理。红脚艾中K含量为3.5×103mg/kg,远高于Na(16.8 mg/kg),这种高钾低钠的比例,有助于维持人体内的水盐代谢平衡,在降低人体血压方面具有重要作用[23]。

表3 不同艾的矿物质元素含量(mg/kg)Table 3 Mineral element contents of different Artemisia herbal plant(mg/kg)

2.2 氨基酸组成及蛋白质营养评价

红脚艾蛋白中氨基酸组成及含量如表4所示,红脚艾蛋白含有16种常见氨基酸,包含除色氨酸以外的7种必需氨基酸;氨基酸总量为14.23 g/100 g。其中谷氨酸含量最高(1.79 g/100 g),其次是天冬氨酸(1.53 g/100 g),分别占总氨基酸的12.58%和10.75%。

表4 红脚艾蛋白中氨基酸的组成与含量Table 4 Amino acid composition and contents of Artemisia verlotorum Lamotte

2.2.1 以理想蛋白模式评价 红脚艾蛋白中EAA/TAA与EAA/NEAA的值分别为40.97%和0.69,都分别高于FAO/WHO建议的40%和0.6[12],符合理想蛋白模式。

2.2.2 以氨基酸比值系数法评价 RC值的大小表示偏离FAO/WHO氨基酸模式的程度,RC<1表明该种氨基酸含量相对不足,RC>1表明该种氨基酸含量相对过剩,RC值最小的氨基酸为该蛋白质的第一限制氨基酸[10]。如表5所示,红脚艾蛋白质中苯丙氨酸+酪氨酸RC值为1.385,为EAA中数值最高者;蛋氨酸+胱氨酸RC值为0.148,为EAA中数值最低者,是第一限制氨基酸。现代营养学研究认为,氨基酸的不足与过剩都会降低蛋白质的利用率[24]。在日常饮食中,红脚艾可与其他含硫氨基酸丰富的食物搭配,提高其蛋白质利用率和食用价值。SRC值是通过比较某蛋白质EAA组成比例与FAO/WHO氨基酸模式的差异,判断该蛋白质的营养价值,SRC值越接近100,表示这些氨基酸的平衡性越好,该蛋白质营养价值越高[13]。红脚艾蛋白的SRC值为63.37,与扁豆(65.69)接近,略小于大米(70.5)与白菜(71.52),略高于玉米(55.14)与红薯(60.57)[13],说明红脚艾蛋白具有较高营养价值。

表5 红脚艾中氨基酸比值系数法评价Table 5 The assessment of Artemisia verlotorum Lamotte amino acids using ratio coefficient method

2.2.3 以功能性氨基酸评价 功能性氨基酸是指除参与合成蛋白质外还具有其他特殊功能的氨基酸,是人体正常生长和和多种生物活性物质的合成所必需的,在调节胎儿发育、细胞内蛋白质周转和免疫功能调控中起到重要作用[25]。红脚艾含有谷氨酸、天冬氨酸、亮氨酸、甘氨酸、精氨酸、组氨酸、脯氨酸7种功能性氨基酸,占总氨基酸含量的53.6%。其中谷氨酸含量最多,占1.79%,组氨酸的含量最少,仅为0.35%。谷氨酸和天冬氨酸是合成嘧啶核苷酸和嘌呤核苷酸的底物,在免疫细胞的增殖中起重要作用;同时,这两种氨基酸也是小肠的主要能源物质,共同维持肠道的完整性,阻止肠道微生物向体循环的转移[26]。

2.3 食用安全性测试

由表6可知,SD大鼠在给予受试物期间及14 d观察期内均未见异常症状,体重正常增长,未出现死亡现象,试验结束进行解剖,肉眼观察未见异常。试验结果表明,红脚艾对SD大鼠的急性经口毒性耐受剂量(LD50)>5100 mg/kg体重,毒性分级为实际无毒。

表6 红脚艾粉对SD大鼠的急性经口毒性试验结果Table 6 Artemisia verlotorum Lamotte powder on SD rats of acute toxicity test

3 结论

红脚艾中膳食纤维含量高达59.6 g/100 g,蛋白质(18.9 g/100 g)含量次之,脂肪(5.5 g/100 g)与可利用碳水化合物(6.0 g/100 g)含量较低。同时红脚艾中含有多种矿物质元素,其中Ca的含量最高(1.25×104mg/kg)。红脚艾蛋白中必需氨基酸占总氨基酸的40.97%,必需氨基酸/非必需氨基酸值为0.69,符合FAO/WHO推荐的理想蛋白模式;蛋氨酸+胱氨酸RC值最低,为第一限制氨基酸;功能性氨基酸含量丰富,占总氨基酸的53.6%。且急性毒性试验表明,红脚艾分级为实际无毒。红脚艾具有独特的营养成分结构,在日常食用和保健食品的开发利用中具有广阔的应用前景。