三種芡種仁營養成分和功能成分比較

劉 坤，楊永學，陳毛華

(阜陽職業技術學院，安徽阜陽 236031)

芡(Euryale ferox)，俗稱芡實、雞頭、雞頭苞，是睡蓮科(Nymphaeaceae)芡屬(Euryale)一年生水生草本植物[1-2]，主要分布在湖泊、池塘和低洼濕地中[3-4]。中國芡主要產區為江蘇省、江西省、湖南省、安徽省和湖北省等[5]。芡可以藥、食兩用，其含有甾醇類[6]、黃酮類[7]、環肽類[8]、倍半新木脂素類[9]、腦苷酯類[10]和酚類[11]等化合物，具有抗氧化[12]、延緩衰老[13]、降血糖[14]、改善心肌缺血[15]和抗癌[16]等藥理作用，具有極高的營養價值和藥用價值。芡還含有膳食纖維[17-18]、多糖[19]和多酚[11]等活性物質[20]，并且碳水化合物含量豐富，除了6%左右的不溶性纖維素，其他部分都可以被消化和吸收，是一種理想的人類膳食纖維[21]。芡蛋白質含量高，氨基酸種類齊全，與牛奶和肉類等配合食用，可以互補氨基酸缺陷，是一種優質的膳食蛋白來源[22]。

根據果實是否有刺，將芡分為有刺種北芡和無刺種南芡[23]。根據芡化學成分的作用，將其分為營養成分和功效成分[24]。從營養成分來看，南芡普遍比北芡品質高[25]；從藥材質量評價來看，產于山東省、皖北和蘇北一帶的芡多用于藥用[23,26]。目前對芡的評價缺少定量評價標準。有學者采用近紅外指紋圖譜的方法對不同產地的芡進行了聚類分析[27]，還有人采用高效液相色譜技術建立了不同產地芡實的指紋圖譜[28]，能夠快速穩定地評價芡的質量。目前有關芡成分的研究主要以多糖和多酚等成分研究為主。利用營養成分和功能成分指標來綜合評價芡質量的研究較少，有關皖北芡品質的研究更為鮮見。

本研究通過對原產于皖北地區的刺芡、原產于蘇州市的蘇芡和皖北雜交芡的種仁的營養成分和功能成分(氨基酸和甾醇)進行了測定，并進行了比較，以期為皖北芡的科學評價和充分發揮其藥用價值提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

蘇芡采購自江蘇省蘇州創德興芡實有限公司。在安徽省阜南縣王化鎮萬溝村萬莊，利用人工收割方式，采集了500株長勢一致的皖北刺芡植株，人工收集其果實。皖北雜交芡是由蘇芡和河南淮濱縣的刺芡雜交而成，在安徽省阜南縣王化鎮萬溝村萬莊種植一代后，利用人工收割方式，收獲了500株長勢一致的雜交芡植株，人工收集其果實。芡的果實俗稱芡實。

1.2 實驗方法

1.2.1 芡種仁的處理方法

將3種芡的果實在通風陰涼處晾干，手工將干燥的芡種子外殼與種仁剝離，得到芡種仁。每種芡稱取500 g 芡種仁，每種芡種仁分成3 組平行樣品。利用粉碎機，將芡種仁樣品進行粉碎，過80目篩，即得到芡種仁粉末，分別裝入自封袋中備用。根據不同實驗要求進行相應前處理。

1.2.2 芡種仁主要成分分析方法

采用直接干燥法[29]，測定芡種仁樣品的水分。根據水分的物理性質，在一個大氣壓下、溫度為101～105 ℃條件下，采用揮發法，測定樣品干燥后減少的質量，再通過干燥前后數值差，計算出樣品中的水分含量。

按照《食品安全國家標準：食品中淀粉的測定GB 5009.9-2016》[30]中的方法，測定芡種仁樣品的淀粉含量。去除樣品中的可溶性糖和脂肪，將淀粉用酸水解成具有還原性的單糖，然后測定單糖含量(堿性酒石酸銅試劑滴定法)，并折算成淀粉含量。

按照《食品安全國家標準：食品中灰分的測定GB 5009.4-2016》[31]中的方法，測定芡種仁樣品的灰分含量。

采用凱氏定氮法[32]，測定芡種仁樣品的蛋白質含量。蛋白質在催化加熱的條件下分解，產生的氨遇硫酸會生成硫酸銨。堿化蒸餾使氨游離，用硼酸吸收后，以鹽酸或硫酸標準滴定溶液滴定，根據消耗酸的量計算氨含量，再換算出蛋白質含量。

按照《食品安全國家標準：食品中氨基酸的測定GB5009.124-2016》[33]中的方法，測定芡種仁樣品的氨基酸含量。食品中的蛋白質被鹽酸水解，成為游離氨基酸，經離子交換柱的分離后，與茚三酮溶液產生顏色反應，再采用可見光分光光度法，測定氨基酸含量。

采用氣相色譜法[34]，測定芡種仁樣品的甾醇含量。樣品經乙醇-氫氧化鉀溶液回流皂化后，不皂化物以氧化鋁層析柱，進行固相萃取分離。脂肪酸陰離子在氧化鋁層析柱中吸附，甾醇則流出層析柱。然后采用薄層色譜法，將甾醇與不皂化物進行分離。以樺木醇作為內標物，采用氣相色譜法，對甾醇含量進行定性和定量分析。

1.3 數據處理

利用SPSS 22.0軟件，對實驗數據進行統計分析。數據都采用平均值進行比較。

2 結果與分析

2.1 3種芡種仁的主要營養成分含量

由表1可知，3種芡種仁中含量最大的營養成分為淀粉，其中，皖北雜交芡種仁的淀粉含量最大，為66.37%，皖北刺芡種仁的淀粉含量最小，為64.43%。芡種仁各營養成分含量居第二位的為蛋白質，皖北刺芡種仁的蛋白質含量最大，為10.27%，皖北雜交芡種仁的蛋白質含量最小，為9.86%。皖北雜交芡種仁的水分含量最小，皖北芡種仁的水分含量最大。

表1 3種芡種仁的主要營養成分Table 1 Main nutrient components of the kernel of three kinds of Euryale ferox

2.2 3種芡種仁的氨基酸含量

由表2 可知，在3 種芡種仁樣品中，共檢測出亮氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、絲氨酸、甘氨酸、精氨酸、組氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸和脯氨酸共16種氨基酸。3 種芡種仁中的氨基酸在含量和組成上都有所差異，皖北刺芡種仁中的氨基酸總量平均值達到8.98 g/100 g，皖北雜交芡種仁中的氨基酸總量平均值最小，為8.23 g/100 g。3 種芡種仁中都含有人體必需的8種氨基酸(纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、賴氨酸、色氨酸)中的7 種。在3 種芡種仁的人體必需氨基酸中，亮氨酸含量都最大，以皖北刺芡為例，亮氨酸質量比為0.81 g/100 g，占氨基酸總量的9.02%，賴氨酸含量最小，僅占氨基酸總量的3.34%。在非必需氨基酸中，3 種芡種仁中的谷氨酸含量都最大，以皖北刺芡為例，谷氨酸質量比為1.61 g/100 g；其次為精氨酸(1.14 g/100 g)；脯氨酸質量比最小，僅為0.30 g/100 g。藥效氨基酸有谷氨酸、精氨酸、亮氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、酪氨酸和蛋氨酸，3 種芡種仁中的藥效氨基酸含量以皖北刺芡的最大，其次為蘇芡，皖北雜交芡的最小。

表2 3種芡種仁的氨基酸含量Table 2 Amino acid contents of the kernel of three kinds of Euryale ferox

2.3 3種芡種仁的甾醇含量

由表3可知，3種芡種仁的甾醇總量由大到小依次為皖北刺芡、皖北雜交芡和蘇芡。其中，皖北刺芡種仁中甾醇總量質量比最大，為12.07 g/100 g，其次為皖北雜交芡，蘇芡的最小(5.93 g/100 g)。3種芡種仁的甾醇組成都以谷甾醇為主，占甾醇總量的32.20%～32.31%，其中，皖北刺芡種仁中的谷甾醇含量最大(3.90)，占甾醇總量的比例也最大。3種芡種仁的甾醇組成中，蕓薹甾醇含量排在第二位，以皖北刺芡種仁中的含量最大，蘇芡中的最小。蕓薹甾醇含量占甾醇總量的24.86%～29.34%，其中以蘇芡中的占比最大，皖北刺芡中的占比最小。3 種芡種仁中其他甾醇的含量由大到小依次為豆甾醇、Δ5-燕麥甾烯醇、赤桐甾醇、Δ5，24-豆甾二烯醇、Δ5，23-豆甾二烯醇、谷甾烷醇和△7-蕓薹甾烯醇。

表3 3種芡種仁的甾醇含量Table 3 Sterol contents of the kernel of three kinds of Euryale ferox

3 討 論

3.1 芡種仁主要營養成分含量分析

芡種仁營養豐富，主要含碳水化合物和蛋白質[35-36]。在本研究中，皖北雜交芡種仁的淀粉含量最大，皖北刺芡的淀粉含量最小。研究表明，受氣溫和紫外線等影響，芡的淀粉含量與緯度正相關，表現出從南到北逐漸下降的規律[37]，可能是芡為了應對寒冷、紫外線等復雜的外部環境，抵御這些外部環境因素的影響，產生如抗凍蛋白、絲素蛋白等功能物質，抑制了淀粉的合成。本研究中芡種仁的淀粉含量與安徽省滁州市芡淀粉含量(72.27%[38])和河南省信陽市刺芡淀粉含量(68.80%[4])較接近。在本研究中，皖北刺芡種仁的淀粉含量為64.43%，是3種芡中最小的，原因是刺芡需要消耗更多碳源來促進蛋白質的合成，導致其淀粉含量減小，而皖北刺芡種仁的蛋白質含量最大，皖北雜交芡種仁的蛋白質含量最小，也充分證實了這一觀點。

皖北雜交芡種仁的淀粉含量相對最大，淀粉含量較大使其能夠為人體提供更多能量，同時淀粉是種子內部有機物的貯存場所，能夠為種子的萌發提供能量。在許多以芡為原料的食品加工過程中，淀粉含量大也會使其口感更好，因此淀粉含量較大對芡開發具有重要意義。3 種芡種仁的蛋白質含量相差不大，但是由于皖北雜交芡的單位產量較高，具有更高的單位面積種植收入，因此當地農民的種植熱情較高。同時，皖北雜交芡的水分含量小于蘇芡和皖北刺芡，水分含量較小賦予了其更好的抗霉變、抗藥害和抗凍害的能力，使其更容易保存，這也是當地農民喜愛種植雜交芡的原因之一。皖北刺芡的淀粉含量較小，但相差不大，出于保護種質資源的目的，可以加大保護力度。

3.2 芡種仁氨基酸含量分析

在本研究中，3種芡種仁含有16種氨基酸，皖北刺芡的氨基酸質量比平均值達到8.98 g/100 g，氨基酸質量比最小的皖北雜交芡也達到8.23 g/100 g。研究表明，海南芡中氨基酸質量比約為82.77 mg/g[39]，15個產地的芡含有氨基酸質量比為90.33 mg/g[22]，與本研究結果接近。相關研究結果也表明，刺芡樣品中的氨基酸質量比最高，達到8.94 g/100 g[40]，這也與本研究結果一致。

在本研究中，芡種仁中的氨基酸以谷氨酸、精氨酸和亮氨酸居多，相關研究也得出相同的結論且15個產地芡的總氨基酸以谷氨酸和精氨酸含量最大[22]。皖北刺芡種仁中的谷氨酸、精氨酸和亮氨酸三者含量之和明顯大于蘇芡和皖北雜交芡，表現出產地差異。色氨酸在水解時被破壞，在本研究中未檢測到數據。3 種芡種仁中都含有人體必需的8種氨基酸中的7種，其中皖北刺芡種仁中的人體必需氨基酸含量占氨基酸總量的35.19%，其次為蘇芡，這與前人研究結果一致[39]。3種芡種仁樣品中各氨基酸含量的排序基本一致，這一共性特征可以作為芡與其他植物來源食品的區別之一[22]。從氨基酸含量的角度，皖北刺芡的營養價值高于蘇芡。

芡中所含氨基酸種類多，含量高，結構平衡，具有營養和滋補作用和顯著的藥理作用，天冬氨酸和谷氨酸具有降血壓、抑制動脈粥樣硬化等作用[41]，酪氨酸可以減輕白癜風癥狀[42]，蘇氨酸和色氨酸能夠促進生長發育和調節脂肪代謝[43]，苯丙氨酸和精氨酸具有明顯的降血壓作用[44]，組氨酸能夠改善腦缺血[45]，賴氨酸是合成核蛋白、血紅蛋白及促進大腦神經細胞再生的重要氨基酸，甘氨酸可作為營養補充劑和調味劑應用于食品中[46]。在本研究中，皖北刺芡種仁中的藥用氨基酸含量最大，其藥用價值高于蘇芡和皖北雜交芡，與其他課題組研究的數據[22,39-40]相比，皖北刺芡的氨基酸含量較大，具有較高的藥用價值。

3.3 芡種仁甾醇含量分析

植物甾醇是芡中主要化學成分之一[47]。在本研究中，皖北刺芡種仁的甾醇含量最大，蘇芡種仁的含量最小。以往研究曾經從芡中分離得到24-甲基膽甾醇-3β-O-葡萄甙、24-乙基膽甾醇-3β-O-葡萄甙和豆甾醇-3β-O-葡萄糖甙共3 種吡喃糖苷類化合物[48]。還有研究分離得到木脂素苷異落葉松樹脂醇-9-O-β-D-吡喃葡萄糖苷[49]，都屬于植物甾醇。

植物甾醇能夠抑制人體對膽固醇的吸收和生化合成，促進膽固醇的降解和代謝[50-51]，還可以用于預防治療冠狀動脈粥樣硬化類的心臟病[52-53]。3種芡種仁中蕓薹甾醇、豆甾醇和谷甾醇含量較大，都大于1 g/100 g。其中，豆甾醇具有較強的抗氧化作用[54-55]，具有抗炎、抗腫瘤等生物活性，通過影響絲裂原活化蛋白激酶3(mitogen-activated protein kinase，MAPK)和蛋白激酶cAMP激活的催化亞單位α(PRKACA)調控細胞因子表達，起到抗炎的作用[56]，還可以用作食品添加劑(抗氧化劑和營養添加劑等)。谷甾醇是植物甾醇類成分之一，能通過降低趨化因子和炎癥因子，起到降低膽固醇、降血糖、抗氧化、抗炎和抗癌等作用[57]，其抗炎機制主要是抑制Toll樣受體4/核因子κB(TLR4/NFκB)、炎癥小體傳感器蛋白(NLRP3)、信號傳導及轉錄激活蛋白(STAT)、絲裂原活化蛋白激酶等信號通路[58]。植物甾醇還具有抑制血小板凝聚和抑制癌細胞增殖的作用，促進傷口愈合，增強毛細血管循環，可以治療潰瘍，還可以作為治療各種癌癥(乳腺癌、前列腺癌、腸癌等)的輔助治療藥物[56-60]。相較于其他藥、食同源類食品，芡種仁所含植物甾醇應用前景廣闊[47]，經濟價值高，更能突出皖北刺芡在中藥中的應用價值和重要位置。

關于芡中甾醇含量和甾醇組成的研究還相對較少，今后需要加大對不同產地的芡甾醇含量的研究，篩選出更好的藥用芡產地。

4 結 論

3 種芡種仁的主要營養成分為淀粉、蛋白質、水、糖、脂肪、纖維和灰分，主要以淀粉和蛋白質為主。皖北雜交芡種仁的淀粉含量最大，皖北刺芡種仁的淀粉含量最小，蛋白質含量則相反。

3種芡種仁中都含有16種氨基酸。皖北刺芡種仁的氨基酸含量最大，皖北雜交芡種仁的含量最小。在各種氨基酸中，以谷氨酸、精氨酸、亮氨酸等藥用氨基酸為主。皖北刺芡種仁中的人體必需氨基酸含量占氨基酸總量的35.19%，藥用價值較高。

3種芡種仁中的甾醇以谷甾醇、蕓薹甾醇和豆甾醇為主。皖北刺芡種仁中的甾醇含量相對最大，皖北雜交芡和蘇芡種仁的甾醇含量依次減小。

對芡中氨基酸和甾醇的研究揭示了芡的營養成分、功效成分與食品科學、藥用價值的聯系。今后在挖掘藥、食兩用資源中，既要重視對芡營養價值的評價研究，又要加強芡品質穩定和安全的研究。