DOI:10.3969/j.issn.2095-6002.2018.05.011
中图分类号:TS201.4
荸荠与黑荸荠营养成分的比较分析
魏连会1， 刘宇峰1， 姬妍茹1， 董艳1， 杨庆丽1， 宋淑敏1， 石杰1， 孙兴荣2
| 【作者机构】 | 1黑龙江省科学院大庆分院； 2黑龙江省农业科学院大庆分院 |
| 【分 类 号】 | TS201.4 |
| 【基 金】 | 黑龙江省科学院青年基金面上项目(CXMS2017DQ01) |
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荸荠与黑荸荠营养成分的比较分析
荸荠(Eleocharis dulcis)，亦称马蹄、乌茶、红慈菇等，是一种药食两用的果蔬类食材，在我国长江以南各省广泛种植。荸荠营养丰富，肉质细嫩，汁多味甜，清脆爽口，有“地下雪梨”之美誉，北方视为“江南人参”[1]。荸荠含有水分、碳水化合物、蛋白质、脂肪、粗纤维、矿物质等多种营养物质[2]。中医认为荸荠性寒味甘，具有清热化痰、生津开胃、明目清音、消食醒酒等保健功效[3]。
荸荠中含的磷元素是根茎类蔬菜中较高的，能促进人体生长发育、维持生理功能同时可促进体内的糖、脂肪、蛋白质的代谢，调节酸碱平衡，因此荸荠适合儿童食用[4]。同时荸荠富含多酚类、黄酮类、甾醇类、多糖类等功能活性成分，使其具有抗氧化、抗菌、免疫调节与抗肿瘤等多种保健功能[5-8]。
黑荸荠产品的研制是将黑蒜的生产技术应用到了其他块茎类食材，以新鲜的荸荠为原料，采用变温发酵技术熟化而成，不添加食品添加剂，在保留原有营养成分的同时，多酚类物质明显增加，反应过程引发美拉德反应，新增功能成分类黑精可显著提升产品的抗氧化、抗肿瘤、抗菌等保健功效[9]。
笔者研究团队前期通过对荸荠熟化过程中关键控制工艺条件研究，已探索出黑荸荠生产较佳工艺条件[10]，本研究继续对荸荠与黑荸荠的营养及其功能成分进行对比，旨在为产品的推广提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 主要材料与试剂
鲜荸荠，购于湖北宜昌市；无水乙醇、碳酸钠、氢氧化钠、正丁醇，天津市大茂化学试剂厂；芦丁标准品、Folin-酚试剂，合肥博美生物科技有限责任公司；没食子酸，济宁泰诺化工有限公司；鼠李糖、D(+)-半乳糖、无水葡萄糖、甘露糖、D-阿拉伯糖，北京中科仪友化工技术研究院。
1.2 主要仪器设备
L-8900型全自动氨基酸分析仪，天美科学仪器有限公司；LC-15C型高效液相色谱仪，日本岛津；VFD3000-8000型冻干机，北京博医康实验仪器有限公司；黑荸荠生产设备，黑龙江省科学院大庆分院机电研究所研制；ME204E型分析天平，梅特勒-托利多仪器公司；T6型紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器公司；HH-1型恒温水浴锅，金坛市盛蓝仪器制造公司；JJ-2B型组织捣碎机，常州菲普实验仪器厂；410HT型超声波清洗机，深圳市光点超声波设备公司。
1.3 实验方法
1.3.1 黑荸荠的制作
将鲜荸荠洗净吹干后，装入耐高温密封塑料袋，放入加工设备，按照设定程序运行15 d后，制成黑荸荠[10]。
1.3.2 粗多糖的提取与纯化
将荸荠和黑荸荠真空冷冻干燥，粉碎，过80目筛。称取10 g冻干粉末，加入50 mL石油醚脱脂90 min，将脱脂后产品转入200 mL烧杯中，按照固液比1∶15 g/mL(荸荠、黑荸荠的质量与提取水溶液体积的比例)，80 ℃水浴提取多糖5 h，将多糖粗提液用4层棉纱布过滤，将滤过夜8 000 r/min离心，取离心上清液过300目滤布，过滤液再用真空过滤(滤纸过滤)，取滤过液，加入V(氯仿)∶V(正丁醇)=4∶1的溶剂萃取多次，去除蛋白质，直到两相间无乳白色絮状物。加入φ=15%的双氧水脱色6 h，水浴浓缩到50 mL, 加入φ=95%的乙醇进行醇沉，至乙醇终浓度体积分数为80%，过夜，离心收集沉淀，干燥得到粗多糖。
1.3.3 粗多糖中单糖组分的测定
1.3.3.1 粗多糖的水解
称取荸荠和黑荸荠多糖20 mg，加入2 mL 2 mol/L 的三氟乙酸溶液，密封后置于110 ℃恒温干燥箱水解5 h，将水解液，置于离心机上14 000 r/min离心，取上清液，蒸干，定容到2 mL，待衍生。
1.3.3.2 单糖的衍生化处理
取荸荠和黑荸荠多糖的水解产物，准确移取0.2 mL于玻璃具塞离心管中，分别加入0.2 mL，0.5 mol/L 的1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮(1-phenyl-3-methyl-5-pyrazolone，PMP)甲醇溶液和 0.2 mL，0.3 mol/L的NaOH溶液，于70 ℃水浴中，加热60 min，冷却后加入0.2 mL，0.3 mol/L的盐酸溶液中和，再加入1 mL氯仿萃取5次，离心，取上清液，用水定容到5 mL待用。
分别称取鼠李糖、D(+)-半乳糖、无水葡萄糖、甘露糖、D-阿拉伯糖标准品适量，配置浓度为1 mol/L的糖标准品溶液。取各个标准品溶液10 μL ，稀释定容到2 mL混匀，按照样品方法做衍生化处理，得到标准糖衍生化样品。
1.3.3.3 单糖组分测定
将样品及其标准品PMP衍生物，过0.22 μm 滤膜，按照以下HPLC方法检测，Agilent Venusil XBP-C18型色谱柱(4.6 mm×150 mm，5 μm)；流动相 V(乙腈)∶V(0.05 mol/L 乙酸铵的水溶液，pH 5.5)=20∶80，流速1 mL/min，检测波长250 nm，柱温30 ℃，进样量10 μL。
1.3.4 总氨基酸种类和含量的测定
将荸荠和黑荸荠样品真空冷冻干燥，粉碎，过80目筛，取冻干粉20 mg，于耐高温离心管中，加入10 mL，6 mol/L的盐酸溶解，用氮吹仪排净空气，放入110 ℃恒温干燥箱中水解24 h，将水解后的样品倒入蒸发皿中，70 ℃水浴蒸干。用0.02 mol/L的HCl溶解样品，并定容到1 L。将待测液过0.22 μm的滤膜，进行总氨基酸含量的测定[11]。
1.3.5 主要矿物元素含量的测定
荸荠及黑荸荠中各主要矿物元素检测方法如下：钠参照国标GB/T 5009.91—2003，磷参照国标GB/T 5009.87—2008，铁参照国标GB/T 5009.90—2003，钙参照国标GB/T 5009.92—2003。
1.3.6 其他指标的测定
蛋白质含量的测定参照国标GB/T 5009.5—2010《食品中蛋白质的测定》；粗脂肪含量的测定参照国标GB/T 5009.6—2003《食品中脂肪的测定》；碳水化合物含量的测定参照国标 GB/Z 21922—2008；还原糖的测定参照国标GB/T 5009.7—2008；总糖的测定参照国标GB/T 5009.8—2008；灰分的测定参照国标GB/T 5009.4—2010。黄酮含量的测定参照文献[12-13]；总多酚含量的测定参照文献[14-15]；类黑精含量的测定参照文献[16-17]。
2 结果与分析
2.1 粗多糖中单糖组分对比
2.1.1 标准单糖色谱测定
将单糖标准品混合后，进行高效液相色谱分析，见图1。
图1 混合单糖高效液相色谱
Fig.1 High performance liquid chromatogram of mixed monosaccharides
由图1可知，出现了6个明显的分离峰，这些单糖在色谱柱上得到了有效的分离。对照各个单糖与混合单糖及其衍生剂的出峰时间，可知衍生剂PMP为7.200 min，得出标准单糖的出峰时间甘露糖为9.014 min，鼠李糖为12.356 min，无水葡糖糖为23.831 min，D-半乳糖为26.806 min，D-阿拉伯糖为29.966 min。
2.1.2 粗多糖样品的单糖组分分析
荸荠与黑荸荠产品多糖经过水解，PMP甲醇溶液衍生后，经高效液相色谱检测单糖组分如图2和图3。
图2 荸荠多糖高效液相色谱
Fig.2 High performance liquid chromatogram of water chestnut polysaccharides
图3 黑荸荠多糖高效液相色谱
Fig.3 High performance liquid chromatogram of black water chestnut polysaccharides
荸荠和黑荸荠多糖水解衍生物图谱出峰时间与混合标准单糖图谱各个单糖的出峰时间比较，可知荸荠和黑荸荠中多糖主要由无水葡萄糖、D-半乳糖、D-阿拉伯糖组成。与荸荠相比较，加工后黑荸荠产品D-半乳糖含量相对增加。
2.2 氨基酸种类和含量对比
荸荠及黑荸荠产品氨基酸图谱见图4和图5。氨基酸种类及含量见表1。
图4 荸荠样品氨基酸图谱
Fig.4 Amino acids profiles of water chestnuts
图5 黑荸荠样品氨基酸图谱
Fig.5 Amino acids profiles of black water chestnuts
通过全自动氨基酸分析仪，对荸荠和黑荸荠中氨基酸进行测定，荸荠中含有氨基酸11种，分别为Ala、Gly、Glu、Ser、Asp、His、Arg、Thr、Phe、Lys、Val, 其中必需氨基酸含有4种，分别为Thr、Phe、Lys、Val，含有His、Arg这2种半必需氨基酸。黑荸荠中含有氨基酸13种，分别为Ala、Gly、Glu、Ser、Asp、Cys、His、Arg、Thr、Phe、Lys、Val、Met，其中包括5种必需氨基酸和2种半必需氨基酸。黑荸荠与荸荠相比较氨基酸种类更加丰富，增加了一种必需氨基酸和一种非必需氨基酸。
荸荠与黑荸荠中氨基酸的种类和含量如表1，可见黑荸荠中氨基酸种类增加，且新增的Cys为唯一还原性氨基酸，但氨基酸整体含量有所下降。
2.3 矿物质元素含量比较分析
荸荠和黑荸荠中主要矿物质元素含量如图6。通过比较荸荠与黑荸荠产品中主要矿物质元素含量变化，由高到低依次为P、Fe、Na、Ca。荸荠中各元素含量依次为0.21、0.115、0.09、0 mg/g。黑荸荠中各元素含量依次为0.26、0.167、0.15、0.09 mg/g。其中磷能促进人体生长发育和维持生理功能的需要，同时能够促进人体物质代谢，熟成后黑荸荠产品各矿物质元素含量大大增加，食用价值更高。
2.4 其他指标对比
荸荠和熟成后的黑荸荠产品中蛋白质、脂肪、碳水化合物、还原糖、多糖、灰分含量如图7。
表1 荸荠和黑荸荠氨基酸种类和含量
Tab.1 Amino acids compositions of water chestnuts and black water chestnuts %
氨基酸种类荸荠黑荸荠天冬氨酸Asp1.9451.316苏氨酸Thr*0.1690.074丝氨酸Ser0.2870.130谷氨酸Glu0.5940.268甘氨酸 Gly0.1860.144丙氨酸 Ala0.2270.160缬氨酸Val*0.2410.121半胱氨酸 Cys0.011蛋氨酸Met*0.010苯丙氨酸Phe*0.2580.146赖氨酸 Lys*0.3500.086组氨酸 His0.1010.032精氨酸 Arg0.5960.043总氨基酸4.9542.530
*为必需氨基酸，-为未检出。
图6 荸荠和黑荸荠中矿物质元素含量
Fig.6 Mineral elements contents in water chestnuts
and black water chestnuts
图7 荸荠和黑荸荠中主要营养物质含量
Fig.7 Main nutrient contents in water chestnuts and
black water chestnuts
黑荸荠与荸荠相比，主要营养物质成分蛋白质、脂肪、还原糖、碳水化合物、总糖、灰分含量均增加。还原糖和总糖含量增加较大，赋予黑荸荠香甜的口感，更符合人们对休闲食品口感的要求。
对荸荠和黑荸荠中功能活性物质黄酮、总多酚、类黑精的检测结果见图8。
图8 荸荠和黑荸荠中功能活性物质含量
Fig.8 Functional ingredients contents in water chestnuts
and black water chestnuts
荸荠加工成黑荸荠后功能活性因子，黄酮、多酚、类黑精的含量显著增加。特别是在荸荠熟化过程中引发美拉德链式反应，类黑精含量成倍数级增高，使其在抗肿瘤，降血脂、抗氧化等功能活性方面作用更强，极大地增加了产品的附加值，是一种难得的具有保健功效的功能食品。
3 结 论
熟成黑荸荠产品与荸荠相比较，多糖中单糖主要由葡萄糖、D-半乳糖、D-阿拉伯糖组成。与荸荠相比，加工后黑荸荠产品D-半乳糖含量相对增加。其中黑荸荠检测到13种氨基酸，荸荠中含有氨基酸11种，黑荸荠中增加了一种必需氨基酸Met和一种还原性氨基酸Cys。
黑荸荠中主要营养物质蛋白质、脂肪、碳水化合物、还原糖、多糖等营养物质含量增高，主要矿物质离子P、Fe、Na、Ca含量增加。功能活性物质黄酮、多酚、类黑精含量大大增加。
荸荠熟成黑荸荠后，主要营养物质和功能活性成分大大提高，因此将荸荠加工成黑荸荠保健果脯，作为一种新型的荸荠深加工产品，可增加产品的附加值，也将带动荸荠产业的发展，促进农民增收和地方经济发展。
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Comparative Analysis of Nutrients in Water Chestnuts and Black Water Chestnuts
魏连会，男，助理研究员，主要从事功能性食品方面的研究；
*刘宇峰，女，研究员，主要从事功能食品微生物方面的研究，通信作者。
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