不同地区铁皮石斛的品质差异研究

陈燕兰，钟淳菲，徐雅囡，杜冰，任运红，黎攀

(华南农业大学 食品学院，广东 广州，510000)

铁皮石斛(Dendrobium officinale)，属被子植物门，单子叶植物纲，兰科，石斛属。铁皮石斛不仅含有多糖、生物碱、糖苷类、氨基酸类以及微量元素等多种成分[1-2]，还具有多种药理作用，如增强机体的免疫能力[3]、抗氧化[4]、抗衰老[5]、抗肿瘤[6-8]和降低血糖等[9-10]，因此在民间有“救命仙草”、“中华仙草”的美称。

目前，国内外对不同部位、不同生长期、不同培养方式和不同干燥方式的铁皮石斛进行了大量的研究，曹雪原等[11]测定了铁皮石斛茎、叶、花中的多糖含量,发现茎中的多糖含量最高。徐云燕等[12]比较了人工培植的不同生长期的铁皮石斛中生物碱和多糖的含量，结果发现铁皮石斛三年生的多糖含量和总生物碱含量最高。冷佳奕[13]研究了不同培养方式对铁皮石斛类原球茎有效成分的影响，得出液体静置培养的铁皮石斛类原球茎比固体培养增殖更为迅速，也更适宜于总生物碱和多糖的积累。辛明等[14]发现经不同干燥工艺处理铁皮石斛后，其多糖含量大小排列为热风干燥>真空干燥>真空冷冻干燥>自然晾干。但有关不同地区铁皮石斛的品质差异的研究较少，且主要是研究了云南省和浙江省地区的铁皮石斛，如仝晶晶等[15]分析研究了6个不同产地铁皮石斛功效成分，发现浙江省乐清市双峰乡所产石斛的多种功效成分相对较高。刘文杰等[16]对云南省不同产地铁皮石斛的主要化学成分进行分析，发现勐海地区的铁皮石斛质量最好。而本文通过测定铁皮石斛的多糖、生物碱、黄酮等活性成分含量、多糖分子质量以及硬度、剪切力、剪切位移、黏稠度、色泽等物性，研究了广东、浙江、湖南以及云南地区的铁皮石斛的品质，能更进一步地反映不同地区铁皮石斛的品质差异，不仅可以为日后铁皮石斛的种植指明方向，节省劳动力和科技力量，而且为铁皮石斛进一步开发利用以及石斛行业的质量规范提供试验数据支撑。

该研究在前期采集样品时，基于每个省的铁皮石斛的种植面积和主要的种植基地以及各地区的全年气候等原因，主要选取了广东、浙江、湖南以及云南地区的铁皮石斛进行研究。在以上地区选取了7个铁皮石斛的主要产地进行采集，并且分别在每个采集地釆集了6份不同的样品，以保证釆集的样品量充裕，防止由于样品的个体差异对实验结果造成影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

7个地区的铁皮石斛(具体如表1)，无限极(中国)有限公司研发中心；无水葡萄糖对照品、甘露糖对照品(分析纯)，上海士锋科技有限公司；石斛碱对照品、芦丁对照品(分析纯)，广州市齐云生物技术有限公司；乙腈、苯酚、甲醇、乙酸铵、三氯甲烷、酚酞、NaOH、HCl、NaNO2(分析纯)，广州化学试剂厂；1-苯基-3-甲基-5-吡唑啉酮(分析纯)，上海酶联检测技术有限公司。

表1 石斛样品的种类、批号、年龄、栽培方式及产地Table 1 Species, batch number and producing area of Dendrobium samples

1.2 仪器与设备

SC-80C全自动色差仪，北京康光仪器厂；EZ-Test质构仪、LC-20A液相色谱仪、RID-10A示差折光检测器，日本(岛津)有限公司；UV5100紫外分光光度计，上海元析仪器有限公司；RE-52A旋转蒸发器巩义市予华仪器有限责任公司；MAT 95XP Thermo型质谱仪，Thermo公司；Krromacil C18制备色谱柱美国Krromacil公司；TSKgel G5000PWxl凝胶柱、TSKgel G3000PWxl凝胶柱，东曹达(上海)贸易有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 活性成分含量测定

1.3.1.1 多糖的测定

参照2010版《中国药典》中的实验方法测定铁皮石斛的多糖含量。

1.3.1.2 多糖的单糖组分分析

参考陈欣等[17]的方法。采用水提醇沉法提取铁皮石斛多糖，后经葡聚糖凝胶色谱柱法纯化。纯化后的多糖再经过乙酰化，参考陈乃东等[18]的分析条件，进行GC-MS气相色谱-质谱联用仪分析，并用GC-MS面积归一化法算出单糖组成含量以及甘露糖与葡萄糖峰面积之比。

1.3.1.3 甘露糖含量的测定

参照2010版《中国药典》测定铁皮石斛的甘露糖含量的方法。

1.3.1.4 浸出物含量的测定

参照2010版《中国药典》中“热浸法测定水醇溶性浸出物”的方法测定铁皮石斛的水醇溶性物质。

1.3.1.5 可溶性固形物含量

参考刘俊等[19]的方法，称取一定质量的石斛样品，100 ℃复水5 min，取出沥干后加水打浆(料液比为1∶20)后，滴1滴石斛浆状液于糖度计上测定其固形物含量。

1.3.1.6 黄酮类物质的测定

参考房晓亮等[20]的方法并做一定的修改，用80%乙醇配制0.2 mg/mL的芦丁对照品标准液，按照方法绘制标准曲线。准确称取2.0 g石斛干粉(60目筛)，置于索氏提取器中，加入80%乙醇120 mL回流提取1 h，过滤。最后用80%乙醇定容至250 mL。精确吸取样品溶液1.0 mL，置于10 mL容量瓶中，按照标准曲线项下操作，每个样品平行测定3次，测得的吸光度代入芦丁标准曲线方程中，计算石斛中总黄酮的含量。

1.3.1.7 生物碱含量的测定

使用酸性染料比色法[21]测定石斛中生物碱的含量。

1.3.1.8 多糖分子质量的测定

采用高效凝胶渗透色谱法测定，其色谱柱为TSKgel G5000PWxl与G3000PWxl(7.8 mm × 30 cm，Tosoh Bioscience, Stuttgart, Germany)串联使用，最大压力设置为3 MPa，流动相为20 mmol/L磷酸缓冲液，pH 为7.0，进样量是20 μL，流速为0.5 mL/min，洗脱时间80 min。取葡萄糖和不同分子质量的右旋糖酐标准品(Dextran)用磷酸缓冲液制成10 mg/mL的溶液。取标准品溶液注入液相色谱仪，记录色谱图。以保留时间为横坐标，相对分子质量对数值为纵坐标，绘制标准曲线。用ddH2O将石斛多糖样品溶液溶解成10 mg/mL溶液，过0.45 μm尼龙膜，再注入色谱仪，记录色谱图。根据样品的保留时间，与标准曲线对照，用GPC软件计算出多糖分子的分子质量。

1.3.2 铁皮石斛的物性测定

1.3.2.1 硬度、剪切力和剪切位移的测定

将铁皮石斛统一进行干燥处理，并测定其水分含量，当石斛干品水分含量相近时进行硬度和剪切力、剪切位移的测定。选取石斛相同部位，采用EZ-Test质构仪测定其硬度,使用ALKB切刀对样品进行TPA测试,每个样品重复10次。

1.3.2.2 黏稠度的测定

称取一定质量的石斛样品，100 ℃复水5 min，取出沥干后加水打浆，料液比为1∶20(g∶mL)。分别精密称取相同质量的石斛浆样品置于高度50 cm，直径8.0 cm的待测玻璃杯中，采用EZ-Test质构仪测定其黏稠度，每个样品重复6次。

1.3.2.3 色差

参考杨晓娜[22]的方法，将不同石斛浆样品分别平铺于带盖的透明塑料皿中，压实后采用色差仪测定色度值L*、a*、b*，每个样品测量 3 次取平均值，并按公式(1)计算样品与对照品(新鲜样品)之间的总色差(ΔE)。

ΔE=[(ΔL*)2+(Δa*)2+(Δb*)2]1/2

(1)

1.3.3 感官评价

参照2010版《中国药典》中对铁皮石斛品质的形态学和品质描述的方法，以及铁皮石斛保健和食用中常取用的评价指标进行分级鉴定。为使评价直观可靠, 随机选取20～60岁不同年龄段的男女各20人，按照表2中的感官评价标准对7个地区的铁皮石斛进行感官评价，采用每种评价标准量化打分的方式, 统计所得评价的平均值。

表2 石斛浆样品的感官评价标准Table 2 Sensory evaluation criteria for Dendrobium samples

1.4 数据分析

利用 Excel 2007 软件对数据进行统计；采用SPSS 16.0软件Analyze模块下的功能进行方差分析和相关性分析，数据为平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 铁皮石斛的物性分析

2.1.1 铁皮石斛的水分含量和质构分析

表3为铁皮石斛干品的水分含量及质构的测定结果，2010版《中国药典》规定，铁皮石斛干品水分含量不得超过12%。由表3可以看出，铁皮石斛干品水分含量均为8.51%～9.69%，因此本试验测试样品符合规定。且各种铁皮石斛干品中的水分含量没有显著性差异，可排除其对石斛硬度、剪切力和剪切位移的影响。

由表4铁皮石斛产地与各种指标的相关性分析可以得出，不同产地对铁皮石斛的硬度、剪切力、剪切位移、黏度以及稠度具有极显著影响(P<0.01)。其中，S6的硬度和剪切力最大，S1的剪切力最小，S5的硬度最小但黏度稠度最大。硬度主要反映了样品对变形抵抗的性质[23]。剪切力和剪切位移表示组织的脆性或弹性，剪切力和剪切位移越小，说明组织越脆，越容易切割[24]。传统医学认为，石斛黏稠度越高质量越好，因为黏液质含量就越高(大多数为水溶性多糖)[25]。所以S6的组织难以切割，抗变形能力最强，而S5的抗变形能力最弱，但因黏度稠度最大，质量可能比较好。其中S1的剪切力最小，但硬度比S5大，可能是因为S5是容易发生形变的物料，它需要将一部分剪切力用来克服压缩时发生的形变，所以所需的剪切力增大[26]。由以上结论得知，以铁皮石斛的质构特性为指标，云南玉溪容易加工且质量可能比较好；而湖南龙石山的黏度也高，但其硬度大，难以加工。

表3 铁皮石斛干品的水分含量及质构的测定结果Table 3 The moisture content and texture of Dendrobium officinalis were determined

表4 铁皮石斛产地与各种指标的相关性分析Table 4 Correlation analysis of Dendrobium officinalis habitats and various indexes

注：**为在0.01 水平上极显著相关；*为在0.05 水平上显著相关(下同)

2.1.2 复水铁皮石斛打浆后的色差分析

由表5可知，S1的偏红程度最大，S5的偏黄和偏绿程度最大。以产自广东高要的铁皮石斛浆S1为对照品，不同产地的铁皮石斛浆的色差ΔE均大于6且差值较大，说明不同产地的铁皮石斛浆均与广东高要的铁皮石斛浆的颜色有极显著性差异。由此可见，不同地区的铁皮石斛的颜色差异较大。

表5 不同石斛样品的打浆后的色差值及相关性分析Table 5 Color difference and correlation analysis of different Dendrobium samples after pulping

注：a值表示样品偏红或偏绿程度，a值为正值时表示样品偏红，且a值越大样品越红，a值为负值则表示样品偏绿；b值表示样品偏黄或偏蓝程度，正值表示偏黄，负值表示偏蓝；L值表示样品的亮度，L值越大说明样品的亮度越大

2.1.3 复水石斛打浆后的感官品质评价

由表6可以看出，除了S4和S5稍带异味，其他地区的铁皮石斛都带有轻微的草木香气，其中S2的香气值最高。此外，只有S2的味道带有轻微甘甜，其他地区的铁皮石斛味道一般甚至带有苦味。总体而言，除了云南保山龙陵县和云南玉溪的铁皮石斛感官品质较差外，其他地区的铁皮石斛的感官品质都在可接受范围内，而且浙江台州黄岩区的铁皮石斛感官评价总分接近12分。

2.2 铁皮石斛理化性质及活性物质含量分析

表7为石斛的活性物质含量测定结果。由表7可以看出，7个产地的铁皮石斛的多糖含量差异较大，湖南龙石山的多糖含量最高，高达28.96%。而云南玉溪的多糖含量最低，为13.13%。其中铁皮石斛的甘露糖含量随多糖含量变化而变化，7个产地的铁皮石斛的甘露糖含量差异也较大，湖南龙石山的甘露糖含量最高，高达14.35%。而云南玉溪的甘露糖含量最低，为5.83%。2010版药典规定：铁皮石斛按干燥品计算，多糖以无水葡萄糖 (C6H12O6)计，不得少于25.0%，铁皮石斛干燥品的甘露糖含量应为13%～38%。结果显示，只有湖南龙石山的铁皮石斛达到了药典要求，这说明地区会影响铁皮石斛的多糖含及甘露糖含量。XU等[27]和MENG等也证实了铁皮石斛在不同的栽培环境和不同产地种植下，其多糖含量的差异较大[27-28]。

表6 石斛浆样品的感官评价Table 6 Sensory evaluation of Dendrobium sample

水溶性浸出物测定可充分反应药材的内在质量，是确保其疗效确切、质量可靠的有效手段。中药材的浸出物含量测定作为控制其质量标准已经得到广泛应用[29-31]。在这7个地区中，S4的水溶性浸出物含量最高，说明云南保山龙陵的铁皮石斛的内在质量最好。不同产地的铁皮石斛可溶性固形物含量也有所差异，其从大到小为S1>S5>S2>S6>S4>S3>S7；可得出广东高要和云南玉溪的可溶性固形物最高，则两者的可溶性糖、酸、维生素以及矿物质的含量最高，尤其是可溶性糖类含量。本试验测定的产自浙江省的铁皮石斛的黄酮含量与吴佳雯等[32]所测定的浙江省乐清市3个不同基地2年生铁皮石斛茎中的黄酮含量相近；而产自云南玉溪铁皮石斛的黄酮含量却高于唐丽等[33]所研究的云南玉溪不同生长年龄的铁皮石斛茎中的黄酮含量，这可能与铁皮石斛的生长年龄有关，因为不同生长年龄的铁皮石斛中黄酮含量差异明显。

由以上的结论和表8铁皮石斛产地与活性物质含量的相关性分析得出，不同产地对铁皮石斛的多糖含量、水溶性浸出物含量、醇溶性浸出物含量、可溶性固形物含量、黄酮含量以及生物碱含量具有极显著影响(P<0.01)。

表7 石斛的活性物质含量测定结果Table 7 Results of determination of active substances in Dendrobium

表8 铁皮石斛产地与活性物质含量的相关性分析Table 8 Correlation analysis of Dendrobium officinalis in producing area and active substance content

2.3 多糖分子质量及其单糖组成

由表9可知，7种铁皮石斛样品多糖分子质量及其分布有明显的差异。多糖的重均分子质量在5.177～1 996.597 kDa。其中产自湖南龙石山的铁皮石斛S6的重均分子质量最大，为1 996.597 kDa，其次分别为S2、S3、S4、S5、S7、S1。多糖分子质量的分布系数为1.11～7.92，说明铁皮石斛的多糖非均一组分，是杂多糖。

表10为铁皮石斛多糖的单糖组成及其含量，由表可知，7种石斛样品的单糖组成相近，都是一种酸性杂多糖，主要由4种六碳糖(甘露糖、葡萄糖、半乳糖、鼠李糖)和3种五碳糖(核糖、阿拉伯糖、木糖)组成，其中甘露糖和葡萄糖含量最高。但不同产地的铁皮石斛的单糖组成含量存在差异，7个地区中S4的甘露糖和葡萄糖含量最高，而S2的甘露糖和葡萄糖含量最低。XING等[34]也证实了铁皮石斛多糖的单糖主要成分是甘露糖和葡萄糖。

表9 铁皮石斛多糖平均分子质量及分布情况Table 9 Average molecular weight and distribution of polysaccharide of Dendrobium officinalis

表10 铁皮石斛多糖的单糖组成及其含量Table 10 Monosaccharide composition and content of polysaccharides from Dendrobium officinale

2.4 相关性分析

2.4.1 干铁皮石斛的质构-多糖含量的相关性分析

由表11分析结果可知，铁皮石斛多糖含量与其硬度呈极显著正相关，与剪切力呈显著负相关，与剪切位移呈极显著负相关。说明干品铁皮石斛多糖的含量与其质构有关，多糖含量越高，石斛的硬度越大，而剪切力和剪切位移越小。此外，剪切位移与硬度呈显著的负相关，与剪切力呈显著的正相关。

表11 石斛多糖含量与质构的相关性分析Table 11 Correlation analysis between Dendrobium polysaccharide content and texture

注：相关系数临界值，当α=0.01时，r(15)=0.606；α=0.05时，r(15)=0.482(下同)

为了建立干品石斛的质构与其多糖含量的相关性，对硬度、剪切力、剪切位移等质构指标与多糖含量进行逐步回归分析，得最优回归方程为:

Y=11.038+0.105X1-0.056X2

式中：X1为石斛的硬度，X2为石斛的剪切力。它们与多糖含量的多元相关在α =0.05水平显著(P<0.05)。由偏回归系数分析可知，对石斛多糖含量影响最大的因素是硬度，剪切力次之。

2.4.2 干铁皮石斛的多糖-其他活性物质的相关性分析

对石斛浆的质构、感官评分与其多糖含量做相关性分析，结果如表12所示。

表12 石斛多糖含量与其他活性成分的相关性分析Table 12 Correlation analysis between Dendrobium polysaccharide content and other active ingredients

由表12的相关性表明，除了多糖含量与醇溶性浸出物相关性显著外，石斛的多糖含量与黄酮含量、可溶性物质含量、生物碱以及水溶性浸出物没有明显的相关性。以多糖为Y值，黄酮、可溶性物质、生物碱以及水醇溶性浸出物为自变量，对其做多元回归方程发现，黄酮、可溶性固形物、生物碱以及水醇溶性浸出物这5个自变量对铁皮石斛多糖含量的影响都不显著(P>0.05)，而且以此建立的多元回归方程拟合程度不高，模型不显著(P>0.05)。

3 结论与讨论

上述结果表明，产地对铁皮石斛硬度、剪切力和剪切位移等物性和铁皮石斛多糖、生物碱、黄酮等活性成分以及浸出物及其可溶性固形物含量有极显著影响。其中，湖南龙石山铁皮石斛的硬度、剪切力、黏度以及多糖含量最大；广东高要铁皮石斛的可溶性固形物和黄酮的含量最高；浙江台州黄岩区铁皮石斛的醇溶性浸出物含量最高，其香气和滋味最好；云南保山龙陵县铁皮石斛的水溶性浸出物和生物碱的含量最高；云南玉溪铁皮石斛的黏稠度最大但多糖含量最低且不含生物碱。目前判断铁皮石斛质量好坏的方法主要是通过多糖含量来判断。所以本文也通过分析铁皮石斛的多糖含量与质构以及其他活性成分之间的相关性来判断7个地区的品质差异。发现铁皮石斛多糖含量与其硬度呈极显著正相关，而与其他活性成分没有明显的相关性。从硬度与多糖含量之间的关系可得出湖南龙石山铁皮石斛的质量最好。其原因可能与湖南低纬度的地理位置和中亚热带季风湿润气候有关。而且在秋冬季的时候，湖南的昼夜温差比较大，能更好地通过调节棚内的湿度以及温度来保证铁皮石斛的生长。此外，一定的低温可促进多糖的积累。所以湖南龙石山的铁皮石斛的多糖和硬度最大。其他地区的多糖含量未达到药典的规定值，主要原因是该铁皮石斛的生长年限较短。有研究[35]发现5年生的铁皮石斛的多糖含量最高，而一年生的多糖含量最低。胡培等[36]也发现武当山地区不同生长年限的铁皮石斛中只有两年生的茎中多糖和甘露糖的含量达到了药典标准。另外，种植方式也会影响铁皮石斛的多糖和甘露糖含量[37]，仿野生种植方式多糖含量最高，而大棚种植方式的多糖含量较低，难以达到药典标准值。不同光照条件也会影响铁皮石斛多糖含量，邵蔚等[38]证实采用不遮光和双层遮阴网的光照条件，铁皮石斛的多糖含量均未达到药典标准。

醇溶性浸出物的变化一般跟新芽萌发、生长期和季节有关。在夏季时，植株的各种生理活动活跃，生长旺盛，其醇溶性浸出物含量的增加速率和增加量比秋冬的快[39]。所以即使在同一时间采集，也会因各地区气候的差异而导致醇溶性浸出物的含量不同。有研究证明[40]，在排除水分含量的影响下，可溶性糖含量与光照强度增加呈正相关关系，在360 μmol/(m2·s)的光照强度和 40%水分含量下，可溶性糖含量达到最大值。即湿热的广东地区比较适合铁皮石斛可溶性固形物的积累。徐步青等[41]研究了不同光照强度对铁皮石斛的影响，发现铁皮石斛在500 lx的光照强度下生长30 d，生物碱含量可以高达 0.028%。而云南的全年的光照强度没有其他地区那么高，很适合铁皮石斛的可溶性固形物和生物碱的积累。此外，7种铁皮石斛的甘露糖与葡萄糖峰面积之比较低，其主要原因是葡萄糖的含量较高，可能因为在栽培期间，7个地区的铁皮石斛的开花期受到外界环境的影响而变短，比如低温和外源NO。铁皮石斛开花不仅显著消耗铁皮石斛中的多糖，而且还显著降低多糖中甘露糖、半乳糖醛酸、葡萄糖的质量分数，促进木糖和阿拉伯糖的积累[42]。所以在开花期前后采摘，铁皮石斛的单糖组成含量也有差异。除了地区的气候条件对铁皮石斛的主要成分有所影响，栽培时所控制的环境条件也会影响铁皮石斛的生长，比如栽培基质、水肥管理等。因此，往后的研究不仅要深入了解栽培条件与各个地区气候的调节关系，也要建立一种快速简便地筛选符合要求的铁皮石斛的方法或体制。