趙鳳敏 李樹(shù)君 張小燕 楊炳南 劉 威 蘇 丹 楊延辰

(中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院，北京 100083)

馬鈴薯是世界上最重要的糧菜兼用型作物之一，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和廣泛的用途[1]。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)資料顯示，2011年我國(guó)的馬鈴薯種植面積為5 426.652千公頃，產(chǎn)量達(dá)到8 835.022萬(wàn)t，種植面積以及產(chǎn)量均位居世界第一。我國(guó)馬鈴薯種質(zhì)資源庫(kù)登記了近千個(gè)品種，主要種植區(qū)分布在黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏、山西、云南、貴州及四川等地[2]。

馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)豐富，除含有大量的碳水化合物、優(yōu)質(zhì)淀粉、維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)外，蛋白質(zhì)也是馬鈴薯重要的營(yíng)養(yǎng)成分[3]。馬鈴薯中的蛋白質(zhì)最接近動(dòng)物蛋白，含量在1.5～2.5 g/100 g之間，比大豆蛋白更優(yōu)質(zhì)[4]。馬鈴薯蛋白質(zhì)中含有大量的氨基酸，除8種人體必需氨基酸(Essential Amino Acid, EAA)外，半必需氨基酸(如精氨酸Arg、組氨酸His等)含量也十分豐富，還含有鮮味氨基酸(如天冬氨酸Asp)、甜味氨基酸(如甘氨酸Gly、蘇氨酸Thr、脯氨酸Pro、丙氨酸Ala等)、芳香氨基酸(如酪氨酸Tyt、苯丙氨酸Phe)及藥效氨基酸(亮氨酸Leu、異亮氨酸Ile、賴(lài)氨酸Lys)等，是一般糧食作物所不能比擬的[5]。不同的馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)成分差異很大，直接影響馬鈴薯食品的功效、口感、氣味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。目前我國(guó)將近90%的馬鈴薯直接用于鮮食[6]，篩選出氨基酸含量豐富且均衡的品種，對(duì)于促進(jìn)馬鈴薯種質(zhì)資源合理利用、指導(dǎo)優(yōu)質(zhì)品種選育及種植具有重要意義。

本試驗(yàn)收集了國(guó)內(nèi)廣泛種植且產(chǎn)量較高的29個(gè)馬鈴薯品種，測(cè)定17種氨基酸，分析不同品種的氨基酸組成差異，采用模糊識(shí)別法、氨基酸評(píng)分(Amino Acid Score, AAS)法及氨基酸比值系數(shù)(Ratio Coefficient, RC)、氨基酸比值系數(shù)分(Score of Ratio Coefficient, SRC)等指標(biāo)對(duì)不同品種的馬鈴薯氨基酸成分進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)，為馬鈴薯產(chǎn)業(yè)升級(jí)及產(chǎn)品利用開(kāi)發(fā)提供了參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為國(guó)內(nèi)廣泛種植且產(chǎn)量較高的29個(gè)品種的馬鈴薯樣品，由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉所試驗(yàn)基地種植并提供。為保證馬鈴薯品種特征的穩(wěn)定性和可比性，試驗(yàn)品種均為國(guó)家或地方審定入庫(kù)品種，屬于同一級(jí)別微型薯，經(jīng)相同栽培條件種植并收獲，所有樣品分別采用塑料編織袋包裝，再放入泡沫紙箱以防止表面擦傷和其他機(jī)械傷，最短時(shí)間內(nèi)運(yùn)輸至試驗(yàn)室避光保存，貯藏溫度為2～6 ℃，環(huán)境相對(duì)濕度80%～85%。測(cè)定前對(duì)樣品統(tǒng)一編號(hào)處理，樣品序號(hào)及名稱(chēng)見(jiàn)表1，編號(hào)后在最短時(shí)間內(nèi)測(cè)定樣品蛋白質(zhì)及17種氨基酸的含量。

1.2 主要試劑與儀器

混合氨基酸標(biāo)準(zhǔn)液(2nmol/L)：日本和光純藥工業(yè)株式會(huì)社；苯酚(分析純)：汕頭市西隴化工廠有限公司。

表1 29個(gè)馬鈴薯品種的編號(hào)及名稱(chēng)

日立L-8900全自動(dòng)氨基酸分析儀：日本HITACHI公司；KDY-9820凱氏定氮儀：北京思貝得機(jī)電技術(shù)研究所；N-EVAP氮?dú)鉂饪s吹干儀：美國(guó)ORGANOMATION公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 氨基酸測(cè)定方法

參照GB/T 5009.124—2003食品中氨基酸的測(cè)定方法，首先將不同品種的馬鈴薯樣品打成勻漿，準(zhǔn)確稱(chēng)取約2 g的樣品(精確到0.000 1 g)于水解管內(nèi)，利用6 mol/L的HCl溶液進(jìn)行水解，用全自動(dòng)氨基酸分析儀以外標(biāo)法測(cè)定馬鈴薯樣品中的17種氨基酸(具體種類(lèi)見(jiàn)2.1，其中色氨酸在酸水解中被破壞，未測(cè)定)。為保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，每個(gè)樣品均進(jìn)行平行檢測(cè)，在重復(fù)條件下獲得的2次獨(dú)立測(cè)定結(jié)果的絕對(duì)差值不超過(guò)算術(shù)平均值的12%。

1.3.2 模糊識(shí)別法

根據(jù)蘭氏距離法[7]定義對(duì)象u和標(biāo)準(zhǔn)蛋白模式a的貼近度U(a,u)，貼近度可以反映評(píng)價(jià)對(duì)象的氨基酸品質(zhì)與模式蛋白a氨基酸的接近程度，值越接近1，其蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相對(duì)越高。計(jì)算公式為：

(1)

式中：ak為標(biāo)準(zhǔn)蛋白模式的第k種EAA含量，1≤k≤7；uik為第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第k種EAA含量，1≤k≤7。

1.3.3 氨基酸評(píng)分法

AAS也可稱(chēng)為氨基酸比值。由于不同物料蛋白質(zhì)中氨基酸組成不盡相同，其所含的必需氨基酸組成比例越接近人體需要，則質(zhì)量越優(yōu)。根據(jù)氨基酸平衡理論，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)和世界衛(wèi)生組織(WHO)1973年提出了評(píng)價(jià)蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的必需氨基酸模式[8]。AAS也可依據(jù)全雞蛋蛋白模式進(jìn)行計(jì)算[9]，F(xiàn)AO/WHO模式及全雞蛋蛋白模式各種EAA含量如表2所示。AAS計(jì)算公式為：

AASi=

(2)

式中：AASi為被測(cè)食物蛋白質(zhì)中的第i種EAA評(píng)分值，1≤i≤7；模式蛋白質(zhì)一般采用FAO/WHO模式或全雞蛋蛋白模式。

表2 FAO/WHO模式及全雞蛋蛋白模式中EAA含量/mg/g pro

1.3.4 氨基酸比值系數(shù)

RC可以反映食物中氨基酸組成含量與模式氨基酸的偏離程度[10]，各種EAA的RC應(yīng)該等于1；若RC>1，表明該種EAA相對(duì)過(guò)剩；若RC<1，表明該種EAA相對(duì)不足。RC最小值為該食物中的第一限制氨基酸，RC計(jì)算公式為：

(3)

1.3.5 氨基酸比值系數(shù)分

SRC表示食物蛋白質(zhì)的相對(duì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，SRC值越接近100，表明EAA在氨基酸生理平衡方面所做的貢獻(xiàn)越大，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高[7]。計(jì)算公式為：

(4)

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品的氨基酸圖譜

標(biāo)準(zhǔn)樣品的氨基酸圖譜見(jiàn)圖1。按出峰順序分別為：天冬氨酸(Asp)、蘇氨酸(Thr)、絲氨酸(Ser)、谷氨酸(Glu)、脯氨酸(Pro)、甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、胱氨酸(Cys)、纈氨酸(Val)、蛋氨酸(Met)、異亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)、酪氨酸(Tyr)、苯丙氨酸(Phe)、賴(lài)氨酸(Lys)、組氨酸(His)和精氨酸(Arg)。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)樣品的氨基酸圖譜

2.2 氨基酸組成和分析

2.2.1 總氨基酸含量與必需氨基酸含量

對(duì)29個(gè)品種的馬鈴薯17種不同的氨基酸含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，EAA及非必需氨基酸(NEAA)統(tǒng)計(jì)結(jié)果分別如表3、表4所示。不同品種馬鈴薯的17種氨基酸最大值和最小值差異明顯，變化區(qū)間較大。除EAA中纈氨酸Val和胱氨酸Cys變異系數(shù)接近10%外，其他氨基酸變異系數(shù)均超過(guò)10%，表明不同品種馬鈴薯樣品氨基酸含量和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值差異性很大。

表3 29個(gè)品種馬鈴薯必需氨基酸測(cè)量值分布情況/mg/g pro

注：樣本量為29。

表4 29個(gè)品種馬鈴薯非必需氨基酸測(cè)量值分布情況/mg/g pro

注：樣本量為29。

不同品種的馬鈴薯氨基酸總量(TAA)與EAA含量關(guān)系見(jiàn)圖2a。圖2a中29個(gè)樣本點(diǎn)波動(dòng)明顯，且TAA與EAA波動(dòng)方向基本一致，離群點(diǎn)少，即一般情況下，TAA含量越高，EAA含量也越高，而不同品種的馬鈴薯樣品TAA與EAA含量存在較大差異。按照FAO/WHO模式或全雞蛋蛋白模式確定必需氨基酸為7類(lèi)：Ile、Leu、Lys、Met+Cys、Phe+Tyr、Thr和Val。從圖2b中可以看出，不同馬鈴薯品種的各類(lèi)必需氨基酸含量和誤差線較高，因此有必要根據(jù)模式氨基酸計(jì)算不同品種馬鈴薯營(yíng)養(yǎng)價(jià)值差異。

圖2 29個(gè)馬鈴薯品種的TAA與EAA含量折線圖(a)及EAA平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)柱形圖(b)

2.2.2 與模式氨基酸的貼近度比較

按照模糊識(shí)別法的式(1)計(jì)算得到待評(píng)29個(gè)馬鈴薯品種的7類(lèi)EAA與FAO/WHO模式及全雞蛋蛋白模式的貼近度，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 29個(gè)馬鈴薯品種相對(duì)于模式氨基酸的貼近度

以FAO/WHO模式及全雞蛋蛋白模式為標(biāo)準(zhǔn)，得出29種馬鈴薯品種的蛋白質(zhì)中氨基酸營(yíng)養(yǎng)排序，2種蛋白質(zhì)模式的貼近度基本一致。其中，LBr-25、俄8、高原7號(hào)、Shepody和青薯168的蛋白質(zhì)貼近度最高，更接近1，且都高于豬瘦肉蛋白[11](FAO/WHO模式貼近度0.919)和大豆蛋白[12](FAO/WHO模式貼近度0.896)，可作為優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)來(lái)源。Hertha、天薯10號(hào)、轉(zhuǎn)心烏和Kondor的蛋白質(zhì)貼近度最低，接近于高粱、小麥粉和蠶豆蛋白[13-14](FAO/WHO模式貼近度分別為0.840、0.830和0.823)，蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相對(duì)較低。其他品種FAO/WHO模式貼近度均在0.85～0.90之間、全雞蛋蛋白模式貼近度均在0.80～0.90之間，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，品種間差別不是很大。

2.2.3 RC和SRC分析

按照式(3)和(4)計(jì)算得出各品種的RC值和SRC值，結(jié)果如表6所示。比較同一品種EAA的RC值，得出29個(gè)品種的第一限制氨基酸，其中LBr-25的第一限制氨基酸為Ile；Shepody、春薯1號(hào)、青薯168和高原7號(hào)的第一限制氨基酸為L(zhǎng)eu；其他24個(gè)品種第一限制氨基酸均為T(mén)hr。以上幾種必需氨基酸與模式氨基酸比較相對(duì)不足，需要在今后食品加工中予以強(qiáng)化。另外，各品種的含硫氨基酸Met+Cys及生糖氨基酸Val含量相對(duì)于模式氨基酸較高，可根據(jù)蛋白質(zhì)互補(bǔ)法[15]和其他果蔬蛋白質(zhì)混合食用，從而有效提高不同食物的營(yíng)養(yǎng)利用價(jià)值。

比較不同品種的SRC指標(biāo)值，品種LBr-25最高，達(dá)65.94，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高且均衡；青薯168、高原7號(hào)、俄8、渝馬鈴薯1號(hào)和Shepody次之，SRC均高于50；轉(zhuǎn)心烏最低，SRC為16.96；其他品種SRC均在33～50之間，差異不是很大。

表6 29個(gè)馬鈴薯品種的RC值與SRC值

注：RC與SRC的計(jì)算采用FAO/WHO必需氨基酸參考模式，*為第一限制性氨基酸。

2.3 馬鈴薯品種聚類(lèi)分析

2.3.1 不同馬鈴薯品種的系統(tǒng)聚類(lèi)分析

為篩選出蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最高的馬鈴薯品種，試驗(yàn)對(duì)29個(gè)品種進(jìn)行了系統(tǒng)聚類(lèi)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)FAO/WHO模式貼近度、全雞蛋蛋白模式貼近度及SRC值共3項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用歐氏距離測(cè)定29個(gè)不同品種之間的組內(nèi)聯(lián)接距離，得出最短距離聚類(lèi)譜系圖如圖3，從最大組內(nèi)聯(lián)接距離的中值處進(jìn)行劃分，將29個(gè)品種分為4類(lèi)。

圖3 29個(gè)馬鈴薯品種的系統(tǒng)聚類(lèi)分析

2.3.2 分類(lèi)結(jié)果的顯著性分析

為評(píng)價(jià)分類(lèi)結(jié)果的合理性，檢驗(yàn)不同類(lèi)別之間的差異及顯著性，試驗(yàn)利用SPSS 19.0軟件對(duì)分類(lèi)的4個(gè)組別的FAO/WHO模式貼近度、全雞蛋蛋白模式貼近度及SRC值3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了單因素方差分析。設(shè)置顯著性水平為α=0.05，選用Tukey和R-E-G-WQ方法檢驗(yàn)不同指標(biāo)的方差齊性，結(jié)果分別為0.333、0.443和0.283，均高于設(shè)定的顯著性水平，結(jié)果不顯著，證明這3個(gè)指標(biāo)方差是齊性的。

單因素方差分析結(jié)果見(jiàn)表7，3個(gè)指標(biāo)F值的顯著性均P<0.001，說(shuō)明根據(jù)這3個(gè)指標(biāo)劃分的聚類(lèi)組別有顯著性差異，分類(lèi)結(jié)果可靠。

表7 29個(gè)馬鈴薯品種的單因素方差分析表

3 結(jié)論與建議

試驗(yàn)分析了29個(gè)不同品種的馬鈴薯氨基酸組成和必需氨基酸的含量，利用模糊識(shí)別方法得出與FAO/WHO模式及全雞蛋蛋白模式的貼近度，通過(guò)計(jì)算氨基酸比值系數(shù)和氨基酸比值系數(shù)分得出29個(gè)品種的第一限制氨基酸和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值排序，經(jīng)系統(tǒng)聚類(lèi)分析篩選出了氨基酸食用價(jià)值最高的6個(gè)品種，分別為L(zhǎng)Br-25、青薯168、高原7號(hào)、俄8、渝馬鈴薯1號(hào)和Shepody，單因素方差分析結(jié)果表明得出的4個(gè)組別間有顯著差異，分類(lèi)結(jié)果可靠。

由于色氨酸Trp在酸水解過(guò)程中被破壞，因此試驗(yàn)僅測(cè)定了17種氨基酸用于評(píng)價(jià)馬鈴薯蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，今后研究中可以通過(guò)堿水解及過(guò)甲酸氧化法測(cè)定Trp含量，進(jìn)而完善研究?jī)?nèi)容和分析結(jié)果；同時(shí)，中國(guó)馬鈴薯品種數(shù)量繁多，可進(jìn)一步擴(kuò)大試驗(yàn)樣本量，豐富并驗(yàn)證營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)結(jié)果；另外，轉(zhuǎn)心烏品種雖然在氨基酸營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)中得分低，但由于該品種花青素含量高、食味好，可作為特色食品進(jìn)行后續(xù)研究和深入加工。

[1]楊麗華. 中國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)策[J]. 西部大開(kāi)發(fā): 中旬刊, 2013 (2): 11-11

[2] 謝開(kāi)云, David Tay, 王鳳義,等. 國(guó)際馬鈴薯中心(CIP)馬鈴薯種質(zhì)資源及其在中國(guó)的利用[C]. 2009年中國(guó)馬鈴薯大會(huì)論文集， 2009: 201-208

[3]楊孝賢. 馬鈴薯與人類(lèi)營(yíng)養(yǎng)的關(guān)系[J]. 馬鈴薯雜志, 1995, 9(1): 63-64

[4]張澤生, 劉素穩(wěn), 郭寶芹, 等. 馬鈴薯蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)[J]. 食品科技, 2007(11): 219-221

[5]張鳳軍, 張永成, 田豐. 馬鈴薯蛋白質(zhì)含量的地域性差異分析[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2008, 17(1): 263-265

[6]張小燕, 趙鳳敏, 興麗, 等. 不同馬鈴薯品種用于加工油炸薯片的適宜性[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2013, 29(8):276-283

[7]朱圣陶, 吳坤. 蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)——氨基酸比值系數(shù)法[J]. 營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào), 1988, 10(2): 187-190

[8]Joint F A O. Energy and protein requirements[M]. World Health Organization, 1973

[9]楊偉雄. 玉米濃縮蛋白的制備及其營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)[J]. 中國(guó)糧油學(xué)報(bào), 1989(3): 2-7

[10]Shengtao Z, Kun W. Nutritional evaluation of protein——ratio coefficient of amino acid [J]. Acta Nutrimenta Sinica, 1988,10(2): 181-190

[11] 趙法僅, 郭俊生, 陳洪章, 等. 大豆平衡氨基酸營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的研究[M]. 營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào), 1986, 8(2): 153-159

[12]張龍期, 張庭芳, 李令媛, 等. 生化實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)[J]. 北京：北京人民教育出版社, 1981, 55-59

[13]朱篤, 徐曲. 青葙種子蛋白質(zhì)氨基酸的分析研究[J]. 江西師范大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2002, 26(3): 242-244

[14]周丹蓉, 廖汝玉, 方智振, 等. 李果實(shí)蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)與聚類(lèi)分析[J]. 福建果樹(shù), 2012 (4): 1-6

[15]錢(qián)愛(ài)萍, 林虬, 余亞白, 等. 閩產(chǎn)柑橘果肉中氨基酸組成及營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2008, 24(6): 86-90.