楊永濤，潘思源，靳欣欣，高 仿，田英姿,*，丁曉麗（.華南理工大學輕工科學與工程學院，廣東 廣州 50640；.喀什大學生命與地理科學學院，新疆 喀什 844006）

不同品種核桃的氨基酸營養(yǎng)價值評價

楊永濤1，潘思源1，靳欣欣1，高 仿1，田英姿1,*，丁曉麗2
（1.華南理工大學輕工科學與工程學院，廣東 廣州 510640；2.喀什大學生命與地理科學學院，新疆 喀什 844006）

選取新疆、云南等6 個核桃主產(chǎn)區(qū)共29 個核桃品種，對其蛋白質(zhì)組成進行測定。應用模糊識別法計算核桃蛋白與模式蛋白的貼近度，并結合氨基酸比值系數(shù)法對核桃蛋白營養(yǎng)價值進行評價。依據(jù)核桃蛋白與模式蛋白的貼近度及氨基酸比值系數(shù)分，采用系統(tǒng)聚類分析法對29 個品種核桃進行分類。結果表明：核桃蛋白總氨基酸含量在343.22～985.99 mg/g pro之間，必需氨基酸占氨基酸總量30%～41%，氨基酸比值系數(shù)分在67.02～87.98之間，核桃蛋白的第一限制性氨基酸為Lys。氨基酸營養(yǎng)價值最高的6 個核桃品種分別為溫185、和田小核桃、新早豐、遼核1號、西林2號和西林3號。對分類結果進行了顯著性分析，顯著性水平大于0.05，系統(tǒng)聚類結果合理。

核桃；氨基酸；營養(yǎng)評價；系統(tǒng)聚類分析

核桃屬于被子植物門雙子葉植物綱胡桃科植物，素有“木本油料之王”的稱號，是世界四大干果之一[1]。由于其有較高的經(jīng)濟價值和營養(yǎng)價值，更是被冠以四大干果之首的稱號。中國是世界上重要的核桃生產(chǎn)國，核桃廣泛栽種于我國新疆、云南、山西、陜西以及河北等地區(qū)[2]。核桃仁中含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪酸和各種微量元素等多種對人體有益的營養(yǎng)物質(zhì)[3]，具有很高的藥用價值和營養(yǎng)價值[4]?！侗静菥V目》記載：核桃有“黑發(fā)、固精、治燥、調(diào)血之功”。常食用核桃，可降低女性患糖尿病的風險[5]，也可防止細胞老化、延緩衰老[6]，具有降低人體內(nèi)膽固醇、降血壓的功效[7]。蛋白質(zhì)是核桃重要的營養(yǎng)成分，核桃蛋白中含有大量的氨基酸[8]，除8 種人體必需氨基酸（essential amino acid，EAA）外，半必需氨基酸（精氨酸、組氨酸）含量也十分豐富[9]，還含有鮮味氨基酸（如天冬氨酸）、甜味氨基酸（如甘氨酸、蘇氨酸、脯氨酸、丙氨酸）、芳香氨基酸（如酪氨酸、苯丙氨酸）及藥效氨基酸（亮氨酸、異亮氨酸、賴氨酸等）[10]。

不同品種核桃的營養(yǎng)成分差異很大[11-13]，篩選出氨基酸含量豐富且均衡的核桃品種對于促進核桃資源合理利用，指導品種選育及種植具有重要意義[14]。目前，關于核桃營養(yǎng)成分分析的研究已有不少報道[11-21]，但是對不同地區(qū)核桃品種的氨基酸營養(yǎng)價值進行深入分析和系統(tǒng)分類還鮮見報道。本實驗選取了新疆、云南、山東、山西、河北、陜西6 個省份29 個品種的核桃進行研究，測定其蛋白質(zhì)組成。采用模糊識別法和氨基酸比值系數(shù)法對核桃蛋白的氨基酸進行營養(yǎng)價值評價[22]，為合理開發(fā)和利用優(yōu)質(zhì)核桃蛋白資源提供了理論依據(jù)。依據(jù)營養(yǎng)評價指標[23]，采用系統(tǒng)聚類的方法將29 個不同品種核桃進行分類。分析得出更符合人體蛋白需求的核桃品種，對核桃品種的選育、種植及推廣具有一定的指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實驗材料為新疆、云南、山西、河北、陜西、山東等地廣泛種植的29 個核桃品種。核桃果實于2015年10月份采摘，均由當?shù)睾颂屹Y源圃提供。每個品種選取生長勢較一致、無病蟲害的植株4 株，在每株樹冠的上、中和下層及里外層隨機采集果實共20 個。然后將4 株果實采集后充分混合，用尼龍網(wǎng)袋包裝自然風干。隨機取 20 個果實，取仁用于測定核桃蛋白的含量及組成。測定前對樣品編號，名稱及產(chǎn)地見表1。

表1 核桃樣品采集一覽Table 1 List of walnut samples tested

續(xù)表1

鹽酸、硫酸 萊陽經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)精細化工廠；無水乙醇 天津市富宇精細化工有限公司；苯酚、檸檬酸鈉pH緩沖液 廣州化學試劑廠；氨基酸標準液 河南艾文森貿(mào)易有限公司；石油醚 深圳市天唯達化工有限公司；正己烷 揚州市華香化工塑膠有限公司。

1.2 儀器與設備

FA2004分析天平 上海天平儀器廠；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州澳華儀器有限公司；電熱恒溫干燥箱廣州市康恒儀器有限公司；HYP-308消化爐、KDN-102C定氮儀 上海纖檢儀器有限公司；L-8800全自動氨基酸分析儀 日本Hitachi公司。

1.3 方法

1.3.1 氨基酸含量測定

按照GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的測定》標準檢測[24]。將核桃樣品研磨成顆粒狀，置于恒溫干燥箱60 ℃干燥24 h。取脫脂處理后約2 g（精確到0.000 1 g）核桃樣品于水解管中，水解溶液為10 mL的6 mol/L鹽酸溶液，水解溫度為135 ℃。用L-8800型全自動氨基酸分析儀測定樣品中的17 種氨基酸（其中色氨酸在酸水解中被破壞，未測定），具體檢測條件見表2。為保證檢測數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，每個樣品均進行平行檢測，相同條件下獲得的2 次獨立測定結果，絕對差值不超過算術平均值的12%。

表2 氨基酸含量測定檢測條件Table 2 Working conditions of amino acid analyzer

1.3.2 模糊識別法

根據(jù)蘭氏距離法[25]定義對象u和標準蛋白模式a的貼近度U（a，u），貼近度可以反映評價對核桃蛋白質(zhì)與模式蛋白的接近程度。貼近度數(shù)值越接近1，表明該蛋白與模式蛋白接近程度越高。計算公式為：

式中：ak為標準蛋白模式的第k種EAA含量/（mg/g），1≤k≤7；uik為第i個評價對象的第k種EAA含量/（mg/g），1≤k≤7。

1.3.3 氨基酸評分法

氨基酸評分采用氨基酸比值（ratio of amino acid，RAA）法。不同物料蛋白質(zhì)組成不盡相同，營養(yǎng)學上通常認為，所含的EAA組成比例越接近人體需要，則品質(zhì)越優(yōu)。聯(lián)合國糧農(nóng)組織（Food and Agriculture Organization of the United，F(xiàn)AO）和世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）提出了評價蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值的EAA模式（FAO/WHO模式）[26]。即根據(jù)氨基酸平衡理論，計算樣品中EAA的RAA。按式（2）計算RAA。

式中：RAAi為被測食物蛋白質(zhì)中的第i種EAA的RAA，1≤i≤7；模式蛋白質(zhì)采用FAO/WHO模式。

本實驗采用全雞蛋蛋白模式進行計算[25]，對比FAO/ WHO模式及全雞蛋蛋白模式貼近度差異，兩種模式蛋白各種EAA含量如表3所示。

表3 FAO/WHO模式及全雞蛋蛋白模式中EAA含量Table 3 EAA contents in FAO/WHO pattern and whole egg protein mg/g pro

1.3.4 氨基酸比值系數(shù)測定

氨基酸比值系數(shù)（ratio coefficient of amino acid，RC）可以反映食物中氨基酸含量與模式氨基酸的偏離程度[26]，各種EAA的RC應該等于1。若RC＞1表明該EAA相對過剩；若RC＜1表明該EAA相對不足。RC值最小，則該EAA為食物中第一限制氨基酸。RC按式（3）計算。

式中：RCi為被測食物蛋白質(zhì)的第i種EAA的比值系數(shù)（1≤i≤7）；RAAi為被測食物蛋白質(zhì)中的第i種EAA評分值（1≤i≤7）；RAA為被測食物蛋白質(zhì)中的第i種EAA評分值的均值。

1.3.5 氨基酸比值系數(shù)分測定

氨基酸比值系數(shù)分（score of RC，SRC）越接近100，表明EAA在氨基酸生理平衡方面所做的貢獻越大，蛋白質(zhì)相對營養(yǎng)價值越高[26]。SRC按式（4）計算。

式中：RCi為被測食物蛋白質(zhì)中的第i種EAA的RC（1＜i＜7）；為被測食物蛋白質(zhì)中的各RC的均值；n為被測食物蛋白質(zhì)中EAA的數(shù)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013軟件對測定數(shù)據(jù)進行整理，計算出氨基酸含量的平均值、標準差以及變異系數(shù)、核桃蛋白與模式蛋白的貼近度、RC、SRC值。并繪制出氨基酸總含量（total amino acids，TAA）和EAA含量折線圖及EAA平均含量柱形圖。采用SPSS 22.0軟件對29 個品種核桃進行系統(tǒng)聚類分析和顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 核桃氨基酸組成分析

2.1.1 氨基酸的變異分析

表4 核桃EAA含量分布情況（n=29）Table 4 Distribution of essential amino acids among the walnut varieties (n= 29)

表5 核桃非必需氨基酸含量分布情況（n=29）Table 5 Distribution of non-essential amino acids among the walnut varieties (n= 29)

對29 個品種核桃的17 種不同氨基酸含量進行統(tǒng)計分析，EAA及非必需氨基酸（non-essential amino acid，NEAA）統(tǒng)計結果分別見表4、5所示。29 種核桃樣品的 種EAA含量均值范圍為8.41～64.26 mg/g pro，Tyr變異系數(shù)最大，為61.16%；Thr變異系數(shù)最小，為15.76%。NEAA中，Pro變異系數(shù)最大，為33.94%；Gly變異系數(shù)最小，為16.08%，表明不同品種核桃蛋白質(zhì)組成差異較大。

2.1.2 必需氨基酸含量與氨基酸總量

圖1 核桃中TAA與EAA含量Fig. 1 TAA and EAA contents of the walnut varieties

按照FAO/WHO模式或全雞蛋蛋白模式，EAA分為7 類：Val、Ile、Leu、Phe＋Tyr、Met＋Cys、Thr、Lys[25]。不同品種的核桃TAA與EAA含量關系見圖1。TAA含量最高的是4號新2，含量為985.99 mg/g pro，含量最低的是5號溫185，為343.22 mg/g pro?？偟膩碚f，供試核桃的TAA含量都比較高，但不同品種的核桃樣品TAA和EAA含量存在較大差異。

圖1中29 個樣本點波動明顯，TAA含量越高，EAA含量也越高。TAA與EAA波動方向基本一致，離群點少。對TAA和EAA含量進行了Pearson相關性分析，分析結果見表6。結果顯示TAA含量與EAA含量呈現(xiàn)正相關關系，相關性系數(shù)為0.918。從圖2可以看出，不同核桃品種的EAA含量和誤差線較高。因此有必要根據(jù)模式氨基酸計算不同品種核桃蛋白的貼近度，比較核桃蛋白與模式蛋白之間的差異。

表6 TAA與EAA含量相關性分析Table 6 Correlation analysis between TAA and EAA contents

圖2 核桃EAA平均含量柱形圖Fig. 2 Average EAA contents of walnut

2.1.3 EAA與模式蛋白貼近度比較

計算29 種核桃蛋白的7 種必需氨基酸FAO/WHO模式、全雞蛋蛋白模式的貼近度，計算結果見表7。

表7 核桃蛋白相對于模式蛋白的貼近度Table 7 Closeness degree of amino acids between walnut protein and whole egg protein

由表7可知，29種核桃蛋白質(zhì)的2種模式貼近度基本一致。其中，新2、和田小核桃、紫仁1號、紫仁2號和細香核桃的蛋白質(zhì)貼近度更高，接近1，高于大豆蛋白（FAO/WHO模式貼近度0.896）[27]，新2、紫仁1號和紫仁2號更高于豬瘦肉蛋白（FAO/WHO模式貼近度0.919）[28]，可作為優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)來源。溫185品種核桃兩種模式的貼近度都最低，分別為0.30和0.59，表明該品種核桃蛋白質(zhì)與模式蛋白質(zhì)的差異較大。其他品種核桃FAO/WHO模式貼近度在0.58～1.05之間，全雞蛋蛋白模式貼近度在0.75～0.91之間，與FAO/WHO模式蛋白質(zhì)的差異不大。

2.1.4 RC與SRC分析

如表8所示，比較不同品種核桃EAA的RC值，得出29 個不同品種核桃的第一限制性氨基酸。其中，紫仁1號的第一限制性氨基酸為Met＋Cys，中林3號的第一限制性氨基酸是Val，其余27個品種的第一限制性氨基酸均為Lys。另外，各品種的含硫氨基酸Met＋Cys及生糖氨基酸Val含量相對于模式蛋白較高，可根據(jù)蛋白質(zhì)互補法[29]和其他果蔬蛋白質(zhì)混合食用，從而有效利用不同食物的營養(yǎng)價值。

表8 核桃品種的RC和SRCTable 8 RC and SRC values of the walnut cultivars

2.2 核桃品種的聚類分析

2.2.1 不同核桃品種的系統(tǒng)聚類分析

為對不同品種核桃蛋白營養(yǎng)價值的差異進行研究，對29個品種進行了系統(tǒng)聚類分析[30-34]。通過標準差標準化方法對FAO/WHO模式貼近度、全雞蛋蛋白模式貼近度及SRC共3 項指標的數(shù)據(jù)進行處理。采用歐氏距離測定29 個不同品種之間的組內(nèi)連接距離，得出最短距離聚類譜系圖，如圖3所示。從最大組內(nèi)連接距離中值12.5處進行劃分，將29 個品種分為3 類。第1類為28號（西林3號）、27號（西林2號）、1號（新早豐）、17號（遼核1號）、7號（和田小核桃）、5號（溫185），該類核桃蛋白質(zhì)品質(zhì)評價最好；第二類為14號（圓菠蘿）、25號（中林5號），該類核桃蛋白品質(zhì)次之；其余21種核桃為第3類核桃品種，蛋白質(zhì)品質(zhì)較為一般。

圖3 核桃品種的系統(tǒng)聚類分析Fig. 3 Hierarchical cluster analysis of the walnut varieties

新疆、河北、山西、陜西、云南、山東是我國核桃的重要產(chǎn)區(qū)，根據(jù)聚類分析得出6 種優(yōu)質(zhì)核桃品種。在氣候、土壤等條件適宜的情況下，可以嘗試推廣種植西林3號、西林2號、遼核1號、和田小核桃、新早豐、溫185等優(yōu)質(zhì)品種。

2.2.2 分類結果的顯著性分析

為評價分類結果的合理性，及檢驗不同類別之間的差異顯著性，實驗利用SPSS 22.0軟件對3 個組別的FAO/ WHO模式貼近度、全雞蛋蛋白模式貼近度及SRC 3個指標進行了單因素方差分析，分析結果見表9。設置顯著性水平為α=0.05，選用Tukey和R-E-G-WQ方法檢驗不同指標的方差齊性，結果分別為0.578、0.622、0.494，均高于設定的顯著性水平0.05，結果不顯著，說明這3 個指標方差是齊性的。3個指標F值的顯著性P＜0.001，說明依據(jù)這3 個指標劃分的聚類組別有顯著性差異，分類結果可靠。

表9 核桃品種的單因素方差分析（n=29）Table 9 One-way analysis of variance for the walnut varieties (n= 29)

3 結 論

29 個不同品種核桃蛋白的氨基酸種類齊全，都含有17 種氨基酸。其TAA含量范圍為343.22～985.99 mg/g pro，EAA占TAA比例為30%～41%。對TAA含量和EAA含量進行相關性分析，兩者呈顯著正相關關系，相關系數(shù)為0.918，TAA含量越高，EAA含量越高。

對29 種核桃的17 種氨基酸含量進行差異性分析，變異系數(shù)為15.76%～61.16%，氨基酸含量差異顯著，即不同品種核桃蛋白質(zhì)組成差異顯著。參照FAO/WHO和全雞蛋蛋白模式，核桃蛋白與FAO/WHO模式貼近度在0.30～1.05之間，與全雞蛋蛋白模式貼近度在0.59～0.91之間。其中貼近度最高的是4號新2核桃，貼近度最低的是5號溫185核桃。

對比不同品種核桃蛋白EAA的RC，可知紫仁1號核桃蛋白的第一限制性氨基酸為Met＋Cys，中林5號核桃蛋白的第一限制性氨基酸是Val，其余品種核桃蛋白的第一限制性氨基酸是Lys。實驗對核桃的FAO/WHO模式貼近度、全雞蛋蛋白模式貼近度及SRC 3項指標數(shù)據(jù)進行了系統(tǒng)聚類分析，將29 個不同品種核桃分為3 類。第一類核桃品種蛋白質(zhì)組成更符合人體蛋白營養(yǎng)需求，分別為西林3號、西林2號、新早豐、遼核1號、和田小核桃、溫185這6 個品種。

本實驗重點分析了EAA對核桃營養(yǎng)價值的影響，后續(xù)研究可以結合核桃中的脂肪酸組成及含量、碳水化合物含量等營養(yǎng)指標進行更深入全面的探討。我國核桃品種繁多，可進一步擴大實驗樣本量，豐富并驗證營養(yǎng)評價和品種分類結果。為深度挖掘和開發(fā)我國優(yōu)質(zhì)核桃資源、拓寬核桃產(chǎn)品深加工領域、指導核桃的合理種植提供一定的理論依據(jù)。

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[34] 宋江峰, 劉春泉, 姜曉青, 等. 基于主成分與聚類分析的菜用大豆品質(zhì)綜合評價[J]. 食品科學, 2015, 36(13): 12-17. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201513003.

Amino Acid Composition and Nutritional Evaluation of Different Varieties of Walnut

YANG Yongtao1, PAN Siyuan1, JIN Xinxin1, GAO Fang1, TIAN Yingzi1,*, DING Xiaoli2
(1. School of Light Industry Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China; 2. College of Life and Geography Science, Kashi University, Kashi 844006, China)

In this paper, we determined the amino acid composition of proteins from 29 varieties of walnut collected from 6 major producing provinces such as Xinjiang and Yunnan in China. Fuzzy pattern recognition method was applied to calculate the degree of closeness (DC) between walnut protein and model protein (whole egg protein). The nutritional value of walnut protein was evaluated by score of ratio coefficient of amino acid (SRC). According to DC and SRC values, the 29 varieties of walnut were classified by hierarchical cluster analysis. The results showed that the total amino acid content of walnut protein was 343.22-985.99 mg/g protein, with essential amino acids accounting for 30%-41% of the total amino acids. The ratio coefficient of amino acids was 67.02-87.98. The first limiting amino acid in walnut protein was lysine. Among the investigated varieties, Wen185, Hetian Xiaohetao, Xinzaofeng, Liaohe 1, Xilin 1 and Xilin 3 had the highest nutritional value. The classification results were significant at greater than 0.05 level, being reasonable.

walnut; amino acid; nutritional evaluation; hierarchical cluster analysis

10.7506/spkx1002-6630-201713034

Q946.1

A

1002-6630（2017）13-0207-06

楊永濤, 潘思源, 靳欣欣, 等. 不同品種核桃的氨基酸營養(yǎng)價值評價[J]. 食品科學, 2017, 38(13): 207-212. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201713034. http://www.spkx.net.cn

YANG Yongtao, PAN Siyuan, JIN Xinxin, et al. Amino acid composition and nutritional evaluation of different varieties of walnut[J]. Food Science, 2017, 38(13): 207-212. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201713034. http://www.spkx.net.cn

2016-05-27

自治區(qū)科技支疆項目（2016E02043）

楊永濤（1992—），男，碩士研究生，研究方向為植物資源綜合利用和天然產(chǎn)物提取。E-mail：969789672@qq.com

*通信作者：田英姿（1966—），女，教授級高級工程師，碩士，研究方向為植物資源綜合利用和天然產(chǎn)物提取。E-mail：yztian@scut.edu.cn