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(1.青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，青海省蔬菜遺傳與生理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，　西寧 810016；2.北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心，　北京 100097)

菊芋(HelianthustuberosusLinn)又稱洋姜，菊科，向日葵屬，多年生草本植物。近年來的研究表明，菊芋塊莖中富含菊粉(天然果聚糖)，利用菊粉酶可進(jìn)一步開發(fā)出低聚果糖和超高果糖漿等多種產(chǎn)品[1]。菊粉由于其低熱能且富含膳食纖維，與目前普遍食用的甜味劑——蔗糖相比，具有不會(huì)引發(fā)肥胖癥，糖尿病，齲齒和心血管疾病等健康問題的優(yōu)勢(shì)，在食品、飲料、飼料、醫(yī)藥和化妝品等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，市場(chǎng)需求正在迅速增長(zhǎng)[2]。目前，菊粉已成為繼淀粉、小麥精粉之后的又一重要食品及配料，已被世界上40多個(gè)國(guó)家批準(zhǔn)為食品配料和營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑，用低聚果糖，超高果糖漿替代蔗糖成為必然趨勢(shì)[3]。20世紀(jì)90年代后期，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上就有了進(jìn)口菊粉產(chǎn)品的推廣和應(yīng)用，2002年和2003年食品級(jí)菊粉進(jìn)口量分別為1 000 t和2 500 t，近2年已經(jīng)達(dá)到5 000 t以上[4]。

菊芋起源于北美，18世紀(jì)傳入我國(guó)，各地都有零星種植，青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院系統(tǒng)收集保存了國(guó)內(nèi)外300多份種質(zhì)資源，為了更好地了解菊芋資源的來源、類型和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)特性和相關(guān)性，本研究從保存在種質(zhì)資源圃中選出來源于法國(guó)(14 份)、丹麥(11 份)以及我國(guó)(4種)典型類型共29份種質(zhì)資源，對(duì)其氨基酸含量及組成進(jìn)行分析，并與其它薯類作物進(jìn)行對(duì)比，為今后進(jìn)行菊芋種質(zhì)資源的分類、新品種的選育、和功能產(chǎn)品開發(fā)提供科學(xué)的依據(jù)。

菊芋塊莖中除富含菊粉外還富含豐富的氨基酸，而目前對(duì)于氨基酸營(yíng)養(yǎng)研究主要集中于蔬菜和水果作物，針對(duì)菊芋進(jìn)行的相關(guān)研究很少，對(duì)不同來源、不同類型菊芋種質(zhì)資源品質(zhì)性狀進(jìn)行系統(tǒng)分析的研究鮮有報(bào)道。

1　材料和方法

1.1　材　料

試驗(yàn)選用29份菊芋種質(zhì)資源的塊莖為材料，其性狀和來源地見表1。

1.2　試驗(yàn)地情況

試驗(yàn)材料種植于青海省西寧市城北區(qū)二十里鋪鎮(zhèn)，該地區(qū)屬湟水流域灌區(qū)，土壤為栗鈣土，土壤有機(jī)質(zhì)含量20.28 g/kg，pH值8.12，土壤含全氮1.17 g/kg，全磷2.18 g/kg，全鉀22.5 g/kg，速效氮69.0 mg/kg，速效磷65.0 mg/kg，速效鉀229.0 mg/kg。

試驗(yàn)于2014年4月10日份進(jìn)行菊芋資源的大田種植，采用40 cm×60 cm株行距，10月25日收獲塊莖，收獲后于-4 ℃貯藏。每份資源隨機(jī)選取30個(gè)典型成熟塊莖切片混合作為品質(zhì)測(cè)試樣本，莖凍干樣品處理在凍干機(jī)(LABCONCO FREEIE DRY SYSTEM)中凍干，后磨粉備用。

表129個(gè)供試菊芋資源性狀和來源地

試驗(yàn)編號(hào)資源編號(hào)塊莖顏色塊莖形狀來源地1F12紅色紡錘狀法國(guó)2F19白色球狀法國(guó)3D12白色瘤狀丹麥4D7白色瘤狀丹麥5F9白色紡錘狀法國(guó)6F16白色瘤狀法國(guó)7D13白色紡錘狀丹麥8F20紅色球狀法國(guó)9D1紅色球狀丹麥10D11白色瘤狀丹麥11F2紅色球狀法國(guó)12F3白色球狀法國(guó)13D3紫色棒狀丹麥14D14白色瘤狀丹麥15F5白色紡錘狀法國(guó)16D10白色紡錘狀丹麥17D8白色瘤狀丹麥18F6白色球狀法國(guó)19F14紅色球狀法國(guó)20F17白色紡錘形法國(guó)21青芋4號(hào)淺紅色紡錘狀中國(guó)22青芋3號(hào)白色瘤狀中國(guó)23青芋1號(hào)紫色棒狀中國(guó)24青芋2號(hào)粉色瘤狀中國(guó)25D4白色紡錘形丹麥26D5白色瘤狀丹麥27F18白色球狀法國(guó)28F7粉色棒狀法國(guó)29F10白色球狀法國(guó)

1.3　測(cè)定及分析方法

1.3.1菊芋種質(zhì)資源塊莖主要營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定方法

1) 含水率：冷凍干燥法(GB 50093-2010)。

將鮮樣放入培養(yǎng)皿稱重并記錄，置于凍干機(jī)冷凍干燥3～5 d。取出后稱重計(jì)算得干物率ω。含水率為1-ω。ω=m干/m濕；其中：m干為干物料的質(zhì)量。m濕為濕物料的質(zhì)量。

2) 氨基酸：氨基酸自動(dòng)分析儀法[5]。

氨基酸成分含量在北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)室分析測(cè)定，精密稱取干樣30 mg，分別置于20～25 mL安瓿中，用注射器注入6 mol/L的鹽酸15 mL，抽真空后充入氮?dú)?，迅速封口，?10 ℃烘箱內(nèi)水解24 h。取出放冷至室溫，打開管口，將水解液濾至50 mL的容量瓶中，用0.01 mol/L鹽酸沖洗安瓿內(nèi)壁和濾紙3次，合并至各容量瓶?jī)?nèi)，定容，搖勻。分別精密吸取1.0 mL樣品液，減壓蒸干，水洗2次并揮干，準(zhǔn)確加入0.02 mol/L鹽酸8 mL，溶解后，精密吸取一定量樣品溶液上機(jī)測(cè)定氨基酸含量。

分析測(cè)試數(shù)據(jù)首先采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，在進(jìn)行菊芋地上部及塊莖品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析后，利用SPSS軟件進(jìn)行聚類分析，以比較不同來源的菊芋種質(zhì)資源地上部及塊莖內(nèi)營(yíng)養(yǎng)成分含量的變化之間的差異性，為選育優(yōu)良菊芋專用品種奠定基礎(chǔ)。

1.3.2統(tǒng)計(jì)分析方法

氨基酸總量用T表示，人體必需氨基酸含量用E表示，為異亮氨酸、亮氨酸、賴氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、蛋氨酸8種氨基酸含量之和；非必須氨基酸含量用N表示，為胱氨酸、組氨酸、精氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、脯氨酸、絲氨酸、酪氨酸10種氨基酸含量之和；兒童必須氨基酸含量用CE表示，為組氨酸、精氨酸2中氨基酸含量之和。計(jì)算人體必需氨基酸含量占氨基酸總量的百分比(E/T)、兒童必需氨基酸含量占氨基栓含量的百分比(CE/T)及人體必需氨基酸含量與非必需氨基酸含量之比(E/N)。味覺氨基酸主要包括鮮味類(天門冬氨酸、丙氨酸)、甜味類(甘氨酸、絲氨酸)芳香族(苯丙氨酸、酪氨酸)。采用SPSS 19.0 軟件對(duì)29份菊芋資源中氨基酸含量進(jìn)行聚類分析，采用系統(tǒng)聚類分析Q聚類法，測(cè)定距離選用組間連接法，測(cè)度選用歐式距離。

2　結(jié)果與分析

2.1　菊芋塊莖中氨基酸種類含量及不同來源含量特征比較

由表2可知，29份資源中精氨酸含量最高的F 7，為2 851.1 mg/100 g，含量最低的青芋2號(hào)，為739.1 mg/100 g，含量超過2 500 mg/100 g的有4份，分別為D 13、F 12、F 9、F 7；30份菊芋資源塊莖中天門冬氨酸、絲氨酸、甘氨酸、組氨酸、精氨酸、蘇氨酸、丙氨酸、酪氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸的平均值分別為204.77，200.9，269.1，52.3，2 071.4，147.8，31.2，6.3，26.1，37.9，54.7，64.7，39.8 mg/100 g。

2.2　人體必需氨基酸含量比較(質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其組成)及不同來源含量特征比較

表229份菊芋塊莖氨基酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及組成對(duì)比分析(mg/100g)

資源編號(hào)天門冬氨酸絲氨酸甘氨酸組氨酸精氨酸蘇氨酸丙氨酸酪氨酸纈氨酸異亮氨酸亮氨酸苯丙氨酸賴氨酸TENCEE/NE/TCE/TF12182．2294．9319．939．52807186．945．69．23434．352．998．741．64146．7448．43698．32846．50．120．110．69F19143193．2241．335．62294．5172．838．49．330．34165．990．841．73397．8442．52955．32330．10．150．130．69D12169．5252．5369．456．12267．3155．123．76．124．43456．789．139．63543．5398．93144．62323．40．130．110．66D7121．2148．4262．445．32192145．525．54．813．520．632．855303097297．42799．62237．30．110．10．72F9168．9162．1227．838．82823．2214．234．310．750．666．191．290．764．94043．5577．73465．828620．170．140．71F16114．7157．9161．934．82052156．622．25．222．126．736．131．836．42858．4309．72548．72086．80．120．110．73D13197．5419．2375．449．62761．6153．348．67．422．643．5708343．34275415．73859．32811．20．110．10．66F20210．7163．3179．539．71738．8135．817．17．318．924．851．564．136．72688．2331．82356．41778．50．140．120．66D1213．3247．2376．959．32399．8154．4396．521．32036．420．636．93631．6289．633422459．10．090．080．68D11216．3268．6404．468．32441．9171．320．26．822．631．354．477．142．13825．3398．83426．52510．20．120．10．66F2224．7131．6189．446．51484．1134．615．4319．452．163．763．335．52463．3368．62094．71530．60．180．150．62F3199．2154253．154．32159．1164．531．35．317．526．140．449．538．53192．8336．52856．32213．40．120．110．69D3229．3232．3174．537．82151．7161．123831．552．495．8110．741．43349．5492．92856．62189．50．170．150．65D14137．6201．3309．769．82080150．719．72．714．42034．550．532．53123．4302．62820．82149．80．110．10．69F5115．9187．9511．379．82553．1174．5160．56．539．966．144．419．347．34006．5391．536152632．90．110．10．66D10258．8251．536753．82364．5148．639．96．324．63051．963．538．33698．7356．93341．82418．30．110．10．65D8143．8185．7365．471．22116132．326．53．91622．636．155．732．73207．9295．42912．52187．20．10．090．68F6298．5253．338672．92349．1170．938．39．357．394．1124．1100．962．74017．46103407．424220．180．150．6F14215．4256．8358．176．42083．6151．340．16．630．12746．834．439．53366．1329．1303721600．110．10．64青芋4號(hào)184．3142．113426．31043．191．223．35．635．248．580．9121．645．41981．5422．81558．71069．40．270．210．54F17110．373．762．514．61177．498．912．92．719．62427．720．737．31682．3228．21454．111920．160．140．71青芋3號(hào)95．4130．2189．4471250．896．718．55．412．117．425．630．725．11944．3207．61736．71297．80．120．110．67青芋1號(hào)293．7145．3152．738．3103489．417．210．631．642．164．993．230．42043．4351．61691．81072．30．210．170．52青芋2號(hào)170．5164．1106．632．6739．172．67．7514．330．534．724．519．11421．3195．71225．6771．70．160．140．54D4214．1174．7271．346．62405．6142．425．24．718．723．131．240．238．13435．9293．73142．22452．20．090．090．71D5270186．3305．976．12122．7129．416．64．818．825．636．347．737．23277．42952982．42198．80．10．090．67F18322．7238．1315．784．51956．6140．724．1730．55658．282．136．93353．1404．42948．72041．10．140．120．61F7312．4169158．534．12851．1196．326．95．43249．951．242．152．73981．6424．23557．42885．20．120．110．72F10317．1210．5357100．22317．7153．630．95．923．931．449．370．743．43711．6372．33339．32417．90．110．10．65

注：T為氨基酸總量；E為必需氨基酸含量；N為非必需氨基酸含量；CE為兒童必需氨基酸含量。

由表2可知，29份菊芋資源中人體必需氨基酸含量最高的F 6質(zhì)量分?jǐn)?shù)為610.0 mg/100 g，F(xiàn) 6中必需氨基酸含量占氨基酸總量的15.0%；排到第2位的F 9質(zhì)量分?jǐn)?shù)為577.5 mg/100 g，F(xiàn) 9中必需氨基酸含量占氨基酸總量的11.0%；排到第3位的D 8質(zhì)量分?jǐn)?shù)為492.9 mg/100 g，D 8中必需氨基酸含量占氨基酸總量的15.0%。

必需氨基酸與非必需氨基酸比值最高的前3位分別是青芋4號(hào)(為0.27 mg/100 g)、青芋1號(hào)(為0.21 mg/100 g)；F 2與F 6(均為0.18 mg/100 g)。

2.3　兒童必需氨基酸含量比較(質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其組成)及不同來源含量特征比較

29份菊芋資源中兒童必需氨基酸總量含量排在前3位的分別是F 7(為2 885.2 mg/100 g)、F 9(為2 862.0 mg/100 g)、F 12(為2 846.5 mg/100 g)；兒童必需氨基酸占總氨基酸含量最高的是F 16，為73%，第2的是D 7、F 7均為72%，第3的是F 9、F 17均為71 %。

2.4　味覺氨基酸含量比較(質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其組成)及不同來源含量特征比較

由表3可知，29份菊芋資源中，鮮味類氨基酸含量最高的是F 18，為322.7 mg/100 g，其次是F 10，為317.1 mg/100 g；甜味類氨基酸含量最高的是F 5，為859.7 mg/100 g，其次是D 13，為843.2 mg/100 g；芳香族氨基酸含量最高的是青芋4號(hào)，為127.2 mg/100 g；其次是D 3，為118.7 mg/100 g。

2.5　與其它薯類作物進(jìn)行對(duì)比

表3菊芋味覺氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)

資源代碼　　鮮味類　　　　　　　　　　　　　甜味類　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　芳香族　　　　　　　　　天門冬氨酸(mg/100g)丙氨酸(mg/100g)甘氨酸(mg/100g)絲氨酸(mg/100g)小計(jì)苯丙氨酸(mg/100g)酪氨酸(mg/100g)小計(jì)F12182．245．6319．9294．9660．498．79．2107．9F1914338．4241．3193．2472．990．89．3100．1D12169．523．7369．4252．5645．689．16．195．2D7121．225．5262．4148．4436．3554．859．8F9168．934．3227．8162．1424．290．710．7101．4F16114．722．2161．9157．934231．85．237D13197．548．6375．4419．2843．2837．490．4F20210．717．1179．5163．3359．964．17．371．4D1213．339376．9247．2663．120．66．527．1D11216．320．2404．4268．6693．277．16．883．9F2224．715．4189．4131．6336．463．3366．3F3199．231．3253．1154438．449．55．354．8D3229．323174．5232．3429．8110．78118．7D14137．619．7309．7201．3530．750．52．753．2F5115．9160．5511．3187．9859．719．36．525．8D10258．839．9367251．5658．463．56．369．8D8143．826．5365．4185．7577．655．73．959．6F6298．538．3386253．3677．6100．99．3110．2F14215．440．1358．1256．865534．46．641青芋4號(hào)184．323．3134142．1299．4121．65．6127．2F17110．312．962．573．7149．120．72．723．4青芋3號(hào)95．418．5189．4130．2338．130．75．436．1青芋1號(hào)293．717．2152．7145．3315．293．210．6103．8青芋2號(hào)170．57．7106．6164．1278．424．5529．5D4214．125．2271．3174．7471．240．24．744．9D527016．6305．9186．3508．847．74．852．5F18322．724．1315．7238．1577．982．1789．1F7312．426．9158．5169354．442．15．447．5F10317．130．9357210．5598．470．75．976．6

表4薯芋類蔬菜中的氨基酸含量(mg/100 g)(FW)

氨基酸種類菊芋馬鈴薯甘薯(白心)甘薯(紅心)山藥芋頭異亮氨酸9．25849397475亮氨酸13．3948063114171賴氨酸?9．78280636185苯丙氨酸15．767715654108酪氨酸1．55342334597蘇氨酸35．95157455492纈氨酸?6．387715664112精氨酸503．4717156169109組氨酸12．72727212740丙氨酸7．660594687115天冬氨酸49．8356218172144293甘氨酸65．452483752114絲氨酸48．8647052115125

注：“*”表示人體必須氨基酸；N為未檢測(cè)出；表中除菊芋數(shù)據(jù)外其余數(shù)據(jù)均引自《蔬菜營(yíng)養(yǎng)學(xué)》[6]。

菊芋是薯芋類作物，經(jīng)查閱文獻(xiàn)，將薯芋類5種其它作物列于表4，為便于比較，將菊芋氨基酸也折算成鮮重含量。由表4可知，不同薯芋類蔬菜中氨基酸含量有明顯的差異，其中菊芋塊莖中精氨酸含量均值為503.4 mg/100 g，是其他作物的3～7倍，可作為今后功能營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)品開發(fā)的材料。

2.6　聚類分析

由圖1可知，通過對(duì)29份菊芋塊莖中氨基酸含量進(jìn)行聚類分析可知，在遺傳距離698處，可將29份菊芋資源分成兩大類，第一大類包括22份資源，在遺傳距離465處又可將第一大類分為2個(gè)亞類，第一亞類包括F 12、D 13、F 9、F 7、F 5共5份資源，這一亞類中兒童氨基酸含量均超過2 600 mg/100 g；第二亞類包括其余的17份資源；在遺傳距離465處可將第二大類分為2個(gè)亞類，第一亞類包括F 20、F 2 兩份資源；第二亞類包括青芋1號(hào)、青芋2號(hào)、青芋3號(hào)、青芋4號(hào)、F 17共5份菊芋資源，這一亞類中氨基酸總量均在2 100 mg/100 g以下，兒童氨基酸含量均在1 300 mg/100 g以下。

圖1　29份菊芋氨基酸含量聚類圖

3　結(jié)論與討論

在生物體內(nèi)氨基酸主要用于合成蛋白質(zhì)，維持氮平衡，構(gòu)成體內(nèi)各種酶、抗體及某些激素的原料，并且能調(diào)節(jié)生理機(jī)能，供給能量，促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育，補(bǔ)充代謝消耗。此外，還可以維持毛細(xì)血管的正常滲透壓[7]氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位，是人體組成的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在新陳代謝中發(fā)揮著多種重要的功能，根據(jù)人體的需要，氨基酸可分為非必須氨基酸和必須氨基酸，必需氨基酸是人體不能合成，必須由食物供給的氨基酸，包括色氨酸、賴氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、亮氨酸及異亮氨酸8種，其在人的生命活動(dòng)中各自起著非常重要的作用： 1) 賴氨酸可促進(jìn)大腦發(fā)育，是肝臟、膽的組成成分，能促進(jìn)脂肪代謝，防治細(xì)胞退化； 2) 色氨酸能促進(jìn)胃液和胰液的產(chǎn)生； 3) 苯丙氨酸參與降低腎臟及膀胱功能的消耗； 4) 甲硫氨酸參與組成血紅蛋白、血清，促進(jìn)脾臟、胰臟和淋巴的功能，幫助分解脂肪； 5) 蘇氨酸能促進(jìn)脂肪氧化，對(duì)脂肪代謝有明顯影響； 6) 異亮氨酸參與胸腺、脾臟及腦下腺的調(diào)節(jié)以及代謝； 7) 亮氨酸起著平衡異亮氨酸的作用； 8) 纈氨酸作用于黃體、乳腺及卵巢。 9) 精氨酸具有解酒功效。

29份菊芋資源中，均含有人體必需氨基酸的6種，7種非必需氨基酸以及1種兒童必須氨基酸。結(jié)果表明，菊芋塊莖中人體必需氨基酸含量最高的F 6質(zhì)量分?jǐn)?shù)為610.0 mg/100 g，F(xiàn) 6中必需氨基酸含量占氨基酸總量的15.0%；排到第2位的F 9質(zhì)量分?jǐn)?shù)為577.5 mg/100 g，F(xiàn) 9中必需氨基酸含量占氨基酸總量的11.0%；排到第3位的D 8質(zhì)量分?jǐn)?shù)為492.9 mg/100 g，D 8中必需氨基酸含量占氨基酸總量的15.0%。兒童必需氨基酸含量最高的是F 7，為2 885.2 mg/100 g。

29份菊芋塊莖中異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸3種必需氨基酸占總氨基酸含量的最高的是青芋4號(hào)，為8.31 %，這3種必需氨基酸對(duì)組織蛋白質(zhì)合成與分解有調(diào)節(jié)作用，可以防治肝、腎功能衰竭，亮氨酸還具有刺激胰島素的分泌功能；組氨酸有抗?jié)?、促進(jìn)細(xì)胞再生作用，用于貧血及風(fēng)濕的輔助治療，在體內(nèi)經(jīng)脫羧生成組胺，具有降低血壓，擴(kuò)張血管，促進(jìn)胃液分泌等作用；賴氨酸是合成核蛋白、血紅蛋白及促進(jìn)大腦神經(jīng)細(xì)胞再生的重要氨基酸，對(duì)營(yíng)養(yǎng)不良、乙型肝炎、支氣管炎等有一定的輔助療效。

菊芋塊莖中精氨含量較其他氨基酸高，精氨酸具有解酒的功效，29份菊芋資源中精氨酸含量最高的是F 7，為2 851.1 mg/100 g，其次為F 9，為2 823.2 mg/100 g，F(xiàn) 12為2 807 mg/100 g，其中有21份資源的含量均在2 000 mg/100 g以上，是今后開發(fā)解酒飲料的優(yōu)良原料。

菊芋主要用于今后食品及功能飲品加工的部位是塊莖，其塊莖又富含菊粉，隨著菊芋塊莖價(jià)值的逐漸挖掘，愈來愈受到了人們的青睞，菊芋是一種較理想的新型保健蔬菜，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，值得在生產(chǎn)上推廣利用。

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