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        5種市售工廠化栽培杏鮑菇的氨基酸組成及蛋白質(zhì)營養(yǎng)分析

        2019-09-18 06:46:40陳洪雨鮑大鵬康前進(jìn)龔二生萬佳寧吳瑩瑩
        上海農(nóng)業(yè)學(xué)報 2019年4期
        關(guān)鍵詞:甲硫氨酸市售色氨酸

        陳洪雨,鮑大鵬,康前進(jìn),龔二生,王 瑩,萬佳寧,李 燕,吳瑩瑩*

        (1上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌研究所,國家食用菌工程技術(shù)研究中心,農(nóng)業(yè)部南方食用菌資源利用重點實驗室,上海201403;2上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院,微生物代謝國家重點實驗室,上海200240;3沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,沈陽110866)

        杏鮑菇,學(xué)名刺芹側(cè)耳(Pleurotus eryngii),是側(cè)耳科側(cè)耳屬的大型食用真菌[1],原產(chǎn)南歐、中亞和北非,現(xiàn)廣泛栽培于日本、中國和美國[2-4]。我國的杏鮑菇產(chǎn)業(yè)在2011年后進(jìn)入規(guī)?;瘮U張階段[2],至2017年,我國杏鮑菇日產(chǎn)量達(dá)3 500 t,在工廠化生產(chǎn)的食用菌中排名第二[3]。隨著杏鮑菇產(chǎn)量的提高和農(nóng)藝性狀的改良,各企業(yè)產(chǎn)品的同質(zhì)化問題逐漸顯現(xiàn)。開發(fā)更符合消費者健康營養(yǎng)需求的杏鮑菇品種,首先需要對不同企業(yè)的產(chǎn)品進(jìn)行品質(zhì)評價。主成分分析(Principle component analysis,PCA)是一種數(shù)據(jù)集簡化方法,通過降維的方式建立綜合指標(biāo)來區(qū)分樣品特征[5-6],適用于食物成分分析和綜合品質(zhì)評價[7-8]。

        杏鮑菇不僅肉質(zhì)肥厚、口感鮮美,而且營養(yǎng)豐富,含有多種活性物質(zhì)[9-12]。蛋白質(zhì)營養(yǎng)是衡量食物營養(yǎng)的重要組成部分,可依照氨基酸平衡模式譜,采用多種參數(shù)如氨基酸評分、化學(xué)評分、氨基酸比值系數(shù)和必需氨基酸指數(shù)等[13-16]進(jìn)行評價。目前,國內(nèi)的蛋白質(zhì)營養(yǎng)研究大多基于聯(lián)合國糧農(nóng)組織(Food and Agriculture Organization,F(xiàn)AO)在20世紀(jì)提出的系列模式譜[17-19],鮮有采用分別由美國科學(xué)院醫(yī)學(xué)研究所(Institute of Medicine,IOM)和世界衛(wèi)生組織/聯(lián)合國糧農(nóng)組織/聯(lián)合國大學(xué)(World Health Organization/Food and Agricultural Organization/United Nation University,WHO/FAO/UNU)發(fā)布的兩版新的模式譜[20-21]。新版的模式譜綜合了權(quán)威機構(gòu)最新的臨床營養(yǎng)、生物利用率、人群適應(yīng)性、食物矩陣等研究結(jié)果,在舊版的基礎(chǔ)上有較大的更新。本研究首次以2種新版模式譜為依據(jù),采用主成分分析方法分析上海地區(qū)5種市售工廠化栽培杏鮑菇中必需氨基酸分布及產(chǎn)品之間的差異,對杏鮑菇開展蛋白營養(yǎng)的系統(tǒng)評估,以期為建立杏鮑菇的品質(zhì)評價體系和探究食用菌營養(yǎng)的生物學(xué)基礎(chǔ)提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 材料與儀器

        1.1.1 材料與試劑

        杏鮑菇樣品統(tǒng)一采購自上海市江橋批發(fā)市場,收集成熟子實體鮮品,編號為A—E。A為久禾生物科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的久青禾牌杏鮑菇,產(chǎn)地江蘇鹽城;B為百菇盛農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司生產(chǎn)的百菇盛牌杏鮑菇,產(chǎn)地江蘇鹽城;C為江蘇潤正生物科技有限公司生產(chǎn)的正星牌杏鮑菇,產(chǎn)地江蘇昆山;D為三盛鑫生物科技有限公司生產(chǎn)的三盛鑫牌杏鮑菇,產(chǎn)地江蘇南通;E為閩源食用菌科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的洲緯牌杏鮑菇,產(chǎn)地江蘇鹽城。

        茚三酮及緩沖液,日本日立集團(tuán);濃硫酸(體積分?jǐn)?shù)98%)、硫酸銅、硫酸鉀、濃鹽酸(體積分?jǐn)?shù)37%)、硼酸、檸檬酸、檸檬酸鈉、氫氧化鋰、氫氧化鈉、氯化鈉均為分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

        1.1.2 主要儀器設(shè)備

        FB224自動內(nèi)校電子分析天平,上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;DHG-9246A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱,上海精密實驗設(shè)備有限公司;Scientz-48樣品研磨機,寧波新芝公司;Kjeltec 8400全自動凱氏定氮儀,丹麥FOSS公司;835-50型氨基酸自動分析儀,日本日立公司。

        1.2 方法

        1.2.1 取樣及樣品預(yù)處理

        從各家企業(yè)產(chǎn)品中選擇成熟度相近、無腐敗變質(zhì)、無機械損傷的杏鮑菇子實體約500 g,用樣品研磨機粉碎,充分混合后,稱取50 g待用。

        1.2.2 子實體水分含量的測定

        樣品預(yù)處理后,參照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》[22],稱取5—10 g試樣,采用直接干燥法在105℃干燥箱中干燥至恒重,計算水分含量。

        1.2.3 子實體蛋白質(zhì)含量的測定

        依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.5—2016《食品中蛋白質(zhì)的測定》[23],隨機稱取2—5 g預(yù)處理后的樣品(精確至0.001 g),使用Kjeltec 8400全自動凱氏定氮儀測定杏鮑菇子實體中的蛋白質(zhì)含量。

        1.2.4 氨基酸的測定

        采用日立835-50氨基酸自動分析儀,依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18246—2000《飼料中氨基酸的測定》[24]、GB/T 15399—94《飼料中含硫氨基酸測定方法 離子交換色譜法》[25]、GB 5009.124—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中氨基酸的測定》[26]分別對樣品中的色氨酸(堿水解法)、半胱氨酸(過氧化酸氧化法)和其他16種氨基酸(酸水解法)進(jìn)行測定。

        1.2.5 必需氨基酸的主成分分析

        采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行必需氨基酸的多變量分析,運用Pearson相關(guān)系數(shù)矩陣對標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)集進(jìn)行主成分分析。

        1.2.6 氨基酸營養(yǎng)特征評估

        各參數(shù)均采用現(xiàn)行最新標(biāo)準(zhǔn)計算:氨基酸評分(Amino acid score,AAS)依據(jù)WHO/FAO/UNU聯(lián)合發(fā)布的模型[21]計算;IOM模式評分及蛋白完全性分析參照IOM的指南[20]分析;化學(xué)評分(Chemical score,CS)采用Seligson等[27]的方法計算;氨基酸比值系數(shù)(Ratio coefficient,RC)和氨基酸比值系數(shù)分(Score of RC,SRC)根據(jù)朱圣陶等[15]的模型計算;必需氨基酸指數(shù)(Essential amino acid index,EAAI)依據(jù)Oser[13]的方法計算。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 市售杏鮑菇中的粗蛋白含量

        經(jīng)檢測,杏鮑菇樣品A—E中的粗蛋白在干重(DW)中的含量分別為20.47 g/(100 g)DW、19.05 g/(100 g)DW、23.20 g/(100 g)DW、25.62 g/(100 g)DW 和21.23 g/(100 g)DW,平 均 值為22.8 g/(100 g)DW。

        2.2 市售杏鮑菇的氨基酸組成

        5種杏鮑菇樣品中均含有18種常見氨基酸(表1),樣品A—E中的總氨基酸含量分別為115.69 mg/g DW、112.40 mg/g DW、162.62mg/g DW、167.13 mg/g DW 和124.69 mg/g DW,平均值為136.51 mg/g DW。所有樣品中含量較高的氨基酸均為甲硫氨酸、谷氨酸和亮氨酸。樣品A—E的平均必需氨基酸總量為71.11 mg/g DW,各樣本中必需氨基酸占總氨基酸的比例(IAA/TAA)均超過50%,平均值為52.10%。

        表1 市售杏鮑菇的氨基酸組成Table 1 Am ino acid com position of commercially available P.eryngii

        2.3 市售杏鮑菇中必需氨基酸的主成分分析

        對5種杏鮑菇中的必需氨基酸含量進(jìn)行PCA分析,依據(jù)累積貢獻(xiàn)率大于0.8的原則選擇主成分。結(jié)果表明,主成分1(PC1)和主成分2(PC2)一共解釋了92.49%的差異,其中PC1貢獻(xiàn)了78.32%,PC2貢獻(xiàn)了14.17%(圖1)。依據(jù)載荷分布,苯丙氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸和賴氨酸共同決定了PC1,甲硫氨酸決定了PC2。色氨酸對PC1及PC2均無貢獻(xiàn)。依據(jù)得分分布,樣品C和D在PC1中得分較高,相應(yīng)氨基酸較為突出;樣品B、C、E在PC2中得分較高,甲硫氨酸較為突出。上述結(jié)果表明,PCA方法能夠很好地區(qū)分不同工廠化栽培杏鮑菇產(chǎn)品的氨基酸組成特征。

        2.4 市售杏鮑菇的蛋白質(zhì)品質(zhì)評價

        2.4.1 杏鮑菇蛋白中的必需氨基酸

        依據(jù)前人研究[28-29]建議,以總氨基酸含量記為總蛋白量,對5種杏鮑菇進(jìn)行蛋白質(zhì)品質(zhì)評價。5種市售杏鮑菇的蛋白中均含有全部8種人體必需氨基酸,總量在575.91—610.18 mg/g pro(蛋白),平均值為589.55 mg/g pro,達(dá)到國際權(quán)威模式譜中必需氨基酸的占比要求[21]。

        圖1 5種市售杏鮑菇中必需氨基酸的PCA分析Fig.1 PCA analysis of IAA in 5 commercially available P.eryngii samp les

        表2 杏鮑菇蛋白中的必需氨基酸含量Table 2 IAA content in P.eryngii protein mg·g-1 pro

        2.4.2 杏鮑菇蛋白的氨基酸評分

        由表3可見,市售杏鮑菇蛋白的必需氨基酸含量充足,除色氨酸外,其他必需氨基酸均超過模式譜的要求(100%),是較為優(yōu)質(zhì)的蛋白來源。所有樣品中氨基酸評分(AAS)得分最高的前3位必需氨基酸均是甲硫氨酸+半胱氨酸、蘇氨酸和亮氨酸;在樣品B、C、E中,色氨酸AAS得分未達(dá)到參照標(biāo)準(zhǔn),是杏鮑菇蛋白的第一限制氨基酸。除色氨酸外,賴氨酸也是樣品E的限制性氨基酸。

        表3 杏鮑菇蛋白的氨基酸評分Table 3 Am ino acid score(AAS)of P.eryngii protein %

        2.4.3 杏鮑菇蛋白的氨基酸比值系數(shù)

        由表4可見,5種市售杏鮑菇蛋白中,蘇氨酸的氨基酸比值系數(shù)(RC)最接近于1(平均值0.98),與模式譜最接近;色氨酸的RC值最低,甲硫氨酸+半胱氨酸的RC值則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他種類的必需氨基酸,這與AAS分析結(jié)果一致。

        表4 杏鮑菇蛋白的氨基酸比值系數(shù)Table 4 Am ino acid ratio coefficient(RC)of P.eryngii protein

        2.4.4 杏鮑菇蛋白的消化率校正氨基酸得分

        蛋白質(zhì)消化率校正氨基酸得分(Protein digestibility corrected amino acids score,PDCAAS)考慮了消化過程對營養(yǎng)吸收的影響,可以更科學(xué)有效地評價蛋白質(zhì)品質(zhì)[14,30]。以食用菌的消化率73%[31]計算,杏鮑菇A—E樣品的PDCAAS分別為0.78、0.52、0.34、0.89、0.34,平均值為0.57。各樣品之間的PDCAAS差異主要是由其限制性氨基酸色氨酸決定的。

        2.4.5 杏鮑菇蛋白的IOM模式評分

        對杏鮑菇蛋白進(jìn)行IOM模式評分(表5)發(fā)現(xiàn),除色氨酸外,杏鮑菇蛋白的各必需氨基酸均達(dá)到IOM模式譜要求。D樣品中所有必需氨基酸均超過模式譜參考量,屬于完全蛋白,品質(zhì)最優(yōu)。A、B、C、E樣品中的色氨酸評分低于100%,可通過與色氨酸含量豐富的蛋奶制品、肉禽制品、堅果等進(jìn)行膳食搭配,以獲得補充[16]。

        表5 杏鮑菇蛋白的IOM 模式評分Table 5 IOM pattern score of P.eryngii protein %

        2.4.6 杏鮑菇蛋白的化學(xué)評分

        由表6可見,各樣品中纈氨酸的蛋白化學(xué)評分(CS)均低于標(biāo)準(zhǔn)(100%),除樣品D以外,其他樣品中色氨酸的CS值亦低于標(biāo)準(zhǔn)。由此可見,盡管杏鮑菇蛋白中氨基酸含量豐富,但平衡性不如雞蛋蛋白[14,27],需要與其他食物搭配以達(dá)到均衡營養(yǎng)的效果。

        表6 杏鮑菇蛋白的化學(xué)評分Table 6 Chem ical score(CS)of P.eryngii protein %

        2.4.7 杏鮑菇蛋白的必需氨基酸指數(shù)(EAAI)

        經(jīng)計算,A—E樣品的EAAI值分別為136.27、125.52、120.76、142.89、113.89,平均為130.49。其中E樣品的EAAI最接近100,平衡性相對較好。各樣品的平衡性均不如雞蛋蛋白(100),可能與杏鮑菇蛋白中部分必需氨基酸的含量過高(如甲硫氨酸)或過低(如色氨酸)有關(guān)。

        3 討論

        本研究對5種來自不同工廠化生產(chǎn)企業(yè)的杏鮑菇樣品進(jìn)行了系統(tǒng)地氨基酸特征分析和蛋白質(zhì)營養(yǎng)評價。對必需氨基酸的PCA分析結(jié)果顯示,由苯丙氨酸、蘇氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸和賴氨酸共同決定的PC1(78.32%)和由甲硫氨酸決定的PC2(14.17%)累積貢獻(xiàn)率達(dá)到92.49%,很好地解釋了產(chǎn)品間的必需氨基酸分布差異。各產(chǎn)品經(jīng)PCA降維后的PC得分,反映了不同杏鮑菇產(chǎn)品中8種必需氨基酸的綜合性狀。不同來源的杏鮑菇產(chǎn)品中蛋白質(zhì)含量及氨基酸組成存在差異,可能由各企業(yè)采用的菌種、栽培基質(zhì)、栽培環(huán)境和生產(chǎn)工藝等不同造成的,尤其是栽培基質(zhì)中的碳源、氮源種類和比例,如以玉米芯為主要氮源的栽培配方會增加杏鮑菇蛋白的Met+Cys比例,而玉米粉和豆粕的添加則降低該比例[18,32]。目前,已有對禽蛋[8]、乳品[33]等動物蛋白氨基酸和對獼猴桃[34]、桑椹[35]、甜菜[7]等植物蛋白氨基酸進(jìn)行PCA分析的報道;在對食用菌的研究方面,劉慶慶等[36]曾報道了梵凈山區(qū)域竹蓀氨基酸含量及其主成分分析,并根據(jù)所建的模型對不同區(qū)域的竹蓀樣品進(jìn)行綜合評分。上述研究結(jié)果均表明,主成分分析法可區(qū)分樣品的氨基酸特征,適合對樣品的氨基酸品質(zhì)進(jìn)行綜合評價。

        本研究得到的5種市售杏鮑菇樣品中粗蛋白平均含量為22.8 g/(100 g)DW,與常見食用菌的粗蛋白含量相當(dāng),高于主要糧食作物。杏鮑菇蛋白中必需氨基酸總量(平均值589.55 mg/g pro)高于大多數(shù)植物源食品,是充足的必需氨基酸來源。依據(jù)現(xiàn)行國際推行的氨基酸平衡模式分析,杏鮑菇蛋白中的必需氨基酸當(dāng)量除色氨酸外均符合營養(yǎng)學(xué)要求,是較為優(yōu)良的蛋白來源。其第一限制氨基酸為色氨酸,可通過與色氨酸含量豐富的肉禽、乳蛋制品共同食用予以補充。此外,與已報道的多種常見食用菌如香菇、雙孢蘑菇、金針菇等富含甲硫氨酸的結(jié)論相同[28,37],杏鮑菇中甲硫氨酸的含量在多模型評價中均顯示為高值,甲硫氨酸是半胱氨酸、牛磺酸、軟磷脂、磷脂酰膽堿等生理活性物質(zhì)的前體,在機體氧化平衡中起重要作用,一旦缺乏會導(dǎo)致肝損傷[38-40]。在常見的食物如水果、蔬菜和豆類等植物性蛋白中,甲硫氨酸含量較低[16,38]。因此,將食用菌與日常膳食搭配,有利于人體氨基酸的平衡供給。

        綜上,本研究提出PCA可作為食用菌氨基酸品質(zhì)特征的分析工具之一,并采用多種國際推行的非生物學(xué)模型對不同的市售杏鮑菇樣品進(jìn)行了系統(tǒng)地蛋白質(zhì)營養(yǎng)評價,闡明其作為日常膳食搭配的營養(yǎng)學(xué)基礎(chǔ),為“一葷一素一菇”的膳食平衡理論提供了科學(xué)支撐。

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