王麗艷 孫 強 王鑫淼 荊瑞勇 郭永霞

(1. 黑龍江八一農(nóng)墾大學，黑龍江 大慶 163319；2. 國家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江 大慶 163319)

亞麻是中國五大油料作物之一，起源于地中海[1]。盛產(chǎn)于東北、寧夏、內(nèi)蒙古、甘肅等地區(qū)[2]，亞麻籽中富含α-亞麻酸[3]、蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、氨基酸和礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)成分[4]，還含有黃酮、木酚素、植物甾醇、生育酚、氰化物等抗氧化物質(zhì)[5]。因此亞麻籽油對人體健康有多種益處，如抗癌[6-8]、降血脂[9]、降血壓[10]、降血糖[11]等。研究[4]表明，生物質(zhì)營養(yǎng)成分與其生理功能密切相關(guān)，營養(yǎng)成分會受到產(chǎn)地、品種、環(huán)境和氣候等條件影響。因此有必要對不同產(chǎn)地和品種的亞麻籽進行營養(yǎng)特性分析。

目前有關(guān)亞麻籽營養(yǎng)物質(zhì)及活性成分的研究較多[12-14]，李燕青等[15]對內(nèi)蒙古、河北、山西、甘肅、加拿大、俄羅斯、美國產(chǎn)地的亞麻籽進行了氨基酸組成和含量測定，結(jié)果表明不同亞麻籽中必需氨基酸符合或接近WHO/FAO所規(guī)定的適宜人體氨基酸模式要求，因此亞麻籽可以作為補充氨基酸的功能食品加以開發(fā)。游離氨基酸屬于非蛋白質(zhì)氨基酸[16]，其成分和含量可反映食品的營養(yǎng)價值，可以作為食用品質(zhì)的一項重要指標[17]。有關(guān)利用氨基酸含量來進行營養(yǎng)價值評價的研究已在多種食品上有相關(guān)報道，如食用蘑菇[18]、百合[19]、桑椹[20]、核桃[21]、黃花菜[22]等。由于氨基酸種類較多，利用不同的氨基酸來評價食品營養(yǎng)價值可能會得到不同的結(jié)果，因此利用某一種氨基酸來進行食品營養(yǎng)價值的評價是不客觀的，有研究者[18-22]利用主成分分析(principal component analysis，PCA)來進行綜合評價。

中國亞麻籽產(chǎn)地較多，各產(chǎn)地之間的氣候、土壤、水質(zhì)等自然條件存在較大差異，因此有必要對不同產(chǎn)地和品種的亞麻籽氨基酸成分進行綜合評價研究。課題組前期對試驗中所選品種的粗脂肪、α-亞麻酸、總糖、粗蛋白、總氨基酸、鈣、鐵和鋅含量8個指標進行了含量測定和品質(zhì)綜合評價。在此基礎(chǔ)上，研究擬對6個產(chǎn)地的12個亞麻籽品種的氨基酸組成和含量進行測定，并進行主成分分析，綜合評價不同品種亞麻籽氨基酸含量的品質(zhì)差異，以期為亞麻籽油脂加工及補充亞麻籽油數(shù)據(jù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

亞麻籽：6個產(chǎn)地的12個品種，具體信息見表1，其中輪選1和輪選2由內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學院提供，其余品種由黑龍江省科學院大慶分院提供；

表1 亞麻籽品種信息

氨基酸標準品：美國Sigma公司；

茚三酮：德國Menbar Pure公司；

氫氧化鈉、濃鹽酸、磺基水楊酸等：分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

全自動氨基酸分析儀：L-8900型，日本日立高新技術(shù)公司；

小型高速粉碎機：TLG-01型，北京天利恒誠科技有限公司；

離心機：5424 R型，德國Eppendorf公司；

酸度計：DELTA320型，梅特勒—托利多儀器(上海)有限公司。

1.3 氨基酸含量測定

采用氨基酸自動分析儀進行測定，檢測波長為440，570 nm，分離柱為陽離子交換樹脂2619，茚三酮溶液0.35 mL/min，緩沖液流速0.40 mL/min，進樣量20 μL，每個樣品測定3次。

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

1.4.1 隸屬函數(shù)值 按式(1)計算[23-24]。

(1)

式中：

Xj——第j個綜合指標，j=1,2,…,n；

U(Xj)——第j個綜合指標的隸屬函數(shù)值；

Xmin、Xmax——第j個綜合指標的最小值與最大值。

1.4.2 權(quán)重 按式(2)計算權(quán)重[25]。

(2)

式中：

Wj——第j個綜合指標的權(quán)重；

Rj——第j個綜合指標的貢獻率。

1.4.3 綜合評價值 按式(3)計算[18]。

(3)

式中：

D——不同產(chǎn)地亞麻籽品質(zhì)的綜合評價值。

1.4.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 采用Excel 2013軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與整理；采用R 3.6.1語言進行相關(guān)性和差異性分析、主成分分析(PCA)；采用SPSS 20.0進行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氨基酸組成分析

由表2可知，12個亞麻籽品種均含有17種氨基酸且種類一致，無差異，其中Glu含量最高，平均為5.06 mg/g，Cys含量最低，平均為0.19 mg/g。晉亞7的游離氨基酸總量最高，為25.14 mg/g，隴亞10的游離氨基酸總量最低，為19.26 mg/g。人體中8種必需氨基酸除色氨酸(Trp)外，亞麻籽中含有7種，其中晉亞7的含量最高，為8.11 mg/g，隴亞10的含量最低，為6.29 mg/g。12個亞麻籽中均含有賴氨酸(Lys)和甲硫氨酸(Met)兩種限制性氨基酸，其種晉亞7的含量最高，為1.72 mg/g，隴亞10的含量最低，為1.11 mg/g。通過差異性分析可知，17種氨基酸的最高含量與最低含量均存在顯著差異(P<0.05)，其中Leu含量為1.22～1.57 mg/g，變異系數(shù)最小，為7.39%，說明亞麻籽品種對Leu含量影響最?。籑et含量為0.29～0.65 mg/g，變異系數(shù)最大，為26.66%，說明亞麻籽品種對Met含量影響最大。通過變異系數(shù)可知，亞麻籽品種對氨基酸含量的影響順序為Met>Cys>Phe>Tyr>Arg>Glu> Pro>His>Asp>Ser>Lys>Gly>Thr>Ala>Ile>Val>Leu。

表2 12個亞麻籽品種氨基酸組成及其含量?

2.2 氨基酸含量相關(guān)性分析

由表3可知，12個亞麻籽品種所含17種氨基酸之間具有不同程度的相關(guān)性，其中Phe、Cys與其他16個氨基酸之間無顯著相關(guān)性，Ile與Ala的相關(guān)性最強，呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)最大為0.988。有的氨基酸之間呈負相關(guān)，但均未達到顯著水平。12個亞麻籽品種的17種氨基酸含量差異不同，各氨基酸之間均存在不同程度的相關(guān)性，由于各種氨基酸之間存在著不同的信息重疊現(xiàn)象，因此利用某種氨基酸來評定不同亞麻籽品種的品質(zhì)是不客觀的。

表3 氨基酸含量相關(guān)性分析?

2.3 氨基酸含量的主成分分析

2.3.1 主成分提取 以12個亞麻籽品種的17種氨基酸含量指標構(gòu)成17×12的矩陣，利用R語言對其進行主成分分析，結(jié)果見表4。由表4可知，前3個主成分對應(yīng)特征值均>1，累計方差貢獻率達86.695%，說明可以用前3個主成分代替17個氨基酸指標對12個亞麻籽品種進行品質(zhì)綜合評價。由表5可知，3個主成分對應(yīng)特征向量為：

表4 12個亞麻籽品種氨基酸主成分分析的特征值、貢獻率和累計貢獻率

表5 12個亞麻籽品種氨基酸主成分的特征向量與載荷矩陣

PC1=0.198x1+0.282x2+0.252x3+0.288x4+0.179x5+0.132x6+0.213x7+0.250x8+0.269x9+0.283x10+0.277x11+0.296x12-0.072x13+0.156x14+0.283x15+0.293x16+0.255x17，

(4)

PC2=-0.082x1+0.223x2-0.131x3+0.149x4-0.407x5+0.308x6-0.431x7-0.350x8-0.076x9+0.224x10-0.082x11+0.137x12+0.297x13-0.227x14+0.122x15+0.164x16+0.269x17，

(5)

PC3=0.221x1-0.031x2+0.256x3-0.133x4+0.147x5+0.327x6+0.021x7+0.109x8-0.250x9-0.079x10-0.233x11-0.117x12+0.592x13+0.472x14-0.097x15+0.007x16+0.084x17。

(6)

由圖1可知，PC1的方差貢獻率為60.536%，其中Ala(x12)和Arg(x16)的系數(shù)較大，分別為0.296和0.293；PC2的方差貢獻率為15.002%，其中Thr(x7)和Leu(x5)的系數(shù)較大，分別為0.431和0.407；PC3的方差貢獻率為11.157%，其中Cys(x13)的系數(shù)最大，為0.592。綜上，Ala、Arg、Thr、Leu和Cys可以作為12個亞麻籽品種基于氨基酸含量的綜合評價指標。課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，Phe、Arg、Pro、Met和Ser可以作為15個產(chǎn)區(qū)黑木耳的綜合評價指標[26]，Met、Lys、Val、Pro、His、Thr、Lys、Ile和Cys可以作為14種食用蘑菇的綜合評價指標[18]，說明基于氨基酸含量對不同食品的營養(yǎng)價值進行綜合評價，不同食品得出的評價指標不同。

圖1 主成分圖Figure 1 Principle component

2.3.2 綜合評價

(1) 隸屬函數(shù)分析：由表6可知，3個綜合指標的隸屬函數(shù)值不同，對于PC1而言，晉亞7的U(X1)值最大，為 1.000，說明晉亞7在PC1上表現(xiàn)出的品質(zhì)最好，隴亞10的U(X1)值最小，為 0.000，說明隴亞10在PC1上表現(xiàn)出的品質(zhì)最差；對于PC2而言，隴亞8的U(X2)值最大，為 1.000，說明隴亞8在PC2上表現(xiàn)出的品質(zhì)最好，而壩亞11的U(X2)值最小，為0.000，說明壩亞11在PC2上表現(xiàn)出的品質(zhì)最差；對于PC3而言，伊亞3的U(X3)值最大，為1.000，說明伊亞3在PC3上表現(xiàn)出的品質(zhì)最好，壩亞9的U(X3)值最小，為0.000，說明壩亞9在PC3上表現(xiàn)出的品質(zhì)最差。

表6 12個亞麻籽品種品質(zhì)評價綜合指標值、權(quán)重、隸屬函數(shù)值、D值及品質(zhì)排序

(2) 各綜合指標權(quán)重的確定：根據(jù)綜合指標貢獻率的大小，第1綜合指標貢獻率為60.536%，第2綜合指標貢獻率為15.002%，第3綜合指標貢獻率為11.157%，可根據(jù)式(2)求出權(quán)重。經(jīng)計算，3個綜合指標權(quán)重分別為0.698，0.173和0.129。

(3) 氨基酸含量的綜合評價：通過對D值排序得出12個亞麻籽品種基于氨基酸含量的品質(zhì)優(yōu)劣順序為：晉亞7>晉亞8>輪選2>壩亞9>伊亞3>輪選1>寧亞16>寧亞17>伊亞4>隴亞8>壩亞11>隴亞10。

2.3.3 聚類分析 由圖2可知，聚類分析將12個亞麻籽品種劃分為四大類，其基于氨基酸含量的品質(zhì)依次降低。第 I 類包括晉亞7和晉亞8；第 II 類包括輪選2、壩亞9、伊亞3、輪選1、寧亞16和寧亞17；第Ⅲ類包括伊亞4、隴亞8和壩亞11；第Ⅳ類包括隴亞10。

圖2 12個亞麻籽品種基于氨基酸含量的聚類分析圖Figure 2 Quality dendrogram of 12 flaxseed varietiesbased on amino acid content

3 結(jié)論

對12個亞麻籽品種的氨基酸組成和含量進行了測定。結(jié)果表明，所有亞麻籽品種均含有17種氨基酸和7種人體必需氨基酸，亞麻籽品種對17種氨基酸含量的影響順序為Met>Cys>Phe>Tyr>Arg>Glu>Pro>His>Asp>Ser>Lys>Gly>Thr>Ala>Ile>Val>Leu。對12個亞麻籽品種的17種氨基酸含量指標進行主成分分析，提取出3個主成分，其累計方差貢獻率達到86.695%，Ala、Arg、Thr、Leu和Cys可以作為12個亞麻籽品種基于氨基酸含量的品質(zhì)綜合評價指標。通過綜合評價D值得出12個亞麻籽品種基于氨基酸含量的品質(zhì)優(yōu)劣順序為晉亞7>晉亞8>輪選2>壩亞9>伊亞3>輪選1>寧亞16>寧亞17>伊亞4>隴亞8>壩亞11>隴亞10。聚類分析將12個亞麻籽品種劃分為四大類，其基于氨基酸含量的品質(zhì)依次降低：第I類包括晉亞7和晉亞8；第II類包括輪選2、壩亞9、伊亞3、輪選1、寧亞16和寧亞17；第Ⅲ類包括伊亞4、隴亞8和壩亞11；第Ⅳ類包括隴亞10。課題組前期對不同產(chǎn)地和不同品種的亞麻籽營養(yǎng)成分進行了主成分分析，關(guān)于不同產(chǎn)地和不同品種亞麻籽礦物質(zhì)元素含量的主成分分析有待進一步研究。