盧 冉，王炳智，田英姿

（華南理工大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510640）

杏仁是薔薇科落葉喬木植物杏或山杏的種子，廣泛分布于我國(guó)北方地區(qū)，如新疆、河北等地，具有豐富的價(jià)值[1]。早在幾千年前杏仁已經(jīng)被用來(lái)制作食品，而在科技發(fā)達(dá)的今天，杏仁被開(kāi)發(fā)出了更多的功能應(yīng)用。根據(jù)美國(guó)食品和藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration，F(xiàn)DA）定義，杏仁是一種營(yíng)養(yǎng)豐富的食物，每日食用28 g杏仁可以為人體提供豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（杏仁提供營(yíng)養(yǎng)/每日營(yíng)養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)）如：VE（36.4%）、錳（36.0%）、鎂（19.5%）、銅（16.0%）、磷（13.4%）、纖維（13.2%，不溶性纖維/可溶性纖維比例為4∶1）、核黃素（13.5%）和蛋白質(zhì)（12.1%）[2]，可以取代其他富含精制淀粉、添加糖和低纖維的食物作為零食，是一種被推薦的健康飲食[3]。富含杏仁的飲食不僅可以降低膽固醇[4]、改善血管功能、降低心血管疾病和糖尿病的風(fēng)險(xiǎn)[5]，而且可以改善內(nèi)皮功能、心臟自主神經(jīng)功能[3]，顯著改善午餐后的記憶力下降[6]。食用杏仁還可以提高飽腹感，減少饑餓感和食欲，因此高攝入量（42.5 g）可以降低血漿低密度脂蛋白膽固醇和空腹血糖濃度，而不會(huì)導(dǎo)致體質(zhì)量增加[7-8]。除此之外杏仁還有鎮(zhèn)咳平喘、抗氧化、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的作用[9-10]。

杏仁是一種良好的蛋白質(zhì)來(lái)源，而杏仁15%的能量來(lái)自蛋白質(zhì)[2]，且杏仁蛋白具有良好的消化率，因此，用杏仁這一富含蛋白質(zhì)的食物代替碳水化合物可以有效控制脂蛋白膽固醇水平[11]。杏仁蛋白中含有17種氨基酸，除了8種人體必需氨基酸外，還含有豐富的半必需氨基酸[12]，其中精氨酸的含量極高[13]，而精氨酸正是植物甾醇的天然來(lái)源，可以在一定程度上降低低密度脂蛋白膽固醇[14]，因此杏仁蛋白質(zhì)中的氨基酸組成對(duì)其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值極為重要。食品中的氨基酸不僅決定食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，同樣也影響食品的口感，因此如何正確客觀地評(píng)價(jià)食品中的氨基酸非常重要。

目前關(guān)于杏仁氨基酸組成及含量分析的研究較少，對(duì)不同種杏仁間差異的研究也鮮有報(bào)道，不同品種杏仁的營(yíng)養(yǎng)成分差異很大，篩選出氨基酸含量豐富且均衡的杏仁品種可以為杏仁產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)利用提供參考。本實(shí)驗(yàn)對(duì)新疆10 個(gè)不同品種杏仁的氨基酸種類(lèi)及含量進(jìn)行測(cè)定，系統(tǒng)分析10種杏仁的必需氨基酸的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，并使用主成分分析（principal component analysis，PCA）及聚類(lèi)分析對(duì)氨基酸指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從而選取出最符合人體蛋白需求的杏仁品種，旨在為之后的杏仁營(yíng)養(yǎng)分析和杏仁功能性應(yīng)用提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

亞勒克阿克胡安娜（AM1）、窮米烏力克胡安娜（AM2）、阿克杏（AM3）、阿克阿依（AM4）、西米西（AM5）、卡巴克西米西（AM6）、伊犁白杏（AM7）、輪臺(tái)小白杏（AM8）、色買(mǎi)提王（AM9）、胡泡達(dá)克色買(mǎi)提（AM10）10 個(gè)種的杏仁來(lái)源于新疆喀什，每個(gè)品種選取長(zhǎng)勢(shì)喜人、無(wú)病無(wú)蟲(chóng)害的植株隨機(jī)采集果實(shí)20 個(gè)，而后將杏仁剝離自然風(fēng)干保存。

鹽酸、硫酸、氫氧化鈉、苯酚、檸檬酸鈉緩沖液（pH 2） 廣州化學(xué)試劑廠；95%乙醇 天津市大茂化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

DHG-9140電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；FA2104N分析天平 上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司；HYP-308消化爐 上海纖檢儀器有限公司；L-8800全自動(dòng)氨基酸分析儀 日本日立高新技術(shù)公司。

1.3 方法

1.3.1 氨基酸檢測(cè)

參照GB/T 5009.124—2016《食品中氨基酸的測(cè)定》。將杏仁研磨成粉狀，置于干燥箱中干燥24 h。分別稱(chēng)取樣品0.1 g左右置于水解管中，準(zhǔn)確加入6 mol/L鹽酸溶液10 mL，氮吹15 min后封口，確認(rèn)密封后置于110 ℃干燥箱中水解22 h，然后取出，冷卻至室溫。打開(kāi)水解管，將水解液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用超純水沖洗水解管至無(wú)樣品殘留，水洗液移入同一容量瓶?jī)?nèi)，用水定容至50 mL。準(zhǔn)確吸取1.0 mL水解液于試管中，置于干燥箱中，在40～50 ℃干燥蒸干，加pH 2.2檸檬酸鈉緩沖液1.0～2.0 mL于上述試管中溶解，然后吸取樣品溶液過(guò)0.22 μm濾膜，將樣品溶液置于全自動(dòng)氨基酸分析儀進(jìn)行上樣分析。每個(gè)樣品做3 組平行樣。

1.3.2 氨基酸營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)

1.3.2.1 必需氨基酸指數(shù)（essential amino acid index，EAAI）

EAAI由Oser[15]提出，是一個(gè)必需氨基酸與標(biāo)準(zhǔn)模式全面比較的幾何均數(shù)，計(jì)算公式如下：

式中：Leua、Vala、…、Hisa為樣品必需氨基酸含量；Leub、Valb、…、Hisb為標(biāo)準(zhǔn)模式中必需氨基酸含量；n為EAA個(gè)數(shù)（8）。

1.3.2.2 氨基酸比值系數(shù)

氨基酸比值系數(shù)法由朱圣陶等[16]提出，計(jì)算氨基酸比值（ratio of amino acid，RAA）、氨基酸比值系數(shù)（ratio coefficient of amino acid，RC）和氨基酸比值系數(shù)分（score of RC，SRC）[17]。

式中：CV＝標(biāo)準(zhǔn)差/均數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)模式均采用聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，F(xiàn)AO）和世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）在2013年提出的針對(duì)年齡大于3 歲的大齡兒童、青少年及成人需求的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)參考模式[18]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2016統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與整理，計(jì)算出氨基酸含量平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)、EAAI值及SRC值。采用SPSS 26.0進(jìn)行相關(guān)性分析、PCA及聚類(lèi)分析并得到相關(guān)分析圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氨基酸組成分析

對(duì)10 個(gè)品種杏仁的不同氨基酸含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表1所示。10種杏仁均含有17種氨基酸，其中包括7種必需氨基酸和10種非必需氨基酸。由表1可知，不同品種杏仁之間氨基酸總量和必需氨基酸存在較大差異。從總氨基酸含量看，氨基酸組分總質(zhì)量分?jǐn)?shù)在16.7%～23.12%之間，平均值為20.44%，這一結(jié)果與尹蓉等[19]的研究結(jié)果基本一致，該含量和核桃（18.16%）[20]接近。其中，AM4這一品種的氨基酸總量最高，而AM5最低，AM1、AM2、AM7、AM10等品種的氨基酸總量高于均值。10 個(gè)不同品種杏仁中各種氨基酸含量排序基本一致，從高到低為谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（Asp）、精氨酸（Arg）、亮氨酸（Leu）、苯丙氨酸（Phe）、甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、絲氨酸（Ser）、纈氨酸（Val）、異亮氨酸（Ile）、蘇氨酸（Thr）、酪氨酸（Tyr）、組氨酸（His）、賴(lài)氨酸（Lys）、脯氨酸（Pro）、半胱氨酸（Cys）、蛋氨酸（Met），其中，Glu含量最高。Glu在生命的關(guān)鍵時(shí)期包括快速生長(zhǎng)的新生兒時(shí)期不可缺少，可提高免疫細(xì)胞的免疫功能[21]，Glu還可以興奮大多數(shù)區(qū)域的神經(jīng)元，參與學(xué)習(xí)記憶過(guò)程，調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架的形成及功能[22]；因此，杏仁可被開(kāi)發(fā)成為提高免疫力和記憶力的食品。

表1 10種杏仁氨基酸組成Table 1 Amino acid compositions of apricot seed kernels from ten cultivars

從10 個(gè)品種杏仁氨基酸含量變異系數(shù)看，不同品種杏仁氨基酸含量差異較大，其中Pro含量的變異系數(shù)最大，分別為32.72%和33.47%；His含量的變異系數(shù)最小，為8.31%。

2.2 氨基酸營(yíng)養(yǎng)分析

2.2.1 必需氨基酸分析

由表2可知，10種杏仁的必需氨基酸中芳香族氨基酸（Tyr＋Phe）含量最高，在75.91～81.42 mg/g之間，這表明杏仁的芳香族氨基酸含量高于FAO/WHO（2013）對(duì)大齡兒童、青少年及成年人標(biāo)準(zhǔn)模式（41 mg/g）的要求。必需氨基酸總量在321.82～336.25 mg/g之間，均高于FAO/WHO對(duì)大齡兒童、青少年及成年人的要求。因此，可認(rèn)為杏仁能滿(mǎn)足3 歲及以上年齡兒童及成年人對(duì)必需氨基酸的營(yíng)養(yǎng)需求。

表2 10種杏仁的必需氨基酸組成及比較分析Table 2 Essential amino acid compositions of apricot seed kernels from ten cultivars mg/g

2.2.2 氨基酸營(yíng)養(yǎng)價(jià)值分析

由表3可知，總含硫氨基酸、賴(lài)氨酸是所有杏仁蛋白的第1限制氨基酸（41%～56%）及第2限制氨基酸（48%～65%），其余所有必需氨基酸均大于FAO/WHO（2013）標(biāo)準(zhǔn)模式。說(shuō)明杏仁的氨基酸組成符合FAO/WHO（2013)標(biāo)準(zhǔn)，蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高，利于人體吸收和利用。EAAI是所有必需氨基酸相對(duì)于一種標(biāo)準(zhǔn)蛋白質(zhì)中總必需氨基酸的比率，是比較氨基酸平衡優(yōu)劣的指標(biāo)。EAAI越大，氨基酸組成越均衡，蛋白質(zhì)的質(zhì)量和效率越高。10種杏仁氨基酸的EAAI均高于100，可以達(dá)到FAO/WHO（2013）對(duì)大齡兒童、青少年和成人的要求。結(jié)果表明，杏仁蛋白質(zhì)的必需氨基酸組成合理。

表3 10種杏仁的RAA和EAAITable 3 RAA and EAAI of apricot seed kernels from ten cultivar

現(xiàn)在營(yíng)養(yǎng)學(xué)理論認(rèn)為，食物蛋白質(zhì)氨基酸組成越接近模式氨基酸組成，則營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高，氨基酸平衡理論由此誕生[23]。RC和SRC基于氨基酸平衡理論，用各種必需氨基酸偏離氨基酸模式的離散度評(píng)價(jià)蛋白質(zhì)的質(zhì)量，與生物價(jià)高度相關(guān)[16,24]。RC越接近1，SRC越接近100，蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高。如表4所示，比較不同種杏仁必需氨基酸的RC值，得知AM1的第1限制氨基酸為含硫氨基酸和Lys，AM3和AM8的第1限制氨基酸為L(zhǎng)ys，其余7 個(gè)品種的第1限制氨基酸為含硫氨基酸，與EAAI結(jié)果一致。10種杏仁氨基酸的SRC值在59.14～65.17之間，結(jié)果與扁桃種仁（56.46～67.68）[25]相仿，略低于核桃（67.02～87.98）[24]。杏仁含有豐富的His、芳香族氨基酸、Ile等，可以與富含硫氨基酸和Lys的食物搭配，以此改善低質(zhì)量蛋白的膳食。

表4 10種杏仁的RC和SRC值Table 4 RC and SRC values of apricot seed kernels from ten cultivar

2.3 相關(guān)性分析

由表5可知，各種氨基酸指標(biāo)之間相關(guān)性不同，既存在正相關(guān)也存在負(fù)相關(guān)；絕大部分氨基酸相關(guān)性顯著（P＜0.05），這說(shuō)明各個(gè)氨基酸間相關(guān)性較強(qiáng)。Val、Leu、Ile、Phe、His、Arg、Ser、Glu、Gly、Ala與Asp等氨基酸之間存在極顯著的相關(guān)性；Tyr與Cys、Met、Pro和Lys之間無(wú)顯著相關(guān)性，與Val、Thr、Asp相關(guān)性顯著，與其他9 個(gè)氨基酸相關(guān)性達(dá)到極顯著水平；Lys和Leu、Ile、Phe、Gly、Ala呈顯著相關(guān)，和Val、Ser、Asp呈極顯著相關(guān)；Cys和Thr呈顯著相關(guān)；Pro和Met與其他氨基酸的相關(guān)性均不顯著。由相關(guān)性分析可知，不同的氨基酸間既存在不同也存在信息重疊，因此需要用PCA對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維和綜合評(píng)價(jià)。

表5 杏仁氨基酸的相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis between amino acids of apricot seed kernels

2.4 PCA結(jié)果

PCA可通過(guò)提取最重要的信息進(jìn)行分析降低數(shù)據(jù)集的維數(shù)，將多個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為幾個(gè)信息不重疊的數(shù)據(jù)[26]，從眾多因素中解析出重要的影響因素。PCA技術(shù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)差異、篩選和評(píng)價(jià)的研究[27-29]，利用PCA可以對(duì)杏仁氨基酸進(jìn)行全面、科學(xué)、綜合的評(píng)價(jià)。如表6所示，每個(gè)PC都一定程度上反映了一些原始變量的信息，前3 個(gè)PC對(duì)應(yīng)特征值均大于1，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為90.295%，說(shuō)明前3 個(gè)PC綜合了10種杏仁氨基酸的絕大部分信息，故可選取前3 個(gè)PC作為3 個(gè)相互獨(dú)立的綜合性變量代替17種氨基酸數(shù)據(jù)對(duì)不同種杏仁的蛋白質(zhì)進(jìn)行全面分析。

表6 PC總方差解釋Table 6 Contribution rates of first three principal components to total variance

圖1、表7顯示了PCA載荷值的分布，載荷值反映了各氨基酸指標(biāo)對(duì)PC矩陣中的權(quán)重，數(shù)值絕對(duì)值反映了原始變量對(duì)因子影響的強(qiáng)度，正負(fù)反映方向。從圖1可以看出，Tyr、His、Ala、Arg、Leu、Glu、Phe、Gly、Ser、Ile、Asp、Val、Lys在PC1方向較為集中且大于0.7，即這13種氨基酸與PC1高度正相關(guān)，且PC1的方差貢獻(xiàn)率為69.421%，表明PC1對(duì)杏仁蛋白質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)影響最大，且隨著13種氨基酸含量的增大而增大。在PC2方向Cys和Thr載荷較高，都在PC2的正半軸且大于0.8，其余氨基酸處于－0.3～0.3之間；PC2的方差貢獻(xiàn)率為14.088%，則PC2對(duì)杏仁蛋白質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)影響也較高。而PC3方差貢獻(xiàn)率為6.786%，在PC3方向上Met的載荷值較高且為正相關(guān)，即PC3對(duì)杏仁蛋白質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)也具有一定影響。

表7 PC特征向量和載荷矩陣Table 7 Principal component eigenvectors and loading matrix

圖1 氨基酸PCA 2D圖Fig.1 2D PCA biplots of amino acid composition

2.5 綜合評(píng)價(jià)

由PCA可知，前3 個(gè)PC反映了杏仁17種氨基酸信息的90.295%，且相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值大于1，因此可以選取前3 個(gè)PC對(duì)不同種杏仁的氨基酸總體水平進(jìn)行科學(xué)綜合的評(píng)價(jià)。用17種氨基酸作初始自變量，經(jīng)PCA，得到杏仁氨基酸3 個(gè)PC因子的線性方程式為：

將相關(guān)的原始變量經(jīng)過(guò)一系列的正交變換重新整合成涵蓋大部分信息的、新的、彼此無(wú)關(guān)的3 個(gè)PC因子，從不同方面體現(xiàn)了不同品種杏仁蛋白質(zhì)氨基酸的質(zhì)量水平，因此不能單獨(dú)使用某一PC對(duì)杏仁蛋白質(zhì)氨基酸總體水平作出綜合性評(píng)價(jià)。根據(jù)PCA結(jié)果，以每個(gè)PC對(duì)應(yīng)的方差相對(duì)貢獻(xiàn)率作為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)求和，建立綜合評(píng)價(jià)模型P=0.769PC1＋0.156PC2＋0.075PC3，計(jì)算各品種的綜合得分。

由圖1和表8綜合看，AM4的Pro含量在10 個(gè)樣品種最低而其他16種氨基酸極高，因此其PC1（5.06）值最高；相反AM8的Pro含量最高使得其PC1（－3.42）值最低。AM8的Pro、Cys、Thr三種氨基酸含量很高，使其在PC2（3.55）正方向上的值最高；AM3的Met含量最高使得其PC3（2.27）值最高。AM5的所有種類(lèi)氨基酸含量都極低，使得其PC1、PC2和PC3值都很低。10種杏仁按照綜合評(píng)價(jià)由高往低依次是AM4、AM2、AM10、AM7、AM1、AM9、AM3、AM6、AM8、AM5，其中AM4、AM2、AM10、AM7、AM1綜合評(píng)價(jià)大于0，說(shuō)明這5 個(gè)品種杏仁綜合質(zhì)量高于平均水平。

表8 10種杏仁的PC得分及綜合得分Table 8 Principal component scores and comprehensive scores of apricot seed kernels from ten cultivars

2.6 聚類(lèi)分析

使用SPSS軟件對(duì)10 個(gè)品種的杏仁進(jìn)行聚類(lèi)分析，以研究不同種類(lèi)杏仁氨基酸營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的差異。首先將氨基酸總含量、EAAI值、SRC值、EAA總含量以及綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)化，采用歐氏距離和Ward最小方差對(duì)10 個(gè)品種的杏仁進(jìn)行分類(lèi)，得出譜系圖如圖2所示[30-32]。聚類(lèi)結(jié)果表明，10 個(gè)樣品可分為4 類(lèi)。其中AM2、AM4為第1類(lèi)，此類(lèi)2 個(gè)品種的綜合評(píng)價(jià)、EAA總含量、氨基酸總含量和SRC值都很高，因此相應(yīng)的蛋白質(zhì)品質(zhì)最好；AM7、AM10、AM1為第2類(lèi)，此類(lèi)品種的杏仁各項(xiàng)指標(biāo)中等，故該類(lèi)蛋白質(zhì)品質(zhì)次之；AM6、AM9為第3類(lèi)，此類(lèi)杏仁SRC值高于第2類(lèi)而其他指標(biāo)都比第2類(lèi)較低，綜合看蛋白質(zhì)品質(zhì)低于第2類(lèi)。AM5、AM8、AM3為第4類(lèi)，此類(lèi)杏仁氨基酸含量最少，蛋白質(zhì)品質(zhì)一般。

圖2 10種杏仁系統(tǒng)聚類(lèi)分析圖Fig.2 Hierarchical cluster analysis of apricot seed kernels from ten cultivars

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)對(duì)10 個(gè)品種杏仁間氨基酸的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及差異進(jìn)行研究分析。杏仁中氨基酸含量豐富，10 個(gè)品種杏仁均含有17種氨基酸，氨基酸總質(zhì)量分?jǐn)?shù)在16.7%～23.12%之間，平均值為20.44%，略低于扁桃仁氨基酸平均值（23.18%）[25]。對(duì)不同杏仁17種氨基酸含量的差異分析顯示了杏仁品種間氨基酸含量存在較大差異，變異系數(shù)最大為33.47%。

研究發(fā)現(xiàn)有6種必需氨基酸均大于標(biāo)準(zhǔn)模式，而含硫氨基酸及賴(lài)氨酸是杏仁的限制性氨基酸。應(yīng)用EAAI及SRC方法對(duì)杏仁氨基酸營(yíng)養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)。10種杏仁EAAI值均大于100，說(shuō)明杏仁氨基酸組成較為均衡且豐富；而10種氨基酸的SRC值介于59.14～65.17之間，則是因?yàn)楹虬被岷唾?lài)氨酸偏離氨基酸模式過(guò)大，因此根據(jù)人體需要，可以將杏仁與富含含硫氨基酸和賴(lài)氨酸的食物進(jìn)行搭配食用。

對(duì)17種氨基酸含量指標(biāo)進(jìn)行PCA，從中提取3 個(gè)PC因子，其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為90.295%，這3 個(gè)PC可以較好地反映出10種杏仁氨基酸的綜合信息。根據(jù)3 個(gè)PC方差貢獻(xiàn)率重新建立綜合評(píng)價(jià)的模型，結(jié)果即是杏仁的綜合得分，得分越高則品質(zhì)越好，根據(jù)PCA及聚類(lèi)分析10 個(gè)品種從優(yōu)到劣依次為AM4、AM2、AM10、AM7、AM1、AM9、AM3、AM6、AM8、AM5。

我國(guó)杏仁種類(lèi)繁多，本實(shí)驗(yàn)僅選取新疆10種杏仁，今后還可進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，深度挖掘，為杏仁的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值分析、品種篩選提供更多理論依據(jù)。