顧曉敏，童 川，韓延超，陳杭君，郜海燕

（浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品科學(xué)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部果品產(chǎn)后處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江省果蔬保鮮與加工技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)輕工業(yè)果蔬保鮮與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310021）

蓮藕（Nelumbo nuciferaGaertn.），又名藕、荷藕等，是一種多年生水生蔬菜[1]，在我國(guó)湖北、江蘇、浙江等地區(qū)廣泛種植[2]。2019年僅湖北省蓮藕種植面積達(dá)10.56萬(wàn) hm2，產(chǎn)量達(dá)217.2萬(wàn) t[3]。蓮藕含有約80%水、17.64%淀粉、3.67%總膳食纖維、2.56%蛋白質(zhì)等成分，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富[4-5]。此外，還含有大量的生物堿、類黃酮、多酚等藥用成分[6-7]，具有清除自由基、抗氧化和降血糖等生理功效[8-9]。目前，蓮藕營(yíng)養(yǎng)與加工品質(zhì)、貯藏保鮮等研究逐漸受到重視。Li Shuyi等[10]將蓮藕切片分別在40、50、60 ℃處理30 min后，發(fā)現(xiàn)濕熱處理能夠使蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加29%～36%。孫其然等[1]在蓮藕及下腳料中檢測(cè)到糖類、核苷類、蛋白質(zhì)及20種氨基酸，包括人體必需的9種氨基酸。

氨基酸以兩種形式存在于植物中：一種是游離態(tài)形式；另一種以結(jié)合態(tài)的形式存在于肽和蛋白質(zhì)中。氨基酸種類及含量影響植物的生長(zhǎng)、成熟和衰老[12]。自然界中氨基酸種類多達(dá)150多種，但是在生物體中僅有20多種，分為必需氨基酸（essential amino acids，EAA）和非必需氨基酸（non-essential amino acid，NEAA），是人類身體代謝不可或缺的一種重要營(yíng)養(yǎng)元素[13]。已有研究表明，蓮藕中含有16種氨基酸，總含量為5.96%～15.75%，其中，異亮氨酸（Ile）、苯丙氨酸（Phe）、組氨酸（His）等9種人體EAA含量為1.47%～3.47%，亮氨酸（Leu）、丙氨酸（Ala）、甘氨酸（Gly）等8種NEAA含量為4.49%～12.22%[14]。除了品種與種植環(huán)境因素外，貯藏方式、加工方法等也會(huì)導(dǎo)致蓮藕氨基酸組分與含量產(chǎn)生較大差異。張永清等[15]使用蒲公英提取物對(duì)蓮藕進(jìn)行保鮮，研究發(fā)現(xiàn)隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，游離氨基酸含量呈下降趨勢(shì)，與對(duì)照組相比，蒲公英提取物處理后樣品在貯藏4、8、12、16 d后氨基酸含量分別減少了23.37%、27.12%、59.51%、72.62%；而使用異抗血酸鈉作為保鮮劑處理鮮切蓮藕則發(fā)現(xiàn)，隨著貯藏時(shí)間的增長(zhǎng)，蓮藕游離氨基酸含量呈先下降后上升的趨勢(shì)，說(shuō)明游離氨基酸參與細(xì)胞壁的代謝活動(dòng)，同時(shí)外源酶又分解細(xì)胞中的蛋白質(zhì)，使氨基酸含量有所提高[16]。Shukla等[17]將蓮藕制成糖漿并分析貯藏后氨基酸含量的變化，發(fā)現(xiàn)貯藏0 d蓮藕糖漿中游離氨基酸質(zhì)量濃度為5.74 μg/mL，而在貯藏15、90、180 d分別為262.95、317.1、351.44 μg/mL，表明氨基酸含量隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷提高。姚祥坦等[18]通過(guò)研究“藕-魚”“菱-魚”共生種養(yǎng)結(jié)合模式下蓮藕的生長(zhǎng)狀況發(fā)現(xiàn)，低洼田濕地農(nóng)業(yè)“藕-魚”共生種養(yǎng)結(jié)合模式種植的蓮藕中氨基酸含量提高了11.3%。游離氨基酸不僅是一種重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)也是重要的呈香物質(zhì)，表現(xiàn)出鮮、甜、酸、苦及澀等味感，這些味感形成了食物豐富的味覺(jué)層次[19]。因此，明確蓮藕中游離氨基酸種類、含量以及呈味特性，對(duì)提高蓮藕加工制品的營(yíng)養(yǎng)與品質(zhì)具有重要意義。

基于上述，關(guān)于蓮藕氨基酸的研究主要集中在加工方式、貯藏條件以及種植方式等對(duì)其組分及含量的影響，針對(duì)不同品種蓮藕氨基酸含量與組分的研究報(bào)道較少。本研究分析28個(gè)不同品種蓮藕的游離氨基酸組分及含量，通過(guò)主成分分析（principal component analysis，PCA）和聚類分析對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期為蓮藕營(yíng)養(yǎng)與風(fēng)味品質(zhì)評(píng)價(jià)、品種篩選及產(chǎn)品開(kāi)發(fā)利用提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實(shí)驗(yàn)材料為收集的28 份蓮藕主栽品種與地方品種，具體信息見(jiàn)表1。均于2019年3月下旬種植于浙江省金華市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)基地，栽培條件相同；為排除采后成熟度對(duì)其品質(zhì)的影響，28個(gè)不同品種蓮藕均于2020年1月10日采收。新鮮蓮藕采收當(dāng)天運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，4 ℃貯存。挑選大小均勻，無(wú)病害、無(wú)機(jī)械損傷的食用部位用于實(shí)驗(yàn)研究。

表1 蓮藕品種名和產(chǎn)地Table 1 Geographical sources of lotus varieties used in this experiment

17種氨基酸混合標(biāo)準(zhǔn)品（天冬氨酸（Asp）、蘇氨酸（Thr）、絲氨酸（Ser）、谷氨酸（Glu）、Gly、Ala、半胱氨酸（Cys）、纈氨酸（Val）、甲硫氨酸（Met）、Ile、Leu、酪氨酸（Tyr）、Phe、His、賴氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）、脯氨酸（Pro）） 美國(guó)Sigma公司；氨基酸測(cè)定用流動(dòng)相W、R 德國(guó)曼默博爾公司。

1.2 儀器與設(shè)備

A300全自動(dòng)氨基酸分析儀 德國(guó)曼默博爾公司；XMTD-8222水浴鍋 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；Stratos 64R高速低溫冷凍離心機(jī) 美國(guó)貝克曼庫(kù)爾特有限公司；A11BS025磨樣機(jī) 德國(guó)IKA公司。

1.3 方法

1.3.1 實(shí)驗(yàn)樣品前處理

參考GB/T 30987—2020《植物中游離氨基酸的測(cè)定》[20]。每份材料分別選取3個(gè)完整、無(wú)機(jī)械損傷的蓮藕塊莖食用部位，經(jīng)去皮、切塊、混合后，使用磨樣機(jī)粉碎。準(zhǔn)確稱取0.5 g樣品于25 mL試管中，加入10 mL超純水，90 ℃水浴20 min，期間搖晃一次。室溫放置，4 ℃、12 000 r/min離心20 min，使用0.22 μm水系濾頭過(guò)濾，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 氨基酸測(cè)定

采用氨基酸全自動(dòng)分析儀進(jìn)行氨基酸測(cè)定。程序?yàn)镠ydrolysate Standard，鋰鹽柱分析柱，Pressure E壓力25～40 bar，Pressure R壓力8～12 bar，茚三酮流速240 μL/min，流動(dòng)相W和R流速120 μL/min，柱溫40 ℃，反應(yīng)器溫度115 ℃，進(jìn)樣量30 μL；混合標(biāo)準(zhǔn)品溶液濃度62.5 nmol/mL。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行單因素方差分析（Duncan多重比較）和Pearson相關(guān)性分析。使用Simca 14統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行PCA和聚類分析。每組樣品均進(jìn)行3 次測(cè)定，用平均值作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種蓮藕氨基酸組分及含量差異

從氨基酸組成看，28個(gè)不同品種蓮藕氨基酸種類無(wú)差異，均含有Cys、Asp、Thr、Ser等17種氨基酸，與姚祥坦[21]等報(bào)道結(jié)果一致。圖1為‘粗卜’蓮藕的氨基酸譜圖?？航鹦愕萚22]在‘鄂蓮6號(hào)’中僅檢測(cè)到16種氨基酸組分，未檢測(cè)到Cys，這可能是樣品前處理方法不同所導(dǎo)致。由表2可知，各氨基酸組分存在顯著的品種差異性，EAA、NEAA、總氨基酸（total amino acid，TAA）平均含量分別為2.05、12.27、14.33 mg/g，但不同品種蓮藕中EAA、NEAA、TAA含量均存在顯著差異，這與姚祥坦等[21]的報(bào)道結(jié)果相近。‘金華無(wú)籽藕’（L01）EAA含量最高，為3.08 mg/g；‘細(xì)卜’（L08）NEAA、TAA含量均最高，分別為14.81、17.84 mg/g。‘金藕4號(hào)’（L04）EAA含量最低，為1.04 mg/g，‘武義白姆食用藕’（L21）NEAA、TAA含量均最低，分別為8.22、10.82 mg/g。

圖1 ‘粗卜’蓮藕氨基酸圖譜Fig. 1 Chromatogram showing amino acid composition of ‘Cubo’ lotus rhizomes

表2 不同品種蓮藕氨基酸組分Table 2 Free amino acid composition of different cultivars of lotus rhizomes

蓮藕中游離氨基酸的平均含量為由高到低依次為 Glu＞Arg＞Phe＞Thr＞Tyr＞Asp＞Ser＞Val＞Ile＞His＞ Ala＞Lys＞Leu＞Cys＞Met＞Pro＞Gly，其中Glu含量約占TAA含量的66%，分別約為Arg、Phe、Thr、Met、Pro、Gly含量的5、14、31、104、117、472 倍。上述結(jié)果表明，盡管28個(gè)不同品種蓮藕種植環(huán)境相同，但是其氨基酸含量仍差異很大，存在顯著的品種多樣性。

2.2 不同品種蓮藕呈味氨基酸分析

氨基酸能夠使食物具有特殊的風(fēng)味[23]。蓮藕口感清甜鮮美，與其所含豐富的呈味游離氨基酸有關(guān)。游離氨基酸呈味特性可分為鮮味氨基酸（Glu、Asp、Lys）、甜味氨基酸（Thr、Gly、His、Ala、Pro、Ser）、苦味氨基酸（Met、Arg、Val、Leu、Ile）和芳香族氨基酸（Phe、Tyr、Cys）4 類[24]。由表3可知，蓮藕鮮味氨基酸含量為8.57～11.47 mg/g，平均含量為9.89 mg/g，占TAA平均含量的69%；‘細(xì)卜’（L08）是鮮味氨基酸含量最高的品種，含量達(dá) 11.47 mg/g，約占其TAA含量的64%。蓮藕甜味氨基酸含量為0.46～2.04 mg/g，平均含量為0.99 mg/g；‘金華無(wú)籽藕’（L01）甜味氨基酸含量最高，為 2.04 mg/g，約占其TAA含量的12%。蓮藕苦味氨基酸含量為1.08～3.59 mg/g，平均含量為2.36 mg/g；‘紅花藕’（L09）含量最高，為3.59 mg/g，約占其TAA含量的22%。蓮藕芳香族氨基酸含量為0.60～1.55 mg/g，平均含量為1.06 mg/g?！鹑A無(wú)籽藕’（L01）芳香族氨基酸含量最高，為1.55 mg/g，約占其TAA含量的9%。蓮藕中含量最高的氨基酸為Glu（表2），Glu是一類重要的鮮味氨基酸[25]，在蓮藕鮮味中發(fā)揮關(guān)鍵作用。28個(gè)不同品種蓮藕中，‘細(xì)卜’（L08）是鮮味氨基酸含量最高的品種（11.47 mg/g），并且甜味氨基酸（1.54 mg/g）、芳香族氨基酸（1.49 mg/g）含量均較高，說(shuō)明其口感較好。不同品種蓮藕呈味氨基酸含量由高到低依次為：鮮味氨基酸＞苦味氨基酸＞芳香族氨基酸＞甜味氨基酸，說(shuō)明蓮藕口感整體較好。

表3 不同品種蓮藕呈味氨基酸含量Table 3 Contents of taste-active amino acids in different cultivars of lotus rhizomes

2.3 不同品種蓮藕氨基酸含量相關(guān)性分析

對(duì)蓮藕中17種氨基酸含量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果如表4所示。Arg含量與Glu、Gly、Ala、Phe含量之間無(wú)顯著相關(guān)，與Ser、Pro顯著相關(guān)（P＜0.05）；Glu含量與Gly含量顯著相關(guān)（P＜0.05），Met含量與Phe含量顯著相關(guān)（P＜0.05）；其余氨基酸含量間均極顯著相關(guān) （P＜0.01），表明各氨基酸組分間相關(guān)性較強(qiáng)。

表4 不同品種蓮藕中游離氨基酸含量相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis between free amino acid contents in different cultivars of lotus rhizomes

2.4 同品種蓮藕游離氨基酸的PCA

PCA方法可將彼此間具有相關(guān)性的較多指標(biāo)簡(jiǎn)化為相對(duì)獨(dú)立或相關(guān)性較小的幾個(gè)具有代表性的指標(biāo)，保留絕大部分原始信息，較單一評(píng)價(jià)更快捷、準(zhǔn)確，同時(shí)避免了性狀間的相關(guān)性影響評(píng)價(jià)結(jié)果[26-27]，目前已廣泛用于評(píng)價(jià)不同品種大豆[28]、地參[29]、楊梅[27]等農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)。對(duì)不同品種蓮藕游離氨基酸進(jìn)行PCA發(fā)現(xiàn)，不同品種的蓮藕樣品分別集中于不同區(qū)域（圖2）。L08（‘細(xì)卜’）、L25（‘馬口白蓮’）、L10（‘金花紅蓮’）、L27（‘江蘇無(wú)花藕’）、L26（‘東河早藕’）、L17（‘蘇州食用藕’）位于第1象限，但L08（‘細(xì)卜’）遠(yuǎn)離其他品種，說(shuō)明除L08外，其他品種蓮藕的游離氨基酸成分組成和含量相近；L09（‘紅花藕’）、L22（‘湖州中白荷’）、L18（‘杭州藕’）位于第2象限；L04（‘金藕4號(hào)’）、L05（‘金藕2號(hào)’）、L14（‘武義柳城食用藕’）、L15（‘湖州早白荷’）、L19（‘鄂蓮9號(hào)’）、L20（‘金藕3號(hào)’）、L07（‘武義食用藕’）、L12（‘金華白蓮’）、L11（‘鄂蓮7號(hào)’）位于第3象限；L24（‘紹興紅花藕’）、L06（‘鄂蓮新品系’）、L28（‘金華小花食用藕’）、L21（‘武義白姆食用藕’）、L03（‘鄂蓮5號(hào)’）、L01（‘金華無(wú)籽’）位于第4象限，但L21（‘武義白姆食用藕’）、L03（‘鄂蓮5號(hào)’）、L01（‘金華無(wú)籽藕’）遠(yuǎn)離其他品種，說(shuō)明這3個(gè)品種蓮藕的游離氨基酸含量和組成與其他品種差異較大。L02（‘金藕1號(hào)’）、L23（‘粗卜’）、L24（‘紹興紅花藕’）位于縱軸上，說(shuō)明其主要受PC2影響；L16（‘鄂蓮1號(hào)’）、L14（‘武義柳城食用藕’）位于橫軸上，說(shuō)明其主要受PC1影響。

圖2 不同蓮藕品種的PCA得分圖Fig. 2 PCA score plot for different lotus rhizomes

2.5 不同品種蓮藕游離氨基酸的綜合評(píng)價(jià)

由表5可知，前3個(gè)PC累計(jì)方差達(dá)到80.16%，因此利用前3個(gè)PC對(duì)不同品種蓮藕進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)是可行的。以17個(gè)游離氨基酸指標(biāo)為初始自變量，經(jīng)PCA最終得出3個(gè)PC因子的方程表達(dá)式如下：

表5 總方差分析結(jié)果Table 5 Eigenvalues of first three principal components and their contribution to total variance

以3個(gè)PC對(duì)應(yīng)的方差相對(duì)貢獻(xiàn)率為權(quán)重，將各品種PC得分和相應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行線性加權(quán)求和建立綜合評(píng)價(jià)函數(shù)F=0.506F1+0.276F2+0.218F3，計(jì)算各品種蓮藕的綜合評(píng)價(jià)得分以反映其氨基酸綜合品質(zhì)，綜合得分越高說(shuō)明該品種蓮藕氨基酸營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)越好。如表6所示，綜合得分排名前5的品種依次為‘金華無(wú)籽藕’（L01）、‘細(xì)卜’（L08）、‘鄂蓮5號(hào)’（L03）、‘武義白姆食用藕’（L21）、‘金華紅蓮’（L10），說(shuō)明這5個(gè)蓮藕品種的氨基酸綜合品質(zhì)相對(duì)較好。

表6 不同蓮藕品種的成分得分和綜合得分Table 6 Principal component scores and comprehensive scores of different cultivars of lotus rhizomes

續(xù)表6

2.6 不同品種蓮藕游離氨基酸的聚類分析

對(duì)28個(gè)品種蓮藕中17種氨基酸含量進(jìn)行聚類分析，結(jié)果如圖3所示，所有蓮藕品種可分為3 類：第1類為L(zhǎng)01（‘金華無(wú)籽藕’）、L08（‘細(xì)卜’）、L03（‘鄂蓮5號(hào)’）和L21（‘武義白姆食用藕’），這4種蓮藕的TAA含量、鮮味氨基酸及芳香味氨基酸含量均高于平均值，口感最好；第2類包括L04（‘金藕4號(hào)’）、L05（‘金藕2號(hào)’）、L14（‘武義柳城食用’）、L19（‘鄂蓮9號(hào)’）、L15（‘湖州早白荷’）和L20（‘金藕3號(hào)’），這6種蓮藕的TAA含量、鮮味氨基酸及芳香族氨基酸含量均低于平均值，品質(zhì)最差；第3類為L(zhǎng)27（‘江蘇無(wú)花藕’）、L10（‘金華紅蓮’）、L25（‘馬口白蓮’）、L09（‘紅花藕’）、L22（‘湖州中白荷’）、L18（‘杭州藕’）、L02（‘金藕1號(hào)’）、L13（‘鄂蓮6號(hào)’）、L16（‘鄂蓮1號(hào)’）、L17（‘蘇州食用藕’）、L26（‘東河早藕’）、L12（‘金華白蓮’）、L07（‘武義食用藕’）、L11（‘鄂蓮7號(hào)’）、L06（‘鄂蓮新品系’）、L28（‘金華小花食用藕’）、L23（‘粗卜’）和L24（‘紹興紅花藕’），這一類蓮藕的TAA含量、鮮味氨基酸及芳香味氨基酸含量接近平均值，品質(zhì)較好。聚類結(jié)果與前述PCA結(jié)果一致。因此，可為蓮藕品種的引種推廣、開(kāi)發(fā)利用及氨基酸營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)提供良好參考。

圖3 不同品種蓮藕聚類分析圖Fig. 3 Dendrogram from cluster analysis of different lotus rhizomes

3 結(jié) 論

本研究對(duì)28個(gè)不同品種蓮藕進(jìn)行游離氨基酸含量、組分和呈味特性分析，結(jié)果表明，不同品種蓮藕均含有17種游離氨基酸，TAA含量為10.82～17.84 mg/g，平均含量約為14.33 mg/g。蓮藕中呈味氨基酸含量從高到低依次為鮮味氨基酸、苦味氨基酸、芳香族氨基酸與甜味氨基酸，其中鮮味氨基酸含量約占TAA含量的69%。蓮藕氨基酸含量與呈味氨基酸構(gòu)成均存在顯著的品種差異性。PCA與聚類分析結(jié)果表明，3個(gè)PC累積貢獻(xiàn)率達(dá)到80.16%，28個(gè)蓮藕品種可分為3 類。篩選獲得‘金華無(wú)籽藕’‘細(xì)卜’‘鄂蓮5號(hào)’‘武義白姆食用藕’‘金華紅蓮’5個(gè)游離氨基酸品質(zhì)較好的蓮藕品種。本研究結(jié)果為今后利用不同蓮藕種質(zhì)，基于蓮藕氨基酸含量開(kāi)發(fā)藕制品，以及蓮藕的營(yíng)養(yǎng)與特征風(fēng)味研究和品種選育等提供理論依據(jù)。