7种小球藻氨基酸组成及多元性分析

魏文志，付立霞，陈国宏*

(扬州大学动物科学与技术学院，江苏 扬州 225009)

7种小球藻氨基酸组成及多元性分析

魏文志，付立霞，陈国宏*

(扬州大学动物科学与技术学院，江苏 扬州 225009)

测定7种小球藻(普通小球藻(C.vul)、自养小球藻(C.aut)、海水小球藻(C.spp.)、微小小球藻(C.min)、蛋白核小球藻(C.pyr)、原始小球藻(C.pro)、椭圆核小球藻(C.ell))氨基酸的组成，对其营养进行评价，并利用多元分析法对7种小球藻的氨基酸含量差异进行比较分析。结果显示：7种小球藻氨基酸种类齐全，必需氨基酸占氨基酸总量的比例分别达到35.86%、39.75%、37.58%、36.35%、38.05%、37.98%、40.28%。必需氨基酸指数分别为66.63、79.41、67.96、71.17、57.69、70.02、65.39。聚类分析与主成分分析表明4种海水藻氨基酸含量可以聚为一类，3种淡水藻氨基酸含量可以聚为一类，主成分分析构建了3个主成分，其贡献率：主成分1为73.727%，主成分2为10.021%，主成分3为7.052%，累积贡献率为90.80%。

小球藻；氨基酸；多元分析

小球藻(Chlorella)为绿藻门(Chlorophyta)的一类普生性单细胞藻。小球藻能利用光能自养，适应于不同的生长环境，因此易于培养，可快速繁殖和生长，是地球上动植物中唯一能在20h增长4倍的生物[1]。同时小球藻营养丰富，具有抗肿瘤、抗细菌、抗病毒、抗氧化、增强免疫力、降血压和降血脂等多种作用[2]，因此受到广泛的关注，它与螺旋藻、盐藻、栅藻等微藻的开发利用一起构成了微藻生物技术(microalgae biotechology)，具有广阔的发展前景[3]。

目前国内外对小球藻的研究主要包括培养条件、生理作用、分子生物学、应用等几个方面[4]，而对不同种小球藻氨基酸差异性分析的研究尚未见报道。氨基酸是构成机体蛋白质的基本单位，食物中的氨基酸含量是决定蛋白质营养价值的重要因素。本实验对7种小球藻氨基酸组成和含量进行比较分析，同时以聚类分析和主成分分析两种多元分析方法，对7种小球藻的氨基酸含量进行综合分析，旨在为小球藻的营养评价、亲缘关系和分类提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

7种小球藻的名称和来源见表1。

表1 小球藻的名称、来源Table 1 Names and providers of 7 types of Chlorella

1.2 仪器与设备

FD-5型真空冷冻干燥机 上海离心机械研究所；HP1100型氨基酸分析仪 美国Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 小球藻的培养

4 种海水小球藻(C.vul、C.aut、C.spp.、C.min)采用f/2培养基[5]，淡水藻(C.pyr、C.pro)采用水生4号培养基[6]，淡水藻(C.ell)采用MAV培养基[7]。培养在光生物反应器中进行，培养温度为26℃，光照度为3000lx，光暗周期为13L:11D(光照13h，黑暗11h)。达到对数生长期时取样，离心机离心得新鲜藻泥，蒸馏水冲洗3次，冷冻干燥，得藻粉。

1.3.2 粗蛋白的测定

采用凯氏定氮法[8]测定，蛋白质含量以干质量计。

1.3.3 氨基酸含量的测定

称取蛋白质样品置于水解管中，加入 6mol/L 的HC1溶液，真空封口，在110℃水解24h，冷却后定容、过滤、蒸干，再加入 0.02mol/L的HC1溶液在空气中放置30min，氨基酸分析仪测定17种氨基酸的含量。用质量浓度10g/100mL的氢氧化钾水解，测定色氨酸含量。氨基酸含量以干质量计。

1.3.4 营养价值评价

小球藻营养价值采用必需氨基酸指数进行评价[9]。

式中：A、B、C…I为小球藻必需氨基酸含量/%；AE、BE、CE…IE为全鸡蛋蛋白质的必需氨基酸含量/%。

1.4 数据处理

使用SPSS 软件进行数据处理，对7个种的小球藻进行聚类分析、主成分分析，研究种间氨基酸差异。

1.4.1 聚类分析

根据所得7个种小球藻氨基酸的种类和含量，构建SPSS数据文件。采用的聚类方法为欧式距离(euclidean distance)的最短系统聚类法(nearest neighbor)进行样品聚类，用树形图显示种间的亲疏程度[10]。

1.4.2 主成分分析

通过软件分析，从所有氨基酸指标中得出3个综合性指标，即3个主成分，计算机软件分析输出主成分1、主成分2、主成分3的贡献率和三者的累积贡献率，显示各主成分的负荷因子即贡献率。

2 结果与分析

2.1 7种小球藻藻粉的蛋白质含量

表2 7种小球藻的蛋白质含量Table 2 Contents of proteins in 7 types of Chlorella (g/100 g dry weight)

从表2可以看出，7种小球藻蛋白质含量有明显的差别，最低的C.vul为30.58g/100g，最高的C.pyr为53.79g/100g。4种海水种类的小球藻蛋白质含量低于淡水种类。

2.2 氨基酸组成

表3 不同种小球藻氨基酸组成及含量Table 3 Amino acid composition of 7 types of Chlorella

由表3可知，7种小球藻均含有18种氨基酸，包括人体所需的8种必需氨基酸，各种氨基酸质量分数的高低顺序基本相似，都是以亮氨酸、丙氨酸、苯丙氨酸、精氨酸、甘氨酸等较高，而甲硫氨酸、色氨酸和半胱氨酸含量较低。必需氨基酸的含量较高，占氨基酸总量的比例分别达到35.86%、39.75%、37.58%、36.35%、38.05%、37.98%、40.28%，均接近世界卫生组织(WHO)和联合国粮农组织(FAO)提出的TEAA/TAA约为40%[11]。

2.3 必需氨基酸指数评价

通过计算小球藻必需氨基酸占粗蛋白质的含量，与全鸡蛋蛋白质的必需氨基酸的含量进行比较，得出7种小球藻必需氨基酸指数，见表4。

表4 7种小球藻必需氨基酸组成评价Table 4 Evaluation of EAA composition of 7 types of Chlorella (mg/g crude protein)

由表4可以看出，7种小球藻蛋白质的必需氨基酸指数有差异，最高的C.aut为79.41，依次为C.min、C.pro、C.spp.、C.vul、C.ell，最低的 C.pyr为 57.69。

2.4 聚类分析

通过对7种小球藻氨基酸含量进行聚类分析，得到氨基酸含量聚类图(图1)。结果表明，总体上4种海水藻可以聚为一类，3种淡水藻可以聚为一类。说明海水藻和淡水藻中的氨基酸含量存在差异。海水藻中，C.vul和 C.min氨基酸含量最为接近，然后依次为C.aut和C.spp.。淡水藻中，C.pyr与C.pro氨基酸含量接近，然后是 C.ell。

图1 7种小球藻聚类分析树形图Fig.1 Hierarchical cluster analysis dendrogram for 7 types of Chlorella

2.5 主成分分析

表5 主成分负荷因子及其贡献率Table 5 Loading factors and contribution rates of three principal components from 7 types of Chlorella

由表5可知，总方差的贡献率分别为：主成分1为73.727%，主成分2为10.021%，主成分3 为7.052%，累积贡献率为90.80%。3个主成分的累积贡献率高，说明用几个相互独立的因子可以概括不同种间的差异。结合图2，可以更直观的看出，主成分1包括Leu、Thr、Asp、Ser、Val、Gly、Lys、Tyr、His、Ala、Ile等负荷因子，主成分2包括Trp、Met等负荷因子，主成分3包括Cys等负荷因子。

图2 主成分因子负荷散点图Fig.2 Scatter diagram for the loading factors of principal components

3 讨 论

小球藻具有很高的营养价值和保健功效，蛋白质含量高是其中的原因之一。本实验中各种小球藻蛋白质含量差异较大，特别是4种海水藻类低于3种淡水藻类。已有报道[12]，我国常见的种类有蛋白核小球藻(C. pyr)、椭圆小球藻(C.ell)和普通小球藻(C.vul)，其中蛋白核小球藻中的蛋白质含量最高。本实验中，蛋白核小球藻(C.pyr)的蛋白质含量也是最高的。除了不同种小球藻本身的蛋白质代谢差异外，培养液中营养盐成分对小球藻蛋白质的含量有影响[13]，特别是培养液中氮源对微藻蛋白质的质和量有直接的影响[14]，本实验中不同的配方培养不同种的小球藻，可能也是不同种类小球藻蛋白质含量差异的原因。

蛋白质的营养价值体现在氨基酸组成与含量，特别是必需氨基酸的组成与含量，7种小球藻含有8种人体必需氨基酸，而且必需氨基酸的含量较高，占氨基酸总量的比例均接近世界卫生组织(WHO)和联合国粮农组织(FAO)提出的TEAA/TAA约为40%，说明7种小球藻的营养价值较高。

必需氨基酸指数(EAAI)用于评价食物蛋白质的质量，EAAI越接近100，食物蛋白与标准蛋白的必需氨基酸组成越接近，营养价值越高[15]。7种氨基酸中，营养价值相对较高的为C.aut、C.min和C.pro。

聚类分析可将不同种群进行初步归类，量化种群间的差异程度，分析种群间的相似程度。本实验的结果显示4种海水藻可聚为一类，3种淡水藻可聚为一类，与它们蛋白质含量上的差异相类似。海水藻和淡水藻在氨基酸含量上的差异首先应该是二者自身遗传物质的差异决定的，同时朱松玲等[16]也报道，盐度对微藻氨基酸含量有直接的影响。小球藻为单细胞生物，直接与水体进行物质代谢和能量交换，海水藻为在海水的培养基中培养，培养基中含有较多的氯化钠等离子成分，可能影响了小球藻的物质代谢，从而影响了氨基酸含量。

主成分分析是将多个氨基酸含量综合成少数几个因子，从而得出不同种类的差异大小，并可根据不同种类的主成分值找出各种类在各主成分值上差异较大的参数。小球藻氨基酸主成分分析结果显示7种小球藻氨基酸差异的3个累计贡献率为90.80%。根据主成分分析所得的各个负荷因子的相应贡献率所作的散点图显示，Leu、Thr、Asp、Ser、Val、Gly、Lys、Tyr、His、Ala、Ile 等负荷因子对各种类小球藻氨基酸差异分析影响较大，可以作为类似研究的分析指标，主成分分析方法使不同种类小球藻氨基酸差异分析更为简单。但不同种类小球藻氨基酸含量差异的原因，有待于进一步深入研究。

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Multivariate Analysis of Amino Acid Composition of 7 Types of Chlorella

WEI Wen-zhi，FU Li-xia，CHEN Guo-hong*(College of Animal Science and Technology, Yangzhou University, Yangzhou 225009, China)

Multivariate analysis was conducted to evaluate the amino acid composition and nutritional values of 7 types of Chlorella including Chlorella vulgaris, Chlorella autotrophica, Chlorella minutissim, Chlorella spp., Chlorella pyrenoidosa,Chlorella protothecoides and Chlorella ellipsoidea. The results showed all kinds of amino acids were detected in the 7 types of Chlorella. The ratios between essential amino acids and total amino acids were 35.86%, 39.75%, 37.58%, 36.35%, 38.05%,37.98% and 40.28%, and the essential amino acid indexes were 66.63, 79.41, 67.96, 71.17, 57.69, 70.02 and 65.39 in Chlorella vulgaris, Chlorella autotrophica, Chlorella minutissim, Chlorella spp., Chlorella pyrenoidosa, Chlorella protothecoides and Chlorella ellipsoidea, respectively. Cluster analysis and principal component analysis indicated that Chlorella cultured in seawater-based medium and freshwater-based medium could be classified as two different types according to the contents of amino acids. Three principal components were analyzed to reveal a contribution rate of 73.727% for the first principal component, 10.021% for the second principal component and 7.052% for the third principal component, respectively. The cumulative contribution rate of three principal components was 90.80%.

Chlorella；amino acid；multivariate analysis

Q517

A

1002-6630(2011)05-0254-04

2010-06-30

魏文志(1970—)，男，副教授，博士，研究方向为生物饵料与生态。E-mail：wzwei38@sohu.com

*通信作者：陈国宏(1963—)，男，教授，博士，研究方向为遗传资源评价与利用。E-mail：ghchen@yzu.edu.cn