不同品种马铃薯的氨基酸营养价值评价

2014-01-16赵凤敏李树君张小燕杨炳南杨延辰

中国粮油学报 2014年9期

赵凤敏李树君张小燕杨炳南刘威苏丹杨延辰

(中国农业机械化科学研究院，北京 100083)

马铃薯是世界上最重要的粮菜兼用型作物之一，具有较高的营养价值和广泛的用途[1]。据联合国粮农组织统计资料显示，2011年我国的马铃薯种植面积为5 426.652千公顷，产量达到8 835.022万t，种植面积以及产量均位居世界第一。我国马铃薯种质资源库登记了近千个品种，主要种植区分布在黑龙江、吉林、内蒙古、甘肃、宁夏、山西、云南、贵州及四川等地[2]。

马铃薯营养丰富，除含有大量的碳水化合物、优质淀粉、维生素、矿物质、膳食纤维等营养物质外，蛋白质也是马铃薯重要的营养成分[3]。马铃薯中的蛋白质最接近动物蛋白，含量在1.5～2.5 g/100 g之间，比大豆蛋白更优质[4]。马铃薯蛋白质中含有大量的氨基酸，除8种人体必需氨基酸(Essential Amino Acid, EAA)外，半必需氨基酸(如精氨酸Arg、组氨酸His等)含量也十分丰富，还含有鲜味氨基酸(如天冬氨酸Asp)、甜味氨基酸(如甘氨酸Gly、苏氨酸Thr、脯氨酸Pro、丙氨酸Ala等)、芳香氨基酸(如酪氨酸Tyt、苯丙氨酸Phe)及药效氨基酸(亮氨酸Leu、异亮氨酸Ile、赖氨酸Lys)等，是一般粮食作物所不能比拟的[5]。不同的马铃薯营养成分差异很大，直接影响马铃薯食品的功效、口感、气味和营养价值。目前我国将近90%的马铃薯直接用于鲜食[6]，筛选出氨基酸含量丰富且均衡的品种，对于促进马铃薯种质资源合理利用、指导优质品种选育及种植具有重要意义。

本试验收集了国内广泛种植且产量较高的29个马铃薯品种，测定17种氨基酸，分析不同品种的氨基酸组成差异，采用模糊识别法、氨基酸评分(Amino Acid Score, AAS)法及氨基酸比值系数(Ratio Coefficient, RC)、氨基酸比值系数分(Score of Ratio Coefficient, SRC)等指标对不同品种的马铃薯氨基酸成分进行综合分析评价，为马铃薯产业升级及产品利用开发提供了参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为国内广泛种植且产量较高的29个品种的马铃薯样品，由中国农业科学院蔬菜花卉所试验基地种植并提供。为保证马铃薯品种特征的稳定性和可比性，试验品种均为国家或地方审定入库品种，属于同一级别微型薯，经相同栽培条件种植并收获，所有样品分别采用塑料编织袋包装，再放入泡沫纸箱以防止表面擦伤和其他机械伤，最短时间内运输至试验室避光保存，贮藏温度为2～6 ℃，环境相对湿度80%～85%。测定前对样品统一编号处理，样品序号及名称见表1，编号后在最短时间内测定样品蛋白质及17种氨基酸的含量。

1.2 主要试剂与仪器

混合氨基酸标准液(2nmol/L)：日本和光纯药工业株式会社；苯酚(分析纯)：汕头市西陇化工厂有限公司。

表1 29个马铃薯品种的编号及名称

日立L-8900全自动氨基酸分析仪：日本HITACHI公司；KDY-9820凯氏定氮仪：北京思贝得机电技术研究所；N-EVAP氮气浓缩吹干仪：美国ORGANOMATION公司。

1.3 试验方法

1.3.1 氨基酸测定方法

参照GB/T 5009.124—2003食品中氨基酸的测定方法，首先将不同品种的马铃薯样品打成匀浆，准确称取约2 g的样品(精确到0.000 1 g)于水解管内，利用6 mol/L的HCl溶液进行水解，用全自动氨基酸分析仪以外标法测定马铃薯样品中的17种氨基酸(具体种类见2.1，其中色氨酸在酸水解中被破坏，未测定)。为保证检测数据的准确性和可靠性，每个样品均进行平行检测，在重复条件下获得的2次独立测定结果的绝对差值不超过算术平均值的12%。

1.3.2 模糊识别法

根据兰氏距离法[7]定义对象u和标准蛋白模式a的贴近度U(a,u)，贴近度可以反映评价对象的氨基酸品质与模式蛋白a氨基酸的接近程度，值越接近1，其蛋白质营养价值相对越高。计算公式为：

(1)

式中：ak为标准蛋白模式的第k种EAA含量，1≤k≤7；uik为第i个评价对象的第k种EAA含量，1≤k≤7。

1.3.3 氨基酸评分法

AAS也可称为氨基酸比值。由于不同物料蛋白质中氨基酸组成不尽相同，其所含的必需氨基酸组成比例越接近人体需要，则质量越优。根据氨基酸平衡理论，联合国粮农组织(FAO)和世界卫生组织(WHO)1973年提出了评价蛋白质营养价值的必需氨基酸模式[8]。AAS也可依据全鸡蛋蛋白模式进行计算[9]，FAO/WHO模式及全鸡蛋蛋白模式各种EAA含量如表2所示。AAS计算公式为：

AASi=

(2)

式中：AASi为被测食物蛋白质中的第i种EAA评分值，1≤i≤7；模式蛋白质一般采用FAO/WHO模式或全鸡蛋蛋白模式。

表2 FAO/WHO模式及全鸡蛋蛋白模式中EAA含量/mg/g pro

1.3.4 氨基酸比值系数

RC可以反映食物中氨基酸组成含量与模式氨基酸的偏离程度[10]，各种EAA的RC应该等于1；若RC>1，表明该种EAA相对过剩；若RC<1，表明该种EAA相对不足。RC最小值为该食物中的第一限制氨基酸，RC计算公式为：

(3)

1.3.5 氨基酸比值系数分

SRC表示食物蛋白质的相对营养价值，SRC值越接近100，表明EAA在氨基酸生理平衡方面所做的贡献越大，营养价值越高[7]。计算公式为：

(4)

2 结果与分析

2.1 标准样品的氨基酸图谱

标准样品的氨基酸图谱见图1。按出峰顺序分别为：天冬氨酸(Asp)、苏氨酸(Thr)、丝氨酸(Ser)、谷氨酸(Glu)、脯氨酸(Pro)、甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、胱氨酸(Cys)、缬氨酸(Val)、蛋氨酸(Met)、异亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)、酪氨酸(Tyr)、苯丙氨酸(Phe)、赖氨酸(Lys)、组氨酸(His)和精氨酸(Arg)。

图1 标准样品的氨基酸图谱

2.2 氨基酸组成和分析

2.2.1 总氨基酸含量与必需氨基酸含量

对29个品种的马铃薯17种不同的氨基酸含量进行统计分析，EAA及非必需氨基酸(NEAA)统计结果分别如表3、表4所示。不同品种马铃薯的17种氨基酸最大值和最小值差异明显，变化区间较大。除EAA中缬氨酸Val和胱氨酸Cys变异系数接近10%外，其他氨基酸变异系数均超过10%，表明不同品种马铃薯样品氨基酸含量和营养价值差异性很大。

表3 29个品种马铃薯必需氨基酸测量值分布情况/mg/g pro

注：样本量为29。

表4 29个品种马铃薯非必需氨基酸测量值分布情况/mg/g pro

注：样本量为29。

不同品种的马铃薯氨基酸总量(TAA)与EAA含量关系见图2a。图2a中29个样本点波动明显，且TAA与EAA波动方向基本一致，离群点少，即一般情况下，TAA含量越高，EAA含量也越高，而不同品种的马铃薯样品TAA与EAA含量存在较大差异。按照FAO/WHO模式或全鸡蛋蛋白模式确定必需氨基酸为7类：Ile、Leu、Lys、Met+Cys、Phe+Tyr、Thr和Val。从图2b中可以看出，不同马铃薯品种的各类必需氨基酸含量和误差线较高，因此有必要根据模式氨基酸计算不同品种马铃薯营养价值差异。

图2 29个马铃薯品种的TAA与EAA含量折线图(a)及EAA平均质量分数柱形图(b)

2.2.2 与模式氨基酸的贴近度比较

按照模糊识别法的式(1)计算得到待评29个马铃薯品种的7类EAA与FAO/WHO模式及全鸡蛋蛋白模式的贴近度，结果见表5。

表5 29个马铃薯品种相对于模式氨基酸的贴近度

以FAO/WHO模式及全鸡蛋蛋白模式为标准，得出29种马铃薯品种的蛋白质中氨基酸营养排序，2种蛋白质模式的贴近度基本一致。其中，LBr-25、俄8、高原7号、Shepody和青薯168的蛋白质贴近度最高，更接近1，且都高于猪瘦肉蛋白[11](FAO/WHO模式贴近度0.919)和大豆蛋白[12](FAO/WHO模式贴近度0.896)，可作为优质蛋白质来源。Hertha、天薯10号、转心乌和Kondor的蛋白质贴近度最低，接近于高粱、小麦粉和蚕豆蛋白[13-14](FAO/WHO模式贴近度分别为0.840、0.830和0.823)，蛋白质营养价值相对较低。其他品种FAO/WHO模式贴近度均在0.85～0.90之间、全鸡蛋蛋白模式贴近度均在0.80～0.90之间，营养价值较高，品种间差别不是很大。

2.2.3 RC和SRC分析

按照式(3)和(4)计算得出各品种的RC值和SRC值，结果如表6所示。比较同一品种EAA的RC值，得出29个品种的第一限制氨基酸，其中LBr-25的第一限制氨基酸为Ile；Shepody、春薯1号、青薯168和高原7号的第一限制氨基酸为Leu；其他24个品种第一限制氨基酸均为Thr。以上几种必需氨基酸与模式氨基酸比较相对不足，需要在今后食品加工中予以强化。另外，各品种的含硫氨基酸Met+Cys及生糖氨基酸Val含量相对于模式氨基酸较高，可根据蛋白质互补法[15]和其他果蔬蛋白质混合食用，从而有效提高不同食物的营养利用价值。

比较不同品种的SRC指标值，品种LBr-25最高，达65.94，营养价值高且均衡；青薯168、高原7号、俄8、渝马铃薯1号和Shepody次之，SRC均高于50；转心乌最低，SRC为16.96；其他品种SRC均在33～50之间，差异不是很大。

表6 29个马铃薯品种的RC值与SRC值

注：RC与SRC的计算采用FAO/WHO必需氨基酸参考模式，*为第一限制性氨基酸。

2.3 马铃薯品种聚类分析

2.3.1 不同马铃薯品种的系统聚类分析

为筛选出蛋白质营养价值最高的马铃薯品种，试验对29个品种进行了系统聚类，通过标准差标准化方法对FAO/WHO模式贴近度、全鸡蛋蛋白模式贴近度及SRC值共3项指标的数据进行处理，采用欧氏距离测定29个不同品种之间的组内联接距离，得出最短距离聚类谱系图如图3，从最大组内联接距离的中值处进行划分，将29个品种分为4类。

图3 29个马铃薯品种的系统聚类分析

2.3.2 分类结果的显著性分析

为评价分类结果的合理性，检验不同类别之间的差异及显著性，试验利用SPSS 19.0软件对分类的4个组别的FAO/WHO模式贴近度、全鸡蛋蛋白模式贴近度及SRC值3个指标进行了单因素方差分析。设置显著性水平为α=0.05，选用Tukey和R-E-G-WQ方法检验不同指标的方差齐性，结果分别为0.333、0.443和0.283，均高于设定的显著性水平，结果不显著，证明这3个指标方差是齐性的。

单因素方差分析结果见表7，3个指标F值的显著性均P<0.001，说明根据这3个指标划分的聚类组别有显著性差异，分类结果可靠。

表7 29个马铃薯品种的单因素方差分析表

3 结论与建议

试验分析了29个不同品种的马铃薯氨基酸组成和必需氨基酸的含量，利用模糊识别方法得出与FAO/WHO模式及全鸡蛋蛋白模式的贴近度，通过计算氨基酸比值系数和氨基酸比值系数分得出29个品种的第一限制氨基酸和营养价值排序，经系统聚类分析筛选出了氨基酸食用价值最高的6个品种，分别为LBr-25、青薯168、高原7号、俄8、渝马铃薯1号和Shepody，单因素方差分析结果表明得出的4个组别间有显著差异，分类结果可靠。

由于色氨酸Trp在酸水解过程中被破坏，因此试验仅测定了17种氨基酸用于评价马铃薯蛋白质的营养价值，今后研究中可以通过碱水解及过甲酸氧化法测定Trp含量，进而完善研究内容和分析结果；同时，中国马铃薯品种数量繁多，可进一步扩大试验样本量，丰富并验证营养评价结果；另外，转心乌品种虽然在氨基酸营养评价中得分低，但由于该品种花青素含量高、食味好，可作为特色食品进行后续研究和深入加工。

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