29份菊芋种质资源氨基酸含量和营养价值评价

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(1.青海大学农林科学院，青海省蔬菜遗传与生理重点实验室，　西宁 810016；2.北京市农林科学院蔬菜研究中心，　北京 100097)

菊芋(HelianthustuberosusLinn)又称洋姜，菊科，向日葵属，多年生草本植物。近年来的研究表明，菊芋块茎中富含菊粉(天然果聚糖)，利用菊粉酶可进一步开发出低聚果糖和超高果糖浆等多种产品[1]。菊粉由于其低热能且富含膳食纤维，与目前普遍食用的甜味剂——蔗糖相比，具有不会引发肥胖症，糖尿病，龋齿和心血管疾病等健康问题的优势，在食品、饮料、饲料、医药和化妆品等行业中得到了广泛的应用，市场需求正在迅速增长[2]。目前，菊粉已成为继淀粉、小麦精粉之后的又一重要食品及配料，已被世界上40多个国家批准为食品配料和营养增补剂，用低聚果糖，超高果糖浆替代蔗糖成为必然趋势[3]。20世纪90年代后期，国内市场上就有了进口菊粉产品的推广和应用，2002年和2003年食品级菊粉进口量分别为1 000 t和2 500 t，近2年已经达到5 000 t以上[4]。

菊芋起源于北美，18世纪传入我国，各地都有零星种植，青海大学农林科学院系统收集保存了国内外300多份种质资源，为了更好地了解菊芋资源的来源、类型和营养品质特性和相关性，本研究从保存在种质资源圃中选出来源于法国(14 份)、丹麦(11 份)以及我国(4种)典型类型共29份种质资源，对其氨基酸含量及组成进行分析，并与其它薯类作物进行对比，为今后进行菊芋种质资源的分类、新品种的选育、和功能产品开发提供科学的依据。

菊芋块茎中除富含菊粉外还富含丰富的氨基酸，而目前对于氨基酸营养研究主要集中于蔬菜和水果作物，针对菊芋进行的相关研究很少，对不同来源、不同类型菊芋种质资源品质性状进行系统分析的研究鲜有报道。

1　材料和方法

1.1　材　料

试验选用29份菊芋种质资源的块茎为材料，其性状和来源地见表1。

1.2　试验地情况

试验材料种植于青海省西宁市城北区二十里铺镇，该地区属湟水流域灌区，土壤为栗钙土，土壤有机质含量20.28 g/kg，pH值8.12，土壤含全氮1.17 g/kg，全磷2.18 g/kg，全钾22.5 g/kg，速效氮69.0 mg/kg，速效磷65.0 mg/kg，速效钾229.0 mg/kg。

试验于2014年4月10日份进行菊芋资源的大田种植，采用40 cm×60 cm株行距，10月25日收获块茎，收获后于-4 ℃贮藏。每份资源随机选取30个典型成熟块茎切片混合作为品质测试样本，茎冻干样品处理在冻干机(LABCONCO FREEIE DRY SYSTEM)中冻干，后磨粉备用。

表129个供试菊芋资源性状和来源地

试验编号资源编号块茎颜色块茎形状来源地1F12红色纺锤状法国2F19白色球状法国3D12白色瘤状丹麦4D7白色瘤状丹麦5F9白色纺锤状法国6F16白色瘤状法国7D13白色纺锤状丹麦8F20红色球状法国9D1红色球状丹麦10D11白色瘤状丹麦11F2红色球状法国12F3白色球状法国13D3紫色棒状丹麦14D14白色瘤状丹麦15F5白色纺锤状法国16D10白色纺锤状丹麦17D8白色瘤状丹麦18F6白色球状法国19F14红色球状法国20F17白色纺锤形法国21青芋4号浅红色纺锤状中国22青芋3号白色瘤状中国23青芋1号紫色棒状中国24青芋2号粉色瘤状中国25D4白色纺锤形丹麦26D5白色瘤状丹麦27F18白色球状法国28F7粉色棒状法国29F10白色球状法国

1.3　测定及分析方法

1.3.1菊芋种质资源块茎主要营养成分测定方法

1) 含水率：冷冻干燥法(GB 50093-2010)。

将鲜样放入培养皿称重并记录，置于冻干机冷冻干燥3～5 d。取出后称重计算得干物率ω。含水率为1-ω。ω=m干/m湿；其中：m干为干物料的质量。m湿为湿物料的质量。

2) 氨基酸：氨基酸自动分析仪法[5]。

氨基酸成分含量在北京市农林科学院蔬菜研究中心营养品质室分析测定，精密称取干样30 mg，分别置于20～25 mL安瓿中，用注射器注入6 mol/L的盐酸15 mL，抽真空后充入氮气，迅速封口，在110 ℃烘箱内水解24 h。取出放冷至室温，打开管口，将水解液滤至50 mL的容量瓶中，用0.01 mol/L盐酸冲洗安瓿内壁和滤纸3次，合并至各容量瓶内，定容，摇匀。分别精密吸取1.0 mL样品液，减压蒸干，水洗2次并挥干，准确加入0.02 mol/L盐酸8 mL，溶解后，精密吸取一定量样品溶液上机测定氨基酸含量。

分析测试数据首先采用Microsoft Excel 2010进行数据分析，在进行菊芋地上部及块茎品质相关指标进行主成分分析后，利用SPSS软件进行聚类分析，以比较不同来源的菊芋种质资源地上部及块茎内营养成分含量的变化之间的差异性，为选育优良菊芋专用品种奠定基础。

1.3.2统计分析方法

氨基酸总量用T表示，人体必需氨基酸含量用E表示，为异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、苏氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、蛋氨酸8种氨基酸含量之和；非必须氨基酸含量用N表示，为胱氨酸、组氨酸、精氨酸、丙氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸10种氨基酸含量之和；儿童必须氨基酸含量用CE表示，为组氨酸、精氨酸2中氨基酸含量之和。计算人体必需氨基酸含量占氨基酸总量的百分比(E/T)、儿童必需氨基酸含量占氨基栓含量的百分比(CE/T)及人体必需氨基酸含量与非必需氨基酸含量之比(E/N)。味觉氨基酸主要包括鲜味类(天门冬氨酸、丙氨酸)、甜味类(甘氨酸、丝氨酸)芳香族(苯丙氨酸、酪氨酸)。采用SPSS 19.0 软件对29份菊芋资源中氨基酸含量进行聚类分析，采用系统聚类分析Q聚类法，测定距离选用组间连接法，测度选用欧式距离。

2　结果与分析

2.1　菊芋块茎中氨基酸种类含量及不同来源含量特征比较

由表2可知，29份资源中精氨酸含量最高的F 7，为2 851.1 mg/100 g，含量最低的青芋2号，为739.1 mg/100 g，含量超过2 500 mg/100 g的有4份，分别为D 13、F 12、F 9、F 7；30份菊芋资源块茎中天门冬氨酸、丝氨酸、甘氨酸、组氨酸、精氨酸、苏氨酸、丙氨酸、酪氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸的平均值分别为204.77，200.9，269.1，52.3，2 071.4，147.8，31.2，6.3，26.1，37.9，54.7，64.7，39.8 mg/100 g。

2.2　人体必需氨基酸含量比较(质量分数及其组成)及不同来源含量特征比较

表229份菊芋块茎氨基酸的质量分数及组成对比分析(mg/100g)

资源编号天门冬氨酸丝氨酸甘氨酸组氨酸精氨酸苏氨酸丙氨酸酪氨酸缬氨酸异亮氨酸亮氨酸苯丙氨酸赖氨酸TENCEE/NE/TCE/TF12182．2294．9319．939．52807186．945．69．23434．352．998．741．64146．7448．43698．32846．50．120．110．69F19143193．2241．335．62294．5172．838．49．330．34165．990．841．73397．8442．52955．32330．10．150．130．69D12169．5252．5369．456．12267．3155．123．76．124．43456．789．139．63543．5398．93144．62323．40．130．110．66D7121．2148．4262．445．32192145．525．54．813．520．632．855303097297．42799．62237．30．110．10．72F9168．9162．1227．838．82823．2214．234．310．750．666．191．290．764．94043．5577．73465．828620．170．140．71F16114．7157．9161．934．82052156．622．25．222．126．736．131．836．42858．4309．72548．72086．80．120．110．73D13197．5419．2375．449．62761．6153．348．67．422．643．5708343．34275415．73859．32811．20．110．10．66F20210．7163．3179．539．71738．8135．817．17．318．924．851．564．136．72688．2331．82356．41778．50．140．120．66D1213．3247．2376．959．32399．8154．4396．521．32036．420．636．93631．6289．633422459．10．090．080．68D11216．3268．6404．468．32441．9171．320．26．822．631．354．477．142．13825．3398．83426．52510．20．120．10．66F2224．7131．6189．446．51484．1134．615．4319．452．163．763．335．52463．3368．62094．71530．60．180．150．62F3199．2154253．154．32159．1164．531．35．317．526．140．449．538．53192．8336．52856．32213．40．120．110．69D3229．3232．3174．537．82151．7161．123831．552．495．8110．741．43349．5492．92856．62189．50．170．150．65D14137．6201．3309．769．82080150．719．72．714．42034．550．532．53123．4302．62820．82149．80．110．10．69F5115．9187．9511．379．82553．1174．5160．56．539．966．144．419．347．34006．5391．536152632．90．110．10．66D10258．8251．536753．82364．5148．639．96．324．63051．963．538．33698．7356．93341．82418．30．110．10．65D8143．8185．7365．471．22116132．326．53．91622．636．155．732．73207．9295．42912．52187．20．10．090．68F6298．5253．338672．92349．1170．938．39．357．394．1124．1100．962．74017．46103407．424220．180．150．6F14215．4256．8358．176．42083．6151．340．16．630．12746．834．439．53366．1329．1303721600．110．10．64青芋4号184．3142．113426．31043．191．223．35．635．248．580．9121．645．41981．5422．81558．71069．40．270．210．54F17110．373．762．514．61177．498．912．92．719．62427．720．737．31682．3228．21454．111920．160．140．71青芋3号95．4130．2189．4471250．896．718．55．412．117．425．630．725．11944．3207．61736．71297．80．120．110．67青芋1号293．7145．3152．738．3103489．417．210．631．642．164．993．230．42043．4351．61691．81072．30．210．170．52青芋2号170．5164．1106．632．6739．172．67．7514．330．534．724．519．11421．3195．71225．6771．70．160．140．54D4214．1174．7271．346．62405．6142．425．24．718．723．131．240．238．13435．9293．73142．22452．20．090．090．71D5270186．3305．976．12122．7129．416．64．818．825．636．347．737．23277．42952982．42198．80．10．090．67F18322．7238．1315．784．51956．6140．724．1730．55658．282．136．93353．1404．42948．72041．10．140．120．61F7312．4169158．534．12851．1196．326．95．43249．951．242．152．73981．6424．23557．42885．20．120．110．72F10317．1210．5357100．22317．7153．630．95．923．931．449．370．743．43711．6372．33339．32417．90．110．10．65

注：T为氨基酸总量；E为必需氨基酸含量；N为非必需氨基酸含量；CE为儿童必需氨基酸含量。

由表2可知，29份菊芋资源中人体必需氨基酸含量最高的F 6质量分数为610.0 mg/100 g，F 6中必需氨基酸含量占氨基酸总量的15.0%；排到第2位的F 9质量分数为577.5 mg/100 g，F 9中必需氨基酸含量占氨基酸总量的11.0%；排到第3位的D 8质量分数为492.9 mg/100 g，D 8中必需氨基酸含量占氨基酸总量的15.0%。

必需氨基酸与非必需氨基酸比值最高的前3位分别是青芋4号(为0.27 mg/100 g)、青芋1号(为0.21 mg/100 g)；F 2与F 6(均为0.18 mg/100 g)。

2.3　儿童必需氨基酸含量比较(质量分数及其组成)及不同来源含量特征比较

29份菊芋资源中儿童必需氨基酸总量含量排在前3位的分别是F 7(为2 885.2 mg/100 g)、F 9(为2 862.0 mg/100 g)、F 12(为2 846.5 mg/100 g)；儿童必需氨基酸占总氨基酸含量最高的是F 16，为73%，第2的是D 7、F 7均为72%，第3的是F 9、F 17均为71 %。

2.4　味觉氨基酸含量比较(质量分数及其组成)及不同来源含量特征比较

由表3可知，29份菊芋资源中，鲜味类氨基酸含量最高的是F 18，为322.7 mg/100 g，其次是F 10，为317.1 mg/100 g；甜味类氨基酸含量最高的是F 5，为859.7 mg/100 g，其次是D 13，为843.2 mg/100 g；芳香族氨基酸含量最高的是青芋4号，为127.2 mg/100 g；其次是D 3，为118.7 mg/100 g。

2.5　与其它薯类作物进行对比

表3菊芋味觉氨基酸质量分数

资源代码　　鲜味类　　　　　　　　　　　　　甜味类　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　芳香族　　　　　　　　　天门冬氨酸(mg/100g)丙氨酸(mg/100g)甘氨酸(mg/100g)丝氨酸(mg/100g)小计苯丙氨酸(mg/100g)酪氨酸(mg/100g)小计F12182．245．6319．9294．9660．498．79．2107．9F1914338．4241．3193．2472．990．89．3100．1D12169．523．7369．4252．5645．689．16．195．2D7121．225．5262．4148．4436．3554．859．8F9168．934．3227．8162．1424．290．710．7101．4F16114．722．2161．9157．934231．85．237D13197．548．6375．4419．2843．2837．490．4F20210．717．1179．5163．3359．964．17．371．4D1213．339376．9247．2663．120．66．527．1D11216．320．2404．4268．6693．277．16．883．9F2224．715．4189．4131．6336．463．3366．3F3199．231．3253．1154438．449．55．354．8D3229．323174．5232．3429．8110．78118．7D14137．619．7309．7201．3530．750．52．753．2F5115．9160．5511．3187．9859．719．36．525．8D10258．839．9367251．5658．463．56．369．8D8143．826．5365．4185．7577．655．73．959．6F6298．538．3386253．3677．6100．99．3110．2F14215．440．1358．1256．865534．46．641青芋4号184．323．3134142．1299．4121．65．6127．2F17110．312．962．573．7149．120．72．723．4青芋3号95．418．5189．4130．2338．130．75．436．1青芋1号293．717．2152．7145．3315．293．210．6103．8青芋2号170．57．7106．6164．1278．424．5529．5D4214．125．2271．3174．7471．240．24．744．9D527016．6305．9186．3508．847．74．852．5F18322．724．1315．7238．1577．982．1789．1F7312．426．9158．5169354．442．15．447．5F10317．130．9357210．5598．470．75．976．6

表4薯芋类蔬菜中的氨基酸含量(mg/100 g)(FW)

氨基酸种类菊芋马铃薯甘薯(白心)甘薯(红心)山药芋头异亮氨酸9．25849397475亮氨酸13．3948063114171赖氨酸∗9．78280636185苯丙氨酸15．767715654108酪氨酸1．55342334597苏氨酸35．95157455492缬氨酸∗6．387715664112精氨酸503．4717156169109组氨酸12．72727212740丙氨酸7．660594687115天冬氨酸49．8356218172144293甘氨酸65．452483752114丝氨酸48．8647052115125

注：“*”表示人体必须氨基酸；N为未检测出；表中除菊芋数据外其余数据均引自《蔬菜营养学》[6]。

菊芋是薯芋类作物，经查阅文献，将薯芋类5种其它作物列于表4，为便于比较，将菊芋氨基酸也折算成鲜重含量。由表4可知，不同薯芋类蔬菜中氨基酸含量有明显的差异，其中菊芋块茎中精氨酸含量均值为503.4 mg/100 g，是其他作物的3～7倍，可作为今后功能营养产品开发的材料。

2.6　聚类分析

由图1可知，通过对29份菊芋块茎中氨基酸含量进行聚类分析可知，在遗传距离698处，可将29份菊芋资源分成两大类，第一大类包括22份资源，在遗传距离465处又可将第一大类分为2个亚类，第一亚类包括F 12、D 13、F 9、F 7、F 5共5份资源，这一亚类中儿童氨基酸含量均超过2 600 mg/100 g；第二亚类包括其余的17份资源；在遗传距离465处可将第二大类分为2个亚类，第一亚类包括F 20、F 2 两份资源；第二亚类包括青芋1号、青芋2号、青芋3号、青芋4号、F 17共5份菊芋资源，这一亚类中氨基酸总量均在2 100 mg/100 g以下，儿童氨基酸含量均在1 300 mg/100 g以下。

图1　29份菊芋氨基酸含量聚类图

3　结论与讨论

在生物体内氨基酸主要用于合成蛋白质，维持氮平衡，构成体内各种酶、抗体及某些激素的原料，并且能调节生理机能，供给能量，促进生长发育，补充代谢消耗。此外，还可以维持毛细血管的正常渗透压[7]氨基酸是构成蛋白质的基本单位，是人体组成的重要物质基础，在新陈代谢中发挥着多种重要的功能，根据人体的需要，氨基酸可分为非必须氨基酸和必须氨基酸，必需氨基酸是人体不能合成，必须由食物供给的氨基酸，包括色氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、苏氨酸、缬氨酸、亮氨酸及异亮氨酸8种，其在人的生命活动中各自起着非常重要的作用： 1) 赖氨酸可促进大脑发育，是肝脏、胆的组成成分，能促进脂肪代谢，防治细胞退化； 2) 色氨酸能促进胃液和胰液的产生； 3) 苯丙氨酸参与降低肾脏及膀胱功能的消耗； 4) 甲硫氨酸参与组成血红蛋白、血清，促进脾脏、胰脏和淋巴的功能，帮助分解脂肪； 5) 苏氨酸能促进脂肪氧化，对脂肪代谢有明显影响； 6) 异亮氨酸参与胸腺、脾脏及脑下腺的调节以及代谢； 7) 亮氨酸起着平衡异亮氨酸的作用； 8) 缬氨酸作用于黄体、乳腺及卵巢。 9) 精氨酸具有解酒功效。

29份菊芋资源中，均含有人体必需氨基酸的6种，7种非必需氨基酸以及1种儿童必须氨基酸。结果表明，菊芋块茎中人体必需氨基酸含量最高的F 6质量分数为610.0 mg/100 g，F 6中必需氨基酸含量占氨基酸总量的15.0%；排到第2位的F 9质量分数为577.5 mg/100 g，F 9中必需氨基酸含量占氨基酸总量的11.0%；排到第3位的D 8质量分数为492.9 mg/100 g，D 8中必需氨基酸含量占氨基酸总量的15.0%。儿童必需氨基酸含量最高的是F 7，为2 885.2 mg/100 g。

29份菊芋块茎中异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸3种必需氨基酸占总氨基酸含量的最高的是青芋4号，为8.31 %，这3种必需氨基酸对组织蛋白质合成与分解有调节作用，可以防治肝、肾功能衰竭，亮氨酸还具有刺激胰岛素的分泌功能；组氨酸有抗溃疡、促进细胞再生作用，用于贫血及风湿的辅助治疗，在体内经脱羧生成组胺，具有降低血压，扩张血管，促进胃液分泌等作用；赖氨酸是合成核蛋白、血红蛋白及促进大脑神经细胞再生的重要氨基酸，对营养不良、乙型肝炎、支气管炎等有一定的辅助疗效。

菊芋块茎中精氨含量较其他氨基酸高，精氨酸具有解酒的功效，29份菊芋资源中精氨酸含量最高的是F 7，为2 851.1 mg/100 g，其次为F 9，为2 823.2 mg/100 g，F 12为2 807 mg/100 g，其中有21份资源的含量均在2 000 mg/100 g以上，是今后开发解酒饮料的优良原料。

菊芋主要用于今后食品及功能饮品加工的部位是块茎，其块茎又富含菊粉，随着菊芋块茎价值的逐渐挖掘，愈来愈受到了人们的青睐，菊芋是一种较理想的新型保健蔬菜，具有较高的营养价值，值得在生产上推广利用。

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