六种菜心氨基酸组成及营养价值评价
2019-09-10乔燕春雷建军张华原远王春政周贤玉李光光郑岩松戴修纯
乔燕春 雷建军 张华 原远 王春政 周贤玉 李光光 郑岩松 戴修纯
摘要:【目的】分析6種菜心氨基酸含量及组成差异,并进行营养价值综合评价,为指导菜心引选及食用选择提供参考依据。【方法】依据GB 5009.124—2016《食品安全国家标准》,采用SYKAM S-433D氨基酸分析仪测定6种菜心氨基酸组成及含量,采用氨基酸比值系数法和主成分分析法综合评价营养价值。【结果】6份材料均含17种氨基酸且含量丰富,包括除色氨酸外的7种必需氨基酸,其中,谷氨酸、丙氨酸和天冬氨酸含量较高,蛋氨酸与半胱氨酸为第一限制氨基酸。不同材料氨基酸含量存在明显差异,总量以干质量数计,为18.800±0.150~23.594±0.004 g/100 g,其中以DY菜心和迟心4号菜心氨基酸总量最高;必需氨基酸总量为7.617±0.061~9.357±0.089 g/100 g,以迟心4号菜心最高;必需氨基酸/氨基酸总量、必需氨基酸/非必需氨基酸的值均以四九-19菜心最高,分别为(40.598±0.062)%、(68.421±0.190)%;氨基酸比值系数分为58.98~66.27,以四九-19菜心和45天尖叶油青菜心最高,分别为66.27和66.24。菜心酸鲜味氨基酸含量低于苦味氨基酸;呈味氨基酸总量以DY菜心和迟心4号菜心最高,分别为21.761和21.480 g/100 g,且酸鲜味氨基酸含量显著高于其他材料(P<0.05)。主成分综合评价得出迟心4号菜心营养价值最佳。【结论】菜心氨基酸种类齐全且含量丰富,但材料间差异明显。其中,四九-19菜心必需氨基酸模式更符合人体需求,DY菜心鲜香味氨基酸含量更高,迟心4号菜心氨基酸营养价值更佳且鲜香味浓。
关键词: 菜心;氨基酸;营养价值评价;主成分分析
中图分类号: S634.503.7 文献标志码: A 文章编号:2095-1191(2019)10-2271-07
Amino acid composition and nutritional value evaluation of six kinds of flowering Chinese cabbages(Brassica campestris L. ssp. chinensis Var. utilis Tsen et Lee)
YUAN Yuan1,2, WANG Chun-zheng3,ZHOU Xian-yu1, LI Guang-guang1,
ZHENG Yan-song1, DAI Xiu-chun1, QIAO Yan-chun1, LEI Jian-jun2*, ZHANG Hua1*
(1Guangzhou Institute of Agriculture Science,Guangzhou 510000, China; 2 College of Horticulture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; 3 Guangdong Shunde Innovative Design Institute, Foshan,Guangdong 528311, China)
Abstract:【Objective】Nutritional values of six kinds of flowering Chinese cabbages (Brassica campestris L. ssp. chinensis Var. utilis Tsen et Lee) varieties were comprehensively assessed based on the amino acid composition and content to provide reference for introduction, breeding and eating choice of Chinese cabbage. 【Method】According to National Food Safety Standard(GB 5009.124—2016), amino acid compositions and contents of six flowering Chinese cabbage materials were determined by SYKAM S-433 D amino acid analyzer, then the nutritional values were comprehensively evaluated by ratio coefficient of amino acid(RCAA) and principal component analysis(PCA). 【Result】All materials were rich in 17 kinds of amino acids, and including 7 kinds of essential amino acids(EAA) but without tryptophan. Glutamate, alanine and aspartic acid contents were high, methionine and cysteine were first limiting amino acids. Total amino acids(TAA) contents were different among those materials from 18.800±0.150 to 23.594±0.004 g/100 g(calculated by dry weight,DW). Materials of DY and Chixin No.4 contained the highest TAA contents. EAA content was between 7.617±0.061 g/100 g to 9.357±0.089 g/100 g, and Chixin No.4 contained the highest content. Sijiu-19 both had the highest essential amino acids/total amino acids (EAA/TAA) (40.598±0.062)% and essential amino acids/non-essential amino acids (EAA/NTAA) value (68.421±0.190)%. RCAA range was from 58.98 to 66.27, Sijiu-19 and Youqing 45 days were the highest ones(66.27 and 66.24 respectively). The sour and MSG-like amino acids (SMAA) contents of all materials were lower than bitter amino acid(BAA). DY and Chixin No.4 had the highest flavor amino acids (FAA) which were 21.761 and 21.480 g/100 g, respectively. And their SMAA content were significantly higher than others(P<0.05). Chixin No.4 obtained the best nutritional value by principal component comprehensive evaluation. 【Conclusion】Flowering Chinese cabbage materials have many kinds of amino acids and bountiful contents, but the content of amino acids varies greatly among different materials. EAA model of Sijiu-19 variety is more matching with human needs. SMAA content of DY is much higher than others. Chixin No. 4 contains high amino acid nutritional value and much SMAA flavor.
Key words: flowering Chinese cabbage(Brassica campestris L. ssp. chinensis Var.utilis Tsen et Lee); amino acid; nutritional value evaluation; principle component analysis
0 引言
【研究意义】菜心(Brassica campestris L. ssp. chinensis Var. utilis Tsen et Lee)是十字花科白菜亞种中以花薹为产品的变种,产品清香甘苦,品质脆嫩,营养丰富(张华和刘自珠,2010)。菜心富含14种矿质元素及17种氨基酸,是能量及纤维素的理想来源(杨暹等,2002)。氨基酸为十字花科蔬菜风味物质合成前体(李娟和朱祝军,2005),其组成及含量不仅影响风味品质,还与蛋白质等营养成分密切相关,直接影响蔬菜营养价值(蒋滢等,2002)。因此,阐明不同菜心材料氨基酸组成及含量差异,综合评价氨基酸营养价值,对于指导菜心引选及食用选择具有重要现实意义。【前人研究进展】随着市场消费水平提升,菜心风味及营养品质研究已逐渐成为相关领域热点。郭巨先和杨暹(2002)研究了菜心及8种野菜的氨基酸含量,表明菜心氨基酸种类及含量丰富,富含谷类普遍缺乏的赖氨酸,是利于人体氨基酸营养平衡的天然绿色食品。肖辉等(2008)对红菜薹氨基酸种类及含量的分析结果表明,氨基酸含量易受采收温度影响,薹叶比薹茎的营养及药用价值更高。苏蔚等(2014)研究菜心主要营养成分和硝酸盐分配规律,结果表明70.30%游离氨基酸积累在薹茎和花蕾处,花蕾含量最高,薹茎次之。柴喜荣等(2019)研究了有机叶面肥(顶灵)对45菜心产量和品质的影响,从成本与效果综合考虑,以375 g/ha“顶灵—拖布氏”处理对菜心品质改善效果最佳。原远等(2019)将菜心与其近缘亚种蔬菜进行氨基酸营养价值比较,结果发现菜心与杂1613油菜薹和农普奶白菜相比,其氨基酸综合品质居中,四九-19和增城迟菜心的必需氨基酸营养价值较高。氨基酸还具有酸鲜、甜、苦及某些特殊生理功效,被广泛用于增香、保鲜、调味及除臭等方面(黄艳,2013;薛敏等,2014;束文举等,2015)。主成分分析(Principle components analysis,PCA)可将多个变量经线性变换选出具有代表性的某几个主成分。薛敏等(2014)运用PCA综合评价了10种猕猴桃的游离氨基酸质量,结果表明该方法是评价不同品种植物氨基酸营养的可行方法。【本研究切入点】目前对菜心营养价值的研究,多以分析一般营养成分如还原糖、粗蛋白、粗纤维及维生素C等物质为重点,针对菜心氨基酸组成检测,再结合氨基酸比值系数(Ratio coefficient of amino acid,RCAA)和PCA对其营养价值进行综合评价的研究较少。【拟解决的关键问题】通过检测早、中和迟熟类型菜心主薹氨基酸总量(Total amino acids,TAA)、必需氨基酸(Essential amino acids,EAA)、婴幼儿必需氨基酸(Infant essential amino acids,IEAA)、呈味氨基酸(Flavor amino acids,FAA)等的组成及含量,采用RCAA和PCA综合评价6种菜心的营养价值,为富含氨基酸的菜心品种选育提供参考依据。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
6种供试材料中,四九-19菜心、45天尖叶油青菜心为早熟类型,油绿702甜菜心和60天油青甜菜心为中熟类型,DY菜心和迟心4号菜心为迟熟类型,均由广州市农业科学研究院提供。2017年9月直播于广州市农业科学研究院花都试验基地,随机区组排列,常规田间管理,小区面积0.80 m×7.50 m,株间距0.18 m×0.18 m,行距0.30 m,12月中旬完成采样。试验试剂均为分析纯以上。主要仪器设备有氨基酸分析仪(SYKAM S-433D,德国)和对流式烘箱(BINDER ED23,德国宾德)。
1. 2 样品处理
参考原远等(2019)的方法测定样品氨基酸含量及组成。每种菜心材料选取10棵,洗净后110 ℃杀酶20 min,50 ℃烘干至恒重,粉碎过100目筛,4 ℃保存备用。
1. 3 氨基酸测定
参照GB 5009.124—2016《食品中氨基酸的测定方法》检测氨基酸组成及含量。
色谱检测条件:色谱柱LCA K07/Li,梯度控温,柱温38~74 ℃;流动相为柠檬酸锂(A=pH 2.90,B=pH 4.20,C=pH 8.00);洗脱泵流速0.45 mL/min,衍生泵流速0.25 mL/min;通道1检测波长570 nm,采集时间32 min;通道2检测波长440 nm,采集时间为10 min;反应器温度130 ℃。
1. 4 营养评价
采用氨基酸比值系数法鉴评蛋白质营养价值,并与食品法典委员会(FAO/WHO)标准模式谱和鸡蛋蛋白模式(杨月欣等,2002)进行比较分析。参照何洁等(2018)检测、评价蛋白营养的方法,计算必需氨基酸、氨基酸总量、必需氨基酸/氨基酸总量(EAA/TAA)、非必需氨基酸总量(Non-essential amino acids,NEAA)、必需氨基酸/非必需氨基酸(EAA/NEAA)、赖氨酸/必需氨基酸(Lys/EAA)、婴幼儿必需氨基酸,氨基酸比值(Ratio of amino acid,RAA)、RCAA及氨基酸比值系数分(Score of RCAA,SRCAA)等。计算公式如下:
RAA=[待评蛋白质EAA含量FAO/WHO模式中相应EAA含量]
RC=[RAARAA平均值]
SRCAA=100×(1-CV)
式中,CV=标准差/方差,为RC的变异系数。
甜味氨基酸(Sweet amino acids,SAA)含量以丝氨酸、苏氨酸、甘氨酸、脯氨酸和丙氨酸的含量之和计。鲜味和酸味氨基酸(Sour and MSG-like amino acids,SMAA)含量以谷氨酸和天冬氨酸的含量之和计。苦味氨基酸(Bitter amino acids,BAA)含量以蛋氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、亮氨酸、组氨酸和精氨酸含量之和计。以上三者之和为呈味氨基酸总量。
1. 5 统计分析
运用Excel 2007和SPSS 22.0对各種类氨基酸含量进行显著性、相关性及PCA分析(刘艳敏等,2013;王振东等,2017)。测定菜心各材料氨基酸的含量,最终得到累积方差贡献率,运用PCA及综合评价模型计算氨基酸的综合分值,分值越高即氨基酸品质越优。
2 结果与分析
2. 1 各品种菜心氨基酸组成分析结果
如表1所示,菜心材料氨基酸总量为18.800±0.150~23.594±0.004 g/100 g,以迟心4号菜心总量最高,四九-19菜心最低;不同氨基酸种类,以谷氨酸含量最高,其次依次为丙氨酸、天冬氨酸、亮氨酸、缬氨酸和赖氨酸,半胱氨酸最低;迟心4号菜心的赖氨酸/必需氨基酸(Lys/EAA)最高,与DY菜心和60天油青甜菜心差异不显著(P>0.05,下同),但与45天尖叶油青菜心、四九-19菜心和油绿702甜菜心差异显著(P<0.05,下同)。赖氨酸为谷类第一限制氨基酸,可选择其含量较高的迟心4号菜心与之搭配,起蛋白互补效果。人体不能合成必需氨基酸,其种类、含量及比例即决定食物蛋白质的营养价值。各菜心材料中,必需氨基酸和婴幼儿必需氨基酸含量均以迟心4号菜心最高,分别为9.357±0.089和9.895±0.061 g/100 g,与其他材料差异显著。依照FAO/WHO推荐的理想蛋白模式,优质蛋白EAA/TAA需达40.00%,EAA/NTAA需高于60.00%。6种菜心材料中,四九-19菜心的EAA/TAA和EAA/NTAA分别为(40.598±0.062)%和(68.421±0.190)%,与其余材料均具显著性差异,符合FAO/WHO推荐模式,也符合人体必需氨基酸比例。
2. 2 各品种菜心呈味氨基酸组成分析结果
如图1所示,呈味氨基酸总量以DY菜心最高(21.761 g/100 g),迟心4号菜心(21.480 g/100 g)次之。呈味氨基酸各种类中,苦味氨基酸含量最高,甜味氨基酸(SAA)次之,酸鲜味氨基酸含量最低(除DY菜心外)。由表1可知,甜味氨基酸含量为6.033±0.062~7.587±0.063 g/100 g,迟心4号菜心显著高于其他材料,45天尖叶油青菜心与油绿702甜菜心、60天油青甜菜心间无显著差异;各材料间酸鲜味氨基酸含量差异显著,且迟熟材料高于早熟材料,以DY菜心最高,为8.035±0.095 g/100 g,约是四九-19菜心(3.510±0.021 g/100 g)的2.29倍;苦味氨基酸含量为6.980±0.110~8.226±0.037 g/100 g,以迟心4号菜心含量最高,除四九-19菜心、油绿702甜菜心和45天尖叶油青菜心的苦味氨基酸含量无显著差异外,其余材料均具显著差异。就菜心种类而言,早熟菜心(四九-19菜心和45天尖叶油青菜心)的酸鲜味氨基酸含量低于苦味氨基酸和甜味氨基酸;中、迟熟菜心的甜味氨基酸含量、酸鲜味氨基酸含量和苦味氨基酸含量相对较接近,风味较丰富。
2. 3 各品种菜心必需氨基酸营养价值评价
将菜心必需氨基酸与人体必需氨基酸要求模式进行对比,比值越接近越易被人体消化吸收,即氨基酸营养价值越高。依据FAO/WHO必需氨基酸评分模式,RCAA=1即食物氨基酸含量比例与上述模式一致;RCAA<1则为相对不足,最小者视为第一限制氨基酸。SRCAA越接近100,蛋白质营养价值越高。由表2可知,蛋氨酸+半胱氨酸是菜心第一限制性氨基酸,日常饮食应搭配富含二者的食物以均衡营养摄入;而60天油青甜菜心和DY菜心的亮氨酸,以及油绿702甜菜心和45天尖叶油青菜心的赖氨酸含量相对不足;各品种菜心的SRCAA为58.98~66.27,其中以四九-19菜心和45天尖叶油青菜心较高(66.27和66.24),相对接近于FAO/WHO必需氨基酸模式,说明其必需氨基酸营养价值较高。
2. 4 主成分分析与菜心蛋白综合营养评价
2. 4. 1 相关性分析 各氨基酸含量间存在较强的相关性(表3)。相关系数最大的是赖氨酸(Lys)与丙氨酸(Ala)、组氨酸(His)与谷氨酸(Glu),均为0.988,其次是甘氨酸(Gly)与苏氨酸(Thr)(相关系数为0.977)、精氨酸(Arg)与组氨酸(相关系数为0.963)。因此,可运用PCA分析不同试材各种类氨基酸含量间的关系。
2. 4. 2 PCA 各材料氨基酸含量数据经标准化处理后进行PCA。如表4所示,根据特征值大于1,累积方差贡献率不低于85.00%来考虑,提主成分3个,累积贡献率为91.76%;其中,第一主成分(PC1,贡献率45.84%)反映菜心大部分必需氨基酸及甜味氨基酸信息,主要包含丙氨酸、赖氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸、苏氨酸、蛋氨酸和缬氨酸等,而脯氨酸、谷氨酸、组氨酸和精氨酸等构成第二主成分(PC2,贡献率37.10%),第三主成分(PC3,贡献率8.82%)主要与络氨酸紧密相关(图2)。各主成分方程为:
2. 4. 3 综合评价 以主成分方差贡献率为权重,构建菜心氨基酸营养价值综合评价模型:F=0.46F1+0.37F2+0.08F3,得分见表5,氨基酸营养价值综合排名为迟心4号菜心>60天油青甜菜心>油绿702甜菜心>45天尖叶油青菜心>四九-19菜心>DY菜心,与必需氨基酸含量排序基本相近。可见,迟心4号菜心氨基酸综合得分最高且前两个主成分得分均为正值,第三主成分(PC3)得分虽为负值,但所占比例不高,故认为迟心4号菜心氨基酸综合品质最佳。
3 讨论
菜心富含多种微量元素及营养物质,风味独特。氨基酸既是重要营养成分,又与人类味觉密切相关。谷氨酸含量高低决定食物鲜美程度,既可健脑,又可兴奋脑内神经元(战玉华和王旭梅,2019);丙氨酸具有预防肾结石、缓和低血糖等功效,是重要的甜味氨基酸;天冬氨酸是重要的酸鲜味氨基酸之一,亦是良好的营养增补剂,可调节脑神经的代谢功能,治疗心脏病和高血压等疾病;亮氨酸、缬氨酸和异亮氨酸共同合作能进行肌肉修复、提供能量和控制血糖;赖氨酸是合成大脑神经再生性细胞重要蛋白质的必需氨基酸,可提高钙质吸收、促进幼儿生长发育,如果缺乏则导致蛋白质合成不足,免疫力降低(Liao et al.,2015;Powell et al.,2015)。杨暹等(2002)提出菜心具较好口感、可增强食欲,可能与谷氨酸和天冬氨酸含量较高有关。本研究结果表明,菜心氨基酸种类及含量丰富,谷氨酸、天冬氨酸含量较高,与前人的研究结果基本一致;而蛋氨酸和半胱氨酸是第一限制氨基酸,可通过搭配其他食物来均衡相关营养(郭巨先和杨暹等,2002;原远等,2019)。
郭巨先和杨暹(2002)研究得出,菜心氨基酸总量高于除守宫木和土人参外的其他6种野菜。本研究比较了不同熟性菜心氨基酸组成及含量差异,结果表明各材料间氨基酸总量存在明显差异,以迟心4号菜心含量最高,且均含7种必需氨基酸,与宋廷宇等(2007)的研究结论一致。其中,必需氨基酸和婴幼儿必需氨基酸也以迟心4号菜心含量最高;而四九-19菜心的SRCAA最高,与杨暹等(2002)的研究结论一致。
红菜薹甜味氨基酸含量最高(10.91~14.46 g/100 g),酸鮮味氨基酸次之(7.46~10.45 g/100 g),苦味氨基酸含量(4.57~5.66 g/100 g)最低(肖辉等,2008)。本研究中,DY菜心呈味氨基酸总量最高(21.716 g/100 g),迟心4号菜心(21.480 g/100 g)次之;与红菜薹不同的是,苦味氨基酸含量略高于甜味氨基酸,酸鲜味氨基酸含量最低。而各菜心试材间,甜味氨基酸和苦味氨基酸含量差异不明显,酸鲜味氨基酸则以DY菜心和迟心4号菜心的含量较高,故判定其鲜香风味更为浓郁。肖辉等(2008)表明,红菜薹各类氨基酸含量受温度影响,精氨酸、赖氨酸和亮氨酸遇低温含量会提高,尤其是脯氨酸,而谷氨酸、丙氨酸、天冬氨酸和半胱氨酸含量降低,因而风味更佳。本研究中,迟熟材料DY菜心和迟心4号菜心采收于冬季,较早、中熟材料采收时温度低10~15 ℃,不仅酸鲜味氨基酸含量较高,其氨基酸总量也较高。可见,氨基酸含量除与品种紧密相关外,收获季节温度可能对其也有一定影响。综上所述,在实际应用及品质育种研究中,可根据不同需求选择菜心材料。考虑到氨基酸含量受品种、气候及栽培环境等因素影响,相关研究仍有待深入开展。
4 结论
6种菜心氨基酸种类及含量丰富,含7种必需氨基酸,但材料间差异明显。其中,四九-19菜心必需氨基酸模式更符合人体需求,DY菜心鲜香味氨基酸含量更高,迟心4号菜心氨基酸营养价值更佳且鲜香味浓,以上评价结果可为富含氨基酸的菜心材料引选提供参考依据。
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(責任编辑 邓慧灵)