内蒙古种植马铃薯品种氨基酸组成及营养价值评价

张欣昕，张福金，张 尧，刘广华，莎 娜，黄 洁，高天云

（1.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031；2.鄂尔多斯市环境保护中心监测站，内蒙古 康巴什 017010）

内蒙古作为我国马铃薯重要的生产基地，其常年种植面积达30万hm2，总产量达150万t，均在全国前3位，内蒙古马铃薯的品质极具地域特色和风味特征，深受全国消费者喜爱。马铃薯富含碳水化合物、纤维素、维生素、微量元素等多种营养物质，蛋白质主要由18种氨基酸组成，特别是赖氨酸、蛋氨酸和色氨酸含量很高，明显高于联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）和世界卫生组织（World Health Organization，WHO）规定的必需氨基酸含量推荐值，其组成也优于其他植物蛋白，与鸡蛋蛋白及酪蛋白相当[1]；半必需氨基酸（如精氨酸）含量也十分丰富，还含有鲜味氨基酸如天冬氨酸，甜味氨基酸如甘氨酸、苏氨酸、脯氨酸、丙氨酸，芳香氨基酸如酪氨酸、苯丙氨酸及异亮氨酸、赖氨酸等[2]。因此，马铃薯中的氨基酸具有较高的营养价值，人体消化吸收的利用程度高，是经济、实惠、具有重要营养学意义的第四大主粮作物[3]。

近年来，现代分析技术和仪器广泛应用于氨基酸的检测。任晓宇等[4]建立了一种微波水解衍生高效液相色谱（HPLC）同时测定饲料中17种氨基酸含量的方法，郝经文等[5]利用柱前衍生化HPLC法建立了霍山石斛中13种游离氨基酸含量的测定方法，张婕等[6]利用高效液相色谱质谱联用（LC-MS/MS）法建立了同时测定烟草中16种游离氨基酸的方法，付金娥等[7]建立了利用微波消解紫外分光光度法测定三叶青总游离氨基酸的方法。多项研究均证明微波消解、色谱和质谱技术能有效提高氨基酸检测的准确度、精密度，并实现快速同步化。

目前，对于内蒙古种植的马铃薯品种蛋白质含量和氨基酸的研究报道较少，缺乏科学数据，导致马铃薯蛋白的加工和利用率较低。因此，本研究对575份马铃薯鲜样的蛋白和氨基酸组成进行分析，比较主栽品种的氨基酸组成，并利用科学合理的方法系统评价该地区马铃薯蛋白质含量和氨基酸的营养价值，以期为马铃薯蛋白加工的品种利用和推广提供数据支撑。

1 材料和方法

1.1 试验材料

2016—2019年选择内蒙古自治区马铃薯主粮化优势区域布局规划的12个旗（县、市），在达茂旗、固阳县、商都县、化德县、察哈尔右翼后旗、察哈尔右翼中旗、四子王旗、武川县、太仆寺旗、牙克石市、多伦县和阿荣旗等地采集马铃薯样品，共计575份样品。对样品数量超过5份的样本进行品种统计分析，主要有夏坡蒂、新佳2号、费乌瑞它、克星一号、布尔班克、冀张薯12号、大白花、优金、大西洋、后旗红、青薯9号11个品种。

1.2 试剂与配制

甘氨酸、丙氨酸、亮氨酸和异亮氨酸、半胱氨酸、缬氨酸、脯氨酸、精氨酸、苏氨酸、丝氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、天冬氨酸、甲硫氨酸、谷氨酸、组氨酸、赖氨酸标准品，纯度大于98%，来源于国家标准物质中心；分别准确称取适量标准品，用甲醇分别配制成1 000 mg/L的标准储备液，分别准确吸取1.00 mL标准储备液，用甲醇稀释定容至刻度，配制成10 mg/L的混合标准储备液，根据需要，稀释混合标准工作液，使用前临时配制；乙腈和甲酸色谱纯，购自德国Meker公司；浓盐酸和正辛醇，国产分析纯。

1.3 试验方法

1.3.1 样品的前处理 按照GB/T 8855—2008[8]中有关规定采集样品，去杂质后匀浆处理，-20℃冷冻保存。

蛋白质测定参照GB 5009.5—2016[9]中的凯氏定氮法。称取2 g 试样（精确到0.000 1 g）至消化管中，再加入0.4 g硫酸铜、6 g硫酸钾及20 mL硫酸于消化炉进行消化。当消化炉温度达到420℃之后，继续消化1 h，此时消化管中的液体呈绿色透明状，取出冷却后加入50 mL 水，通过凯氏定氮仪蒸馏，滴定，计算蛋白质含量。以该方法测定的蛋白不仅包括真蛋白，还包括非蛋白含氮化合物等。氨基酸测定参照任晓宇等[4]的方法，称取1.00 g 试样（精确到0.000 1 g）置于微波消解罐中，加入10 mL 6 mol/L 盐酸溶液，摇匀，再加入3～4滴正辛醇，摇匀，然后充入高纯氮气1～2 min，然后迅速盖上并拧紧安全阀，将消解罐放入微波消解仪内，设置微波消解程序：微波功率为1 200 W，以10℃/min 升至150℃，保持15 min，消解待测样品。消解结束后，取出冷却。打开消解罐，将水解液过滤后，用去离子水多次冲洗水解罐，将水解液全部转移至50 mL 容量瓶中，用水定容至刻度，摇匀，再从中吸取1.0 mL 滤液于100 mL 容量瓶中，用水稀释并定容至刻度，样品经微孔过滤膜后，上机待测。

1.3.2 仪器条件 液相色谱条件：BEH Amide 色谱柱（100 mm×2.1 mm，1.7 μm）。流动相A为100 mmol/L 乙酸铵、5%甲酸溶液和水（V∶V∶V=1∶1∶8），B为乙腈。流速0.35 mL/min。梯度洗脱：0～3 min，15%～20%；3～5 min，20%～30%；5～10 min，30%～60%；10～12 min，60%～85%。进样量1 μL。

质谱条件：电喷雾离子源，正离子扫描模式，多反应监测检测方式，电离电压2 500 V，离子源温度120℃，雾化温度450℃，锥孔气流速50 L/h，雾化气流速650 L/h。17种氨基酸定性定量离子对及锥孔电压、碰撞能量见表1。

表1 定性定量离子对、锥孔电压和碰撞能量

1.4 营养价值评价方法

1.4.1 兰氏距离法 兰氏距离法用贴近度（U）表示，参照王芳等[10]的方法，U计算公式如下

式中，ak为标准蛋白中第k种必需氨基酸含量，标准蛋白分别以FAO/WHO模式蛋白质的氨基酸含量和全鸡蛋蛋白氨基酸含量计算；uik为第i个样本中第k种必需氨基酸的含量。

1.4.2 氨基酸比值系数评分法 必需氨基酸比值用RC表示，必需氨基酸比值系数用AASi表示，必需氨基酸比值系数评分用SRC表示，计算公式参照朱圣陶等[11]的方法，RC计算公式为

式中，RCi为样本蛋白质中的第i种必需氨基酸的比值系数为样本蛋白质中必需氨基酸的评分值的均值；AASi为第i种必需氨基酸的评分值。

AASi计算公式为

式中，标准蛋白质以FAO/WHO模式蛋白进行计算。SRC的计算公式为

1.4.3 生物价和营养指数评分 参照刘素稳[12]的方法，以模式蛋白为参照，利用生物价（BV）和营养指数（NI）评价马铃薯的营养价值，计算公式分别为

式中，EAAI为必需氨基酸指数；A1、A2…An表示样本中每种必需氨基酸的含量；As1、As2…Asn表示模式蛋白质中每种必需氨基酸的含量。

式中，PP表示蛋白质的含量。

1.5 数据处理

数据处理与统计分析软件采用Excel 2010和SPSS 18.0。

2 结果与分析

2.1 不同马铃薯蛋白质含量和差异分析

2016—2019年对575份马铃薯样品蛋白质含量进行测定。由图1可知，最小值为0.95%，最大值为3.55%，平均值为（2.10±0.11）%，中位值为2.09%，数据呈正态分布。

对样本数量超过5份的进行品种蛋白质含量统计。由表2可知，布尔班克蛋白质含量最高，达2.39%，其次是新佳2号，蛋白质含量2.35%，含量最低的是后旗红，平均含量只有1.65 %。方差分析结果显示：不同品种的蛋白质含量均值存在显著性差异，布尔班克蛋白质含量显著高于后旗红、青薯9号、大西洋和优金（P<0.05），说明马铃薯蛋白质含量受品种本身遗传特性影响明显。

表2 不同品种马铃薯蛋白质含量比较

进一步统计费乌瑞它、冀张薯12号和克星一号3个品种不同产地蛋白质含量，结果见图2。不同品种蛋白质含量存在差异，同一品种在不同地区也表现含量差异。进一步进行方差分析，品种、产地和产地×品种互作的F值分别为8.82、2.42、2.02，对蛋白质的影响表现为：品种＞产地＞品种×产地互作，品种间蛋白质含量存在显著差异（P＜0.05），产地间、品种×产地互作差异均不显著（P＞0.05）。这进一步表明蛋白质含量是由各品种固有的遗传特性决定的，且品种对地区有一定的适应性。

2.2 马铃薯氨基酸组成分析

氨基酸是组成蛋白质的基本单位，氨基酸的含量、组成和空间结构决定了蛋白营养价值[13]。因此，对马铃薯样品中18种氨基酸含量进行测定，由于色氨酸在水解过程中被破坏，未被检出，其余17种氨基酸均被检出，其中必需氨基酸（EAA）检出9种（表3），非必需氨基酸（NAA）检出8种（表4），鲜马铃薯中每克蛋白质中17种氨基酸的总量（TAA）分布范围在423.72～1 015.41 mg，平均值699.37 mg/（g·pro），EAA含量范围170.23～432.01 mg/（g·pro），平均值302.44 mg/（g·pro），变异系数19.26%，NAA含量范围240.15～690.94 mg/（g·pro），平均值436.93 mg/（g·pro），变异系数20.68%。含量相对较高的是天冬氨酸，含量为130.83 mg/（g·pro），含量最低的是苯丙氨酸，含量为5.67 mg/（g·pro），不同样品中，甲硫氨酸和脯氨酸变异系数较大。

表3 马铃薯中9种必需氨基酸含量 单位：mg（/g·pro）

表4 马铃薯中8种非必需氨基酸含量 单位：mg（/g·pro）

对不同品种氨基酸含量进行统计，由图3可知，从氨基酸总量看，后旗红TAA最高，达813.32 mg/（g·pro），其次是夏坡蒂。优金品种氨基酸含量最低，只有645.08 mg/（g·pro）。除了优金这个品种，不同品种间EAA含量变化幅度较小，每克蛋白质中NAA 总量在300 mg左右，费乌瑞它、后旗红、冀张薯12号、克星一号、夏坡蒂等品种中NAA含量随氨基酸总量变化而变化。

由于氨基酸在结构上侧链基团的差别，造成不同氨基酸的口味感官不同，在食品中起着酸、甜、苦、涩等味的作用，例如甘氨酸、丙氨酸和色氨酸，其甜度分别是砂糖的0.8倍、1.2倍和35.0倍[14]。因此，氨基酸根据味觉口感可分为芳香族氨基酸（缬氨酸、苯丙氨酸、赖氨酸、酪氨酸和精氨酸等），甜味氨基酸（甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、脯氨酸、组氨酸），鲜味氨基酸（赖氨酸、谷氨酸、天冬氨酸）和苦味氨基酸（缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、酪氨酸、精氨酸）。对不同品种芳香氨基酸、甜味氨基酸、鲜味氨基酸和苦味氨基酸含量进行统计，结果见图4。从总量分析，鲜味氨基酸＞甜味氨基酸＞苦味氨基酸＞芳香氨基酸。从品种分析，不同品种间鲜味氨基酸变幅最大，鲜味氨基酸含量以后旗红品种含量最高，优金品种次之，含量最低的是新佳2号，且显著低于后旗红品种；甜味氨基酸以夏坡蒂品种含量最高，优金品种最低；苦味氨基酸含量最高的是新佳2号，含量最低的是克星一号；芳香氨基酸在不同品种间变幅相对较小，以新佳2号含量最高，以克星一号含量最低，且显著低于新佳2号。

2.3 蛋白质和氨基酸的综合评价

蛋白营养价值的优劣，主要取决于所含必需氨基酸的种类、数量和组成比例，及其在有机体内的消化、吸收和利用情况[15]。不同品种的氨基酸含量和组成的差异可能对其营养价值有影响，所以本研究分别引用不同的化学评价方法对不同品种马铃薯中蛋白质和氨基酸含量展开分析和评价。

2.3.1 贴近度比较 根据氨基酸平衡理论，FAO和WHO 提出了评价蛋白质营养的必需氨基酸模式[16]。模糊识别法是根据兰氏距离法计算食物中必需氨基酸含量与模式蛋白的接近程度的一种氨基酸评价方法，用贴近度表示，其值越接近1，其蛋白的营养价值越高。根据文献统计了FAO/WHO模式蛋白、全鸡蛋蛋白[17]必需氨基酸的含量（表5）。

表5 不同蛋白中必需氨基酸含量 单位：mg/（g·pro）

根据公式（1）计算了不同品种相对于标准蛋白的贴近度。由表6可知，相对于FAO/WHO模式蛋白，不同品种贴近度在0.86～0.95，品种间存在显著差异（P＜0.05），新佳2号显著高于后旗红、冀张薯12号、克星一号、夏坡蒂和优金品种；相对于全鸡蛋蛋白，不同品种贴近度均在0.82～0.94，品种差异趋势与模式蛋白基本一致，也表现为新佳2号的贴近度最高，且显著高于其他品种（P＜0.05），说明新佳2号是优质的蛋白质来源品种，可作为马铃薯蛋白加工的优选品种。贴近度最低的是优金品种，其必需氨基酸组成与模式蛋白差别较大，蛋白营养价值相对较低。

表6 不同品种相对于标准蛋白的贴近度

2.3.2 氨基酸-比值系数和氨基酸酸比值系数评分 RC反映了食物中必需氨基酸组成与模式氨基酸的偏离程度，RC>1表示食物中该种必需氨基酸过剩，RC＜1表示食物中该种必需氨基酸相对不足。RC的最小值为该食物的第一限制氨基酸[18]。SRC反映了食物中蛋白的相对营养价值，其值越接近100，说明必需氨基酸的贡献率越大，蛋白的营养价值越高。

表7 不同品种RC和SRC值比较

根据上述公式（2）、（3）和（4）分别计算了不同品种马铃薯的RC和SRC值。由表7可知，亮氨酸、甲硫氨酸+胱氨酸的RC>1，说明马铃薯中亮氨酸、甲硫氨酸+胱氨酸过剩。不同品种均表现为苏氨酸的RC值最低，说明苏氨酸含量相对不足，是马铃薯的第一限制氨基酸。SRC值反映了不同食物蛋白的总体营养价值，不同品种的SRC值为28.79～51.97，SRC值方差分析结果显示：新佳2号SRC值最高，其蛋白营养价值较高，且显著高于其他品种（P<0.05），费乌瑞它和后旗红次之，夏坡蒂SRC值最低，其结果与贴近度评价结果具有一致性。

2.3.3 生物价和营养指数评分 上述的评价方法只考虑了氨基酸的组成，FENNEMA[19]提出利用EAAI来预测BV，其预测值与真实动物实验获得的BV值接近，可以反映蛋白消化吸收的利用程度；JANSEN[20]提出利用NI可以评价必需氨基酸含量和蛋白质含量的共同影响，其评价结果更全面。

根据公式（5）、（6）和（7）分别计算了不同品种的BV和NI。由表8可知，新佳2号、后旗红和费乌瑞它品种的BV值分别为26.49、25.02和24.49，相对高于其他品种，说明其蛋白消化吸收的利用程度更高；新佳2号的NI值也高于其他品种，说明该品种不仅蛋白含量高，其营养价值也更均衡，其结果与贴近度评价和氨基酸比值系数评分结果具有一致性。

表8 不同品种的BV和NI值比较

3 讨论

3.1 蛋白质含量分析

研究表明，新鲜马铃薯中蛋白质含量为1.7%～2.1%，能供给人体所需的大量蛋白[21]。2019年全国马铃薯质量安全专项监测总结分析报告显示[22]：2017—2019年，全国马铃薯的蛋白质含量分布在2.02%～2.17%，平均含量2.12%。本试验统计了内蒙古575份马铃薯样品，蛋白质含量平均值（2.10±0.11）%，与全国平均水平持平。对内蒙古不同品种样品的蛋白质含量进行统计，发现不同品种的蛋白质含量存在显著差异，国内外其他研究也有相似结果：例如，NOMALI 等[23]研究了南非的8个马铃薯品种，Electra品种蛋白质含量最低，只有1.57%，Fianna品种含量最高（2.87%）；BÁRTOVÁ 等[24]研究了美国的4个马铃薯品种蛋白质含量，最小值为0.9%，最大值为3.3%，4个品种蛋白质含量差异显著（P<0.05）。HAMOUZ 等[25]和滕卫丽[26]也有相关的研究结论，表明蛋白质含量是由各品种固有的遗传特性决定的，且品种对地区有一定的适应性，生态条件对其含量的影响不显著。

3.2 氨基酸组成分析

本试验分析了内蒙古不同马铃薯氨基酸的含量和组成，鲜马铃薯中每克蛋白质中TAA平均值为699.37 mg/g，EAA平均值为302.44 mg/（g·pro），根据FAO/WHO的模式标准，EAA/TAA 大于36.0%，被认为是质量较好的氨基酸组成[27]，内蒙古马铃薯的EAA/TAA为43.2%，高于FAO/WHO标准蛋白7.2个百分点，说明其氨基酸组成符合模式标准，营养价值较高。其中，天冬氨酸和谷氨酸含量较高，分别为130.83 mg/（g·pro）和100.61 mg/（g·pro），与ZHU[28]和GALDÓN 等[29]报道的我国和西班牙马铃薯品种具有相似性。

不同品种氨基酸含量也表现显著差异，后旗红品种TAA最高，达813.32 mg/（g·pro），但后旗红品种蛋白质含量相对较低，可能与该品种非蛋白类化合物相对较低有关。ZHOU[30]也研究了我国广东的14个马铃薯品种，不同品种TAA含量范围为424.25 mg/（g·pro）～542.46 mg/（g·pro），Neida 34品种TAA含量显著高于Neida 28品种和Neida 41品种；呼德尔朝鲁等[31]研究发现，马铃薯中鲜味氨基酸含量较高，他研究的3个马铃薯品种的鲜味氨基酸的含量分别为61.1%、58.79%和68.75%，与本研究结果相似，不同马铃薯品种鲜味氨基酸变幅最大，后旗红品种含量最高，达350 mg/（g·pro）。

3.3 蛋白和氨基酸综合评价

基于模式蛋白和全鸡蛋蛋白，进行不同品种的贴近度比较、氨基酸比值系数评分和营养指数评分，结果显示，与其他品种相比，新佳2号、费乌瑞它和后旗红的EAA含量与模式蛋白的接近程度、氨基酸比值系数评分和营养指数评分排序均处于前3位，这3个品种在不同的评价体系中，结果具有一致性，说明其评价方法可靠。不同品种贴近度为0.86～0.95，与小麦粉（0.83）[32]相比，其值越接近1，其蛋白的营养价值较高，SUÁREZ 等[33]的研究也证明了这一结论。不同品种均表现为苏氨酸的RC值最低，说明苏氨酸含量相对不足，是马铃薯的第一限制氨基酸。赵凤敏等[34]分析了29个不同品种马铃薯氨基酸含量，也发现其中24个品种的第一限制氨基酸为苏氨酸。

4 结论

本试验统计了内蒙古575份马铃薯样品，不同品种蛋白质含量0.95%～3.55%，平均值（2.10±0.11）%，与全国平均水平持平。不同品种的蛋白质含量存在显著差异，表明蛋白含量是由各品种固有的遗传特性决定的，且品种对地区有一定的适应性，生态条件对其含量影响较小。不同品种每克蛋白质中17种氨基酸的总量分布范围为423.72～1 015.41 mg，9种必需氨基酸的总量为302.44 mg/（g·pro），其总量占氨基酸总量的37.69%，高于FAO/WHO标准蛋白7.2个百分点。马铃薯中，鲜味氨基酸＞甜味氨基酸＞苦味氨基酸＞芳香氨基酸，不同品种间鲜味氨基酸变幅最大，后旗红品种含量最高，且显著高于品种新佳2号，马铃薯的口感可能主要受鲜味氨基酸影响。不同品种贴近度在0.86～0.95，不同品种均表现为苏氨酸的RC值最低，是马铃薯的第一限制氨基酸。通过不同的评价体系证明，新佳2号、费乌瑞它和后旗红的EAA含量与模式蛋白的接近程度、氨基酸比值系数评分和营养指数评分排序均处于前3位，这3个品种不仅蛋白质含量高，其营养价值也更均衡，能满足人类膳食需求，是优质的蛋白质来源品种，可作为马铃薯蛋白加工的优选品种。