西南地区大豆品种的蛋白质营养价值评价

石贵阳， 阚 冲， 陈 竹， 王晶琴， 杨松花， 何 进， 何腾兵

(贵州大学农学院， 贵阳 550025)

大豆[Glycinemax(Linn.)Merr.]营养丰富，易被人体吸收。大豆不仅是优质蛋白质来源，还含有丰富的卵磷脂、异黄酮和低聚糖等多种有效生理活性成分，具有降低血脂和胆固醇，改善血糖平衡，降低体脂率和延缓记忆力衰退等功效[1]。大豆可作为儿童、老人、糖尿病和心脑血管病患者、健身减脂等人群的功能食品源，具有极高的开发价值[2]。中国居民膳食指南建议每人每天摄入30～50 g大豆[3]，美国农业部在2020—2025年美国居民膳食指南中指出，大豆是能满足营养需求、促进健康并减少慢性疾病风险的健康食品[4]。

大豆富含9种人体必需氨基酸，属于全价植物蛋白。大豆中赖氨酸的含量极高，缺少赖氨酸会导致蛋白质代谢障碍，而大米、小麦等主粮中的赖氨酸含量极低，因此大豆是与谷类互补的天然理想食品[5]。氨基酸组成决定食品蛋白质的营养价值，客观地评价食品的氨基酸非常重要。联合国粮食与农业组织和世界卫生组织提出的必需氨基酸指数(Essential amino acid index,EAAI)，氨基酸比值系数分(score of ratio coefficient of amino acid,SRCAA)为合理评价蛋白质营养价值提供了理论依据[6]。主成分分析(principal component analysis,PCA)能反映原始变量大部分信息，且所含信息相互独立，被广泛应用于农产品品质综合评价和指标筛选。卢冉等[7]、黄小兰等[8]和陈婷婷等[9]利用PCA分别对杏仁、地参和花生种质的品质性状进行综合分析，并通过聚类分析将多个种质进行归类，提高了评价工作效率。

对大豆氨基酸的研究主要针对东北[10-12]、西北[13]和东部沿海[14]的种质，而且多限于氨基酸含量的测定，关于氨基酸营养评价的研究很少。大豆是一种品种适应范围窄的作物，跨区域引种难度大[15]。西南地区是我国四大大豆产区之一，目前还缺乏该地区大豆品种氨基酸评价的研究。本研究通过对西南地区30个大豆种质的18种氨基酸进行含量分析和营养价值评价，分析其药用氨基酸组分，并使用主成分分析和聚类分析评价和挑选出氨基酸含量丰富且均衡的优质品种，为西南产区优质大豆的筛选及药食同源产品开发提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试验设计

以西南地区主栽的30个大豆品种为试验材料，由贵州省农业科学院和贵州大学农学院何进老师提供。试验地位于贵州省石阡县花桥乡北坪村(东经108°15′59″、北纬27°32′22″)，≥10 ℃的年总有效积温4 000 ℃，年降水量近1 200 mm。土壤基本理化性质如下：pH值6.02，有机质含量24.02 g·kg-1，全氮含量0.76 g·kg-1，碱解氮含量56.61 mg·kg-1，有效磷含量14.89 g·kg-1，有效钾含量200 mg·kg-1。

采用当地推荐施用量，每公顷施氮(N)50 kg，磷(P2O5)35 kg，钾(K2O)40 kg作为底肥。试验采取随机区组设计，3次重复，小区面积6 m2，采取穴播方式种植(行距40 cm，株距20 cm，每穴2粒)，种植密度为2.4万株·hm-2。2019年4月15日播种，手工清理田间杂草，分小区单独收获后人工去荚，风干后装袋，-20 ℃保存待测。

1.2 氨基酸的测定与营养价值评价

使用多功能近红外分析仪(NIRS DS 2500，FOSS，瑞典)测定大豆籽粒中蛋白质和各种氨基酸含量。大豆氨基酸评价采用朱圣陶的氨基酸比值(Ratio of amino acid,RAA)和氨基酸比值系数[16]评价法以及Oser[17]的EAAI评价法。

1.3 数据处理

使用WPS软件进行数据分析，使用SPSS 22.0软件进行主成分分析和聚类分析。聚类分析时首先将必需氨基酸(Essential amino acid,EAA)含量、总氨基酸(Total amino acid,TAA)含量、EAAI值以及SRC值标准化，之后采用欧氏距离和ward最小方差对30个大豆品种进行分类。

2 结果与分析

2.1 氨基酸组成分析

对30个大豆品种的18种氨基酸含量进行统计分析，EAA及非必需氨基酸(non-essential amino acid,NEAA)统计结果见表1所示。按氨基酸含量从高到低排列为Glu、Asp、Leu、Arg、Lys、Pro、Ser、Phe、Val、Gly、Ile、Ala、Thr、Tyr、His、Cys、Met、Try，其中Glu和Asp分别占总氨基酸含量的18.9%和11.44%。

表1 大豆氨基酸组分及含量变化(n=90)

30种大豆籽粒样品的9种EAA含量均值范围为135.00～165.50 mg·g-1，Met变异系数最大，为21.34%；Tyr变异系数最小，为4.76%。NEAA中，Try变异系数最大，为21.82%；Gly变异系数最小，为3.13%。不同种质大豆籽粒EAA占TAA比例范围为36.64%～39.01%，平均值为37.80%，EAA与NEAA比值范围为57.82%～63.95%，平均值为60.79%。

2.2 氨基酸营养价值分析

由表2可知，30种大豆的必需氨基酸中芳香族氨基酸含量最高，在75.19～85.12 mg·g-1之间。所有大豆品种的芳香族氨基酸、亮氨酸和赖氨酸含量都高于FAO/WHO标准模式的要求。其中QD 5必需氨基酸总量最高，达396.41 mg·g-1，比FAO/WHO标准模式高13.26%。EAAI最低的品种是HJ 13，有17个品种的EAAI高于100 mg·g-1。

表2 30种大豆的必需氨基酸组成及比较分析

如表3所示，对大豆籽粒必需氨基酸RC值的分析表明，30个大豆品种籽粒的第一限制氨基酸均为含硫氨基酸，其RC值在0.64～0.80之间。30种大豆籽粒氨基酸的SRC值在78.35～83.33之间，其中SRC值最高的品种为HJ 7。

表3 不同大豆的RC和SRC值

2.3 药用氨基酸含量分析

药用氨基酸有9种，包括Glu、Asp、Arg、Gly、Phe、Tyr、Met、Leu、Lys[18]。由表4可知，大豆氨基酸检测结果显示，大豆中药用氨基酸占TAA含量的66.54%左右。HJ 14药用氨基酸质量分数最高，达28.79%，占TAA含量的66.20%，质量分数最低的是HJ 7，为25.09%，占TAA含量的67.50%。

表4 不同大豆的药用氨基酸含量和比例

2.4 30种大豆氨基酸营养价值综合评价

利用PCA对大豆氨基酸进行综合评价，结果如表5所示，每个主成分在一定程度上反映了一些原始变量的信息，前两个主成分对应特征值大于1，累计方差贡献率为95.35%，说明前两个主成分综合了30种大豆氨基酸的绝大部分信息，故可选取前两个主成分作为相互独立的综合性变量来代替18种氨基酸数据对不同种大豆的蛋白质进行全面分析。

表5 主成分总成分解释

图1显示了主成分分析载荷值的分布。从图1可以看出，Thr、Ile、Ala、Arg、Lys、Leu、Glu和Pro在PC 1方向较为集中且大于1，即这7种氨基酸与PC 1高度正相关，且PC 1的方差贡献率为90.67%，表明PC 1对大豆蛋白质的综合评价影响最大，且随着7种氨基酸含量的增大而增大。在PC 2方向Pro和Ser载荷较高，其中Pro在PC 2的正半轴，而Ser在PC 2的负半轴，PC 2的方差贡献率为4.66%，则PC 2对于大豆蛋白质的综合评价影响也较高。经主成分分析，18种氨基酸经过正交变换整合两个主成分因子，其线性方程式为：

PC1=3.317X1-0.777X2+0.426X3+......+4.525X18

PC2=-0.203X1+0.246X2-0.004X3+.....-0.898X18

以每个主成分对应的方差相对贡献率作为权重进行加权求和，建立综合评价模型：p=0.951 PC 1+0.049 PC 2，计算各品种的综合得分，结果见表6：

由图1和表6可见，QD5的Phe、Pro、Lys、Tyr、Leu、Leu和Thr含量在30个样品中最高且其于位于PC 1正半轴的氨基酸极高，因此其PC 1(2.81)值最高；HJ 5的Pro和Ala含量极高，但Glu含量极低，导致其在PC 2(2.41)正方向上的值最高；除Met外，HJ 13的所有种类氨基酸含量都极低使得其PC 1和PC 2值都很低。30种大豆按照综合评价由高到低依次是QD 5、QD 11、HJ 10、HJ 14、QD 10、HJ 3、AD 8、AD 7、HJ 6、QD 6、NCD 31、DD 4、DD 6、HJ 11、HJ 16、HJ 12、QD 8、CD 14、HJ 17、HJ 5、HJ 9、HJ 15、HJ 2、HJ 4、ZH 30、HJ 1、HJ 8、HJ 7、QD 7、HJ 13，其中QD 5、QD 11、HJ 10、HJ 14、QD 10、HJ 3、AD 8、AD 7、HJ 6、QD 6、NCD 31、DD 4、DD 6、HJ 11、HJ 16、HJ 12、QD 8、CD 14和HJ 17综合评价大于0，说明这19个品种大豆综合质量都高于平均水平。

表6 30份大豆的主成分得分与综合得分

聚类分析结果表明，30个样品被分为3类。其中QD 5、QD 11为第1类，此类2个品种的EAA总含量和EAAI都最高，因此相应的蛋白质品质最好，在PCA综合评价中也取得前2位的排名；AD 7、AD 8、CD 14、DD 4、DD 6、HJ 3、HJ 6、HJ 10、HJ 11、HJ 12、HJ 14、NCD 31、QD 10、QD 6、QD 8和HJ 16为第2类，此类大豆品种的各项指标中等，故该类蛋白质品质次之；HJ 1、HJ 2、HJ 4、HJ 5、HJ 7、HJ 8、HJ 9、HJ 13、HJ 15、QD 7、HJ 17和ZH 30为第3类，此类大豆的氨基酸总含量、EAA总含量、EAAI和综合评价都最低，蛋白质品质一般。

3 讨论与结论

氨基酸营养价值评价表明，所有供试大豆品种的第一限制氨基酸均为含硫氨基酸(表2)。王连铮等[19]对中国野生大豆以及王伟威等[12]和对东北大豆品种的研究也表明，不同类型大豆均以Met和Cys含量最低。含硫氨基酸包括Met和Cys，其含量分别在0.82～8.00 mg·g-1和4.60～6.00 mg·g-1之间(表1)。四川省大豆品种贡选1号和中江十月黄的Met和Cys含量分别在4.69～5.72 mg·g-1和5.98～6.48 mg·g-1之间[20]，与本研究结果相近。但与东北地区大豆品种相比[10]，西南地区Met和Cys含量分别低60%和63%。因此，筛选鉴定含量高的品种或杂交育种是改良西南地区大豆种质、提高蛋白质含量和品质的重要目标。另外，西南地区大豆多用于生产豆制品，可以在生产环节补充Met和Cys，提高豆制品氨基酸营养价值。

对30种西南地区大豆样品中EAA总量的分析表明，除HJ 13低于FAO/WHO标准模式外(表2)，其余品种均高于FAO/WHO标准模式，其中QD 5最高，达396.41 mg·g-1Pro，比FAO/WHO标准模式高13.26%。其中所有品种的芳香族氨基酸(Phe+Tyr)、Lys和Leu的RC都大于1，部分品种Ile的RC大于1(表3)。EAA中Leu含量最高(表1)，Leu具有维持血糖水平、调节蛋白质代谢等功效[21]。大豆中药用氨基酸质量分数为66%左右，低于竹荪[22](77.63%)和地参[8](71%)，与石斛[23](63.79%)相当，高于枸杞[24](60%)。药用氨基酸中Glu含量最高(表1)。Glu与免疫系统的发育密切相关[25]。另外，新生儿的身高与母乳中Glu的含量成正比。总的来说，西南地区大豆具有较好的药用价值，可开发为糖尿病患者和婴儿等特殊群体的功能食品。

QD 5和QD 11在PCA综合评价中得到最高的评分(表6)，聚类分析将其列为第一类(图2)，因此QD 5和QD 11是本研究中筛选到的氨基酸综合评价最高的品种。QD 5和QD 11都是贵州省农科院针对西南地区低温多雨气候选育的高产品种。QD 5是粮菜兼用型品种[26]，适宜用作蔬菜青豆及加工豆腐，而QD 11是2017年新育成的抗大豆花叶病毒病大豆新品种[27]。大豆氨基酸含量和组分差异与气候[28]、土壤和农艺措施[20,29-30]有关，在后续的研究中应进一步设计实验，明确环境因素对QD 5和QD 11氨基酸营养价值的影响，为大豆种质评价和改良提供更多依据。