香菇杂交选育新菌株的氨基酸特征及蛋白质营养价值评价

李巧珍,张美彦,刘建雨,尚晓冬,李 玉,周 峰,谭 琦,宋春艳

(国家食用菌工程技术研究中心,农业部应用真菌资源与利用重点开放实验室,上海市农业科学院食用菌研究所,上海201403)

香菇是我国产量居首位的食用菌,其风味独特[1],具有较高的营养和药用价值[2-5],已被联合国粮食及农业组织推荐为高营养价值的食用菌和有价值的药用化合物的来源[6]。香菇具备高蛋白、低脂肪的特点,是优质的膳食蛋白来源,其蛋白质品质优于许多果蔬和作物[7-9]。

蛋白质的含量和品质是食品营养价值的重要评价指标[10-11]。其评价方法主要包括传统的依据氨基酸平衡理论提出的氨基酸评分(AAS)、化学评分(CS)、氨基酸比值系数(RC)、氨基酸比值系数分(SRC)和必需氨基酸指数(EAAI)及近几年依据人群适应性、蛋白质生物利用率和生物矩阵等因素提出的WHO∕FAO∕UNU和IOM模式谱[9,12-15]。

杂交育种能够使双亲性状优势互补,是目前香菇新品种选育中最有效、最重要的技术手段[16]。当前香菇新品种的选育主要围绕菌龄、产量、菇型、菌盖厚度、菌柄长短等农艺性状和环境适应性等栽培特性开展[17-19]。‘L808’子实体中大型,朵型圆正,肉质厚,组织致密,白色,不易开伞,抗逆性强,适应性广,中偏高温型中熟品种,菌龄90—120 d,出菇温度10—25℃[20]。‘申香18’子实体单生,菇型圆整,菌盖深棕色,菌肉紧实,产量高,适应性广,中温中熟品种,菌龄75—85 d,出菇温度10—22℃[21]。前期研究发现,在现有广适主栽品种中,‘L808’粗蛋白含量处于中等水平,‘申香18’粗蛋白含量较低,但‘申香18’的必需氨基酸在总氨基酸中的占比、蛋白中总必需氨基酸的含量、每种必需氨基酸的AAS评分、反映氨基酸平衡性的EAAI值以及反映食物蛋白质能提供人体必需氨基酸需要量的能力的蛋白质校正氨基酸计分(PDCAAS值)均最高。本研究对香菇亲本菌株‘L808’和‘申香18’以及单孢杂交选育的农艺性状优良的10个杂交菌株进行氨基酸特征及蛋白质营养价值评价,并对香菇杂交育种蛋白的遗传分化进行初探,以期为筛选优质蛋白香菇加工和育种材料提供科学依据,以更加有效地开展优质蛋白香菇品种的选育。

1 材料与方法

1.1 供试菌株与试剂

供试菌株:‘申香18’、‘L808’以及10株杂交选育新菌株由上海市农业科学院食用菌研究所提供。

试剂:缓冲液和茚三酮购于日本日立集团。氢氧化钠、浓硫酸、硼酸、氯化钠、甲基红、柠檬酸、溴甲酚绿、浓盐酸、柠檬酸钠、氢氧化锂,为分析纯,购于国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

DHG-9145A鼓风干燥箱,上海恒科技术有限公司;QE-100高速粉碎机,浙江屹立工贸有限公司;Foss 8400全自动凯氏定氮仪,丹麦FOSS公司;L8900全自动氨基酸分析仪,日本日立公司。

1.3 试验方法

1.3.1 栽培及取样

于上海金山星秀食用菌种植专业合作社进行常规袋料栽培出菇,在菌膜刚要拉开时进行采收,放入鼓风干燥箱中烘至恒重,用QE-100高速粉碎机粉碎,过80目筛(孔径0.177 mm)。

1.3.2 粗蛋白测定

采用全自动凯氏定氮仪依据GB 5009.5—2016标准[22]测定供试菌株子实体的含氮量,粗蛋白含量=6.25×氮含量。

1.3.3 水解氨基酸测定

依据GB∕T 15399—1994[23]中的过氧化酸氧化合并酸水解法利用氨基酸自动分析仪测定半胱氨酸含量,根据GB 5009.124—2016[24]中的酸水解法测定其余氨基酸含量。

1.3.4 氨基酸营养特征和蛋白质营养价值分析

氨基酸评分(Aminoacid score,AAS)、化学评分(Chemical score,CS)、IOM评分、氨基酸比值系数分(Score of RC,SRC)、氨基酸比值系数(Ratio coefficient,RC)、必需氨基酸指数(Essential amino acid index,EAAI)和蛋白质校正氨基酸计分(Protein digestibility corrected amino acids score,PDCAAS)参考文献[8,9,25]中方法计算得出。

1.3.5 数据分析

选取3个不同的小区,每个小区放置60个菌棒进行出菇试验,试验检测样品为3个小区均匀混合样品,3次重复,结果用均值和标准差表示,采用SPSS 25.0软件进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 10个杂交选育新菌株的粗蛋白含量

如图1所示,10株杂交选育新菌株的粗蛋白含量为19.72%—25.26%,除15L2、15L22菌株外,其余子代的粗蛋白含量均显著高于亲本。15L19的粗蛋白含量最高,为25.26%,15L21次之,为25.00%,二者无显著差异,其次为15L18(为24.41%)和15L15(24.32%)。

图1 10个杂交选育新菌株及其亲本的粗蛋白含量Fig.1 Crude protein content in 10 new hybrid strains and parents

2.2 10个杂交选育新菌株的氨基酸组成

从图2可以看出,子代菌株15L18(168.48 mg∕g)、15L21(167.25 mg∕g)、15L15(166.00 mg∕g)和15L16(157.44 mg∕g)氨基酸总量与高亲菌株‘L808’无显著差异。子代15L15必需氨基酸总量最高,为69.44 mg∕g,高于高亲菌株‘L808’(69.25 mg∕g),与15L18(67.43 mg∕g)、15L21(65.79 mg∕g)和15L16(64.04 mg∕g)菌株无显著差异。必需氨基酸在总氨基酸中所占比例最高的为15L2菌株,为45.37%,其次为15L13(42.63%)、15L15(41.81%)和15L22(41.59%),均高于两亲本菌株。

图2 10个杂交选育新菌株及其亲本的氨基酸组成Fig.2 Amino acids composition in 10 new hybrid strains and parents

2.3 10个杂交选育新菌株蛋白质的营养评估

2.3.1 10个杂交选育新菌株蛋白中必需氨基酸组成

如表1所示,亲本‘申香18’、‘L808’、子代15L2、15L15、15L16和15L18蛋白中必需氨基酸总量高于WHO∕FAO∕UNU模式值,子代中,15L2蛋白中必需氨基酸总量最高,其次为15L15。亲本‘申香18’和‘L808’的所有单个必需氨基酸含量均高于WHO∕FAO∕UNU模式谱的值。10个子代菌株的苏氨酸含量均高于WHO∕FAO∕UNU模式谱的值,且15L15蛋白中苏氨酸含量最高;除15L2、15L19和15L22外,其余子代菌株缬氨酸含量均高于WHO∕FAO∕UNU模式谱的值,其中15L15蛋白中缬氨酸含量最高;除15L2和15L14外,其余菌株蛋氨酸+半胱氨酸含量均低于WHO∕FAO∕UNU模式谱的值,15L2菌株含量最高;除15L15和15L16外,其余菌株异亮氨酸含量均低于WHO∕FAO∕UNU模式谱的值;所有子代菌株的亮氨酸含量均低于模式谱的值;除15L15、15L16和15L18菌株的苯丙氨酸和酪氨酸之和高于WHO∕FAO∕UNU模式谱的值,且三者在0.05水平无显著差异,其余菌株均低于模式谱的值;15L14、15L15和15L18菌株的赖氨酸含量高于WHO∕FAO∕UNU模式谱的值,其中15L15菌株的赖氨酸含量最高,其余菌株均低于模式谱的值;除15L2、15L19、15L20和15L22外,其余菌株的组氨酸的含量均高于WHO∕FAO∕UNU模式谱的值,其中15L15菌株蛋白中组氨酸含量最高。

表1 10个杂交选育新菌株及其亲本蛋白中必需氨基酸的组成及比较分析Table 1 Comparison of essential amino acids in proteins of ten new hybrid strains and parents (mg·g-1 pro)

2.3.2 10个杂交选育新菌株蛋白中必需氨基酸营养特征

氨基酸评分(AAS)是当前评价氨基酸营养价值的主要指标[14]。如图3所示,亲本‘申香18’和‘L808’的所有必需氨基酸的AAS值均大于100,除15L2的蛋氨酸和半胱氨酸之和的AAS值高于两亲本菌株外,其余子代菌株的必需氨基酸的AAS值均低于亲本菌株。苏氨酸是所有香菇样品中(除15L2)含量最高的氨基酸,亮氨酸是‘申香18’、‘L808’、15L2、15L13、15L14、15L20和15L22中第一限制氨基酸,蛋氨酸和半胱氨酸是其余菌株的第一限制氨基酸。

图3 10个杂交选育新菌株及其亲本的氨基酸评分Fig.3 Amino acids scores in 10 new hybrid strains and parents

由图4可知,亲本‘申香18’和‘L808’的所有必需氨基酸的IOM值均大于100,符合完全蛋白质的标准,是除豆制品、肉类食品和蛋乳制品等传统完全蛋白源外新的完全蛋白来源[11]。15L2的蛋氨酸和半胱氨酸之和的IOM值高于两亲本菌株,其余子代菌株的必需氨基酸的AAS值均低于亲本菌株。此模式下所有香菇样品的苏氨酸、缬氨酸和异亮氨酸的IOM值均大于100,是香菇中含量较高的氨基酸。

图4 10个杂交选育新菌株及其亲本的IOM评分Fig.4 IOM scores in 10 new hybrid strains and parents

如图5所示,亲本‘申香18’的所有必需氨基酸的CS值均大于100,说明其蛋白质营养价值高于鸡蛋蛋白,亲本‘L808’的苏氨酸、缬氨酸、赖氨酸和15L2的蛋氨酸和半胱氨酸的CS值大于100,是这些菌株中比较充足的必需氨基酸,除此之外,其余菌株的其余氨基酸的CS值均小于100,均逊色于鸡蛋蛋白。此模式下,‘申香18’的第一限制氨基酸是异亮氨酸,‘L808’、15L2和15L14中的第一限制氨基酸是苯丙氨酸和酪氨酸,蛋氨酸和半胱氨酸是其余菌株的第一限制氨基酸。

图5 10个杂交选育新菌株及其亲本的化学评分Fig.5 Chemical scores in 10 new hybrid strains and parents

2.3.3 10个杂交选育新菌株蛋白中必需氨基酸平衡评价及蛋白质校正氨基酸计分

SRC、EAAI是基于氨基酸平衡理论提出的,被广泛用于评价蛋白质营养。如表2所示,15L2的SRC值为41.75,其余菌株的SRC值在71.25—77.55,高于大米(70.50),比鸡蛋(81.22)略差。15L13的氨基酸平衡性最好,其次是亲本‘L808’。除15L19和15L22,其余菌株EAAI值均大于95,说明各菌株蛋白质中必需氨基酸的分布与各参照模式相比较为均衡。

表2 10个杂交选育新菌株及其亲本蛋白中必需氨基酸平衡评价及蛋白质校正氨基酸计分Table 2 SRC,EAAI and PDCAAS of essential amino acids in proteins of 10 new hybrid strains and parents

蛋白质校正氨基酸计分(PDCAAS)为经蛋白质消化率校正过的AAS,可反映食物蛋白质能提供人体必需氨基酸需要量的能力[26]。12个香菇菌株的PDCAAS值在0.17—0.89,亲本‘申香18’和‘L808’分别为0.89和0.74,比其余子代菌株能提供人体必需氨基酸需要量的能力强。

3 结论与讨论

蛋白质是食物营养成分的重要组成,蛋白质的品质与氨基酸和蛋白质的含量,尤其是人体必需氨基酸的含量和组成比例息息相关。本试验中,12株菌株的粗蛋白含量在14.87%—25.26%,15L2、15L22菌株和亲本的粗蛋白含量差异不显著,其余子代的粗蛋白含量显著高于亲本,杂种优势较明显。除15L20和15L21外,其余菌株必需氨基酸在总氨基酸中的占比均超过40%,符合FAO∕WHO提出的理想蛋白模式要求。综合子实体中粗蛋白含量以及蛋白中必需氨基酸总量和必需氨基酸在总氨基酸中的占比来看,15L15菌株优于两亲本菌株,且在10个子代菌株中综合表现较优。含硫氨基酸、赖氨酸是膳食蛋白质中最常缺乏的必需氨基酸[27]。赖氨酸参与蛋白质合成,能增强免疫力、促进人体发育[28]。亲本‘申香18’和‘L808’的蛋白中必需氨基酸总量和单个氨基酸含量均高于WHO∕FAO∕UNU模式谱的值,是优质的蛋白源,15L14、15L15和15L18菌株的赖氨酸含量以及15L2和15L14菌株的蛋氨酸+半胱氨酸含量高于WHO∕FAO∕UNU模式谱的值,这些菌株与谷物食品搭配食用可以弥补赖氨酸等的不足。必需氨基酸在总氨基酸中所占比例最高的为15L2菌株,为45.37%,其次为15L13(42.63%)、15L15(41.81%)和15L22(41.59%),均高于两亲本菌株,表现出杂种优势。

在AAS、IOM和CS三种评分模式下,亲本‘申香18’的值均大于100,是优质的蛋白源。15L2菌株的总必需氨基酸在总氨基酸中的占比以及蛋氨酸和半胱氨酸含量高于两亲本菌株和其余子代菌株,可以作为优质的蛋氨酸+半胱氨酸补充食物。在AAS评分模式下,部分菌株的第一限制性氨基酸为亮氨酸,其余菌株的第一限制性氨基酸为蛋氨酸和半胱氨酸。在CS评分模式下,亲本‘申香18’的第一限制氨基酸是异亮氨酸,‘L808’、15L2和15L14中的第一限制氨基酸是苯丙氨酸和酪氨酸,蛋氨酸和半胱氨酸是其余菌株的第一限制氨基酸。缬氨酸与亮氨酸和异亮氨酸协同作用,能调节血糖、修复组织、促进机体正常生长,并提供能量[13],从AAS和IOM的评分结果来看,苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸是香菇中含量较高的氨基酸。本研究对香菇杂交育种蛋白的遗传分化进行了初探,可为筛选优蛋白香菇加工和育种材料提供科学依据,后续将利用更多的杂交群体对蛋白的遗传效应进行研究。