不同亚麻籽品种氨基酸含量测定及品质综合评价

王丽艳 孙 强 王鑫淼 荆瑞勇 郭永霞

(1. 黑龙江八一农垦大学，黑龙江 大庆 163319；2. 国家杂粮工程技术研究中心，黑龙江 大庆 163319)

亚麻是中国五大油料作物之一，起源于地中海[1]。盛产于东北、宁夏、内蒙古、甘肃等地区[2]，亚麻籽中富含α-亚麻酸[3]、蛋白质、脂肪、糖类、氨基酸和矿物质等多种营养成分[4]，还含有黄酮、木酚素、植物甾醇、生育酚、氰化物等抗氧化物质[5]。因此亚麻籽油对人体健康有多种益处，如抗癌[6-8]、降血脂[9]、降血压[10]、降血糖[11]等。研究[4]表明，生物质营养成分与其生理功能密切相关，营养成分会受到产地、品种、环境和气候等条件影响。因此有必要对不同产地和品种的亚麻籽进行营养特性分析。

目前有关亚麻籽营养物质及活性成分的研究较多[12-14]，李燕青等[15]对内蒙古、河北、山西、甘肃、加拿大、俄罗斯、美国产地的亚麻籽进行了氨基酸组成和含量测定，结果表明不同亚麻籽中必需氨基酸符合或接近WHO/FAO所规定的适宜人体氨基酸模式要求，因此亚麻籽可以作为补充氨基酸的功能食品加以开发。游离氨基酸属于非蛋白质氨基酸[16]，其成分和含量可反映食品的营养价值，可以作为食用品质的一项重要指标[17]。有关利用氨基酸含量来进行营养价值评价的研究已在多种食品上有相关报道，如食用蘑菇[18]、百合[19]、桑椹[20]、核桃[21]、黄花菜[22]等。由于氨基酸种类较多，利用不同的氨基酸来评价食品营养价值可能会得到不同的结果，因此利用某一种氨基酸来进行食品营养价值的评价是不客观的，有研究者[18-22]利用主成分分析(principal component analysis，PCA)来进行综合评价。

中国亚麻籽产地较多，各产地之间的气候、土壤、水质等自然条件存在较大差异，因此有必要对不同产地和品种的亚麻籽氨基酸成分进行综合评价研究。课题组前期对试验中所选品种的粗脂肪、α-亚麻酸、总糖、粗蛋白、总氨基酸、钙、铁和锌含量8个指标进行了含量测定和品质综合评价。在此基础上，研究拟对6个产地的12个亚麻籽品种的氨基酸组成和含量进行测定，并进行主成分分析，综合评价不同品种亚麻籽氨基酸含量的品质差异，以期为亚麻籽油脂加工及补充亚麻籽油数据提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂

亚麻籽：6个产地的12个品种，具体信息见表1，其中轮选1和轮选2由内蒙古自治区农牧业科学院提供，其余品种由黑龙江省科学院大庆分院提供；

表1 亚麻籽品种信息

氨基酸标准品：美国Sigma公司；

茚三酮：德国Menbar Pure公司；

氢氧化钠、浓盐酸、磺基水杨酸等：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

全自动氨基酸分析仪：L-8900型，日本日立高新技术公司；

小型高速粉碎机：TLG-01型，北京天利恒诚科技有限公司；

离心机：5424 R型，德国Eppendorf公司；

酸度计：DELTA320型，梅特勒—托利多仪器(上海)有限公司。

1.3 氨基酸含量测定

采用氨基酸自动分析仪进行测定，检测波长为440，570 nm，分离柱为阳离子交换树脂2619，茚三酮溶液0.35 mL/min，缓冲液流速0.40 mL/min，进样量20 μL，每个样品测定3次。

1.4 数据处理及统计分析

1.4.1 隶属函数值 按式(1)计算[23-24]。

(1)

式中：

Xj——第j个综合指标，j=1,2,…,n；

U(Xj)——第j个综合指标的隶属函数值；

Xmin、Xmax——第j个综合指标的最小值与最大值。

1.4.2 权重 按式(2)计算权重[25]。

(2)

式中：

Wj——第j个综合指标的权重；

Rj——第j个综合指标的贡献率。

1.4.3 综合评价值 按式(3)计算[18]。

(3)

式中：

D——不同产地亚麻籽品质的综合评价值。

1.4.4 数据统计分析 采用Excel 2013软件进行数据统计与整理；采用R 3.6.1语言进行相关性和差异性分析、主成分分析(PCA)；采用SPSS 20.0进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 氨基酸组成分析

由表2可知，12个亚麻籽品种均含有17种氨基酸且种类一致，无差异，其中Glu含量最高，平均为5.06 mg/g，Cys含量最低，平均为0.19 mg/g。晋亚7的游离氨基酸总量最高，为25.14 mg/g，陇亚10的游离氨基酸总量最低，为19.26 mg/g。人体中8种必需氨基酸除色氨酸(Trp)外，亚麻籽中含有7种，其中晋亚7的含量最高，为8.11 mg/g，陇亚10的含量最低，为6.29 mg/g。12个亚麻籽中均含有赖氨酸(Lys)和甲硫氨酸(Met)两种限制性氨基酸，其种晋亚7的含量最高，为1.72 mg/g，陇亚10的含量最低，为1.11 mg/g。通过差异性分析可知，17种氨基酸的最高含量与最低含量均存在显著差异(P<0.05)，其中Leu含量为1.22～1.57 mg/g，变异系数最小，为7.39%，说明亚麻籽品种对Leu含量影响最小；Met含量为0.29～0.65 mg/g，变异系数最大，为26.66%，说明亚麻籽品种对Met含量影响最大。通过变异系数可知，亚麻籽品种对氨基酸含量的影响顺序为Met>Cys>Phe>Tyr>Arg>Glu> Pro>His>Asp>Ser>Lys>Gly>Thr>Ala>Ile>Val>Leu。

表2 12个亚麻籽品种氨基酸组成及其含量†

2.2 氨基酸含量相关性分析

由表3可知，12个亚麻籽品种所含17种氨基酸之间具有不同程度的相关性，其中Phe、Cys与其他16个氨基酸之间无显著相关性，Ile与Ala的相关性最强，呈极显著正相关(P<0.01)，相关系数最大为0.988。有的氨基酸之间呈负相关，但均未达到显著水平。12个亚麻籽品种的17种氨基酸含量差异不同，各氨基酸之间均存在不同程度的相关性，由于各种氨基酸之间存在着不同的信息重叠现象，因此利用某种氨基酸来评定不同亚麻籽品种的品质是不客观的。

表3 氨基酸含量相关性分析†

2.3 氨基酸含量的主成分分析

2.3.1 主成分提取 以12个亚麻籽品种的17种氨基酸含量指标构成17×12的矩阵，利用R语言对其进行主成分分析，结果见表4。由表4可知，前3个主成分对应特征值均>1，累计方差贡献率达86.695%，说明可以用前3个主成分代替17个氨基酸指标对12个亚麻籽品种进行品质综合评价。由表5可知，3个主成分对应特征向量为：

表4 12个亚麻籽品种氨基酸主成分分析的特征值、贡献率和累计贡献率

表5 12个亚麻籽品种氨基酸主成分的特征向量与载荷矩阵

PC1=0.198x1+0.282x2+0.252x3+0.288x4+0.179x5+0.132x6+0.213x7+0.250x8+0.269x9+0.283x10+0.277x11+0.296x12-0.072x13+0.156x14+0.283x15+0.293x16+0.255x17，

(4)

PC2=-0.082x1+0.223x2-0.131x3+0.149x4-0.407x5+0.308x6-0.431x7-0.350x8-0.076x9+0.224x10-0.082x11+0.137x12+0.297x13-0.227x14+0.122x15+0.164x16+0.269x17，

(5)

PC3=0.221x1-0.031x2+0.256x3-0.133x4+0.147x5+0.327x6+0.021x7+0.109x8-0.250x9-0.079x10-0.233x11-0.117x12+0.592x13+0.472x14-0.097x15+0.007x16+0.084x17。

(6)

由图1可知，PC1的方差贡献率为60.536%，其中Ala(x12)和Arg(x16)的系数较大，分别为0.296和0.293；PC2的方差贡献率为15.002%，其中Thr(x7)和Leu(x5)的系数较大，分别为0.431和0.407；PC3的方差贡献率为11.157%，其中Cys(x13)的系数最大，为0.592。综上，Ala、Arg、Thr、Leu和Cys可以作为12个亚麻籽品种基于氨基酸含量的综合评价指标。课题组前期研究发现，Phe、Arg、Pro、Met和Ser可以作为15个产区黑木耳的综合评价指标[26]，Met、Lys、Val、Pro、His、Thr、Lys、Ile和Cys可以作为14种食用蘑菇的综合评价指标[18]，说明基于氨基酸含量对不同食品的营养价值进行综合评价，不同食品得出的评价指标不同。

图1 主成分图Figure 1 Principle component

2.3.2 综合评价

(1) 隶属函数分析：由表6可知，3个综合指标的隶属函数值不同，对于PC1而言，晋亚7的U(X1)值最大，为 1.000，说明晋亚7在PC1上表现出的品质最好，陇亚10的U(X1)值最小，为 0.000，说明陇亚10在PC1上表现出的品质最差；对于PC2而言，陇亚8的U(X2)值最大，为 1.000，说明陇亚8在PC2上表现出的品质最好，而坝亚11的U(X2)值最小，为0.000，说明坝亚11在PC2上表现出的品质最差；对于PC3而言，伊亚3的U(X3)值最大，为1.000，说明伊亚3在PC3上表现出的品质最好，坝亚9的U(X3)值最小，为0.000，说明坝亚9在PC3上表现出的品质最差。

表6 12个亚麻籽品种品质评价综合指标值、权重、隶属函数值、D值及品质排序

(2) 各综合指标权重的确定：根据综合指标贡献率的大小，第1综合指标贡献率为60.536%，第2综合指标贡献率为15.002%，第3综合指标贡献率为11.157%，可根据式(2)求出权重。经计算，3个综合指标权重分别为0.698，0.173和0.129。

(3) 氨基酸含量的综合评价：通过对D值排序得出12个亚麻籽品种基于氨基酸含量的品质优劣顺序为：晋亚7>晋亚8>轮选2>坝亚9>伊亚3>轮选1>宁亚16>宁亚17>伊亚4>陇亚8>坝亚11>陇亚10。

2.3.3 聚类分析 由图2可知，聚类分析将12个亚麻籽品种划分为四大类，其基于氨基酸含量的品质依次降低。第 I 类包括晋亚7和晋亚8；第 II 类包括轮选2、坝亚9、伊亚3、轮选1、宁亚16和宁亚17；第Ⅲ类包括伊亚4、陇亚8和坝亚11；第Ⅳ类包括陇亚10。

图2 12个亚麻籽品种基于氨基酸含量的聚类分析图Figure 2 Quality dendrogram of 12 flaxseed varietiesbased on amino acid content

3 结论

对12个亚麻籽品种的氨基酸组成和含量进行了测定。结果表明，所有亚麻籽品种均含有17种氨基酸和7种人体必需氨基酸，亚麻籽品种对17种氨基酸含量的影响顺序为Met>Cys>Phe>Tyr>Arg>Glu>Pro>His>Asp>Ser>Lys>Gly>Thr>Ala>Ile>Val>Leu。对12个亚麻籽品种的17种氨基酸含量指标进行主成分分析，提取出3个主成分，其累计方差贡献率达到86.695%，Ala、Arg、Thr、Leu和Cys可以作为12个亚麻籽品种基于氨基酸含量的品质综合评价指标。通过综合评价D值得出12个亚麻籽品种基于氨基酸含量的品质优劣顺序为晋亚7>晋亚8>轮选2>坝亚9>伊亚3>轮选1>宁亚16>宁亚17>伊亚4>陇亚8>坝亚11>陇亚10。聚类分析将12个亚麻籽品种划分为四大类，其基于氨基酸含量的品质依次降低：第I类包括晋亚7和晋亚8；第II类包括轮选2、坝亚9、伊亚3、轮选1、宁亚16和宁亚17；第Ⅲ类包括伊亚4、陇亚8和坝亚11；第Ⅳ类包括陇亚10。课题组前期对不同产地和不同品种的亚麻籽营养成分进行了主成分分析，关于不同产地和不同品种亚麻籽矿物质元素含量的主成分分析有待进一步研究。