18份薏苡自交系的主要氨基酸及脂肪酸组分评价

2021-12-09李祥栋章洁琼潘虹陆秀娟魏心元

江苏农业科学 2021年21期

李祥栋章洁琼潘虹陆秀娟魏心元

摘要：为整体把握薏苡遗传材料主要氨基酸和脂肪酸组分特征，为薏苡的加工利用和品种选育提供遗传材料，以18份薏苡自交系为试验材料，检测其粗蛋白、粗脂肪和17种氨基酸和4种主要脂肪酸组分，采用WHO/FAO氨基酸参考模式为标准，分析其氨基酸组成，并利用隶属函数法进行综合品质评价和优异资源筛选。结果显示，18份薏苡自交系粗蛋白平均含量为17.72%，总氨基酸平均含量为17.19%;必需氨基酸占总氨基酸含量的35.89%，与非必需氨基酸的比例为55.99%，赖氨酸为第一限制氨基酸;SRC的变化范围为65.41～70.54，平均值为68.16，与FAO/WHO标准氨基酸模式相比，缬氨酸（Val）、蛋氨酸和胱氨酸（Met+Cys）与标准模式谱极为相近。18份材料粗脂肪的平均含量为8.29%，且不饱和脂肪酸含量占绝对优势，并筛选出5份综合性品质较优的遗传材料。薏苡总氨基酸和脂肪酸含量相对较高，必需氨基酸组分和不饱和脂肪酸含量丰富，不同品质类型的材料可用于专用加工品种的选育及创新利用。

关键词：氨基酸;脂肪酸;组分评价;薏苡;隶属函数法

中图分类号：S519.01 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）21-0159-06

收稿日期：2021-02-15

基金项目：贵州省现代农业产业体系（编号：黔财农[2019]15号）;贵州省农业技术服务资金（编号：黔财农[2020]51号）;黔西南州科技计划（编号：2020-1-03）。

作者简介：李祥栋（1987—），男，山东临沂人，硕士，高级农艺师，主要从事植物生理学与分子生物学研究，E-mail：lixiangdongsiji@163.com;共同第一作者：章洁琼（1986—），女，贵州都匀人，硕士，高级农艺师，主要从事特色杂粮技术推广，E-mail：gzsnjz @126.com。

薏苡是禾本科薏苡属的一年生或多年生草本植物，不仅富含丰富的营养成分，而且还含有多种人体滋养成分，是药食同源作物的典型代表。现代药理学研究表明，薏苡仁具有促进新陈代谢、抗肿瘤、镇痛、利尿、降血糖、防止皮肤粗糙与美容等功效[1-2]。近年来，随着薏苡产业的发展壮大，在薏苡加工方面也取得了较大的进展，除了传统的食用和重要配伍外，各种加工产品也如雨后春笋般涌现，如薏仁面条、薏仁茶、薏仁酥、薏仁露、薏仁糕、薏仁饮片等食用产品。在药用方面，开发出了以薏苡中性油为主要组分的抗癌药物——康莱特注射液，它能够作用于肿瘤细胞G2/M期，阻滞肿瘤细胞有丝分裂，诱导肿瘤细胞凋亡，影响肿瘤细胞基因表达，对肝癌、肺癌、乳腺癌等多种肿瘤细胞具有极强的杀伤及抑制作用[3]。薏苡品质评价是其加工和综合利用的重要环节，也是品种选育的重要步骤，因此有效评价薏苡的营养及药用成分，对于其产品加工和遗传改良具有重要指导意义。迄今为止，在薏苡种质资源的表型[4-6]、遗传多样性[7-8]等方面已有报道，也有部分学者对品质分析进行了剖析。谈嫚嫚等有效分析了3个薏苡品种的主要营养组成含量及其在籽粒不同部位（糙米、薏仁、糠和殼）的分布特征[9];也有学者分析薏苡饲用部位的氨基酸组成，发现并筛选了薏苡茎、叶中氨基酸含量较高的材料[10]。贾青慧等以联合国世界卫生组织（WHO）/联合国粮食和农业组织（FAO）氨基酸参考模式为评价标准，对薏米及薏米糠中蛋白质营养价值进行了评价，发现薏米及薏米糠中蛋白含量与鸡蛋、核桃相当，高于牛乳，而且薏米糠中氨基酸较薏米中氨基酸更接近标准模式[11]。董楠等以薏苡米粉为研究对象，从薏苡米粉的营养成分、蒸煮特性和感官评价3个方面进行分析评价，结果表明当薏苡粉的添加量为20%时，薏苡米粉营养食用品质较佳[12]。笔者在前期也曾对86份地方薏苡资源的淀粉、脂肪、蛋白质和氨基酸成分进行了检测和评价，并部分对优异种质进行了筛选[13]。本研究在前期研究的基础上，以多年提纯的自交品系为基础材料，分析其氨基酸和脂肪酸组成，以期为薏苡品种选育及加工利用提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料均是笔者所在课题组经多年连续自交培育的薏苡品系，所有材料于2017年4月在贵州省兴义市万峰林试验基地按小区种植，小区面积为10 m2，长×宽=5 m×2 m，每个小区种植5行，密度为12万株/hm2，除草、施肥等田间管理按照统一方式进行，成熟期收获籽粒、晒干，以备后续分析。

1.2 试验方法

选取收获后籽粒饱满的种子，剥壳、粉碎，过60目筛，作为供试样品进行分析。测试内容包括粗脂肪、粗蛋白、17种氨基酸（苯丙氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、脯氨酸、甘氨酸、谷氨酸、胱氨酸、精氨酸、亮氨酸、丝氨酸、苏氨酸、天门冬氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、组氨酸、酪氨酸、赖氨酸）和4种脂肪酸组分（十六烷酸、十八烷酸、十八烯酸和十八二烯酸）。粗脂肪按NY/T 4—1982《谷类、油料作物种子粗脂肪测定方法》标准进行检测，粗蛋白按NY/T 3—1982《谷类、豆类作物种子粗蛋白质测定方法》标准执行，氨基酸测定按照NY/T 56—1987《谷物籽粒氨基酸测定的前处理方法》执行，脂肪酸测定由浙江康莱特药业有限公司按照中国药品标准WS3-300（Z-038）—2001（Z）《注射用薏苡仁油》执行。

1.3 品质评价

1.3.1 氨基酸组分评价

氨基酸成分分析评价根据氨基酸测定数值计算不同薏苡品系中必需氨基酸的相关比例，参照WHO/FAO标准模式谱[14]进行分析，并根据氨基酸平衡理论，利用标准模式谱计算必需氨基酸的氨基酸比值（RC）和比值系数分（SRC）进行评价。计算公式如下：

RAA=某氨基酸含量标准模式谱中同种氨基酸含量;（1）

RC=RAARAA均值;（2）

SRC=100-100×CV。（3）

式中：RAA为必需氨基酸的氨基酸比值;RC为必需氨基酸的氨基酸比值;SRC为必需氨基酸的氨基酸比值系数分;CV为RC的变异系数。RC最小值对应的氨基酸为第一限制氨基酸，以此类推;RC大于或小于1.00，说明该种必需氨基酸相对过剩或者相对不足，RC=1.00表明其组分比例与模式谱一致;SRC越小，说明营养价值越低，越接近100.00，则营养价值越高。

1.3.2 综合品质评价

采用模糊数学中的隶属函数法对不同薏苡自交系的品质指标进行综合评价。以粗蛋白、总氨基酸和7种必需氨基酸（苯丙氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、赖氨酸）及4种脂肪酸组分（十六烷酸、十八烷酸、十八烯酸、十八二烯酸）指标的平均隶属度值进行综合评价分析，平均隶属度越大，则综合品质越好。隶属函数值计算公式：

Sin=（Xin-Ximin）/（Ximax-Ximin）。（4）

式中：Sin指第n个样品第i指标的原始数据经转化后的隶属函数值;Xin指第n个样品第i指标原始测定值，Ximin、Ximax分别为所有参试材料中第i指标的最小值和最大值。

1.4 统计分析

试验数据采用Excel 2003进行数据统计和隶属函数计算。

2 结果与分析

2.1 薏苡自交系的氨基酸组成

18份薏苡自交系的粗蛋白和主要氨基酸分析结果见表2。全部材料粗蛋白含量为16.32%～19.70%，平均值为17.72%，平均总氨基酸含量为17.19%;必需氨基酸的总平均含量占籽粒干基的6.17%，占总氨基酸含量的35.89%;非必需氨基酸含量占籽粒干基的11.02%，占总氨基酸含量的64.11%，而且必需氨基酸与非必需氨基酸比例为55.99%。17种基本氨基酸的平均含量为0.30%～3.93%，变异系数为5.03%～13.66%，以谷氨酸含量最高，胱氨酸含量最低。7种必需氨基酸中以亮氨酸含量最高，变化范围在2.21%～2.87%之间，平均值为2.49%;赖氨酸含量最低，平均值为0.33%。

2.2 薏苡必需氨基酸组成及模式谱评价

为了更好地从营养角度评价薏苡的品质，采用FAO/WHO提出的标准蛋白模式进行比较。结果（表3）表明，苏氨酸（Thr）、异亮氨酸（Ile）和赖氨酸（Lys）的RC < 1，且Ile > Thr > Lys，与WHO/FAO标准模式谱相比这3种氨基酸相对不足，赖氨酸为第一限制氨基酸，其次为苏氨酸和异亮氨酸;缬氨酸（Val）、蛋氨酸和胱氨酸（Met+Cys）、亮氨酸（Leu）、苯丙氨酸和酪氨酸（Phe+Tyr）的RC > 1，相对过剩，但是缬氨酸（Val）、蛋氨酸+胱氨酸（ Met+Cys）与标准模式谱极为相近。再者，18份薏苡自交系的SRC的变异范围为65.41～70.54，平均值为68.16，其中SRC > 70的材料有4份（Y5、Y12、Y14和Y17），其氨基酸组成和营养价值更高。

2.3 薏苡自交系脂肪酸组成

通过对薏苡的粗脂肪和4种主要脂肪酸组分进行测试，结果（表4）表明，18份薏苡材料的粗脂肪干基含量最高为9.73%，最低为7.25%，平均值为8.29%。其中粗脂肪含量大于9%的有3份（Y2、Y7、Y8），粗脂肪含量大于8%且小于9%的材料有8份（Y3、Y6、Y10、Y11、Y13、Y14、Y15和Y16），小于8%的有7份。2种饱和脂肪酸（十六烷酸和十八烷酸）的平均含量分别为1.09%、0.17%，分别占总脂肪酸含量的13.23%、2.05%;不饱和脂肪酸十八烯酸和十八二烯酸的平均含量分别为4.34%、2.85%，分别占总脂肪酸含量的52.59%、34.58%;在薏苡的主要脂肪酸组成中，不饱和脂肪酸占比较高。

2.4 薏苡自交系的综合评价和筛选

以粗蛋白、粗脂肪、必需氨基酸和4种主要脂肪酸组分为评价指标，采用模糊数学中的隶属函数法对不同薏苡自交系的品质指标进行综合评价。结果（表5）显示，以平均隶属度大小排序，排名前5的材料分别为Y2、Y18、Y1、Y7和Y5，说明其在氨基酸和脂肪酸组分综合性品质上相对较优。

3 讨论

3.1 薏苡氨基酸和脂肪酸组成及其加工利用

按照FAO/WHO提出的理想蛋白质条件：组成蛋白质的每种必需氨基酸/总氨基酸的值应达总量的40%左右，必需氨基酸/非必需氨基酸的值应在0.6以上[13]。本研究结果表明，18份薏苡材料中必需氨基酸占总氨基酸含量的35.89%，必需氨基酸/非必需氨基酸的值为55.99%，与标准氨基酸模式极为相近，可作为食品中优质蛋白或氨基酸的来源，这与前人的研究结果[10，15]基本一致。林莉等通过优化薏米糠粉粕蛋白碱法提取工艺，可以得到63.75%的蛋白提取率，且7种必需氨基酸齐全[16]。脂肪酸是薏苡中性油提取加工的重要功能成分，也是康莱特抗癌药物的主要组分。苏海兰等检测了福建薏苡不同器官的脂肪酸组分，发现薏苡不同器官均含有亚油酸、亚麻酸、棕榈酸、硬脂酸、油酸等10种脂肪酸，但不同组织部位的含量差异较大，而且糙薏仁中单不饱和脂肪酸含量最高[17]。本研究也显示，18份薏苡材料的脂肪含量也有差异，变异范围为7.25%～9.73%，平均含量为8.29%，而且2种不饱和脂肪酸（十八烯酸和十八二烯酸）含量远高于其他2種饱和脂肪酸含量，这与前人的研究结果[16]相一致。由于薏苡蛋白质、氨基酸和脂肪酸含量相对较高，这是薏苡特有的营养禀赋，可作为优质的蛋白质（氨基酸）和油脂来源。但是，在加工、储藏等过程中也存在不易蒸煮、易陈化变质、不耐储藏等不利因素。已有研究表明，薏苡仁在自然状态下（温度为4～24 ℃、相对湿度为74%～86%）储藏60 d即出现哈败，其陈化主要与醇类、酯类物质的氧化、分解，醛类、酸类物质的形成相关，也与脂类氧化降解密切相关，也会造成其营养、蒸煮和质构等品质的下降[18-21]。因此，在产品加工过程中也要根据其特定品质和不耐储藏特点，进一步优化加工工艺和储藏条件。

3.2 薏苡主要品质评价与品种选育

模糊函数评估法是根据模糊数学的原理，利用隶属函数进行综合评估的方法，广泛应用于植物的抗旱性[22-24]和品质评价[25-27]等领域。本研究采用隶属函数法以18份薏苡自交系的蛋白质、脂肪、必需氨基酸和4种主要脂肪酸组分为基础开展综合评价和材料筛选，筛选出综合品质较优的5份薏苡自交系（Y2、Y18、Y1、Y7和Y5），可作为品种优化和杂交改良的优异亲本材料。另外，薏苡油脂作为重要的药用组分提取物是薏苡仁药用和保健功效评价的重要指标，也是高含油薏苡品種选育的重要方向。已有学者采用生物信息学手段分析和克隆了薏苡脂肪合成代谢关键基因薏苡油脂薏苡二酰甘油酰基转移酶基因（ClDGAT）、内质网油酸脱饱和酶基因（ClFAD2）和硬脂酸脱饱和酶基因（ClSAD）[28]，为薏苡高油品种改良提供了重要依据。本研究也筛选出了脂肪含量大于9%的3份高含油类型的自交系，可结合基因挖掘和分子辅助手段，为高油品种的改良和选育提供基础材料。

4 结论

18份薏苡自交系的总氨基酸和脂肪酸含量相对较高，且不同材料之间具有较大差异，必需氨基酸组分和不饱和脂肪酸所占比例也较高，可作为不同加工类型育种材料的重要来源。

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