不同品种杏仁氨基酸组成分析及综合评价

卢 冉，王炳智，田英姿

（华南理工大学轻工科学与工程学院，广东 广州 510640）

杏仁是蔷薇科落叶乔木植物杏或山杏的种子，广泛分布于我国北方地区，如新疆、河北等地，具有丰富的价值[1]。早在几千年前杏仁已经被用来制作食品，而在科技发达的今天，杏仁被开发出了更多的功能应用。根据美国食品和药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）定义，杏仁是一种营养丰富的食物，每日食用28 g杏仁可以为人体提供丰富的营养物质（杏仁提供营养/每日营养标准）如：VE（36.4%）、锰（36.0%）、镁（19.5%）、铜（16.0%）、磷（13.4%）、纤维（13.2%，不溶性纤维/可溶性纤维比例为4∶1）、核黄素（13.5%）和蛋白质（12.1%）[2]，可以取代其他富含精制淀粉、添加糖和低纤维的食物作为零食，是一种被推荐的健康饮食[3]。富含杏仁的饮食不仅可以降低胆固醇[4]、改善血管功能、降低心血管疾病和糖尿病的风险[5]，而且可以改善内皮功能、心脏自主神经功能[3]，显著改善午餐后的记忆力下降[6]。食用杏仁还可以提高饱腹感，减少饥饿感和食欲，因此高摄入量（42.5 g）可以降低血浆低密度脂蛋白胆固醇和空腹血糖浓度，而不会导致体质量增加[7-8]。除此之外杏仁还有镇咳平喘、抗氧化、调节免疫系统的作用[9-10]。

杏仁是一种良好的蛋白质来源，而杏仁15%的能量来自蛋白质[2]，且杏仁蛋白具有良好的消化率，因此，用杏仁这一富含蛋白质的食物代替碳水化合物可以有效控制脂蛋白胆固醇水平[11]。杏仁蛋白中含有17种氨基酸，除了8种人体必需氨基酸外，还含有丰富的半必需氨基酸[12]，其中精氨酸的含量极高[13]，而精氨酸正是植物甾醇的天然来源，可以在一定程度上降低低密度脂蛋白胆固醇[14]，因此杏仁蛋白质中的氨基酸组成对其营养价值极为重要。食品中的氨基酸不仅决定食品的营养价值，同样也影响食品的口感，因此如何正确客观地评价食品中的氨基酸非常重要。

目前关于杏仁氨基酸组成及含量分析的研究较少，对不同种杏仁间差异的研究也鲜有报道，不同品种杏仁的营养成分差异很大，筛选出氨基酸含量丰富且均衡的杏仁品种可以为杏仁产品的开发利用提供参考。本实验对新疆10 个不同品种杏仁的氨基酸种类及含量进行测定，系统分析10种杏仁的必需氨基酸的营养价值，并使用主成分分析（principal component analysis，PCA）及聚类分析对氨基酸指标进行综合评价，从而选取出最符合人体蛋白需求的杏仁品种，旨在为之后的杏仁营养分析和杏仁功能性应用提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

亚勒克阿克胡安娜（AM1）、穷米乌力克胡安娜（AM2）、阿克杏（AM3）、阿克阿依（AM4）、西米西（AM5）、卡巴克西米西（AM6）、伊犁白杏（AM7）、轮台小白杏（AM8）、色买提王（AM9）、胡泡达克色买提（AM10）10 个种的杏仁来源于新疆喀什，每个品种选取长势喜人、无病无虫害的植株随机采集果实20 个，而后将杏仁剥离自然风干保存。

盐酸、硫酸、氢氧化钠、苯酚、柠檬酸钠缓冲液（pH 2） 广州化学试剂厂；95%乙醇 天津市大茂化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

DHG-9140电热鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司；FA2104N分析天平 上海民桥精密科学仪器有限公司；HYP-308消化炉 上海纤检仪器有限公司；L-8800全自动氨基酸分析仪 日本日立高新技术公司。

1.3 方法

1.3.1 氨基酸检测

参照GB/T 5009.124—2016《食品中氨基酸的测定》。将杏仁研磨成粉状，置于干燥箱中干燥24 h。分别称取样品0.1 g左右置于水解管中，准确加入6 mol/L盐酸溶液10 mL，氮吹15 min后封口，确认密封后置于110 ℃干燥箱中水解22 h，然后取出，冷却至室温。打开水解管，将水解液转移至50 mL容量瓶中，用超纯水冲洗水解管至无样品残留，水洗液移入同一容量瓶内，用水定容至50 mL。准确吸取1.0 mL水解液于试管中，置于干燥箱中，在40～50 ℃干燥蒸干，加pH 2.2柠檬酸钠缓冲液1.0～2.0 mL于上述试管中溶解，然后吸取样品溶液过0.22 μm滤膜，将样品溶液置于全自动氨基酸分析仪进行上样分析。每个样品做3 组平行样。

1.3.2 氨基酸营养评价

1.3.2.1 必需氨基酸指数（essential amino acid index，EAAI）

EAAI由Oser[15]提出，是一个必需氨基酸与标准模式全面比较的几何均数，计算公式如下：

式中：Leua、Vala、…、Hisa为样品必需氨基酸含量；Leub、Valb、…、Hisb为标准模式中必需氨基酸含量；n为EAA个数（8）。

1.3.2.2 氨基酸比值系数

氨基酸比值系数法由朱圣陶等[16]提出，计算氨基酸比值（ratio of amino acid，RAA）、氨基酸比值系数（ratio coefficient of amino acid，RC）和氨基酸比值系数分（score of RC，SRC）[17]。

式中：CV＝标准差/均数。

标准模式均采用联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）和世界卫生组织（World Health Organization，WHO）在2013年提出的针对年龄大于3 岁的大龄儿童、青少年及成人需求的国际标准参考模式[18]。

1.4 数据统计分析

采用Excel 2016统计软件进行数据统计与整理，计算出氨基酸含量平均值、标准差、变异系数、EAAI值及SRC值。采用SPSS 26.0进行相关性分析、PCA及聚类分析并得到相关分析图。

2 结果与分析

2.1 氨基酸组成分析

对10 个品种杏仁的不同氨基酸含量进行统计分析，结果如表1所示。10种杏仁均含有17种氨基酸，其中包括7种必需氨基酸和10种非必需氨基酸。由表1可知，不同品种杏仁之间氨基酸总量和必需氨基酸存在较大差异。从总氨基酸含量看，氨基酸组分总质量分数在16.7%～23.12%之间，平均值为20.44%，这一结果与尹蓉等[19]的研究结果基本一致，该含量和核桃（18.16%）[20]接近。其中，AM4这一品种的氨基酸总量最高，而AM5最低，AM1、AM2、AM7、AM10等品种的氨基酸总量高于均值。10 个不同品种杏仁中各种氨基酸含量排序基本一致，从高到低为谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（Asp）、精氨酸（Arg）、亮氨酸（Leu）、苯丙氨酸（Phe）、甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、丝氨酸（Ser）、缬氨酸（Val）、异亮氨酸（Ile）、苏氨酸（Thr）、酪氨酸（Tyr）、组氨酸（His）、赖氨酸（Lys）、脯氨酸（Pro）、半胱氨酸（Cys）、蛋氨酸（Met），其中，Glu含量最高。Glu在生命的关键时期包括快速生长的新生儿时期不可缺少，可提高免疫细胞的免疫功能[21]，Glu还可以兴奋大多数区域的神经元，参与学习记忆过程，调节细胞骨架的形成及功能[22]；因此，杏仁可被开发成为提高免疫力和记忆力的食品。

表1 10种杏仁氨基酸组成Table 1 Amino acid compositions of apricot seed kernels from ten cultivars

从10 个品种杏仁氨基酸含量变异系数看，不同品种杏仁氨基酸含量差异较大，其中Pro含量的变异系数最大，分别为32.72%和33.47%；His含量的变异系数最小，为8.31%。

2.2 氨基酸营养分析

2.2.1 必需氨基酸分析

由表2可知，10种杏仁的必需氨基酸中芳香族氨基酸（Tyr＋Phe）含量最高，在75.91～81.42 mg/g之间，这表明杏仁的芳香族氨基酸含量高于FAO/WHO（2013）对大龄儿童、青少年及成年人标准模式（41 mg/g）的要求。必需氨基酸总量在321.82～336.25 mg/g之间，均高于FAO/WHO对大龄儿童、青少年及成年人的要求。因此，可认为杏仁能满足3 岁及以上年龄儿童及成年人对必需氨基酸的营养需求。

表2 10种杏仁的必需氨基酸组成及比较分析Table 2 Essential amino acid compositions of apricot seed kernels from ten cultivars mg/g

2.2.2 氨基酸营养价值分析

由表3可知，总含硫氨基酸、赖氨酸是所有杏仁蛋白的第1限制氨基酸（41%～56%）及第2限制氨基酸（48%～65%），其余所有必需氨基酸均大于FAO/WHO（2013）标准模式。说明杏仁的氨基酸组成符合FAO/WHO（2013)标准，蛋白质营养价值很高，利于人体吸收和利用。EAAI是所有必需氨基酸相对于一种标准蛋白质中总必需氨基酸的比率，是比较氨基酸平衡优劣的指标。EAAI越大，氨基酸组成越均衡，蛋白质的质量和效率越高。10种杏仁氨基酸的EAAI均高于100，可以达到FAO/WHO（2013）对大龄儿童、青少年和成人的要求。结果表明，杏仁蛋白质的必需氨基酸组成合理。

表3 10种杏仁的RAA和EAAITable 3 RAA and EAAI of apricot seed kernels from ten cultivar

现在营养学理论认为，食物蛋白质氨基酸组成越接近模式氨基酸组成，则营养价值越高，氨基酸平衡理论由此诞生[23]。RC和SRC基于氨基酸平衡理论，用各种必需氨基酸偏离氨基酸模式的离散度评价蛋白质的质量，与生物价高度相关[16,24]。RC越接近1，SRC越接近100，蛋白质营养价值越高。如表4所示，比较不同种杏仁必需氨基酸的RC值，得知AM1的第1限制氨基酸为含硫氨基酸和Lys，AM3和AM8的第1限制氨基酸为Lys，其余7 个品种的第1限制氨基酸为含硫氨基酸，与EAAI结果一致。10种杏仁氨基酸的SRC值在59.14～65.17之间，结果与扁桃种仁（56.46～67.68）[25]相仿，略低于核桃（67.02～87.98）[24]。杏仁含有丰富的His、芳香族氨基酸、Ile等，可以与富含硫氨基酸和Lys的食物搭配，以此改善低质量蛋白的膳食。

表4 10种杏仁的RC和SRC值Table 4 RC and SRC values of apricot seed kernels from ten cultivar

2.3 相关性分析

由表5可知，各种氨基酸指标之间相关性不同，既存在正相关也存在负相关；绝大部分氨基酸相关性显著（P＜0.05），这说明各个氨基酸间相关性较强。Val、Leu、Ile、Phe、His、Arg、Ser、Glu、Gly、Ala与Asp等氨基酸之间存在极显著的相关性；Tyr与Cys、Met、Pro和Lys之间无显著相关性，与Val、Thr、Asp相关性显著，与其他9 个氨基酸相关性达到极显著水平；Lys和Leu、Ile、Phe、Gly、Ala呈显著相关，和Val、Ser、Asp呈极显著相关；Cys和Thr呈显著相关；Pro和Met与其他氨基酸的相关性均不显著。由相关性分析可知，不同的氨基酸间既存在不同也存在信息重叠，因此需要用PCA对数据进行降维和综合评价。

表5 杏仁氨基酸的相关性分析Table 5 Correlation analysis between amino acids of apricot seed kernels

2.4 PCA结果

PCA可通过提取最重要的信息进行分析降低数据集的维数，将多个数据转化为几个信息不重叠的数据[26]，从众多因素中解析出重要的影响因素。PCA技术已广泛应用于农产品品质差异、筛选和评价的研究[27-29]，利用PCA可以对杏仁氨基酸进行全面、科学、综合的评价。如表6所示，每个PC都一定程度上反映了一些原始变量的信息，前3 个PC对应特征值均大于1，累计方差贡献率为90.295%，说明前3 个PC综合了10种杏仁氨基酸的绝大部分信息，故可选取前3 个PC作为3 个相互独立的综合性变量代替17种氨基酸数据对不同种杏仁的蛋白质进行全面分析。

表6 PC总方差解释Table 6 Contribution rates of first three principal components to total variance

图1、表7显示了PCA载荷值的分布，载荷值反映了各氨基酸指标对PC矩阵中的权重，数值绝对值反映了原始变量对因子影响的强度，正负反映方向。从图1可以看出，Tyr、His、Ala、Arg、Leu、Glu、Phe、Gly、Ser、Ile、Asp、Val、Lys在PC1方向较为集中且大于0.7，即这13种氨基酸与PC1高度正相关，且PC1的方差贡献率为69.421%，表明PC1对杏仁蛋白质的综合评价影响最大，且随着13种氨基酸含量的增大而增大。在PC2方向Cys和Thr载荷较高，都在PC2的正半轴且大于0.8，其余氨基酸处于－0.3～0.3之间；PC2的方差贡献率为14.088%，则PC2对杏仁蛋白质的综合评价影响也较高。而PC3方差贡献率为6.786%，在PC3方向上Met的载荷值较高且为正相关，即PC3对杏仁蛋白质的综合评价也具有一定影响。

表7 PC特征向量和载荷矩阵Table 7 Principal component eigenvectors and loading matrix

图1 氨基酸PCA 2D图Fig.1 2D PCA biplots of amino acid composition

2.5 综合评价

由PCA可知，前3 个PC反映了杏仁17种氨基酸信息的90.295%，且相关系数矩阵的特征值大于1，因此可以选取前3 个PC对不同种杏仁的氨基酸总体水平进行科学综合的评价。用17种氨基酸作初始自变量，经PCA，得到杏仁氨基酸3 个PC因子的线性方程式为：

将相关的原始变量经过一系列的正交变换重新整合成涵盖大部分信息的、新的、彼此无关的3 个PC因子，从不同方面体现了不同品种杏仁蛋白质氨基酸的质量水平，因此不能单独使用某一PC对杏仁蛋白质氨基酸总体水平作出综合性评价。根据PCA结果，以每个PC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=0.769PC1＋0.156PC2＋0.075PC3，计算各品种的综合得分。

由图1和表8综合看，AM4的Pro含量在10 个样品种最低而其他16种氨基酸极高，因此其PC1（5.06）值最高；相反AM8的Pro含量最高使得其PC1（－3.42）值最低。AM8的Pro、Cys、Thr三种氨基酸含量很高，使其在PC2（3.55）正方向上的值最高；AM3的Met含量最高使得其PC3（2.27）值最高。AM5的所有种类氨基酸含量都极低，使得其PC1、PC2和PC3值都很低。10种杏仁按照综合评价由高往低依次是AM4、AM2、AM10、AM7、AM1、AM9、AM3、AM6、AM8、AM5，其中AM4、AM2、AM10、AM7、AM1综合评价大于0，说明这5 个品种杏仁综合质量高于平均水平。

表8 10种杏仁的PC得分及综合得分Table 8 Principal component scores and comprehensive scores of apricot seed kernels from ten cultivars

2.6 聚类分析

使用SPSS软件对10 个品种的杏仁进行聚类分析，以研究不同种类杏仁氨基酸营养价值的差异。首先将氨基酸总含量、EAAI值、SRC值、EAA总含量以及综合评价标准化，采用欧氏距离和Ward最小方差对10 个品种的杏仁进行分类，得出谱系图如图2所示[30-32]。聚类结果表明，10 个样品可分为4 类。其中AM2、AM4为第1类，此类2 个品种的综合评价、EAA总含量、氨基酸总含量和SRC值都很高，因此相应的蛋白质品质最好；AM7、AM10、AM1为第2类，此类品种的杏仁各项指标中等，故该类蛋白质品质次之；AM6、AM9为第3类，此类杏仁SRC值高于第2类而其他指标都比第2类较低，综合看蛋白质品质低于第2类。AM5、AM8、AM3为第4类，此类杏仁氨基酸含量最少，蛋白质品质一般。

图2 10种杏仁系统聚类分析图Fig.2 Hierarchical cluster analysis of apricot seed kernels from ten cultivars

3 结 论

本实验对10 个品种杏仁间氨基酸的营养价值及差异进行研究分析。杏仁中氨基酸含量丰富，10 个品种杏仁均含有17种氨基酸，氨基酸总质量分数在16.7%～23.12%之间，平均值为20.44%，略低于扁桃仁氨基酸平均值（23.18%）[25]。对不同杏仁17种氨基酸含量的差异分析显示了杏仁品种间氨基酸含量存在较大差异，变异系数最大为33.47%。

研究发现有6种必需氨基酸均大于标准模式，而含硫氨基酸及赖氨酸是杏仁的限制性氨基酸。应用EAAI及SRC方法对杏仁氨基酸营养价值进行评价。10种杏仁EAAI值均大于100，说明杏仁氨基酸组成较为均衡且丰富；而10种氨基酸的SRC值介于59.14～65.17之间，则是因为含硫氨基酸和赖氨酸偏离氨基酸模式过大，因此根据人体需要，可以将杏仁与富含含硫氨基酸和赖氨酸的食物进行搭配食用。

对17种氨基酸含量指标进行PCA，从中提取3 个PC因子，其累计方差贡献率为90.295%，这3 个PC可以较好地反映出10种杏仁氨基酸的综合信息。根据3 个PC方差贡献率重新建立综合评价的模型，结果即是杏仁的综合得分，得分越高则品质越好，根据PCA及聚类分析10 个品种从优到劣依次为AM4、AM2、AM10、AM7、AM1、AM9、AM3、AM6、AM8、AM5。

我国杏仁种类繁多，本实验仅选取新疆10种杏仁，今后还可进一步扩大样本量，深度挖掘，为杏仁的营养价值分析、品种筛选提供更多理论依据。