不同产地肺形侧耳氨基酸特征分析及营养评价

陆 欢,尚晓冬,刘建雨,宋春艳,王瑞娟*,王作录

(1 上海市农业科学院食用菌研究所,农业农村部南方食用菌资源利用重点实验室,国家食用菌工程技术研究中心,上海市农业遗传育种重点实验室,上海 201403;2 上海星秀食用菌种植专业合作社,上海 201508)

肺形侧耳(Pleurotus geesteranus)隶属于担子菌纲伞菌目侧耳科侧耳属,因其菇体娇小,商品名称为秀珍菇[1-2]。 肺形侧耳菇形秀美、鲜嫩清脆、味道鲜美,深受消费者青睐。 我国大陆地区于20 世纪90 年代末从中国台湾引进该菌种,并陆续在广东、福建、浙江、江苏、上海等地栽培成功[3]。 随着栽培地域与规模的不断扩大,肺形侧耳现已经成为国内栽培的大宗食用菌品种之一,2017 年全国总产量为32.5 万t(数据来源于中国食用菌协会)。

肺形侧耳富含蛋白质、粗脂肪、多糖和多种维生素[4]等营养物质,其菌丝体及子实体中还富含多糖等活性物质,具有抗氧化[5]、抗肿瘤[6]、降血脂、抗突变和提高机体免疫力等功能,并对酒精性肝损伤具有较好的保护作用[7-8]。 目前国内研究多集中于肺形侧耳的栽培技术[9-10]、菌种选育[11]、多糖提取纯化[12]、药理功能[13]和采后保鲜[14]等方面,对肺形侧耳基本的蛋白和氨基酸物质研究较少,也鲜有对其营养物质和氨基酸的系统评价报道。 近年来,蛋白质作为主要营养成分,氨基酸作为蛋白质的分解产物,逐渐成为评价食品质量及营养价值的重要指标。

本研究测定不同产地12 个肺形侧耳的营养成分和氨基酸含量,通过必需氨基酸评分、化学评分、氨基酸比值系数、IOM 模式评分和相关性分析对肺形侧耳进行营养特性评价,同时对其中的呈味氨基酸组分进行分析,并对不同产地的肺形侧耳进行聚类分析,以期为肺形侧耳产品优良种质资源的筛选、营养强化型新品种的选育和产品开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

12 个肺形侧耳来源见表1,编号为P1—P12。 其中,‘申秀1 号’的子实体灰褐色、菇盖厚、不易碎、边缘齐整、柄粗长、产量高,菌盖与菌柄连接处有颜色变浅等特性;出菇最适温度为18—23 ℃,常用栽培材料以木屑、甘蔗渣和麸皮为主。 ‘台秀’具有丛生、菌盖偏小厚实、浅褐色或褐色、菌柄白色等特征,生物学转化率＞70%;出菇温度为15—25 ℃,常用栽培材料以棉籽壳为主。 ‘农秀1 号’子实体为单生或丛生,菌盖扇形,表面光滑,菌褶密集,菌柄白色,基部少绒毛;出菇最适温度为18—22 ℃,常用栽培材料以棉籽壳、木屑和麸皮为主。 ‘罗秀’的子实体菌盖为浅灰色或灰黑色,扇形,菇柄偏生或侧生,白色,菇柄不粘连;出菇温度为12—30 ℃,常用栽培材料以棉籽壳和木屑为主。

表1 肺形侧耳菌株来源Table 1 Source of strains of P.geesteranus

甲醇、乙腈、甲酸均为LC-MS 级,德国CNW Technologies GmbH 公司产品。 葡萄糖、硼酸、溴甲酚绿、甲基红、氢氧化钠、浓盐酸(体积分数37%)、浓硝酸、硫酸铜、硫酸钾、乙醇、丙酮、石油醚均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司产品。

1.2 仪器与设备

MS-TS 分析天平,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;FD5-3T 真空冷冻干燥机,美国西盟国际公司;GZX-9240MBE 数显鼓风干燥箱,上海博迅实业有限公司医疗设备厂;JXFSTPRP-24 研磨仪,上海净信环境科技有限公司;HH-1 水浴锅,金坛市城东新瑞仪器厂;Heraeus Fresco 17 离心机,美国Thermo Fisher Scientific 公司;ANKOM A200i 纤维分析仪,美国ANKOM 公司;XT15 全自动脂肪分析仪,美国安科技术公司;UV-2600 紫外可见分光光度仪,日本岛津公司;Mars 微波消解仪,美国CEM 公司;NEXION 300X 电感耦合等离子体质谱仪,美国珀金·埃尔默公司;Kjeltec 8400 全自动凯氏定氮仪,丹麦FOSS 公司;6460 Triple Quadrupole Mass Spectrometer 质谱仪、1290 Infinity II series UHPLC System 超高效液相仪,美国Agilent 公司。

1.3 试验方法

1.3.1 取样及样品预处理

选择成熟度相近、外观整齐、无腐败变质、无机械损伤的新鲜肺形侧耳子实体100 g。 将所取样品置于冻干机中冷冻24 h,研磨仪粉碎,充分混合过40 目(0.425 mm)筛后,称取20 g 备用。

1.3.2 营养成分含量测定

多糖含量测定参照NY∕T 1676—2008《食用菌中粗多糖含量的测定》和GB∕T 15672—2009《食用菌中总糖含量的测定》,灰分含量测定参照GB 5009.4—2016《食品安全国家标准食品中灰分的测定》,粗纤维含量测定参照GB∕T 5009.10—2003《植物类食品中粗纤维的测定》,元素含量测定参照GB∕T 35876—2018《粮油检验谷物及其制品中钠、镁、钾、钙、铬、锰、铁、铜、锌、砷、硒、镉和铅的测定电感耦合等离子体质谱法》,脂肪含量测定参照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》。 使用Kjeltec 8400 全自动凯氏定氮仪测定肺形侧耳子实体中的蛋白质含量,蛋白质含量测定参照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》。

1.3.3 氨基酸含量测定

样品制备:称取25 mg 样本于EP 管中,加入钢珠,向样本中加入1 000 μL 乙腈∶甲醇∶水=2∶2∶1(体积比)的提取液,含同位素标记内标混合物,涡旋30 s 混匀。 35 Hz 研磨处理4 min,冰水浴条件下超声5 min,重复研磨超声3 次,-40 ℃静置1 h 后于4 ℃、12 000 r∕min 离心15 min。 取上清液稀释25 倍后,涡旋30 s 混匀,移至LC 进样瓶中备用,使用UHPLC-MS∕MS 测定肺形侧耳子实体中的氨基酸含量。

UHPLC-MS∕MS 检测:流动相条件为柱温箱温度35 ℃,样品盘4 ℃,进样体积1 μL。 质谱条件离子源参数为:电压+4 000 V∕-3 500 V,电喷雾电压+500 V∕-500 V,离子源温度300 ℃,离子流速5 L∕min,气温250 ℃,气流量11 L∕min,雾化气压力310.46 kPa。

1.3.4 氨基酸营养特征评价

依据WHO∕FAO∕UNU[15]联合发布的模型计算氨基酸评分(Amino acid score,AAS);根据Seligson等[16]的方法计算化学评分(Chemical score,CS);根据朱圣陶等[17]的方法计算氨基酸比值系数(RC)。IOM 模式[18]评分及蛋白完全性分析参照IOM 的指南分析。

1.4 数据分析

采用Agilent MassHunter Workstation Software 进行质谱数据采集及目标化合物定量分析,采用SPSS 22.0 软件进行氨基酸Pearson 双侧检验法相关性分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同产地肺形侧耳中的营养成分含量

由表2 可知,不同产地12 个肺形侧耳的粗蛋白含量平均值为35.38 g∕(100 g),高于栽培食用菌中的双孢蘑菇、草菇、糙皮侧耳、金针菇及香菇等常见种类[19],其中P3、P4 和P11 蛋白质含量较高。 粗多糖含量平均值为10.55 g∕(100 g),高于常见食用菌种类,其中P6、P7 和P9 粗多糖含量较高。 还原糖含量平均值为1.95 g∕(100 g),粗脂肪含量平均值为2.65 g∕(100 g),与常见食用菌种类一致,其中P11 还原糖含量最高,P4、P5 和P12 粗脂肪含量较低。 粗纤维含量平均值为2.02 g∕(100 g),灰分含量平均值为2.96 g∕(100 g),两者远低于常见栽培食用菌种类。 由此说明,肺形侧耳是一种高蛋白、低脂肪的食用菌。

表2 不同产地肺形侧耳的基本营养成分含量Table 2 Basic nutrient content of P. geesteranus from different producing areas g·(100 g) -1

2.2 不同产地肺形侧耳中的矿物质元素和重金属含量

由表3 可知,12 个肺形侧耳中,钠含量平均值为123.69 mg∕kg,钾含量平均值为2.75 mg∕kg,镁含量平均值为0.16 mg∕kg,铁含量平均值为120.12 mg∕kg。 其中,钠和铁含量相对丰富,符合现代营养健康饮食的要求。 重金属铅含量平均值为0.14 mg∕kg,镉含量平均值为0.26 mg∕kg,砷含量平均值为0.30 mg∕kg,汞均未检出。 其中铅、砷含量都小于食品安全国家标准限量,而镉只有P2 和P7 未超过国标限量0.20 mg∕kg,其余都高于国标限量。 原因可能是用于肺形侧耳栽培的原材料中镉含量较高,在肺形侧耳生长过程中被富集到子实体内。

表3 不同产地肺形侧耳的矿物质元素和重金属含量Table 3 Mineral elements content and heavy metals content of P.geesteranus from different producing areas mg·kg -1

2.3 不同产地肺形侧耳的氨基酸组成

不同产地12 个肺形侧耳样品中均检测到15 种常见氨基酸(表4)。 根据FAO∕WHO 提出的理想蛋白质模式值,蛋白质氨基酸组成中IAA∕TAA 值应达到40%左右,IAA∕NIAA 值应达到60%左右。 样品P1—P12 的氨基酸总量在16.43—39.67 mg∕g,其中P5 的氨基酸总量最高,P1 最低。 样品P1—P12 中含量较高的氨基酸均为谷氨酸、天冬氨酸、丝氨酸和丙氨酸,谷氨酸分别占12 个样品氨基酸总量的38.34%、33.87%、36.35%、19.35%、19.41%、23.88%、20.59%、23.57%、24.20%、34.56%、35.03%和28.11%。样品P1—P12 的IAA∕TAA 值在16.49%—30.12%,IAA∕NIAA 值在19.75%—43.11%,均低于理想蛋白质标准,说明肺形侧耳所含的蛋白质可作为部分蛋白质的补充来源,并不是开发优质蛋白质的首选材料。

表4 不同产地肺形侧耳的氨基酸组成Table 4 Amino acid composition of P.geesteranus from different producing areas mg·g -1

2.4 不同产地肺形侧耳的氨基酸营养评价

2.4.1 不同产地肺形侧耳的必需氨基酸组成分析

以氨基酸总量对不同产地12 种肺形侧耳进行蛋白质品质评价。 12 个肺形侧耳的蛋白中检测到有6种人体必需氨基酸(表5),总量在3.78—16.21 mg∕g,平均值为8.75 mg∕g。 通常认为氨基酸组成比例与WHO∕FAO 模式和鸡蛋模式越接近,蛋白质质量越优异。 研究发现,12 个肺形侧耳样品中必需氨基酸的组成远远低于FAO∕WHO 模式、鸡蛋模式和IOM 模式,说明肺形侧耳氨基酸组成虽丰富,但氨基酸含量较低,达不到国际标准。 此外,12 个肺形侧耳样品中的每种必需氨基酸含量也均低于FAO∕WHO 模式、鸡蛋模式和IOM 模式。

表5 不同产地的肺形侧耳必需氨基酸组成比较分析Table 5 Comparative analysis of essential amino acids composition of P.geesteranus from different producing areas mg·g -1

2.4.2 不同产地肺形侧耳的必需氨基酸评价分析

由表6 可见,样品P1—P12 氨基酸评分(AAS)中,得分较高的必需氨基酸均为色氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸和苏氨酸;甲硫氨酸+半胱氨酸是肺形侧耳的第一限制性氨基酸,其次为赖氨酸。 12 种肺形侧耳蛋白的必需氨基酸含量虽然充足,但均未达到模式谱的要求(100%),不能作为优质蛋白来源。

表6 不同产地的肺形侧耳必需氨基酸评分(AAS)Table 6 Essential amino acids score(AAS) of P.geesteranus from different producing areas

2.4.3 不同产地肺形侧耳的必需氨基酸比值系数

根据营养学理论,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。 基于氨基酸平衡理论,氨基酸比值系数(RC)越接近1,蛋白质营养价值越高[20]。 由表7 可见,肺形侧耳P1—P12 中,色氨酸的氨基酸比值系数(RC)相较于其他氨基酸最接近于1(平均值1.65),与模式谱最接近。 赖氨酸的RC 值最低,苏氨酸的RC 值则远远超过其他种类的必需氨基酸,这与AAS 分析结果一致。

表7 不同肺形侧耳的必需氨基酸比值系数(RC)Table 7 Ratio coefficient(RC) of essential amino acids of P.geesteranus from different producing areas

2.4.4 不同产地肺形侧耳的必需氨基酸化学评分

由表8 可见,样品P1—P12 中氨基酸化学评分(CS)得分均低于全鸡蛋蛋白质模式(100),其中苯丙氨酸+酪氨酸的CS 最高,甲硫氨酸+半胱氨酸的CS 最低,表明肺形侧耳的蛋白质中这些必需氨基酸的供应量和平衡性均不如鸡蛋蛋白质,不是优良蛋白质来源的首选材料。

表8 不同产地肺形侧耳的必需氨基酸化学评分(CS)Table 8 Chemical score(CS)of essential amino acids of P.geesteranus from different producing areas

2.4.5 不同产地肺形侧耳的必需氨基酸IOM 模式评分

IOM 模式评分(表9)发现,肺形侧耳蛋白的各必需氨基酸均未达到IOM 模式谱要求,得分都未超过100。 其中苏氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸得分较高,可通过与其他氨基酸含量丰富的食品进行膳食搭配,以满足人类对氨基酸的需求。

表9 不同产地肺形侧耳的必需氨基酸IOM 评分Table 9 IOM score of essential amino acids of P.geesteranus from different producing areas

2.5 不同产地肺形侧耳的味觉氨基酸组成分析

氨基酸在结构上因侧链基团的不同,导致氨基酸的口味感官有所差异。 按味觉强度可将氨基酸分为甜味氨基酸(甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、脯氨酸、组氨酸)、苦味氨基酸(缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、精氨酸)、鲜味氨基酸(赖氨酸、谷氨酸、天冬氨酸)及芳香族氨基酸(苯丙氨酸、络氨酸、半胱氨酸)[21]。 由表10 可见,12 个肺形侧耳样品中,除P1、P2、P3 和P11 味觉氨基酸含量为鲜味氨基酸＞甜味氨基酸＞芳香族氨基酸＞苦味氨基酸之外,其余样品味觉氨基酸含量均为甜味氨基酸＞鲜味氨基酸＞芳香族氨基酸＞苦味氨基酸。 甜味氨基酸含量的平均值为10.48 g∕(100 g),占味觉氨基酸含量的41.76%;鲜味氨基酸含量的平均值为8.60 g∕(100 g),占味觉氨基酸含量的34.27%;芳香族氨基酸含量的平均值为3.69 g∕(100 g),占味觉氨基酸含量的14.71%。 肺形侧耳中鲜味氨基酸和甜味氨基酸质量分数均较高,其独特的气味可能与这两种高含量的味觉氨基酸有密切联系。

表10 不同产地肺形侧耳的味觉氨基酸含量Table 10 Content of gustatory amino acids of P.geesteranus from different producing areas

2.6 相关性分析

由表11 可知,苏氨酸与赖氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、组氨酸、精氨酸之间存在极显著相关性(P＜0.01),与谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸之间存在显著相关性(P＜0.05),与甲硫氨酸、天冬氨酸和脯氨酸之间无显著相关性。 甲硫氨酸与苏氨酸、赖氨酸之间无显著相关性;苯丙氨酸与赖氨酸之间存在极显著相关性,与甲硫氨酸之间无显著相关性。 脯氨酸与甲硫氨酸和丙氨酸之间存在极显著相关性,与其他氨基酸之间无显著相关性。 组氨酸和精氨酸与甲硫氨酸和天冬氨酸呈负相关,与其他氨基酸之间均存在显著正相关性。 天冬氨酸与其他氨基酸之间均为负相关。 相关性分析表明,肺形侧耳中各种氨基酸之间既存在正相关也存在负相关,多数氨基酸之间的相关性显著,说明肺形侧耳中所含的氨基酸之间相关性较强。

表11 不同产地肺形侧耳的氨基酸相关性分析Table 11 Correlation analysis of amino acids of P.geesteranus from different producing areas

2.7 聚类分析

综合12 个肺形侧耳的AAS、CS 和RC 值,以氨基酸含量为变量进行聚类分析(图1)。 结果表明:12个样品可被分成4 类,其中P4、P5、P6 和P9 聚为一类,其综合评价值较高,氨基酸营养品质相对较好;P1、P2、P3、P10、P11 和P12 聚为一大类,其氨基酸营养品质相对较差;P7 和P8 各单独聚为一类,与其余2 类有明显的分离,P8 综合评价值最低,蛋白质品质一般。

图1 不同产地肺形侧耳的氨基酸含量聚类分析Fig.1 Cluster analysis of P.geesteranus from different producing areas based on amino acids content

3 讨论

不同来源的蛋白质在人体内进行消化、吸收、分解和排出的过程差异较大,进而影响人体的能量供应和代谢活动等。 必需氨基酸——谷氨酸是大脑中主要的兴奋性神经递质之一,参与学习、记忆、运动等多种行为,也与阿尔茨海默病、癫痫等神经系统疾病有密切关系[22-23]。 谷氨酸在植物体内也是一种信号分子,主要与细胞代谢、种子萌发、生长发育和远距离信息传递相关[24-25]。 食用菌含有丰富的蛋白质和氨基酸资源,且食用菌品质评价近年来也成为食用菌重要的农艺性状之一。 陈洪雨等[26]对珍稀食用菌亚东黑耳进行了氨基酸特征分析及蛋白质品质评价,发现亚东黑耳蛋白质中的必需氨基酸含量非常充足,比例基本合理,符合国际推行的氨基酸平衡模式谱,为开发野生菌资源提供了参考模式。 王丽艳等[27]对市售14 种食用菌中所含的17 种氨基酸含量进行了综合评价,得出甲硫氨酸、赖氨酸、缬氨酸、脯氨酸、组氨酸、苏氨酸、异亮氨酸和半胱氨酸可以作为市售14 种食用菌的综合评价指标。 吴莹莹等[28]对工厂化栽培的蟹味菇和白玉菇的氨基酸组成及营养均衡性进行了系统评价,发现斑玉蕈蛋白质含量较高,氨基酸配比较为均衡,并建立了可用于其他食用菌营养分析的蛋白质品质评价体系。 李巧珍等[29]测定了46 个不同来源香菇的15 项营养品质指标,构建了香菇营养品质综合评价函数,建立了香菇营养品质综合评分标准。

肺形侧耳是一种具备较为优良蛋白的新型植物蛋白源,能与动物蛋白互补,满足人们不断提高的膳食要求和填补市场的多元化需求。 为更好地开发利用肺形侧耳种质资源,发挥地方品种的资源优势,本研究开展了肺形侧耳营养成分和氨基酸品质分析和综合评价,为肺形侧耳新品种选育及产品开发利用提供数据支撑。 12 个不同产地的肺形侧耳所含粗蛋白平均值为35.38 g∕(100 g)、粗多糖平均值为10.55 g∕(100 g),均高于常见栽培食用菌种类;还原糖平均值为1.95 g∕(100 g)、粗脂肪平均值为2.65 g∕(100 g),与常见食用菌一致;粗纤维平均值为2.02 g∕(100 g)、灰分平均值为2.96 g∕(100 g),远低于常见栽培食用菌种类。 可见,肺形侧耳是高蛋白、低脂肪的食用菌种类,这与韩建东等[30]利用菌渣栽培肺形侧耳所检测子实体中粗蛋白含量较高、粗脂肪含量较低结论一致。 肺形侧耳还含有丰富的钠和铁,所含铅和砷均符合国标限量值标准,汞均未检出。

肺形侧耳所含氨基酸种类丰富,本试验中12 个不同产地的肺形侧耳氨基酸总量在16.43—39.67 mg∕g,IAA∕TAA 值在16.49%—30.12%,IAA∕NIAA 值在19.75%—43.11%,与FAO∕WHO 理想蛋白质模式值有较大的差距,其中P5 最接近模式值。 所有产地肺形侧耳的IAA∕TAA 值均低于金茜等[31]利用中药渣栽培的肺形侧耳IAA∕TAA 值。 12 个不同产地的肺形侧耳中甲硫氨酸+半胱氨酸均为第一限制性氨基酸,甲硫氨酸是人和动物必需的含硫氨基酸,在生物体内具有重要的生理生化功能,肺形侧耳可与其他氨基酸含量高的动物蛋白食物互补,提高利用价值。 对12 个肺形侧耳进行聚类分析,可将其归为4 类,该聚类结果与氨基酸评分结果相一致。 聚类结果反映了不同产地间的差异性,这可能与所用栽培原材料和气候等条件有关。

4 结论

本研究系统分析了不同产地12 个肺形侧耳的营养成分和蛋白特征,发现肺形侧耳是具有高蛋白质、高纤维和低脂肪特点的食用菌,且含有丰富的矿物质。 12 个样品间氨基酸总量、必需氨基酸及呈味氨基酸含量均存在较大的差异,均低于理想蛋白质标准,甲硫氨酸+半胱氨酸是肺形侧耳的第一限制性氨基酸。 聚类分析将12 个肺形侧耳分为四大类,反映了不同产地肺形侧耳之间的差异性。 本研究选择的是肺形侧耳主产地的样品,未包括全国所有栽培区域,在今后研究中还需继续扩大样品采集范围。 根据肺形侧耳营养成分和基酸含量的差别研究开发营养强化型品种,可为肺形侧耳种质评价提供可靠支撑,也可为肺形侧耳的营养风味研究、新品种选育及产品开发利用提供理论依据。