贵州不同产地冬荪营养成分及品质评价
2023-11-22刘宇鹏陈芳古书鸿王芳
刘宇鹏， 陈芳， 古书鸿*， 王芳
（1.贵州省山地环境气候研究所，贵州省山地气候与资源重点实验室，贵阳 550002；2.贵州科学院贵州省生物研究所，贵阳 550009）
冬荪，学名白鬼笔（Phallus impudicusL.），为担子菌亚门、腹菌纲、鬼笔目、鬼笔科、鬼笔属真菌[1]，因其出菇在秋冬季节而得名，主要分布在云南、贵州、四川和广东、安徽等地[2]。冬荪是药食两用珍稀食用菌，其口感松脆爽口，味道鲜美，含有丰富的氨基酸、矿质元素、蛋白质等营养成分[3-4]，具有很高的营养和保健价值。同时，其菌柄还具有活血去痛、治风湿病等作用，此外还具有抗癌活性[5]，因此具有很高的开发利用价值。
我国冬荪的人工栽培起源于贵州省大方县，自2014 年开始产业逐步发展壮大，辐射到贵州其他地区，2016 年成功申报“大方冬荪”地理标志[1]。冬荪生长周期长，产量低，无法满足日益增长的市场需求，制约了其产业发展。围绕提升产量，前人从栽培技术[6-8]和菌种选育[9]方面开展了相关研究，取得了一些成效，但冬荪折干率仅为5%左右，可食用部分不足30%[10]，因此开发其食用药用价值、提升产品附加值成为弥补这一缺点的方法之一。近年来，科研工作者对贵州冬荪的成分开展了测试分析[3-5]，为开发利用奠定了基础，但都是围绕省内单个产地冬荪成分的分析，缺乏系统性和全面性。因此，本文以贵州省4 个产地的冬荪为研究对象，对其氨基酸、矿质元素、总糖等营养成分进行测定分析，对其品质进行综合评价，为贵州省冬荪质量控制和开发利用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
采用分别来自贵州省大方县（DF）、丹寨县（DZ）、湄潭县（MT）和德江县（DJ）2021 年收获的冬荪样品为试验材料，均为林下仿野生栽培。通过烘烤制得冬荪干品，含水量均低于12%，符合国家标准中关于食用菌干制品的水分要求[11]。
1.2 试验方法
必需氨基酸的组成和含量是蛋白质质量评价的重要指标[12]。本文利用氨基酸比值系数法，根据联合国粮农组织（Food and Agriculture Organization，FAO）/世界卫生组织（World Health Organization，WHO）提出的的理想蛋白人体必需氨基酸模式谱，评价不同产地冬荪氨基酸的营养价值。具体指标包括：氨基酸比值（amino acid ratio，RAA）、氨基酸比值系数（amino acid ratio coefficient，RCAA）、氨基酸比值系数分（amino acid ratio coefficient score，SRCAA）和必需氨基酸指数（essential amino acid index，EAAI）。分别按照公式（1）～（4）[13-14]计算。由于酪氨酸由苯丙氨酸转变而来，胱氨酸由蛋氨酸转变而来，因此将酪氨酸+苯丙氨酸，胱氨酸+蛋氨酸分别合并计算。
式中，CV 为RCAA 的变异系数，a1~a7为样品中7 种必需氨基酸的含量，A1~A7为模式谱中相应的必需氨基酸含量。
1.3 测定指标及方法
取4 个产地冬荪干品的菌柄，用于各项品质指标的化验，具体如下。
1.3.1氨基酸 参照GB 5009.124—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》[15]测定氨基酸的含量。测试氨基酸种类包括天冬氨酸（Asp）、苏氨酸（Thr）、丝氨酸（Ser）、谷氨酸（Glu）、甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、缬氨酸（Val）、蛋氨酸（Met）、胱氨酸（Cys）、异亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、络氨酸（Tyr）、苯丙氨酸（Phe）、组氨酸（His）、赖氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）、脯氨酸（Pro），共17种。
1.3.2矿质元素 参照GB 5009.268—2016《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》[16]测定氮（N）、磷（P）、钾（K）、钙（Ca）、铜（Cu）、铁（Fe）、镁（Mg）、锌（Zn）共8种矿质元素含量。
1.3.3其他营养成分 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》[17]；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》[18]； 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》[19]；总糖含量测定参照GB/T 15672—2009《食用菌中总糖含量的测定》[20]。
1.4 数据分析
采用WPS进行数据整理，采用SPSS 20.0进行统计分析。
2 结果与分析
2.1 氨基酸
2.1.1氨基酸组成与含量分析 由表1 可知，贵州省4 个产地的冬荪均含有17 种被检测的氨基酸，其中有7 种必需氨基酸（essential amino acidsnessential amino acids，EAA），10 种非必需氨基酸（non-essential amino acids，NEAA）。必需氨基酸含量在4.24%~5.55%，非必需氨基酸含量在6.35%~7.37%，总氨基酸（total amino acids，TAA）含量在10.70%~12.93%，必需氨基酸、非必需氨基酸和总氨基酸含量都以德江产的冬荪最高。必需氨基酸/总氨基酸（EAA/TAA）在39.61%～42.96%，与FAO/WHO提出的理想蛋白模式（EAA/TAA=40%）[21]相比，丹寨产的冬荪略低，湄潭、大方和德江产的冬荪略高。必需氨基酸/非必需氨基酸（EAA/NEAA）在65.61%~75.32%，4 个产地均高于理想蛋白模式（EAA/NEAA=60%）[21]。
表1 不同产地冬荪氨基酸组成与含量Table 1 Composition and content of amino acid from different producing area Phallus impudicus L.（%）
冬荪所含氨基酸中含量最高的是谷氨酸，占总氨基酸含量的13.68%；其次是天冬氨酸，占总氨基酸含量的11.47%；含量较低的是胱氨酸和组氨酸。冬荪必需氨基酸含量依次为亮氨酸>蛋氨酸>缬氨酸>苯丙氨酸>异亮氨酸>苏氨酸>赖氨酸。氨基酸变异系数在5.51%～37.71%，天冬氨酸变异系数最小，苏氨酸变异系数最大。
2.1.2鲜味氨基酸含量分析 鲜味氨基酸（delicious amino acids，DAA）包含谷氨酸、精氨酸、天冬氨酸、甘氨酸和丙氨酸[22]。由表1可知，鲜味氨基酸占总氨基酸含量的41.31%，5 种鲜味氨基酸含量依次为谷氨酸>天冬氨酸>丙氨酸>精氨酸>甘氨酸。从产地来看，鲜味氨基酸含量由高到低依次为德江>大方>丹寨=湄潭。
2.1.3药效氨基酸含量分析 药效氨基酸（pharmacoactive amino acids，PAA）包括赖氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、天冬氨酸、精氨酸、胱氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、谷氨酸和甘氨酸[22]。由表1可知，药效氨基酸占总氨基酸含量的65.58%，10种药效氨基酸含量由高到低依次为谷氨酸>天冬氨酸>亮氨酸>蛋氨酸>苯丙氨酸>精氨酸>甘氨酸>赖氨酸=酪氨酸>胱氨酸。从产地来看，药效氨基酸含量由高到低为德江>大方>丹寨>湄潭。
2.1.4氨基酸营养价值评价 必需氨基酸的组成比例与FAO/WHO 模式值越接近，表明越符合人体需求，营养价值就越高[23]。对比不同产地必需氨基酸比例（表2）可以看出，丹寨、湄潭和大方的苏氨酸比例低于模式值，德江的苏氨酸比例高于模式值；4 个产地的缬氨酸、异亮氨酸和亮氨酸比例均接近或略高于FAO/WHO 模式值；4个产地的蛋氨酸+胱氨酸比例分别为模式值的2.8、2.6、3.2和2.9 倍；丹寨、湄潭和大方的苯丙氨酸+酪氨酸比例均高于模式值，分别为模式值的1.6、2.2 和1.4 倍，德江的苯丙氨酸+酪氨酸比例略低于模式值；4个产地的赖氨酸比例均低于模式值。
表2 不同产地冬荪必需氨基酸占总氨基酸比例Table 2 Percentage of essential amino acids in total amino acids of Phallus impudicus L. from different producing area（%）
参考氨基酸比值系数法计算RAA、RCAA、SRCAA 和EAAI 来进一步评价不同产地冬荪的营养价值。RAA 和RCAA 值越接近1，表示食物必需氨基酸组成比例与标准模式越接近，RCAA 最小值对应的氨基酸为第一限制性氨基酸[23]。由表3可知，赖氨酸为4个产地冬荪的第一限制性氨基酸，苏氨酸为丹寨、湄潭和大方冬荪的第二限制性氨基酸，苯丙氨酸+酪氨酸为德江冬荪的第二限制性氨基酸。4 个产地冬荪蛋氨酸+胱氨酸的RAA 和RCAA 值分别在2.56～3.17 和1.88～2.31，明显高于模式蛋白，湄潭的苯丙氨酸+酪氨酸也明显高于模式蛋白。除第一、二限制性氨基酸和明显高于模式蛋白的情况外，各产地冬荪其余必需氨基酸均接近或略高于模式蛋白。
表3 不同产地冬荪必需氨基酸的营养价值指标Table 3 Index of essential amino acids of Phallus impudicus L. from different producing area
SRCAA 表示氨基酸平衡的贡献大小，越接近100，蛋白质营养价值越高。EAAI 为评价蛋白质的质量，EAAI≤0.75 不适合做蛋白源，0.75
2.2 矿质元素含量分析
由表4可以看出，贵州产冬荪N含量在18.70～22.45 g·kg-1，平均值为20.45 g·kg-1；P含量在3.55～4.83 g·kg-1，平均值为4.08 g·kg-1；K含量在29.63～39.64 g·kg-1，平均值为34.41 g·kg-1；Ca 含量在508.64～686.89 mg·kg-1，平均值为603.58 mg·kg-1；Cu 含量在12.37～17.54 mg·kg-1，平均值为15.04 mg·kg-1；Fe 含量在92.30～497.54 mg·kg-1，平均值为208.80 mg·kg-1；Mg 含量在1.55～1.98 mg·kg-1，平均值为1.71 mg·kg-1；Zn 含量在24.84～51.61 mg·kg-1，平均值为40.12 mg·kg-1。从产地来看，德江冬荪的N、P、Cu 含量最高，大方冬荪的K、Ca、Zn 含量最高，湄潭冬荪的Fe 含量最高，是其他产地冬荪的4.0～5.4倍。
表4 不同产地冬荪矿质元素含量Table 4 Contents of mineral elements of Phallus impudicus L. from different producing area
2.3 其他营养成分含量分析
由表5 可以看出，贵州冬荪灰分含量在5.83%～6.27%，平均值为6.05%，以大方产冬荪最高，湄潭产冬荪最低；脂肪含量在0.83%～1.49%，平均值为1.15%，以德江产冬荪最高，丹寨产冬荪最低；粗纤维含量在0.25%～0.47%，平均值为0.35%，以大方产冬荪最高，德江产冬荪最低；总糖含量在28.92%～34.90%，平均值为31.05%，以丹寨产冬荪最高，大方产冬荪最低。
表5 不同产地冬荪其他营养成分含量Table 5 Contents of other nutritional compositions of Phallus impudicus L. from different producing area（%）
2.4 相关性分析
相关性分析结果（图1）显示，冬荪各营养成分间均存在不同程度的相关性，两两之间共有435 个相关系数，在P<0.05 水平存在相关性的有73 个，在P<0.01 水平存在相关性的有119 个，可见，各指标反映冬荪品质的信息存在不同程度重叠，因此有必要通过主成分分析法进行降维处理，对指标进行简化。
图1 冬荪品质指标相关性分析Fig. 1 Correlation analysis of Phallus impudicus L. quality index
2.5 主成分分析
利用SPSS进行主成分分析，根据特征值>1的原则，提取前3 个主成分，累计贡献率达100%，可解释冬荪品质的全部信息（表6）。第1 主成分特征值为14.580，贡献率最高，为50.274%，蛋氨酸、赖氨酸、异亮氨酸和亮氨酸占有较高载荷；第2 主成分特征值为8.380，贡献率为28.895%，甘氨酸、缬氨酸和脯氨酸占有较高载荷；第3 主成分特征值为6.041，贡献率为20.830%，Ca、Cu和丙氨酸占有较高载荷。
表6 冬荪品质指标主成分分析Table 6 Principal component analysis of quality index on phallus inpudicus L.
2.6 品质综合评价
由权重系数和各指标标准化后的数值可以得出3个主成分得分（F）的表达式，如式（5）~（7）。
式中，X1～X29分别代表灰分、脂肪、粗纤维、总糖、N、P、K、Ca、Cu、Fe、Mg、Zn、天冬氨酸、苏氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、胱氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、赖氨酸、精氨酸、脯氨酸。
以各主成分对应的方差贡献率为权重，得出冬荪品质综合评价得分模型，如式（8）。
4 个产地冬荪品质主成分得分和综合得分见表7，综合得分分值越高，表明综合品质越好。贵州不同产地冬荪综合品质表现为德江>大方>湄潭>丹寨。
表7 主成分得分和综合得分Table 7 Principle component score and composite score
3 讨论
氨基酸是蛋白质的组成部分，对于人体营养和生理平衡发挥着重要作用，尤其必需氨基酸只能由食物供给，因此其含量和组成是评价食品营养价值的重要指标之一[25-26]。氨基酸比值系数法作为评价必需氨基酸的方法之一，近年来被应用于食用菌[27-28]、动物[29-30]、植物[31-32]等各类生物。本文以贵州省4 个产地冬荪为研究对象，利用氨基酸比值系数法对其必需氨基酸含量分析表明，赖氨酸是冬荪第一限制性氨基酸，这与郑秀艳等[3]的研究结果一致，而同为食用菌的香菇、杏鲍菇、金针菇的赖氨酸含量更丰富[33]。冬荪必需氨基酸中蛋氨酸+胱氨酸含量过剩，是WHO/FAO 模式值的2.6~3.2倍，而平菇和秀珍菇的第一限制氨基酸均为蛋氨酸+胱氨酸[34]，因此在餐饮搭配和产品开发时可利用不同食用菌间成分差异，形成营养互补。本研究中4 个产地冬荪EAAI 值均大于1，可做为优质蛋白源，而郑秀艳等[3]关于冬荪EAAI 的研究结果仅为0.52[3]，表明冬荪不适合做蛋白源，其原因有待进一步研究确定。
矿质元素与人体生长发育、健康和疾病防治关系紧密，其摄入不足、不均衡都会引起生理异常或疾病发生[35]。如Fe 是人体必需微量元素，缺Fe会导致贫血、身体发育不良等[36]。Cu 是重要的生命元素，人体缺Cu 会导致黑色素合成受阻、酪氨酸活性降低等不良后果[37]。Zn 也是人体必需微量元素，缺Zn 会导致新陈代谢异常，甚至出现食欲不振、脱发、免疫力下降等症状[38]。本研究表明，贵州冬荪Fe 含量在92.30~497.54 mg·kg-1，Cu含量在12.37~17.54 mg·kg-1，Zn 含量在24.84~51.61 mg·kg-1。可见，冬荪富含Fe元素，而我国人群中相对容易缺乏的元素之一就是Fe[39]，可就此方面加以开发利用。与同属鬼笔目鬼笔科的红托竹荪[40]相比，冬荪K 和Ca 含量均高于红托竹荪，但Mg含量远低于红托竹荪[41]。
食用菌总糖既是重要的呈味物质，又具有生理活性功能[42]，本研究表明，冬荪总糖含量为28.92%～34.90%，远高于绣球菌、大红菇、鸡油菌、松茸、黑牛肝等12 种野生食用菌[43]，但低于金耳（72.8%）、银耳（70.2%）和木耳（59.1%）[42]。灰分代表了食品中无机盐和矿物质的含量，是人体维持正常机能必需的[44]，本研究中冬荪灰分含量为5.83%~6.27%，远高于大宗食用菌香菇的0.74%~0.99%[44]。冬荪脂肪含量在0.83%~1.49%，高于香菇和杏鲍菇[44-45]，但低于猴头菇和灵芝[45]。粗纤维有助于促进肠胃运动，帮助消化，本研究中冬荪粗纤维含量为0.25%~0.47%，低于香菇、杏鲍菇、金针菇、口蘑等26 种常见市售食用菌[46]，属于低纤维食用菌。可见，冬荪富含多种的营养物质，在开发利用和饮食搭配时应当根据其营养成分特点合理使用。
