不同品種馬鈴薯的氨基酸營養(yǎng)價值評價

趙鳳敏 李樹君 張小燕 楊炳南 劉 威 蘇 丹 楊延辰

(中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院，北京 100083)

馬鈴薯是世界上最重要的糧菜兼用型作物之一，具有較高的營養(yǎng)價值和廣泛的用途[1]。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計資料顯示，2011年我國的馬鈴薯種植面積為5 426.652千公頃，產(chǎn)量達到8 835.022萬t，種植面積以及產(chǎn)量均位居世界第一。我國馬鈴薯種質(zhì)資源庫登記了近千個品種，主要種植區(qū)分布在黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏、山西、云南、貴州及四川等地[2]。

馬鈴薯營養(yǎng)豐富，除含有大量的碳水化合物、優(yōu)質(zhì)淀粉、維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維等營養(yǎng)物質(zhì)外，蛋白質(zhì)也是馬鈴薯重要的營養(yǎng)成分[3]。馬鈴薯中的蛋白質(zhì)最接近動物蛋白，含量在1.5～2.5 g/100 g之間，比大豆蛋白更優(yōu)質(zhì)[4]。馬鈴薯蛋白質(zhì)中含有大量的氨基酸，除8種人體必需氨基酸(Essential Amino Acid, EAA)外，半必需氨基酸(如精氨酸Arg、組氨酸His等)含量也十分豐富，還含有鮮味氨基酸(如天冬氨酸Asp)、甜味氨基酸(如甘氨酸Gly、蘇氨酸Thr、脯氨酸Pro、丙氨酸Ala等)、芳香氨基酸(如酪氨酸Tyt、苯丙氨酸Phe)及藥效氨基酸(亮氨酸Leu、異亮氨酸Ile、賴氨酸Lys)等，是一般糧食作物所不能比擬的[5]。不同的馬鈴薯營養(yǎng)成分差異很大，直接影響馬鈴薯食品的功效、口感、氣味和營養(yǎng)價值。目前我國將近90%的馬鈴薯直接用于鮮食[6]，篩選出氨基酸含量豐富且均衡的品種，對于促進馬鈴薯種質(zhì)資源合理利用、指導(dǎo)優(yōu)質(zhì)品種選育及種植具有重要意義。

本試驗收集了國內(nèi)廣泛種植且產(chǎn)量較高的29個馬鈴薯品種，測定17種氨基酸，分析不同品種的氨基酸組成差異，采用模糊識別法、氨基酸評分(Amino Acid Score, AAS)法及氨基酸比值系數(shù)(Ratio Coefficient, RC)、氨基酸比值系數(shù)分(Score of Ratio Coefficient, SRC)等指標(biāo)對不同品種的馬鈴薯氨基酸成分進行綜合分析評價，為馬鈴薯產(chǎn)業(yè)升級及產(chǎn)品利用開發(fā)提供了參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為國內(nèi)廣泛種植且產(chǎn)量較高的29個品種的馬鈴薯樣品，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉所試驗基地種植并提供。為保證馬鈴薯品種特征的穩(wěn)定性和可比性，試驗品種均為國家或地方審定入庫品種，屬于同一級別微型薯，經(jīng)相同栽培條件種植并收獲，所有樣品分別采用塑料編織袋包裝，再放入泡沫紙箱以防止表面擦傷和其他機械傷，最短時間內(nèi)運輸至試驗室避光保存，貯藏溫度為2～6 ℃，環(huán)境相對濕度80%～85%。測定前對樣品統(tǒng)一編號處理，樣品序號及名稱見表1，編號后在最短時間內(nèi)測定樣品蛋白質(zhì)及17種氨基酸的含量。

1.2 主要試劑與儀器

混合氨基酸標(biāo)準(zhǔn)液(2nmol/L)：日本和光純藥工業(yè)株式會社；苯酚(分析純)：汕頭市西隴化工廠有限公司。

表1 29個馬鈴薯品種的編號及名稱

日立L-8900全自動氨基酸分析儀：日本HITACHI公司；KDY-9820凱氏定氮儀：北京思貝得機電技術(shù)研究所；N-EVAP氮氣濃縮吹干儀：美國ORGANOMATION公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 氨基酸測定方法

參照GB/T 5009.124—2003食品中氨基酸的測定方法，首先將不同品種的馬鈴薯樣品打成勻漿，準(zhǔn)確稱取約2 g的樣品(精確到0.000 1 g)于水解管內(nèi)，利用6 mol/L的HCl溶液進行水解，用全自動氨基酸分析儀以外標(biāo)法測定馬鈴薯樣品中的17種氨基酸(具體種類見2.1，其中色氨酸在酸水解中被破壞，未測定)。為保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，每個樣品均進行平行檢測，在重復(fù)條件下獲得的2次獨立測定結(jié)果的絕對差值不超過算術(shù)平均值的12%。

1.3.2 模糊識別法

根據(jù)蘭氏距離法[7]定義對象u和標(biāo)準(zhǔn)蛋白模式a的貼近度U(a,u)，貼近度可以反映評價對象的氨基酸品質(zhì)與模式蛋白a氨基酸的接近程度，值越接近1，其蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值相對越高。計算公式為：

(1)

式中：ak為標(biāo)準(zhǔn)蛋白模式的第k種EAA含量，1≤k≤7；uik為第i個評價對象的第k種EAA含量，1≤k≤7。

1.3.3 氨基酸評分法

AAS也可稱為氨基酸比值。由于不同物料蛋白質(zhì)中氨基酸組成不盡相同，其所含的必需氨基酸組成比例越接近人體需要，則質(zhì)量越優(yōu)。根據(jù)氨基酸平衡理論，聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)和世界衛(wèi)生組織(WHO)1973年提出了評價蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值的必需氨基酸模式[8]。AAS也可依據(jù)全雞蛋蛋白模式進行計算[9]，F(xiàn)AO/WHO模式及全雞蛋蛋白模式各種EAA含量如表2所示。AAS計算公式為：

AASi=

(2)

式中：AASi為被測食物蛋白質(zhì)中的第i種EAA評分值，1≤i≤7；模式蛋白質(zhì)一般采用FAO/WHO模式或全雞蛋蛋白模式。

表2 FAO/WHO模式及全雞蛋蛋白模式中EAA含量/mg/g pro

1.3.4 氨基酸比值系數(shù)

RC可以反映食物中氨基酸組成含量與模式氨基酸的偏離程度[10]，各種EAA的RC應(yīng)該等于1；若RC>1，表明該種EAA相對過剩；若RC<1，表明該種EAA相對不足。RC最小值為該食物中的第一限制氨基酸，RC計算公式為：

(3)

1.3.5 氨基酸比值系數(shù)分

SRC表示食物蛋白質(zhì)的相對營養(yǎng)價值，SRC值越接近100，表明EAA在氨基酸生理平衡方面所做的貢獻越大，營養(yǎng)價值越高[7]。計算公式為：

(4)

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)樣品的氨基酸圖譜

標(biāo)準(zhǔn)樣品的氨基酸圖譜見圖1。按出峰順序分別為：天冬氨酸(Asp)、蘇氨酸(Thr)、絲氨酸(Ser)、谷氨酸(Glu)、脯氨酸(Pro)、甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、胱氨酸(Cys)、纈氨酸(Val)、蛋氨酸(Met)、異亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)、酪氨酸(Tyr)、苯丙氨酸(Phe)、賴氨酸(Lys)、組氨酸(His)和精氨酸(Arg)。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)樣品的氨基酸圖譜

2.2 氨基酸組成和分析

2.2.1 總氨基酸含量與必需氨基酸含量

對29個品種的馬鈴薯17種不同的氨基酸含量進行統(tǒng)計分析，EAA及非必需氨基酸(NEAA)統(tǒng)計結(jié)果分別如表3、表4所示。不同品種馬鈴薯的17種氨基酸最大值和最小值差異明顯，變化區(qū)間較大。除EAA中纈氨酸Val和胱氨酸Cys變異系數(shù)接近10%外，其他氨基酸變異系數(shù)均超過10%，表明不同品種馬鈴薯樣品氨基酸含量和營養(yǎng)價值差異性很大。

表3 29個品種馬鈴薯必需氨基酸測量值分布情況/mg/g pro

注：樣本量為29。

表4 29個品種馬鈴薯非必需氨基酸測量值分布情況/mg/g pro

注：樣本量為29。

不同品種的馬鈴薯氨基酸總量(TAA)與EAA含量關(guān)系見圖2a。圖2a中29個樣本點波動明顯，且TAA與EAA波動方向基本一致，離群點少，即一般情況下，TAA含量越高，EAA含量也越高，而不同品種的馬鈴薯樣品TAA與EAA含量存在較大差異。按照FAO/WHO模式或全雞蛋蛋白模式確定必需氨基酸為7類：Ile、Leu、Lys、Met+Cys、Phe+Tyr、Thr和Val。從圖2b中可以看出，不同馬鈴薯品種的各類必需氨基酸含量和誤差線較高，因此有必要根據(jù)模式氨基酸計算不同品種馬鈴薯營養(yǎng)價值差異。

圖2 29個馬鈴薯品種的TAA與EAA含量折線圖(a)及EAA平均質(zhì)量分數(shù)柱形圖(b)

2.2.2 與模式氨基酸的貼近度比較

按照模糊識別法的式(1)計算得到待評29個馬鈴薯品種的7類EAA與FAO/WHO模式及全雞蛋蛋白模式的貼近度，結(jié)果見表5。

表5 29個馬鈴薯品種相對于模式氨基酸的貼近度

以FAO/WHO模式及全雞蛋蛋白模式為標(biāo)準(zhǔn)，得出29種馬鈴薯品種的蛋白質(zhì)中氨基酸營養(yǎng)排序，2種蛋白質(zhì)模式的貼近度基本一致。其中，LBr-25、俄8、高原7號、Shepody和青薯168的蛋白質(zhì)貼近度最高，更接近1，且都高于豬瘦肉蛋白[11](FAO/WHO模式貼近度0.919)和大豆蛋白[12](FAO/WHO模式貼近度0.896)，可作為優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)來源。Hertha、天薯10號、轉(zhuǎn)心烏和Kondor的蛋白質(zhì)貼近度最低，接近于高粱、小麥粉和蠶豆蛋白[13-14](FAO/WHO模式貼近度分別為0.840、0.830和0.823)，蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值相對較低。其他品種FAO/WHO模式貼近度均在0.85～0.90之間、全雞蛋蛋白模式貼近度均在0.80～0.90之間，營養(yǎng)價值較高，品種間差別不是很大。

2.2.3 RC和SRC分析

按照式(3)和(4)計算得出各品種的RC值和SRC值，結(jié)果如表6所示。比較同一品種EAA的RC值，得出29個品種的第一限制氨基酸，其中LBr-25的第一限制氨基酸為Ile；Shepody、春薯1號、青薯168和高原7號的第一限制氨基酸為Leu；其他24個品種第一限制氨基酸均為Thr。以上幾種必需氨基酸與模式氨基酸比較相對不足，需要在今后食品加工中予以強化。另外，各品種的含硫氨基酸Met+Cys及生糖氨基酸Val含量相對于模式氨基酸較高，可根據(jù)蛋白質(zhì)互補法[15]和其他果蔬蛋白質(zhì)混合食用，從而有效提高不同食物的營養(yǎng)利用價值。

比較不同品種的SRC指標(biāo)值，品種LBr-25最高，達65.94，營養(yǎng)價值高且均衡；青薯168、高原7號、俄8、渝馬鈴薯1號和Shepody次之，SRC均高于50；轉(zhuǎn)心烏最低，SRC為16.96；其他品種SRC均在33～50之間，差異不是很大。

表6 29個馬鈴薯品種的RC值與SRC值

注：RC與SRC的計算采用FAO/WHO必需氨基酸參考模式，*為第一限制性氨基酸。

2.3 馬鈴薯品種聚類分析

2.3.1 不同馬鈴薯品種的系統(tǒng)聚類分析

為篩選出蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值最高的馬鈴薯品種，試驗對29個品種進行了系統(tǒng)聚類，通過標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化方法對FAO/WHO模式貼近度、全雞蛋蛋白模式貼近度及SRC值共3項指標(biāo)的數(shù)據(jù)進行處理，采用歐氏距離測定29個不同品種之間的組內(nèi)聯(lián)接距離，得出最短距離聚類譜系圖如圖3，從最大組內(nèi)聯(lián)接距離的中值處進行劃分，將29個品種分為4類。

圖3 29個馬鈴薯品種的系統(tǒng)聚類分析

2.3.2 分類結(jié)果的顯著性分析

為評價分類結(jié)果的合理性，檢驗不同類別之間的差異及顯著性，試驗利用SPSS 19.0軟件對分類的4個組別的FAO/WHO模式貼近度、全雞蛋蛋白模式貼近度及SRC值3個指標(biāo)進行了單因素方差分析。設(shè)置顯著性水平為α=0.05，選用Tukey和R-E-G-WQ方法檢驗不同指標(biāo)的方差齊性，結(jié)果分別為0.333、0.443和0.283，均高于設(shè)定的顯著性水平，結(jié)果不顯著，證明這3個指標(biāo)方差是齊性的。

單因素方差分析結(jié)果見表7，3個指標(biāo)F值的顯著性均P<0.001，說明根據(jù)這3個指標(biāo)劃分的聚類組別有顯著性差異，分類結(jié)果可靠。

表7 29個馬鈴薯品種的單因素方差分析表

3 結(jié)論與建議

試驗分析了29個不同品種的馬鈴薯氨基酸組成和必需氨基酸的含量，利用模糊識別方法得出與FAO/WHO模式及全雞蛋蛋白模式的貼近度，通過計算氨基酸比值系數(shù)和氨基酸比值系數(shù)分得出29個品種的第一限制氨基酸和營養(yǎng)價值排序，經(jīng)系統(tǒng)聚類分析篩選出了氨基酸食用價值最高的6個品種，分別為LBr-25、青薯168、高原7號、俄8、渝馬鈴薯1號和Shepody，單因素方差分析結(jié)果表明得出的4個組別間有顯著差異，分類結(jié)果可靠。

由于色氨酸Trp在酸水解過程中被破壞，因此試驗僅測定了17種氨基酸用于評價馬鈴薯蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值，今后研究中可以通過堿水解及過甲酸氧化法測定Trp含量，進而完善研究內(nèi)容和分析結(jié)果；同時，中國馬鈴薯品種數(shù)量繁多，可進一步擴大試驗樣本量，豐富并驗證營養(yǎng)評價結(jié)果；另外，轉(zhuǎn)心烏品種雖然在氨基酸營養(yǎng)評價中得分低，但由于該品種花青素含量高、食味好，可作為特色食品進行后續(xù)研究和深入加工。

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