不同品种核桃的氨基酸营养价值评价

杨永涛1,潘思源1,靳欣欣1,高 仿1,田英姿1,*,丁晓丽2
(1.华南理工大学轻工科学与工程学院,广东 广州 510640;2.喀什大学生命与地理科学学院,新疆 喀什 844006)

摘 要:选取新疆、云南等6 个核桃主产区共29 个核桃品种,对其蛋白质组成进行测定。应用模糊识别法计算核桃蛋白与模式蛋白的贴近度,并结合氨基酸比值系数法对核桃蛋白营养价值进行评价。依据核桃蛋白与模式蛋白的贴近度及氨基酸比值系数分,采用系统聚类分析法对29 个品种核桃进行分类。结果表明:核桃蛋白总氨基酸含量在343.22~985.99 mg/g pro之间,必需氨基酸占氨基酸总量30%~41%,氨基酸比值系数分在67.02~87.98之间,核桃蛋白的第一限制性氨基酸为Lys。氨基酸营养价值最高的6 个核桃品种分别为温185、和田小核桃、新早丰、辽核1号、西林2号和西林3号。对分类结果进行了显著性分析,显著性水平大于0.05,系统聚类结果合理。

关键词:核桃;氨基酸;营养评价;系统聚类分析

核桃属于被子植物门双子叶植物纲胡桃科植物,素有“木本油料之王”的称号,是世界四大干果之一[1]。由于其有较高的经济价值和营养价值,更是被冠以四大干果之首的称号。中国是世界上重要的核桃生产国,核桃广泛栽种于我国新疆、云南、山西、陕西以及河北等地区[2]。核桃仁中含有丰富的蛋白质、脂肪酸和各种微量元素等多种对人体有益的营养物质[3],具有很高的药用价值和营养价值[4]。《本草纲目》记载:核桃有“黑发、固精、治燥、调血之功”。常食用核桃,可降低女性患糖尿病的风险[5],也可防止细胞老化、延缓衰老[6],具有降低人体内胆固醇、降血压的功效[7]。蛋白质是核桃重要的营养成分,核桃蛋白中含有大量的氨基酸[8],除8 种人体必需氨基酸(essential amino acid,EAA)外,半必需氨基酸(精氨酸、组氨酸)含量也十分丰富[9],还含有鲜味氨基酸(如天冬氨酸)、甜味氨基酸(如甘氨酸、苏氨酸、脯氨酸、丙氨酸)、芳香氨基酸(如酪氨酸、苯丙氨酸)及药效氨基酸(亮氨酸、异亮氨酸、赖氨酸等)[10]

不同品种核桃的营养成分差异很大[11-13],筛选出氨基酸含量丰富且均衡的核桃品种对于促进核桃资源合理利用,指导品种选育及种植具有重要意义[14]。目前,关于核桃营养成分分析的研究已有不少报道[11-21],但是对不同地区核桃品种的氨基酸营养价值进行深入分析和系统分类还鲜见报道。本实验选取了新疆、云南、山东、山西、河北、陕西6 个省份29 个品种的核桃进行研究,测定其蛋白质组成。采用模糊识别法和氨基酸比值系数法对核桃蛋白的氨基酸进行营养价值评价[22],为合理开发和利用优质核桃蛋白资源提供了理论依据。依据营养评价指标[23],采用系统聚类的方法将29 个不同品种核桃进行分类。分析得出更符合人体蛋白需求的核桃品种,对核桃品种的选育、种植及推广具有一定的指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

实验材料为新疆、云南、山西、河北、陕西、山东等地广泛种植的29 个核桃品种。核桃果实于2015年10月份采摘,均由当地核桃资源圃提供。每个品种选取生长势较一致、无病虫害的植株4 株,在每株树冠的上、中和下层及里外层随机采集果实共20 个。然后将4 株果实采集后充分混合,用尼龙网袋包装自然风干。随机取 20 个果实,取仁用于测定核桃蛋白的含量及组成。测定前对样品编号,名称及产地见表1。

表1 核桃样品采集一览
Table 1 List of walnut samples tested

续表1

盐酸、硫酸 莱阳经济技术开发区精细化工厂;无水乙醇 天津市富宇精细化工有限公司;苯酚、柠檬酸钠pH缓冲液 广州化学试剂厂;氨基酸标准液 河南艾文森贸易有限公司;石油醚 深圳市天唯达化工有限公司;正己烷 扬州市华香化工塑胶有限公司。

1.2 仪器与设备

FA2004分析天平 上海天平仪器厂;HH-2数显恒温水浴锅 常州澳华仪器有限公司;电热恒温干燥箱广州市康恒仪器有限公司;HYP-308消化炉、KDN-102C定氮仪 上海纤检仪器有限公司;L-8800全自动氨基酸分析仪 日本Hitachi公司。

1.3 方法

1.3.1 氨基酸含量测定

按照GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的测定》标准检测[24]。将核桃样品研磨成颗粒状,置于恒温干燥箱60 ℃干燥24 h。取脱脂处理后约2 g(精确到0.000 1 g)核桃样品于水解管中,水解溶液为10 mL的6 mol/L盐酸溶液,水解温度为135 ℃。用L-8800型全自动氨基酸分析仪测定样品中的17 种氨基酸(其中色氨酸在酸水解中被破坏,未测定),具体检测条件见表2。为保证检测数据的准确性和可靠性,每个样品均进行平行检测,相同条件下获得的2 次独立测定结果,绝对差值不超过算术平均值的12%。

表2 氨基酸含量测定检测条件
Table 2 Working conditions of amino acid analyzer

1.3.2 模糊识别法

根据兰氏距离法[25]定义对象u和标准蛋白模式a的贴近度U(a,u),贴近度可以反映评价对核桃蛋白质与模式蛋白的接近程度。贴近度数值越接近1,表明该蛋白与模式蛋白接近程度越高。计算公式为:

式中:ak为标准蛋白模式的第k种EAA含量/(mg/g),1≤k≤7;uik为第i个评价对象的第k种EAA含量/(mg/g),1≤k≤7。

1.3.3 氨基酸评分法

氨基酸评分采用氨基酸比值(ratio of amino acid,RAA)法。不同物料蛋白质组成不尽相同,营养学上通常认为,所含的EAA组成比例越接近人体需要,则品质越优。联合国粮农组织(Food and Agriculture Organization of the United,FAO)和世界卫生组织(World Health Organization,WHO)提出了评价蛋白质营养价值的EAA模式(FAO/WHO模式)[26]。即根据氨基酸平衡理论,计算样品中EAA的RAA。按式(2)计算RAA。

式中:RAAi为被测食物蛋白质中的第i种EAA的RAA,1≤i≤7;模式蛋白质采用FAO/WHO模式。

本实验采用全鸡蛋蛋白模式进行计算[25],对比FAO/ WHO模式及全鸡蛋蛋白模式贴近度差异,两种模式蛋白各种EAA含量如表3所示。

表3 FAO/WHO模式及全鸡蛋蛋白模式中EAA含量
Table 3 EAA contents in FAO/WHO pattern and whole egg protein mg/g pro

1.3.4 氨基酸比值系数测定

氨基酸比值系数(ratio coefficient of amino acid,RC)可以反映食物中氨基酸含量与模式氨基酸的偏离程度[26],各种EAA的RC应该等于1。若RC>1表明该EAA相对过剩;若RC<1表明该EAA相对不足。RC值最小,则该EAA为食物中第一限制氨基酸。RC按式(3)计算。

式中:RCi为被测食物蛋白质的第i种EAA的比值系数(1≤i≤7);RAAi为被测食物蛋白质中的第i种EAA评分值(1≤i≤7);RAA为被测食物蛋白质中的第i种EAA评分值的均值。

1.3.5 氨基酸比值系数分测定

氨基酸比值系数分(score of RC,SRC)越接近100,表明EAA在氨基酸生理平衡方面所做的贡献越大,蛋白质相对营养价值越高[26]。SRC按式(4)计算。

式中:RCi为被测食物蛋白质中的第i种EAA的RC(1<i<7);为被测食物蛋白质中的各RC的均值;n为被测食物蛋白质中EAA的数量。

1.4 数据处理

采用Excel 2013软件对测定数据进行整理,计算出氨基酸含量的平均值、标准差以及变异系数、核桃蛋白与模式蛋白的贴近度、RC、SRC值。并绘制出氨基酸总含量(total amino acids,TAA)和EAA含量折线图及EAA平均含量柱形图。采用SPSS 22.0软件对29 个品种核桃进行系统聚类分析和显著性分析。

2 结果与分析

2.1 核桃氨基酸组成分析

2.1.1 氨基酸的变异分析

表4 核桃EAA含量分布情况(n=29)
Table 4 Distribution of essential amino acids among the walnut varieties (n= 29)

表5 核桃非必需氨基酸含量分布情况(n=29)
Table 5 Distribution of non-essential amino acids among the walnut varieties (n= 29)

对29 个品种核桃的17 种不同氨基酸含量进行统计分析,EAA及非必需氨基酸(non-essential amino acid,NEAA)统计结果分别见表4、5所示。29 种核桃样品的 种EAA含量均值范围为8.41~64.26 mg/g pro,Tyr变异系数最大,为61.16%;Thr变异系数最小,为15.76%。NEAA中,Pro变异系数最大,为33.94%;Gly变异系数最小,为16.08%,表明不同品种核桃蛋白质组成差异较大。

2.1.2 必需氨基酸含量与氨基酸总量

图1 核桃中TAA与EAA含量
Fig. 1 TAA and EAA contents of the walnut varieties

按照FAO/WHO模式或全鸡蛋蛋白模式,EAA分为7 类:Val、Ile、Leu、Phe+Tyr、Met+Cys、Thr、Lys[25]。不同品种的核桃TAA与EAA含量关系见图1。TAA含量最高的是4号新2,含量为985.99 mg/g pro,含量最低的是5号温185,为343.22 mg/g pro。总的来说,供试核桃的TAA含量都比较高,但不同品种的核桃样品TAA和EAA含量存在较大差异。

图1中29 个样本点波动明显,TAA含量越高,EAA含量也越高。TAA与EAA波动方向基本一致,离群点少。对TAA和EAA含量进行了Pearson相关性分析,分析结果见表6。结果显示TAA含量与EAA含量呈现正相关关系,相关性系数为0.918。从图2可以看出,不同核桃品种的EAA含量和误差线较高。因此有必要根据模式氨基酸计算不同品种核桃蛋白的贴近度,比较核桃蛋白与模式蛋白之间的差异。

表6 TAA与EAA含量相关性分析
Table 6 Correlation analysis between TAA and EAA contents

图2 核桃EAA平均含量柱形图
Fig. 2 Average EAA contents of walnut

2.1.3 EAA与模式蛋白贴近度比较

计算29 种核桃蛋白的7 种必需氨基酸FAO/WHO模式、全鸡蛋蛋白模式的贴近度,计算结果见表7。

表7 核桃蛋白相对于模式蛋白的贴近度
Table 7 Closeness degree of amino acids between walnut protein and whole egg protein

由表7可知,29种核桃蛋白质的2种模式贴近度基本一致。其中,新2、和田小核桃、紫仁1号、紫仁2号和细香核桃的蛋白质贴近度更高,接近1,高于大豆蛋白(FAO/WHO模式贴近度0.896)[27],新2、紫仁1号和紫仁2号更高于猪瘦肉蛋白(FAO/WHO模式贴近度0.919)[28],可作为优质蛋白质来源。温185品种核桃两种模式的贴近度都最低,分别为0.30和0.59,表明该品种核桃蛋白质与模式蛋白质的差异较大。其他品种核桃FAO/WHO模式贴近度在0.58~1.05之间,全鸡蛋蛋白模式贴近度在0.75~0.91之间,与FAO/WHO模式蛋白质的差异不大。

2.1.4 RC与SRC分析

如表8所示,比较不同品种核桃EAA的RC值,得出29 个不同品种核桃的第一限制性氨基酸。其中,紫仁1号的第一限制性氨基酸为Met+Cys,中林3号的第一限制性氨基酸是Val,其余27个品种的第一限制性氨基酸均为Lys。另外,各品种的含硫氨基酸Met+Cys及生糖氨基酸Val含量相对于模式蛋白较高,可根据蛋白质互补法[29]和其他果蔬蛋白质混合食用,从而有效利用不同食物的营养价值。

表8 核桃品种的RC和SRC
Table 8 RC and SRC values of the walnut cultivars

注:RC与SRC的计算采用FAO/WHO必需氨基酸参考模式;*.第一限制性氨基酸。

2.2 核桃品种的聚类分析

2.2.1 不同核桃品种的系统聚类分析

为对不同品种核桃蛋白营养价值的差异进行研究,对29个品种进行了系统聚类分析[30-34]。通过标准差标准化方法对FAO/WHO模式贴近度、全鸡蛋蛋白模式贴近度及SRC共3 项指标的数据进行处理。采用欧氏距离测定29 个不同品种之间的组内连接距离,得出最短距离聚类谱系图,如图3所示。从最大组内连接距离中值12.5处进行划分,将29 个品种分为3 类。第1类为28号(西林3号)、27号(西林2号)、1号(新早丰)、17号(辽核1号)、7号(和田小核桃)、5号(温185),该类核桃蛋白质品质评价最好;第二类为14号(圆菠萝)、25号(中林5号),该类核桃蛋白品质次之;其余21种核桃为第3类核桃品种,蛋白质品质较为一般。

图3 核桃品种的系统聚类分析
Fig. 3 Hierarchical cluster analysis of the walnut varieties

新疆、河北、山西、陕西、云南、山东是我国核桃的重要产区,根据聚类分析得出6 种优质核桃品种。在气候、土壤等条件适宜的情况下,可以尝试推广种植西林3号、西林2号、辽核1号、和田小核桃、新早丰、温185等优质品种。

2.2.2 分类结果的显著性分析

为评价分类结果的合理性,及检验不同类别之间的差异显著性,实验利用SPSS 22.0软件对3 个组别的FAO/ WHO模式贴近度、全鸡蛋蛋白模式贴近度及SRC 3个指标进行了单因素方差分析,分析结果见表9。设置显著性水平为α=0.05,选用Tukey和R-E-G-WQ方法检验不同指标的方差齐性,结果分别为0.578、0.622、0.494,均高于设定的显著性水平0.05,结果不显著,说明这3 个指标方差是齐性的。3个指标F值的显著性P<0.001,说明依据这3 个指标划分的聚类组别有显著性差异,分类结果可靠。

表9 核桃品种的单因素方差分析(n=29)
Table 9 One-way analysis of variance for the walnut varieties (n= 29)

3 结 论

29 个不同品种核桃蛋白的氨基酸种类齐全,都含有17 种氨基酸。其TAA含量范围为343.22~985.99 mg/g pro,EAA占TAA比例为30%~41%。对TAA含量和EAA含量进行相关性分析,两者呈显著正相关关系,相关系数为0.918,TAA含量越高,EAA含量越高。

对29 种核桃的17 种氨基酸含量进行差异性分析,变异系数为15.76%~61.16%,氨基酸含量差异显著,即不同品种核桃蛋白质组成差异显著。参照FAO/WHO和全鸡蛋蛋白模式,核桃蛋白与FAO/WHO模式贴近度在0.30~1.05之间,与全鸡蛋蛋白模式贴近度在0.59~0.91之间。其中贴近度最高的是4号新2核桃,贴近度最低的是5号温185核桃。

对比不同品种核桃蛋白EAA的RC,可知紫仁1号核桃蛋白的第一限制性氨基酸为Met+Cys,中林5号核桃蛋白的第一限制性氨基酸是Val,其余品种核桃蛋白的第一限制性氨基酸是Lys。实验对核桃的FAO/WHO模式贴近度、全鸡蛋蛋白模式贴近度及SRC 3项指标数据进行了系统聚类分析,将29 个不同品种核桃分为3 类。第一类核桃品种蛋白质组成更符合人体蛋白营养需求,分别为西林3号、西林2号、新早丰、辽核1号、和田小核桃、温185这6 个品种。

本实验重点分析了EAA对核桃营养价值的影响,后续研究可以结合核桃中的脂肪酸组成及含量、碳水化合物含量等营养指标进行更深入全面的探讨。我国核桃品种繁多,可进一步扩大实验样本量,丰富并验证营养评价和品种分类结果。为深度挖掘和开发我国优质核桃资源、拓宽核桃产品深加工领域、指导核桃的合理种植提供一定的理论依据。

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Amino Acid Composition and Nutritional Evaluation of Different Varieties of Walnut

YANG Yongtao1, PAN Siyuan1, JIN Xinxin1, GAO Fang1, TIAN Yingzi1,*, DING Xiaoli2
(1. School of Light Industry Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China; 2. College of Life and Geography Science, Kashi University, Kashi 844006, China)

Abstract:In this paper, we determined the amino acid composition of proteins from 29 varieties of walnut collected from 6 major producing provinces such as Xinjiang and Yunnan in China. Fuzzy pattern recognition method was applied to calculate the degree of closeness (DC) between walnut protein and model protein (whole egg protein). The nutritional value of walnut protein was evaluated by score of ratio coefficient of amino acid (SRC). According to DC and SRC values, the 29 varieties of walnut were classified by hierarchical cluster analysis. The results showed that the total amino acid content of walnut protein was 343.22-985.99 mg/g protein, with essential amino acids accounting for 30%-41% of the total amino acids. The ratio coefficient of amino acids was 67.02-87.98. The first limiting amino acid in walnut protein was lysine. Among the investigated varieties, Wen185, Hetian Xiaohetao, Xinzaofeng, Liaohe 1, Xilin 1 and Xilin 3 had the highest nutritional value. The classification results were significant at greater than 0.05 level, being reasonable.

Key words:walnut; amino acid; nutritional evaluation; hierarchical cluster analysis

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201713034

中图分类号:Q946.1

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2017)13-0207-06

引文格式:

杨永涛, 潘思源, 靳欣欣, 等. 不同品种核桃的氨基酸营养价值评价[J]. 食品科学, 2017, 38(13): 207-212. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201713034. http://www.spkx.net.cn

YANG Yongtao, PAN Siyuan, JIN Xinxin, et al. Amino acid composition and nutritional evaluation of different varieties of walnut[J]. Food Science, 2017, 38(13): 207-212. (in Chinese with English abstract)

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201713034. http://www.spkx.net.cn

收稿日期:2016-05-27

基金项目:自治区科技支疆项目(2016E02043)

作者简介:杨永涛(1992—),男,硕士研究生,研究方向为植物资源综合利用和天然产物提取。E-mail:969789672@qq.com

*通信作者:田英姿(1966—),女,教授级高级工程师,硕士,研究方向为植物资源综合利用和天然产物提取。E-mail:yztian@scut.edu.cn