西南地區(qū)大豆品種的蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)

石貴陽(yáng)， 闞 沖， 陳 竹， 王晶琴， 楊松花， 何 進(jìn)， 何騰兵

(貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 貴陽(yáng) 550025)

大豆[Glycinemax(Linn.)Merr.]營(yíng)養(yǎng)豐富，易被人體吸收。大豆不僅是優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)來(lái)源，還含有豐富的卵磷脂、異黃酮和低聚糖等多種有效生理活性成分，具有降低血脂和膽固醇，改善血糖平衡，降低體脂率和延緩記憶力衰退等功效[1]。大豆可作為兒童、老人、糖尿病和心腦血管病患者、健身減脂等人群的功能食品源，具有極高的開(kāi)發(fā)價(jià)值[2]。中國(guó)居民膳食指南建議每人每天攝入30～50 g大豆[3]，美國(guó)農(nóng)業(yè)部在2020—2025年美國(guó)居民膳食指南中指出，大豆是能滿(mǎn)足營(yíng)養(yǎng)需求、促進(jìn)健康并減少慢性疾病風(fēng)險(xiǎn)的健康食品[4]。

大豆富含9種人體必需氨基酸，屬于全價(jià)植物蛋白。大豆中賴(lài)氨酸的含量極高，缺少賴(lài)氨酸會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)代謝障礙，而大米、小麥等主糧中的賴(lài)氨酸含量極低，因此大豆是與谷類(lèi)互補(bǔ)的天然理想食品[5]。氨基酸組成決定食品蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，客觀地評(píng)價(jià)食品的氨基酸非常重要。聯(lián)合國(guó)糧食與農(nóng)業(yè)組織和世界衛(wèi)生組織提出的必需氨基酸指數(shù)(Essential amino acid index,EAAI)，氨基酸比值系數(shù)分(score of ratio coefficient of amino acid,SRCAA)為合理評(píng)價(jià)蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值提供了理論依據(jù)[6]。主成分分析(principal component analysis,PCA)能反映原始變量大部分信息，且所含信息相互獨(dú)立，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)和指標(biāo)篩選。盧冉等[7]、黃小蘭等[8]和陳婷婷等[9]利用PCA分別對(duì)杏仁、地參和花生種質(zhì)的品質(zhì)性狀進(jìn)行綜合分析，并通過(guò)聚類(lèi)分析將多個(gè)種質(zhì)進(jìn)行歸類(lèi)，提高了評(píng)價(jià)工作效率。

對(duì)大豆氨基酸的研究主要針對(duì)東北[10-12]、西北[13]和東部沿海[14]的種質(zhì)，而且多限于氨基酸含量的測(cè)定，關(guān)于氨基酸營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)的研究很少。大豆是一種品種適應(yīng)范圍窄的作物，跨區(qū)域引種難度大[15]。西南地區(qū)是我國(guó)四大大豆產(chǎn)區(qū)之一，目前還缺乏該地區(qū)大豆品種氨基酸評(píng)價(jià)的研究。本研究通過(guò)對(duì)西南地區(qū)30個(gè)大豆種質(zhì)的18種氨基酸進(jìn)行含量分析和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)，分析其藥用氨基酸組分，并使用主成分分析和聚類(lèi)分析評(píng)價(jià)和挑選出氨基酸含量豐富且均衡的優(yōu)質(zhì)品種，為西南產(chǎn)區(qū)優(yōu)質(zhì)大豆的篩選及藥食同源產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以西南地區(qū)主栽的30個(gè)大豆品種為試驗(yàn)材料，由貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院和貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院何進(jìn)老師提供。試驗(yàn)地位于貴州省石阡縣花橋鄉(xiāng)北坪村(東經(jīng)108°15′59″、北緯27°32′22″)，≥10 ℃的年總有效積溫4 000 ℃，年降水量近1 200 mm。土壤基本理化性質(zhì)如下：pH值6.02，有機(jī)質(zhì)含量24.02 g·kg-1，全氮含量0.76 g·kg-1，堿解氮含量56.61 mg·kg-1，有效磷含量14.89 g·kg-1，有效鉀含量200 mg·kg-1。

采用當(dāng)?shù)赝扑]施用量，每公頃施氮(N)50 kg，磷(P2O5)35 kg，鉀(K2O)40 kg作為底肥。試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積6 m2，采取穴播方式種植(行距40 cm，株距20 cm，每穴2粒)，種植密度為2.4萬(wàn)株·hm-2。2019年4月15日播種，手工清理田間雜草，分小區(qū)單獨(dú)收獲后人工去莢，風(fēng)干后裝袋，-20 ℃保存待測(cè)。

1.2 氨基酸的測(cè)定與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)

使用多功能近紅外分析儀(NIRS DS 2500，F(xiàn)OSS，瑞典)測(cè)定大豆籽粒中蛋白質(zhì)和各種氨基酸含量。大豆氨基酸評(píng)價(jià)采用朱圣陶的氨基酸比值(Ratio of amino acid,RAA)和氨基酸比值系數(shù)[16]評(píng)價(jià)法以及Oser[17]的EAAI評(píng)價(jià)法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用WPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，使用SPSS 22.0軟件進(jìn)行主成分分析和聚類(lèi)分析。聚類(lèi)分析時(shí)首先將必需氨基酸(Essential amino acid,EAA)含量、總氨基酸(Total amino acid,TAA)含量、EAAI值以及SRC值標(biāo)準(zhǔn)化，之后采用歐氏距離和ward最小方差對(duì)30個(gè)大豆品種進(jìn)行分類(lèi)。

2 結(jié)果與分析

2.1 氨基酸組成分析

對(duì)30個(gè)大豆品種的18種氨基酸含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，EAA及非必需氨基酸(non-essential amino acid,NEAA)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1所示。按氨基酸含量從高到低排列為Glu、Asp、Leu、Arg、Lys、Pro、Ser、Phe、Val、Gly、Ile、Ala、Thr、Tyr、His、Cys、Met、Try，其中Glu和Asp分別占總氨基酸含量的18.9%和11.44%。

表1 大豆氨基酸組分及含量變化(n=90)

30種大豆籽粒樣品的9種EAA含量均值范圍為135.00～165.50 mg·g-1，Met變異系數(shù)最大，為21.34%；Tyr變異系數(shù)最小，為4.76%。NEAA中，Try變異系數(shù)最大，為21.82%；Gly變異系數(shù)最小，為3.13%。不同種質(zhì)大豆籽粒EAA占TAA比例范圍為36.64%～39.01%，平均值為37.80%，EAA與NEAA比值范圍為57.82%～63.95%，平均值為60.79%。

2.2 氨基酸營(yíng)養(yǎng)價(jià)值分析

由表2可知，30種大豆的必需氨基酸中芳香族氨基酸含量最高，在75.19～85.12 mg·g-1之間。所有大豆品種的芳香族氨基酸、亮氨酸和賴(lài)氨酸含量都高于FAO/WHO標(biāo)準(zhǔn)模式的要求。其中QD 5必需氨基酸總量最高，達(dá)396.41 mg·g-1，比FAO/WHO標(biāo)準(zhǔn)模式高13.26%。EAAI最低的品種是HJ 13，有17個(gè)品種的EAAI高于100 mg·g-1。

表2 30種大豆的必需氨基酸組成及比較分析

如表3所示，對(duì)大豆籽粒必需氨基酸RC值的分析表明，30個(gè)大豆品種籽粒的第一限制氨基酸均為含硫氨基酸，其RC值在0.64～0.80之間。30種大豆籽粒氨基酸的SRC值在78.35～83.33之間，其中SRC值最高的品種為HJ 7。

表3 不同大豆的RC和SRC值

2.3 藥用氨基酸含量分析

藥用氨基酸有9種，包括Glu、Asp、Arg、Gly、Phe、Tyr、Met、Leu、Lys[18]。由表4可知，大豆氨基酸檢測(cè)結(jié)果顯示，大豆中藥用氨基酸占TAA含量的66.54%左右。HJ 14藥用氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，達(dá)28.79%，占TAA含量的66.20%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低的是HJ 7，為25.09%，占TAA含量的67.50%。

表4 不同大豆的藥用氨基酸含量和比例

2.4 30種大豆氨基酸營(yíng)養(yǎng)價(jià)值綜合評(píng)價(jià)

利用PCA對(duì)大豆氨基酸進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果如表5所示，每個(gè)主成分在一定程度上反映了一些原始變量的信息，前兩個(gè)主成分對(duì)應(yīng)特征值大于1，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為95.35%，說(shuō)明前兩個(gè)主成分綜合了30種大豆氨基酸的絕大部分信息，故可選取前兩個(gè)主成分作為相互獨(dú)立的綜合性變量來(lái)代替18種氨基酸數(shù)據(jù)對(duì)不同種大豆的蛋白質(zhì)進(jìn)行全面分析。

表5 主成分總成分解釋

圖1顯示了主成分分析載荷值的分布。從圖1可以看出，Thr、Ile、Ala、Arg、Lys、Leu、Glu和Pro在PC 1方向較為集中且大于1，即這7種氨基酸與PC 1高度正相關(guān)，且PC 1的方差貢獻(xiàn)率為90.67%，表明PC 1對(duì)大豆蛋白質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)影響最大，且隨著7種氨基酸含量的增大而增大。在PC 2方向Pro和Ser載荷較高，其中Pro在PC 2的正半軸，而Ser在PC 2的負(fù)半軸，PC 2的方差貢獻(xiàn)率為4.66%，則PC 2對(duì)于大豆蛋白質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)影響也較高。經(jīng)主成分分析，18種氨基酸經(jīng)過(guò)正交變換整合兩個(gè)主成分因子，其線(xiàn)性方程式為：

PC1=3.317X1-0.777X2+0.426X3+......+4.525X18

PC2=-0.203X1+0.246X2-0.004X3+.....-0.898X18

以每個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的方差相對(duì)貢獻(xiàn)率作為權(quán)重進(jìn)行加權(quán)求和，建立綜合評(píng)價(jià)模型：p=0.951 PC 1+0.049 PC 2，計(jì)算各品種的綜合得分，結(jié)果見(jiàn)表6：

由圖1和表6可見(jiàn)，QD5的Phe、Pro、Lys、Tyr、Leu、Leu和Thr含量在30個(gè)樣品中最高且其于位于PC 1正半軸的氨基酸極高，因此其PC 1(2.81)值最高；HJ 5的Pro和Ala含量極高，但Glu含量極低，導(dǎo)致其在PC 2(2.41)正方向上的值最高；除Met外，HJ 13的所有種類(lèi)氨基酸含量都極低使得其PC 1和PC 2值都很低。30種大豆按照綜合評(píng)價(jià)由高到低依次是QD 5、QD 11、HJ 10、HJ 14、QD 10、HJ 3、AD 8、AD 7、HJ 6、QD 6、NCD 31、DD 4、DD 6、HJ 11、HJ 16、HJ 12、QD 8、CD 14、HJ 17、HJ 5、HJ 9、HJ 15、HJ 2、HJ 4、ZH 30、HJ 1、HJ 8、HJ 7、QD 7、HJ 13，其中QD 5、QD 11、HJ 10、HJ 14、QD 10、HJ 3、AD 8、AD 7、HJ 6、QD 6、NCD 31、DD 4、DD 6、HJ 11、HJ 16、HJ 12、QD 8、CD 14和HJ 17綜合評(píng)價(jià)大于0，說(shuō)明這19個(gè)品種大豆綜合質(zhì)量都高于平均水平。

表6 30份大豆的主成分得分與綜合得分

聚類(lèi)分析結(jié)果表明，30個(gè)樣品被分為3類(lèi)。其中QD 5、QD 11為第1類(lèi)，此類(lèi)2個(gè)品種的EAA總含量和EAAI都最高，因此相應(yīng)的蛋白質(zhì)品質(zhì)最好，在PCA綜合評(píng)價(jià)中也取得前2位的排名；AD 7、AD 8、CD 14、DD 4、DD 6、HJ 3、HJ 6、HJ 10、HJ 11、HJ 12、HJ 14、NCD 31、QD 10、QD 6、QD 8和HJ 16為第2類(lèi)，此類(lèi)大豆品種的各項(xiàng)指標(biāo)中等，故該類(lèi)蛋白質(zhì)品質(zhì)次之；HJ 1、HJ 2、HJ 4、HJ 5、HJ 7、HJ 8、HJ 9、HJ 13、HJ 15、QD 7、HJ 17和ZH 30為第3類(lèi)，此類(lèi)大豆的氨基酸總含量、EAA總含量、EAAI和綜合評(píng)價(jià)都最低，蛋白質(zhì)品質(zhì)一般。

3 討論與結(jié)論

氨基酸營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)表明，所有供試大豆品種的第一限制氨基酸均為含硫氨基酸(表2)。王連錚等[19]對(duì)中國(guó)野生大豆以及王偉威等[12]和對(duì)東北大豆品種的研究也表明，不同類(lèi)型大豆均以Met和Cys含量最低。含硫氨基酸包括Met和Cys，其含量分別在0.82～8.00 mg·g-1和4.60～6.00 mg·g-1之間(表1)。四川省大豆品種貢選1號(hào)和中江十月黃的Met和Cys含量分別在4.69～5.72 mg·g-1和5.98～6.48 mg·g-1之間[20]，與本研究結(jié)果相近。但與東北地區(qū)大豆品種相比[10]，西南地區(qū)Met和Cys含量分別低60%和63%。因此，篩選鑒定含量高的品種或雜交育種是改良西南地區(qū)大豆種質(zhì)、提高蛋白質(zhì)含量和品質(zhì)的重要目標(biāo)。另外，西南地區(qū)大豆多用于生產(chǎn)豆制品，可以在生產(chǎn)環(huán)節(jié)補(bǔ)充Met和Cys，提高豆制品氨基酸營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

對(duì)30種西南地區(qū)大豆樣品中EAA總量的分析表明，除HJ 13低于FAO/WHO標(biāo)準(zhǔn)模式外(表2)，其余品種均高于FAO/WHO標(biāo)準(zhǔn)模式，其中QD 5最高，達(dá)396.41 mg·g-1Pro，比FAO/WHO標(biāo)準(zhǔn)模式高13.26%。其中所有品種的芳香族氨基酸(Phe+Tyr)、Lys和Leu的RC都大于1，部分品種Ile的RC大于1(表3)。EAA中Leu含量最高(表1)，Leu具有維持血糖水平、調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)代謝等功效[21]。大豆中藥用氨基酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為66%左右，低于竹蓀[22](77.63%)和地參[8](71%)，與石斛[23](63.79%)相當(dāng)，高于枸杞[24](60%)。藥用氨基酸中Glu含量最高(表1)。Glu與免疫系統(tǒng)的發(fā)育密切相關(guān)[25]。另外，新生兒的身高與母乳中Glu的含量成正比?？偟膩?lái)說(shuō)，西南地區(qū)大豆具有較好的藥用價(jià)值，可開(kāi)發(fā)為糖尿病患者和嬰兒等特殊群體的功能食品。

QD 5和QD 11在PCA綜合評(píng)價(jià)中得到最高的評(píng)分(表6)，聚類(lèi)分析將其列為第一類(lèi)(圖2)，因此QD 5和QD 11是本研究中篩選到的氨基酸綜合評(píng)價(jià)最高的品種。QD 5和QD 11都是貴州省農(nóng)科院針對(duì)西南地區(qū)低溫多雨氣候選育的高產(chǎn)品種。QD 5是糧菜兼用型品種[26]，適宜用作蔬菜青豆及加工豆腐，而QD 11是2017年新育成的抗大豆花葉病毒病大豆新品種[27]。大豆氨基酸含量和組分差異與氣候[28]、土壤和農(nóng)藝措施[20,29-30]有關(guān)，在后續(xù)的研究中應(yīng)進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，明確環(huán)境因素對(duì)QD 5和QD 11氨基酸營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響，為大豆種質(zhì)評(píng)價(jià)和改良提供更多依據(jù)。