苦苦菜發酵過程中氨基酸組成與含量變化對其營養與風味的影響

張 婷,楊 波,羅瑞明,*,張偉威,劉 洋,王 薇

(1.寧夏大學農學院,寧夏銀川 750021；2.寧夏大學生命科學學院,寧夏銀川 750021)

苦苦菜發酵過程中氨基酸組成與含量變化對其營養與風味的影響

張 婷1,楊 波2,羅瑞明1,*,張偉威1,劉 洋1,王 薇1

(1.寧夏大學農學院,寧夏銀川 750021；2.寧夏大學生命科學學院,寧夏銀川 750021)

本文采用氨基酸分析儀對苦苦菜自然發酵過程中水解氨基酸和游離氨基酸的種類和含量進行了測定。通過對苦苦菜中水解氨基酸的分析,發現苦苦菜中含有全部18種氨基酸,發酵各時期人體所必需的8種氨基酸均占總氨基酸的42%左右,表明苦苦菜是具有較高營養價值的山野菜,人體所必需的氨基酸中蛋氨酸和半胱氨酸含量不足,影響了其整體營養價值；對影響感官的游離氨基酸按照氨基酸的味覺強度進行分類,研究了各類味覺氨基酸含量的變化對苦苦菜風味的影響,結果表明發酵初期呈味氨基酸中苦味氨基酸含量(Leu、Val、Arg、Ile、Trp、Met)較高,主發酵期甜味氨基酸(Ser、Thr、Gly、Ala、His、Pro)和鮮味氨基酸(Glu、Asp、Lys)的含量逐漸增加至發酵后期含量均高于苦味氨基酸,整個發酵過程中芳香族氨基酸(Tyr、Cys、Phe)含量較低且變化不大,發酵中后期7～20d苦苦菜的風味最好。

苦苦菜發酵,氨基酸,營養價值,風味

苦苦菜,屬菊科菊苣族,又名苦苣菜、苣荬菜等,在中藥中稱之為敗醬草,是一種藥食兼具的無毒野生植物,屬一年生或兩年生草本植物。其性味寒、苦、平、無毒,主要功能在于清涼,解毒,活血。苦苦菜不僅味道獨特還富含多種營養物質。此外,苦苦菜還具有明目和胃、破瘀活血、消炎利尿、益氣養陽、排膿去淤消腫的功效,對預防心臟病、恢復腦細胞功能和預防癌癥均具有一定療效[1]。苦苦菜是我國人民最早食用的野菜之一。史籍《周書》中以及《詩經》中都有所提及[2]。苦苦菜的做法主要有涼拌、蒸、炒和腌制幾種,但其季節性很強,腌制苦苦菜是西北地區人民延長其存儲期常用的加工方法,不僅能保留苦苦菜的營養價值和藥用價值,還具有不可多得的美味。

氨基酸是構成蛋白質的基本單位,其種類和數量是考察食品營養價值的重要指標之一,此外,除乙醇和糖外氨基酸是又一種高含量呈味物質,不同的氨基酸主要呈現酸、甜、苦、澀、鮮五種味道[3],所以氨基酸的類型與含量是影響品味的因素之一[4]。苦苦菜中富含氨基酸,使其成為一種具有高營養、高食療價值的山野菜食品。本研究測定苦苦菜發酵過程中水解氨基酸和游離氨基酸的組成與含量,探究氨基酸含量變化與發酵天數間的關系,并分析苦苦菜的營養價值及其中游離氨基酸對口感的影響,為苦苦菜的開發利用和產業發展提供了科學依據。當然苦苦菜中除了富含各種氨基酸外,還含有其他營養成分,對苦苦菜整體的口感與營養價值的影響也是重要的,限于本文篇幅與研究重點,這些問題留待以后討論。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

苦苦菜 市售,當季新鮮,每100克苦苦菜可食用部分中水分含量90.4g,蛋白質含量2.1g,脂肪含量0.6g,碳水化合物含量5.3g,纖維素1.4g,灰分0.6g；食鹽、辣椒、生姜、茴香、花椒 均為市售；實驗測定用水 去離子水；化學試劑 優級純。

日立L-8900型氨基酸分析儀 廈門名大科技有限公司；FS-1200N超聲波處理器 上海生析超聲儀器有限公司。

1.2 實驗方法

苦苦菜腌制工藝流程 苦苦菜→分揀→浸泡→清洗→瀝干→稱量→95℃燙漂10s左右→迅速冷卻→瀝干→分裝(添加食鹽、香辛料)→加花椒水→密封發酵

食鹽放入量5%,菜放入量70%,香辛料(辣椒∶生姜∶茴香=6∶3∶1)放入量4%(均為占菜水總重百分比),花椒水中花椒放入量為所用水的3‰～4‰。分別取發酵0、3、7、14、21、28、35d的苦苦菜樣,干燥箱內65℃烘干備用。

1.3 測定方法

1.3.1 氨基酸分析樣品處理

1.3.1.1 游離氨基酸樣品前處理 差量法稱取2.0g干燥樣品于容量瓶中,加入0.1mol/L鹽酸溶液25mL超聲萃取(功率1200W,超聲頻率20kHz)30min,過水相濾膜(0.45μm),待測。

1.3.1.2 水解氨基酸樣品前處理 采用差量法稱取100mg干燥樣品,轉入消解管內,先加入6mol/L含1%苯酚的鹽酸溶液3mL,攪拌并潤濕樣品,再加入7mL,沖洗攪拌棒,吹氮氣2min后封蓋,放入110℃的干燥箱中水解22～24h,冷卻,用去離子水定容到50mL容量瓶,從容量瓶取300μL于1.5mL離心管內,氮氣吹干,向離心管內添加1mL 0.02mol/L的鹽酸溶液,超聲溶解,溶解完畢后離心(3000r/min)3min,離心完畢取上清液過水相濾膜(0.45μm),上機測樣[5]。

1.4 氨基酸比值系數法

評價苦苦菜中蛋白質營養價值利用WHO/FAO的必需氨基酸模式,計算苦苦菜中人體必需氨基酸(EAA)的氨基酸比值(ratio of amino acid,RAA)、氨基酸比值系數(ratio of coefficient of amino acid,RC)和比值系數分(score of RC,SRC)。RAA=待評蛋白質某EAA含量(g/kg 蛋白質)/WHO/FAO中相應EAA含量(g/kg蛋白質)；RC=RAA/RAA之均數；SRC=100-CV×100,式中:CV為RC的變異系數；CV=標準差/均數。氨基酸比值(RC)與氨基酸比值系數(SRC)均可表示食品中氨基酸組成含量比例與氨基酸模式譜的一致程度。當RC=1時,說明食品中此種氨基酸的含量與氨基酸模式譜要求一致；RC>1時,說明此種氨基酸相對過剩；而RC<1時,說明此種氨基酸不足[3]。

1.5 數據處理

文中所有實驗結果數據采用SPSS 19.0和Excel 2007進行數據統計分析,實驗重復三次。

2 結果與討論

2.1 苦苦菜發酵過程中氨基酸種類及含量的變化

圖1為氨基酸標樣在實驗條件下和苦苦菜水解樣品的色譜圖(游離略去),18種氨基酸具有較高的分離度。

圖1 氨基酸對照品(A)和苦苦菜水解樣品(B)的色譜圖Fig.1 Chromatogram of standard amino acids(A) and hydrolyzed samples(B)of dandelion

表1 苦苦菜腌制過程中氨基酸含量的變化(%)Table 1 Changes of amino acids contents during dandelion pickling(%)

注:*為必需氨基酸。右上角小寫字母表示同一氨基酸,不同發酵天數下其含量的差異性比較。p≤0.01影響極顯著；0.01

由表1可知,氨基酸在苦苦菜中不僅含量高,種類也很多,一共得到17種氨基酸,隨著發酵時間的延長,苦苦菜氨基酸含量發生了顯著的變化。整個腌制過程中,苦苦菜中水解氨基酸總量平均為14.96%,并且包含了人體所必需的七種氨基酸(蛋氨酸、賴氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸),必需氨基酸的總量平均為6.31%,發酵各時期,其在水解氨基酸總量中所占比例均在42%左右,達到了FAO/WHO(1973)提出的理想蛋白質模式,并且苦苦菜中各種氨基酸含量普遍高于文獻[6]給出的8種常用蔬菜的各種氨基酸含量。

發酵初期(0～3d),苦苦菜中的氨基酸含量較高,隨著發酵的進行逐漸減少,這是因為發酵剛開始時,主要是苦苦菜上存在的乳酸菌和其他自然厭氧菌群開始增殖,這些菌群分解苦苦菜蛋白質來合成自身蛋白質和酶系,同時將一部分菜中的非蛋白氮轉化為蛋白氮。發酵3～10d,乳酸菌大量繁殖,乳酸等代謝產物大量累積,可供發酵的糖類物質迅速減少,整個腌制環境導致一些不抗酸的微生物不能存活,菌體開始自溶水解,氨基酸發生脫氨反應,分解碳架提供能量來彌補可利用糖分的不足,導致發酵中后期苦苦菜中氨基酸總量較0d出現減少的現象。發酵21～28d,苦苦菜中的氨基酸含量又出現了增加,是由于發酵進入后期階段,乳酸菌的大量繁殖,使乳酸含量猛增轉而抑制乳酸菌的生長,而一些耐酸性強的非產酸菌則繼續分解菜中的有機酸,pH回升,使初期受到抑制的微生物又開始生長,繼續進行蛋白質的分解、合成和轉化。

必需氨基酸總含量(B)的變化與總氨基酸含量(A)的變化趨勢一致,但B/A隨著發酵的進行而降低。這是因為隨著發酵時間的延長,可提供給微生物發酵菌群利用的糖分減少,合成必需氨基酸碳架所需的還原型輔酶很難再生成,而且必需氨基酸大多是疏水性的,其碳骨架的氧化程度也比非必需氨基酸的低[7-8],所以必需氨基酸降解了之后就難以再合成。

2.2 苦苦菜中氨基酸營養價值分析

氨基酸在食物中多以蛋白質的形式存在,苦苦菜經水解處理后其中的蛋白質轉變成氨基酸,得到的水解氨基酸種類與含量真實地反映了苦苦菜的營養價值。現代營養學理論認為,食物蛋白質的氨基酸組成與人體蛋白質的組成越接近,為人體消化吸收時,其營養價值越高[9]。將苦苦菜發酵各個時期中所含必需氨基酸占氨基酸總量的比例對照氨基酸模式譜,并計算各組人體必需氨基酸的氨基酸比值(RAA)、氨基酸比值系數(RC)和比值系數分(SRC),結果見表3。

表2 不同發酵時期苦苦菜中各必需氨基酸占總氨基酸比例Table 2 Percentage of each essential amino acid in total amino acids at different fermentation times

表3 苦苦菜不同發酵時期中氨基酸的比值系數分分析Table 3 SRC analysis results of amino acids in dandelion at different fermentation times

從表3中計算結果可以看出,Thr的含量在苦苦菜發酵各時期基本都符合氨基酸模式譜的要求；Val含量在發酵0、3、7d基本符合氨基酸模式譜的要求,之后氨基酸的含量過剩；Met+Cys含量在發酵3d基本符合氨基酸模式譜的要求,7d含量略不足,0d和14d之后氨基酸的含量偏低,為0、14、21、28、35d的第一限制性氨基酸；Ile的含量在發酵各時期均略不足,Ile為苦苦菜發酵3d和7d的第一限制性氨基酸；Leu在發酵各時期都基本符合氨基酸模式譜的要求；Phe+Tyr氨基酸的含量在發酵各時期均過剩；Lys含量在發酵0d和3d基本符合氨基酸模式譜的要求,之后氨基酸的含量過剩。

比值系數分(SRC)描述了食品中各種人體所需氨基酸偏離氨基酸模式譜的離散度,SRC越大表明食物蛋白質的氨基酸組成與氨基酸模式更一致。苦苦菜腌制發酵0、3、7、14、21、28、35d中人體所需氨基酸的比值系數分分別為72.59、81.98、79.44、73.71、71.74、70.32、68.38,表明主發酵期的苦苦菜營養價值最好；發酵3d的SRC雖然很高,但蔬菜腌制初期會產生亞硝酸鹽,不宜食用；0d和14d以后苦苦菜中Met+Cys含量缺乏,影響了其整體的營養價值。

2.3 苦苦菜中呈味氨基酸隨發酵時間的變化

食物中所含氨基酸由兩部分組成:游離氨基酸和非游離氨基酸。對食品的滋味貢獻大的是游離氨基酸,因此研究氨基酸對食品滋味的影響時,測定游離氨基酸的組成與含量非常必要。氨基酸在結構上側鏈基團的不同影響了氨基酸的口味感官。D-型氨基酸大多以甜味為主；L-型氨基酸中,當側基較大并帶堿基時,通常以苦味為主；當側基很小時,一般為甜感占優勢,當側基帶有芳香基團時,通常具有香味[10]。按照氨基酸的味覺強度,可以大致把氨基酸分為甜味氨基酸(Ser、Thr、Gly、Ala、His、Pro)、苦味氨基酸(Leu、Val、Arg、Ile、Trp、Met)、鮮味氨基酸(Glu、Asp、Lys)、芳香族氨基酸(Tyr、Cys、Phe)[11]。將苦苦菜腌制發酵各個時期中的游離氨基酸按呈味氨基酸劃分,得到呈味氨基酸隨發酵時間的變化(見圖2)。

圖2 苦苦菜中呈味氨基酸隨發酵時間的變化Fig.2 Flavor amino acids in dandelion change along with the fermentation time

圖2表明,在苦苦菜的整個發酵過程中,甜味、苦味、鮮味氨基酸含量的變化趨勢基本一致,都呈現出先減少后增加再減少的變化,芳香族氨基酸的含量約為其他呈味氨基酸的1/3左右,且發酵各時期含量變化不大,只出現小幅度的增減。除芳香族氨基酸外,甜味、苦味、鮮味的氨基酸含量的變化為:發酵中期含量減少,發酵中后期含量增加,發酵末期含量減少,并均在發酵中后期20d左右含量達到最高值。按發酵各個時期看各呈味氨基酸含量的變化,發酵14d之前,苦苦菜中以苦味氨基酸居多,14d以后甜味和鮮味氨基酸含量更高些,苦味氨基酸含量相對較低,這與感官評定中苦苦菜發酵到中后期菜的苦味、酸味、咸味均衡度更好基本一致。

各氨基酸含量的增加與苦苦菜在腌制過程中,菜中的蛋白質會被蛋白酶降解形成氨基酸,形成的氨基酸滲透進入發酵液中有關,但有些氨基酸會被乳酸菌及其他微生物生長繁殖利用,所以又引起苦苦菜中氨基酸含量的下降,如乳酸菌中短乳桿菌和發酵乳桿菌代謝氨基酸能力強,可以利用精氨酸(Arg)、絲氨酸(Ser)、谷氨酸(Glu)、天門冬氨酸(Asp)和支鏈氨基酸[12]。各種呈味氨基酸含量的增減也與苦苦菜原料本身所含可溶性蛋白質的含量及種類都有關系,苦苦菜的風味是各種呈味氨基酸與其它呈味物質(如糖、醛、酯、醇、有機酸、單寧、金屬離子和色素等)各種組分按一定比例,通過拮抗效應或協同效應或掩蓋作用[13]等作用下共同產生的結果。

3 結論

苦苦菜中含有人體必需的所有氨基酸,各種氨基酸含量普遍高于8種常用蔬菜的各種氨基酸含量,并且谷氨酸、天冬氨酸和亮氨酸的相對含量較高,發酵各個時期苦苦菜中的必需氨基酸含量也很高,總含量均在總量的42%左右。與氨基酸模式譜相比較時,主發酵期的苦苦菜營養價值最好,SRC達到近80。0d和14d以后苦苦菜中Met+Cys含量缺乏,影響了其整體的營養價值。將苦苦菜發酵各個時期中的游離氨基酸按呈味氨基酸劃分,得到各呈味氨基酸含量隨發酵時間的變化基本為發酵中期含量減少,發酵中后期含量增加,發酵末期含量減少,主發酵期苦味氨基酸含量相對甜味、鮮味氨基酸減少,菜食用起來味道均衡感也最好。本研究主要以苦苦菜在腌制發酵過程中氨基酸的含量與組成討論了其對苦苦菜各發酵時期的營養價值與口感的影響,苦苦菜中富含的維生素、礦物質、其它呈味物質等有效成分均會影響苦苦菜的營養價值與整體口

感,此問題有待進一步研究。

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Effect of amino acid composition and content on the nutritional valueand flavor ofDandelionduring the fermentation process

ZHANG Ting1,YANG Bo2,LUO Rui-ming1,*,ZHANG Wei-wei1,LIU Yang1,WANG Wei1

(1.College of Agricultural,Ningxia University,Yinchuan 750021,China;2. College of Life Science,Ningxia University,Yinchuan 750021,China)

The contents of hydrolytic amino acid and free amino acid ofdandelionduring the fermentation process were determined by automatic amino acid analyzer.Dandelioncontains 18 kinds of amino acids,the percentage of human essential amino acid content of the total amino acid in each period of fermentation is up to 42%. The results showed thatdandelionis a kind of high nutrient plant. Among human essential amino acids,the contents of Met and Cys are insufficient,which affect their nutritional value respectively. Finally,the flavor ofdandelionwas studied by the each flavor class amino acid in the free amino acid. Results showed that the content of bitter amino acids(Leu,Val,Arg,Ile,Trp,Met)was higher than others in the early fermentation process. In the main fermentation stage the contents of sweet amino acids(Ser,Thr,Gly,Ala,His,Pro)and umami amino acids(Glu,Asp,Lys)increased and were higher than the bitter in the late stage. Throughout the fermentation process,the content of aromatic amino acids(Tyr,Cys,Phe)changed a little. Dandelion’s taste quality of 7～20d was the best.

Dandelion’s fermentation;amino acid;nutritional value;flavor

2014-05-19

張婷(1990-)，女，在讀碩士，研究方向：食品生物技術。

*通訊作者:羅瑞明(1964-)，男，博士，教授，研究方向：畜產品貯藏與加工，食品生物技術。

寧夏回族自治區科技支撐計劃項目(2012zyn102)。

TS255.5

A

1002-0306(2015)03-0367-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.03.071