不同采收期鮮食玉米氨基酸變化分析

牛麗影，劉春菊，李大婧，宋江峰，劉春泉

(江蘇省農業科學院 農產品加工研究所，江蘇 南京，210014)

我國鮮食玉米經過幾十年的選育工作，品種已達數百個，并且類型多樣[1]，適宜鮮食的玉米根據胚乳特點劃分主要有甜玉米和糯玉米[2]。鮮食玉米相比常規玉米，多具有水潤、甜嫩、青香等特點，或糯或脆，廣受消費者喜愛。鮮食玉米往往比常規玉米具有更多的可溶性糖含量和甜味[3-4]，氨基酸作為重要的營養風味指標也得到廣泛的關注，不同類型及品種的鮮食玉米氨基酸含量存在顯著的差異[5-8]。鮮食玉米大多以乳熟中期為適宜的采收時間[9-10]，此時具有豐富的水分和最高的可溶性糖含量，但是鮮食玉米發育過程中可溶性糖與氨基酸的變化趨勢并不一致[5, 11]。另外，玉米作為谷物普遍以賴氨酸為第一限制氨基酸[12]，但部分甜玉米品種的賴氨酸質量分數可以高于0.4%[13-14]，為高賴氨酸類型，營養價值較高。

主成分分析法(principal component analysis, PCA)，是將多個變量通過線性變換為具有代表性的少數幾個變量，從而更加簡單的反映不同樣品間差異的一種多元統計分析方法[15]。被廣泛應用于產地[16]、品種[17]、貯藏[18]、加工[19]等因素導致的變化和差異，并可通過指標和樣品在主成分二維或三維圖中的聚集和分散，簡潔直觀地展示樣品及指標間的相關性及變化差異關系[15-19]。

在鮮食玉米生產中受氣候影響以及個體發育速度的差異，會存在部分鮮食品質欠佳(或早或晚于適采期)的玉米個體。本研究對分屬于甜玉米、糯玉米、常規玉米的3個品種玉米在乳熟初期至蠟熟期進行3次采收，對氨基酸的組成和含量變化進行了比較和探討，并通過相關性分析和主成分分析研究了不同類型玉米隨采收期延遲氨基酸含量變化的共性與特性，最后采用化學評分法對樣品氨基酸營養特點進行了分析，為從氨基酸角度對鮮食玉米的利用提供了參考。

1 材料與方法

1.1 材料

甜玉米(晶甜5號)、糯玉米(京甜紫花糯2號)及常規玉米(蘇玉29)采自江蘇省農業科學院六合基地，樣品的采收時間與編號見表1。將新鮮采收的玉米手工分離玉米粒，液氮速凍，然后真空凍干，打粉備用。

表1 鮮食玉米樣品信息Table 1 Information of corn samples

1.2 試驗方法

氨基酸的測定參照GB/T18246—2000方法,采用L-8900日立氨基酸自動分析儀以及鹽酸水解及茚三酮柱后衍生法進行分析測定。

1.3 數據處理

1.3.1 氨基酸含量比較

采用JMP 10.0進行單因素方差分析(Tukey HSD法計算差異顯著性)、多元相關性分析以及主成分分析。

1.3.2 營養價值的評定

以FAO/WHO推薦的必需氨基酸模式作參比，采用比值系數法計算化學評分(CS)[20]。

(1)

CSi為第i種氨基酸的CSi評分值。

2 結果與分析

2.1 三種玉米氨基酸組成與不同采收期含量變化

如表2所示，共檢測出17種氨基酸。樣品中含量最高的氨基酸均為谷氨酸(>10 mg/g)，其次為丙氨酸、亮氨酸和天冬氨酸。S1-3和W1的天冬氨酸含量顯著高于其他樣品，谷氨酸含量則以S3最高。甜玉米中谷氨酸含量隨生長期延長表現出上升趨勢(S1W2>W3)，常規玉米變化不顯著。據報道[21]，鮮食玉米的氨基酸含量以干重計，含量最高的為谷氨酸，但是甜玉米中游離的氨基酸卻是甘氨酸含量最高[22]。天冬氨酸和谷氨酸是重要的鮮味氨基酸，是番茄[23]、蘑菇[24]等果蔬鮮味的特征成分。

表2 鮮食玉米中氨基酸含量比較Table 2 Comparison of amino acids contents in fresh edible corns

注：同行標有不同字母表示差異顯著，P<0.05為差異顯著。

人對鮮味的感知往往基于溶液中游離態的成分，鮮食玉米雖然富含水分，但往往以固態形式食用，是否對鮮味有貢獻仍待分析。絲氨酸與甘氨酸在3種玉米中隨采收期延遲變化趨勢類似，2種氨基酸在甜玉米中的最高值均出現在S3, 在糯玉米和常規玉米中最高值則分別出現在W1和C1中。丙氨酸在3種類型玉米中均為采收越晚，含量越低；半胱氨酸則相反，采收越晚的樣品含量越高。組氨酸、精氨酸、脯氨酸在甜玉米中表現為采收越晚，含量越高，而在糯玉米中則隨采收期延遲呈依次下降趨勢。隨采收期變化氨基酸總量表現為S1≈S2W2>W3，C1≈C3>C2，而對于不同玉米品種，甜玉米>糯玉米>常規玉米的特點與崔彥宏等[25]的報道一致。

對必需氨基酸含量變化進行分析可發現，甜玉米中必需氨基酸總量隨采收期延遲呈上升趨勢(S1W2>W3)，并且是8種氨基酸均表現為下降趨勢。但是，常規玉米總必需氨基酸表現為C1>C2≈C3，其中蛋氨酸、亮氨酸、酪氨酸在3個采收期未表現出顯著差異。從總必需氨基酸在氨基酸中的比例分析，總氨基酸含量最低的C2比值最高，并且大體表現為甜玉米≤糯玉米≤常規玉米，與氨基酸總量的趨勢相反。

2.2 氨基酸含量變化與差異的相關性分析與主成分分析

各樣品氨基酸的相關性分析圖如圖1所示，可以看出相關性陣列中主要為正相關關系(r>0),只有半胱氨酸(Cys)與13種氨基酸表現出負相關關系(蛋氨酸、組氨酸、脯氨酸、亮氨酸除外)。從主成分分析的結果(圖2)看，主成分1解釋了總變量的82.2%，在主成分1上，樣品的排列順序與氨基酸總量由大到小一致，總體表現為甜玉米>糯玉米>常規玉米。除半胱氨酸與丙氨酸外，其他氨基酸的聚集體現了氨基酸之間正相關關系。主成分2解釋總變量的13.2%，在主成分2方向，3種類型的玉米均按照采收期順序排列，半胱氨酸在主成分2上的載荷最高，體現了3種玉米發育中半胱氨酸隨采收期延遲含量增加的共同特征。S1與丙氨酸最為接近則體現了S1丙氨酸含量最高的特點。總體而言，主成分分析的結果可以更為直觀、清晰地顯示樣品和指標的關系。

圖1 17種氨基酸含量的相關性分析Fig.1 Heatmap of correlation analysis based on 17 amino acid contents

A-得分圖；B-載荷圖圖2 9個樣品17種氨基酸的主成分分析圖Fig.2 PCA plots of the 17 amino acids in 9 samples

2.3 蛋白營養價值比較

FAO/WHO/UNU聯合專家委員會人類蛋白和氨基酸營養需求[20]包括組氨酸、色氨酸在內的11種氨基酸，其中蛋氨酸與半胱氨酸之和記為含硫氨基酸，苯丙氨酸與酪氨酸之和記為芳香氨基酸。根據其推薦的成人需求量數據，計算得CS值見表3。所有樣品均以組氨酸的CS值最低，亮氨酸則是唯一高于推薦值(CS>100)的氨基酸，芳香氨基酸CS評分僅次于亮氨酸。據報道，賴氨酸在普通玉米中為第一限制氨基酸，玉米籽粒蛋白質組分中賴氨酸含量在4 mg/g以上的為優質蛋白玉米[26]，而且普通玉米的賴氨酸含量隨灌漿時間延長呈下降趨勢[12]。此研究中的甜玉米S1-3和W1的賴氨酸含量高于4 mg/g，但CS值仍然偏低，并且3種玉米賴氨酸的化學評分均表現為隨采收期的延遲呈下降趨勢。劉鵬[27]的研究認為不同胚乳類型玉米籽粒發育的不同時期籽粒中的第一限制性氨基酸均為賴氨酸，本研究顯示3種胚乳類型的玉米組氨酸為第一限制氨基酸而非賴氨酸，這可能與品種和采收期有關，或者未將組氨酸作為必需氨基酸進行分析。另外，樣品間含硫氨基酸的化學評分差值最大，最低值出現在S1(分值27)，最高值出現在C3(分值70)。對于同一玉米品種，異亮氨酸、蘇氨酸、纈氨酸的CS值在不同采收期變化較小。

表3 不同采收期的3種玉米中必需氨基酸的化學評分Table 3 Chemical scores of the three cultivars at different harvest time

3 討論

在對鮮食玉米氨基酸的組成與變化的報道中，玉米的品種、發育階段范圍、氨基酸的測定方法多有不同，得到的結果也有所不同。研究結果普遍顯示甜玉米中氨基酸含量高于普通玉米[5]，劉鵬[27]研究顯示總氨基酸含量在授粉后20～30 d均表現為普通玉米>糯玉米>甜玉米，在授粉后20 d必需氨基酸比例為糯玉米>普通玉米>甜玉米。另外，不同的氨基酸在玉米成熟過程中積累變化不同，如蛋白態氨基酸和總氨基酸的積累速率與游離氨基酸相反[5]。甜玉米有超甜、普甜、增強型幾個類型，并且品種眾多，但是大多在乳熟初期總氨基酸含量最高，并且以干基水解方法測得含量最高為谷氨酸[6, 11, 21]，游離氨基酸則以丙氨酸含量最高[22]；鮮食期糯玉米則無論是水解氨基酸[8]還是游離氨基酸[28]，谷氨酸均為含量最高的氨基酸。SANDERSON等[29]在對3個品種的甜玉米的研究中發現，授粉15、30、50 d籽粒中丙氨酸含量依次下降，而半胱氨基含量依次上升。本研究中甜玉米在授粉19～34 d也表現出與上述報道[29]相同的變化趨勢。但是，本研究中總氨基酸和必需氨基酸含量表現為甜玉米>糯玉米>普通玉米，3種玉米隨采收期延遲表現出3種變化趨勢，與劉鵬[27]的研究結果不同，玉米的多樣性和發育階段的差異性說明為實現鮮食玉米的充分有效利用，針對特定品種開展相關成分變化研究是有必要的。

PCA是一種轉換向量空間的方法，常用于多樣品多指標的比較，往往可以使主要結果更為簡明和直觀[15]，PC1是對總方差貢獻最大的主成分，本研究結果顯示，糯玉米在PC1上的得分位于常規玉米和甜玉米之間，說明玉米類型上的差異為最主要的差異；而在PC2上的得分3種玉米均按采收期順序排列，說明PC2主要體現了發育程度的差異，半胱氨酸在PC2上的載荷為正值而丙氨酸為負值，體現了這2種氨基酸隨采收期的變化呈相反趨勢的特點，對應相關性分析的數據(圖1)。從必需氨基酸含量來看，必需氨基酸含量變化與總氨基酸含量變化一致，為S>W>C，但是必需氨基酸在總氨基酸中的比例變化則相反，即氨基酸含量最高的甜玉米中必需氨基酸的比例最低(表2)。另外，9個樣品中S1的含硫氨基酸的CS評分最低，賴氨酸的CS評分卻是最高的(表3)。在實際生產中需根據應用目的來選擇合適的玉米類型和采收期，或者通過混合搭配來提高利用效率。

4 結論

對3個玉米品種中17種氨基酸在乳熟期至蠟熟期之間的變化進行了分析比較，結果顯示，(1)不同玉米類型間氨基酸含量上差異顯著，甜玉米的氨基酸總量和必需氨基酸總量均高于糯玉米和常規玉米，但是必需氨基酸在總氨基酸中的比例則以甜玉米最低；(2)3個采收期的3種玉米氨基酸變化差異顯著，但3種玉米隨采收期延遲變化趨勢各不相同，說明了針對性研究的必要性；(3)3種玉米均隨采收期延遲甘氨酸含量下降以及半胱氨酸含量上升，而且半胱氨酸含量最高的最晚采收的常規玉米的CS評分最高；(4)相關性分析色圖和主成分的二維圖譜有助于直觀分析17種氨基酸變化的相關性和玉米樣品的變化和差異性。