蟹味菇和白玉菇的蛋白質及氨基酸營養評價與分析

吳瑩瑩,鮑大鵬,李 燕,李金鑫,王 瑩,周陳力,曹 娜,高利慧,陳洪雨

(1 上海市農業科學院食用菌研究所,國家食用菌工程技術研究中心,農業農村部南方食用菌資源利用重點實驗室,上海201403;2 上海海洋大學食品學院,上海201306;3 上海豐科生物科技股份有限公司,上海201401)

蟹味菇和白玉菇的學名都是斑玉蕈(Hypsizigus marmoreus),為該食用真菌商業化栽培后的不同品系。斑玉蕈又名玉蕈、真姬菇,是我國市場發展較快的新型食用真菌之一,2018年產量達30 萬t,在我國工廠化栽培食用真菌生產總量中排名第三。斑玉蕈的野生資源分布于歐洲、北美各國和日本,以及中國的吉林、云南等地[1-2],我國企業目前生產使用的菌種主要為從日本引入的菌種或在其基礎上進一步雜交選育而成的菌種。斑玉蕈的褐色品系以蟹味菇為商品名,白色品系則命名為白玉菇和海鮮菇[1,3]。斑玉蕈因外形美觀、質地脆嫩爽滑、具有獨特的海鮮味且價格實惠而受到消費者喜愛。近年研究發現,斑玉蕈中所含的小分子化合物、多糖和短肽等成分具有溶血活性[4-5]、抗氧化活性[6]、抑制白血病[7-8]和淋巴瘤細胞活性[9]、降脂活性[10]及抗炎、抗氧化功能[11]。因此,斑玉蕈是一種經濟價值很高的食藥兼用菌。

目前,關于斑玉蕈氨基酸和蛋白質營養特征的系統剖析相關研究較少。李淑榮等[12]對海鮮菇的蓋、柄、根、幼菇及殘菇的水解氨基酸和游離氨基酸的組成分別進行了分析,發現樣品中氨基酸含量豐富,水提法得到的游離氨基酸含量是酸提法的6 倍[13];王中華等[14]研究表明,真姬菇中總游離氨基酸和必需氨基酸的含量明顯高于杏鮑菇和金針菇。但上述研究未對蛋白質營養價值展開全面系統的評價,且未見不同顏色斑玉蕈品系產品蛋白品質的比較分析。主成分分析(Principle component analysis,PCA)是一種數據降維手段,可將多個參數正交變換為綜合的主評價指標(主成分),在營養學中可用于評估氨基酸的綜合品質[15-16],曾被用于禽蛋[17]和乳品[18]等動物蛋白質,以及食用真菌竹蓀[19]的氨基酸分析。食物中必需氨基酸(Indispensable amino acid,IAA)的分布與人體需求的契合度是蛋白質品質評價的重要內容,其評估方法是依據氨基酸平衡模式譜,通過氨基酸評分等參數來分析IAA 的供需平衡[20-21]。國際食品營養學權威機構——世界衛生組織∕聯合國糧農組織∕聯合國大學(World Health Organization∕Food and Agricultural Organization∕United Nation University,WHO∕FAO∕UNU)和美國科學院醫學研究所(Institute of Medicine,IOM)基于生物利用率、人群適應性和食物矩陣等臨床營養數據的不斷完善,近年來對氨基酸平衡模式譜和蛋白質評價方法進行了大量更新[20,22-23]。目前,在國內用新模式譜進行食用菌氨基酸的系統性參數評估報道較少[23]。

本研究選取6個企業的上海市售工廠化栽培的12個斑玉蕈樣品,采用PCA 提取IAA 的主成分參數,比較樣品的IAA 綜合特征;并基于國際新版模式譜,對其蛋白質營養價值進行氨基酸評分、IOM 模式評分、化學評分、氨基酸比值系數和必需氨基酸指數等多個參數的系統性評價,旨在為消費者的日常膳食搭配提供科學指導,并為進一步打開斑玉蕈的消費市場和提高企業產能,進而促進斑玉蕈工廠化產業發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與儀器

斑玉蕈樣品統一收集自上海市江橋批發市場,12個樣品分別產自上海及江蘇的6 家工廠化栽培企業(為避免涉及商業利益,此處匿去企業名)。其中褐色品系的蟹味菇樣品編號為A1—A6,白色品系的白玉菇樣品編號為B1—B6。

硫酸、鹽酸、硼酸、檸檬酸、氫氧化鋰、氫氧化鈉、硫酸銅、硫酸鉀、檸檬酸鈉和氯化鈉均為分析純,為上海國藥集團化學試劑有限公司產品;茚三酮為日本日立集團產品。

DHG-9246A 型電熱恒溫鼓風干燥箱(上海精宏實驗設備有限公司);Scientz-48 型樣品研磨機(寧波新芝生物科技股份有限公司);FB224 型自動內校電子分析天平(上海舜宇恒平科學儀器有限公司);Kjeltec 8400 型全自動凱氏定氮儀(丹麥FOSS 公司);835-50 型氨基酸自動分析儀(日本日立集團)。

1.2 試驗方法

1.2.1 取樣及樣品預處理

采集鮮樣后,從每個樣品中選擇無變質、無損傷、成熟度相近的5 朵成簇生長的成熟子實體,由內至外隨機分離可食部位約500 g,剪碎,稱取50 g。將樣品置于研磨管中,在液氮中浸漬后,用研磨機粉碎60 s,并充分混合。

1.2.2 水分的測定

參照國家標準GB 5009.3—2016[24]的直接干燥法,用電子天平稱取5—10 g 經過預處理的12個斑玉蕈樣品(精確至0.0001 g),在105 ℃干燥箱中干燥至恒重,計算水分含量。

1.2.3 粗蛋白的測定

參照國家標準GB 5009.5—2016[25]的自動凱氏定氮法,用電子天平隨機稱取2—5 g 經過預處理的12個斑玉蕈樣品(精確至0.001 g),在消化爐中完成消化后,使用Kjeltec 8400 型全自動凱氏定氮儀測定氮含量,并換算為蛋白質含量。

1.2.4 氨基酸的測定

參照國家標準GB∕T 18246—2000 的堿水解法[26]、GB∕T 15399—94 的過氧化酸氧化法[27]和GB 5009.124—2016的酸水解法[28],使用835-50 型氨基酸自動分析儀,分別測定12個斑玉蕈樣品的Trp、Cys 和其他16 種常見氨基酸(Ala、Arg、Asp、Glu、Gly、His、Ile、Leu、Lys、Met、Phe、Pro、Ser、Thr、Tyr 和Val)的含量。

1.2.5 統計與分析

每個樣品在相同前處理及儀器參數條件下進行3 次平行測定,取均值,采用SPSS 22.0 軟件對18 種氨基酸進行主成分分析。主成分分析時,先將數據集標準化,然后通過因子分析進行降維處理,抽取主成分(PC)及向量特征貢獻值。采用Sigma Plot 11.0 軟件繪制結果圖。

1.2.6 蛋白質營養價值評估

氨基酸評分(Amino acid score,AAS)依據WHO∕FAO∕UNU 聯合發布的模式譜[29]計算;蛋白質消化率校正氨基酸得分(Protein digestibility corrected amino acid score,PDCAAS)依據WHO∕FAO∕UNU 推薦的方法[20]計算;氨基酸比值系數(Ratio coefficient,RC)及比值系數分(Score of RC,SRC)采用朱圣陶等[30]提出的方法計算;IOM 模式評分(IOMS)參照IOM 的指南[31]計算;化學評分(Chemical score,CS)采用Seligson等[32]的方法,以全雞蛋蛋白質為參比蛋白[33]計算;必需氨基酸指數(Essential amino acid index,EAAI)依據Oser[34]提出的方法計算。

2 結果與分析

2.1 粗蛋白含量測定結果

經檢測,12個斑玉蕈樣品中粗蛋白在干質量(DW)中的含量為181.50—243.79 mg∕g DW(表1),平均粗蛋白含量為215.47 mg∕g DW。其中蟹味菇樣品的平均粗蛋白含量為224.17 mg∕g DW,高于白玉菇樣品的均值206.17 mg∕g DW。各樣品中粗蛋白含量存在差異,含量最高的蟹味菇A2 樣品比含量最低的白玉菇B1 樣品高62.29 mg∕g DW。

2.2 氨基酸組成及含量測定結果

經檢測,12個斑玉蕈樣品中均含有18 種常見氨基酸(表1),其中含量最高的為谷氨酸;包括8 種IAA,含量最高的IAA 為甲硫氨酸(Met)。所有樣品的平均總氨基酸(Total amino acids,TAA)含量為132.35 mg∕g DW,蟹味菇樣品的平均TAA 含量(139.84 mg∕g DW)略高于白玉菇的平均TAA 含量(123.38 mg∕g DW)。各斑玉蕈樣品中,IAA∕TAA 含量比為36.74%—45.95%,均值41.69%,高于FAO∕WHO∕UNU 提出理想蛋白模式(IAA∕TAA ≥40%),表明斑玉蕈蛋白質可提供豐富的IAA。

2.3 18 種常見氨基酸的主成分分析

對12個斑玉蕈樣品的18 種常見氨基酸含量標準化后的數據集進行主成分分析(PCA),按起始特征值大于1 的原則抽取主成分(表2)。PCA 綜合性地區分了各個樣品,抽取出的4個主成分共解釋了90.016%的樣品差異。

表1 斑玉蕈的氨基酸組成Table 1 Amino acid composition of Hypsizigus marmoreus mg·g -1 DW

表2 斑玉蕈氨基酸的PCA 解釋方差Table 2 PCA explained variance of Hypsizigus marmoreus amino acids

依據載荷表,以載荷絕對值大于0.75(正向或負向載荷超過75%)來確定各主成分(PC)的決定性因子,結果表明:PC1 由Lys、 Leu、 Ile、 Phe 和Asp 5 種氨基酸決定,PC2 由Thr、Val、 Gly、 Ala 和Arg 5 種氨基酸決定,PC3 由Met 和His 2 種氨基酸決定,PC4 由Cys 單個氨基酸決定(表3)。

表3 斑玉蕈氨基酸的PCA 載荷Table 3 PCA loading of Hypsizigus marmoreus amino acids

進一步由元件評分系數矩陣計算發現,樣品存在PC 得分差異,其中蟹味菇樣品在PC2 的平均得分高于白玉菇。A5 和A4 在PC1 的得分較高,A1 和B1(來自1 號企業)在PC3 的得分較高,A6 和B6(來自6號企業)在PC4 的得分較高。

表4 斑玉蕈氨基酸的PCA 得分Table 4 PCA scores of Hypsizigus marmoreus amino acids

2.4 蛋白質營養價值評價

2.4.1 蛋白質中的必需氨基酸分布

參照WHO 和IOM 列出的IAA 當量[29,31],以氨基酸總量記為蛋白質含量,計算得到斑玉蕈蛋白質中的總IAA 含量為436.18—533.00 mg∕g pro(表5),存在企業間差異性,但均超過參考氨基酸平衡模式譜中所需求的總IAA 含量,是IAA 充足的優質蛋白源。IAA 中,含量最高的是含硫氨基酸當量(甲硫氨酸+半胱氨酸)。除蘇氨酸和含硫氨基酸外,斑玉蕈蛋白中其他IAA 水平低于雞蛋蛋白。

表5 斑玉蕈蛋白質的必需氨基酸分布Table 5 IAA distribution of Hypsizigus marmoreus proteins mg·g -1 pro

2.4.2 蛋白質的氨基酸評分和消化率校正氨基酸得分

AAS 是基于受試蛋白質中IAA 分布與模式譜推薦值的接近程度分析蛋白質營養價值的方法。參照WHO∕FAO∕UNU 模式譜,采用AAS 模型對斑玉蕈蛋白中的IAA 進行評分(表6)。結果表明,12個樣品中IAA 的AAS 均達到了模式譜要求(100),說明斑玉蕈蛋白所含IAA 充足。各樣品中AAS 得分最高的IAA均為Met+Cys,12個樣品的Met+Cys 平均含量為模式譜推薦值的3.95 倍,表明斑玉蕈蛋白具有提供豐富含硫氨基酸的優勢。AAS 模型同時反映出各個IAA 的AAS 存在樣品間差異性,其中5個樣品(A1、B1、A4、A5、B5)得分最低的IAA 為纈氨酸,其他7 種樣品AAS 得分最低的IAA 為亮氨酸(A6 樣品為亮氨酸和異亮氨酸)。

依據AAS 結果,以蛋白質中相對不足的IAA 當量乘以消化率系數(食用菌的消化率系數為73%)[36]計算消化率校正氨基酸得分(PDCAAS),得到12個樣品的PDCAAS 在79.03—95.40,平均值為86.92 (表6),高于此前報道的糙皮側耳、沙漠松露、金針菇和杏鮑菇等食用菌[23,37-40]。

表6 斑玉蕈蛋白質的氨基酸評分Table 6 Amino acid scores of Hypsizigus marmoreus proteins

2.4.3 氨基酸比值系數和比值系數分

基于2.4.2 中得到的AAS,采用氨基酸比值系數(RC)對IAA 的相對平衡性進行分析(表7)。結果發現,斑玉蕈蛋白質中各IAA 的RC 平均值為0.63—2.02。其中, Phe+Tyr、His、Trp 和Thr 的RC 平均值接近于1,相對較貼近模式譜要求;而Met+Cys 和Leu 的RC 平均值則分別為正向和負向偏離平衡譜最遠。進一步計算氨基酸比值系數分(SRC),通過RC 離散程度來評估蛋白質中IAA 與模式譜貼合的整體情況,得到斑玉蕈蛋白質的SRC 為47.52—63.68,12個樣品的均值為55.74,整體略高于灰褐牛肝菌(50.05)[41],低于香菇(66.29)、秀珍菇(76.48—89.13)、平菇(78.78)[42]和金針菇(77.80)[37]。

表7 斑玉蕈蛋白質的氨基酸比值系數Table 7 Amino acid ratio coefficients of Hypsizigus marmoreus proteins

2.4.4 IOM 模式評分

根據美國科學院醫學研究所提出的IOM 氨基酸平衡模式譜[31],計算得到12個斑玉蕈樣品中各IAA得分均超過100(表8),符合IOM 模式譜的標準,說明斑玉蕈作為一種完全蛋白來源,可提供充足比例的、滿足人類需求的必需氨基酸。

表8 斑玉蕈蛋白質的IOM 模式評分Table 8 IOM model scores of Hypsizigus marmoreus proteins

2.4.5 化學評分和必需氨基酸指數

以全雞蛋蛋白質[33]作為參照,對斑玉蕈蛋白質進行了化學評分(CS)。測得各樣品IAA 的平均CS 在68.32—152.42(表9),其中Met+Cys 和Thr 的CS 超過100,賴氨酸的CS 接近100,表明斑玉蕈蛋白質中上述幾種IAA 的含量超過或接近雞蛋;其他幾種IAA 的CS 均低于100,表明斑玉蕈蛋白質中這些IAA 的供應量和平衡性均不如雞蛋蛋白質。

必需氨基酸指數(EAAI)與100 的接近程度可反映樣品蛋白質與高價參比蛋白質(雞蛋蛋白質)的相對營養價值。在化學評分的基礎上計算EAAI,得到所測斑玉蕈樣品的EAAI 在77.53—100.76,平均值為90.46(表9)。其中6個蟹味菇樣品的平均EAAI 為88.10,6個白玉菇樣品的平均EAAI 為92.18。斑玉蕈的EAAI 與筆者之前通過同樣方法計算得到的金針菇EAAI(90.62—96.08)近似;與杏鮑菇的EAAI(113.89—142.89)相比,更接近參考值100。上述結果表明:斑玉蕈蛋白質的IAA 平衡性雖然不如雞蛋蛋白質,但因其含有優勢氨基酸(如Met+Cys 和Thr)而取得了較理想的EAAI 值,可作為優良的蛋白質來源。

表9 斑玉蕈蛋白質的化學評分Table 9 Chemical scores of Hypsizigus marmoreus proteins

3 討論

本研究測得12個市售斑玉蕈樣品的粗蛋白平均含量為215.47 mg∕g DW,說明斑玉蕈是一種豐富的膳食蛋白來源。所測樣品的蛋白質中總IAA 平均含量為129.30 mg∕g DW,占總氨基酸的40.20%,與已報道的人工栽培食用菌金針菇(42.15%—45.62%)、杏鮑菇(46.4%—49.5%)[43]、野生食用菌亞東黑耳(38.29%)[23]和灰褐牛肝菌(38%)[41]相當,高于小米和花生等糧食或經濟作物[44-45],是能夠提供充足IAA 的蛋白質。多種參數模型分析結果表明,斑玉蕈蛋白質中含量最豐富的IAA 是含硫氨基酸(Met +Cys)。Met 作為最主要的甲基供體,是大多數真核生物蛋白質合成的起始氨基酸;半胱氨酸則通過形成二硫鍵,在維持蛋白質結構和蛋白質折疊途徑中發揮關鍵作用;缺乏含硫氨基酸會導致機體代謝紊亂,肝臟組織和心肌受損[46]。日常膳食中,含硫氨基酸在豆類、蔬菜和水果等植物蛋白中含量相對較低[33,46],將斑玉蕈與上述食物共同食用,可很好地提升人體攝入膳食蛋白的IAA 平衡性。

斑玉蕈的白色品系是褐色品系的白色突變種,白玉菇、海鮮菇由于外觀潔白如玉受到消費者喜愛,在我國的銷量遠高于蟹味菇。食用菌顏色的變異來源于次級代謝產物的生物合成途徑發生改變,生物體的代謝網絡也會受到影響,從而引起外觀、營養和生理等方面的變化。常見食用菌中還有一些野生型的白色變異品種被用于大量生產,如雙孢蘑菇是棕色蘑菇的白色變種。楊紅澎等[47]發現,雙孢蘑菇子實體中總氨基酸含量高于棕色蘑菇。斑玉蕈的白色品系與褐色品系相比,具有栽培周期長、抗病性差和產量低等特點,二者的氨基酸特征比較未見報道。本研究發現,蟹味菇的平均總氨基酸含量高于白玉菇。進一步運用PCA 方法比較各斑玉蕈樣品的IAA 特征,從6個樣品中提取出2個PC,發現蟹味菇在PC2(由纈氨酸和蘇氨酸組成)的得分高于白玉菇,說明不同顏色品系的斑玉蕈在氨基酸含量和分布特征方面均存在一定差異。

綜上所述,本研究采用PCA 方法分析了蟹味菇和白玉菇兩個不同顏色品系的市售斑玉蕈的氨基酸分布特征,并結合WHO∕FAO∕UNU 和IOM 的新版模式譜進行了蛋白營養評價,發現斑玉蕈蛋白質含量較高,氨基酸配比較為均衡,滿足多種國際權威氨基酸平衡模式譜的要求,是一種能夠為人體提供充足IAA 的優良蛋白質來源。蟹味菇和白玉菇的氨基酸營養均衡性相當,二者的氨基酸分布差異可通過PCA 結果顯示。與其他已報道的食用菌類似,斑玉蕈蛋白質中含硫氨基酸含量豐富,亮氨酸相對缺乏,可作為輔助食材與乳制品、豆類和蔬果等其他食物進行搭配,以促進人體對氨基酸的平衡攝取。本研究建立的蛋白質品質評價體系可用于其他食用菌的營養分析,研究結果進一步證明“一葷一素一菇”具有理論基礎,可為消費者日常膳食搭配提供科學指導。