西南地區大豆品種的蛋白質營養價值評價

石貴陽， 闞 沖， 陳 竹， 王晶琴， 楊松花， 何 進， 何騰兵

(貴州大學農學院， 貴陽 550025)

大豆[Glycinemax(Linn.)Merr.]營養豐富，易被人體吸收。大豆不僅是優質蛋白質來源，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，具有極高的開發價值[2]。中國居民膳食指南建議每人每天攝入30～50 g大豆[3]，美國農業部在2020—2025年美國居民膳食指南中指出，大豆是能滿足營養需求、促進健康并減少慢性疾病風險的健康食品[4]。

大豆富含9種人體必需氨基酸，屬于全價植物蛋白。大豆中賴氨酸的含量極高，缺少賴氨酸會導致蛋白質代謝障礙，而大米、小麥等主糧中的賴氨酸含量極低，因此大豆是與谷類互補的天然理想食品[5]。氨基酸組成決定食品蛋白質的營養價值，客觀地評價食品的氨基酸非常重要。聯合國糧食與農業組織和世界衛生組織提出的必需氨基酸指數(Essential amino acid index,EAAI)，氨基酸比值系數分(score of ratio coefficient of amino acid,SRCAA)為合理評價蛋白質營養價值提供了理論依據[6]。主成分分析(principal component analysis,PCA)能反映原始變量大部分信息，且所含信息相互獨立，被廣泛應用于農產品品質綜合評價和指標篩選。盧冉等[7]、黃小蘭等[8]和陳婷婷等[9]利用PCA分別對杏仁、地參和花生種質的品質性狀進行綜合分析，并通過聚類分析將多個種質進行歸類，提高了評價工作效率。

對大豆氨基酸的研究主要針對東北[10-12]、西北[13]和東部沿海[14]的種質，而且多限于氨基酸含量的測定，關于氨基酸營養評價的研究很少。大豆是一種品種適應范圍窄的作物，跨區域引種難度大[15]。西南地區是我國四大大豆產區之一，目前還缺乏該地區大豆品種氨基酸評價的研究。本研究通過對西南地區30個大豆種質的18種氨基酸進行含量分析和營養價值評價，分析其藥用氨基酸組分，并使用主成分分析和聚類分析評價和挑選出氨基酸含量豐富且均衡的優質品種，為西南產區優質大豆的篩選及藥食同源產品開發提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗設計

以西南地區主栽的30個大豆品種為試驗材料，由貴州省農業科學院和貴州大學農學院何進老師提供。試驗地位于貴州省石阡縣花橋鄉北坪村(東經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。土壤基本理化性質如下：pH值6.02，有機質含量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。

采用當地推薦施用量，每公頃施氮(N)50 kg，磷(P2O5)35 kg，鉀(K2O)40 kg作為底肥。試驗采取隨機區組設計，3次重復，小區面積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2.4萬株·hm-2。2019年4月15日播種，手工清理田間雜草，分小區單獨收獲后人工去莢，風干后裝袋，-20 ℃保存待測。

1.2 氨基酸的測定與營養價值評價

使用多功能近紅外分析儀(NIRS DS 2500，FOSS，瑞典)測定大豆籽粒中蛋白質和各種氨基酸含量。大豆氨基酸評價采用朱圣陶的氨基酸比值(Ratio of amino acid,RAA)和氨基酸比值系數[16]評價法以及Oser[17]的EAAI評價法。

1.3 數據處理

使用WPS軟件進行數據分析，使用SPSS 22.0軟件進行主成分分析和聚類分析。聚類分析時首先將必需氨基酸(Essential amino acid,EAA)含量、總氨基酸(Total amino acid,TAA)含量、EAAI值以及SRC值標準化，之后采用歐氏距離和ward最小方差對30個大豆品種進行分類。

2 結果與分析

2.1 氨基酸組成分析

對30個大豆品種的18種氨基酸含量進行統計分析，EAA及非必需氨基酸(non-essential amino acid,NEAA)統計結果見表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變異系數最大，為21.34%；Tyr變異系數最小，為4.76%。NEAA中，Try變異系數最大，為21.82%；Gly變異系數最小，為3.13%。不同種質大豆籽粒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 氨基酸營養價值分析

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、亮氨酸和賴氨酸含量都高于FAO/WHO標準模式的要求。其中QD 5必需氨基酸總量最高，達396.41 mg·g-1，比FAO/WHO標準模式高13.26%。EAAI最低的品種是HJ 13，有17個品種的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，對大豆籽粒必需氨基酸RC值的分析表明，30個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，大豆氨基酸檢測結果顯示，大豆中藥用氨基酸占TAA含量的66.54%左右。HJ 14藥用氨基酸質量分數最高，達28.79%，占TAA含量的66.20%，質量分數最低的是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種大豆氨基酸營養價值綜合評價

利用PCA對大豆氨基酸進行綜合評價，結果如表5所示，每個主成分在一定程度上反映了一些原始變量的信息，前兩個主成分對應特征值大于1，累計方差貢獻率為95.35%，說明前兩個主成分綜合了30種大豆氨基酸的絕大部分信息，故可選取前兩個主成分作為相互獨立的綜合性變量來代替18種氨基酸數據對不同種大豆的蛋白質進行全面分析。

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，且PC 1的方差貢獻率為90.67%，表明PC 1對大豆蛋白質的綜合評價影響最大，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的負半軸，PC 2的方差貢獻率為4.66%，則PC 2對于大豆蛋白質的綜合評價影響也較高。經主成分分析，18種氨基酸經過正交變換整合兩個主成分因子，其線性方程式為：

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

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

以每個主成分對應的方差相對貢獻率作為權重進行加權求和，建立綜合評價模型：p=0.951 PC 1+0.049 PC 2，計算各品種的綜合得分，結果見表6：

由圖1和表6可見，QD5的Phe、Pro、Lys、Tyr、Leu、Leu和Thr含量在30個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種大豆按照綜合評價由高到低依次是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綜合評價大于0，說明這19個品種大豆綜合質量都高于平均水平。

表6 30份大豆的主成分得分與綜合得分

聚類分析結果表明，30個樣品被分為3類。其中QD 5、QD 11為第1類，此類2個品種的EAA總含量和EAAI都最高，因此相應的蛋白質品質最好，在PCA綜合評價中也取得前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，此類大豆品種的各項指標中等，故該類蛋白質品質次之；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，此類大豆的氨基酸總含量、EAA總含量、EAAI和綜合評價都最低，蛋白質品質一般。

3 討論與結論

氨基酸營養價值評價表明，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]對中國野生大豆以及王偉威等[12]和對東北大豆品種的研究也表明，不同類型大豆均以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]，與本研究結果相近。但與東北地區大豆品種相比[10]，西南地區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大豆種質、提高蛋白質含量和品質的重要目標。另外，西南地區大豆多用于生產豆制品，可以在生產環節補充Met和Cys，提高豆制品氨基酸營養價值。

對30種西南地區大豆樣品中EAA總量的分析表明，除HJ 13低于FAO/WHO標準模式外(表2)，其余品種均高于FAO/WHO標準模式，其中QD 5最高，達396.41 mg·g-1Pro，比FAO/WHO標準模式高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、調節蛋白質代謝等功效[21]。大豆中藥用氨基酸質量分數為66%左右，低于竹蓀[22](77.63%)和地參[8](71%)，與石斛[23](63.79%)相當，高于枸杞[24](60%)。藥用氨基酸中Glu含量最高(表1)。Glu與免疫系統的發育密切相關[25]。另外，新生兒的身高與母乳中Glu的含量成正比。總的來說，西南地區大豆具有較好的藥用價值，可開發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綜合評價中得到最高的評分(表6)，聚類分析將其列為第一類(圖2)，因此QD 5和QD 11是本研究中篩選到的氨基酸綜合評價最高的品種。QD 5和QD 11都是貴州省農科院針對西南地區低溫多雨氣候選育的高產品種。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]、土壤和農藝措施[20,29-30]有關，在后續的研究中應進一步設計實驗，明確環境因素對QD 5和QD 11氨基酸營養價值的影響，為大豆種質評價和改良提供更多依據。