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18份薏苡自交系的主要氨基酸及脂肪酸組分評(píng)價(jià)

2021-12-09 16:41:32李祥棟章潔瓊潘虹陸秀娟魏心元
江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021年21期

李祥棟 章潔瓊 潘虹 陸秀娟 魏心元

摘要:為整體把握薏苡遺傳材料主要氨基酸和脂肪酸組分特征,為薏苡的加工利用和品種選育提供遺傳材料,以18份薏苡自交系為試驗(yàn)材料,檢測(cè)其粗蛋白、粗脂肪和17種氨基酸和4種主要脂肪酸組分,采用WHO/FAO氨基酸參考模式為標(biāo)準(zhǔn),分析其氨基酸組成,并利用隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)和優(yōu)異資源篩選。結(jié)果顯示,18份薏苡自交系粗蛋白平均含量為17.72%,總氨基酸平均含量為17.19%;必需氨基酸占總氨基酸含量的35.89%,與非必需氨基酸的比例為55.99%,賴(lài)氨酸為第一限制氨基酸;SRC的變化范圍為65.41~70.54,平均值為68.16,與FAO/WHO標(biāo)準(zhǔn)氨基酸模式相比,纈氨酸(Val)、蛋氨酸和胱氨酸(Met+Cys)與標(biāo)準(zhǔn)模式譜極為相近。18份材料粗脂肪的平均含量為8.29%,且不飽和脂肪酸含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),并篩選出5份綜合性品質(zhì)較優(yōu)的遺傳材料。薏苡總氨基酸和脂肪酸含量相對(duì)較高,必需氨基酸組分和不飽和脂肪酸含量豐富,不同品質(zhì)類(lèi)型的材料可用于專(zhuān)用加工品種的選育及創(chuàng)新利用。

關(guān)鍵詞:氨基酸;脂肪酸;組分評(píng)價(jià);薏苡;隸屬函數(shù)法

中圖分類(lèi)號(hào):S519.01 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A

文章編號(hào):1002-1302(2021)21-0159-06

收稿日期:2021-02-15

基金項(xiàng)目:貴州省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系(編號(hào):黔財(cái)農(nóng)[2019]15號(hào));貴州省農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)資金(編號(hào):黔財(cái)農(nóng)[2020]51號(hào));黔西南州科技計(jì)劃(編號(hào):2020-1-03)。

作者簡(jiǎn)介:李祥棟(1987—),男,山東臨沂人,碩士,高級(jí)農(nóng)藝師,主要從事植物生理學(xué)與分子生物學(xué)研究,E-mail:lixiangdongsiji@163.com;共同第一作者:章潔瓊(1986—),女,貴州都勻人,碩士,高級(jí)農(nóng)藝師,主要從事特色雜糧技術(shù)推廣,E-mail:gzsnjz @126.com。

薏苡是禾本科薏苡屬的一年生或多年生草本植物,不僅富含豐富的營(yíng)養(yǎng)成分,而且還含有多種人體滋養(yǎng)成分,是藥食同源作物的典型代表。現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明,薏苡仁具有促進(jìn)新陳代謝、抗腫瘤、鎮(zhèn)痛、利尿、降血糖、防止皮膚粗糙與美容等功效[1-2]。近年來(lái),隨著薏苡產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大,在薏苡加工方面也取得了較大的進(jìn)展,除了傳統(tǒng)的食用和重要配伍外,各種加工產(chǎn)品也如雨后春筍般涌現(xiàn),如薏仁面條、薏仁茶、薏仁酥、薏仁露、薏仁糕、薏仁飲片等食用產(chǎn)品。在藥用方面,開(kāi)發(fā)出了以薏苡中性油為主要組分的抗癌藥物——康萊特注射液,它能夠作用于腫瘤細(xì)胞G2/M期,阻滯腫瘤細(xì)胞有絲分裂,誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡,影響腫瘤細(xì)胞基因表達(dá),對(duì)肝癌、肺癌、乳腺癌等多種腫瘤細(xì)胞具有極強(qiáng)的殺傷及抑制作用[3]。薏苡品質(zhì)評(píng)價(jià)是其加工和綜合利用的重要環(huán)節(jié),也是品種選育的重要步驟,因此有效評(píng)價(jià)薏苡的營(yíng)養(yǎng)及藥用成分,對(duì)于其產(chǎn)品加工和遺傳改良具有重要指導(dǎo)意義。迄今為止,在薏苡種質(zhì)資源的表型[4-6]、遺傳多樣性[7-8]等方面已有報(bào)道,也有部分學(xué)者對(duì)品質(zhì)分析進(jìn)行了剖析。談嫚嫚等有效分析了3個(gè)薏苡品種的主要營(yíng)養(yǎng)組成含量及其在籽粒不同部位(糙米、薏仁、糠和殼)的分布特征[9];也有學(xué)者分析薏苡飼用部位的氨基酸組成,發(fā)現(xiàn)并篩選了薏苡莖、葉中氨基酸含量較高的材料[10]。賈青慧等以聯(lián)合國(guó)世界衛(wèi)生組織(WHO)/聯(lián)合國(guó)糧食和農(nóng)業(yè)組織(FAO)氨基酸參考模式為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)薏米及薏米糠中蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行了評(píng)價(jià),發(fā)現(xiàn)薏米及薏米糠中蛋白含量與雞蛋、核桃相當(dāng),高于牛乳,而且薏米糠中氨基酸較薏米中氨基酸更接近標(biāo)準(zhǔn)模式[11]。董楠等以薏苡米粉為研究對(duì)象,從薏苡米粉的營(yíng)養(yǎng)成分、蒸煮特性和感官評(píng)價(jià)3個(gè)方面進(jìn)行分析評(píng)價(jià),結(jié)果表明當(dāng)薏苡粉的添加量為20%時(shí),薏苡米粉營(yíng)養(yǎng)食用品質(zhì)較佳[12]。筆者在前期也曾對(duì)86份地方薏苡資源的淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)和氨基酸成分進(jìn)行了檢測(cè)和評(píng)價(jià),并部分對(duì)優(yōu)異種質(zhì)進(jìn)行了篩選[13]。本研究在前期研究的基礎(chǔ)上,以多年提純的自交品系為基礎(chǔ)材料,分析其氨基酸和脂肪酸組成,以期為薏苡品種選育及加工利用提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料均是筆者所在課題組經(jīng)多年連續(xù)自交培育的薏苡品系,所有材料于2017年4月在貴州省興義市萬(wàn)峰林試驗(yàn)基地按小區(qū)種植,小區(qū)面積為10 m2,長(zhǎng)×寬=5 m×2 m,每個(gè)小區(qū)種植5行,密度為12萬(wàn)株/hm2,除草、施肥等田間管理按照統(tǒng)一方式進(jìn)行,成熟期收獲籽粒、曬干,以備后續(xù)分析。

1.2 試驗(yàn)方法

選取收獲后籽粒飽滿(mǎn)的種子,剝殼、粉碎,過(guò)60目篩,作為供試樣品進(jìn)行分析。測(cè)試內(nèi)容包括粗脂肪、粗蛋白、17種氨基酸(苯丙氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、脯氨酸、甘氨酸、谷氨酸、胱氨酸、精氨酸、亮氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、天門(mén)冬氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、組氨酸、酪氨酸、賴(lài)氨酸)和4種脂肪酸組分(十六烷酸、十八烷酸、十八烯酸和十八二烯酸)。粗脂肪按NY/T 4—1982《谷類(lèi)、油料作物種子粗脂肪測(cè)定方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè),粗蛋白按NY/T 3—1982《谷類(lèi)、豆類(lèi)作物種子粗蛋白質(zhì)測(cè)定方法》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,氨基酸測(cè)定按照NY/T 56—1987《谷物籽粒氨基酸測(cè)定的前處理方法》執(zhí)行,脂肪酸測(cè)定由浙江康萊特藥業(yè)有限公司按照中國(guó)藥品標(biāo)準(zhǔn)WS3-300(Z-038)—2001(Z)《注射用薏苡仁油》執(zhí)行。

1.3 品質(zhì)評(píng)價(jià)

1.3.1 氨基酸組分評(píng)價(jià)

氨基酸成分分析評(píng)價(jià)根據(jù)氨基酸測(cè)定數(shù)值計(jì)算不同薏苡品系中必需氨基酸的相關(guān)比例,參照WHO/FAO標(biāo)準(zhǔn)模式譜[14]進(jìn)行分析,并根據(jù)氨基酸平衡理論,利用標(biāo)準(zhǔn)模式譜計(jì)算必需氨基酸的氨基酸比值(RC)和比值系數(shù)分(SRC)進(jìn)行評(píng)價(jià)。計(jì)算公式如下:

RAA=某氨基酸含量標(biāo)準(zhǔn)模式譜中同種氨基酸含量;(1)

RC=RAARAA均值;(2)

SRC=100-100×CV。(3)

式中:RAA為必需氨基酸的氨基酸比值;RC為必需氨基酸的氨基酸比值;SRC為必需氨基酸的氨基酸比值系數(shù)分;CV為RC的變異系數(shù)。RC最小值對(duì)應(yīng)的氨基酸為第一限制氨基酸,以此類(lèi)推;RC大于或小于1.00,說(shuō)明該種必需氨基酸相對(duì)過(guò)剩或者相對(duì)不足,RC=1.00表明其組分比例與模式譜一致;SRC越小,說(shuō)明營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越低,越接近100.00,則營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高。

1.3.2 綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)

采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法對(duì)不同薏苡自交系的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。以粗蛋白、總氨基酸和7種必需氨基酸(苯丙氨酸、蛋氨酸、亮氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、賴(lài)氨酸)及4種脂肪酸組分(十六烷酸、十八烷酸、十八烯酸、十八二烯酸)指標(biāo)的平均隸屬度值進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析,平均隸屬度越大,則綜合品質(zhì)越好。隸屬函數(shù)值計(jì)算公式:

Sin=(Xin-Ximin)/(Ximax-Ximin)。(4)

式中:Sin指第n個(gè)樣品第i指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)化后的隸屬函數(shù)值;Xin指第n個(gè)樣品第i指標(biāo)原始測(cè)定值,Ximin、Ximax分別為所有參試材料中第i指標(biāo)的最小值和最大值。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和隸屬函數(shù)計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 薏苡自交系的氨基酸組成

18份薏苡自交系的粗蛋白和主要氨基酸分析結(jié)果見(jiàn)表2。全部材料粗蛋白含量為16.32%~19.70%,平均值為17.72%,平均總氨基酸含量為17.19%;必需氨基酸的總平均含量占籽粒干基的6.17%,占總氨基酸含量的35.89%;非必需氨基酸含量占籽粒干基的11.02%,占總氨基酸含量的64.11%,而且必需氨基酸與非必需氨基酸比例為55.99%。17種基本氨基酸的平均含量為0.30%~3.93%,變異系數(shù)為5.03%~13.66%,以谷氨酸含量最高,胱氨酸含量最低。7種必需氨基酸中以亮氨酸含量最高,變化范圍在2.21%~2.87%之間,平均值為2.49%;賴(lài)氨酸含量最低,平均值為0.33%。

2.2 薏苡必需氨基酸組成及模式譜評(píng)價(jià)

為了更好地從營(yíng)養(yǎng)角度評(píng)價(jià)薏苡的品質(zhì),采用FAO/WHO提出的標(biāo)準(zhǔn)蛋白模式進(jìn)行比較。結(jié)果(表3)表明,蘇氨酸(Thr)、異亮氨酸(Ile)和賴(lài)氨酸(Lys)的RC < 1,且Ile > Thr > Lys,與WHO/FAO標(biāo)準(zhǔn)模式譜相比這3種氨基酸相對(duì)不足,賴(lài)氨酸為第一限制氨基酸,其次為蘇氨酸和異亮氨酸;纈氨酸(Val)、蛋氨酸和胱氨酸(Met+Cys)、亮氨酸 (Leu)、苯丙氨酸和酪氨酸(Phe+Tyr)的RC > 1,相對(duì)過(guò)剩,但是纈氨酸(Val)、蛋氨酸+胱氨酸( Met+Cys)與標(biāo)準(zhǔn)模式譜極為相近。再者,18份薏苡自交系的SRC的變異范圍為65.41~70.54,平均值為68.16,其中SRC > 70的材料有4份(Y5、Y12、Y14和Y17),其氨基酸組成和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更高。

2.3 薏苡自交系脂肪酸組成

通過(guò)對(duì)薏苡的粗脂肪和4種主要脂肪酸組分進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果(表4)表明,18份薏苡材料的粗脂肪干基含量最高為9.73%,最低為7.25%,平均值為8.29%。其中粗脂肪含量大于9%的有3份(Y2、Y7、Y8),粗脂肪含量大于8%且小于9%的材料有8份(Y3、Y6、Y10、Y11、Y13、Y14、Y15和Y16),小于8%的有7份。2種飽和脂肪酸(十六烷酸和十八烷酸)的平均含量分別為1.09%、0.17%,分別占總脂肪酸含量的13.23%、2.05%;不飽和脂肪酸十八烯酸和十八二烯酸的平均含量分別為4.34%、2.85%,分別占總脂肪酸含量的52.59%、34.58%;在薏苡的主要脂肪酸組成中,不飽和脂肪酸占比較高。

2.4 薏苡自交系的綜合評(píng)價(jià)和篩選

以粗蛋白、粗脂肪、必需氨基酸和4種主要脂肪酸組分為評(píng)價(jià)指標(biāo),采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法對(duì)不同薏苡自交系的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果(表5)顯示,以平均隸屬度大小排序,排名前5的材料分別為Y2、Y18、Y1、Y7和Y5,說(shuō)明其在氨基酸和脂肪酸組分綜合性品質(zhì)上相對(duì)較優(yōu)。

3 討論

3.1 薏苡氨基酸和脂肪酸組成及其加工利用

按照FAO/WHO提出的理想蛋白質(zhì)條件:組成蛋白質(zhì)的每種必需氨基酸/總氨基酸的值應(yīng)達(dá)總量的40%左右,必需氨基酸/非必需氨基酸的值應(yīng)在0.6以上[13]。本研究結(jié)果表明,18份薏苡材料中必需氨基酸占總氨基酸含量的35.89%,必需氨基酸/非必需氨基酸的值為55.99%,與標(biāo)準(zhǔn)氨基酸模式極為相近,可作為食品中優(yōu)質(zhì)蛋白或氨基酸的來(lái)源,這與前人的研究結(jié)果[10,15]基本一致。林莉等通過(guò)優(yōu)化薏米糠粉粕蛋白堿法提取工藝,可以得到63.75%的蛋白提取率,且7種必需氨基酸齊全[16]。脂肪酸是薏苡中性油提取加工的重要功能成分,也是康萊特抗癌藥物的主要組分。蘇海蘭等檢測(cè)了福建薏苡不同器官的脂肪酸組分,發(fā)現(xiàn)薏苡不同器官均含有亞油酸、亞麻酸、棕櫚酸、硬脂酸、油酸等10種脂肪酸,但不同組織部位的含量差異較大,而且糙薏仁中單不飽和脂肪酸含量最高[17]。本研究也顯示,18份薏苡材料的脂肪含量也有差異,變異范圍為7.25%~9.73%,平均含量為8.29%,而且2種不飽和脂肪酸(十八烯酸和十八二烯酸)含量遠(yuǎn)高于其他2種飽和脂肪酸含量,這與前人的研究結(jié)果[16]相一致。由于薏苡蛋白質(zhì)、氨基酸和脂肪酸含量相對(duì)較高,這是薏苡特有的營(yíng)養(yǎng)稟賦,可作為優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)(氨基酸)和油脂來(lái)源。但是,在加工、儲(chǔ)藏等過(guò)程中也存在不易蒸煮、易陳化變質(zhì)、不耐儲(chǔ)藏等不利因素。已有研究表明,薏苡仁在自然狀態(tài)下(溫度為4~24 ℃、相對(duì)濕度為74%~86%)儲(chǔ)藏60 d即出現(xiàn)哈敗,其陳化主要與醇類(lèi)、酯類(lèi)物質(zhì)的氧化、分解,醛類(lèi)、酸類(lèi)物質(zhì)的形成相關(guān),也與脂類(lèi)氧化降解密切相關(guān),也會(huì)造成其營(yíng)養(yǎng)、蒸煮和質(zhì)構(gòu)等品質(zhì)的下降[18-21]。因此,在產(chǎn)品加工過(guò)程中也要根據(jù)其特定品質(zhì)和不耐儲(chǔ)藏特點(diǎn),進(jìn)一步優(yōu)化加工工藝和儲(chǔ)藏條件。

3.2 薏苡主要品質(zhì)評(píng)價(jià)與品種選育

模糊函數(shù)評(píng)估法是根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的原理,利用隸屬函數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)估的方法,廣泛應(yīng)用于植物的抗旱性[22-24]和品質(zhì)評(píng)價(jià)[25-27]等領(lǐng)域。本研究采用隸屬函數(shù)法以18份薏苡自交系的蛋白質(zhì)、脂肪、必需氨基酸和4種主要脂肪酸組分為基礎(chǔ)開(kāi)展綜合評(píng)價(jià)和材料篩選,篩選出綜合品質(zhì)較優(yōu)的5份薏苡自交系(Y2、Y18、Y1、Y7和Y5),可作為品種優(yōu)化和雜交改良的優(yōu)異親本材料。另外,薏苡油脂作為重要的藥用組分提取物是薏苡仁藥用和保健功效評(píng)價(jià)的重要指標(biāo),也是高含油薏苡品種選育的重要方向。已有學(xué)者采用生物信息學(xué)手段分析和克隆了薏苡脂肪合成代謝關(guān)鍵基因薏苡油脂薏苡二酰甘油酰基轉(zhuǎn)移酶基因(ClDGAT)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)油酸脫飽和酶基因(ClFAD2)和硬脂酸脫飽和酶基因(ClSAD)[28],為薏苡高油品種改良提供了重要依據(jù)。本研究也篩選出了脂肪含量大于9%的3份高含油類(lèi)型的自交系,可結(jié)合基因挖掘和分子輔助手段,為高油品種的改良和選育提供基礎(chǔ)材料。

4 結(jié)論

18份薏苡自交系的總氨基酸和脂肪酸含量相對(duì)較高,且不同材料之間具有較大差異,必需氨基酸組分和不飽和脂肪酸所占比例也較高,可作為不同加工類(lèi)型育種材料的重要來(lái)源。

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