不同品種杏仁氨基酸組成分析及綜合評價

盧 冉，王炳智，田英姿

（華南理工大學輕工科學與工程學院，廣東 廣州 510640）

杏仁是薔薇科落葉喬木植物杏或山杏的種子，廣泛分布于我國北方地區，如新疆、河北等地，具有豐富的價值[1]。早在幾千年前杏仁已經被用來制作食品，而在科技發達的今天，杏仁被開發出了更多的功能應用。根據美國食品和藥品監督管理局（Food and Drug Administration，FDA）定義，杏仁是一種營養豐富的食物，每日食用28 g杏仁可以為人體提供豐富的營養物質（杏仁提供營養/每日營養標準）如：VE（36.4%）、錳（36.0%）、鎂（19.5%）、銅（16.0%）、磷（13.4%）、纖維（13.2%，不溶性纖維/可溶性纖維比例為4∶1）、核黃素（13.5%）和蛋白質（12.1%）[2]，可以取代其他富含精制淀粉、添加糖和低纖維的食物作為零食，是一種被推薦的健康飲食[3]。富含杏仁的飲食不僅可以降低膽固醇[4]、改善血管功能、降低心血管疾病和糖尿病的風險[5]，而且可以改善內皮功能、心臟自主神經功能[3]，顯著改善午餐后的記憶力下降[6]。食用杏仁還可以提高飽腹感，減少饑餓感和食欲，因此高攝入量（42.5 g）可以降低血漿低密度脂蛋白膽固醇和空腹血糖濃度，而不會導致體質量增加[7-8]。除此之外杏仁還有鎮咳平喘、抗氧化、調節免疫系統的作用[9-10]。

杏仁是一種良好的蛋白質來源，而杏仁15%的能量來自蛋白質[2]，且杏仁蛋白具有良好的消化率，因此，用杏仁這一富含蛋白質的食物代替碳水化合物可以有效控制脂蛋白膽固醇水平[11]。杏仁蛋白中含有17種氨基酸，除了8種人體必需氨基酸外，還含有豐富的半必需氨基酸[12]，其中精氨酸的含量極高[13]，而精氨酸正是植物甾醇的天然來源，可以在一定程度上降低低密度脂蛋白膽固醇[14]，因此杏仁蛋白質中的氨基酸組成對其營養價值極為重要。食品中的氨基酸不僅決定食品的營養價值，同樣也影響食品的口感，因此如何正確客觀地評價食品中的氨基酸非常重要。

目前關于杏仁氨基酸組成及含量分析的研究較少，對不同種杏仁間差異的研究也鮮有報道，不同品種杏仁的營養成分差異很大，篩選出氨基酸含量豐富且均衡的杏仁品種可以為杏仁產品的開發利用提供參考。本實驗對新疆10 個不同品種杏仁的氨基酸種類及含量進行測定，系統分析10種杏仁的必需氨基酸的營養價值，并使用主成分分析（principal component analysis，PCA）及聚類分析對氨基酸指標進行綜合評價，從而選取出最符合人體蛋白需求的杏仁品種，旨在為之后的杏仁營養分析和杏仁功能性應用提供一定理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

亞勒克阿克胡安娜（AM1）、窮米烏力克胡安娜（AM2）、阿克杏（AM3）、阿克阿依（AM4）、西米西（AM5）、卡巴克西米西（AM6）、伊犁白杏（AM7）、輪臺小白杏（AM8）、色買提王（AM9）、胡泡達克色買提（AM10）10 個種的杏仁來源于新疆喀什，每個品種選取長勢喜人、無病無蟲害的植株隨機采集果實20 個，而后將杏仁剝離自然風干保存。

鹽酸、硫酸、氫氧化鈉、苯酚、檸檬酸鈉緩沖液（pH 2） 廣州化學試劑廠；95%乙醇 天津市大茂化學試劑廠。

1.2 儀器與設備

DHG-9140電熱鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司；FA2104N分析天平 上海民橋精密科學儀器有限公司；HYP-308消化爐 上海纖檢儀器有限公司；L-8800全自動氨基酸分析儀 日本日立高新技術公司。

1.3 方法

1.3.1 氨基酸檢測

參照GB/T 5009.124—2016《食品中氨基酸的測定》。將杏仁研磨成粉狀，置于干燥箱中干燥24 h。分別稱取樣品0.1 g左右置于水解管中，準確加入6 mol/L鹽酸溶液10 mL，氮吹15 min后封口，確認密封后置于110 ℃干燥箱中水解22 h，然后取出，冷卻至室溫。打開水解管，將水解液轉移至50 mL容量瓶中，用超純水沖洗水解管至無樣品殘留，水洗液移入同一容量瓶內，用水定容至50 mL。準確吸取1.0 mL水解液于試管中，置于干燥箱中，在40～50 ℃干燥蒸干，加pH 2.2檸檬酸鈉緩沖液1.0～2.0 mL于上述試管中溶解，然后吸取樣品溶液過0.22 μm濾膜，將樣品溶液置于全自動氨基酸分析儀進行上樣分析。每個樣品做3 組平行樣。

1.3.2 氨基酸營養評價

1.3.2.1 必需氨基酸指數（essential amino acid index，EAAI）

EAAI由Oser[15]提出，是一個必需氨基酸與標準模式全面比較的幾何均數，計算公式如下：

式中：Leua、Vala、…、Hisa為樣品必需氨基酸含量；Leub、Valb、…、Hisb為標準模式中必需氨基酸含量；n為EAA個數（8）。

1.3.2.2 氨基酸比值系數

氨基酸比值系數法由朱圣陶等[16]提出，計算氨基酸比值（ratio of amino acid，RAA）、氨基酸比值系數（ratio coefficient of amino acid，RC）和氨基酸比值系數分（score of RC，SRC）[17]。

式中：CV＝標準差/均數。

標準模式均采用聯合國糧農組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）和世界衛生組織（World Health Organization，WHO）在2013年提出的針對年齡大于3 歲的大齡兒童、青少年及成人需求的國際標準參考模式[18]。

1.4 數據統計分析

采用Excel 2016統計軟件進行數據統計與整理，計算出氨基酸含量平均值、標準差、變異系數、EAAI值及SRC值。采用SPSS 26.0進行相關性分析、PCA及聚類分析并得到相關分析圖。

2 結果與分析

2.1 氨基酸組成分析

對10 個品種杏仁的不同氨基酸含量進行統計分析，結果如表1所示。10種杏仁均含有17種氨基酸，其中包括7種必需氨基酸和10種非必需氨基酸。由表1可知，不同品種杏仁之間氨基酸總量和必需氨基酸存在較大差異。從總氨基酸含量看，氨基酸組分總質量分數在16.7%～23.12%之間，平均值為20.44%，這一結果與尹蓉等[19]的研究結果基本一致，該含量和核桃（18.16%）[20]接近。其中，AM4這一品種的氨基酸總量最高，而AM5最低，AM1、AM2、AM7、AM10等品種的氨基酸總量高于均值。10 個不同品種杏仁中各種氨基酸含量排序基本一致，從高到低為谷氨酸（Glu）、天冬氨酸（Asp）、精氨酸（Arg）、亮氨酸（Leu）、苯丙氨酸（Phe）、甘氨酸（Gly）、丙氨酸（Ala）、絲氨酸（Ser）、纈氨酸（Val）、異亮氨酸（Ile）、蘇氨酸（Thr）、酪氨酸（Tyr）、組氨酸（His）、賴氨酸（Lys）、脯氨酸（Pro）、半胱氨酸（Cys）、蛋氨酸（Met），其中，Glu含量最高。Glu在生命的關鍵時期包括快速生長的新生兒時期不可缺少，可提高免疫細胞的免疫功能[21]，Glu還可以興奮大多數區域的神經元，參與學習記憶過程，調節細胞骨架的形成及功能[22]；因此，杏仁可被開發成為提高免疫力和記憶力的食品。

表1 10種杏仁氨基酸組成Table 1 Amino acid compositions of apricot seed kernels from ten cultivars

從10 個品種杏仁氨基酸含量變異系數看，不同品種杏仁氨基酸含量差異較大，其中Pro含量的變異系數最大，分別為32.72%和33.47%；His含量的變異系數最小，為8.31%。

2.2 氨基酸營養分析

2.2.1 必需氨基酸分析

由表2可知，10種杏仁的必需氨基酸中芳香族氨基酸（Tyr＋Phe）含量最高，在75.91～81.42 mg/g之間，這表明杏仁的芳香族氨基酸含量高于FAO/WHO（2013）對大齡兒童、青少年及成年人標準模式（41 mg/g）的要求。必需氨基酸總量在321.82～336.25 mg/g之間，均高于FAO/WHO對大齡兒童、青少年及成年人的要求。因此，可認為杏仁能滿足3 歲及以上年齡兒童及成年人對必需氨基酸的營養需求。

表2 10種杏仁的必需氨基酸組成及比較分析Table 2 Essential amino acid compositions of apricot seed kernels from ten cultivars mg/g

2.2.2 氨基酸營養價值分析

由表3可知，總含硫氨基酸、賴氨酸是所有杏仁蛋白的第1限制氨基酸（41%～56%）及第2限制氨基酸（48%～65%），其余所有必需氨基酸均大于FAO/WHO（2013）標準模式。說明杏仁的氨基酸組成符合FAO/WHO（2013)標準，蛋白質營養價值很高，利于人體吸收和利用。EAAI是所有必需氨基酸相對于一種標準蛋白質中總必需氨基酸的比率，是比較氨基酸平衡優劣的指標。EAAI越大，氨基酸組成越均衡，蛋白質的質量和效率越高。10種杏仁氨基酸的EAAI均高于100，可以達到FAO/WHO（2013）對大齡兒童、青少年和成人的要求。結果表明，杏仁蛋白質的必需氨基酸組成合理。

表3 10種杏仁的RAA和EAAITable 3 RAA and EAAI of apricot seed kernels from ten cultivar

現在營養學理論認為，食物蛋白質氨基酸組成越接近模式氨基酸組成，則營養價值越高，氨基酸平衡理論由此誕生[23]。RC和SRC基于氨基酸平衡理論，用各種必需氨基酸偏離氨基酸模式的離散度評價蛋白質的質量，與生物價高度相關[16,24]。RC越接近1，SRC越接近100，蛋白質營養價值越高。如表4所示，比較不同種杏仁必需氨基酸的RC值，得知AM1的第1限制氨基酸為含硫氨基酸和Lys，AM3和AM8的第1限制氨基酸為Lys，其余7 個品種的第1限制氨基酸為含硫氨基酸，與EAAI結果一致。10種杏仁氨基酸的SRC值在59.14～65.17之間，結果與扁桃種仁（56.46～67.68）[25]相仿，略低于核桃（67.02～87.98）[24]。杏仁含有豐富的His、芳香族氨基酸、Ile等，可以與富含硫氨基酸和Lys的食物搭配，以此改善低質量蛋白的膳食。

表4 10種杏仁的RC和SRC值Table 4 RC and SRC values of apricot seed kernels from ten cultivar

2.3 相關性分析

由表5可知，各種氨基酸指標之間相關性不同，既存在正相關也存在負相關；絕大部分氨基酸相關性顯著（P＜0.05），這說明各個氨基酸間相關性較強。Val、Leu、Ile、Phe、His、Arg、Ser、Glu、Gly、Ala與Asp等氨基酸之間存在極顯著的相關性；Tyr與Cys、Met、Pro和Lys之間無顯著相關性，與Val、Thr、Asp相關性顯著，與其他9 個氨基酸相關性達到極顯著水平；Lys和Leu、Ile、Phe、Gly、Ala呈顯著相關，和Val、Ser、Asp呈極顯著相關；Cys和Thr呈顯著相關；Pro和Met與其他氨基酸的相關性均不顯著。由相關性分析可知，不同的氨基酸間既存在不同也存在信息重疊，因此需要用PCA對數據進行降維和綜合評價。

表5 杏仁氨基酸的相關性分析Table 5 Correlation analysis between amino acids of apricot seed kernels

2.4 PCA結果

PCA可通過提取最重要的信息進行分析降低數據集的維數，將多個數據轉化為幾個信息不重疊的數據[26]，從眾多因素中解析出重要的影響因素。PCA技術已廣泛應用于農產品品質差異、篩選和評價的研究[27-29]，利用PCA可以對杏仁氨基酸進行全面、科學、綜合的評價。如表6所示，每個PC都一定程度上反映了一些原始變量的信息，前3 個PC對應特征值均大于1，累計方差貢獻率為90.295%，說明前3 個PC綜合了10種杏仁氨基酸的絕大部分信息，故可選取前3 個PC作為3 個相互獨立的綜合性變量代替17種氨基酸數據對不同種杏仁的蛋白質進行全面分析。

表6 PC總方差解釋Table 6 Contribution rates of first three principal components to total variance

圖1、表7顯示了PCA載荷值的分布，載荷值反映了各氨基酸指標對PC矩陣中的權重，數值絕對值反映了原始變量對因子影響的強度，正負反映方向。從圖1可以看出，Tyr、His、Ala、Arg、Leu、Glu、Phe、Gly、Ser、Ile、Asp、Val、Lys在PC1方向較為集中且大于0.7，即這13種氨基酸與PC1高度正相關，且PC1的方差貢獻率為69.421%，表明PC1對杏仁蛋白質的綜合評價影響最大，且隨著13種氨基酸含量的增大而增大。在PC2方向Cys和Thr載荷較高，都在PC2的正半軸且大于0.8，其余氨基酸處于－0.3～0.3之間；PC2的方差貢獻率為14.088%，則PC2對杏仁蛋白質的綜合評價影響也較高。而PC3方差貢獻率為6.786%，在PC3方向上Met的載荷值較高且為正相關，即PC3對杏仁蛋白質的綜合評價也具有一定影響。

表7 PC特征向量和載荷矩陣Table 7 Principal component eigenvectors and loading matrix

圖1 氨基酸PCA 2D圖Fig.1 2D PCA biplots of amino acid composition

2.5 綜合評價

由PCA可知，前3 個PC反映了杏仁17種氨基酸信息的90.295%，且相關系數矩陣的特征值大于1，因此可以選取前3 個PC對不同種杏仁的氨基酸總體水平進行科學綜合的評價。用17種氨基酸作初始自變量，經PCA，得到杏仁氨基酸3 個PC因子的線性方程式為：

將相關的原始變量經過一系列的正交變換重新整合成涵蓋大部分信息的、新的、彼此無關的3 個PC因子，從不同方面體現了不同品種杏仁蛋白質氨基酸的質量水平，因此不能單獨使用某一PC對杏仁蛋白質氨基酸總體水平作出綜合性評價。根據PCA結果，以每個PC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=0.769PC1＋0.156PC2＋0.075PC3，計算各品種的綜合得分。

由圖1和表8綜合看，AM4的Pro含量在10 個樣品種最低而其他16種氨基酸極高，因此其PC1（5.06）值最高；相反AM8的Pro含量最高使得其PC1（－3.42）值最低。AM8的Pro、Cys、Thr三種氨基酸含量很高，使其在PC2（3.55）正方向上的值最高；AM3的Met含量最高使得其PC3（2.27）值最高。AM5的所有種類氨基酸含量都極低，使得其PC1、PC2和PC3值都很低。10種杏仁按照綜合評價由高往低依次是AM4、AM2、AM10、AM7、AM1、AM9、AM3、AM6、AM8、AM5，其中AM4、AM2、AM10、AM7、AM1綜合評價大于0，說明這5 個品種杏仁綜合質量高于平均水平。

表8 10種杏仁的PC得分及綜合得分Table 8 Principal component scores and comprehensive scores of apricot seed kernels from ten cultivars

2.6 聚類分析

使用SPSS軟件對10 個品種的杏仁進行聚類分析，以研究不同種類杏仁氨基酸營養價值的差異。首先將氨基酸總含量、EAAI值、SRC值、EAA總含量以及綜合評價標準化，采用歐氏距離和Ward最小方差對10 個品種的杏仁進行分類，得出譜系圖如圖2所示[30-32]。聚類結果表明，10 個樣品可分為4 類。其中AM2、AM4為第1類，此類2 個品種的綜合評價、EAA總含量、氨基酸總含量和SRC值都很高，因此相應的蛋白質品質最好；AM7、AM10、AM1為第2類，此類品種的杏仁各項指標中等，故該類蛋白質品質次之；AM6、AM9為第3類，此類杏仁SRC值高于第2類而其他指標都比第2類較低，綜合看蛋白質品質低于第2類。AM5、AM8、AM3為第4類，此類杏仁氨基酸含量最少，蛋白質品質一般。

圖2 10種杏仁系統聚類分析圖Fig.2 Hierarchical cluster analysis of apricot seed kernels from ten cultivars

3 結 論

本實驗對10 個品種杏仁間氨基酸的營養價值及差異進行研究分析。杏仁中氨基酸含量豐富，10 個品種杏仁均含有17種氨基酸，氨基酸總質量分數在16.7%～23.12%之間，平均值為20.44%，略低于扁桃仁氨基酸平均值（23.18%）[25]。對不同杏仁17種氨基酸含量的差異分析顯示了杏仁品種間氨基酸含量存在較大差異，變異系數最大為33.47%。

研究發現有6種必需氨基酸均大于標準模式，而含硫氨基酸及賴氨酸是杏仁的限制性氨基酸。應用EAAI及SRC方法對杏仁氨基酸營養價值進行評價。10種杏仁EAAI值均大于100，說明杏仁氨基酸組成較為均衡且豐富；而10種氨基酸的SRC值介于59.14～65.17之間，則是因為含硫氨基酸和賴氨酸偏離氨基酸模式過大，因此根據人體需要，可以將杏仁與富含含硫氨基酸和賴氨酸的食物進行搭配食用。

對17種氨基酸含量指標進行PCA，從中提取3 個PC因子，其累計方差貢獻率為90.295%，這3 個PC可以較好地反映出10種杏仁氨基酸的綜合信息。根據3 個PC方差貢獻率重新建立綜合評價的模型，結果即是杏仁的綜合得分，得分越高則品質越好，根據PCA及聚類分析10 個品種從優到劣依次為AM4、AM2、AM10、AM7、AM1、AM9、AM3、AM6、AM8、AM5。

我國杏仁種類繁多，本實驗僅選取新疆10種杏仁，今后還可進一步擴大樣本量，深度挖掘，為杏仁的營養價值分析、品種篩選提供更多理論依據。