蠶豆種質資源成熟籽粒營養成分及氨基酸組成分析

摘要：為探究蠶豆種質成熟籽粒的開發利用價值，以25份不同來源的蠶豆種質資源為研究材料，采用食品安全國家標準規定的方法測定其成熟籽粒的主要營養成分含量和氨基酸組成，并采用氨基酸比值系數法進行營養價值評價。結果表明：25份蠶豆種質資源成熟籽粒中富含蛋白質、膳食纖維、淀粉、可溶性糖、脂肪、維生素B1和B2、多種礦質元素等營養成分。蛋白質、膳食纖維和淀粉含量尤為豐富，其中以JD006-8的蛋白質含量最高；維生素B2含量高于維生素B1的含量；維生素B1含量變異幅度較大，變異系數為34.68%，JD012-3維生素B1含量最高；礦質元素以K元素和P元素含量較高，微量礦物元素中以Fe元素含量最高，七星蠶豆和JD257總礦質元素含量較高。氨基酸組成分析表明，25份蠶豆種質資源氨基酸種類齊全，均含有被檢測的17種氨基酸，氨基酸總量為21.18～31.40g/100g，其中谷氨酸平均含量最高（4.71g/100g）；必需氨基酸/氨基酸總含量的值為32.97%～35.12%，必需氨基酸/非必需氨基酸的值為49.18%～54.13%，依聯合國糧食及農業組織/世界衛生組織模式的標準，JD231的氨基酸比例相對更合理且營養更全面。通過氨基酸比值系數法分析發現蛋氨酸+胱氨酸為第一限制性氨基酸，篩選出6個氨基酸食用價值較高的蠶豆種質資源，分別為D11、JD096、JD012-2、JD014-3、JD090和JD231。根據32個營養元素含量可將25份蠶豆材料聚為4類，第Ⅰ類群Fe、P、K、Ca等礦質元素平均含量最高，第Ⅱ類群淀粉、維生素B1和胱氨酸平均含量最高，第Ⅲ類群蛋白質、維生素B2、Cu元素和除胱氨酸外的16種氨基酸平均含量均較高，且Na元素平均含量較低，第Ⅳ類群脂肪、膳食纖維和可溶性糖平均含量相對較高。以上研究結果可為今后蠶豆育種研究以及開發利用提供材料基礎和理論依據。

關鍵詞：蠶豆；種質資源；營養成分；氨基酸；氨基酸比值系數法；聚類分析

Analysis of Nutritional Components and Amino Acid Composition of Mature Grains of Broad Bean Germplasm Resources

蠶豆是豆科野豌豆屬一年生或越年生草本植物，是糧、菜、飼、肥為一體的高效作物[1]。我國蠶豆的種植面積和產量均居世界首位[2-3]，其籽粒富含蛋白質、氨基酸、淀粉、膳食纖維、維生素以及礦質元素[4]，具有較高的營養價值。隨著人們膳食結構的調整及多樣化市場需求的增加，蠶豆作為優質的豆類作物，其營養價值越來越受到重視，成為現代食品、飼料和醫藥等工業的重要原料[5-7]。常見的蠶豆加工產品以蠶豆干制品為主，主要利用蠶豆完整的籽粒制作成蠶豆罐頭、膨化蠶豆、五香豆、怪味蠶豆等[8]，而被譽為“川菜之魂”的郫縣豆瓣醬常以去皮蠶豆瓣為主要原料，經制曲、發酵等工序制作而成[9-10]。蠶豆蛋白質含量豐富，氨基酸種類齊全，遠高于谷類作物，毛盼等[11]發現在水產飼料中添加蠶豆能顯著改善魚體肌肉品質，提高魚體肌肉硬度、咀嚼力、耐折力以及膠原蛋白含量。郁二蒙等[12]認為蠶豆可以部分替代飼料中的小麥和魚粉等物質，在魚類飼料原料替代方面具有很大的潛在價值。劉雪城等[13]研究發現蠶豆苗提取物對神經細胞具有保護作用，能明顯改善帕金森病模型小鼠的癥狀，可能對帕金森病具有潛在的治療意義。

蠶豆的應用廣泛，但是對于蠶豆成熟籽粒的營養成分及氨基酸組成的分析研究卻鮮有報道。因此，本研究以25份不同來源的蠶豆種質資源為研究對象，測定并分析不同蠶豆種質資源成熟籽粒的主要營養成分及氨基酸組成，同時采用氨基酸比值系數法[14-16]對不同蠶豆種質資源的氨基酸成分進行綜合分析評價，不僅可以為全面了解蠶豆成熟籽粒的營養價值提供理論依據，而且也為加快推動蠶豆的加工、利用、開發和產業優化升級奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 上海市嘉定區農業技術推廣服務中心對收集到的不同來源的蠶豆種質資源經過多年田間種植和提純復壯，得到了25份純系材料（表1）。多數資源因名稱未知或者經由單株提純而來，故進行了統一編號，并以此為參試材料。其中以上海地區主栽的優良品種陵西一寸為對照。

1.2 試驗設計 25份蠶豆試驗材料均種植于上海市嘉定區滬宜公路上?；莺头N業有限公司試驗田，各材料于2021年11月5日統一播種育苗，11月29日定植，小區面積6m2，株行距40cm×60cm。每份材料間隔1m種植，不設重復，并在開花前掛網隔離。中耕除草、病蟲害防治按常規大田進行。2022年5-6月采集成熟飽滿的蠶豆籽粒作為營養成分測定的樣品。

1.3 測定指標及方法 品質測定采用混合取樣法，即每個材料混合取樣120g用于營養品質指標測定。蛋白質、脂肪、淀粉、膳食纖維、水分、可溶性糖的測定分別參考GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》、GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》、GB 5009.9—2016《食品安全國家標準 食品中淀粉的測定》、GB 5009.88—2014《食品安全國家標準 食品中膳食纖維的測定》、GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》、GB/T 37493—2019《糧油檢驗 谷物、豆類中可溶性糖的測定》。維生素B1、維生素B2、維生素C的測定分別參考GB 5009.84—2016《食品安全國家標準 食品中維生素B1的測定》、GB 5009.85—2016《食品安全國家標準 食品中維生素B2的測定》、GB 5009.86—2016《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》。P、K、Ca、Mg、Na、Fe和Cu的含量測定參考GB 5009.268—2016《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》；Se的含量測定參考GB 5009.93—2017《食品安全國家標準 食品中硒的測定》。氨基酸的測定參考GB 5009.124—2016《食品安全國家標準 食品中氨基酸的測定》。

1.4 氨基酸營養評價 參照侯娜等[17]、王芳等[18]、

謝麗源等[19]的方法，以1973年聯合國糧食及農業組織/世界衛生組織（FAO/WHO，Food and Agriculture Organization/ World Health Organization）提出的理想蛋白質人體必需氨基酸模式譜為標準，通過公式（1）～（4）分別計算必需氨基酸的質

量分數（EAA，Evaluating the essential amino acid fraction）、氨基酸比值（RAA，Ratio of amino acid）、氨基酸比值系數（RC，Amino acid ratios coefficient，）和氨基酸比值系數分（SRC，Score of RC），評價參試蠶豆種質資源的必需氨基酸比例是否符合要求，比例越接近，則其營養價值越高。公式（4）中，CV為RC的變異系數。

2 結果與分析

2.1 蠶豆成熟籽?；緺I養成分及維生素含量 由表2可知，25份蠶豆種質資源的6種基本營養成分含量整體上呈現為蛋白質gt;膳食纖維gt;淀粉gt;可溶性糖gt;水分gt;脂肪，變異系數在5.77%～18.95%之間。蠶豆成熟籽粒中富含蛋白質、膳食纖維和淀粉，平均含量分別為30.76g/100g、26.43g/100g、22.45g/100g；JD006-8的蛋白質含量最高（35.71g/100g），但其淀粉含量最低（18.30g/100g）；JD005-H的膳食纖維含量最高，為29.40g/100g，三白豆的淀粉含量最高，為27.50g/100g。脂肪和可溶性糖的變異系數分別為18.95%和17.58%，其中脂肪含量最高的為JD012-3（2.40g/100g），含量最低的為JD001-8（1.10g/100g）；可溶性糖含量最高的為JD257（17.67g/100g），含量最低的為JD006-8（9.16g/100g）。水分含量的變異系數最小，參試材料水分含量均低于12.00%，符合GB 4404.2—2010《糧食作物種子 第2部分：豆類》的要求，其中以JD302的水分含量最高（10.10g/100g），JD087的水分含量最低（7.57g/100g）。

25份蠶豆種質資源的成熟籽粒均含有維生素B1和維生素B2，且維生素B2含量高于維生素B1的含量。維生素B1的含量分布在0.23～0.81mg/kg之間，平均含量為0.42mg/kg，其變異程度較大，變異系數為34.68%，JD012-3的維生素B1含量最高，七星蠶豆的維生素B1含量最低。維生素B2的平均含量為1.36mg/kg，變異系數為18.20%，含量排名前3位的分別為陵西一寸（1.86mg/kg），JD013-2（1.84mg/kg）、JD001-10（1.81mg/kg）。參試蠶豆種質資源均未檢測出維生素C。

2.2 蠶豆成熟籽粒礦質元素含量 對25份蠶豆種質資源成熟籽粒中的P、K、Ca、Mg、Na共5種常量元素和Fe、Cu和Se等3種微量元素進行檢測，結果見表3。8種礦質元素的變異系數在7.54%～55.31%之間，說明不同蠶豆種質資源的礦質元素指標存在較大的差異，其中Na元素、Cu元素和Fe元素的變異度幅較大，變異系數分別為55.31%、34.24%和28.38%。

25份蠶豆種質資源的K元素含量均高于其他常量礦質元素，平均含量為16.22g/kg，其次是P元素、Mg元素和Ca元素，含量最低的是Na元素，平均含量為0.36g/kg；七星蠶豆的P元素含量最高（10.18g/kg），K元素含量居第2位，為18.48g/kg；JD302的K元素和Mg元素含量均高于其他品種，分別為18.50g/kg和1.98g/kg，但是Na元素含量最低（0.04g/kg）；JD001-10的Ca元素含量最高，為1.59g/kg；JD096的Na元素含量較高（0.72g/kg），但P元素、K元素、Ca元素和Mg元素的含量最低。

25份蠶豆種質資源微量元素中Fe元素含量最高，Cu元素、Se元素次之，Fe元素和Cu元素的平均含量分別為52.56mg/kg和14.38mg/kg；Fe元素含量最高的是JD005-H，為84.34mg/kg，含量最低的是JD257（31.35mg/kg）；Cu元素含量最高的是JD012-2，為33.42mg/kg，含量最低的是JD096（8.70mg/kg）；部分蠶豆種質資源并未檢測出Se元素，除去未檢測出Se元素的資源外，其他有測量值的平均含量為0.06mg/kg，且Se含量最高的為JD001-8，為0.22mg/kg。

2.3 蠶豆成熟籽粒氨基酸組成及含量 除色氨酸外，對25份蠶豆種質資源成熟籽粒的17種氨基酸含量進行檢測，結果見表4。25份蠶豆種質資源中含有苯丙氨酸、蛋氨酸、賴氨酸、亮氨酸、蘇氨酸、纈氨酸和異亮氨酸7種人體必需氨基酸，以及丙氨酸、脯氨酸、甘氨酸、谷氨酸、胱氨酸、精氨酸、酪氨酸、絲氨酸、天門冬氨酸和組氨酸10種非必需氨基酸（NEAA，Non-essential amino acids），說明參試蠶豆成熟籽粒的氨基酸組成十分豐富。氨基酸總含量（TAA，Total amino acids）分布在21.18～31.40g/100g，平均值為26.23g/100g，變異系數為9.15%；氨基酸總量最高的材料為JD006-8，最低的是JD231。檢測的17種氨基酸中天門冬氨酸、谷氨酸和精氨酸含量尤為豐富，其中以谷氨酸的含量最高，平均含量為4.71g/100g；胱氨酸和蛋氨酸的含量較低，平均值分別為0.21g/100g和0.18g/100g，變異系數分別為21.34%和21.45%。

25份蠶豆種質資源中必需氨基酸和非必需氨基酸含量較高是JD006-8和陵西一寸，JD231、三白豆和JD257較低。EAA/TAA、EAA/NEAA是對蛋白質進行營養評價的指標之一，根據WHO/FAO的模式要求，理想蛋白質EAA/TAA應在40%左右、EAA/NEAA應大于60%[20-22]。25份蠶豆種質資源成熟籽粒的EAA/TAA比值分布在32.97%～35.12%之間，EAA/NEAA比值分布在49.18%～54.13%之間，均略低于理想模式的要求，其中以JD231的EAA/TAA值和EAA/NEAA值最高。

2.4 蠶豆成熟籽粒必需氨基酸配比及營養評價 將25份蠶豆種質資源成熟籽粒必需氨基酸質量分數與WHO/FAO模式譜中相應氨基酸的質量分數進行比較，結果見表5。25份蠶豆種質資源纈氨酸、異亮氨酸、亮氨酸和賴氨酸均高于WHO/FAO模式譜，JD257的賴氨酸比WHO/FAO模式譜高出1.68個百分點。蛋氨酸+胱氨酸均遠低于WHO/FAO模式譜，其質量分數平均值為1.48%，以D11和JD096的質量分數較高。除JD008-5以外，其他蠶豆種質資源中的苯丙氨酸+酪氨酸均高于WHO/FAO模式譜，該氨基酸質量分數平均值為6.83%。蘇氨酸的質量分數平均值為3.98%，與WHO/FAO模式譜的蘇氨酸質量分數相差不大。

由表6可知，參試蠶豆種質資源的異亮氨酸和賴氨酸RC值均較高且大于1.00，表明該氨基酸相對過剩，而大部分蠶豆種質資源的纈氨酸、亮氨酸、蘇氨酸RC值在1.00左右，比較符合WHO/FAO氨基酸模式的要求。所有蠶豆種質資源的蛋氨酸+胱氨酸RC值均最低，且在0.50以下，說明該必需氨基酸相對不足，是蠶豆的第一限制性氨基酸（FLAA，First limiting amino acid），這與表5結果一致。氨基酸比值系數分（SRC）是評價蛋白質營養價值的常用指標，SRC值越高，表示蛋白質中氨基酸組成越平衡，蛋白質利用率越高。從SRC值來看，25份蠶豆種質資源的SRC值介于69.12～75.37之間，平均值為72.57；D11、JD096、JD012-2、JD014-3、JD090和JD231的SRC值較高，可以認為在參試材料中這些蠶豆種質資源的氨基酸組成更為平衡，營養價值也更高。

2.5 基于營養成分及氨基酸的聚類分析 依據25份蠶豆種質資源中含有的6種基本營養成分、2種維生素（B1和B2）、7種礦質元素（不包括Se元素）以及17種氨基酸共計32個營養元素數據，采用系統聚類分析法對參試蠶豆種質資源進行聚類分析。如圖1所示，在遺傳距離為5時，可以將蠶豆種質資源分為4個類群，32個營養元素指標的4個類群的均值結果見表7和表8。

第Ⅰ類群包括JD001-7、JD006-5、JD001-8、七星蠶豆、JD087、JD090、JD005-H、JD008-5、JD011-2等9份資源，該類群蠶豆種質資源成熟籽粒中的P、K、Ca和Fe元素的平均含量最高，分別為9.48g/kg、16.96g/kg、1.35g/kg和57.58mg/kg，P元素和K元素的離散程度較小，均處于中上水平。第Ⅱ類群包括JD013-6、JD013-2、D11、JD117、JD014-3、JD015-3、JD012-2、JD096、JD012-3等9份資源，該類群蠶豆種質資源成熟籽粒中的淀粉（23.44g/100g）、維生素B1（0.49mg/kg）和胱氨酸（0.25g/100g）的平均含量最高，而脂肪、P、K、Mg元素的平均含量最低。第Ⅲ類群由JD001-10、陵西一寸、JD006-8組成，該類群蠶豆種質資源的蛋白質、維生素B2、Cu元素及除胱氨酸外的其余16種氨基酸的平均含量最高，淀粉、膳食纖維、可溶性糖、Fe元素和Na元素的平均含量則低于其他類群。第Ⅳ類群包括JD231、JD257、JD302、三白豆，該類群蠶豆種質資源的脂肪、水分、膳食纖維和可溶性糖平均含量相對較高，分別為1.85g/100g、9.86g/100g、27.15g/100g和13.26g/100g，蛋白質、維生素B1和B2、礦質元素Ca和Cu以及17種氨基酸的平均含量整體上低于其他類群。

3 討論與結論

本研究中25份蠶豆種質資源均富含蛋白質、膳食纖維、淀粉、可溶性糖、脂肪、維生素B1和B2、多種礦質元素等營養成分，蛋白質含量最為豐富，平均含量為30.76g/100g，以JD006-8的蛋白質含量最高，超過一般蠶豆栽培品種[23-24]；其次是膳食纖維和淀粉，JD005-H的膳食纖維含量最高，三白豆的淀粉含量最高。參試材料維生素B2含量均高于維生素B1，維生素B1變異幅度較大，以JD012-3的維生素B1含量最高，陵西一寸（CK）的維生素B2含量最高。礦質元素中K元素和P元素含量較高，Na元素含量最低，而微量礦物元素中Fe元素含量最高，七星蠶豆和JD257的總礦質元素含量較高，可作為今后品種選育和食品開發的優良種質資源。

參試蠶豆種質資源成熟籽粒中氨基酸種類齊全，均含有被檢測的17種氨基酸，其中包括除色氨酸以外的7種必需氨基酸，這與林寶妹等[25]的研究結果一致。25份蠶豆種質資源的氨基酸總量分布在21.18～31.40g/100g之間，以天門冬氨酸、谷氨酸和精氨酸的含量最為豐富，并以谷氨酸的平均含量最高。不同蠶豆種質資源氨基酸含量存在差異，JD006-8的氨基酸總含量、必需氨基酸、非必需氨基酸的含量均高于其他資源，而且除胱氨酸、蛋氨酸和酪氨酸外的其他14種氨基酸含量也高于其他資源，因此可以加大對JD006-8資源的開發研究。食物中蛋白質的氨基酸組成比例不盡相同，但其營養價值的優劣主要取決于所含必需氨基酸的種類、數量和組成比例[26-28]。參試蠶豆材料中EAA/TAA的值分布在32.97%～35.12%之間，EAA/NEAA的值分布在49.18%～54.13%之間，與WHO/FAO氨基酸模式相比，所有蠶豆種質資源均低于標準，其中以JD231的EAA/TAA值和EAA/NEAA值最高，其氨基酸比例相比其他資源更合理，營養更全面。從氨基酸平衡理論觀點出發，25份蠶豆種質資源異亮氨酸和賴氨酸相對過剩，而蛋氨酸+胱氨酸相對不足，是蠶豆的第一限制性氨基酸。本研究著重分析評價蠶豆氨基酸中各種必需氨基酸與WHO/FAO氨基酸模式的離散程度，全面評價了參試25份蠶豆種質資源成熟籽粒的氨基酸營養價值，綜合篩選出了氨基酸食用價值最高的6個資源，分別為D11、JD096、JD012-2、JD014-3、JD090和JD231。

采用聚類分析將25份蠶豆材料分為4類，第Ⅰ類群的礦質元素Fe、P、K、Ca的平均含量最高，尤其是P元素和K元素含量處于中上水平，可作為高礦質元素材料開發的優質資源。第Ⅱ類群9份資源的淀粉、維生素B1和胱氨酸的平均含量最高，而脂肪、P、K、Mg元素的平均含量最低，今后可以在加工食品、功能食品以及飼料等領域加以開發利用。第Ⅲ類群整體營養品質表現比較優秀，蛋白質、維生素B2、Cu元素和除胱氨酸外的16種氨基酸含量均較高，Na元素的平均含量較低，可以用于富含高蛋白、高氨基酸以及低納蠶豆育種研究以及相關食品飼料的開發利用[29]。第Ⅳ類群的脂肪、膳食纖維和可溶性糖的平均含量相對較高，但相比其他類型優勢不太明顯，可作為候選材料進行保存。

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