18份薏苡自交系的主要氨基酸及脂肪酸組分評價

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材料，檢測其粗蛋白、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準，分析其氨基酸組成，并利用隸屬函數(shù)法進行綜合品質(zhì)評價和優(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標準氨基酸模式相比，纈氨酸（Val）、蛋氨酸和胱氨酸（Met+Cys）與標準模式譜極為相近。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優(yōu)勢，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)類型的材料可用于專用加工品種的選育及創(chuàng)新利用。

關(guān)鍵詞：氨基酸;脂肪酸;組分評價;薏苡;隸屬函數(shù)法

中圖分類號：S519.01 ??文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）21-0159-06

收稿日期：2021-02-15

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

作者簡介：李祥棟（1987—），男，山東臨沂人，碩士，高級農(nóng)藝師，主要從事植物生理學與分子生物學研究，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)代藥理學研究表明，薏苡仁具有促進新陳代謝、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，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胞G2/M期，阻滯腫瘤細胞有絲分裂，誘導腫瘤細胞凋亡，影響腫瘤細胞基因表達，對肝癌、肺癌、乳腺癌等多種腫瘤細胞具有極強的殺傷及抑制作用[3]。薏苡品質(zhì)評價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，因此有效評價薏苡的營養(yǎng)及藥用成分，對于其產(chǎn)品加工和遺傳改良具有重要指導意義。迄今為止，在薏苡種質(zhì)資源的表型[4-6]、遺傳多樣性[7-8]等方面已有報道，也有部分學者對品質(zhì)分析進行了剖析。談嫚嫚等有效分析了3個薏苡品種的主要營養(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)合國世界衛(wèi)生組織（WHO）/聯(lián)合國糧食和農(nóng)業(yè)組織（FAO）氨基酸參考模式為評價標準，對薏米及薏米糠中蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值進行了評價，發(fā)現(xiàn)薏米及薏米糠中蛋白含量與雞蛋、核桃相當，高于牛乳，而且薏米糠中氨基酸較薏米中氨基酸更接近標準模式[11]。董楠等以薏苡米粉為研究對象，從薏苡米粉的營養(yǎng)成分、蒸煮特性和感官評價3個方面進行分析評價，結(jié)果表明當薏苡粉的添加量為20%時，薏苡米粉營養(yǎng)食用品質(zhì)較佳[12]。筆者在前期也曾對86份地方薏苡資源的淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)和氨基酸成分進行了檢測和評價，并部分對優(yōu)異種質(zhì)進行了篩選[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峰林試驗基地按小區(qū)種植，小區(qū)面積為10 m2，長×寬=5 m×2 m，每個小區(qū)種植5行，密度為12萬株/hm2，除草、施肥等田間管理按照統(tǒng)一方式進行，成熟期收獲籽粒、曬干，以備后續(xù)分析。

1.2 試驗方法

選取收獲后籽粒飽滿的種子，剝殼、粉碎，過60目篩，作為供試樣品進行分析。測試內(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、天門冬氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、組氨酸、酪氨酸、賴氨酸）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、油料作物種子粗脂肪測定方法》標準進行檢測，粗蛋白按NY/T 3—1982《谷類、豆類作物種子粗蛋白質(zhì)測定方法》標準執(zhí)行，氨基酸測定按照NY/T 56—1987《谷物籽粒氨基酸測定的前處理方法》執(zhí)行，脂肪酸測定由浙江康萊特藥業(yè)有限公司按照中國藥品標準WS3-300（Z-038）—2001（Z）《注射用薏苡仁油》執(zhí)行。

1.3 品質(zhì)評價

1.3.1 氨基酸組分評價

氨基酸成分分析評價根據(jù)氨基酸測定數(shù)值計算不同薏苡品系中必需氨基酸的相關(guān)比例，參照WHO/FAO標準模式譜[14]進行分析，并根據(jù)氨基酸平衡理論，利用標準模式譜計算必需氨基酸的氨基酸比值（RC）和比值系數(shù)分（SRC）進行評價。計算公式如下：

RAA=某氨基酸含量標準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最小值對應的氨基酸為第一限制氨基酸，以此類推;RC大于或小于1.00，說明該種必需氨基酸相對過?；蛘呦鄬Σ蛔?，RC=1.00表明其組分比例與模式譜一致;SRC越小，說明營養(yǎng)價值越低，越接近100.00，則營養(yǎng)價值越高。

1.3.2 綜合品質(zhì)評價

采用模糊數(shù)學中的隸屬函數(shù)法對不同薏苡自交系的品質(zhì)指標進行綜合評價。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）指標的平均隸屬度值進行綜合評價分析，平均隸屬度越大，則綜合品質(zhì)越好。隸屬函數(shù)值計算公式：

Sin=（Xin-Ximin）/（Ximax-Ximin）。（4）

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

1.4 統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2003進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和隸屬函數(shù)計算。

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價

為了更好地從營養(yǎng)角度評價薏苡的品質(zhì)，采用FAO/WHO提出的標準蛋白模式進行比較。結(jié)果（表3）表明，蘇氨酸（Thr）、異亮氨酸（Ile）和賴氨酸（Lys）的RC < 1，且Ile > Thr > Lys，與WHO/FAO標準模式譜相比這3種氨基酸相對不足，賴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，相對過剩，但是纈氨酸（Val）、蛋氨酸+胱氨酸（ Met+Cys）與標準模式譜極為相近。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），其氨基酸組成和營養(yǎng)價值更高。

2.3 薏苡自交系脂肪酸組成

通過對薏苡的粗脂肪和4種主要脂肪酸組分進行測試，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價和篩選

以粗蛋白、粗脂肪、必需氨基酸和4種主要脂肪酸組分為評價指標，采用模糊數(shù)學中的隸屬函數(shù)法對不同薏苡自交系的品質(zhì)指標進行綜合評價。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，說明其在氨基酸和脂肪酸組分綜合性品質(zhì)上相對較優(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/總氨基酸的值應達總量的40%左右，必需氨基酸/非必需氨基酸的值應在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%，與標準氨基酸模式極為相近，可作為食品中優(yōu)質(zhì)蛋白或氨基酸的來源，這與前人的研究結(jié)果[10，15]基本一致。林莉等通過優(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較高，這是薏苡特有的營養(yǎng)稟賦，可作為優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)（氨基酸）和油脂來源。但是，在加工、儲藏等過程中也存在不易蒸煮、易陳化變質(zhì)、不耐儲藏等不利因素。已有研究表明，薏苡仁在自然狀態(tài)下（溫度為4～24 ℃、相對濕度為74%～86%）儲藏60 d即出現(xiàn)哈敗，其陳化主要與醇類、酯類物質(zhì)的氧化、分解，醛類、酸類物質(zhì)的形成相關(guān)，也與脂類氧化降解密切相關(guān)，也會造成其營養(yǎng)、蒸煮和質(zhì)構(gòu)等品質(zhì)的下降[18-21]。因此，在產(chǎn)品加工過程中也要根據(jù)其特定品質(zhì)和不耐儲藏特點，進一步優(yōu)化加工工藝和儲藏條件。

3.2 薏苡主要品質(zhì)評價與品種選育

模糊函數(shù)評估法是根據(jù)模糊數(shù)學的原理，利用隸屬函數(shù)進行綜合評估的方法，廣泛應用于植物的抗旱性[22-24]和品質(zhì)評價[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)開展綜合評價和材料篩選，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價的重要指標，也是高含油薏苡品種選育的重要方向。已有學者采用生物信息學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?；D(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，可作為不同加工類型育種材料的重要來源。

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