不同產地肺形側耳氨基酸特征分析及營養評價

陸 歡,尚曉冬,劉建雨,宋春艷,王瑞娟*,王作錄

(1 上海市農業科學院食用菌研究所,農業農村部南方食用菌資源利用重點實驗室,國家食用菌工程技術研究中心,上海市農業遺傳育種重點實驗室,上海 201403;2 上海星秀食用菌種植專業合作社,上海 201508)

肺形側耳(Pleurotus geesteranus)隸屬于擔子菌綱傘菌目側耳科側耳屬,因其菇體嬌小,商品名稱為秀珍菇[1-2]。 肺形側耳菇形秀美、鮮嫩清脆、味道鮮美,深受消費者青睞。 我國大陸地區于20 世紀90 年代末從中國臺灣引進該菌種,并陸續在廣東、福建、浙江、江蘇、上海等地栽培成功[3]。 隨著栽培地域與規模的不斷擴大,肺形側耳現已經成為國內栽培的大宗食用菌品種之一,2017 年全國總產量為32.5 萬t(數據來源于中國食用菌協會)。

肺形側耳富含蛋白質、粗脂肪、多糖和多種維生素[4]等營養物質,其菌絲體及子實體中還富含多糖等活性物質,具有抗氧化[5]、抗腫瘤[6]、降血脂、抗突變和提高機體免疫力等功能,并對酒精性肝損傷具有較好的保護作用[7-8]。 目前國內研究多集中于肺形側耳的栽培技術[9-10]、菌種選育[11]、多糖提取純化[12]、藥理功能[13]和采后保鮮[14]等方面,對肺形側耳基本的蛋白和氨基酸物質研究較少,也鮮有對其營養物質和氨基酸的系統評價報道。 近年來,蛋白質作為主要營養成分,氨基酸作為蛋白質的分解產物,逐漸成為評價食品質量及營養價值的重要指標。

本研究測定不同產地12 個肺形側耳的營養成分和氨基酸含量,通過必需氨基酸評分、化學評分、氨基酸比值系數、IOM 模式評分和相關性分析對肺形側耳進行營養特性評價,同時對其中的呈味氨基酸組分進行分析,并對不同產地的肺形側耳進行聚類分析,以期為肺形側耳產品優良種質資源的篩選、營養強化型新品種的選育和產品開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

12 個肺形側耳來源見表1,編號為P1—P12。 其中,‘申秀1 號’的子實體灰褐色、菇蓋厚、不易碎、邊緣齊整、柄粗長、產量高,菌蓋與菌柄連接處有顏色變淺等特性;出菇最適溫度為18—23 ℃,常用栽培材料以木屑、甘蔗渣和麩皮為主。 ‘臺秀’具有叢生、菌蓋偏小厚實、淺褐色或褐色、菌柄白色等特征,生物學轉化率＞70%;出菇溫度為15—25 ℃,常用栽培材料以棉籽殼為主。 ‘農秀1 號’子實體為單生或叢生,菌蓋扇形,表面光滑,菌褶密集,菌柄白色,基部少絨毛;出菇最適溫度為18—22 ℃,常用栽培材料以棉籽殼、木屑和麩皮為主。 ‘羅秀’的子實體菌蓋為淺灰色或灰黑色,扇形,菇柄偏生或側生,白色,菇柄不粘連;出菇溫度為12—30 ℃,常用栽培材料以棉籽殼和木屑為主。

表1 肺形側耳菌株來源Table 1 Source of strains of P.geesteranus

甲醇、乙腈、甲酸均為LC-MS 級,德國CNW Technologies GmbH 公司產品。 葡萄糖、硼酸、溴甲酚綠、甲基紅、氫氧化鈉、濃鹽酸(體積分數37%)、濃硝酸、硫酸銅、硫酸鉀、乙醇、丙酮、石油醚均為分析純,國藥集團化學試劑有限公司產品。

1.2 儀器與設備

MS-TS 分析天平,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;FD5-3T 真空冷凍干燥機,美國西盟國際公司;GZX-9240MBE 數顯鼓風干燥箱,上海博迅實業有限公司醫療設備廠;JXFSTPRP-24 研磨儀,上海凈信環境科技有限公司;HH-1 水浴鍋,金壇市城東新瑞儀器廠;Heraeus Fresco 17 離心機,美國Thermo Fisher Scientific 公司;ANKOM A200i 纖維分析儀,美國ANKOM 公司;XT15 全自動脂肪分析儀,美國安科技術公司;UV-2600 紫外可見分光光度儀,日本島津公司;Mars 微波消解儀,美國CEM 公司;NEXION 300X 電感耦合等離子體質譜儀,美國珀金·埃爾默公司;Kjeltec 8400 全自動凱氏定氮儀,丹麥FOSS 公司;6460 Triple Quadrupole Mass Spectrometer 質譜儀、1290 Infinity II series UHPLC System 超高效液相儀,美國Agilent 公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 取樣及樣品預處理

選擇成熟度相近、外觀整齊、無腐敗變質、無機械損傷的新鮮肺形側耳子實體100 g。 將所取樣品置于凍干機中冷凍24 h,研磨儀粉碎,充分混合過40 目(0.425 mm)篩后,稱取20 g 備用。

1.3.2 營養成分含量測定

多糖含量測定參照NY∕T 1676—2008《食用菌中粗多糖含量的測定》和GB∕T 15672—2009《食用菌中總糖含量的測定》,灰分含量測定參照GB 5009.4—2016《食品安全國家標準食品中灰分的測定》,粗纖維含量測定參照GB∕T 5009.10—2003《植物類食品中粗纖維的測定》,元素含量測定參照GB∕T 35876—2018《糧油檢驗谷物及其制品中鈉、鎂、鉀、鈣、鉻、錳、鐵、銅、鋅、砷、硒、鎘和鉛的測定電感耦合等離子體質譜法》,脂肪含量測定參照GB 5009.6—2016《食品安全國家標準食品中脂肪的測定》。 使用Kjeltec 8400 全自動凱氏定氮儀測定肺形側耳子實體中的蛋白質含量,蛋白質含量測定參照GB 5009.5—2016《食品安全國家標準食品中蛋白質的測定》。

1.3.3 氨基酸含量測定

樣品制備:稱取25 mg 樣本于EP 管中,加入鋼珠,向樣本中加入1 000 μL 乙腈∶甲醇∶水=2∶2∶1(體積比)的提取液,含同位素標記內標混合物,渦旋30 s 混勻。 35 Hz 研磨處理4 min,冰水浴條件下超聲5 min,重復研磨超聲3 次,-40 ℃靜置1 h 后于4 ℃、12 000 r∕min 離心15 min。 取上清液稀釋25 倍后,渦旋30 s 混勻,移至LC 進樣瓶中備用,使用UHPLC-MS∕MS 測定肺形側耳子實體中的氨基酸含量。

UHPLC-MS∕MS 檢測:流動相條件為柱溫箱溫度35 ℃,樣品盤4 ℃,進樣體積1 μL。 質譜條件離子源參數為:電壓+4 000 V∕-3 500 V,電噴霧電壓+500 V∕-500 V,離子源溫度300 ℃,離子流速5 L∕min,氣溫250 ℃,氣流量11 L∕min,霧化氣壓力310.46 kPa。

1.3.4 氨基酸營養特征評價

依據WHO∕FAO∕UNU[15]聯合發布的模型計算氨基酸評分(Amino acid score,AAS);根據Seligson等[16]的方法計算化學評分(Chemical score,CS);根據朱圣陶等[17]的方法計算氨基酸比值系數(RC)。IOM 模式[18]評分及蛋白完全性分析參照IOM 的指南分析。

1.4 數據分析

采用Agilent MassHunter Workstation Software 進行質譜數據采集及目標化合物定量分析,采用SPSS 22.0 軟件進行氨基酸Pearson 雙側檢驗法相關性分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同產地肺形側耳中的營養成分含量

由表2 可知,不同產地12 個肺形側耳的粗蛋白含量平均值為35.38 g∕(100 g),高于栽培食用菌中的雙孢蘑菇、草菇、糙皮側耳、金針菇及香菇等常見種類[19],其中P3、P4 和P11 蛋白質含量較高。 粗多糖含量平均值為10.55 g∕(100 g),高于常見食用菌種類,其中P6、P7 和P9 粗多糖含量較高。 還原糖含量平均值為1.95 g∕(100 g),粗脂肪含量平均值為2.65 g∕(100 g),與常見食用菌種類一致,其中P11 還原糖含量最高,P4、P5 和P12 粗脂肪含量較低。 粗纖維含量平均值為2.02 g∕(100 g),灰分含量平均值為2.96 g∕(100 g),兩者遠低于常見栽培食用菌種類。 由此說明,肺形側耳是一種高蛋白、低脂肪的食用菌。

表2 不同產地肺形側耳的基本營養成分含量Table 2 Basic nutrient content of P. geesteranus from different producing areas g·(100 g) -1

2.2 不同產地肺形側耳中的礦物質元素和重金屬含量

由表3 可知,12 個肺形側耳中,鈉含量平均值為123.69 mg∕kg,鉀含量平均值為2.75 mg∕kg,鎂含量平均值為0.16 mg∕kg,鐵含量平均值為120.12 mg∕kg。 其中,鈉和鐵含量相對豐富,符合現代營養健康飲食的要求。 重金屬鉛含量平均值為0.14 mg∕kg,鎘含量平均值為0.26 mg∕kg,砷含量平均值為0.30 mg∕kg,汞均未檢出。 其中鉛、砷含量都小于食品安全國家標準限量,而鎘只有P2 和P7 未超過國標限量0.20 mg∕kg,其余都高于國標限量。 原因可能是用于肺形側耳栽培的原材料中鎘含量較高,在肺形側耳生長過程中被富集到子實體內。

表3 不同產地肺形側耳的礦物質元素和重金屬含量Table 3 Mineral elements content and heavy metals content of P.geesteranus from different producing areas mg·kg -1

2.3 不同產地肺形側耳的氨基酸組成

不同產地12 個肺形側耳樣品中均檢測到15 種常見氨基酸(表4)。 根據FAO∕WHO 提出的理想蛋白質模式值,蛋白質氨基酸組成中IAA∕TAA 值應達到40%左右,IAA∕NIAA 值應達到60%左右。 樣品P1—P12 的氨基酸總量在16.43—39.67 mg∕g,其中P5 的氨基酸總量最高,P1 最低。 樣品P1—P12 中含量較高的氨基酸均為谷氨酸、天冬氨酸、絲氨酸和丙氨酸,谷氨酸分別占12 個樣品氨基酸總量的38.34%、33.87%、36.35%、19.35%、19.41%、23.88%、20.59%、23.57%、24.20%、34.56%、35.03%和28.11%。樣品P1—P12 的IAA∕TAA 值在16.49%—30.12%,IAA∕NIAA 值在19.75%—43.11%,均低于理想蛋白質標準,說明肺形側耳所含的蛋白質可作為部分蛋白質的補充來源,并不是開發優質蛋白質的首選材料。

表4 不同產地肺形側耳的氨基酸組成Table 4 Amino acid composition of P.geesteranus from different producing areas mg·g -1

2.4 不同產地肺形側耳的氨基酸營養評價

2.4.1 不同產地肺形側耳的必需氨基酸組成分析

以氨基酸總量對不同產地12 種肺形側耳進行蛋白質品質評價。 12 個肺形側耳的蛋白中檢測到有6種人體必需氨基酸(表5),總量在3.78—16.21 mg∕g,平均值為8.75 mg∕g。 通常認為氨基酸組成比例與WHO∕FAO 模式和雞蛋模式越接近,蛋白質質量越優異。 研究發現,12 個肺形側耳樣品中必需氨基酸的組成遠遠低于FAO∕WHO 模式、雞蛋模式和IOM 模式,說明肺形側耳氨基酸組成雖豐富,但氨基酸含量較低,達不到國際標準。 此外,12 個肺形側耳樣品中的每種必需氨基酸含量也均低于FAO∕WHO 模式、雞蛋模式和IOM 模式。

表5 不同產地的肺形側耳必需氨基酸組成比較分析Table 5 Comparative analysis of essential amino acids composition of P.geesteranus from different producing areas mg·g -1

2.4.2 不同產地肺形側耳的必需氨基酸評價分析

由表6 可見,樣品P1—P12 氨基酸評分(AAS)中,得分較高的必需氨基酸均為色氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸和蘇氨酸;甲硫氨酸+半胱氨酸是肺形側耳的第一限制性氨基酸,其次為賴氨酸。 12 種肺形側耳蛋白的必需氨基酸含量雖然充足,但均未達到模式譜的要求(100%),不能作為優質蛋白來源。

表6 不同產地的肺形側耳必需氨基酸評分(AAS)Table 6 Essential amino acids score(AAS) of P.geesteranus from different producing areas

2.4.3 不同產地肺形側耳的必需氨基酸比值系數

根據營養學理論,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。 基于氨基酸平衡理論,氨基酸比值系數(RC)越接近1,蛋白質營養價值越高[20]。 由表7 可見,肺形側耳P1—P12 中,色氨酸的氨基酸比值系數(RC)相較于其他氨基酸最接近于1(平均值1.65),與模式譜最接近。 賴氨酸的RC 值最低,蘇氨酸的RC 值則遠遠超過其他種類的必需氨基酸,這與AAS 分析結果一致。

表7 不同肺形側耳的必需氨基酸比值系數(RC)Table 7 Ratio coefficient(RC) of essential amino acids of P.geesteranus from different producing areas

2.4.4 不同產地肺形側耳的必需氨基酸化學評分

由表8 可見,樣品P1—P12 中氨基酸化學評分(CS)得分均低于全雞蛋蛋白質模式(100),其中苯丙氨酸+酪氨酸的CS 最高,甲硫氨酸+半胱氨酸的CS 最低,表明肺形側耳的蛋白質中這些必需氨基酸的供應量和平衡性均不如雞蛋蛋白質,不是優良蛋白質來源的首選材料。

表8 不同產地肺形側耳的必需氨基酸化學評分(CS)Table 8 Chemical score(CS)of essential amino acids of P.geesteranus from different producing areas

2.4.5 不同產地肺形側耳的必需氨基酸IOM 模式評分

IOM 模式評分(表9)發現,肺形側耳蛋白的各必需氨基酸均未達到IOM 模式譜要求,得分都未超過100。 其中蘇氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸得分較高,可通過與其他氨基酸含量豐富的食品進行膳食搭配,以滿足人類對氨基酸的需求。

表9 不同產地肺形側耳的必需氨基酸IOM 評分Table 9 IOM score of essential amino acids of P.geesteranus from different producing areas

2.5 不同產地肺形側耳的味覺氨基酸組成分析

氨基酸在結構上因側鏈基團的不同,導致氨基酸的口味感官有所差異。 按味覺強度可將氨基酸分為甜味氨基酸(甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、脯氨酸、組氨酸)、苦味氨基酸(纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、色氨酸、精氨酸)、鮮味氨基酸(賴氨酸、谷氨酸、天冬氨酸)及芳香族氨基酸(苯丙氨酸、絡氨酸、半胱氨酸)[21]。 由表10 可見,12 個肺形側耳樣品中,除P1、P2、P3 和P11 味覺氨基酸含量為鮮味氨基酸＞甜味氨基酸＞芳香族氨基酸＞苦味氨基酸之外,其余樣品味覺氨基酸含量均為甜味氨基酸＞鮮味氨基酸＞芳香族氨基酸＞苦味氨基酸。 甜味氨基酸含量的平均值為10.48 g∕(100 g),占味覺氨基酸含量的41.76%;鮮味氨基酸含量的平均值為8.60 g∕(100 g),占味覺氨基酸含量的34.27%;芳香族氨基酸含量的平均值為3.69 g∕(100 g),占味覺氨基酸含量的14.71%。 肺形側耳中鮮味氨基酸和甜味氨基酸質量分數均較高,其獨特的氣味可能與這兩種高含量的味覺氨基酸有密切聯系。

表10 不同產地肺形側耳的味覺氨基酸含量Table 10 Content of gustatory amino acids of P.geesteranus from different producing areas

2.6 相關性分析

由表11 可知,蘇氨酸與賴氨酸、苯丙氨酸、纈氨酸、色氨酸、絲氨酸、酪氨酸、組氨酸、精氨酸之間存在極顯著相關性(P＜0.01),與谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸之間存在顯著相關性(P＜0.05),與甲硫氨酸、天冬氨酸和脯氨酸之間無顯著相關性。 甲硫氨酸與蘇氨酸、賴氨酸之間無顯著相關性;苯丙氨酸與賴氨酸之間存在極顯著相關性,與甲硫氨酸之間無顯著相關性。 脯氨酸與甲硫氨酸和丙氨酸之間存在極顯著相關性,與其他氨基酸之間無顯著相關性。 組氨酸和精氨酸與甲硫氨酸和天冬氨酸呈負相關,與其他氨基酸之間均存在顯著正相關性。 天冬氨酸與其他氨基酸之間均為負相關。 相關性分析表明,肺形側耳中各種氨基酸之間既存在正相關也存在負相關,多數氨基酸之間的相關性顯著,說明肺形側耳中所含的氨基酸之間相關性較強。

表11 不同產地肺形側耳的氨基酸相關性分析Table 11 Correlation analysis of amino acids of P.geesteranus from different producing areas

2.7 聚類分析

綜合12 個肺形側耳的AAS、CS 和RC 值,以氨基酸含量為變量進行聚類分析(圖1)。 結果表明:12個樣品可被分成4 類,其中P4、P5、P6 和P9 聚為一類,其綜合評價值較高,氨基酸營養品質相對較好;P1、P2、P3、P10、P11 和P12 聚為一大類,其氨基酸營養品質相對較差;P7 和P8 各單獨聚為一類,與其余2 類有明顯的分離,P8 綜合評價值最低,蛋白質品質一般。

圖1 不同產地肺形側耳的氨基酸含量聚類分析Fig.1 Cluster analysis of P.geesteranus from different producing areas based on amino acids content

3 討論

不同來源的蛋白質在人體內進行消化、吸收、分解和排出的過程差異較大,進而影響人體的能量供應和代謝活動等。 必需氨基酸——谷氨酸是大腦中主要的興奮性神經遞質之一,參與學習、記憶、運動等多種行為,也與阿爾茨海默病、癲癇等神經系統疾病有密切關系[22-23]。 谷氨酸在植物體內也是一種信號分子,主要與細胞代謝、種子萌發、生長發育和遠距離信息傳遞相關[24-25]。 食用菌含有豐富的蛋白質和氨基酸資源,且食用菌品質評價近年來也成為食用菌重要的農藝性狀之一。 陳洪雨等[26]對珍稀食用菌亞東黑耳進行了氨基酸特征分析及蛋白質品質評價,發現亞東黑耳蛋白質中的必需氨基酸含量非常充足,比例基本合理,符合國際推行的氨基酸平衡模式譜,為開發野生菌資源提供了參考模式。 王麗艷等[27]對市售14 種食用菌中所含的17 種氨基酸含量進行了綜合評價,得出甲硫氨酸、賴氨酸、纈氨酸、脯氨酸、組氨酸、蘇氨酸、異亮氨酸和半胱氨酸可以作為市售14 種食用菌的綜合評價指標。 吳瑩瑩等[28]對工廠化栽培的蟹味菇和白玉菇的氨基酸組成及營養均衡性進行了系統評價,發現斑玉蕈蛋白質含量較高,氨基酸配比較為均衡,并建立了可用于其他食用菌營養分析的蛋白質品質評價體系。 李巧珍等[29]測定了46 個不同來源香菇的15 項營養品質指標,構建了香菇營養品質綜合評價函數,建立了香菇營養品質綜合評分標準。

肺形側耳是一種具備較為優良蛋白的新型植物蛋白源,能與動物蛋白互補,滿足人們不斷提高的膳食要求和填補市場的多元化需求。 為更好地開發利用肺形側耳種質資源,發揮地方品種的資源優勢,本研究開展了肺形側耳營養成分和氨基酸品質分析和綜合評價,為肺形側耳新品種選育及產品開發利用提供數據支撐。 12 個不同產地的肺形側耳所含粗蛋白平均值為35.38 g∕(100 g)、粗多糖平均值為10.55 g∕(100 g),均高于常見栽培食用菌種類;還原糖平均值為1.95 g∕(100 g)、粗脂肪平均值為2.65 g∕(100 g),與常見食用菌一致;粗纖維平均值為2.02 g∕(100 g)、灰分平均值為2.96 g∕(100 g),遠低于常見栽培食用菌種類。 可見,肺形側耳是高蛋白、低脂肪的食用菌種類,這與韓建東等[30]利用菌渣栽培肺形側耳所檢測子實體中粗蛋白含量較高、粗脂肪含量較低結論一致。 肺形側耳還含有豐富的鈉和鐵,所含鉛和砷均符合國標限量值標準,汞均未檢出。

肺形側耳所含氨基酸種類豐富,本試驗中12 個不同產地的肺形側耳氨基酸總量在16.43—39.67 mg∕g,IAA∕TAA 值在16.49%—30.12%,IAA∕NIAA 值在19.75%—43.11%,與FAO∕WHO 理想蛋白質模式值有較大的差距,其中P5 最接近模式值。 所有產地肺形側耳的IAA∕TAA 值均低于金茜等[31]利用中藥渣栽培的肺形側耳IAA∕TAA 值。 12 個不同產地的肺形側耳中甲硫氨酸+半胱氨酸均為第一限制性氨基酸,甲硫氨酸是人和動物必需的含硫氨基酸,在生物體內具有重要的生理生化功能,肺形側耳可與其他氨基酸含量高的動物蛋白食物互補,提高利用價值。 對12 個肺形側耳進行聚類分析,可將其歸為4 類,該聚類結果與氨基酸評分結果相一致。 聚類結果反映了不同產地間的差異性,這可能與所用栽培原材料和氣候等條件有關。

4 結論

本研究系統分析了不同產地12 個肺形側耳的營養成分和蛋白特征,發現肺形側耳是具有高蛋白質、高纖維和低脂肪特點的食用菌,且含有豐富的礦物質。 12 個樣品間氨基酸總量、必需氨基酸及呈味氨基酸含量均存在較大的差異,均低于理想蛋白質標準,甲硫氨酸+半胱氨酸是肺形側耳的第一限制性氨基酸。 聚類分析將12 個肺形側耳分為四大類,反映了不同產地肺形側耳之間的差異性。 本研究選擇的是肺形側耳主產地的樣品,未包括全國所有栽培區域,在今后研究中還需繼續擴大樣品采集范圍。 根據肺形側耳營養成分和基酸含量的差別研究開發營養強化型品種,可為肺形側耳種質評價提供可靠支撐,也可為肺形側耳的營養風味研究、新品種選育及產品開發利用提供理論依據。