不同鮮食玉米品種適采期氨基酸含量分析

盧柏山， 董會， 趙久然， 徐麗， 樊艷麗， 史亞興， 王榮煥

（北京市農林科學院玉米研究所，玉米DNA指紋及分子育種北京市重點實驗室，北京 100097）

鮮食玉米是指在乳熟期采收其青嫩果穗直接食用的一類特用玉米，主要包括甜玉米、糯玉米和甜加糯玉米3種類型［1-2］。鮮食玉米具有營養價值高、適口性好、附加值高等綜合優點，是近年來我國種植業結構調整及貫徹落實科技幫扶、鄉村振興戰略的首選作物［3-4］。隨著我國經濟的快速發展和人們消費水平的逐漸提高，對鮮食玉米的關注度逐漸由“有無”轉變為“質優”。

氨基酸是生物體內構成蛋白質的基本單位，參與人體眾多生理過程，對維持人體健康和預防慢性疾病具有非常重要的意義［5-6］。鮮食玉米含有豐富的氨基酸，除人體必需氨基酸外，半必需氨基酸（如精氨酸、組氨酸）也十分豐富，另外還有鮮味、甜味和苦味氨基酸等［7-9］。鮮食玉米氨基酸的含量日益受到國內外育種家的關注，但大多集中在強化某類氨基酸的品種選育方面，而針對不同類型和品種的氨基酸含量分析的較少。本研究選用26 個鮮食玉米品種，采用高效液相色譜法測定了17 種氨基酸，篩選出了氨基酸含量豐富且均衡的鮮食玉米品種，為鮮食玉米膳食營養和氨基酸強化育種等提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2022 年在北京市農林科學院院內試驗基地進行。以甜玉米、糯玉米和甜加糯玉米3種類型共26 個鮮食玉米主栽品種為試驗材料，籽粒顏色包括紫色、紫白色、白色和黃色。

1.2 田間設計

試驗采用隨機區組設計，10行區，行長4.5 m，小區面積27 m2。為保證品種內取樣果穗灌漿的一致性，吐絲前選擇生長一致、健壯的植株進行掛牌標記并套袋，盛花期統一人工授粉。甜玉米于授粉后21 d 取樣，糯玉米和甜加糯玉米于授粉后23 d 取樣，每個品種取6 穗，剝取穗中部籽?；靹蚝笥谝旱薪?，后置于-80 ℃保存。

1.3 儀器與試劑

采用島津LC-20AT高效液相色譜儀測定籽粒氨基酸含量。17 種氨基酸標準品均購自Sigma 公司，濃鹽酸、正己烷、乙酸鈉、乙腈（色譜純）、三乙胺（triethylamine, TEA）、異硫氰酸苯酯（phenyl isothiocyanate, PITC）均購自國藥集團化學試劑有限公司。

1.4 試驗方法

1.4.1樣品前處理準確稱取0.5 g樣品于50 mL離心管中，加入15 mL 0.1 mol·L-1的HCl水溶液，渦旋混勻，超聲30 min，10 000 r·min-1離心5 min，取上清液過濾至25 mL離心管；再加入10 mL 0.1 mol·L-1的鹽酸水溶液，重復上述過程，用0.1 mol·L-1的鹽酸水溶液定容至25 mL，混勻供衍生用［10］。

1.4.2衍生方法取氨基酸標準品混合液或樣品溶液100 μL 置于4 mL 離心管中，加入衍生試劑（乙腈800 μL、TEA 100 μL 和PITC 100 μL）1 ml，混合渦旋20 s，放置60 min，加水800 uL、正己烷0.5 mL，渦旋1 min，靜置10 min，移去上層，再次加正己烷0.5 mL，渦旋1 min，靜置10 min，取下層溶液，用0.22 μm 濾膜過濾后取20 μL 進行色譜分析［11］。

1.4.3色譜條件 色譜柱：Agilent extend-C18 柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；流動相：A相為0.1 mol·L-1乙酸鈉水溶液；B相為乙腈；流速1.0 m L·min-1；柱溫30 ℃；檢測波長254 nm；進樣量：20 μL；梯度洗脫程序見表1。

表1 流動相梯度洗脫Table 1 Gradient elution of mobile phase

1.5 氨基酸含量分析

1.5.1氨基酸含量測定 參照鄧重梨等［12］和Xiao 等［13］方法測定總氨基酸（total amino acid，TAA）含量、必需氨基酸（essential amino acid，EAA）含量、非必需氨基酸（non-essential amino acid，NEAA）含量、甜味氨基酸（sweet amino acid，SWAA）含量、苦味氨基酸（bitter amino acid，BIAA）含量、鮮味氨基酸（flavor amino acid，FLA）含量［12-13］。

1.5.2氨基酸模式與比值系數法評價 以世界衛生組織（World Health Organization, WHO）和聯合國糧農組織(Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO)提出的評價蛋白質營養價值的EAA模式（WHO/FAO模式）為基礎，采用氨基酸比值（ratio value of amino acid, RAA）系數法對參試鮮食玉米的氨基酸含量進行綜合分析。RAA、比值系數（amino acid ratios coefficient，RC）、比值系數得分（score of amino acid ratio coefficient，SRC）計算公式如下。該評價體系中，RAA和RC的數值越接近1，表明該氨基酸含量越接近WHO/FAO 標準氨基酸模式值，SRC 數值越接近100，表明該品種各類必需氨基酸含量越均衡［14-17］。

1.6 數據分析與處理

采用Microsoft Office Excel 進行相關數據處理，采用DPS 6.05軟件進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 參試鮮食玉米品種EAA 和NEAA 含量比較分析

采用高效液相色譜法對26 份鮮食玉米品種的適采期籽粒進行氨基酸含量分析，共檢測出17 種氨基酸，其中EAA（必需氨基酸）共7 種、NEAA（非必需氨基酸）共10種（表2和表3）。

表2 參試鮮食玉米品種必需氨基酸含量比較Table 2 Comparison of essential amino acids（ EAA） of fresh corn（mg·g-1）

表3 參試鮮食玉米非必需氨基酸比較Table 3 Comparison of nonessential amino acids （NEAA） of fresh corn-1 （mg·g ）

由表2 可知，各種EAA 含量在參試鮮食玉米品種間均存在極顯著差異，其中以纈氨酸含量較高，總EAA 含量變幅為1.28~2.53 mg·g-1，平均1.72 mg·g-1。不同類型鮮食玉米比較可知，甜玉米EAA含量相對較高，平均1.97 mg·g-1，比參試鮮食玉米EAA 含量平均值高14.53%，且EAA 各指標在品種間均存在極顯著差異。甜加糯玉米EAA 含量平均為1.76 mg·g-1，比參試鮮食玉米EAA 含量平均值高2.33%，EAA 各指標除蛋氨酸和亮氨酸外，其余各類氨基酸均在品種間存在顯著差異。糯玉米EAA 含量平均為1.51 mg·g-1，比參試鮮食玉米EAA 含量平均值低12.21%，EAA各指標除亮氨酸外，其余各類氨基酸在品種間均存在顯著差異。

由表3可知，NEAA各指標在參試鮮食玉米品種間均存在極顯著差異，其中以谷氨酸含量較高，其次是丙氨酸、脯氨酸和天冬氨酸，NEAA 含量變幅為5.93~14.13 mg·g-1，平均9.04 mg·g-1。甜玉米的NEAA 含量相對較高，平均為11.31 mg·g-1，比參試鮮食玉米NEAA 含量平均值高25.11%；甜加糯玉米NEAA 含量平均為9.33 mg·g-1，比參試鮮食玉米NEAA 含量平均值高3.21%；糯玉米籽粒中NEAA 含量平均為7.23 mg·g-1，比參試鮮食玉米NEAA含量平均值低20.02%。

綜合分析表明，不同類型鮮食玉米以甜玉米EAA和NEAA含量相對較高，其次是甜加糯玉米；EAA 各指標以纈氨酸含量較高，NEAA 各指標以谷氨酸含量較高，其次是丙氨酸、脯氨酸和天冬氨酸。

2.2 參試鮮食玉米品種各類氨基酸含量比較分析

由表4 可知，參試鮮食玉米TAA 含量變幅為6.85~16.66 mg·g-1，平均為10.64 mg·g-1。不同類型鮮食玉米比較可知，甜玉米TAA 含量平均值（13.28 mg·g-1）相對較高，比參試鮮食玉米TAA平均值高24.81%，其中以京科甜533（16.66 mg·g-1）最高，其次是京科甜608（15.12 mg·g-1）；甜加糯玉米TAA含量平均為11.09 mg·g-1，比參試鮮食玉米平均TAA含量低4.23%，其中以農科糯336（14.44 mg·g-1）最高，其次是京科糯2016（12.12 mg·g-1）和農科玉368（12.03 mg·g-1）；糯玉米TAA 含量平均為8.48 mg·g-1，比參試鮮食玉米品種平均值低20.30%，其中以京科糯623（12.01 mg·g-1）為最高，其次是京花糯2008（10.14 mg·g-1）。

表4 參試鮮食玉米籽粒各類氨基酸含量比較Table 4 Comparison of various amino acid content in fresh corn grains

必需氨基酸在總氨基酸含量的平均占比為16.53%，變幅為10.38%~22.43%。其中糯玉米以京科糯656（22.43%）最高，其次是農科糯303（21.03%）；甜加糯玉米以農科玉368（18.16%）最高，其次是京科糯609（16.83%）和京科糯2010（16.65%）；甜玉米以京科甜816（17.39%），其次是京科甜608（16.44%）。

呈味氨基酸方面，參試鮮食玉米均以甜味氨基酸含量相對較高，其次是鮮味氨基酸。參試甜玉米的甜味氨基酸含量平均為4.68 mg·g-1，比參試鮮食玉米平均值高31.09%，其中以京科甜533 含量（6.31 mg·g-1）最高，其次是農科甜601（5.98 mg·g-1）；甜加糯玉米的甜味氨基酸含量平均為3.55 mg·g-1，比參試鮮食玉米平均值低0.56%，其中以農科糯336（4.93 mg·g-1）最高，其次是農科玉368（4.25 mg·g-1）；糯玉米的甜味氨基酸平均為2.75 mg·g-1，比參試鮮食玉米平均值低22.97%，其中以京花糯2008（3.89 mg·g-1）最高，其次是京科糯623（3.70 mg·g-1）和京科糯569（3.30 mg·g-1）。

鮮味氨基酸含量以甜玉米含量（平均4.24 mg·g-1）相對較高，比參試品種平均值高21.14%，其中以京科甜533最高（5.37 mg·g-1），其次是京科甜183（5.18 mg·g-1）；甜加糯玉米中平均含量為3.91 mg·g-1，比參試鮮食玉米平均值高11.71%，其中以農科糯336（5.06 mg·g-1）最高，其次是京科糯2016（4.72 mg·g-1）；糯玉米中平均含量為2.78 mg·g-1，比參試鮮食玉米平均值低20.57%，其中以京科糯623（4.48 mg·g-1）最高，其次是京科糯569（3.03 mg·g-1）。

苦味氨基酸含量平均為1.35 mg·g-1，以甜玉米平均含量（1.68 mg·g-1）最高，比參試鮮食玉米平均值高24.44%，其中以京科甜533（2.28 mg·g-1）最高；甜加糯玉米中平均含量為1.36 mg·g-1，比參試鮮食玉米平均值高0.74%，其中以京科糯2016（1.57 mg·g-1）最高；糯玉米中平均含量為1.11 mg·g-1，比參試鮮食玉米平均值低17.78%。

綜合分析表明，京科甜533（甜玉米）和農科糯336（甜加糯玉米）分別在參試鮮食玉米各組中的總氨基酸含量和鮮味、甜味氨基酸含量較高；糯玉米以京科糯623 總氨基酸含量和鮮味氨基酸含量較高，京花糯2008 甜味氨基酸含量較高；京科糯656（糯玉米）、農科玉368（甜加糯玉米）和京科甜816（甜玉米）分別在參試鮮食玉米各組中的必需氨基酸占比最高。

2.3 參試鮮食玉米品種必需氨基酸與WHO/FAO氨基酸模式值比較

蛋白質和氨基酸的營養價值與必需氨基酸的組成有關，按照WHO/FAO 氨基酸標準模式包括7 類：蘇氨酸、纈氨酸、蛋氨酸+半胱氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸和賴氨酸。由表5可知，蛋氨酸+半胱氨酸含量高于WHO/FAO 標準模式含量；其余氨基酸均低于標準氨基酸模式值，屬于相對缺乏的氨基酸。參試鮮食玉米品種中，萬糯2000（糯玉米）、京科糯2010（甜加糯玉米）的蘇氨酸含量與標準氨基酸模式值相當；京科糯656（糯玉米）的纈氨酸和蘇氨酸含量均與標準氨基酸模式值相當；京科甜158（甜玉米）的蘇氨酸和苯丙氨酸+酪氨酸含量與標準氨基酸模式值相當；農科糯336（甜加糯玉米）、京科甜183（甜玉米）京科甜816（甜玉米）的蛋氨酸+半胱氨酸含量與標準氨基酸模式值相當；京科甜2000（甜玉米）的蛋氨酸+半胱氨酸和賴氨酸與標準氨基酸模式值相當；奧弗蘭（甜玉米）的苯丙氨酸+酪氨酸含量與標準氨基酸模式值相當。

表5 鮮食玉米籽粒必需氨基酸與WHO/FAO氨基酸模式值的比較Table 5 Comparison of essential amino acids LEAA and WHO/FAO amino acid pattern spectra in fresh corn grains

2.4 參試鮮食玉米品種必需氨基酸的RAA、RC和SRC比較

本研究采用RC 法對參試鮮食玉米品種的籽粒必需氨基酸含量進行分析，從表6 可以看出，參試鮮食玉米品種中各類氨基酸的RC 值不盡相同，在部分品種中相對不足，而在其他部分品種中相對過剩。綜合分析表明，蛋氨酸+半胱氨酸的RC 值均大于1，說明其在參試品種中的含量均相對過剩；纈氨酸、蘇氨酸和苯丙氨酸+酪氨酸的RC值接近1，說明其在參試品種中的含量與WHO/FAO 氨基酸標準模式接近；異亮氨酸、亮氨酸和賴氨酸的RC 值均小于1，且亮氨酸RC 值最小，為第一限制氨基酸。

表6 參試鮮食玉米籽粒必需氨基酸的RAA、RC和SCR比較Table 6 Comparison of RAA， RC and SCR of essential amino acids in fresh corn grains

SCR 值是以WHO/FAO 氨基酸標準模式建立的氨基酸評價指標，SRC 越接近100，則食物氨基酸組成與WHO/FAO 氨基酸模式越接近，蛋白質的營養價值就越高。經計算得出，參試鮮食玉米品種的SCR 變幅為15.81~58.17，平均為38.05。其中甜玉米SCR 值相對較高，以京科甜183（58.17）最高，其次是京科甜608（57.79）、京科甜533（53.32）和京科甜816（53.03）；甜加糯玉米SCR 值相對較低，其中以農科玉368（51.05）最高，其次是京科糯336（50.63）；糯玉米SCR 值以京科糯569（47.70）最高。

綜合分析表明，參試鮮食玉米品種中，纈氨酸、蘇氨酸和苯丙氨酸+酪氨酸與WHO/FAO 氨基酸模式接近，亮氨酸為參試品種的第一限制氨基酸。甜玉米以京科甜183 的SCR 值最高，甜加糯玉米以農科玉368 的SCR 值最高，糯玉米以京科糯569的SCR值最高。

3 討論

與傳統玉米相比，鮮食玉米不僅在外觀色澤、甜糯口感方面更勝一籌，其營養成分也具有明顯優勢。我國已成為全球最大的鮮食玉米生產國和消費國，2020 年全國鮮食玉米總種植面積已超過2 000 萬畝（133.33 hm2），市場消費量達570 億穗，鮮食玉米已成為消費者日常用餐中的佐餐或主食的重要替代品［19-20］。隨著國民生活水平的提高和健康意識的增強，營養價值高的鮮食玉米迎合了大眾對高品質食品的更細分、更進階的需求［21］。本研究采用高效液相色譜法對26 份不同鮮食玉米品種籽粒氨基酸含量進行測定，結果表明，參試品種共含17 種氨基酸，EAA 為7 種，其中以纈氨酸含量較高；NEAA為10種，其中以谷氨酸含量較高，不同類型鮮食玉米均以甜玉米氨基酸含量相對較高，其中以京科甜533 總氨基酸含量最高，京科甜816 必需氨基酸占比較高；甜加糯玉米以農科糯336氨基酸含量最高，農科玉368、京科糯609和京科糯2010必需氨基酸占比均在15%以上；糯玉米以京科糯623 總氨基酸含量最高，京科糯656、農科糯303必需氨基酸占比均在20%以上。

鮮食玉米以味道清香鮮甜著稱，這是因為其含有甜味和鮮味等活性物質，如甜味氨基酸和鮮味氨基酸等［22］。甜味氨基酸包括蘇氨酸、絲氨酸、甘氨酸、精氨酸和丙氨酸，其中甘氨酸［23］和丙氨酸［24］均具有特殊鮮甜味，對提高營養價值、改善風味有重要意義。谷氨酸和天冬氨酸是鮮味氨基酸中的特征氨基酸［25］，其中谷氨酸在食用鹽存在的情況下形成谷氨酸鈉，能呈現出較強的鮮味，天冬氨酸在烹熟后具有特殊的鮮美味道［26］。本研究中，不同類型鮮食玉米品種均以甜玉米鮮味氨基酸和甜味氨基酸含量相對較高，其次是甜加糯玉米。甜玉米以京科甜533 的鮮味和甜味氨基酸含量最高，甜加糯玉米品種以農科糯336 的鮮味和甜味氨基酸含量最高，糯玉米以京花糯2008的甜味氨基酸含量最高、京科糯623 的鮮味氨基酸含量最高?？辔栋被岚ɡ野彼?、纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸和組氨酸［27］，本研究中參試鮮食玉米苦味氨基酸含量以糯玉米最低。

近年來，我國居民營養健康狀況得到明顯改善，但仍面臨營養不足和過剩并存、營養相關疾病多發等問題［28］。合理膳食是保證健康的基礎，而食物的營養成分分析和營養價值評價是合理膳食的基礎。蛋白質是人類重要的營養物質，關系到人類的健康和智力的發展，氨基酸是蛋白質的基本組成單位，而組成蛋白質的20 種氨基酸里面有幾種如賴氨酸、蛋氨酸等是人類和動物不能在體內合成的，必需靠食物供給，這些氨基酸被稱為“必需氨基酸”（EAA）［17］。食物中蛋白質的營養價值主要取決于氨基酸的組成和比例，一種食物蛋白質的營養價值高，并不代表能夠全部被人體吸收，EAA 的缺乏和過量都會導致蛋白質的生物利用率降低，只有EAA 組成比例接近于WHO/FAO 標準氨基酸模式時，吸收和利用的效果最佳［29-30］。本研究中，參試鮮食玉米的蘇氨酸、纈氨酸和苯丙氨酸+酪氨酸含量與WHO/FAO 標準氨基酸模式值接近。蘇氨酸在緩解人體疲勞和促進生長發育方面有重要意義；纈氨酸具有促進腦細胞代謝、抗氧化的作用，還具有改善血管功能和神經系統的功效；苯丙氨酸在體內經過苯丙氨酸羥化酶催化作用氧化成為酪氨酸，并與酪氨酸一起合成重要的神經遞質和激素，參與糖代謝和脂肪代謝。參試鮮食玉米蛋氨酸+半胱氨酸含量較高，蛋氨酸在保護心肌、肝腎、降低血壓、清除體內重金屬等方面具有重要作用，半胱氨酸能夠合成角蛋白，輔助胰島素供給，促進白細胞增生，阻止病原菌發育。根據蛋白質互補原則［31-32］，有針對性的搭配食用，補充單一食物中缺乏的氨基酸有利于提高蛋白質整體生物利用率。根據WHO/FAO 標準氨基酸模式來計算氨基酸的RC 值和SCR 值，可直接反映食物中EAA 的營養價值，RC數值越接近1，說明蛋白質營養價值越高。本研究中，參試的26 個鮮食玉米品種中第一限制性氨基酸為亮氨酸；SCR 值越接近100，說明其EAA 組成最均衡，甜玉米以京科甜183、甜加糯玉米以農科玉368、糯玉米以京科糯569的SCR值最高。