肖 軻 蘇東林 - 李志堅 - 尚雪波 -

(1. 湖南省農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，湖南 長沙 410125； 2. 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風險評估與營養(yǎng)功能評價創(chuàng)新團隊，湖南 長沙 410125)

稻米是中國的主要糧食作物，是人類蛋白和能量的重要來源之一[1]，稻米蛋白質(zhì)的生物價和氨基酸構(gòu)成比例遠優(yōu)于其他谷物蛋白[2-3]。近年來，隨著中國居民消費水平的不斷提高和消費質(zhì)量的明顯改善，人們對主食稻米的需求也由原來的數(shù)量型向質(zhì)量型、健康型、食味型和功能型轉(zhuǎn)變[4]。目前，蛋白質(zhì)營養(yǎng)學評價方法可概括為生物學評價法和氨基酸分析評價法兩大類[5]，生物學評價法主要包括蛋白質(zhì)生物價(BV)、蛋白質(zhì)功效比值(PER)、凈蛋白比值(NPR)和氮平衡指數(shù)(NBI)等[6-7]；氨基酸分析評價法主要包括氨基酸評分(AAS)[8]、蛋白質(zhì)消化率校正的氨基酸評分(PDCAAS)、必需氨基酸指數(shù)(EAAI)[9-10]、氨基酸比值系數(shù)(RC)、氨基酸比值系數(shù)分(SRC)等[11-12]。生物學評價法是蛋白質(zhì)營養(yǎng)學評價的經(jīng)典方法，常用作標準方法來驗證其他評價方法的可靠性[13]，但該方法的評價指標必須通過動物或人體試驗獲得，存在試驗周期長、成本高、步驟繁瑣等難以解決的問題[14]；氨基酸分析評價法的AAS只能反映某種蛋白質(zhì)與理想蛋白質(zhì)相比，第一限制性氨基酸的缺乏程度；PDCAAS以蛋白質(zhì)消化相關(guān)系數(shù)對某種食物蛋白質(zhì)進行校正，相比未校正的氨基酸評分有了一定的改進，但同樣是基于第一限制性氨基酸來決定蛋白質(zhì)的最終得分，對某些必需氨基酸缺乏或者嚴重不足的蛋白質(zhì)，其評價結(jié)果與生物學評價結(jié)果有很大的差異[6,15]；SRC、EAAI、RC則僅從數(shù)理統(tǒng)計學的角度評估不同蛋白質(zhì)與理想蛋白質(zhì)必需氨基酸組成的差異程度，并未體現(xiàn)第一限制性氨基酸對食物蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值的限制作用[16-17]，因此如何快速有效地對食物蛋白質(zhì)的質(zhì)量作出全面、客觀、科學的評價越來越受到學術(shù)界的關(guān)注。

目前，關(guān)于稻米的食味品質(zhì)和感官評價已有大量文獻[18-20]報道，而關(guān)于不同稻米蛋白質(zhì)營養(yǎng)品質(zhì)評價方面尚未見報道。試驗擬采用改進層次分析法和加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度分析相結(jié)合的方法，引入加權(quán)關(guān)聯(lián)度的概念，賦予各評價指標不同的權(quán)重[21]，強化限制性氨基酸的重要性，對不同品種及不同產(chǎn)地的24個稻米進行加權(quán)綜合評價，為稻米的營養(yǎng)品質(zhì)評價、嬰幼兒營養(yǎng)米粉及其他深加工產(chǎn)品研發(fā)提供支撐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

稻米：2018年采集于桃源縣興隆米業(yè)3個不同生產(chǎn)基地8個不同晚秈品種共24份，樣品均為正常成熟期后收割，經(jīng)自然曬干后制成精米，粉碎過80目篩；

17種氨基酸混合溶液標準物質(zhì)：國家標準物質(zhì)中心；

化學試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 試驗儀器

全自動氨基酸分析儀：L-8900型，日本日立公司；

全自動凱氏定氮儀：KJELTEC 2300型，丹麥FOSS 公司；

組織粉碎機：XL-06A型，長沙旭眾機械設(shè)備有限公司；

電子分析天平：ME204型，上海恒勤儀器設(shè)備有限公司。

1.3 指標測定

1.3.1 蛋白質(zhì)含量 按GB 5009.5—2016執(zhí)行。

1.3.2 氨基酸組成與含量 除色氨酸外的17種水解氨基酸含量的測定均參照GB 5009.124—2016。

1.4 蛋白質(zhì)營養(yǎng)學評價

1.4.1 權(quán)重的賦予 采用改進AHP法(3標度法)對各評價指標進行兩兩比較，根據(jù)評價指標的重要程度建立判斷矩陣，參考王民敬等[22]的方法計算出各指標的權(quán)重并進行一致性檢驗，依據(jù)強化限制性氨基酸的重要性判斷矩陣bij。

(1)

1.4.2 評價指標的篩選 選擇稻米中8種人體必需氨基酸(色氨酸未測)以及條件必需氨基酸酪氨酸和半胱氨酸為評價因子。

1.4.3 灰色關(guān)聯(lián)度分析

(1) 構(gòu)建理想蛋白：根據(jù)灰色分析法原理，將參試的24份稻米樣品看作一個灰色系統(tǒng)，每份樣品為該系統(tǒng)的一個因素，以稻米必需氨基酸特征指標構(gòu)建成比較序列，記為Xi(k)(i=1，2，3，…，24；k=1，2，3，…，8)。以FAO/WHO(2007)推薦的1歲以下嬰幼兒氨基酸評分模式為參考序列[23]，記為X0。

(2) 數(shù)據(jù)的無量綱化處理：采用初值化法，用所有Xi(i=1，2，3，…，24；k=1，2，3，…，8)相應(yīng)的必需氨基酸值除以X0相對應(yīng)的必需氨基酸值，得各必需氨基酸相對含量。

(3) 關(guān)聯(lián)度的計算：按式(2)計算關(guān)聯(lián)系數(shù)。

(2)

式中：

minΔi(k)、maxΔi(k)——所有比較序列中絕對差值的最小值和最大值；

Δi(k)——第i個比較序列的絕對差值；

ζi(k)——關(guān)聯(lián)系數(shù)；

ρ——分辨系數(shù)，0<ρ<1。

(4) 加權(quán)關(guān)聯(lián)度的計算：按式(3)計算各供試樣品的加權(quán)關(guān)聯(lián)度。

(3)

式中：

γi′——加權(quán)關(guān)聯(lián)度；

ωi——指標權(quán)重；

ζi(k)——關(guān)聯(lián)系數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007和SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計分析，所有測定均進行3次平行試驗，結(jié)果以平均值表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻米蛋白質(zhì)及氨基酸組成分析

由表1、2可知，24份不同稻米樣品蛋白質(zhì)含量為8.62%～12.92%，氨基酸總量為7.94%～11.87%，必需氨基酸質(zhì)量分數(shù)為3.13%～4.61%，其中X17氨基酸總量、必需氨基酸總量均為最高，X12均為最低。氨基酸平衡理論認為食物蛋白的氨基酸組成比例與WHO/FAO模式越接近越有利于人體的吸收與健康，其蛋白質(zhì)品質(zhì)越高[24]。按FAO/WHO(2007)不同人群氨基酸評分模式，并給合表1、2可知，EAA/TAA比值為38.4%～39.8%，EAA/NEAA比值為62.3%～66.1%，均接近或高于FAO/WHO提出的理想蛋白衡量值(40%，60%)，說明供試稻米蛋白質(zhì)是一種較為優(yōu)良的營養(yǎng)蛋白。但與FAO/WHO(2007)推薦的1歲以下嬰兒氨基酸模式相比，24份供試樣品除Leu達到或略高于標準模式外，其余必需氨基酸及必需氨基酸總量均低于FAO/WHO(2007)推薦模式，其中嚴重缺乏Cys+Met，為第一限制性氨基酸。因此，在以稻米作為主要原料研發(fā)嬰幼兒營養(yǎng)米粉、特殊膳食食品及其他精深加工產(chǎn)品時，除選擇營養(yǎng)品質(zhì)較高的稻米原料外，可考慮添加與理想氨基酸模式互補的原料或游離氨基酸以達到提高產(chǎn)品營養(yǎng)價值的目的。

表1 24份樣品蛋白質(zhì)、氨基酸組成及其含量?

? TAA. 氨基酸總量；EAA. 必需氨基酸總量；NEAA. 非必需氨基酸總量；“*”半必需氨基酸；“**”必需氨基酸。

表2 FAO/WHO氨基酸評分模式與稻米必需氨基酸比較?

? EAA. 必需氨基酸總量。

2.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析

2.2.1 各評價指標權(quán)重的確定 根據(jù)改進AHP法原理，建立判斷矩陣，求出各必需氨基酸權(quán)重，即第一限制性氨基酸ωi=0.234，其余7種必需氨基酸ωi(i=2，3，4，…，8)=0.109。對判斷矩陣進行一致性檢驗，CR=0.001 2<0.1，表明構(gòu)造的判斷矩陣能夠通過一次檢驗，滿足AHP分析法的要求。

2.2.2 加權(quán)關(guān)聯(lián)度計算 試驗中min△i(k)=0.004 6，max△i(k)=0.541 4，p=0.5，關(guān)聯(lián)度越大，表明該樣品與參考蛋白相似度越高。由表3可知，各參試樣品綜合得分最高為X1(關(guān)聯(lián)度0.655)，其次為X17(關(guān)聯(lián)度0.645)和X6(關(guān)聯(lián)度0.642)，綜合得分越高表明樣品氨基酸組成平衡度越好，吸收利用率越高，與理想氨基酸模式越吻合。

2.3 加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度法與生物學法的相關(guān)性

試驗采用Mensa等[25]的方法對加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度評價法進行可行性驗證，原始數(shù)據(jù)及驗證結(jié)果分別見表4、5。由表5可知，4種氨基酸評價法與生物學法(PER、NPR)的相關(guān)性順序為加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度法>SRC>1-IBD>PDCAAS，其中PDCAAS與生物學法呈負相關(guān)性，SRC、1-IBD與生物學法的相關(guān)性均較低，相關(guān)系數(shù)分別為0.480，0.675和0.471，0.668；而加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度法與生物學法呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.959(P=0.003)，0.974(P=0.001)，驗證結(jié)果表明，對食物氨基酸與理想蛋白參考模式進行加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度分析可以比較科學、客觀地反映出食物蛋白質(zhì)的營養(yǎng)學價值或相似程度，能夠在一定程度上表征生物學法對食物蛋白質(zhì)的評價。

表3 各試驗品種的關(guān)聯(lián)系數(shù)及加權(quán)關(guān)聯(lián)度

表4 擠壓膨化谷類/豆類混合物的PER、NPR和各項化學指數(shù)?

? *根據(jù)混合谷物各氨基酸含量的不同方法計算所得。

表5 氨基酸分析評價法與PER、NPR的相關(guān)性?

? *在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)；**在 0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

3 結(jié)論

對采集的3個生產(chǎn)基地8個晚秈品種24份稻米樣品的蛋白質(zhì)含量、氨基酸種類和組成進行了測定，描述性分析結(jié)果顯示：24份稻米樣品蛋白質(zhì)含量豐富，氨基酸種類齊全，蛋白質(zhì)含量為10.66%，氨基酸總量為9.82%，必需氨基酸總量為3.84%，但不同稻米間蛋白質(zhì)含量、氨基酸總量及必需氨基酸組成均存在顯著性差異(P<0.05)；采用改進層次分析法對各評價指標賦予不同的權(quán)重，并在此基礎(chǔ)上，對稻米蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值建立加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度綜合評價模型，通過對4種氨基酸分析法與生物學相關(guān)性驗證，結(jié)果表明：加權(quán)關(guān)聯(lián)度評價法與PER、NPR呈高度正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.959(P=0.003)，0.974(P=0.001)，而其他3種氨基酸分析法相關(guān)系數(shù)均低于0.8。由此可見，加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度綜合評價法系統(tǒng)地綜合了各種必需氨基酸對蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值的影響，既彌補了生物學評價法試驗繁雜、數(shù)據(jù)采集周期長的局限性，又克服了其他氨基酸評價法對必需氨基酸“不足”或“過?！彼鶐淼牟挥杩紤]的片面性影響，能夠較為全面地反映蛋白質(zhì)利用的生物學效應(yīng)，可對稻米蛋白質(zhì)營養(yǎng)質(zhì)量進行較為科學、客觀和有效地定量評價。

試驗提出的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度評價法僅基于蛋白質(zhì)氨基酸總量及其構(gòu)成比例的基礎(chǔ)上建立蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值評價模型，后續(xù)可對稻米蛋白質(zhì)的吸收利用率、不同氨基酸的有效性、氨基酸的存在形式及加工方式進行全面系統(tǒng)地分析，同時結(jié)合生物學法對評價模型進行改進和完善，進一步提高評價模型的科學性、全面性和有效性。