葡萄(Vitis vinifera L.)是葡萄科(Vitaceae Juss)葡萄属(Vitis L.)木质藤本植物,含蛋白质、糖、有机酸、维生素及矿物质等营养成分[1-2]。‘红地球’是仅次于‘巨峰’的鲜食葡萄栽培品种,栽培规模发展迅速,已成为我国鲜食葡萄出口的第一大品种[3]。葡萄采收的成熟度对果品质量有潜在影响,直接关系果农的经济收益。因此,研究不同采摘期‘红地球’葡萄的营养变化,对指导适时采收和提高葡萄产业优质生产具有重要意义。国内外学者研究了延迟采收对葡萄果实部分营养指标的影响。王宇等[4]研究表明,随着采收期的推迟,葡萄果实的总酸呈下降趋势,可溶性固形物、总酚、花色苷及黄酮醇含量均呈上升趋势。刘亮等[5]研究表明,延迟采收的‘红地球’葡萄中可溶性固形物、总糖、还原糖和蔗糖含量有所上升,而可滴定酸含量明显减少。屠婷瑶等[6]研究发现不同采收期的‘赤霞珠’葡萄及葡萄酒中总多酚、总类黄酮含量先降低后增高,而总花色苷含量变化呈上升趋势。无核白葡萄从转色期至成熟期的整个果实成熟过程,果实中还原糖含量呈上升趋势,总酸含量呈下降趋势,单宁和总酚含量则先增后减[7]。彭媛媛等[8]发现随着采收期的延迟,新疆部分地区酿酒葡萄果实的pH、可溶性固形物含量、固酸比和糖酸比呈增大趋势。食物蛋白质营养价值的高低主要取决于必需氨基酸的种类、含量及组成比例。氨基酸是组成蛋白质的基本单位,是生命活动的基础物质,人体必须从膳食中摄取异亮氨酸等必需氨基酸,否则无法维持机体的正常生长发育[9-10]。氨基酸含量与组成特征是影响葡萄品质的重要指标之一[11]。但目前关于成熟度对葡萄氨基酸营养影响的研究尚未见报道。笔者旨在探讨成熟度对‘红地球’葡萄氨基酸营养的影响,为‘红地球’葡萄采摘及相关产品开发提供理论参考。
试材来自福建龙晶生物技术有限公司葡萄园基地。棚架为钢筋结构,长70 m,宽6 m,高3 m,南北延长。‘红地球’葡萄定植于2014 年,株行距1.2 m×3 m。
选择生长势、植株干径和负载量相近的植株,盛花期为2019年5月5日,按南、中、北三个片区,挂牌标示。采样时间分别为盛花期后88、95、102、109、116、123 d[依次标记为始熟期(Stage Ⅰ)、成熟期(Stage Ⅱ)、完全成熟期Ⅰ(Stage Ⅲ)、完全成熟期Ⅱ(Stage Ⅳ)、过熟期(Stage Ⅴ)和衰老期(StageⅥ)]。在各采摘节点,随机取10 穗葡萄样品,取每穗上、中、下、内、外各部位外观无损果实10粒,保鲜带回实验室,去皮、去籽,磨碎,待测。
柠檬酸、柠檬酸钠、氯化钠、氢氧化钠、无水乙醇、盐酸、硫酸和硼酸为优级纯,其余试剂为分析纯,购自上海国药集团;氨基酸标准品购自Sigma公司;色氨酸标准品(≥99%)购自上海嘉辰化工有限公司。
L-8800型氨基酸自动分析仪,日本HITACHI公司;Kjeltec 2300 型全自动凯氏定氮仪,瑞典FOSS TECATOR公司。
1.3.1 蛋白质测定 参考GB 5009.5-2016《食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》。
1.3.2 氨基酸的测定 色氨酸:称取2~3 g 试样,置于聚四氟乙烯衬管中,加入1.5 mL 4 mol·L-1氢氧化锂,置液氮中冷冻后放入水解管,抽真空封管,在(110±1)℃恒温干燥箱中,水解20 h 后,加入6.0 mol·L-1 盐酸中和,用pH 2.2柠檬酸钠缓冲液稀释定容,4 000 r·min-1离心10 min,取上清液待测。
其他氨基酸:参考GB 5009.124-2016《食品安全国家标准食品中氨基酸的测定》。
以鸡蛋蛋白为标准蛋白,以WHO/FAO 氨基酸参考模式为评价标准进行氨基酸营养评价。氨基酸评分(amino acid score,AAS)、化学评分(chemical score,CS)、氨基酸比值(amino acid ratio,RC)、氨基酸比值系数(amino acid ratio coefficient,RCAA)和氨基酸比值系数分(amino acid ratio coefficient score,SRC)等参数的计算参考文献[12-13]。
试验数据利用Excel处理,结果以平均值±标准差(Mean±SD)表示。采用SPSS 17.0进行统计分析,比较组间差异显著性。
‘红地球’葡萄的氨基酸组成如表1所示。由于天冬酰胺(Asn)和谷氨酰胺(Gln)在酸水解时会降解为天冬氨酸(Asp)和谷氨酸(Glu),故‘红地球’葡萄至少包含18 种蛋白质氨基酸,其中8 种为必需氨基酸。在整个成熟期,必需氨基酸和非必需氨基酸含量分别介于557.3~659.7、1 176.3~1 690.8 mg·kg-1,且均呈先升后降的趋势,组间差异显著(p <0.05),在完全成熟期Ⅰ二者含量均最高。在必需氨基酸中精氨酸(Arg)含量最高,其次为Glu、赖氨酸(Lys),蛋氨酸(Met)含量最低。在6个果实采收期中,Arg、脯氨酸(Pro)和丙氨酸(Ala)含量组间差异显著(p <0.05)。此外,除酪氨酸(Tyr)、Pro和Ala外,其他种类氨基酸含量均在完全成熟期Ⅰ达到峰值、完全成熟期Ⅱ次之。
表1 不同成熟期‘红地球’葡萄的氨基酸含量
Table 1 The contents of amino acids in‘Red Globe’grape with different maturities(n=3)(mg·100 g-1)
注:*. 必需氨基酸(EAA);△. 非必需氨基酸(NEAA);※. 儿童必需氨基酸(CE);CP.蛋白质;TAA. 氨基酸总量。
Note: *. Essential amino acids(EAA); △. non essential amino acids(NEAA); ※. The children essential amino acid(CE); CP. Crude protein;TAA.Total amino acids.
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除常见的8 种必需氨基酸,‘红地球’葡萄还含有Arg和His两种儿童必需氨基酸,其含量为326.8~703.8 mg·kg-1,占氨基酸总量的18.44%~29.94%,呈先升后降的趋势,组间差异显著(p <0.05),在完全成熟期Ⅰ含量最高。
按照味觉强度划分,氨基酸中含有5 种甜味类氨基酸、8种苦味类氨基酸和2种鲜味类氨基酸。由于氨基酸的味觉阈值差异,风味氨基酸含量对食品风味的贡献并不一定呈正相关。可通过风味氨基酸含量与其味觉阈值的比值(ratio of content and taste threshold,RCT)来评价其对食品风味的贡献[10]。RCT<1 表示该氨基酸对风味无贡献,RCT ≥1 时氨基酸才对其风味有贡献,比值越大贡献率越高。由表2 可知,在整个成熟期,Arg、Asp 和Glu 三种氨基酸的RCT值均大于1,对葡萄风味贡献率高;上述三种氨基酸在整个成熟期呈先升后降的趋势,且完全成熟期Ⅰ的RCT 值最高;其他12 种氨基酸的RCT值均小于1。
表2 不同成熟期‘红地球’葡萄的风味氨基酸含量阈值比
Table 2 The threshold ratio of flavor amino acids in‘Red Globe’grape at different maturities
注:SWAA. 甜味类氨基酸总量;BIAA. 苦味类氨基酸总量;SOAA. 酸味类氨基酸总量。
Note:SWAA.Sweet amino acids;BIAA.Bitter amino acids;SOAA.Sour amino acids.
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特殊功效氨基酸包括药用氨基酸、支链氨基酸、芳香族氨基酸、增香与着色氨基酸、伯氨基氨基酸等。‘红地球’葡萄成熟过程特殊功效氨基酸变化情况详见表3。
表3 不同成熟期‘红地球’葡萄的特殊功效氨基酸含量
Table 3 The contents of special functional amino acids in‘Red Globe’grape at different maturities
注:MAA. 药用氨基酸(Asp、Glu、Gly、Met、Leu、Phe、Tyr、Lys、Arg);BCAA. 支链氨基酸(Ile、Leu、Val);AAA. 芳香族氨基酸(Phe、Tyr、Trp);FCAA. 增香与着色氨基酸(Glu、Cys、Val、Leu、Lys、His、Arg);PAAA. 伯胺基氨基酸(Asp、Glu、Pro、Gly、Ala、Lys、Arg)。
Note:MAA.Medicinal amino acids(Asp,Glu、Gly,Met,Leu,Phe,Tyr,Lys,Arg);BCAA:Branched chain amino acids(Ile,Leu,Val);AAA:Aromatic amino acids(Phe,Tyr,Trp);FCAA:Flavoring and coloring amino acids(Glu,Cys,Val,Leu,Lys,His,Arg);PAAA:Primary amine amino acids(Asp,Glu,Pro,Gly,Ala,Lys,Arg).
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药用氨基酸包括Asp 等9 种,是维持机体氮平衡所必需的。不同成熟度的‘红地球’葡萄果实中药用氨基酸总量为1 130.0~1 644.1 mg·kg-1,占氨基酸总量的63.34%~69.95%,呈先升后降的趋势,组间差异显著(p <0.05),且在完全成熟期Ⅰ含量最高。支链氨基酸具有调节组织蛋白质合成与分解、调节芳香族氨基酸进入血脑屏障和防治肝肾功能衰竭等作用,分别占成人、儿童及婴儿每日EAA 需要量的40%、41%及45%[10]。正常人体及其他哺乳动物的支/芳值为3.0~3.5,而当肝受伤时则降为1.0~1.5[13]。由表3 可知,不同采摘期‘红地球’葡萄的支链氨基酸、芳香族氨基酸总量分别为231.7~285.3、121.4~168.6 mg·kg-1,均呈先升后降的趋势,组间差异均显著(p <0.05),在果实完全成熟期二者含量最高;支/芳值维持在1.66~2.13,呈先降后升的趋势,衰老期比值最高;其中支链氨基酸占必需氨基酸总量的41.58%~44.57%,从成熟至衰老期呈平缓上升的趋势。增香与着色氨基酸的氨基与还原糖的羰基之间的羰-氨反应生成物是具有愉快香味的褐色物质,促进食品的增香与着色[10]。本研究表明,‘红地球’葡萄果实中增香与着色氨基酸总量为926.1~1 404.8 mg·kg-1,占氨基酸总量的52.25%~59.77%,呈先上升后下降的趋势,组间差异显著(p <0.05),完全成熟期Ⅰ含量最高。伯胺基氨基酸能竞争性地替代仲胺与亚硝酸盐产生范斯莱克反应,氨基酸分解为氮气和有机酸,从而抑制了二甲氨基亚硝胺的生成[10]。伯胺基氨基酸在不同采摘期下的含量为1 126.0~1 609.0 mg·kg-1,占氨基酸总量的63.53%~68.57%,呈先升后降的趋势,组间差异显著(p <0.05),在完全成熟期Ⅰ含量最高。
食品蛋白质的必需氨基酸模式与人体蛋白模式越接近,越容易被机体吸收利用,营养价值就越高。由表4可知,在整个成熟期,‘红地球’葡萄每克氮中必需氨基酸的总量为1 766~1 929 mg,E/T、E/N分别为31.26%~36.57%、45.48%~57.65%,呈先下降后上升的趋势,衰老期含量最高,明显低于鸡蛋蛋白,略高于FAO/WHO标准模式。
表4 不同成熟期‘红地球’葡萄的必需氨基酸含量与鸡蛋蛋白、FAO/WHO 标准模式的比较
Table 4 The composition of essential amino acids in‘Red Globe’grape at different maturities in
comparison with egg’s protein and FAO/WHO standard model(mg·g-1)
注:单位为每g 氮中的氨基酸含量;TEAA.必需氨基酸总量(包括Cys 和Tyr);E/T.TEAA/TAA;E/N.TEAA/(TAA-TEAA)。
Note: The unit is amino acid content per gram of nitrogen; TEAA. The total of essential amino acid (including Cys and Tyr); E/T. TEAA/TAA;E/N.TEAA/(TAA-TEAA).
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RC>1时,表示氨基酸相对过剩;而RC<1时,表示氨基酸不足。SRC 越接近100,氨基酸营养价值越高;SRC 越小,氨基酸营养价值越低。由表5 可知,在整个成熟期,‘红地球’葡萄果实中AAS、CS、SRC 分别为11.33~14.07、18.32~24.43、49.70~57.04,均呈先升后降的趋势,Phe+Tyr、Val、Ile、Leu、Trp、Met +Cys 均表现严重不足,为限制性氨基酸,Lys、Thr相对过剩;第一限制性氨基酸为Met+Cys,在完全成熟期Ⅰ评分最高。
表5 不同成熟期‘红地球’葡萄的必需氨基酸营养价值评分
Table 5 Nutritional scores of essential amino acids in‘Red Globe’grape at different maturities
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‘红地球’葡萄果实含有18种氨基酸,与前人研究结果相一致[14-15]。在整个成熟过程中,‘红地球’葡萄的TAA、EAA含量组间差异显著,均低于石榴[16]、刺梨[17]、大果沙棘[18]等水果,而成熟期至完全成熟期Ⅱ期的TAA、EAA 均高于苹果[14]、柚[19]、宽皮柑橘[19]等水果。CE 含量组间差异均显著,远低于香蕉[14]、石榴[16]、刺梨[17]、大果沙棘[18]等水果,高于苹果[14]、桃[14]、甜橙[19]、金桔[19]、柚[19]、宽皮柑橘[19]等水果,但是CE含量比例远高于香蕉[14]、石榴[16]、刺梨[17]等多种水果。可见,成熟度对‘红地球’葡萄中氨基酸含量有明显的影响。
氨基酸在防止食品在色、香、味和外观等方面的变质、消除异臭、提高食品风味等方面,发挥着重要的作用。葡萄Arg、Asp和Glu的RCT值大于1,且高于草莓[14]、甜橙[19]等水果,对葡萄风味有重大贡献。增香与着色氨基酸占TAA 的比例远高于草莓[14]、甜橙[19]、宽皮柑橘[19]等色深气味香的水果,始熟期至完全成熟期Ⅱ期的占比超过58%。伯胺基氨基酸的比例高于中华猕猴桃[14]、余甘子[20]等水果,始熟期至完全成熟期Ⅱ期的占比超过66%,但低于柠檬[19]。因此,‘红地球’葡萄可能在食品增香剂等食品工业上具有潜在的开发前景。
氨基酸不仅具有提高食品风味的作用,而且在人体的正常生理活动中发挥着重要的作用。‘红地球’葡萄中药用氨基酸占TAA 的比例高于人参[21]、冬虫夏草[22]、枸杞[23]等中药材,始熟期至完全成熟期Ⅱ期的占比超过68%。研究还发现Arg、Glu、Lys、Asp、Ala、Pro 等6 种具有特殊功效的蛋白质氨基酸占TAA 的58.28%~64.46%,高于苹果[14]、刺梨[17]、大果沙棘[18]、甜橙[19]等水果。可见,‘红地球’葡萄存在潜在的药用价值。其中,‘红地球’葡萄中具有增强免疫力、促进肠道发育、提高抗氧化能力等生理功能的Arg[24],占TAA 的比例高于沙棘、中华猕猴桃、香蕉等水果[14];具有健脑益智作用的Glu[10],占TAA 的比例高于沙棘、苹果、樱桃等水果[10];具有促进脂肪代谢功能的Lys[25],占TAA的比例高于沙棘、中华猕猴桃、香蕉等水果[14];具有解除氨中毒作用的Asp[10],占TAA 的比例高于杨桃、龙眼等水果[20];具有抗炎和免疫调节作用的Ala[26],占TAA的比例高于沙棘、苹果、香蕉、刺梨等水果[14,17];具有抗高血压作用的Pro[10],占TAA 的比例高于苹果、桃、香蕉等水果[14,17]。可见,‘红地球’葡萄在医疗保健食品方面具有广阔的开发前景。
此外,葡萄的支链氨基酸占EAA的比例与人体组织细胞相符,且过熟期后的‘红地球’葡萄能够满足婴儿的需求。BC/A 值优于橙[14]、苹果[14]、宽皮柑橘[19],基本能满足肝受损人体的需求,其中过熟期后的‘红地球’葡萄优于鳀鱼[27]、杂交鲟[28]、欧洲鳗鲡[29]等海产品;E/T、E/N 高于沙棘、草莓、橙等水果[14,20]。根据蛋白质互补法,建议与Met+Cys相对过剩的食用菌[30-31]或Lys、Thr不足的谷物类[10]等食物搭配。
‘红地球’葡萄果实的氨基酸种类齐全,E/T、E/N接近FAO/WHO理想氨基酸标准,SRC为49.70~57.04。Met+Cys 为‘红地球’葡萄的第一限制氨基酸,Lys、Thr含量为相对过剩。不同成熟期葡萄果实在氨基酸组成上差异明显,可根据不同的开发利用目标,选择合适的采摘期。
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Effects of maturity on amino acid nutrition in‘Red Globe’grape (Vitis vinifera L.)