苦苦菜发酵过程中氨基酸组成与含量变化对其营养与风味的影响

张 婷,杨 波,罗瑞明,*,张伟威,刘 洋,王 薇

(1.宁夏大学农学院,宁夏银川 750021；2.宁夏大学生命科学学院,宁夏银川 750021)

苦苦菜发酵过程中氨基酸组成与含量变化对其营养与风味的影响

张 婷1,杨 波2,罗瑞明1,*,张伟威1,刘 洋1,王 薇1

(1.宁夏大学农学院,宁夏银川 750021；2.宁夏大学生命科学学院,宁夏银川 750021)

本文采用氨基酸分析仪对苦苦菜自然发酵过程中水解氨基酸和游离氨基酸的种类和含量进行了测定。通过对苦苦菜中水解氨基酸的分析,发现苦苦菜中含有全部18种氨基酸,发酵各时期人体所必需的8种氨基酸均占总氨基酸的42%左右,表明苦苦菜是具有较高营养价值的山野菜,人体所必需的氨基酸中蛋氨酸和半胱氨酸含量不足,影响了其整体营养价值；对影响感官的游离氨基酸按照氨基酸的味觉强度进行分类,研究了各类味觉氨基酸含量的变化对苦苦菜风味的影响,结果表明发酵初期呈味氨基酸中苦味氨基酸含量(Leu、Val、Arg、Ile、Trp、Met)较高,主发酵期甜味氨基酸(Ser、Thr、Gly、Ala、His、Pro)和鲜味氨基酸(Glu、Asp、Lys)的含量逐渐增加至发酵后期含量均高于苦味氨基酸,整个发酵过程中芳香族氨基酸(Tyr、Cys、Phe)含量较低且变化不大,发酵中后期7～20d苦苦菜的风味最好。

苦苦菜发酵,氨基酸,营养价值,风味

苦苦菜,属菊科菊苣族,又名苦苣菜、苣荬菜等,在中药中称之为败酱草,是一种药食兼具的无毒野生植物,属一年生或两年生草本植物。其性味寒、苦、平、无毒,主要功能在于清凉,解毒,活血。苦苦菜不仅味道独特还富含多种营养物质。此外,苦苦菜还具有明目和胃、破瘀活血、消炎利尿、益气养阳、排脓去淤消肿的功效,对预防心脏病、恢复脑细胞功能和预防癌症均具有一定疗效[1]。苦苦菜是我国人民最早食用的野菜之一。史籍《周书》中以及《诗经》中都有所提及[2]。苦苦菜的做法主要有凉拌、蒸、炒和腌制几种,但其季节性很强,腌制苦苦菜是西北地区人民延长其存储期常用的加工方法,不仅能保留苦苦菜的营养价值和药用价值,还具有不可多得的美味。

氨基酸是构成蛋白质的基本单位,其种类和数量是考察食品营养价值的重要指标之一,此外,除乙醇和糖外氨基酸是又一种高含量呈味物质,不同的氨基酸主要呈现酸、甜、苦、涩、鲜五种味道[3],所以氨基酸的类型与含量是影响品味的因素之一[4]。苦苦菜中富含氨基酸,使其成为一种具有高营养、高食疗价值的山野菜食品。本研究测定苦苦菜发酵过程中水解氨基酸和游离氨基酸的组成与含量,探究氨基酸含量变化与发酵天数间的关系,并分析苦苦菜的营养价值及其中游离氨基酸对口感的影响,为苦苦菜的开发利用和产业发展提供了科学依据。当然苦苦菜中除了富含各种氨基酸外,还含有其他营养成分,对苦苦菜整体的口感与营养价值的影响也是重要的,限于本文篇幅与研究重点,这些问题留待以后讨论。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

苦苦菜 市售,当季新鲜,每100克苦苦菜可食用部分中水分含量90.4g,蛋白质含量2.1g,脂肪含量0.6g,碳水化合物含量5.3g,纤维素1.4g,灰分0.6g；食盐、辣椒、生姜、茴香、花椒 均为市售；实验测定用水 去离子水；化学试剂 优级纯。

日立L-8900型氨基酸分析仪 厦门名大科技有限公司；FS-1200N超声波处理器 上海生析超声仪器有限公司。

1.2 实验方法

苦苦菜腌制工艺流程 苦苦菜→分拣→浸泡→清洗→沥干→称量→95℃烫漂10s左右→迅速冷却→沥干→分装(添加食盐、香辛料)→加花椒水→密封发酵

食盐放入量5%,菜放入量70%,香辛料(辣椒∶生姜∶茴香=6∶3∶1)放入量4%(均为占菜水总重百分比),花椒水中花椒放入量为所用水的3‰～4‰。分别取发酵0、3、7、14、21、28、35d的苦苦菜样,干燥箱内65℃烘干备用。

1.3 测定方法

1.3.1 氨基酸分析样品处理

1.3.1.1 游离氨基酸样品前处理 差量法称取2.0g干燥样品于容量瓶中,加入0.1mol/L盐酸溶液25mL超声萃取(功率1200W,超声频率20kHz)30min,过水相滤膜(0.45μm),待测。

1.3.1.2 水解氨基酸样品前处理 采用差量法称取100mg干燥样品,转入消解管内,先加入6mol/L含1%苯酚的盐酸溶液3mL,搅拌并润湿样品,再加入7mL,冲洗搅拌棒,吹氮气2min后封盖,放入110℃的干燥箱中水解22～24h,冷却,用去离子水定容到50mL容量瓶,从容量瓶取300μL于1.5mL离心管内,氮气吹干,向离心管内添加1mL 0.02mol/L的盐酸溶液,超声溶解,溶解完毕后离心(3000r/min)3min,离心完毕取上清液过水相滤膜(0.45μm),上机测样[5]。

1.4 氨基酸比值系数法

评价苦苦菜中蛋白质营养价值利用WHO/FAO的必需氨基酸模式,计算苦苦菜中人体必需氨基酸(EAA)的氨基酸比值(ratio of amino acid,RAA)、氨基酸比值系数(ratio of coefficient of amino acid,RC)和比值系数分(score of RC,SRC)。RAA=待评蛋白质某EAA含量(g/kg 蛋白质)/WHO/FAO中相应EAA含量(g/kg蛋白质)；RC=RAA/RAA之均数；SRC=100-CV×100,式中:CV为RC的变异系数；CV=标准差/均数。氨基酸比值(RC)与氨基酸比值系数(SRC)均可表示食品中氨基酸组成含量比例与氨基酸模式谱的一致程度。当RC=1时,说明食品中此种氨基酸的含量与氨基酸模式谱要求一致；RC>1时,说明此种氨基酸相对过剩；而RC<1时,说明此种氨基酸不足[3]。

1.5 数据处理

文中所有实验结果数据采用SPSS 19.0和Excel 2007进行数据统计分析,实验重复三次。

2 结果与讨论

2.1 苦苦菜发酵过程中氨基酸种类及含量的变化

图1为氨基酸标样在实验条件下和苦苦菜水解样品的色谱图(游离略去),18种氨基酸具有较高的分离度。

图1 氨基酸对照品(A)和苦苦菜水解样品(B)的色谱图Fig.1 Chromatogram of standard amino acids(A) and hydrolyzed samples(B)of dandelion

表1 苦苦菜腌制过程中氨基酸含量的变化(%)Table 1 Changes of amino acids contents during dandelion pickling(%)

注:*为必需氨基酸。右上角小写字母表示同一氨基酸,不同发酵天数下其含量的差异性比较。p≤0.01影响极显著；0.01

由表1可知,氨基酸在苦苦菜中不仅含量高,种类也很多,一共得到17种氨基酸,随着发酵时间的延长,苦苦菜氨基酸含量发生了显著的变化。整个腌制过程中,苦苦菜中水解氨基酸总量平均为14.96%,并且包含了人体所必需的七种氨基酸(蛋氨酸、赖氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、异亮氨酸),必需氨基酸的总量平均为6.31%,发酵各时期,其在水解氨基酸总量中所占比例均在42%左右,达到了FAO/WHO(1973)提出的理想蛋白质模式,并且苦苦菜中各种氨基酸含量普遍高于文献[6]给出的8种常用蔬菜的各种氨基酸含量。

发酵初期(0～3d),苦苦菜中的氨基酸含量较高,随着发酵的进行逐渐减少,这是因为发酵刚开始时,主要是苦苦菜上存在的乳酸菌和其他自然厌氧菌群开始增殖,这些菌群分解苦苦菜蛋白质来合成自身蛋白质和酶系,同时将一部分菜中的非蛋白氮转化为蛋白氮。发酵3～10d,乳酸菌大量繁殖,乳酸等代谢产物大量累积,可供发酵的糖类物质迅速减少,整个腌制环境导致一些不抗酸的微生物不能存活,菌体开始自溶水解,氨基酸发生脱氨反应,分解碳架提供能量来弥补可利用糖分的不足,导致发酵中后期苦苦菜中氨基酸总量较0d出现减少的现象。发酵21～28d,苦苦菜中的氨基酸含量又出现了增加,是由于发酵进入后期阶段,乳酸菌的大量繁殖,使乳酸含量猛增转而抑制乳酸菌的生长,而一些耐酸性强的非产酸菌则继续分解菜中的有机酸,pH回升,使初期受到抑制的微生物又开始生长,继续进行蛋白质的分解、合成和转化。

必需氨基酸总含量(B)的变化与总氨基酸含量(A)的变化趋势一致,但B/A随着发酵的进行而降低。这是因为随着发酵时间的延长,可提供给微生物发酵菌群利用的糖分减少,合成必需氨基酸碳架所需的还原型辅酶很难再生成,而且必需氨基酸大多是疏水性的,其碳骨架的氧化程度也比非必需氨基酸的低[7-8],所以必需氨基酸降解了之后就难以再合成。

2.2 苦苦菜中氨基酸营养价值分析

氨基酸在食物中多以蛋白质的形式存在,苦苦菜经水解处理后其中的蛋白质转变成氨基酸,得到的水解氨基酸种类与含量真实地反映了苦苦菜的营养价值。现代营养学理论认为,食物蛋白质的氨基酸组成与人体蛋白质的组成越接近,为人体消化吸收时,其营养价值越高[9]。将苦苦菜发酵各个时期中所含必需氨基酸占氨基酸总量的比例对照氨基酸模式谱,并计算各组人体必需氨基酸的氨基酸比值(RAA)、氨基酸比值系数(RC)和比值系数分(SRC),结果见表3。

表2 不同发酵时期苦苦菜中各必需氨基酸占总氨基酸比例Table 2 Percentage of each essential amino acid in total amino acids at different fermentation times

表3 苦苦菜不同发酵时期中氨基酸的比值系数分分析Table 3 SRC analysis results of amino acids in dandelion at different fermentation times

从表3中计算结果可以看出,Thr的含量在苦苦菜发酵各时期基本都符合氨基酸模式谱的要求；Val含量在发酵0、3、7d基本符合氨基酸模式谱的要求,之后氨基酸的含量过剩；Met+Cys含量在发酵3d基本符合氨基酸模式谱的要求,7d含量略不足,0d和14d之后氨基酸的含量偏低,为0、14、21、28、35d的第一限制性氨基酸；Ile的含量在发酵各时期均略不足,Ile为苦苦菜发酵3d和7d的第一限制性氨基酸；Leu在发酵各时期都基本符合氨基酸模式谱的要求；Phe+Tyr氨基酸的含量在发酵各时期均过剩；Lys含量在发酵0d和3d基本符合氨基酸模式谱的要求,之后氨基酸的含量过剩。

比值系数分(SRC)描述了食品中各种人体所需氨基酸偏离氨基酸模式谱的离散度,SRC越大表明食物蛋白质的氨基酸组成与氨基酸模式更一致。苦苦菜腌制发酵0、3、7、14、21、28、35d中人体所需氨基酸的比值系数分分别为72.59、81.98、79.44、73.71、71.74、70.32、68.38,表明主发酵期的苦苦菜营养价值最好；发酵3d的SRC虽然很高,但蔬菜腌制初期会产生亚硝酸盐,不宜食用；0d和14d以后苦苦菜中Met+Cys含量缺乏,影响了其整体的营养价值。

2.3 苦苦菜中呈味氨基酸随发酵时间的变化

食物中所含氨基酸由两部分组成:游离氨基酸和非游离氨基酸。对食品的滋味贡献大的是游离氨基酸,因此研究氨基酸对食品滋味的影响时,测定游离氨基酸的组成与含量非常必要。氨基酸在结构上侧链基团的不同影响了氨基酸的口味感官。D-型氨基酸大多以甜味为主；L-型氨基酸中,当侧基较大并带碱基时,通常以苦味为主；当侧基很小时,一般为甜感占优势,当侧基带有芳香基团时,通常具有香味[10]。按照氨基酸的味觉强度,可以大致把氨基酸分为甜味氨基酸(Ser、Thr、Gly、Ala、His、Pro)、苦味氨基酸(Leu、Val、Arg、Ile、Trp、Met)、鲜味氨基酸(Glu、Asp、Lys)、芳香族氨基酸(Tyr、Cys、Phe)[11]。将苦苦菜腌制发酵各个时期中的游离氨基酸按呈味氨基酸划分,得到呈味氨基酸随发酵时间的变化(见图2)。

图2 苦苦菜中呈味氨基酸随发酵时间的变化Fig.2 Flavor amino acids in dandelion change along with the fermentation time

图2表明,在苦苦菜的整个发酵过程中,甜味、苦味、鲜味氨基酸含量的变化趋势基本一致,都呈现出先减少后增加再减少的变化,芳香族氨基酸的含量约为其他呈味氨基酸的1/3左右,且发酵各时期含量变化不大,只出现小幅度的增减。除芳香族氨基酸外,甜味、苦味、鲜味的氨基酸含量的变化为:发酵中期含量减少,发酵中后期含量增加,发酵末期含量减少,并均在发酵中后期20d左右含量达到最高值。按发酵各个时期看各呈味氨基酸含量的变化,发酵14d之前,苦苦菜中以苦味氨基酸居多,14d以后甜味和鲜味氨基酸含量更高些,苦味氨基酸含量相对较低,这与感官评定中苦苦菜发酵到中后期菜的苦味、酸味、咸味均衡度更好基本一致。

各氨基酸含量的增加与苦苦菜在腌制过程中,菜中的蛋白质会被蛋白酶降解形成氨基酸,形成的氨基酸渗透进入发酵液中有关,但有些氨基酸会被乳酸菌及其他微生物生长繁殖利用,所以又引起苦苦菜中氨基酸含量的下降,如乳酸菌中短乳杆菌和发酵乳杆菌代谢氨基酸能力强,可以利用精氨酸(Arg)、丝氨酸(Ser)、谷氨酸(Glu)、天门冬氨酸(Asp)和支链氨基酸[12]。各种呈味氨基酸含量的增减也与苦苦菜原料本身所含可溶性蛋白质的含量及种类都有关系,苦苦菜的风味是各种呈味氨基酸与其它呈味物质(如糖、醛、酯、醇、有机酸、单宁、金属离子和色素等)各种组分按一定比例,通过拮抗效应或协同效应或掩盖作用[13]等作用下共同产生的结果。

3 结论

苦苦菜中含有人体必需的所有氨基酸,各种氨基酸含量普遍高于8种常用蔬菜的各种氨基酸含量,并且谷氨酸、天冬氨酸和亮氨酸的相对含量较高,发酵各个时期苦苦菜中的必需氨基酸含量也很高,总含量均在总量的42%左右。与氨基酸模式谱相比较时,主发酵期的苦苦菜营养价值最好,SRC达到近80。0d和14d以后苦苦菜中Met+Cys含量缺乏,影响了其整体的营养价值。将苦苦菜发酵各个时期中的游离氨基酸按呈味氨基酸划分,得到各呈味氨基酸含量随发酵时间的变化基本为发酵中期含量减少,发酵中后期含量增加,发酵末期含量减少,主发酵期苦味氨基酸含量相对甜味、鲜味氨基酸减少,菜食用起来味道均衡感也最好。本研究主要以苦苦菜在腌制发酵过程中氨基酸的含量与组成讨论了其对苦苦菜各发酵时期的营养价值与口感的影响,苦苦菜中富含的维生素、矿物质、其它呈味物质等有效成分均会影响苦苦菜的营养价值与整体口

感,此问题有待进一步研究。

[1]韦艳,马文平.苦苦菜护色保绿技术及其软罐加工工艺的研究[J].农业科学研究,2009,30(2):85-87.

[2]蒋雷,王国荣,姚庆强.苦苣菜属植物化学成分及药理活性研究进展[J].齐鲁药事,2007,26(11):670-672.

[3]苏丹,朱伟伟,王齐,等.云南会泽引种玛卡中氨基酸组成与含量对营养与风味的影响[J].天然产物研究与开发,2013(25):940-944.

[4]Yvon M,Rijen L. Cheese Flavour Formation by Amino Acid Catabolism[J]. International Dairy Journal,2001,11(4/7):185-201.

[5]潘浦群,张秋,王丽娟.野生刺儿菜和刻叶刺儿菜中氨基酸与微量元素含量的比较分析[J].安徽农业科学,2009,39(27):14109-14110.

[6]北京市卫生防疫站中国预防医科院营养与食品卫生研究所.食品营养成分表[M].北京:轻工业出版社,1990:18-23,218.

[7]吕雪娟,宁正祥,陈惠音,等.蔬菜腌制过程中的氨基酸组成变化[J].氨基酸和生物资源,1998,20(3):28-31.

[8]P W Emery. Amino Acids:Chemistry and Classification. Encyclopedia of Human Nutrition(Third Edition)[M]. 2013:64-71.

[9]王齐,朱伟伟,苏丹,等.蒲桃中氨基酸组成与含量对其营养与风味的影响[J].食品科学,2012,33(16):204-207.

[10]A Bassoli,G Borgonovo,F Caremoli,etal. The Taste of D-and L-amino acids:InVitroBinding Assays with Cloned Human Bitter(TAS2Rs)and Sweet(TAS1R2/TAS1R3)Receptors[J]. Food Chemistry,2014,150:27-33.

[11]Ylva Ardö. Flavour Formation by Amino Acid Catabolism[J].Biotechnology Advances,2006,24(2):238-242.

[12]Liu S Q,Holland R,Crow V L. The Potential of Dairy Lactic Acid Bacteria to Metabolise Amino Acids via Non-transaminating Reactions and Endogenous Transamination[J]. International Journal of Food Microbiology,2003,86(3):257-269.

[13]I Labuda. Flavor Compounds[M]. Encyclopedia of Microbiology(Third Edition),2009:305-320.

Effect of amino acid composition and content on the nutritional valueand flavor ofDandelionduring the fermentation process

ZHANG Ting1,YANG Bo2,LUO Rui-ming1,*,ZHANG Wei-wei1,LIU Yang1,WANG Wei1

(1.College of Agricultural,Ningxia University,Yinchuan 750021,China;2. College of Life Science,Ningxia University,Yinchuan 750021,China)

The contents of hydrolytic amino acid and free amino acid ofdandelionduring the fermentation process were determined by automatic amino acid analyzer.Dandelioncontains 18 kinds of amino acids,the percentage of human essential amino acid content of the total amino acid in each period of fermentation is up to 42%. The results showed thatdandelionis a kind of high nutrient plant. Among human essential amino acids,the contents of Met and Cys are insufficient,which affect their nutritional value respectively. Finally,the flavor ofdandelionwas studied by the each flavor class amino acid in the free amino acid. Results showed that the content of bitter amino acids(Leu,Val,Arg,Ile,Trp,Met)was higher than others in the early fermentation process. In the main fermentation stage the contents of sweet amino acids(Ser,Thr,Gly,Ala,His,Pro)and umami amino acids(Glu,Asp,Lys)increased and were higher than the bitter in the late stage. Throughout the fermentation process,the content of aromatic amino acids(Tyr,Cys,Phe)changed a little. Dandelion’s taste quality of 7～20d was the best.

Dandelion’s fermentation;amino acid;nutritional value;flavor

2014-05-19

张婷(1990-)，女，在读硕士，研究方向：食品生物技术。

*通讯作者:罗瑞明(1964-)，男，博士，教授，研究方向：畜产品贮藏与加工，食品生物技术。

宁夏回族自治区科技支撑计划项目(2012zyn102)。

TS255.5

A

1002-0306(2015)03-0367-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.03.071