不同鲜食玉米品种适采期氨基酸含量分析

卢柏山， 董会， 赵久然， 徐丽， 樊艳丽， 史亚兴， 王荣焕

（北京市农林科学院玉米研究所，玉米DNA指纹及分子育种北京市重点实验室，北京 100097）

鲜食玉米是指在乳熟期采收其青嫩果穗直接食用的一类特用玉米，主要包括甜玉米、糯玉米和甜加糯玉米3种类型［1-2］。鲜食玉米具有营养价值高、适口性好、附加值高等综合优点，是近年来我国种植业结构调整及贯彻落实科技帮扶、乡村振兴战略的首选作物［3-4］。随着我国经济的快速发展和人们消费水平的逐渐提高，对鲜食玉米的关注度逐渐由“有无”转变为“质优”。

氨基酸是生物体内构成蛋白质的基本单位，参与人体众多生理过程，对维持人体健康和预防慢性疾病具有非常重要的意义［5-6］。鲜食玉米含有丰富的氨基酸，除人体必需氨基酸外，半必需氨基酸（如精氨酸、组氨酸）也十分丰富，另外还有鲜味、甜味和苦味氨基酸等［7-9］。鲜食玉米氨基酸的含量日益受到国内外育种家的关注，但大多集中在强化某类氨基酸的品种选育方面，而针对不同类型和品种的氨基酸含量分析的较少。本研究选用26 个鲜食玉米品种，采用高效液相色谱法测定了17 种氨基酸，筛选出了氨基酸含量丰富且均衡的鲜食玉米品种，为鲜食玉米膳食营养和氨基酸强化育种等提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2022 年在北京市农林科学院院内试验基地进行。以甜玉米、糯玉米和甜加糯玉米3种类型共26 个鲜食玉米主栽品种为试验材料，籽粒颜色包括紫色、紫白色、白色和黄色。

1.2 田间设计

试验采用随机区组设计，10行区，行长4.5 m，小区面积27 m2。为保证品种内取样果穗灌浆的一致性，吐丝前选择生长一致、健壮的植株进行挂牌标记并套袋，盛花期统一人工授粉。甜玉米于授粉后21 d 取样，糯玉米和甜加糯玉米于授粉后23 d 取样，每个品种取6 穗，剥取穗中部籽粒混匀后于液氮中浸泡，后置于-80 ℃保存。

1.3 仪器与试剂

采用岛津LC-20AT高效液相色谱仪测定籽粒氨基酸含量。17 种氨基酸标准品均购自Sigma 公司，浓盐酸、正己烷、乙酸钠、乙腈（色谱纯）、三乙胺（triethylamine, TEA）、异硫氰酸苯酯（phenyl isothiocyanate, PITC）均购自国药集团化学试剂有限公司。

1.4 试验方法

1.4.1样品前处理准确称取0.5 g样品于50 mL离心管中，加入15 mL 0.1 mol·L-1的HCl水溶液，涡旋混匀，超声30 min，10 000 r·min-1离心5 min，取上清液过滤至25 mL离心管；再加入10 mL 0.1 mol·L-1的盐酸水溶液，重复上述过程，用0.1 mol·L-1的盐酸水溶液定容至25 mL，混匀供衍生用［10］。

1.4.2衍生方法取氨基酸标准品混合液或样品溶液100 µL 置于4 mL 离心管中，加入衍生试剂（乙腈800 µL、TEA 100 µL 和PITC 100 µL）1 ml，混合涡旋20 s，放置60 min，加水800 uL、正己烷0.5 mL，涡旋1 min，静置10 min，移去上层，再次加正己烷0.5 mL，涡旋1 min，静置10 min，取下层溶液，用0.22 µm 滤膜过滤后取20 µL 进行色谱分析［11］。

1.4.3色谱条件 色谱柱：Agilent extend-C18 柱(250 mm×4.6 mm，5 µm)；流动相：A相为0.1 mol·L-1乙酸钠水溶液；B相为乙腈；流速1.0 m L·min-1；柱温30 ℃；检测波长254 nm；进样量：20 µL；梯度洗脱程序见表1。

表1 流动相梯度洗脱Table 1 Gradient elution of mobile phase

1.5 氨基酸含量分析

1.5.1氨基酸含量测定 参照邓重梨等［12］和Xiao 等［13］方法测定总氨基酸（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、鲜味氨基酸（flavor amino acid，FLA）含量［12-13］。

1.5.2氨基酸模式与比值系数法评价 以世界卫生组织（World Health Organization, WHO）和联合国粮农组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO)提出的评价蛋白质营养价值的EAA模式（WHO/FAO模式）为基础，采用氨基酸比值（ratio value of amino acid, RAA）系数法对参试鲜食玉米的氨基酸含量进行综合分析。RAA、比值系数（amino acid ratios coefficient，RC）、比值系数得分（score of amino acid ratio coefficient，SRC）计算公式如下。该评价体系中，RAA和RC的数值越接近1，表明该氨基酸含量越接近WHO/FAO 标准氨基酸模式值，SRC 数值越接近100，表明该品种各类必需氨基酸含量越均衡［14-17］。

1.6 数据分析与处理

采用Microsoft Office Excel 进行相关数据处理，采用DPS 6.05软件进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 参试鲜食玉米品种EAA 和NEAA 含量比较分析

采用高效液相色谱法对26 份鲜食玉米品种的适采期籽粒进行氨基酸含量分析，共检测出17 种氨基酸，其中EAA（必需氨基酸）共7 种、NEAA（非必需氨基酸）共10种（表2和表3）。

表2 参试鲜食玉米品种必需氨基酸含量比较Table 2 Comparison of essential amino acids（ EAA） of fresh corn（mg·g-1）

表3 参试鲜食玉米非必需氨基酸比较Table 3 Comparison of nonessential amino acids （NEAA） of fresh corn-1 （mg·g ）

由表2 可知，各种EAA 含量在参试鲜食玉米品种间均存在极显著差异，其中以缬氨酸含量较高，总EAA 含量变幅为1.28~2.53 mg·g-1，平均1.72 mg·g-1。不同类型鲜食玉米比较可知，甜玉米EAA含量相对较高，平均1.97 mg·g-1，比参试鲜食玉米EAA 含量平均值高14.53%，且EAA 各指标在品种间均存在极显著差异。甜加糯玉米EAA 含量平均为1.76 mg·g-1，比参试鲜食玉米EAA 含量平均值高2.33%，EAA 各指标除蛋氨酸和亮氨酸外，其余各类氨基酸均在品种间存在显著差异。糯玉米EAA 含量平均为1.51 mg·g-1，比参试鲜食玉米EAA 含量平均值低12.21%，EAA各指标除亮氨酸外，其余各类氨基酸在品种间均存在显著差异。

由表3可知，NEAA各指标在参试鲜食玉米品种间均存在极显著差异，其中以谷氨酸含量较高，其次是丙氨酸、脯氨酸和天冬氨酸，NEAA 含量变幅为5.93~14.13 mg·g-1，平均9.04 mg·g-1。甜玉米的NEAA 含量相对较高，平均为11.31 mg·g-1，比参试鲜食玉米NEAA 含量平均值高25.11%；甜加糯玉米NEAA 含量平均为9.33 mg·g-1，比参试鲜食玉米NEAA 含量平均值高3.21%；糯玉米籽粒中NEAA 含量平均为7.23 mg·g-1，比参试鲜食玉米NEAA含量平均值低20.02%。

综合分析表明，不同类型鲜食玉米以甜玉米EAA和NEAA含量相对较高，其次是甜加糯玉米；EAA 各指标以缬氨酸含量较高，NEAA 各指标以谷氨酸含量较高，其次是丙氨酸、脯氨酸和天冬氨酸。

2.2 参试鲜食玉米品种各类氨基酸含量比较分析

由表4 可知，参试鲜食玉米TAA 含量变幅为6.85~16.66 mg·g-1，平均为10.64 mg·g-1。不同类型鲜食玉米比较可知，甜玉米TAA 含量平均值（13.28 mg·g-1）相对较高，比参试鲜食玉米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含量平均为11.09 mg·g-1，比参试鲜食玉米平均TAA含量低4.23%，其中以农科糯336（14.44 mg·g-1）最高，其次是京科糯2016（12.12 mg·g-1）和农科玉368（12.03 mg·g-1）；糯玉米TAA 含量平均为8.48 mg·g-1，比参试鲜食玉米品种平均值低20.30%，其中以京科糯623（12.01 mg·g-1）为最高，其次是京花糯2008（10.14 mg·g-1）。

表4 参试鲜食玉米籽粒各类氨基酸含量比较Table 4 Comparison of various amino acid content in fresh corn grains

必需氨基酸在总氨基酸含量的平均占比为16.53%，变幅为10.38%~22.43%。其中糯玉米以京科糯656（22.43%）最高，其次是农科糯303（21.03%）；甜加糯玉米以农科玉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，参试鲜食玉米均以甜味氨基酸含量相对较高，其次是鲜味氨基酸。参试甜玉米的甜味氨基酸含量平均为4.68 mg·g-1，比参试鲜食玉米平均值高31.09%，其中以京科甜533 含量（6.31 mg·g-1）最高，其次是农科甜601（5.98 mg·g-1）；甜加糯玉米的甜味氨基酸含量平均为3.55 mg·g-1，比参试鲜食玉米平均值低0.56%，其中以农科糯336（4.93 mg·g-1）最高，其次是农科玉368（4.25 mg·g-1）；糯玉米的甜味氨基酸平均为2.75 mg·g-1，比参试鲜食玉米平均值低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）。

鲜味氨基酸含量以甜玉米含量（平均4.24 mg·g-1）相对较高，比参试品种平均值高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为3.91 mg·g-1，比参试鲜食玉米平均值高11.71%，其中以农科糯336（5.06 mg·g-1）最高，其次是京科糯2016（4.72 mg·g-1）；糯玉米中平均含量为2.78 mg·g-1，比参试鲜食玉米平均值低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为1.35 mg·g-1，以甜玉米平均含量（1.68 mg·g-1）最高，比参试鲜食玉米平均值高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为1.36 mg·g-1，比参试鲜食玉米平均值高0.74%，其中以京科糯2016（1.57 mg·g-1）最高；糯玉米中平均含量为1.11 mg·g-1，比参试鲜食玉米平均值低17.78%。

综合分析表明，京科甜533（甜玉米）和农科糯336（甜加糯玉米）分别在参试鲜食玉米各组中的总氨基酸含量和鲜味、甜味氨基酸含量较高；糯玉米以京科糯623 总氨基酸含量和鲜味氨基酸含量较高，京花糯2008 甜味氨基酸含量较高；京科糯656（糯玉米）、农科玉368（甜加糯玉米）和京科甜816（甜玉米）分别在参试鲜食玉米各组中的必需氨基酸占比最高。

2.3 参试鲜食玉米品种必需氨基酸与WHO/FAO氨基酸模式值比较

蛋白质和氨基酸的营养价值与必需氨基酸的组成有关，按照WHO/FAO 氨基酸标准模式包括7 类：苏氨酸、缬氨酸、蛋氨酸+半胱氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸和赖氨酸。由表5可知，蛋氨酸+半胱氨酸含量高于WHO/FAO 标准模式含量；其余氨基酸均低于标准氨基酸模式值，属于相对缺乏的氨基酸。参试鲜食玉米品种中，万糯2000（糯玉米）、京科糯2010（甜加糯玉米）的苏氨酸含量与标准氨基酸模式值相当；京科糯656（糯玉米）的缬氨酸和苏氨酸含量均与标准氨基酸模式值相当；京科甜158（甜玉米）的苏氨酸和苯丙氨酸+酪氨酸含量与标准氨基酸模式值相当；农科糯336（甜加糯玉米）、京科甜183（甜玉米）京科甜816（甜玉米）的蛋氨酸+半胱氨酸含量与标准氨基酸模式值相当；京科甜2000（甜玉米）的蛋氨酸+半胱氨酸和赖氨酸与标准氨基酸模式值相当；奥弗兰（甜玉米）的苯丙氨酸+酪氨酸含量与标准氨基酸模式值相当。

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

2.4 参试鲜食玉米品种必需氨基酸的RAA、RC和SRC比较

本研究采用RC 法对参试鲜食玉米品种的籽粒必需氨基酸含量进行分析，从表6 可以看出，参试鲜食玉米品种中各类氨基酸的RC 值不尽相同，在部分品种中相对不足，而在其他部分品种中相对过剩。综合分析表明，蛋氨酸+半胱氨酸的RC 值均大于1，说明其在参试品种中的含量均相对过剩；缬氨酸、苏氨酸和苯丙氨酸+酪氨酸的RC值接近1，说明其在参试品种中的含量与WHO/FAO 氨基酸标准模式接近；异亮氨酸、亮氨酸和赖氨酸的RC 值均小于1，且亮氨酸RC 值最小，为第一限制氨基酸。

表6 参试鲜食玉米籽粒必需氨基酸的RAA、RC和SCR比较Table 6 Comparison of RAA， RC and SCR of essential amino acids in fresh corn grains

SCR 值是以WHO/FAO 氨基酸标准模式建立的氨基酸评价指标，SRC 越接近100，则食物氨基酸组成与WHO/FAO 氨基酸模式越接近，蛋白质的营养价值就越高。经计算得出，参试鲜食玉米品种的SCR 变幅为15.81~58.17，平均为38.05。其中甜玉米SCR 值相对较高，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 值相对较低，其中以农科玉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。

综合分析表明，参试鲜食玉米品种中，缬氨酸、苏氨酸和苯丙氨酸+酪氨酸与WHO/FAO 氨基酸模式接近，亮氨酸为参试品种的第一限制氨基酸。甜玉米以京科甜183 的SCR 值最高，甜加糯玉米以农科玉368 的SCR 值最高，糯玉米以京科糯569的SCR值最高。

3 讨论

与传统玉米相比，鲜食玉米不仅在外观色泽、甜糯口感方面更胜一筹，其营养成分也具有明显优势。我国已成为全球最大的鲜食玉米生产国和消费国，2020 年全国鲜食玉米总种植面积已超过2 000 万亩（133.33 hm2），市场消费量达570 亿穗，鲜食玉米已成为消费者日常用餐中的佐餐或主食的重要替代品［19-20］。随着国民生活水平的提高和健康意识的增强，营养价值高的鲜食玉米迎合了大众对高品质食品的更细分、更进阶的需求［21］。本研究采用高效液相色谱法对26 份不同鲜食玉米品种籽粒氨基酸含量进行测定，结果表明，参试品种共含17 种氨基酸，EAA 为7 种，其中以缬氨酸含量较高；NEAA为10种，其中以谷氨酸含量较高，不同类型鲜食玉米均以甜玉米氨基酸含量相对较高，其中以京科甜533 总氨基酸含量最高，京科甜816 必需氨基酸占比较高；甜加糯玉米以农科糯336氨基酸含量最高，农科玉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 总氨基酸含量最高，京科糯656、农科糯303必需氨基酸占比均在20%以上。

鲜食玉米以味道清香鲜甜著称，这是因为其含有甜味和鲜味等活性物质，如甜味氨基酸和鲜味氨基酸等［22］。甜味氨基酸包括苏氨酸、丝氨酸、甘氨酸、精氨酸和丙氨酸，其中甘氨酸［23］和丙氨酸［24］均具有特殊鲜甜味，对提高营养价值、改善风味有重要意义。谷氨酸和天冬氨酸是鲜味氨基酸中的特征氨基酸［25］，其中谷氨酸在食用盐存在的情况下形成谷氨酸钠，能呈现出较强的鲜味，天冬氨酸在烹熟后具有特殊的鲜美味道［26］。本研究中，不同类型鲜食玉米品种均以甜玉米鲜味氨基酸和甜味氨基酸含量相对较高，其次是甜加糯玉米。甜玉米以京科甜533 的鲜味和甜味氨基酸含量最高，甜加糯玉米品种以农科糯336 的鲜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 的鲜味氨基酸含量最高。苦味氨基酸包括酪氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸和组氨酸［27］，本研究中参试鲜食玉米苦味氨基酸含量以糯玉米最低。

近年来，我国居民营养健康状况得到明显改善，但仍面临营养不足和过剩并存、营养相关疾病多发等问题［28］。合理膳食是保证健康的基础，而食物的营养成分分析和营养价值评价是合理膳食的基础。蛋白质是人类重要的营养物质，关系到人类的健康和智力的发展，氨基酸是蛋白质的基本组成单位，而组成蛋白质的20 种氨基酸里面有几种如赖氨酸、蛋氨酸等是人类和动物不能在体内合成的，必需靠食物供给，这些氨基酸被称为“必需氨基酸”（EAA）［17］。食物中蛋白质的营养价值主要取决于氨基酸的组成和比例，一种食物蛋白质的营养价值高，并不代表能够全部被人体吸收，EAA 的缺乏和过量都会导致蛋白质的生物利用率降低，只有EAA 组成比例接近于WHO/FAO 标准氨基酸模式时，吸收和利用的效果最佳［29-30］。本研究中，参试鲜食玉米的苏氨酸、缬氨酸和苯丙氨酸+酪氨酸含量与WHO/FAO 标准氨基酸模式值接近。苏氨酸在缓解人体疲劳和促进生长发育方面有重要意义；缬氨酸具有促进脑细胞代谢、抗氧化的作用，还具有改善血管功能和神经系统的功效；苯丙氨酸在体内经过苯丙氨酸羟化酶催化作用氧化成为酪氨酸，并与酪氨酸一起合成重要的神经递质和激素，参与糖代谢和脂肪代谢。参试鲜食玉米蛋氨酸+半胱氨酸含量较高，蛋氨酸在保护心肌、肝肾、降低血压、清除体内重金属等方面具有重要作用，半胱氨酸能够合成角蛋白，辅助胰岛素供给，促进白细胞增生，阻止病原菌发育。根据蛋白质互补原则［31-32］，有针对性的搭配食用，补充单一食物中缺乏的氨基酸有利于提高蛋白质整体生物利用率。根据WHO/FAO 标准氨基酸模式来计算氨基酸的RC 值和SCR 值，可直接反映食物中EAA 的营养价值，RC数值越接近1，说明蛋白质营养价值越高。本研究中，参试的26 个鲜食玉米品种中第一限制性氨基酸为亮氨酸；SCR 值越接近100，说明其EAA 组成最均衡，甜玉米以京科甜183、甜加糯玉米以农科玉368、糯玉米以京科糯569的SCR值最高。