海洋科学  2024, Vol. 48 Issue (7): 90-98   PDF    
http://dx.doi.org/10.11759/hykx20240304002

文章信息

田砚敏, 王鸿霞, 刘保忠. 2024.
TIAN Yanmin, WANG Hongxia, LIU Baozhong. 2024.
文蛤(Meretrix petechialis)多种游离氨基酸含量的综合评价
Comprehensive evaluation of different free amino acid content in clams Meretrix petechialis
海洋科学, 48(7): 90-98
Marine Sciences, 48(7): 90-98.
http://dx.doi.org/10.11759/hykx20240304002

文章历史

收稿日期:2024-03-04
修回日期:2024-04-18
文蛤(Meretrix petechialis)多种游离氨基酸含量的综合评价
田砚敏1,2, 王鸿霞1, 刘保忠1,2     
1. 中国科学院海洋研究所 中国科学院实验海洋生物学重点实验室 山东 青岛 266071;
2. 中国科学院大学 北京 100049
摘要:为了明确文蛤游离氨基酸的组成、含量及其风味特性, 本研究以文蛤的11个全同胞家系为研究对象, 利用氨基酸自动分析仪测定文蛤足组织中游离氨基酸的种类和含量, 通过主成分分析、TOPSIS分析进行综合评价。结果显示, 文蛤家系游离氨基酸总量均在473~816 mg/100g, 均值为638 mg/100g。呈鲜味氨基酸含量为270~570 mg/100g, 占总含量的56.0%~70.8%, 是最主要的呈味氨基酸。15种游离氨基酸通过主成分分析提取到2个主成分, 其累积方差贡献率为89.54%, 可代表文蛤中游离氨基酸的综合信息。游离氨基酸T值较高的家系依次是22A8、22A5、22A1和22A6, 与TOPSIS分析结果一致。结果表明上述4个文蛤家系可作为游离氨基酸含量综合性状突出的优良种质资源用于文蛤的选育工作。
关键词文蛤(Meretrix petechialis)    游离氨基酸含量    主成分分析    TOPSIS分析    
Comprehensive evaluation of different free amino acid content in clams Meretrix petechialis
TIAN Yanmin1,2, WANG Hongxia1, LIU Baozhong1,2     
1. CAS and Shandong Province Key Laboratory of Experimental Marine Biology, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China;
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: This study evaluated 11 different full-sib families of the clam Meretrix petechialis to elucidate the composition, content, and flavor characteristics of free amino acids. The type and content of free amino acids in clam foot tissues were determined using an automatic amino acid analyzer. Principal component analysis and TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution) analysis methods were used to comprehensively evaluate 11 families. The total free amino acid content in clam families ranged from 473 to 816 mg/100 g, with an average of 638 mg/100 g. Among the clam families, the fresh flavor amino acid content, ranging from 270 to 570 mg/100 g, accounted for 56.0% to 70.8% of the total content, making it the most important flavor amino acid in clams. Fifteen free amino acids were extracted using the principal component analysis, and were divided into two principal components, with a cumulative variance contribution rate of 89.54%, representing comprehensive information on free amino acids in clams. Families with higher T-values in comprehensive evaluation were 22A8, 22A5, 22A1, and 22A6, consistent with the TOPSIS analysis. The results demonstrated that four clam families can be used as excellent germplasm resources with outstanding comprehensive characteristics of free amino acid content for clam breeding.
Key words: Meretrix petechialis    free amino acid content    principal component analysis    TOPSIS analysis    

文蛤(Meretrix petechialis)肉质鲜美, 风味独特, 尤以鲜、甜著称, 其肌肉中的游离氨基酸是决定其特殊风味的关键物质[1]。游离氨基酸包含了鲜、甜、苦等多种滋味[2-4], 食物之间因为游离氨基酸含量和组成的差异造成其鲜美程度不同, 从而形成食物的独特风味[5-7]。对缢蛏(Sinonovacula constricta)冷藏期间呈味物质的变化研究发现, 游离谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸在水产动物肌肉风味中起重要的鲜味作用[8], 其含量高的食物口感会更鲜; 对翡翠贻贝(Perna viridis)肌肉风味的研究发现游离氨基酸使其呈甜味[9]。因此, 游离氨基酸可以作为评价贝类口感和风味的重要指标。

游离氨基酸种类较多, 现今多采用主成分分析、相关性分析、TOPSIS (Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)分析等方法来实现多性状的综合评价[10-11]。主成分分析将多个性状指标转化为少量的综合指标, 可以有效地对数据进行简化。与主成分分析法相比较, TOPSIS分析不单独考虑各个性状指标, 而是将多个性状指标综合考虑。相关性分析则用于衡量多个性状之间的关联程度, 能够揭示性状之间的方向性关系。多种分析方法结合才能够更为全面、准确地对复杂性状指标进行综合评价。

文蛤作为重要食用贝类, 其常规营养物质[12-14]、药用活性成分[15-16]、微量元素含量等分析方面已取得较大进展[17-18]。文蛤呈味性状虽被大众熟知但研究仍存在不足, 陈德慰等[1]比较了广西北部湾牡蛎(Crassostrea hongkongensis)、文蛤(M. petechialis)、波纹巴非蛤(Paphia undulata)三者在多种呈味物质含量方面的差异; 杨晋等[19]分析了文蛤不同营养成分对风味的贡献。目前关于文蛤种质资源评价和育种工作多是围绕生长及抗性性状展开[20-24], 文蛤风味等的品质性状综合评价工作较为缺乏。

本研究以培育的文蛤家系为研究对象, 对其肌肉组织的游离氨基酸组成、含量差异以及相关性等进行测定和分析, 比较了文蛤15种游离氨基酸含量的变异规律, 利用多种分析方法对家系进行综合评价。以期更全面地剖析各种游离氨基酸对品质影响的内在联系及主次关系, 为文蛤种质资源的保护、开发与利用提供数据基础和参考。

1 材料与方法 1.1 实验材料

2022年7月从浙江省清江市养殖池塘采集无损伤、活力强的2龄文蛤群体作为亲贝, 采用1雌对1雄的交配策略, 共建立了11个全同胞家系, 分别编为22A1, 22A2, 22A3, 22A4, 22A5, …, 22A11。文蛤幼虫的繁育方法和培育流程参照王鸿霞等[25]的报道。在养殖过程中, 为了减少环境因素的影响, 7月龄后将不同家系的文蛤贴上标签后在同一池塘中养殖。经过一年的生长, 11个文蛤家系的平均壳长达到8.19~14.23 mm, 平均湿重达到0.15~0.84 g。对11个文蛤家系游离氨基酸组成和含量进行检测, 其中每个家系的测试样品包括3个生物学重复, 每个重复由家系内的30个个体组成。

1.2 游离氨基酸含量检测

选取11个家系共990个文蛤, 组织样品的解剖均在冰上进行。每个个体用分析天平称取约7 mg足部肌肉, 将每个家系的30个个体的足组织混合为一个样品, 约210 mg, 加入10 mL PBS后研磨成匀浆后, 离心3 000 rcf/min, 10~15 min后, 弃上清, 取沉淀加入0.02 mol/L盐酸溶解定容。然后, 加入5 mL甲醇、5 mL蒸馏水, 活化C18液相色谱柱; 再将2.5 mL样品、0.02 mol/L盐酸(1.5 mL)加入C18预处理柱中, 用0.02 mol/L盐酸定容后样品用0.45 μm滤膜过滤, 并用氨基酸自动分析仪(HITACHI, LA8080)检测[26]。游离氨基酸含量的单位以mg/100g(以文蛤肌肉湿重记)表示。

1.3 味道强度值的计算

味道强度值(Taste Activity Value, TAV): TAV=C/T, C代表呈味物质的浓度, T代表该呈味物质的味道阈值。当TAV > 1时, 表明该呈味物质对样品的呈味有贡献, 值越大贡献越大[27], 当TAV < 1时, 表明该呈味物质对样品的呈味作用不明显。

1.4 数据处理

采用Excel 2019软件计算游离氨基酸数据的最小值(Min. value)、最大值(Max. value)、平均值(Average)、中位数(Median)、变异系数(CV%)和TAV及绘制含量分布图。采用IBM SPSS Statistics 22软件进行不同家系间游离氨基酸含量的相关性、主成分和聚类分析, 通过单因素方差分析(analysis of variance, ANOVA)进行显著性分析, 方法为Duncan多重检验, P < 0.05时存在显著差异。TOPSIS分析使用SPSSPRO在线网站(https://www.spsspro.com/)进行分析。

2 结果与分析 2.1 文蛤家系游离氨基酸的组成与特征分析

11个文蛤家系的足组织中均检测出15种游离氨基酸(表 1), 游离氨基酸的总含量范围是473~816 mg/100g, 均值为638 mg/100g。家系间游离氨基酸各成分的相对含量之间存在着差异, 其中Leu、IIe、Cys 3种游离氨基酸含量的变异系数较大, 分别为63.66%、56.40%、37.04%; Asp、Thr、Ser、Glu等12种游离氨基酸含量的变异系数较小在16.86%~30.86%之间。Ala的含量最高为167 mg/100g, 其余氨基酸含量具体见表 1。文蛤足组织中, Glu、Ala、Arg的TAV大于1(表 1), 是文蛤最主要的呈味物质。其中Glu的TAV最高, 其次为Ala和Arg。

表 1 游离氨基酸含量统计分析 Tab. 1 Statistical analysis of the content of free amino acid content
指标 符号 呈味特性 含量/[mg·(100g) –1] CV /% 味道阈值/ [mg·(100g) –1] 味道强度值
最小值 最大值 平均值 中位数
天冬氨酸 Asp 呈鲜味 19.00 48.00 36.20 36.00 18.69 100 0.36
苏氨酸 Thr 呈甜味 14.00 38.00 24.30 23.00 27.35 260 0.09
丝氨酸 Ser 呈甜味 10.00 25.00 16.30 16.00 25.23 150 0.11
谷氨酸 Glu 呈鲜味 49.00 150.00 96.10 94.00 23.70 30 3.20
甘氨酸 Gly 呈鲜味 35.00 130.00 79.20 81.00 24.74 130 0.61
丙氨酸 Ala 呈鲜味 80.00 270.00 166.70 160.00 29.00 60 2.78
半胱氨酸 Cys 芳香族 1.00 10.00 5.30 4.90 37.04
缬氨酸 Val 呈苦味 16.00 43.00 27.40 26.00 29.60 40 0.69
蛋氨酸 Met 呈苦味 10.00 32.00 19.40 18.00 30.86 30 0.65
异亮氨酸 IIe 呈苦味 2.00 23.00 10.30 9.50 56.40 90 0.11
亮氨酸 Leu 呈苦味 0.00 47.00 19.90 18.00 63.66 190 0.10
赖氨酸 Lys 呈鲜味 18.00 47.00 29.20 27.00 29.95 50 0.58
组氨酸 His 呈甜味 8.00 18.00 11.60 11.00 24.07 20 0.58
精氨酸 Arg 呈苦味 51.00 100.00 76.60 77.00 16.86 50 1.54
脯氨酸 Pro 呈甜味 11.00 31.00 19.50 19.00 27.66 300 0.06

11个文蛤家系中, 呈鲜味氨基酸含量范围在270~ 570 mg/100g, 占游离氨基酸总含量的56.0%~70.8%, 表明文蛤中呈味氨基酸以呈鲜味氨基酸为主。家系中5种呈鲜味氨基酸含量顺序均为Ala > Glu > Gly > Asp > Lys, 且Ala含量显著高于与其他4种氨基酸含量(P < 0.05) (图 1)。

图 1 文蛤中呈鲜味游离氨基酸的含量 Fig. 1 Content of free amino acids with a fresh taste in clam 注: 不同字母表示具有差异性
2.2 不同文蛤家系呈味氨基酸差异分析

4类呈味氨基酸含量在不同文蛤家系中的组成模式相似, 均是呈鲜味氨基酸含量最高, 芳香族氨基酸含量最低(图 2)。其中呈苦味氨基酸含量范围在120~ 210 mg/100g, 占游离氨基酸总量的19.2%~29.7%。呈甜味氨基酸的含量范围在58~98 mg/100g, 占游离氨基酸总含量的8.7%~13.72%。芳香族氨基酸含量最低仅占0.53%~1.01%。

图 2 不同家系呈味氨基酸含量分布图 Fig. 2 Distribution map of free amino acids in different families

4类呈味氨基酸含量在家系间存在明显的差异, 呈鲜、甜、苦味氨基酸含量的变异系数分别为23.43%、19.0%和18.0%。芳香族氨基酸的变异系数为37.0%, 变异系数大于其他3类呈味氨基酸。11个文蛤家系中, 22A1、22A8的呈鲜味氨基酸含量显著高于其他家系(P < 0.05), 但其他氨基酸含量在家系间未见显著差异(P > 0.05)。

2.3 15种游离氨基酸含量的相关性分析

相关性分析结果(表 2)表明大部分游离氨基酸含量之间呈显著相关(P < 0.05), 例如Asp与其他14种游离氨基酸含量均呈现显著正相关(P < 0.05), 这种情况还存在于Lys、Pro、Arg中(表 2)。

表 2 不同游离氨基酸含量之间的相关性分析 Tab. 2 Correlation analysis between contents of different free amino acid

有5组游离氨基酸含量之间相关系数大于0.96, 如Val与Met、Val与Lys、Leu与IIe、Lys与His、Lys与Pro(表 2)。以上结果表明文蛤足部肌肉中的游离氨基酸含量之间存在普遍且较强的相关性, 可通过主成分分析对文蛤家系中的游离氨基酸含量进行综合评价。

2.4 文蛤家系游离氨基酸含量的主成分分析和综合评价

对11个文蛤家系的15种游离氨基酸进行主成分分析, 主成分1和2的特征值分别是10.01、3.42; 方差贡献率分别为66.73%、22.81%, 前2个主成分的累计方差贡献率达到89.54%(表 3), 说明这2个主成分可以代表11个文蛤家系游离氨基酸的大部分信息。

表 3 主成分的贡献率、累积贡献率和特征向量 Tab. 3 Contribution rates, cumulative contribution rates, and feature vectors of principal components
指标 主成分1 主成分2
天冬氨酸(X1) 0.50 0.83
苏氨酸(X2) 0.93 –0.22
丝氨酸(X3) 0.91 –0.35
谷氨酸(X4) 0.72 0.61
甘氨酸(X5) 0.40 0.81
丙氨酸(X6) 0.79 –0.48
半胱氨酸(X7) 0.80 0.30
缬氨酸(X8) 0.96 –0.21
蛋氨酸(X9) 0.94 –0.33
异亮氨酸(X10) 0.80 –0.42
亮氨酸(X11) 0.81 0.50
赖氨酸(X12) 0.93 –0.23
组氨酸(X13) 0.89 –0.29
精氨酸(X14) 0.66 0.73
脯氨酸(X15) 0.97 –0.07
贡献率% 66.73 22.81
累积贡献率/% 66.73 89.54

以2个主成分的相对贡献率作为权重, Z1Z2代表2个主成分, Xn(n取值为1到15)代表一种游离氨基酸, 得到如下方程式:

$ Z_{1}=0.227X_{1}+0.295X_{2}+2.292X_{3}+0.205X_{4}+0.126X_{5}+0.157X_{6}\\ +0.255X_{7}+0.297X_{8}+0.288X_{9}+0.25X_{10}+0.253X_{11}+0.302X_{12}\\ +0.284X_{13}+0.252X_{14}+0.308X_{15}, $ (1)
$ Z_{2}=0.328X_{1}–0.124X_{2}–0.118X_{3}+0.392X_{4}+0.435X_{5}+0.446X_{6 }\\ +0.269X_{7}–0.178X_{8}–0.187X_{9}–0.257X_{10}–0.225X_{11}–0.115X_{12 }\\ –0.156X_{13}+0.163X_{14}–0.039X_{15}. $ (2)

第1主成分包括了4种呈甜味氨基酸、3种呈鲜味氨基酸、4种呈苦味氨基酸和1种芳香族氨基酸。12种游离氨基酸在第1主成分上的特征向量均为正值, 其中Pro(X15)、Val(X8)等6种氨基酸的特征向量的绝对值均大于0.90, 因此第1主成分为影响文蛤呈味品质性状的重要因子。第2主成分则包括呈鲜味氨基酸Asp(X1)和Gly(X5)以及苦味氨基酸Arg(X14); 3种游离氨基酸特征向量的绝对值均大于0.70(表 3)。

以前2个主成分的方差贡献率为权重, T值为综合评价得分值, 构建主成分综合评价模型公式如下。

$ T=0.67Z_{1}+0.23Z_{2. } $ (3)

通过该模型对11个文蛤家系15种游离氨基酸含量进行综合评价, 结果如图 3所示, 22A8、22A5、22A1、22A6家系排名靠前, T值为正值, 分别为5.80、4.41、2.84、0.57, 表明这4个家系游离氨基酸含量综合性状表现突出。

图 3 游离氨基酸含量的主成分综合评价结果 Fig. 3 Principal component comprehensive evaluation results of free amino acids
2.5 文蛤家系游离氨基酸含量的TOPSIS分析

对11个文蛤家系的15种游离氨基酸含量进行TOPSIS分析(表 4), 结果表明权重指标最大的为Lys, 其次是Met、Val、Pro、Leu、Glu、Thr、His、Ala、IIe。上述10种游离氨基酸含量的权重指标范围为7.03%~9.62%, 与之相对应的是在主成分分析中它们均为第1主成分因子。而作为第2主成分因子的Asp、Gly和Arg它们在TOPSIS分析中权重指标较低, 均小于4%。

表 4 不同家系游离氨基酸含量的TOPSIS综合评价 Tab. 4 TOPSIS analysis of free amino acid content in different families
性状 含量[mg·(100g) –1] 权重% 家系 Di+ Di Ci 排名
均值
天冬氨酸 36.20 3.62 22A8 0.13 0.93 0.88 1
苏氨酸 24.30 7.21 22A5 0.28 0.79 0.74 2
丝氨酸 16.30 6.70 22A1 0.48 0.66 0.58 3
谷氨酸 96.10 7.32 22A6 0.47 0.55 0.54 4
甘氨酸 79.20 3.73 22A9 0.61 0.40 0.39 5
丙氨酸 166.70 7.11 22A2 0.70 0.35 0.34 6
半胱氨酸 5.30 4.41 22A4 0.82 0.38 0.31 7
缬氨酸 27.40 8.05 22A11 0.77 0.28 0.27 8
蛋氨酸 19.40 8.87 22A7 0.79 0.25 0.24 9
异亮氨酸 10.30 7.03 22A3 0.85 0.23 0.22 10
亮氨酸 19.90 7.40 22A10 0.93 0.11 0.10 11
赖氨酸 29.20 9.62
组氨酸 11.60 7.18
精氨酸 76.60 3.80
脯氨酸 19.50 7.96
注: Di+: 最优向量距离; Di : 最劣向量距离; Ci: 综合向量

TOPSIS分析中与最优向量(Di+)距离较小的家系为22A8、22A5、22A6、22A1, 与最劣向量(Di)距离较小的家系有22A10、22A3、22A7、22A11, 综合向量(Ci)值较大的家系为22A8、22A5、22A1和22A6, 表明这4个家系游离氨基酸含量综合性状表现较好, 与主成分分析结果一致。

3 讨论

游离氨基酸是影响文蛤鲜美程度的重要因素之一, 也是评价文蛤品质的一个重要方面。品质性状的评价是筛选文蛤优异种质材料的重要依据, 但与游离氨基酸相关的品质性状的综合评价工作在文蛤中还鲜有报道。

本研究在文蛤足肌肉组织中共检测出15种游离氨基酸, 陈素华等[28]在文蛤的软体部样品中检出17种游离氨基酸, 与之相比我们未能检测到游离苯丙氨酸(Phe)和酪氨酸(Tyr), 这可能与检测的不同部位、游离氨基酸提取方法、不同检测方法灵敏度、文蛤种质和养殖地域等因素的差异有关[29]。我们的数据表明文蛤足肌肉组织中呈鲜味氨基酸的含量最高, 主要包括Ala、Glu、Gly、Asp和Lys。这5种氨基酸占游离氨基酸总含量的56.0%~70.8%, 居主导地位, 可能是决定其鲜美品质的重要因素。这一发现与以往对文蛤游离氨基酸含量的研究结果相符, 即呈鲜味氨基酸在游离氨基酸总含量中占比最高[19, 27, 30]。在所有呈鲜味氨基酸中, Glu、Ala味道强度值最高, 分别为3.20和2.78, 为文蛤的鲜美口感提供了重要支持, 此结果与王超等[27]的研究结论一致。

5种呈鲜味氨基酸的变异系数均低于30%, 表明其含量变化相对稳定。而呈苦味的Leu、IIe变异系数最大分别为63.66%和56.40%, 说明11个文蛤家系在苦味这一性状上可能具有较大差别。文蛤家系中的呈苦味氨基酸占游离氨基酸总量的19.2%~29.7%, 呈甜味氨基酸的含量占总量的8.7%~13.72%。有研究表明呈甜味氨基酸能够减弱苦味, 协调鲜味, 较弱的苦味能够使食物的口感更加醇厚[31]。我们的数据显示大多数游离氨基酸之间还表现出一定的正相关关系(P < 0.05), 其中TAV最高的Glu与呈鲜味氨基酸Ala、Lys, 呈甜味氨基酸Thr、Ser及呈苦味氨基酸Met和Val含量呈极显著正相关(P < 0.001)关系。这表明各呈味氨基酸不仅直接影响其滋味属性, 还通过相互协同作用来影响滋味[32]。多类呈味氨基酸相互协调能够丰富文蛤的口感。

为了更加准确地评价各个家系文蛤游离氨基酸含量, 本文通过主成分分析模型将15个游离氨基酸含量指标简化为2个主成分, 累积贡献率达到了89.54%, 其中第1主成分包含了4大类游离氨基酸中的12种, 贡献率达到66.7%, 12种游离氨基酸在第1主成分上均为正值, 表明第1主成分值越大时, 这些游离氨基酸的含量越高, 进一步验证了各游离氨基酸含量之间的正相关性, 同时说明呈味氨基酸之间的协同作用。通过构建综合评价模型T=0.67Z1+ 0.23Z2, 得到综合评价值T, 11个文蛤家系的综合评价值T范围为–3.38~5.80, 22A8、22A5、22A1和22A6家系的T为正值, 其中22A8、22A1家系具有呈鲜味氨基酸含量最高的特点, 22A5、22A6则具有各呈味氨基酸分布均衡的特点。TOPSIS分析结果表明家系22A8、22A5、22A1和22A6综合向量(Ci)值较大, 与主成分分析结果一致。当前TOPSIS分析方法在贝类中尚未见报道, 但在探究植物多种性状与产量的联系[33]、挖掘不同养殖条件下植物品质性状的差异[34]、选育优良新品种[35]、评价果实质量[36]等方面已经成为一种和主成分分析法等相互印证并相互补充的评价方法。

4 结论

通过相关性分析、主成分分析和TOPSIS分析多种方法的相互印证, 本研究得出了一致的结论: 22A8、22A5、22A1、22A6 4个家系可作为游离氨基酸含量综合性状突出的优良种质资源用于文蛤的选育工作。

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