黄永桥，高亮，张群英，申鹰，杨昌彪，吴新文，马凯

1(贵州省检测技术研究应用中心，贵州 贵阳，550014)2(贵州省分析测研究院，贵州 贵阳，550014) 3(贵州省植物园，贵州 贵阳，550004)

树莓是蔷薇科(Rosaceae)悬钩子属(Rubus)多年生聚合浆果，又名山莓、覆盆子，在全球有30多个国家种植，我国南北各地均有分布。其果实柔嫩多汁、气味宜人、风味独特，具有很高营养价值和独特保健功能，属于第三代新兴水果，备受消费者青睐[1]。树莓为药食同源植物，其富含氨基酸、维生素、有机酸、矿物元素、黄酮类、酚酸类等营养成分，被誉为“黄金水果”[2-3]。

目前对树莓成分研究主要集中在生物活性成分分析及其药理作用的研究[4-9]。如黄酮类、生物碱、香豆素类、萜类、有机酸、酚酸类及甾体等化学成分具有抗氧化、降血糖、抗菌、抗炎、抗衰老、抗血栓、抗癌、抗肥胖、预防心血管疾病等药理作用。关于树莓营养成分的研究报道多集中于营养成分含量差异性探讨，鲜见有对树莓营养成分含量及营养质量进行系统研究的报道。如郭军战等[2]对树莓和黑莓中总糖、总酸、总蛋白质、4种维生素、17种氨基酸及7种矿物元素含量的比较分析，得出不同品种在营养成分含量上存在明显的差异。YU等[10]对树莓中膳食纤维、蛋白质、花青素、维生素C、7种矿物元素等含量进行了研究，结果表明树莓可作为花青素、维生素C、铁、钾营养元素的主要来源。因此，对树莓营养成分进行营养质量评价，可为树莓资源的综合利用提供科学依据。

本文以成熟树莓果实为研究对象，在分析测定4种树莓中17种氨基酸、12种矿物元素和3种维生素含量的基础上，通过与理想蛋白质的比较分析及营养质量指数(index of nutritional quality，INQ)的计算对上述成分的营养质量进行研究探讨，以期进一步明确不同品种树莓中上述32种成分营养质量的差异性，旨在对树莓的评价更加全面、准确，为树莓种植栽培、良种选育、质量标准的制定及其综合开发利用提供科学依据和理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

树莓成熟果实采摘于贵州省植物园树莓研发基地，所摘树莓品名由贵州省植物园张群英研究员提供。小蜜莓(一种贵州野生树莓)采摘于2021年5月10日；掌叶覆盆子采摘于2021年5月18日；红莓(托拉蜜)采摘于2021年6月10日；黑莓(双季黑莓H1)采摘于2021年6月10日。

盐酸(≥36%)、硝酸、柠檬酸钠、NaOH(均为优级纯)，国药集团化学试剂有限公司；17种氨基酸混标，天津阿尔塔科技有限公司；钠、钙、钾、镁、磷、铁、铬、镁、锌、铜、锰、硒、钼元素标准溶液，国家有色金属及电子材料分析测试中心；维生素B1、维生素B2、维生素B6标准物质(>95%)，德国Dr.Ehrenstorfer GmbH 公司；实验室用水均为超纯水(电阻率≥18.2 MΩ·cm)。

BSM220分析天平，上海卓精电子科技有限公司；电热鼓风干燥箱，天津市科斯特仪器有限公司；LA8080氨基酸自动分析仪，日本日立高新技术公司；聚四氟乙烯压力消解罐，上海新诺仪器厂；Agilent 7800电感耦合等离子体质谱仪(inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)，美国Agilent公司；Ultimate 3000液相色谱仪(配有FLD检测器)，美国Thermo Fisher公司；Milli-Q超纯水机，美国Millipore公司。

1.2 实验方法

1.2.1 氨基酸的测定

17种氨基酸含量测定参照GB 5009.124—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》，采用氨基酸自动分析仪进行分析检测。

1.2.2 矿物元素的测定

12种矿物元素(钠、钙、钾、磷、铁、铬、镁、锌、铜、锰、硒、钼)样品前处理参照GB 5009.268—2016 《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》，采用ICP-MS进行分析检测。

1.2.3 维生素的测定

维生素B1含量测定参照GB 5009.84—2016《食品安全国家标准 食品中维生素B1的测定》、维生素B2含量测定参照GB 5009.85—2016《食品安全国家标准 食品中维生素B2的测定》、维生素B6含量测定参照GB 5009.154—2016《食品安全国家标准 食品中维生素B6的测定》，均采用液相色谱仪进行分析检测。

1.3 氨基酸营养评价方法

通过计算必需氨基酸(essential amino acid，EAA)、非必需氨基酸(nonessential amino acid，NEAA)占氨基酸总量(total of amino acids，TAA)的相对含量，与1973年世界卫生组织(World Health Organization，WHO)/联合国粮食及农业组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO)修订的人体必需氨基酸含量模式谱比较，计算氨基酸比值(ratio of amino acid，RAA)、氨基酸评分(amino acid score，AAS)、氨基酸比值系数(ratio coefficient of amino acid，RCAA)、氨基酸比值系数评分(score of RC，SRCAA)、化学评分(chemistry score of amino acid，CSAA)、必需氨基酸指数(essential amino acid index，EAAI)[11]。计算如公式(1)～(8)所示：

必需氨基酸含量/氨基酸总量=EAA/TAA

(1)

必需氨基酸含量/非必需氨基酸含量=EAA/NEAA

(2)

RAA=样品中某必需氨基酸的相对含量/WHO和FAO模式中相应氨基酸的相对含量

(3)

AAS=样品中某必需氨基酸相对含量/WHO和FAO模式中相应氨基酸的相对含量×100

(4)

RCAA=样品中某必需氨基酸RAA/各种氨基酸RAA的平均值

(5)

SRCAA=100-CV×100(CV=RCAA的标准差/RCAA的均值)

(6)

CSAA=样品中某必需氨基酸相对含量/卵清蛋白中相应必需氨基酸的相对含量×100

(7)

EAAI=100×

(8)

式中：Thr样、Met+Cys样、Ile样、Leu样、Phe+Tyr样、Lys样、Val样为样品中氨基酸相对含量；Thr标、Met+Cys标、Ile标、Leu标、Phe+Tyr标、Lys标、Val标为标准蛋白(卵清蛋白)中氨基酸相对含量。

通常，RAA和RCAA的数值越接近1，表明该必需氨基酸越接近WHO/FAO的推荐值；AAS、CSAA、SRCAA的数值越接近100，表明该食品中各种必需氨基酸的含量越均衡，其营养价值就越高；EAAI越接近100，说明该样品养分价值越高[12-13]。

1.4 矿物元素和维生素评价方法

采用INQ对树莓中12种矿物元素和3种维生素进行评价，计算如公式(9)所示[14]：

(9)

INQ是进行膳食评价时对食物中的各营养素对人体需要的满足程度的判定以及对热能的满足程度来衡量该种食物的营养质量。如通常情况下，INQ<1，表明该营养素含量低于推荐摄入量，长期食用，可能引发该类营养素摄入不足的危害，说明其营养质量差；INQ≥1，表明该营养素含量高于或等于推荐摄入量，说明其营养质量好；INQ>2，表明该种食物可作为该类营养素的良好来源[15-16]。

1.5 数据分析

采用Excel 2016软件对实验数据进行处理，显著性分析采用SPSS 22.0软件，采用Origin 2018进行热图分析。

2 结果与分析

2.1 树莓中氨基酸的含量及组成

实验对4个品种树莓中17种氨基酸进行测定，结果见表1，其中包含除色氨酸外的7种EAA，10种NEAA，非必需氨基酸包含2种半必需氨基酸(半胱氨酸和酪氨酸)。4个品种树莓中含量最高的氨基酸均为谷氨酸，为(1.49±0.24)～(2.04±0.10) mg/g，其次为天冬氨酸，为(1.07±0.05)～(1.80±0.03)mg/g，谷氨酸和天冬氨酸占总氨基酸的25.81%～37.00%；含量最低的均为蛋氨酸，为(0.02±0.00)～(0.04±0.02)mg/g。小蜜莓的脯氨酸含量高于其他3种，为(1.49±0.04)mg/g，4个品种树莓中丝氨酸和半胱氨酸含量接近无差异显著性(P>0.05)，丙氨酸含量存在差异显著性(P<0.05)。

4个品种树莓中总氨基酸含量为(8.52±0.66)～(11.35±0.32)mg/g，必需氨基酸含量为(2.61±0.16)～(3.61±0.52)mg/g，非必需氨基酸含量为(5.91±0.70)～(7.74±0.33)mg/g，其中小蜜莓的总氨基酸、必需氨基酸和非必需氨基酸含量均为最高。小蜜莓、掌叶覆盆子和红莓的总氨基酸含量接近，三者与黑莓存在较大差异。

4个品种树莓中必需氨基酸/总氨基酸为28.49%～33.00%，必需氨基酸/非必需氨基酸为39.84%～49.24%，其中掌叶覆盆子的必需氨基酸/总氨基酸和必需氨基酸/非必需氨基酸均高于其他几个品种。根据1973年WHO/FAO提出的理想蛋白质的标准，必需氨基酸/总氨基酸在40%以上，必需氨基酸/非必需氨基酸在60%以上[17]。因此，4个品种树莓中，小蜜莓、掌叶覆盆子和黑莓相对于红莓，较为接近理想蛋白质的要求。

2.2 呈味氨基酸和功能氨基酸含量分析

氨基酸结构式上侧链基团的不同，导致了氨基酸滋味和功能的差别[18]，在L-型氨基酸中，当侧基很小时，一般为甜感，当侧基较大并带碱基时，通常以苦味为主；若侧基带有芳香基团，通常具有香味。根据氨基酸的滋味特征[18-21]，可将氨基酸分为甜味氨基酸(sweet amino acid，SwAA)、鲜味氨基酸(flavor amino acid，FAA)、苦味氨基酸(bitter amino acids，BAA)、芳香族氨基酸(aromatic amino acid，ArAA)、酸味氨基酸(sour amino acids，SAA)；甜味氨基酸包含甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、脯氨酸；苦味氨基酸包含缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、酪氨酸、精氨酸、苯丙氨酸、组氨酸；鲜味氨基酸包含赖氨酸、谷氨酸、天冬氨酸；芳香族氨基酸包含苯丙氨酸、酪氨酸、半胱氨酸；酸味氨基酸包含天冬氨酸、谷氨酸、组氨酸。

根据氨基酸的功能特征[22]，可将氨基酸分为药用氨基酸(medicinal amino acid，MAA)、支链氨基酸(branchedchain amino acid，BcAA)；药用氨基酸包含天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、赖氨酸、精氨酸；支链氨基酸包含缬氨酸、异亮氨酸、亮氨酸。

由表2可知，4种树莓的甜味氨基酸、鲜味氨基酸、苦味氨基酸、芳香族氨基酸、酸味氨基酸、药用氨基酸、支链氨基酸与氨基酸总量的占比分别为25.80%～34.57%、32.64%～43.62%、26.88%～32.04%、5.07%～6.54%、28.56%～38.91%、58.87%～67.80%、13.96%～16.70%。

表2 树莓中呈味氨基酸和功能氨基酸含量Table 2 Contents of flavor amino acids and functional amino acids in raspberries

小蜜莓的甜味氨基酸含量最高，含量为(3.92±0.15) mg/g，与其他3种树莓存在显著性差异(P<0.05)，掌叶覆盆子的药用氨基酸占氨基酸总量的比例最高，达67.80%，红莓的鲜味氨基酸和酸味氨基酸与黑莓存在差异显著性(P<0.05)，小蜜莓、掌叶覆盆子的苦味氨基酸、芳香族氨基酸、支链氨基酸与红莓和黑莓存在差异显著性(P<0.05)。

研究表明，支链氨基酸在丰富饮食和代谢健康之间为正相关关系，包括机体质量调节、肌肉蛋白的合成以及葡萄糖的稳态等[22-23]。4种树莓中药用氨基酸占总量的60%左右，可见4种树莓均有一定的保健功能。掌叶覆盆子的药用氨基酸和支链氨基酸均高于其他几种，因此，更适合深加工，如功能性饮料的开发。

2.3 氨基酸评分

2.3.1 氨基酸评分AAS和第一限制氨基酸FLAA

通过与WHO/FAO理想蛋白模式进行比较，根据树莓中必需氨基酸含量及所占百分比计算氨基酸评分，对不同品种树莓营养价值进行直观评价，其中评分最低的为第一限制氨基酸(first limiting amino acid，FLAA)，氨基酸评分越接近100，说明氨基酸越接近标准氨基酸模式谱。由表3可知，不同品种树莓的氨基酸评分变化趋势一致，第一限制氨基酸均为蛋氨酸+半胱氨酸，且评分均低于40，评分最高的为赖氨酸，均高于120，且掌叶覆盆子赖氨酸的氨基酸评分为141.57；除第一限制氨基酸外，小蜜莓的其他几种氨基酸评分接近100，说明其氨基酸组成更合理，营养更均衡。

表3 树莓中必需氨基酸的氨基酸评分Table 3 Essential amino acids scores of raspberry

2.3.2 氨基酸化学评分及氨基酸指数

氨基酸化学评分是样品的必需氨基酸相对含量与标准蛋白(卵清蛋白)中相应必需氨基酸的相对含量的比较，是评价样品营养价值的一种方式。由表4可知，氨基酸化学评分与氨基酸评分的变化趋势一致，第一限制氨基酸均为蛋氨酸+半胱氨酸，且评分为19.21～23.47，属于重度缺乏；4个品种树莓中只有赖氨酸的评分大于100，其他几种氨基酸的化学评分相对较低，均未达到标准氨基酸模式谱，说明4个品种树莓的氨基酸组成合理性欠佳。

必需氨基酸指数表示样品和标准蛋白(卵清蛋白)中的必需氨基酸接近水平，氨基酸指数越接近100，说明蛋白质的营养价值越高，是评价食物营养价值的常用指标之一。由表4可知，4个品种树莓的氨基酸指数值相差不大，均在60%左右；小蜜莓和掌叶覆盆子的氨基酸指数值较高，其中掌叶覆盆子的氨基酸指数值最高为65.43%，说明其蛋白质较其他几种树莓更为优质。

表4 树莓中必需氨基酸的化学评分和氨基酸指数Table 4 Chemical score and amino acid index of raspberry

综上，4个品种树莓第一限制氨基酸评分很低，属于重度缺乏，其他几种必需氨基酸的评分也反映出氨基酸配比的合理性有所欠缺，且氨基酸指数不高。因此在进行深加工时应使用互补法来改善氨基酸配比，提高营养均衡性。

2.4 氨基酸比值系数和氨基酸比值系数评分

根据树莓中必需氨基酸含量及占比计算氨基酸比值系数和氨基酸比值系数评分，由表5可知，4种树莓中必需氨基酸的氨基酸比值系数变化趋势一致，蛋氨酸+半胱氨酸均小于1，较为缺乏，赖氨酸均大于1.28，表现为相对过剩，其他几种必需氨基酸的氨基酸比值系数值接近1，营养价值相对均衡；4种树莓中必需氨基酸的氨基酸比值系数分值相近，与标准氨基酸模式的偏离程度一致，说明从氨基酸比值系数分值反映出4种树莓中蛋白质质量相当，营养价值一样。

表5 树莓中必需氨基酸比值系数和氨基酸比值系数评分Table 5 Ratio coefficient and score of essential amino acids in raspberry

2.5 树莓中矿物元素和维生素分析

实验对4种树莓中12种矿物元素和3种维生素的含量进行了测定，具体结果见表6。树莓中含有丰富的矿物元素，其中人体活动必需的常量元素钠、镁、钾、钙、磷含量高于其他几种元素，钾的含量最高为(135.13±2.68)～(179.56±12.69) mg/100 g；小蜜莓中钠、镁和磷的含量高于其他3种树莓(P<0.05)，黑莓中钾含量及掌叶覆盆子中钙含量显著高于小蜜莓和树莓(P<0.05)。人体活动必需的8种微量元素含量相对较低，其中掌叶覆盆子中锰、铁、铬的含量高于其他3种树莓(P<0.05)，红莓中锌和钼含量高于其他3种(P<0.05)，硒元素在小蜜莓、掌叶覆盆子和黑莓中含量接近，无显著差异性(P>0.05)。维生素B1的含量在4种树莓中比较接近，掌叶覆盆子中维生素B2含量显著高于其他3种(P<0.05)，小蜜莓中维生素B6含量显著高于其他3种(P<0.05)，且维生素B6含量在4种树莓中存在差异显著性(P<0.05)。

采用营养质量指数法对树莓中12种营养元素和3种维生素进行评价，各营养元素的每日参考摄入量均参考中国食物成分表标准版《中国居民膳食营养素参考摄入量》中18～50周岁的推荐值，其中18～50周岁成人身体活动水平(中度)的能量推荐值为9 625 kJ/d[24]。由表6可知，4种树莓中钠、铬、硒和钼的营养质量指数值均小于1，红莓中钙的营养质量指数值小于1，说明上述营养元素有所欠缺，在新产品研究开发的过程中需提高上述营养元素的水平，增加营养均衡性；4种树莓中锌、钙(红莓除外)以及掌叶覆盆子和红莓中磷的营养质量指数值为1～2，满足人体所需的摄入量，营养均衡；4种树莓中镁、钾、锰、铁、铜及小蜜莓和黑莓中磷的营养质量指数值均大于2，其中掌叶覆盆子中锰的营养质量指数值为16.39，黑莓中铜的营养质量指数值为12.70，说明4种树莓可作为上述营养元素的良好来源，可为特殊人群补充该营养素。

4种树莓中维生素B2的营养质量指数值为1～5，说明其能满足人体所需的摄入量；维生素B1和维生素B6的营养质量指数值均大于2，说明4种树莓可作为维生素B1和维生素B6营养元素的良好来源，其中小蜜莓、红莓和黑莓维生素B6的营养质量指数值分别为115.97、21.78和13.90，可作为特殊人群补充该营养素的良好来源。

表6 树莓中营养素含量及营养质量指数Table 6 Nutrient content and nutritional quality index of raspberry

2.6 树莓的分类判别

为了更加直观的显示各营养成分的含量在4种树莓中的分布情况，对17种氨基酸(图1)及3种维生素含量和7种微量元素含量(图2)制做了热图并对4种树莓进行聚类分析。苏氨酸、谷氨酸、甘氨酸、半胱氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、精氨酸、铬及锌颜色无明显变化，表明其在4种树莓中含量相近；天冬氨酸、丙氨酸、锰、铁、钼及维生素B6表现出间隔的颜色，即在4种树莓中含量呈现波动性的变化，硒、维生素B1、维生素B2及脯氨酸在小蜜莓中的颜色较其他3种深，说明小蜜莓中的含量高于其他3种；总体看小蜜莓中含量相对较高，其次为掌叶覆盆子。聚类分析将4种树莓分为两类，第一类为小蜜莓，其营养成分的含量相对较高且更均衡，且脯氨酸和维生素B6显著高于其他3种；第二类为掌叶覆盆子、红莓和黑莓，其中掌叶覆盆子中赖氨酸和锰的含量高于其他几种，其他营养成分含量较红莓和黑莓更均衡，故可将第二类进一步分为两个亚类，掌叶覆盆子为一个亚类，红莓和黑莓为一个亚类。

图1 树莓中17种氨基酸含量热图Fig.1 Heat map of 17 amino acids in raspberry

图2 树莓中3种维生素和7种微量元素含量热图Fig.2 Heat map of 3 vitamins and 7 trace elements in raspberry

3 结论

该研究对4种树莓中17种氨基酸、12种矿物元素和3种维生素含量进行分析检测，采用氨基酸组成、氨基酸评分、氨基酸比值、氨基酸比值系数、氨基酸比值系数评分、必需氨基酸指数等评价方法以及采用营养质量指数对树莓中氨基酸、矿物元素和维生素进行综合评价。

研究结果表明，树莓可以作为镁、钾、锰、铁、铜、维生素B1、维生素B6的良好来源，尤其小蜜莓和红莓中维生素B6、掌叶覆盆子中锰、黑莓中铜和维生素B6可为特殊人群补充该营养素。通过营养成分含量对4种树莓进行分类判别，结果直观反映营养成分在4种树莓中的分布情况，聚类分析结果表明营养成分含量及组成与树莓的种类及品质特征存在相关性；小蜜莓作为贵州一种野生树莓，较其他3种树莓营养成分含量相对较高且更均衡，在野生资源综合开发利用及新品种选育等方面值得进一步研究；其他3种树莓为人工选育，某些营养元素含量很高，但各营养元素含量不均衡，有待进一步选育出更优良品种。

与其他水果相比，树莓氨基酸的氨基酸比值系数评分和氨基酸指数得分与百香果[22]、刺梨[12]等水果相近，钾的营养质量指数值与香蕉、芒果(大头)、荔枝、龙眼、菠萝、榴莲等[16]水果相近，镁、铁、锌的营养质量指数值高于上诉几种水果；维生素B1、钙、镁、锰、铜、锌的营养质量指数值高于新疆骏枣[14]；说明树莓的某些营养成分的价值较一些常见水果更高。

该研究结果揭示了不同品种树莓中17种氨基酸、12种矿物元素和3种维生素等32种营养成分营养质量的差异性，旨在对树莓中营养成分的分析评价更全面、准确，为树莓膳食合理搭配、均衡营养结构提供参考依据，为树莓种植栽培、良种选育、质量标准的制定及其综合开发利用提供科学依据和理论支撑。