核桃为世界四大干果之一,因其较高的营养价值和健康益处而备受欢迎,并已应用于医疗保健等多种行业[1]。近年来,随着核桃产业向精深加工方向发展,其副产物的资源化利用已成为提升经济林综合效益的重要研究方向。核桃雄花序作为核桃栽培过程中的主要副产物之一,全国年产量可达100万t,但目前除少数地区传统食用外,多数被废弃,造成资源严重浪费[2-3]。

核桃雄花富含多种生物活性成分和营养物质[4],其中蛋白质含量可达30.21%[5],与核桃仁相当,且其多酚类及黄酮类物质含量较高,具有抗氧化、抗菌、抗炎等特性,能够缓解疲劳,预防心血管疾病和癌症等[6-7],在功能性食品和医药领域展现出巨大开发潜力。氨基酸作为蛋白质的基本构成单元和风味前体物质,其组成特征直接决定了蛋白质的营养品质和风味特性,并且会对植物的生长、成熟和衰老造成影响[8-9],故氨基酸的组成和含量也成为评价核桃雄花品质及营养价值的重要指标,对其展开分析研究,对提高核桃资源开发利用具有重要意义。

本研究选取9个主栽核桃品种的雄花为研究对象,采用全自动氨基酸分析技术测定其氨基酸的组成特征,并运用滋味活性值(taste activity value,TAV)、主成分分析(principal component analysis,PCA)和聚类分析(hierarchical cluster analysis,HCA)通过揭示品种间氨基酸组成的差异规律,为核桃雄花在食品领域的精细化加工利用提供科学依据,对延伸核桃产业链、提升产业附加值具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

收集9个品种的核桃雄花,分别为新2、185、老品种、香岭、幸福、辽核、豫丰、绿岭、三三(蛋白质含量为14.57%～23.79%)。将其自然晾干后,备用。

盐酸、衍生缓冲液、乙腈、乙酸钠(均为分析纯),国药集团化学试剂有限公司;依利特氨基酸衍生化试剂盒,依利特(大连)分析仪器有限公司。

1.2 仪器与设备

DFY-500小型高速磨粉机,温岭市林大机械有限公司;101-2AB电热鼓风干燥箱,天津市泰斯特仪器有限公司;XMTD-8222恒温水浴锅,上海精宏实验设备有限公司;L-8900全自动氨基酸分析仪,德国曼默博尔公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品前处理

参照李东梅等[10]的方法并稍加改动。将干燥后的核桃雄花研磨成粉(过60目筛),取25 mg样品,加入5 mL安瓿瓶中,再加入3 mL 6 mol/L的盐酸,然后用酒精灯高温拉丝封口,放到烘箱中110 ℃下水解24 h。将水解后的样品从安瓿瓶中转移到蒸发皿中,并用水多次洗涤安瓿瓶,洗液一并倒入蒸发皿,在80 ℃ 条件下水浴蒸干。用衍生缓冲液多次洗涤蒸发皿,洗液转入25 mL容量瓶中,并用衍生缓冲液定容。用0.45 μm微孔滤膜过滤,备用。

1.3.2 样品衍生化

取已经过滤的样品液10～50 mL棕色试剂瓶中,加入衍生试剂5 mL,混匀,放到60 ℃水浴中,暗处反应1 h。反应完成后,冷却至室温,加入平衡缓冲溶液稀释到刻度,静置一段时间后,用0.45 μm滤膜过滤,取10 μL进样。

1.3.3 色谱条件

色谱柱:C18(4.6 mm×250 mm,5 μm);检测信号:紫外360 nm;柱温:28 ℃;进样体积:10 μL;流动相A:乙腈/水(1∶1,体积比),流动相B:0.1 mol/L乙酸钠水溶液;流速1.2 mL/min。

1.3.4 氨基酸TAV计算

TAV为呈味物质含量值与呈味物质滋味阈值的比值[11],TAV计算如公式(1)所示[11-13]:

(1)

式中:C,样品中呈味氨基酸含量,mg/g;X,氨基酸味道阈值,mg/g。

其值的大小代表相应氨基酸对核桃雄花呈味特性的贡献度,TAV>1时,则表明该氨基酸对其呈味有影响,TAV<1时,即该氨基酸对其呈味无明显效果。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2021软件进行数据的整理和汇总。采用SPSS 2021、Origin 2024软件和Simca 14.1软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种核桃雄花氨基酸组成及含量分析

对不同品种核桃雄花的氨基酸组成及含量进行分析,结果如图1所示。9个品种的核桃雄花氨基酸种类并无差异,均含有16种氨基酸,包括赖氨酸(Lys)、蛋氨酸(Met)、苏氨酸(Thr)、异亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)、缬氨酸(Val)、酪氨酸(Tyr)7种必需氨基酸(essential amino acids,EAA),组氨酸(His)和精氨酸(Arg)2种半必需氨基酸(semi-essential amino acid,HEAA)以及天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)、丝氨酸(Ser)、甘氨酸(Gly)、脯氨酸(Pro)、丙氨酸(Ala)、胱氨酸(Cys)7种非必需氨基酸(non-essential amino acids,NEAA),此结果与许九红等[14]的结果相符。图2为三三的氨基酸谱图。核桃雄花中水解氨基酸的平均含量为0.04%～3.57%,由高到低依次为Leu>Glu>Asp>Arg>His>Lys>Gly>Ser>Val>Pro>Ala>Thr>Ile>Tyr>Cys>Met。其中Leu的平均含量最高,为3.57%;Leu具有促进肌肉的生长和修复,改善睡眠质量,降低血糖,促进大脑发育等作用[15-16]。其次是Glu,平均含量为1.85%;Glu可增强植物对恶劣天气的抗性,也可以促进神经传递[17]。Asp是平均含量第3的氨基酸,含量为1.56%;Asp对种子萌发、蛋白质合成、改善肝功能以及消除疲劳具有积极作用[17],并且也是生长激素的来源之一。Met的平均含量最低,为0.04%;表明Met可能为核桃雄花的限制性氨基酸,Met作为必需氨基酸中唯一的含硫氨基酸,具有抗衰老、抗炎、抗肿瘤的特性,并对治疗癌症也有独特作用[18]。

9个品种的核桃雄花中的总氨基酸(total amino acid,TAA)含量为12.33%～19.50%,其中豫丰的TAA含量最高,达到了19.50%;幸福的TAA含量最低,为12.33%。各品种EAA含量为5.06%～8.26%,HEAA含量为1.58%～3.23%,EAA和HEAA含量最高分别是香岭和豫丰,最低的分别是新2和幸福;NEAA含量在5.00%～8.04%变化。各品种TAA含量从高到低依次为:豫丰>香岭>绿岭>老品种>辽核>三三>185>新2>幸福。这一结果表明豫丰的核桃雄花在氨基酸种类和含量方面均表现出优越性,因此具有进一步开发和利用的潜力。

2.2 不同品种核桃雄花滋味分析

氨基酸是食品呈味的重要成分,通过刺激味蕾,能够激发人体产生鲜味、甜味、苦味等滋味[13]。根据文献[9]的标准,基于氨基酸的结构差异及其与人体味觉受体结合后产生的味觉感知,可以将核桃雄花中的16种氨基酸分为鲜味氨基酸(umami amino acids,UAA),包括Glu、Asp、Lys;甜味氨基酸(sweet amino acids,SAA),包括Thr、Gly、His、Ala、Pro、Ser;苦味氨基酸(bitter amino acids,BAA),包括Met、Arg、Val、Leu、Ile;以及芳香族氨基酸(aromatic amino acids,AAA),包括Phe、Tyr、Cys。

由图3可知,核桃雄花中BAA的平均含量最高,达到了6.35%,占氨基酸平均含量的40.59%;其次是SAA和UAA,平均含量分别为4.51%、4.29%,分别占氨基酸平均含量的28.86%、27.45%;AAA的平均含量最低,仅为0.49%,占氨基酸平均含量的3.11%。在这9个品种的核桃雄花中,香岭是BAA和UAA含量最高的品种,含量分别达到了7.94%、5.62%,分别占氨基酸含量的41.03%、29.05%;豫丰是SAA和AAA含量最高的品种,含量达到了5.73%、0.66%,分别占氨基酸总量的29.37%、3.41%。

在9个品种的核桃雄花中,豫丰的呈味氨基酸总含量达到了最高,为19.50%,且其SAA和AAA含量为最高,UAA和BAA次之,说明其风味比较均衡,口感较好,可以作为调味品用于后续的食品开发中;香岭仅次于豫丰,呈味氨基酸总含量为19.36%;相比之下,幸福的呈味氨基酸含量最低,仅为12.33%。不同品种核桃雄花呈味氨基酸含量由高到低依次为:BAA>SAA>UAA>AAA,这一结果说明核桃雄花口感整体较好。

由表1可知,UAA中Glu、Asp、Lys的TAV均大于1,说明其对核桃雄花的风味均有影响,其中影响最大的是Glu,说明Glu是核桃雄花鲜味的主要呈味物质。研究[19]表明,Glu可与少量风味核苷酸混合可以改善食品的风味,使风味更加浓郁。此外,Ala和Glu之间的协同作用也可以增加食品的鲜味[20]。SAA中His在各品种中的TAV均大于1,Ala在老品种、香岭、幸福、辽核、豫丰、绿岭和三三这7个品种中TAV>1,在其他品种中TAV<1,其他氨基酸的TAV均小于1,说明His在各品种中对核桃雄花的风味均有影响,Ala仅在上述7个品种中对核桃雄花的风味有影响,对其他品种呈味无明显效果,其他氨基酸对核桃雄花呈味无明显效果。BAA中Arg、Val、Leu的TAV均大于1,说明其对核桃雄花的风味均有影响,其中影响最大的是Arg;Met和Ile低于其味道阈值,会增加其他氨基酸的鲜味和甜味[19]。AAA中Cys的TAV>1,说明其对核桃雄花的风味有影响,其他氨基酸对核桃雄花的风味均没有明显效果。

综合分析来看,Glu的TAV值最高,为4.68～7.59,平均值达到6.18,说明其对核桃雄花的呈味贡献最大,与DONG等[19]的研究结果一致。其次是His、Arg、Cys对核桃雄花的呈味贡献较大;Ala仅在老品种、香岭、幸福、辽核、豫丰、绿岭和三三这7个品种中对核桃雄花的风味有影响,而Thr、Gly、Pro、Ser、Met、Ile、Tyr对核桃雄花的风味无明显影响。

2.3 不同品种核桃雄花特殊功效氨基酸的组成和含量

氨基酸不仅在风味方面有突出作用,也在生理调节和医疗健康等方面也有着不容忽视的作用。参照颜孙安等[21]的方法,根据其独特的生理功能以及针对特定人群的应用价值,特殊功效氨基酸可以分为支链氨基酸(branched chain amino acids,BCAA)、AAA、药用氨基酸(medicinal amino acids,MAA)、抗菌氨基酸(antibacterial amino acids,ABAA)、伯胺基氨基酸(primary amine amino acids,PAAA)和儿童必需氨基酸(essential amino acids in children,CE)等。9种核桃雄花特殊功效氨基酸的组成和含量如图4所示。

MAA是维持机体氮平衡所必需的,并且具有增强免疫力、保护肝脏、完善智力发育以及帮助治疗部分特异性疾病等作用[22]。由图4可知,不同品种核桃雄花中MAA平均含量最高,达到了11.52%,其中MAA含量最高的是豫丰(14.20%),含量最低的是新2(9.04%)。丰富的MAA含量证实了核桃雄花具有极高的药用价值。PAAA能分解为氮气和有机酸,抑制二甲氨基亚硝胺生成[21];BCAA具有调节组织蛋白质合成与分解、调节AAA进入血脑屏障和防治肝肾功能衰竭等作用[21];AAA在排毒、免疫、防治肝肾功能衰竭、心血管健康和运动表现中起着关键性的作用。PAAA、BCAA、AAA平均含量分别达到了7.84%、4.90%、0.43%,其中香岭的PAAA含量最高(10.44%),绿岭的BCAA含量最高(6.05%),豫丰的AAA含量最高(0.58%)。CE对儿童的生长发育尤其重要,能够促进其神经系统和机体的发育[23]。由图4得,CE平均含量达到2.44%,其中豫丰的CE含量最高(3.23%),说明该品种核桃雄花的氨基酸的组成结构更能满足儿童的生长发育需求。ABAA的平均含量较少,仅为0.73%,其中绿岭的ABAA含量最高(0.93%)。一定浓度的ABAA可对引起食物腐败的微生物产生抑制作用[23],说明此品种核桃雄花有一定的抑菌作用。

综合分析可知,豫丰的MAA、AAA、CE的含量均为最高,说明其在食品科学、营养干预、医疗保健等方面具有巨大的应用潜力;绿岭的BCAA、ABAA含量为最高,说明其具有一定的防治肝肾功能衰竭及抑菌作用,可以用于后续的开发;香岭的PAAA含量最高,说明其在调节人体代谢方面也有着突出作用。

2.4 不同品种核桃雄花氨基酸PCA

对不同品种核桃雄花的氨基酸进行PCA,结果如图5所示,不同品种的核桃雄花氨基酸分别集中于不同的区域。香岭、豫丰在第一象限,新2、185在第二象限,三三、幸福位于第三象限,绿岭、老品种在第四象限。辽核位于横轴上,说明其受PC1影响较大。新2和185的特殊功效氨基酸总含量相近,且均小于各品种特殊功效氨基酸的平均含量,故其为第一类;幸福和三三的TAA总含量相近,故其为一类;老品种、绿岭、辽核的呈味氨基酸总含量相近,且在平均含量上下范围浮动,所以可分为第三类;豫丰和香岭的TAA总含量和特殊功效氨基酸总含量均最高,故其为一类。

2.5 不同品种核桃雄花氨基酸综合评价

对不同品种核桃雄花进行综合评价,结果如表2和表3所示。

取特征值大于1的数据,得到了3个PC,其累计方差贡献率达到了94.22%,综合了核桃雄花氨基酸指标的大部分信息,因此使用前3个PC来对不同品种核桃雄花进行综合评价是可行的,具有一定的可信度。以16个水解氨基酸指标为初始自变量,经过PCA最终得到的3个PC因子的方程表达式如下:

Y1=0.286X1+0.168X2+0.289X3+0.138X4+0.244X5+0.287X6+0.285X7+0.285X8+0.286X9-0.139X10+0.268X11+0.288X12+0.213X13+0.146X14+0.284X15+0.281X16

Y2=-0.098X1-0.420X2+0.005X3-0.567X4+0.257X5+0.038X6+0.024X7+0.113X8+0.092X9+0.364X10-0.133X11+0.040X12+0.192X13+0.446X14-0.083X15+0.102X16

Y3=-0.040X1+0.415X2-0.025X3+0.190X4+0.212X5+0.051X6-0.032X7-0.029X8-0.009X9+0.595X10-0.095X11-0.051X12+0.534X13-0.215X14-0.123X15-0.171X16

以3个PC对应的方差相对贡献率为权重,对3个PC得分进行权重加和,建立综合评价函数Y=0.784Y1+0.146Y2+0.070Y3,来计算各个品种核桃雄花的综合评价得分,以反映其氨基酸综合品质。综合得分越高,说明该品种核桃雄花的氨基酸营养品质越好[9]。结果如表3所示,综合得分前4的品种分别为豫丰、香岭、绿岭、老品种,说明这些品种的核桃雄花的氨基酸综合品质较好,可以进一步的开发利用。

2.6 不同品种核桃雄花氨基酸HCA

对不同品种核桃雄花中的氨基酸进行HCA,结果如图6所示。所有的品种可以分为四类。第一类为新2、185,这些品种核桃雄花在综合评价中排名最靠后,综合品质比别的品种较差。第二类为幸福、三三,其综合评价处于中等靠后位置。第三类为香岭、豫丰,这两个品种的核桃雄花综合得分最高,品质较好。第四类为老品种、辽核、绿岭,这些品种核桃雄花在综合评价中排名处于中前位置。HCA结果和前述PCA结果一致,证实HCA确切可靠,能够区分出不同品种核桃雄花的品质特征[11]。因此,此分析结果可为核桃雄花的品种的选择、加工利用提供良好参考。

2.7 不同品种核桃雄花必需氨基酸营养价值评价

根据2013年世界卫生组织(World Health Organization,WHO)和联合国粮农组织(Food and Agriculture Organization,FAO)新修订的人类理想的蛋白质模型[24],氨基酸的组成比例应达到EAA/TAA=40%,EAA/NEAA=60%。食物中氨基酸的组成比例越接近该标准值,越能满足人体的需求[23]。

由表4可知,9个品种核桃雄花的EAA含量为5.06%～8.26%,其中香岭的EAA含量最高(8.26%),新2的EAA含量最低(5.06%),EAA含量由高到低为:Leu>Lys>Val>Thr>Ile>Tyr>Met。不同品种核桃雄花中EAA/TAA为39.98%～46.90%,绿岭的比值最高,新2的最低;除了新2未达到标准值外,其他品种的EAA/TAA均超过了40%。核桃雄花中EAA/NEAA为97.95%～120.03%,三三的比值最高,新2的最低;所有品种的EAA/NEAA比例均超过了标准值。幸福、绿岭和三三的比例较高,说明相较于其他品种,这3个品种的核桃雄花氨基酸具有优越性。

3 结论

本研究以9个主栽品种的核桃雄花为对象,聚焦其作为经济林高附加值副产物的开发潜力,对氨基酸组成与营养功能特性进行了系统评价,以期为核桃雄花的资源化利用和深加工产品开发提供科学依据。结果表明,所有品种均检出16种氨基酸,TAA总含量为12.33%～19.50%,以豫丰含量最高。在所有氨基酸中,Met的含量偏低,为核桃雄花的第一限制性氨基酸。呈味氨基酸中UAA的TAV显著,尤其是Glu对整体风味贡献突出,有效提升其鲜味体验。在特殊功效氨基酸方面,豫丰的MAA和CE含量最高,预示其在保健食品与儿童营养补充剂领域的开发价值;绿岭的BCAA和ABAA含量居首,显示出疾病预防与天然抑菌的应用潜力。

通过PCA与HCA可将9个品种划分为4个营养功能类别,反映出显著的种质资源多样性。综合评价显示,豫丰、香岭、绿岭及老品种等品种综合品质优良。尤其重要的是,所有品种EAA占TAA的比例均接近或超过WHO/FAO标准,其中幸福、绿岭和三三的氨基酸模式最接近理想蛋白,可作为优质的植物蛋白来源加以利用。总体来说,核桃雄花的氨基酸组成全面,契合人体需求,相较于大豆蛋白、乳清蛋白等常见膳食蛋白,核桃雄花蛋白具备天然低敏性,富含一般植物蛋白中易缺乏的Lys,适用人群范围更加广泛,能够较好地满足大众的营养需求。

目前,核桃雄花作为核桃产业的副产物,资源丰富,营养价值高,但利用率低。为推动核桃雄花从副产物向食品原料的转化,未来需加强品种筛选、加工特性与功能活性研究,拓展其在功能配料、植物蛋白产品等领域的应用,从而实现核桃产业的增值加工与全面发展。

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Analysis of amino acid diversity in male flowers of different walnut varieties

WANG Nian1, SHI Tianmeng2, LI Qian2, ZHANG Lufeng3, SONG Lianjun2,WANG Menghui2, LEI Fengmei2, SHEN Yue2*

1(Forestry Academy of Henan, Zhengzhou 450002, China)2(School of Food Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)3(Lushi County Yuanrong Agriculture Co.Ltd., Sanmenxia 472200, China)

ABSTRACT To evaluate the amino acid nutritional value and development potential of male flowers from different walnut varieties, the composition and content of amino acid in the male flowers of nine walnut varieties were analyzed in this study, and a comprehensive evaluation was conducted using principal component analysis and cluster analysis methods.The results showed that all the tested varieties were rich in amino acids, containing 16 kinds of amino acids, including 7 essential amino acids, 2 semi-essential amino acids, and 7 non-essential amino acids.The total amino acid content ranged from 12.33% to 19.50%.The variety Yufeng performed outstandingly, with the highest contents of total amino acids (19.50%), medicinal amino acids (14.20%), essential amino acids for children (3.23%) and a balanced composition of flavor amino acids.Glutamic acid was the key amino acid affecting the flavor, with its taste activity value ranging from 4.68 to 7.59, and an average value of 6.18.Three principal components were extracted by principal component analysis, with a cumulative variance contribution ratio of 94.22%, which could fully reflect the comprehensive information of amino acid composition.The comprehensive scores of Yufeng, Xiangling, and Luling were ranked as the top three.Cluster analysis divided the nine varieties into four nutritional types, which was consistent with the results of principal component analysis.In addition, the essential amino acids/total amino acids and essential amino acids/non-essential amino acids ratios of all varieties were close to or exceeded the WHO/FAO standards, indicating that the protein quality of walnut male flowers was excellent and had high nutritional value.This study provided a theoretical basis for the high-value utilization of walnut male flowers.It offered important insights for their use in food processing as well as functional product development.

Key words male flowers of walnuts; variety; amino acid; comprehensive evaluation

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.044650

引用格式：王念,师甜梦,李倩,等.不同品种核桃雄花氨基酸多样性分析[J].食品与发酵工业,2026,52(14):212-218.

WANG Nian,SHI Tianmeng,LI Qian, et al.Analysis of amino acid diversity in male flowers of different walnut varieties[J].Food and Fermentation Industries,2026,52(14):212-218.

第一作者：硕士,高级工程师(沈玥副教授为通信作者,E-mail:yueshen@henau.edu.cn)

基金项目：河南省农业科学院创新团队(2024TD33);河南省科技兴林项目(YLK202504);河南省研究生联合培养基地项目(YJS2022JD16)

收稿日期：2025-09-25,改回日期:2025-11-26