引用本文
张秋英, 李彦生, 刘长锴, 田博文, 涂冰洁, 毛健伟. 菜用大豆食用品质关键组分及其积累动态研究. 作物学报, 2015, 41(11): 1692-1700
ZHANG Qiu-Ying, LI Yan-Sheng, LIU Chang-Kai, TIAN Bo-Wen, TU Bing-Jie, MAO Jian-Wei. Key Components of Eating Quality and Their Dynamic Accumulation in Vegetable Soybean Varieties [ Glycine max(L.) Merr.] . ACTA AGRONOMICA SINICA, 2015, 41(11): 1692-1700  
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菜用大豆食用品质关键组分及其积累动态研究
张秋英1,*, 李彦生1, 刘长锴1,2, 田博文1,2, 涂冰洁1,2, 毛健伟3
1中国科学院东北地理与农业生态研究所 / 黑土区农业生态重点实验室, 黑龙江哈尔滨 150081
2东北农业大学资源环境学院, 黑龙江哈尔滨 150030
3吉林省农业技术推广总站, 吉林长春 130033
* 通讯作者(Corresponding author): 张秋英, E-mail:zhangqiuying@iga.ac.cn, Tel: 0451-86601320
收稿日期:2015-04-25 接受日期:2015-07-20 网络出版日期:2015-08-05
基金:本研究由黑龙江省自然科学基金重点项目(ZD201307)和国家自然科学基金项目(41471241)资助
摘要

选用30个菜用大豆品种(系), 测定其食用品质与籽粒的化学组分, 分析二者的相关性; 再选其中3个可溶性糖含量不同的品种(系)测定食用品质组分, 并采用主成分分析方法探讨每个组分的作用, 研究其积累动态。结果表明, 蔗糖、果糖+葡萄糖、蜜三糖、水苏糖、蛋白质、游离氨基酸和脂肪对菜用大豆食用品质的总贡献率为67.8%; 其中蔗糖含量与菜用大豆食用品质呈极显著正相关(0.864**), 蛋白质含量与菜用大豆食用品质评分呈显著负相关(-0.439*)。鲜食期不同菜用大豆品种籽粒中蜜三糖和水苏糖的平均含量仅有成熟期的7.4%和12.4%, 对菜用大豆食用品质影响有限。菜用大豆的鲜食期一般在开花后42 d, 可维持一周左右。此期蔗糖含量最高, 蛋白质含量比成熟期低3%左右, 氨基酸含量明显高于成熟期, 而蜜三糖、水苏糖含量最低, 果糖+葡萄糖居中, 食用品质最佳; 鲜食期过后, 籽粒中蔗糖和单糖含量降低, 脂肪与蛋白质积累增加, 蜜三糖和水苏糖含量显著增高, 导致食用品质下降。

关键词: 菜用大豆; 食用品质; 蔗糖; 鲜食期
Key Components of Eating Quality and Their Dynamic Accumulation in Vegetable Soybean Varieties [ Glycine max(L.) Merr.]
ZHANG Qiu-Ying1,*, LI Yan-Sheng1, LIU Chang-Kai1,2, TIAN Bo-Wen1,2, TU Bing-Jie1,2, MAO Jian-Wei3
1 Key Laboratory of Mollisols Agroecology / Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Harbin 150081, China
2 College of Natural Resources and Environment, Northeast Agricultural University, Harbin 150081, China
3 Jilin Provincial Agro-tech Extension Center, Changchun 130033, China
Abstract

The eating quality and seed chemical compositions of 30 vegetable soybean cultivars (lines), as well as their correlations were analyzed. At the same time, main quality compositions and their roles for eating quality were investigated by path analysis, while the dynamic accumulation of each component was also studied with three cultivars differing in soluble sugar content. Results showed that the cumulative contribution of sucrose, fructose + glucose, raffinose, stachyose, protein, free amino acid and oil for eating quality was 67.8%. A significant positive correlation was found between eating quality score and sucrose content (0.864**), while a significant negative correlation between eating quality score and protein content (-0.439*). The average content of raffinose and stachyose at fresh harvest stage was only 7.4% and 12.4% of that at mature stage respectively, which had much less negative impact on eating quality of vegetable soybean than field grain soybean. The optimum harvest time for fresh pods was at 42 days after flowering and could last for one week with highest sucrose content and lowest raffinose and stachyose contents. Besides, the average content of amino acids was higher and fructose + glucose contents were medium, and protein content was 3% less than that at mature stage. Postponing the harvest time deteriorated eating quality due to decreased content in sucrose and monosaccharide, increased content in fat and protein contents, as well as a dramatic increase in raffinose and stachyose contents.

Keyword: Vegetable soybean; Eating quality; Sucrose; Fresh harvest stage

菜用大豆[Glycine max(L.) Merr.]是一种特用大豆, 指在R6 (鼓粒盛期)至R7 (初熟期)生育期间采青作为食用的大豆。其主要特点是粒大、鲜籽粒柔糯香甜[1, 2]。菜用大豆含有人体必需的多种营养成分, 包括多种游离氨基酸、不饱和脂肪酸、矿质营养、可溶性糖和维生素等, 特别是富含异黄酮, 对调节人们健康状况具有重要作用。菜用大豆是公认的保健食品, 深受国内外广大消费者喜爱[3]。

亚洲是世界最大的菜用大豆生产地和消费地, 其中日本每年进口速冻菜用大豆占世界的80%以上, 并且每年还在以7%左右的速度增长。我国菜用大豆种植面积每年平均为15万公顷, 是最大的菜用大豆出口国, 占世界的52%, 且国内的需求量也很大。菜用大豆种植的经济效益一般比普通大豆高2~3倍, 若加工出口, 经济效益更大, 因此, 发展菜用大豆将是我国大豆产业突破性发展的重要途径之一。

菜用大豆食用品质好坏是影响市场占有率的主要因素, 甜度、香味, 口感、质地等是菜用大豆食用品质的重要方面[4]。影响甜度、口感和风味的化学物质有蔗糖、游离氨基酸、有机酸、无机盐、黄酮类化合物等, 其中, 甜度主要取决于蔗糖含量[5], 口感和风味取决于游离氨基酸含量[6], 脂肪氧化酶含量及硬度决定豆腥味和口感柔软度[7]。现行食用品质的评价方法主要为感官评价和客观评价。人的感官是十分有效的综合性检测器, 可以对食品做出比较全面综合的评价, 但同时必须认识到感官评价的不足, 感官评价容易受到主观因素的影响, 尽管可以通过数据分析处理来改善, 但其评定结果受评定人的组成、文化、社会经历、生活习惯、嗜好等影响, 而且在商品社会也不可能每次都用感官评价来鉴定产品的品质。所以在确定影响食物食用品质的主要化学组分之后, 可以通过客观评价的方法及对理化指标测定或者仪器测量等客观数据来分辨食物的食用品质。大量研究表明, 食品的食用品质主要由少数几种组分决定, 证明了客观评价方法的可靠性。

甜度和鲜度是决定菜用大豆食用品质的最重要的因素。Masuda[8]指出影响菜用大豆食用品质的最主要的成分是籽粒中蔗糖、谷氨酸、丙氨酸、葡萄糖的含量, 它们与食用总评分之间的相关系数分别为0.88、0.82、0.62和0.59。王丹英和汪自强[9]对菜用大豆甜味和鲜味的感官评分和蔗糖、葡萄糖含量、游离氨基酸含量的相关分析发现, 蔗糖含量与甜味得分呈极显著正相关, 相关系数为0.97。然而有关影响菜用大豆籽粒形成过程中食用品质组成成分的积累动态研究甚少, 本研究通过分析菜用大豆食用品质的关键成分, 探讨菜用大豆籽粒形成过程中食用品质组成成分的积累动态, 为菜用大豆生产确定适宜的采摘期提供理论依据。

1 材料与方法
1.1 试验设计与材料

2010年5月4日于中国科学院东北地理与农业生态研究所哈尔滨试验场播种。田间试验以随机区组设计, 3次重复, 5行区, 垄距65 cm, 采取双行播种方式, 株距10 cm, 小区面积16.25 m2, 保苗数为每公顷28万株, 播种深度为3 cm, 使用扎眼器人工点播。出苗后人工除草, 管理同大田。播种前施种肥, 即尿素(46% N) 50 kg hm-2, 磷酸氢二铵(18% N, 20% P) 50 kg hm-2, 复合肥(18% N, 8% P, 13% K) 150 kg hm-2。在不同菜用大豆品种的鲜食期(鲜籽粒最大, 荚皮未出现黄色)分别取样30个菜用大豆品种(系)的鲜籽粒, 测定主要化学组分含量, 食用品质以人为打分; 再选用3个可溶性糖含量不同的菜用大豆品种(系)台292、中科毛豆1号和品系121, 从开花后28 d开始, 每7 d取样一次, 共取6次, 后5期分别相当于R5.5 (鲜籽粒扁且未充满整个豆荚), R6 (鲜籽粒充满整个豆荚), R6.2 (鲜籽粒充满整个豆荚且饱满), R6.5 (鲜籽粒胚轴部位稍有变黄), R7 (整个籽粒颜色变黄)[10], 取样时间为9:00— 10:00, 每小区10株, 取植株中上部豆荚, 分别测定糖、蛋白质、脂肪和游离氨基酸含量。

1.2 测定项目与方法

将称重后的鲜籽粒放入纸质样品袋于鼓风干燥箱(永光明101型)中105℃杀青30 min, 80℃, 72 h烘至恒重后测定干物质重。将干籽粒样品用高速粉碎机(IKA-WERKE, Finland)粉碎, 过147 μ m筛。

1.2.1 蛋白质含量 采用杜马斯燃烧定氮法及元素分析仪Elementar-Vario (ElementarAnalysensysteme GmbH E-III, Germany)测定总氮含量乘以转化系数6.25即为蛋白质含量。

1.2.2 脂肪含量 采用索氏提取法测定。计算公式为X=(M1-M2)/M。式中X为脂肪含量(%); M1为提取前样品重与纸包重之和; M2为提取后样品重与纸包干重之和; M为样品重。

1.2.3 糖含量 称取0.4 g过筛干样放入10 mL离心管, 加80%乙醇4 mL后置80℃水浴锅中, 每10 min用涡漩仪混匀一次, 40 min后4500× g离心3 min, 将上清液转移到15 mL离心管中, 重复3次, 合并上清液后用真空旋转蒸干仪(Eppendoft)浓缩至1 mL, 过0.2 μ m滤膜后用HPLC法测定蔗糖含量。检测器为Waters2414示差折光检测器(RID), 色谱柱为BENSON polymeric 1000-0 BP-100 Ca2+ Carbohydrate Column (250 mm× 4 mm i.d.), 流量为0.5 mL min-1, 蔗糖(sucrose)、果糖(fructose)、葡萄糖(glucose)、棉子糖(raffinose)和水苏糖(stachyose)标准品为Sigma公司色谱纯级, 试验用水为超纯水。由于葡萄糖和果糖为同分异构体且在菜用大豆鲜籽粒中含量很少, 本试验中未将2种糖区别测定。

1.2.4 游离氨基酸含量 采用茚三酮试剂显色法测定。

1.2.5 食用品质评分 主要参考张玉荣等[11]试验方法, 在每个品种最佳采收期收获, 评价标准为优(4~5分)、良(3~4分)、中(2~3分)和差(1~2分) 4个等级; 对照为普通大豆, 选择10名年龄为25~40岁, 男女比例为1:1的成员组成评委组, 从香、甜、鲜和软4个方面综合评分, 去除最高分和最低分后取平均值。

1.3 数据分析

用Microsoft Excel 2010和SPSS 13.0软件统计分析数据, 采用主成分分析和相关分析的统计方法分析关键化学组分对菜用大豆鲜籽粒食用品质的影响。使用SigmaPlot 12.5绘图。

2 结果与分析
2.1 菜用大豆食用品质的关键组分

2.1.1 菜用大豆鲜食期籽粒中化学成分含量与食用品质评分 分析表明, 菜用大豆采收期籽粒中蛋白质含量较高(表1), 平均达426 mg g-1, 蛋白质含量最高的品种为478 mg g-1, 比平均值高12.2%, 比含量最低的品种高26.1%。籽粒中脂肪含量差异较大, 最高的品种为217 mg g-1, 比平均值高16.7%, 比含量最低的品种高50.7%。可溶性糖平均含量为59.7 mg g-1, 含量最高的品种为133 mg g-1, 是含量最低品种的4.5倍。可溶性糖组分中, 蔗糖含量所占比例最高, 平均含量为43.1 mg g-1, 占可溶性糖含量的72.2%; 蔗糖含量最高的品种含蔗糖102.0 mg g-1, 是含量最低的品种的4.8倍。菜用大豆采摘期籽粒中单糖(果糖+葡萄糖)含量水平较低, 平均含量为1.7 mg g-1, 比含量最高的品种少1.0 mg g-1, 比含量最低的品种多1.1 mg g-1。蜜三糖的平均含量为2.1 mg g-1, 其中含量最高的品种达4.6 mg g-1, 是含量最低的品种的5.8倍。菜用大豆采摘期籽粒中水苏糖含量水平也很低, 30个菜用大豆品种的平均含量为1.1 mg g-1, 且绝大多数品种低于平均值, 只有5个品种高于平均值; 水苏糖含量最低时为0.1 mg g-1, 仅为最高值的1/5。菜用大豆籽粒中游离氨基酸平均含量为15.1 mg g-1, 含量最高的品种可达19.5 mg g-1, 比含量最低的品种多出8.0 mg g-1。不同的菜用大豆品种食用品质差异较大, 平均得分3.4分, 得分最高的品种为4.8分; 得分最低的品种仅为2.2分。

表1 不同菜用大豆品种籽粒中化学成分及食用品质评分 Table 1 Seed chemical compositions and taste evaluation score in different vegetable soybean varieties (mg g-1)

2.1.2 影响菜用大豆食用品质关键因素的相关性分析 菜用大豆籽粒食用品质主要化学组分由蔗糖、果糖+葡萄糖、蜜三糖、水苏糖、游离氨基酸、蛋白质及脂肪组成。按照主成分分析方法中特征根大于或等于1的原则共提取出了3个主成分(表2)。第I主成分的贡献率为25.7%, 第II主成分的贡献率为25.2%, 第III主成分的贡献率为16.9%, 这3个主成分对菜用大豆食用品质的总贡献率为67.8%, 可以代表菜用大豆食用品质的优劣。第I主成分的特征向量中蔗糖、游离氨基酸和蛋白质具有较大载荷, 分别为0.717、-0.704和-0.576, 第II主成分的特征向量中蜜三糖和水苏糖具有较大的载荷, 分别为0.759和0.765, 这两种糖均为多糖。而第III主成分的特征向量果糖+葡萄糖的载荷较大, 为0.711。

表2 菜用大豆主要食用品质关键因子的主成分分析 Table 2 Principal component analysis of key factors for taste evaluation in vegetable soybean varieties

菜用大豆籽粒中不同的化学组分与不同菜用大豆品种的食用品质评分的相关性不同(表3)。籽粒中的蔗糖含量、蜜三糖含量和脂肪含量与菜用大豆食用品质评分呈正相关, 相关系数分别为0.864、0.202和0.088, 其中只有蔗糖与食用品质评分的相关达显著水平(P< 0.05)。单糖、水苏糖、游离氨基酸和蛋白质含量与菜用大豆食用品质评分呈负相关, 相关系数分别为-0.05、-0.35、-0.96和-0.439, 而只有蛋白质含量与食用品质评分的相关达显著水平(P< 0.05)。菜用大豆籽粒蛋白质含量和蔗糖含量之间呈显著负相关, 相关系数为-0.424 (P< 0.05); 蜜三糖和水苏糖之间呈显著正相关, 相关系数为0.559 (P< 0.05)

表3 菜用大豆籽粒主要食用品质组分相关系数 Table 3 Correlation coefficient among main compounds for eating quality in vegetable soybean
2.2 不同基因型菜用大豆籽粒糖分积累

2.2.1 蔗糖积累动态 菜用大豆籽粒中蔗糖积累趋势相似, 但在同一时期不同基因型中存在差异(图1)。开花后28 d, 菜用大豆籽粒中蔗糖含量较低, 台292、中科毛豆1号和品系121籽粒中蔗糖含量分别为19.9、22.4和25.9 mg g-1。此后籽粒中蔗糖含量不断增加, 在开花后42 d达到最大值; 同开花后28 d比, 台292、中科毛豆1号和品系121籽粒中蔗糖含量分别增加了94.9%、98.5%和100.0%; 同开花后35 d比, 分别增加了30.7%、33.6%和37.5%。而此时蔗糖含量最高的依然是品系121, 达51.8 mg g-1, 比台292和中科毛豆1号分别高33.9%和16.6%。随着籽粒的成熟, 菜用大豆籽粒中蔗糖含量又逐渐降低, 在开花后63 d处在相对较低水平; 同含量最高时期相比, 台292、中科毛豆1号和品系121分别下降了37.2%、38.8%和39.9%; 而此时蔗糖含量最高的还是品系121, 为31.2 mg g-1, 分别比台292和中科毛豆1号高28.3%和14.7%。

图1 菜用大豆籽粒形成期蔗糖积累动态Fig. 1 Dynamic of seed sucrose accumulation during seed filling in vegetable soybean varieties

2.2.2 果糖+葡萄糖积累动态 菜用大豆籽粒形成过程中籽粒单糖(果糖+葡萄糖)的含量呈不断下降的趋势(图2)。开花后28 d, 菜用大豆籽粒中单糖的含量是整个籽粒形成时期的高峰期, 其中含量最高的是台292, 为6.21 mg g-1, 比中科毛豆1号和品系121分别高21.3%和43.8%。开花后42 d时(鲜食期), 菜用大豆籽粒中单糖含量处在下降期, 含量最高的还是台292, 为3.68 mg g-1, 比品系121显著高33.8% (P< 0.05), 但与中科毛豆1号没有显著差异。开花后63 d, 菜用大豆籽粒中单糖含量是整个籽粒形成过程中最低时期, 台292、中科毛豆1号和品系121籽粒中蔗糖分别是开花后28 d的25.8%、20.7%和22.7%; 分别是开花后42 d的43.5%、31.8%和35.6%。此期台292籽粒中单糖含量依然最高, 为1.6 mg g-1, 比中科毛豆1号和品系121分别高50.9%和63.3%。

图2 菜用大豆籽粒形成期果糖+葡萄糖积累动态Fig. 2 Dynamic of fructose + glucose accumulation during seed filling in vegetable soybean varieties

2.2.3 蜜三糖积累动态 菜用大豆籽粒形成过程中蜜三糖的含量呈逐渐增加的趋势(图3)。开花后28 d, 台292、中科毛豆1号和品系121籽粒中的蜜三糖含量分别为0.54、0.53和0.89 mg g-1, 三者之间并无明显差异。在开花后42 d (鲜食期), 菜用大豆籽粒中蜜三糖的含量仍较低, 同开花后28 d相比, 台292、中科毛豆1号和品系121分别增加了0.72、0.82和0.69 mg g-1, 且不同基因型菜用大豆之间无明显差异。而在籽粒形成的后期, 蜜三糖含量迅速增加且不同品种间差异显著。开花后56 d, 籽粒中蜜三糖含量最高的是品系121, 为8.6 mg g-1, 分别比台292和中科毛豆1号显著高出106.1%和59.8% (P< 0.05)。开花后63 d时, 菜用大豆籽粒中蜜三糖含量达到最高峰, 同开花后42 d时相比, 台292、中科毛豆1号和品系121分别增加了13.8、12.7和13.7倍; 其中含量最高的是品系121, 为21.6 mg g-1, 分别比台292和中科毛豆1号高24.6%和26.2%。

图3 菜用大豆籽粒形成期蜜三糖积累动态Fig. 3 Dynamic of raffinose accumulation during seed filling in vegetable soybean varieties

2.2.4 水苏糖积累动态 与蜜三糖的积累趋势类似, 菜用大豆籽粒形成过程中水苏糖的含量也呈逐渐增加的趋势(图4)。在籽粒形成初期开花后28 d, 水苏糖的含量很低, 台292、中科毛豆1号和品系121分别为0.78、0.43和0.80 mg g-1, 其间无显著差异。在开花后42 d (鲜食期), 菜用大豆籽粒中水苏糖含量有所增加, 但依然维持在较低水平, 同开花后28 d相比, 台292、中科毛豆1号和品系121分别增加到3.2、2.5和3.3 mg g-1。在开花后63 d, 菜用大豆籽粒中的水苏糖含量剧增到最高峰, 同开花后56 d相比, 台292、中科毛豆1号和品系121分别增加了3.4、3.5和3.8倍; 同开花后42 d相比则分别增加了10.0、7.4和7.3倍; 而此时含量最高的是台292, 为31.6 mg g-1, 比中科毛豆1号和品系121分别显著高73.1%和32.3% (P< 0.05)。

2.3 菜用大豆籽粒蛋白质、脂肪和游离氨基酸的积累

2.3.1 蛋白质的积累 同一时期不同基因型菜用大豆籽粒蛋白质含量不同(图5)。开花后28 d籽粒中蛋白质含量最多是中科毛豆1号, 其次是品系121, 台292最低, 分别为398、386和380 mg g-1。开花后42 d, 籽粒中蛋白质含量有所增加, 同开花后28 d时相比, 台292、中科毛豆1号和品系121分别增加了10.9%、3.0%和4.2%; 此时期含量最高的是台292, 为421 mg g-1, 分别比中科毛豆1号和品系121高2.7%和4.9%。此后籽粒中蛋白含量一直呈增加趋势, 直到开花后56 d达到高峰期。在开花后56 d, 台292、中科毛豆1号和品系121籽粒中蛋白含量分别为440、429和427 mg g-1, 同开花后42 d相比分别增加了4.5%、4.6%和6.3%; 同开花后28 d相比则分别增加了15.9%、7.8%和10.8%。在开花后63 d, 籽粒中蛋白含量有所下降, 其中含量最多的是台292, 为432 mg g-1, 分别比中科毛豆1号和品系121高1.6%和4.4%; 但同开花后42 d相比, 台292、中科毛豆1号和品系121分别增加了2.6%、3.6%和3.0%。

图4 菜用大豆籽粒形成期水苏糖积累动态Fig. 4 Dynamic of stachyose accumulation during seed filling in vegetable soybeans varieties

图5 菜用大豆籽粒形成期蛋白质积累动态Fig. 5 Dynamic of protein accumulation during seed filling in vegetable soybean varieties

2.3.2 脂肪的积累 不同基因型菜用大豆籽粒中脂肪含量具有差异, 且在籽粒形成过程中基本保持一致(图6)。在开花后28 d, 品系121籽粒中的脂肪含量最高, 为153 mg g-1, 分别比台292和中科毛豆1号高8.5%和7.1%。随后籽粒中的脂肪含量呈不断增加的趋势, 开花后42 d (鲜食期)含量最高的依然是品系121, 为178 mg g-1, 分别比台292和中科毛豆1号高10.9%和7.8%。而开花后63 d是脂肪积累的最高峰期, 含量最高的是品系121, 为212 mg g-1, 分别比台292和中科毛豆1号高7.8%和5.5%; 同开花后42 d相比, 台292、中科毛豆1号和品系121分别高22.4%、21.6%和19.0%。同时还发现, 开花后56 d和63 d菜用大豆籽粒中脂肪含量处于相对平稳的状态, 同一品种在这2个时期并无显著差异(P< 0.05)。

图6 菜用大豆籽粒形成期脂肪积累动态Fig. 6 Dynamic of oil accumulation during seed filling in vegetable soybeans varieties

2.3.3 游离氨基酸的积累 不同时期菜用大豆籽粒中游离氨基酸含量不同, 整体表现为籽粒形成前期较高, 中后期相对较低(图7)。开花后28 d, 菜用大豆籽粒中游离氨基酸含量最高的是中科毛豆1号, 为10.8 mg g-1, 分别比台292和品系121高13.5%和31.2%。在开花后35 d, 游离氨基酸含量达到整个籽粒形成期的最高峰, 同开花后28 d比, 台292、中科毛豆1号和品系121分别增加94.3%、65.1%和111.8%; 其中含量最高的是台292, 为18.5 mg g-1, 但同中科毛豆1号和品系121相比无显著差异。开花后42 d (鲜食期), 籽粒中游离氨基酸含量有所下降, 同开花后28 d比, 台292、中科毛豆1号和品系121分别减少34.1%、34.2%和32.5%; 此时期含量最高的是中科毛豆1号, 为7.1 mg g-1, 同台292和品系121比分别高13.5%和28.0%。开花后49 d籽粒中游离氨基酸含量依然呈下降趋势, 同开花后42 d比, 台292、中科毛豆1号和品系121分别减少39.4%、34.6%和41.1%。开花后56 d, 籽粒中游离氨基酸含量略有增加, 同开花后42 d比, 台292、中科毛豆1号和品系121分别增加88.4%、36.1%和79.2%; 开花后63 d籽粒中游离氨基酸含量较低, 同开花后42 d比, 台292、中科毛豆1号和品系121分别减少35.9%、41.6%和30.3%; 此时期不同基因型菜用大豆籽粒中游离氨基酸含量无明显差异。

图7 菜用大豆籽粒形成期游离氨基酸积累动态Fig. 7 Dynamic of free amino acid accumulation during seed filling in vegetable soybeans varieties

3 讨论

本研究发现, 菜用大豆籽粒主要食用品质组分品种间差异很大, 鲜食期籽粒中蛋白质含量变化在379~478 mg g-1, 游离氨基酸含量的变化在11.5~ 19.5 mg g-1, 而脂肪含量的变化在144~217 mg g-1。与Brar和Cater[12]及Tsou和Hong[13]的研究结果接近, 他们研究表明, 菜用大豆鲜食期籽粒中蛋白质含量的变化范围在333~457 mg g-1, 脂肪含量的变化范围在130~ 227 mg g-1。即鲜食期的菜用大豆籽粒中蛋白质和游离氨氨基酸含量较高, 而脂肪的含量相对较低, 进一步证实菜用大豆是一种高蛋白低脂肪的保健食品。

一般认为, 鲜食期菜用大豆籽粒中可溶性糖的变化范围是6.0%~12.5%[12, 14]。张圣平等[15]研究表明, 菜用大豆不同品种间果荚可溶性糖含量差异较大, 黑毛豆含糖量最高, 为5.37%, 高出可溶性糖含量最低的茶豆20.9%。本研究发现, 30个菜用大豆品种食用品质组分差异最大的是可溶性糖, 含量最高的品种为133.0 mg g-1, 是含量最低的品种的4.5倍, 且蔗糖含量所占比例最高, 平均含量为43.1 mg g-1, 占可溶性糖含量的72.2%; 蔗糖含量最高的品种是含量最低的品种的4.8倍。蔗糖的甜度高, 是水果、鲜食玉米和菜用大豆籽粒中含量较高的可溶性糖[16, 17, 18]。品种间蔗糖含量的显著差异为食用品质好的品种选育奠定了良好的遗传基础。本研究对食用品质与关键组分相关分析发现, 鲜食期菜用大豆籽粒中蔗糖含量与食用品质评分呈极显著正相关(0.864* * ), 即蔗糖是影响菜用大豆食用品质的主要因子之一。Shanmugasundaram等[19]发现, 东京地区销量靠前的菜用大豆品种都是蔗糖含量高的品种。

同时, 试验中还发现蛋白质含量与食用品质评分呈显著负相关关系(-0.439* )。根据蛋白质对大米食用品质影响的研究结果可以推断, 蛋白质含量高的菜用大豆籽粒蒸煮后质地较硬, 适口性较差, 最终食用品质评分低[11, 20]。菜用大豆籽粒中蛋白质含量对其食用品质影响的研究少见报道, 在稻米中相关研究则较为透彻。一般认为蛋白质含量高的稻米籽粒的硬度增加、黏度下降[21, 22, 23], 蛋白质对稻米食用品质的影响在菜用大豆上具同样效果。本研究发现, 菜用大豆籽粒中蛋白质含量随籽粒的成熟不断增加, 在鲜食期虽然较高, 但平均比成熟期少3%左右。因此, 有关蛋白质含量对菜用大豆食用品质的影响还需要深入研究。本研究发现, 鲜食期菜用大豆籽粒中蛋白质含量与可溶性糖含量、蔗糖含量呈显著负相关, 相关系数分别为0.52和0.43, 这表明在实际生产中人们可以通过适当降低菜用大豆营养价值, 即降低籽粒中蛋白质含量来适当提高其食用品质, 从而提高菜用大豆的市场欢迎度。

本研究发现, 开花后42 d是菜用大豆籽粒中蔗糖积累的高峰期, 比开花后63 d平均高63.1%。以往的研究也发现鲜食期大豆籽粒中蔗糖的含量高于成熟籽粒中蔗糖[24]。在菜用大豆籽粒形成期, 籽粒中果糖+葡萄糖呈不断下降的趋势, 鲜食期籽粒中果糖+葡萄糖的总量平均是蔗糖的7%左右, 所以单糖对菜用大豆食用品质的影响远小于蔗糖。大豆籽粒中的蜜三糖和水苏糖会造成人或动物的消化不良, 引起胃部不适, 这在很多研究中均有报道[25, 26]。本研究发现, 鲜食期不同基因型菜用大豆籽粒中蜜三糖和水苏糖的含量平均是成熟期的7.4%和12.4%, 所以蜜三糖和水苏糖对菜用大豆食用品质的负面作用远不及普通大豆明显。菜用大豆鲜食期可维持一周左右, 在最佳时期采收鲜荚有利于获得较高的蔗糖和单糖的含量, 提高菜用大豆的食用品质; 而推迟鲜食期不但菜用大豆籽粒中蔗糖和单糖含量较低, 还会积累较多的脂肪、蜜三糖和水苏糖, 降低菜用大豆的品质; 蛋白质含量虽然有所增加, 但增加量较小。在菜用大豆生产过程中, 权衡不同的品质需求, 掌握好鲜荚的采收时机是十分必要的。根据本研究结果可以认为, 生育期为124 d左右的菜用大豆品种, 在开花后42 d采摘食用品质最佳。

4 结论

蔗糖和蛋白质是影响菜用大豆食用品质的最主要因素, 其中蔗糖含量与食用品质评分呈极显著正相关(0.864* * ), 蛋白质含量与菜用大豆食用品质评分呈显著负相关(-0.439* )。菜用大豆的鲜食期一般在开花后42 d, 此期蔗糖含量最高, 比开花后63 d籽粒平均高63.1%, 蛋白质含量比成熟期低3%左右, 氨基酸含量明显高于成熟期, 而鲜食期果糖+葡萄糖、蜜三糖和水苏糖含量较小, 对食用品质和营养品质的影响非常有限。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
[1] Konovsky J, Lumpkin T A, McClary D. Edamame: the vegetable soybean: In: O'Rourke A D ed. Understand ing the Japanese Food and Agrimarket: a multifaceted opportunity. Binghamton: Haworth Press, 1994. pp 73-181 [本文引用:1]
[2] 张秋英, 杨文月, 李艳华, 潘相文, Herbert S J. 中国菜用大豆研究现状、生产中的问题及展望. 大豆科学, 2007, 26: 950-954
Zhang Q Y, Yang W Y, Li Y H, Pan X W, Herbert S J. Research, production and prospects for vegetable soybean in China. Soybean Sci, 2007, 26: 950-954 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[3] 韩天富, 盖钧镒. 世界菜用大豆生产、贸易和研究的进展. 大豆科学, 2002, 21: 278-284
Han T F, Gai J Y. Advances in production, trade and research of vegetable soybeans in the world. Soybean Sci, 2002, 21: 278-284 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[4] 李之国, 张彩英, 常文锁. 不同来源菜用大豆的品质研究. 植物遗传资源学报, 2006, 7: 183-187
Li Z G, Zhang C Y, Chang W S. Quality of vegetable soybeans from different sources. J Plant Genet Resour, 2006, 7: 183-187 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[5] 李彦生, 南海洋, 杜明, 连腾祥, 张秋英, 刘晓冰. 菜用大豆籽粒不同部位蔗糖积累及关键酶活性研究. 作物学报, 2013, 39: 2099-2105
Li Y S, Nan H Y, Du M, Lian T X, Zhang Q Y, Liu X B. Sucrose accumulation and key enzymes activities from different tissues of seed in vegetable soybean. Acta Agron Sin, 2013, 39: 2099-2105 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[6] 王素, 徐兆生, 魏民. 菜用大豆种质资源园艺性状鉴定和优异资源筛选. 作物品种资源, 1996, (2): 14-16
Wang S, Xu Z S, Wei M. Trait identifcation and elite germplasm screening for vegetable soybeans. Crop Genet Resour, 1996, (2): 14-16 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[7] 陈学珍, 谢皓, 郑晓宇, 李婷婷, 白宝良, 于同泉, 路苹. 菜用大豆的农艺及品质性状评价与相关性分析. 北京农学院学报, 2005, 20(1): 23-26
Chen X Z, Xie H, Zheng X Y, Li T T, Bai B L, Yu T Q, Lu P. Evaluation on agronomic and quality traits and their correlation in vegetable soybeans. J Bejing Agric Coll, 2005, 20(1): 23-26 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[8] Masuda R. Quality requirement and improvement of vegetable soybean. Vegetable Soybean: research needs for production and quality improvement. Asian Vegetable Research Development Center, 1991. pp 92-103 [本文引用:1]
[9] 王丹英, 汪自强. 菜用大豆食用品质及其与内含物关系研究. 金华职业技术学院学报, 2002, 2(3): 15-17
Wang D Y, Wang Z Q. Editable quality and their chemical compositions in vegetable soybean. J Jinhua Prof Technol Coll, 2002, 2(3): 15-17 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[10] Min Kuo T, Lowell C A, Smith P T. Changes in soluble carbohydrates and enzymic activities in maturing soybean seed tissues. Plant Sci, 1997, 125: 1-11 [本文引用:1]
[11] 张玉荣, 周显青, 杨兰兰. 大米食用品质评价方法的研究现状与展望. 中国粮油学报, 2009, 24(8): 155-160
Zhang Y R, Zhou X Q, Yang L L. Advances and prospects on the evaluation methods of editable quality in rice. J Chin Grain Oil, 2009, 24(8): 155-160 (in Chinese with English abstract) [本文引用:2]
[12] Brar G S, Carter T E. Soybean Glycine max (L. ) Merrill. In: Kalloo G. ed. Genetic Improvement of Vegetable Crops, California, 1993. pp 427-463 [本文引用:2]
[13] Tsou S C S, Hong T L. Research on vegetable soybean quality in Taiwan. In: Shanmugasundaram S, ed. Vegetable Soybean Research Needs for Production and Quality Improvement. Taiwan, 1991. pp 103-107 [本文引用:1]
[14] Masuda R, Harada K. Enhancement of sweet components in vegetable soybean seeds: starch degradation during cooking enhance flavor of immature seeds. In: Lump N T, Shanmugasundaram S, eds. Proceedings and Conference Information of the Second International Vegetable Soybean Conference, Washington, 2001. pp 105-108 [本文引用:1]
[15] 张圣平, 刘世琦, 谷卫刚. 栽培技术对菜用大豆果荚可溶性糖含量的影响. 山东农业大学学报(自然科学版), 2003, 34: 189-192
Zhang S P, Liu S Q, Gu W G, Production practices effects on soluble sugar content of fresh pod seed in vegetable soybean. J Shand ong Agric Univ (Nat Sci Edn), 2003, 34: 189-192 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[16] 曹玉军, 赵宏伟, 王晓慧, 魏雯雯, 张磊, 王立春, 王永军. 施钾对甜玉米产量、品质及蔗糖代谢的影响. 植物营养与肥料学报, 2011, 4: 881-887
Cao Y J, Zhao H W, Wang X H, Wei W W, Zhang L, Wang L C, Wang Y J. Effects of potassium application on yield, quality and sucrose metabolism in sweet corn. J Plant Nutr Fert, 2011, 4: 881-887 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[17] 李文生, 杨媛, 石磊, 冯晓元, 张长松, 杨军军. 水果中蔗糖、还原糖、可溶性糖与甜度相关性的研究. 北方园艺, 2012, (1): 58-60
Li W S, Yang Y, Shi L, Feng X Y, Zhang C S, Yang J J. Sucrose, reductive sugar and soluble sugar in relation to fruits sweetness. North Hort, 2012, (1): 58-60 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[18] Li Y S, Du M, Zhang Q Y, Wang G H, Masoud H, Liu X B. Greater differences exist in seed protein, oil, total soluble sugar and sucrose content of vegetable soybean genotypes [Glycine max (L. ) Merrill] in Northeast China. Aust J Crop Sci, 2012, 12: 1681-1686 [本文引用:1]
[19] Shanmugasundaram S, Yan M R, Yang R Y. Association between Protein and oil and sugar in vegetable soybean. In: Lumpkin T A, Shanmugasundaram S, eds. 2nd Int. Vegetable Soybean Conf. , Washington State Univ. , Pullman, 2001. pp 157-160 [本文引用:1]
[20] 闫清平, 朱永义. 大米淀粉、蛋白质与其食用品质关系. 粮食与油脂, 2001, (5): 29-32
Yan Q P, Zhu Y Y. Starch, protein and their relation to editable quality in rice. Grain Oil, 2001, (5): 29-32 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[21] Park J K, Kim S S, Kim K O. Effect of milling ratio on sensory properties of cooked rice and on physicochemical properties of milled and cooked rice. Cereal Chem, 2001, 78: 151-156 [本文引用:1]
[22] 吴长明, 孙传清, 付秀林, 王象坤, 李自超, 张强. 稻米品质性状与产量性状及籼粳分化度的相互关系研究. 作物学报, 2003, 29: 822-828
Wu C M, Sun C Q, Fu X L, Wang X K, Li Z C, Zhang Q. Quality, yield traits and interation of differentiated degree between indica and japonica rice. Acta Agron Sin, 2003, 29: 822-828 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[23] 沈鹏, 罗秋香, 金正勋. 稻米蛋白质与蒸煮食用品质关系研究. 东北农业大学学报, 2003, 4: 378-381
Shen P, Luo Q X, Jin Z X. Relationship between protein and cooking editable quality in rice. J Northeast Agric Univ, 2003, 4: 378-381 (in Chinese with English abstract) [本文引用:1]
[24] Saldivar X, Wang Y J, Chen P, Hou A. Changes in chemical composition during soybean seed development. Food Chem, 2011, 124: 1369-1375 [本文引用:1]
[25] Kumar V, Rani A, Goyal L. Evaluation of vegetable-type soybean for sucrose, taste-related amino acids, and isoflavones contents. Int J Food Prop, 2011, 14: 1142-1151 [本文引用:1]
[26] Wilcox J R, Shibles R M. Interrelationships among seed quality attributes in soybean. Crop Sci, 2001, 41: 11-14 [本文引用:1]