营养与组学：95种鳄梨的代谢组学研究

一、背景介绍

         鳄梨又称牛油果，富含不饱和脂肪酸、膳食纤维等，长期食用有助于降低胆固醇水平，促进心血管和肠道健康。随着消费者对健康食品的需求增加，国内从美国、墨西哥等引进了数百个品种鳄梨，在海南、云南、广西等省份广泛种植，不过目前尚缺乏对现有鳄梨品种的系统评估，因此开展研究来筛选营养品质高的种系非常具有现实意义。本研究主要目的是通过对鳄梨进行代谢组研究，评估其营养价值，并筛选出具有高营养品质的种质资源，依次为育种提供重要数据，全面提升对鳄梨营养价值的认知，进一步推广健康饮食理念，助力全民健康。

 

二、材料方法

 

         研究选取95种鳄梨样本，其中54种为国内培育品种、26种课题团队自育品种、15种商业品种用作对照，这些鳄梨品种覆盖不同遗传背景为研究提供夯实比较分析基础。每个品种至少采集20个健康果实分为4个生物学重复，收获后的果肉匀浆称取约50克，液氮处理后冻干，干燥后样本研磨成粉末-80°C储存以备后续分析。油含量的测定采用索氏提取法，提取称重计算油含量，并储存在-80°C下用于后续的脂肪酸分析，研究采用GC-FID对脂肪酸进行分析；果实蛋白含量采用盐酸水解法测定，样本以盐酸水解后注入自动氨基酸分析仪进行分析；矿物质元素采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定果实中的8种矿物质元素，包括钾、磷、镁等。统计分析均基于4个重复样本的数据，采用R语言进行相关性等分析以及热图等制作，以评估差异并筛选出高营养价值的品种。

 

三、结果讨论

         结果显示在95种鳄梨中，干物质含量范围为9.75%到28.98%，平均值为18.16%；油脂含量为2.18%到16.60%，平均值为8.55%，其中三种国产品种接近成熟商业品种，所有鳄梨都含有九种脂肪酸，聚类分析可以将样本分为三个簇（FA-I、FA-II和FA-III），在所有三个簇中不饱和脂肪酸（UFAs）均显著高于饱和脂肪酸（SFAs）。盐酸水解法检测到16种水解氨基酸，包括七种必需氨基酸和九种非必需氨基酸，聚类分析可以分为四个簇（AA-I、AA-II、AA-III和AA-IV），其氨基酸组成各有特征，比如AA-I中苯丙氨酸最高，而AA-II中天冬氨酸和谷氨酸为主。元素分析发现钾是鳄梨中最丰富的矿物质元素，含量范围从1.58 mg/g至12.9 mg/g，均值为4.2 mg/g，其它较丰富元素包括磷、镁、钙等。相关性分析发现油脂含量与脂肪酸成分高度相关，表明油脂含量可以作为评估鳄梨脂肪酸组成的一个重要指标，此外氨基酸与矿物元素呈正相关，提示鳄梨综合营养价值取决于多个综合指标。

 

四、研究结论

         本研究以代谢组学揭示了鳄梨油脂含量、脂肪酸组成、氨基酸成分以及矿物质元素等方面的丰富多样性，比如说鳄梨中不饱和脂肪酸比例显著高于饱和脂肪酸，显示出其高营养价值。这些数据全面揭示了鳄梨营养成分，为消费者提供了科学的饮食建议，为开发功能性食品提供了基础，有助于推动健康产业的发展。另外根据不同品种的营养成分特征，可以帮助农业生产者根据市场需求选择合适的品种进行种植，提高经济效益，例如通过选择高油脂、高氨基酸和高矿物质含量的进行育种，培育出更具市场竞争力的新品种，从而为未来的鳄梨育种计划奠定了坚实的基础。

 

五、结果展开

图1. 显示95种鳄梨干物质含量和油脂含量。

a. 显示干物质含量的分布直方图。
b. 显示油脂含量的分布直方图。
c. 显示干物质含量的箱线图。
d. 显示油脂含量的箱线图。
e. 显示干物质含量与油脂含量的散点图。

 

图2. 显示鳄梨在果实脂肪酸组成方面的多样性。

a.热图显示鳄梨脂肪酸组成的聚类，聚类分析将样本分为三个簇（Cluster FA-I、Cluster FA-II和Cluster FA-III），每个簇具有不同的脂肪酸组成特征。
b.显示三个簇中不同脂肪酸成分的比例，并进行了多重比较分析，分析结果显示在所有簇中不饱和脂肪酸（UFAs）的比例都显著高于饱和脂肪酸（SFAs）。

 

图3. 显示鳄梨果实中氨基酸组成分析。

a.热图显示鳄梨氨基酸组成的聚类情况，聚类分析结果显示共四个簇（Cluster AA-I、Cluster AA-II、Cluster AA-III和Cluster AA-IV），每个簇具有不同的氨基酸组成特征。
b.环形图显示四个簇Cluster AA-I、AA-II、AA-III和AA-IV中氨基酸组成的比例。

 

图4. 显示鳄梨果实矿物质元素含量分析。

a.显示钾元素含量的直方图。
b.显示磷元素含量的直方图。
c.显示镁元素含量的直方图。
d.显示钙元素含量的直方图。
e.显示铁元素含量的直方图。
f.显示锌元素含量的直方图。
g.显示锰元素含量的直方图。
h.显示铜元素含量的直方图。
i.显示钾、磷、锰、钙四种元素含量的对比。
j.显示铁、锌、锰、铜四种元素含量的对比。

 

图5.相关性热图显示鳄梨中油脂含量、脂肪酸、水解氨基酸和矿物质元素之间的Pearson相关系数。红色表示负相关，蓝色表示正相关。颜色的深浅表示相关系数的强度。

 

图6. 聚类分析和多重比较95种鳄梨在果实油脂含量、脂肪酸组成、水解氨基酸含量及矿物质元素含量方面的多样性。

a.热图显示油脂含量、脂肪酸组成、水解氨基酸含量及矿物质元素含量的聚类分析，最终将95种鳄梨分为六个组（Group-A、Group-B、Group-C、Group-D、Group-E和Group-F），每个组具有不同的营养成分特征。
b.显示六组鳄梨在果实油脂含量、总脂肪酸含量、总水解氨基酸含量及总矿物质元素含量上的多重比较。

 

参考文献：

Yang H, Wang F, Li Y, Guo Y, Tang X, Gu S, Chen H, Pang C, Li Y, Zhang J, Ma W, Wang J. Metabolomics analyses provide insights into the nutritional quality profiling in 95 avocado germplasms grown in China. Food Chem X. 2024 Nov 5;24:101971.