何雪梅,孫 健,*,梁貴秋,邱長玉,李杰民,李 麗,李昌寶,盛金鳳,劉國明,零東寧,唐雅園
(1.廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,廣西 南寧 530007;2.廣西壯族自治區(qū)蠶業(yè)科學(xué)研究院,廣西 南寧 530007)
桑椹是桑樹的果實,具有很高的營養(yǎng)價值和藥用價值,1993年被國家衛(wèi)生部列入首批“藥食兩用資源”名錄[1]。桑椹富含蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、礦物質(zhì)、不飽和脂肪酸、膳食纖維等多種營養(yǎng)元素[2],《中華人民共和國藥典》記載桑椹主治陰血不足而致的頭暈?zāi)垦6Q、心悸、煩躁失眠、腰膝酸軟、須發(fā)早白、消渴、口干、大便干結(jié)等癥[3]?,F(xiàn)代醫(yī)藥科學(xué)發(fā)現(xiàn),桑椹中含有黃酮、花青素、生物堿、白藜蘆醇、多糖等多種功能活性成分,具有增強免疫力、抗衰老、降血糖、促進造血細胞生長等藥理作用[4-6]。廣西蠶桑業(yè)有著得天獨厚的亞熱帶氣候環(huán)境,同時得益于國家“東桑西移”扶持,從2005年至今該產(chǎn)業(yè)穩(wěn)居全國第一,桑園面積連續(xù)11年全國第一。桑椹為蠶桑業(yè)主要副產(chǎn)物,2015年廣西桑園面積達300萬 畝,桑椹產(chǎn)量達20多萬 t[7-8]。隨著人們對桑椹營養(yǎng)保健價值的認識和消費者的喜愛重視,生產(chǎn)上逐漸形成了以采摘桑椹為主的果桑品種,種植面積逐漸擴大,呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景[9]。桑椹屬于漿果類果實,皮薄多汁不耐貯藏,除少量鮮食外,大部分以加工為主,目前桑椹的加工產(chǎn)品主要有桑椹汁、桑椹酒、桑椹干、桑椹膏等[10-11]。加工產(chǎn)品的品質(zhì)與果實原料的營養(yǎng)、加工特性密切相關(guān),針對不同類型的加工產(chǎn)品篩選適宜的優(yōu)良品種,對加工產(chǎn)品品質(zhì)的提升尤為重要。因此開展桑椹營養(yǎng)品質(zhì)與藥用品質(zhì)特性分析和綜合評價,建立桑椹綜合品質(zhì)評價指標體系,對指導(dǎo)果桑優(yōu)良品種選育、桑椹食藥用開發(fā)及果桑產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。
目前已有對桑椹品質(zhì)的評價分析,但多集中于單一品質(zhì)方面,未建立營養(yǎng)與藥品品質(zhì)的綜合評價體系。如李升峰等[12]對不同果桑品種桑椹的糖酸組成進行分析,確定了桑椹的主要糖類和有機酸類組成。李俊芳等[13]采用主成分分析法對不同果桑品種桑椹的游離氨基酸進行綜合評價,確定了影響游離氨基酸的主要因素。不同桑品種桑椹的花色苷含量、抗氧化能力及其相關(guān)性研究表明,花色苷含量在不同品種間有較大差異,其含量與抗氧化能力呈極顯著正相關(guān)[14]。喬宇等[15]對湖北省和江蘇省的12 個果桑品種桑椹的理化性質(zhì)進行檢測,采用主成分分析確定了影響桑椹品質(zhì)的主要因子,篩選出適宜桑椹加工的果桑品種。為了科學(xué)、合理地對桑椹資源進行食、藥用開發(fā),本實驗分別從桑椹的營養(yǎng)指標和活性成分指標中挑選了15 個和9 個指標進行檢測分析,采用因子分析法將各項營養(yǎng)與藥用品質(zhì)指標轉(zhuǎn)化為少數(shù)相互獨立的新指標,得到影響桑椹營養(yǎng)與藥用品質(zhì)的主要因子,構(gòu)建科學(xué)、易操作的桑椹品質(zhì)評價體系,依據(jù)綜合得分篩選出適合桑椹藥食用途開發(fā)的專用桑品種。
供試桑品種共13 個,均為廣西壯族自治區(qū)蠶業(yè)科學(xué)研究院資源圃保存的廣西主栽桑品種資源,樹齡為2 a。13 個桑品種中大10、倫40、桂桑優(yōu)12、桂誘M54、桂誘M191、桂誘M38、桂誘M208、桂誘M70、桂桑優(yōu)62、桂誘M161、桑特優(yōu)2號、桂誘M257均為廣東桑(Morus atropurpurea Roxb.),臺灣四季大果桑為長果桑(Morus laevigata Wall.)。各品種的桑椹樣品采摘時間為2015年3月16日,選取成熟度為8~9成的桑椹,使桑椹成熟度保持一致。新鮮桑椹用于測定水分、維生素的含量,其余指標均采用烘干樣品測定。不同桑品種的桑椹樣品在50 ℃烘干、粉碎過60 目篩于4 ℃條件下貯存?zhèn)溆谩?/p>
VB1、VB2、VC、葉酸、蘆丁、槲皮素、綠原酸、1-脫氧野尻霉素(1-deoxynojirimycin,DNJ)等標準品美國Sigma公司;2,4-二硝基苯肼、石油醚、水合茚三酮、還原茚三酮、二甲基亞砜、雷氏鹽、甲醇、苯酚、硫酸、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、氫氧化鈉、亞鐵氰化鉀、乙酸鋅、鹽酸、甲基紅、丙酮和乙醚等試劑均為國產(chǎn)分析純。
FW80-1型粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司;AL204型電子分析天平 梅特勒-托利多(上海)有限公司;Varian Cary 50型紫外分光光度計 美國瓦利安公司;722S型可見分光光度計 上海江儀儀器有限公司;835-50型高速氨基酸分析儀 日本日立公司;RF-540型熒光分光光度計、CS-9000薄層掃描儀 日本島津公司;WYT手持糖量計 成都光學(xué)儀器廠。
1.3.1 桑椹營養(yǎng)成分的測定
水分含量采用GB 5009.3—2010《食品中水分的測定》第一法“直接干燥法”測定;粗蛋白含量采用GB 5009.5—2010《食品中蛋白質(zhì)的測定》第一法“凱氏定氮法”測定;粗脂肪含量采用GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測定》第一法“索氏抽提法”測定;灰分含量采用GB 5009.4—2010《食品中灰分的測定》方法測定;碳水化合物含量采用《食品營養(yǎng)標簽管理規(guī)范》中碳水化合物的計算方法(食品干物質(zhì)總質(zhì)量分別減去蛋白質(zhì)、脂肪、灰分和膳食纖維的質(zhì)量,即是碳水化合物的量);膳食纖維含量采用GB 5009.88—2008《食品中膳食纖維的測定》方法測定;礦物質(zhì)含量采用干法消化、火焰原子分光光度計測定[16];氨基酸含量采用氨基酸分析儀測定,分析桑椹中的總氨基酸和17 種游離氨基酸含量[17];VB1含量采用GB/T 5009.84—2003《食品中硫胺素(維生素B1)的測定》方法中的熒光法測定;VB2含量采用GB/T 5009.85—2003《食品中核黃素的測定》中的熒光法測定;葉酸含量采用GB/T 5009.197—2003《保健食品中鹽酸硫胺素、鹽酸吡哆醇、煙酸、煙酰胺和咖啡因的測定》中的高效液相色譜法;VC含量采用GB/T 5009.159—2003《食品中還原型抗壞血酸的測定》中的分光光度法測定;可溶性固形物含量采用NY/T 2637—2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定 折射儀法》測定;總酸含量采用GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定》中的方法測定。桑椹中營養(yǎng)成分的含量(除水分含量、維生素含量外)均以桑椹干物質(zhì)計算。
1.3.2 桑椹中主要功能活性成分含量和特征性化學(xué)成分含量的測定
總黃酮含量以蘆丁為標準品,采用Al(NO3)3比色法[18]測定;多酚含量以沒食子酸為標準品,采用Folin-Ciocalteu比色法[19]測定;多糖含量以葡萄糖為標準品,采用苯酚-硫酸法[20]測定;總生物堿含量以4-羥基哌啶為對照品,采用雷氏鹽比色法[21]測定;DNJ含量采用柱前衍生化高效液相色譜-熒光檢測法測定[22];花青素含量采用pH示差法測定[23];槲皮素含量測定采用2005版《中國藥典》一部[24]中銀杏葉含量測定方法中的高效液相色譜法;綠原酸和蘆丁含量采用高效液相色譜法[25]測定。桑椹中功能活性成分含量均以mg/g桑椹干物質(zhì)計。
1.3.3 檢測數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化與統(tǒng)計分析
采用因子分析法[26]對桑椹的多項品質(zhì)指標進行客觀、科學(xué)的綜合評價。由于原始實驗數(shù)據(jù)的計量單位和數(shù)據(jù)量綱不同,因此在因子分析前,采用隸屬函數(shù)法[27]對數(shù)據(jù)進行標準化轉(zhuǎn)換。各指標依據(jù)公式(1)進行轉(zhuǎn)化。采用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行因子分析,各樣品的綜合得分通過公式(2)得到。
式中:Uin是第n個樣品第i個指標的原始數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)化后的隸屬函數(shù)值;Xin指第n個樣品第i個指標的原始數(shù)據(jù);Ximax和Ximin分別指樣品中第i個指標的最大值和最小值;Dn為經(jīng)因子分析法得到的各樣品品質(zhì)的綜合得分;Fjn為第n個樣品第j個特征根大于1的公因子的分值;Ej為第j個公因子的方差貢獻率;m為特征根大于1的公因子的個數(shù)。
表1 廣西蠶區(qū)13 個主栽桑品種的桑椹營養(yǎng)成分含量Table 1 Nutrient contents of 13 mulberry varieties
2.1.1 主要營養(yǎng)成分含量分析
如表1所示,不同品種間營養(yǎng)成分含量差異較大。水分質(zhì)量分數(shù)分布在83.65%~92.40%之間,平均水分質(zhì)量分數(shù)為87.89%,說明桑椹不耐貯藏,其中倫40、桂誘M70的水分質(zhì)量分數(shù)超過90%。粗脂肪質(zhì)量分數(shù)較低,平均值為4.61%,品種間差異較大,變異系數(shù)為32.74%。粗蛋白質(zhì)量分數(shù)較高,平均值為11.95%,品種間差異較大,桂桑優(yōu)12和桂桑優(yōu)62的粗蛋白質(zhì)量分數(shù)高達15%以上,大10的質(zhì)量分數(shù)僅7.88%。桑椹粗蛋白含量大約是蘋果粗蛋白含量的3 倍以上[28]。膳食纖維質(zhì)量分數(shù)較高,分布在11.45%~18.31%之間,平均為13.69%,品種間差異較小,桑椹膳食纖維含量是蘋果纖維含量的2 倍以上[28]。
桑椹中總氨基酸的質(zhì)量分數(shù)分布在5.37%~6.65%之間,平均為5.85%,品種間差異較小。果蔬深加工處理(加工飲料、酒、醋等)中可溶性固形物含量是一個很重要的指標[2,13]。桑椹可溶性固形物質(zhì)量分數(shù)在43.00%~80.50%之間,質(zhì)量分數(shù)較高的品種是大10、倫40和臺灣四季大果桑,較低的品種是桂誘M38、桂誘208和桂誘70,差異達一倍之多,這可能與桑椹的品種有關(guān),不同品種其果實的可溶性固形物含量有很大差異。糖酸組成是影響果實品質(zhì)和風(fēng)味的重要因素,桑椹糖酸比值在10.16~32.40之間,差異非常大。據(jù)報道桑椹中的主要糖類是果糖與葡萄糖,不含蔗糖,酸類主要包括檸檬酸、蘋果酸和琥珀酸等有機酸[29]。
表2 廣西蠶區(qū)13 個主栽桑品種的桑椹的游離氨基酸含量Table 2 Free amino acid contents of 13 mulberry varieties
桑椹中含有豐富的人體必需的礦物元素,不同品種間Ca、Mg的含量變化差異很小,變異系數(shù)分別為2.63%和2.11%。Fe、Zn、Cu、Mn在品種間的差異較大,其中Fe變異系數(shù)最大,達到24.15%。桑椹中的維生素含量豐富,其中VC的含量最高,平均值為25.49 mg/kg,品種間變異系數(shù)為13.18%;VB1在品種間的差異較大,變異系數(shù)為22.83%。
如表2所示,桑椹含有17 種游離氨基酸,其中必需氨基酸有7 種[13],必需氨基酸占總氨基酸的28%左右,其中亮氨酸、蘇氨酸含量較高,蘇氨酸是谷類限制性氨基酸。與果實風(fēng)味關(guān)系較為密切的氨基酸主要為味覺氨基酸,包括鮮味氨基酸(Glu、Asp)、甜味氨基酸(Ala、Gly、Ser、Pro)和芳香族氨基酸(Tyr、Phe)[30],這幾種氨基酸的含量均較高。
2.1.2 13 個桑椹營養(yǎng)品質(zhì)的因子分析
表3 桑椹營養(yǎng)品質(zhì)評價因子的載荷矩陣特征向量及累計方差貢獻率Table 3 Load matrix eigenvector and cumulative contribution rate of nutritional quality factors in mulberry
篩選13 個桑品種桑椹的15 個營養(yǎng)成分檢測數(shù)據(jù)經(jīng)隸屬函數(shù)法轉(zhuǎn)化后進行因子分析,從15 項指標提取了5 個公因子(特征根>1),得到了各項指標的方差貢獻率、累計方差貢獻率和因子載荷矩陣,如表3所示。5 個公因子的累計方差貢獻率為86.32%,說明這5 個因子所含信息占總體信息的86.32%,能較好地解釋自變量。對桑枝營養(yǎng)品質(zhì)評價的指標由15 個減少為5 個彼此不相關(guān)的成分,達到了降維的目的。因子載荷值反映了桑椹各營養(yǎng)成分指標對公因子負荷相對大小和作用的方向,即該指標對主成分的影響程度,符號為正表明該指標對該公因子有正向影響,反之,符號為負表明有負向影響。其中第1公因子中載荷較高的指標有VB1、VB2和葉酸含量,載荷值均大于0.8,均為正向影響,即第1公因子大時,VB1、VB2和葉酸含量越高,第1公因子的方差貢獻率最大為27.51%,表明第1公因子對桑椹營養(yǎng)品質(zhì)的影響最大,稱為維生素因子。第2公因子中載荷較高且有正向影響的指標有Ca和Mg的含量,載荷值為0.70和0.78,載荷較高且有負向影響的指標為Zn和Fe的含量,載荷權(quán)數(shù)為-0.65和-0.82,第2公因子方差貢獻率為19.50%,稱為有益微量元素因子;第3公因子中總氨基酸和可溶性固形物含量的載荷值較大,總氨基酸為負向影響,載荷值為-0.75,可溶性固形物含量為正向影響,載荷值為0.70,方差貢獻率為16.66%,稱為其他內(nèi)在因子;第4公因子中起正向作用的指標為膳食纖維含量,載荷值為0.81,方差貢獻率為13.00%,稱為膳食纖維因子;第5公因子中Mn、Cu含量的載荷值較大且均為正向影響,方差貢獻率為9.65%,稱為有害微量元素因子。
因子分析綜合了各品種在各因子中的影響,經(jīng)過科學(xué)的計算得到合理的綜合排名,可以更全面、客觀地反映桑椹的營養(yǎng)品質(zhì)。以各公因子的方差貢獻率作權(quán)重,由公因子得分和對應(yīng)權(quán)重加權(quán)求和得到各桑品種桑椹營養(yǎng)品質(zhì)的綜合得分,結(jié)果見表4。綜合得分的排序反映了各品種桑椹綜合品質(zhì)的優(yōu)劣,其中桑品種大10、桑特優(yōu)2號和桂誘M161桑椹樣品的綜合得分值位于前3,說明其綜合營養(yǎng)品質(zhì)較高,可作為廣西蠶區(qū)桑椹食用開發(fā)的原料品種資源。
表4 13 個桑品種的桑椹樣品基于營養(yǎng)品質(zhì)因子分析的綜合得分Table 4 Comprehensive scores for nutritional quality of 13 mulberry varieties by factor analysis
2.1.3 桑椹營養(yǎng)品質(zhì)指標間的相關(guān)性分析
表5 桑椹營養(yǎng)品質(zhì)指標間的相關(guān)性Table 5 Correlation between nutritional quality indexes of mulberry
如表5所示,在第1公因子中,VB1、VB2和葉酸呈顯著正相關(guān)關(guān)系;第2公因子中,Ca與Mg呈顯著正相關(guān)關(guān)系,與Zn呈顯著負相關(guān)關(guān)系,與Fe的相關(guān)性不顯著;第3公因子中,總氨基酸與可溶性固形物無顯著相關(guān)性。在第4公因子中,膳食纖維跟其他指標間無顯著相關(guān)性;第5公因子中,Mn與Cu呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。根據(jù)因子分析中各公因子的貢獻率及各指標之間的相關(guān)性,可以簡化桑椹營養(yǎng)品質(zhì)的評價指標,最終確定對桑椹品質(zhì)影響最大的是VB2、Mg、Fe、總氨基酸、可溶性固形物、膳食纖維和Cu 7 項指標。
2.2.1 13 個桑品種桑椹功能活性成分含量分析
綜合眾多桑椹化學(xué)成分與藥理作用相關(guān)文獻報道[17-20],最終確定了多酚、總黃酮、總生物堿、多糖、花青素為桑椹的主要功能活性成分,DNJ、綠原酸、蘆丁和槲皮素為桑椹的特征化學(xué)成分。對13 個桑品種桑椹中的主要功能活性成分與特征化學(xué)成分的含量進行測定,結(jié)果見表6。幾種功能成分中花青素的含量在品種間差異非常大,變異系數(shù)高達71.87%,其中桂桑優(yōu)62的含量高達10.48 mg/g,高于其他品種,而倫40、桂誘M257和大10等的含量均低于2 mg/g。桑椹中多酚的含量分布在3.10~8.57 mg/g之間,平均為4.90 mg/g,品種間差異較大,變異系數(shù)為28.44%。臺灣四季大果桑的多酚含量高于其他品種??傸S酮含量在1.72~6.16 mg/g之間,平均為3.24 mg/g,品種間含量較大,變異系數(shù)為33.91%。同樣臺灣四季大果桑總黃酮含量最高,比桂誘M70的黃酮含量高2 倍。多糖的含量在不同品種間差異也較大,平均值為61.32 mg/g,大10的多糖含量為94.87 mg/g,高于其他品種??偵飰A的品種間差異較小,平均值為2.33mg/g,桂桑優(yōu)12和桂誘M54的含量較高。綠原酸含量分布在0.14~0.35 mg/g之間,平均為0.24 mg/g,大10和臺灣四季大果桑的含量較高;槲皮素含量平均值為1.58 mg/g,桂誘M257和大10的含量較其他品種高;蘆丁含量在品種間差異較大,變異系數(shù)高達37.82%,桂誘M70的含量最高。品種間DNJ含量差異較小,含量分布在0.47~0.87 mg/g之間,平均為0.64 mg/g。
2.2.2 藥用品質(zhì)的因子分析
表7 桑椹藥用品質(zhì)評價因子的載荷矩陣特征向量及累計貢獻率Table 7 Load matrix eigenvector and cumulative contribution rates of medicinal quality factors in mulberry
將13 個桑品種桑椹的9 個功能活性成分含量檢測指標數(shù)據(jù)經(jīng)隸屬函數(shù)法轉(zhuǎn)化后進行因子分析,9 項指標提取了4 個公因子,得到了各項指標的方差貢獻率、累計方差貢獻率和因子載荷矩陣表,如表7所示。4 個公因子的累計方差貢獻率為88.02%,能較好地解釋自變量。第1公因子中載荷較高且為正向影響的指標有多酚、總黃酮、總生物堿,載荷值分別為0.92、0.88和0.80,載荷較高且有負向影響的指標為DNJ含量。即第1公因子大時,多酚、總黃酮和總生物堿的含量越高,而DNJ含量越低,其他成分含量基本不變。第1公因子方差貢獻率為32.81%。第2公因子中綠原酸和槲皮素的載荷值最高,且為正向影響,方差貢獻率為31.35%。第3公因子中蘆丁的載荷值最高,為正向影響,載荷值為0.98,方差貢獻率為12.10%。第4公因子中花青素為正向影響的因素,載荷值最高為0.97,方差貢獻率為11.74%。
表8 13 個桑品種桑椹樣品基于藥用品質(zhì)因子分析的綜合得分Table 8 Comprehensive scores for medicinal quality of 13 mulberry varieties by factor analysis
以各公因子的方差貢獻率作權(quán)重,由公因子得分和對應(yīng)權(quán)重加權(quán)求和得到各桑品種桑椹藥用品質(zhì)的綜合得分,結(jié)果見表8。綜合得分的排序反映了各品種桑椹藥用品質(zhì)的優(yōu)劣,其中桑品種桂誘M257、桂桑優(yōu)62和大10的綜合得分值最高,排列前3 位,可作為廣西蠶區(qū)桑椹藥用開發(fā)的專用原料桑品種資源。
2.2.3 桑椹藥用品質(zhì)指標間的相關(guān)性分析
表9 桑椹藥用品質(zhì)指標間的相關(guān)性Table 9 Correlation between medicinal quality indexes of mulberry
對13 個桑品種桑椹的9 項品質(zhì)指標分別做相關(guān)性分析和顯著性檢驗,結(jié)果見表9。在第1公因子中,多酚與總黃酮呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,與總生物堿呈顯著性正相關(guān),與DNJ呈顯著負相關(guān);第2公因子中,綠原酸與槲皮素呈極顯著正相關(guān)關(guān)系;第3公因子中,蘆丁與其他指標無顯著相關(guān)性。在第4公因子中,花青素與其他指標間無顯著相關(guān)性。根據(jù)因子分析中各公因子的貢獻率及各指標之間的相關(guān)性,可以簡化桑椹藥用品質(zhì)的評價指標,最終確定對桑椹品質(zhì)影響最大的是多酚、綠原酸、蘆丁和花青素4 項指標。
對廣西蠶區(qū)13 個桑品種桑椹營養(yǎng)品質(zhì)、藥用品質(zhì)性狀指標進行了系統(tǒng)分析,描述性指標結(jié)果顯示,大多數(shù)指標變異程度大,品種間各成分含量差異較大。桑椹的營養(yǎng)品質(zhì)、藥用品質(zhì)均是綜合性品質(zhì),評價指標較多,各指標間存在相關(guān)性和信息重疊,不同指標對品質(zhì)的影響程度不同,因此需采用合理的分析方法進行科學(xué)地評價。本實驗采用因子分析將多個測定指標轉(zhuǎn)化為少量的相互獨立的公因子,既可解釋原始指標間關(guān)系,同時也簡化了品質(zhì)評價的因子[14]。從15 項營養(yǎng)指標中提取了5 個公因子,累計方差貢獻率為86.32%,主要有維生素因子、有益微量元素因子、其他內(nèi)在因子、膳食纖維因子和有害微量元素因子,結(jié)合相關(guān)性分析,最終確定影響桑椹營養(yǎng)品質(zhì)的主要評價指標為VB2、Mg、Fe、總氨基酸、可溶性固形物、膳食纖維和Cu 7 項指標。桑椹營養(yǎng)品質(zhì)綜合得分排列前3 位的為大10、桑特優(yōu)2號和桂誘M161,可作為廣西蠶區(qū)桑椹食用開發(fā)的專用桑品種資源。從9 項活性成分指標中提取了4 個公因子,累計方差貢獻率為88.02%,較好地反映了桑枝藥用品質(zhì)的綜合信息。確定了桑椹藥用品質(zhì)的主要評價指標為多酚、綠原酸、蘆丁和花青素4 項指標,桂誘M257、桂桑優(yōu)62和大10的藥用品質(zhì)綜合得分最高,可作為廣西蠶區(qū)桑椹藥用開發(fā)的專用桑品種資源。
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