不同品種枸杞子營養(yǎng)成分分析及評價(jià)

王益民，張 珂，許飛華，王 玉，任曉衛(wèi)，張寶琳

（1.蘭州大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省林業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730020）

不同品種枸杞子營養(yǎng)成分分析及評價(jià)

王益民1，張 珂1，許飛華1，王 玉1，任曉衛(wèi)1，張寶琳2

（1.蘭州大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省林業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730020）

測定10個枸杞品種枸杞子的3項(xiàng)外觀指標(biāo)（干果百粒質(zhì)量、干果果形指數(shù)、鮮干果比）和7種營養(yǎng)物質(zhì)含量（甜菜堿、類胡蘿卜素、總糖、枸杞多糖、還原型VC、氨基酸、可溶性固形物），進(jìn)行10項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的聚類分析和基于主成分分析的枸杞綜合品質(zhì)評價(jià)。結(jié)果顯示：不同品種的枸杞子品質(zhì)指標(biāo)存在差異，但變異程度較低。10個枸杞品種可聚為4類，扁果枸杞聚為一類；0901、寧杞4號、寧杞7號聚為一類；蒙杞1號聚為一類；其他5個品種聚為一類。主成分分析中，將10項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)簡化成4個主成分，其累積方差貢獻(xiàn)率為85.87%，反映了枸杞品質(zhì)的絕大部分信息；評價(jià)出0901、扁果枸杞、寧杞7號、寧杞4號4個品種的營養(yǎng)品質(zhì)較高。

枸杞；聚類分析；主成分分析；品質(zhì)評價(jià)

枸杞子為茄科植物寧夏枸杞（Lycium barbarum L.）多年生落葉灌木的干燥成熟果實(shí)[1]，是名貴的中藥材和保健品，具有抗腫瘤、防衰老、降血脂、抗氧化、增加造血等方面的功效[2-6]，在我國的保健業(yè)和醫(yī)藥業(yè)方面占據(jù)了重要地位[7]。目前我國枸杞的幾大產(chǎn)區(qū)，絕大多數(shù)栽培品種均引自寧夏枸杞（L. barbarum）系列品種[8-13]，這些品種的培育方法主要是從寧夏枸杞栽培品種中利用自然變異選擇突變單株、通過扦插擴(kuò)大繁殖[14-17]，這樣導(dǎo)致了枸杞新品種遺傳多樣性的降低。這些栽培品種間果實(shí)品質(zhì)、營養(yǎng)及藥效有無差異，對存在的差異如何開發(fā)利用等，需要開展實(shí)驗(yàn)研究。

枸杞的果品品質(zhì)分外觀品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì)兩方面，其中百粒質(zhì)量、果形指數(shù)、鮮干果比、色澤等為果實(shí)外觀品質(zhì)，決定著果實(shí)的商品性；甜菜堿、枸杞多糖、黃酮、氨基酸、VC、總糖等為果實(shí)的內(nèi)在品質(zhì)，決定著果實(shí)的營養(yǎng)及藥用性，其含量是評價(jià)食品和中藥藥材品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本研究對同一栽培地點(diǎn)的10個品種枸杞子的果實(shí)百粒質(zhì)量、果形指數(shù)、鮮干果比3項(xiàng)外觀品質(zhì)和甜菜堿、類胡蘿卜素、總糖、枸杞多糖、VC、蛋白質(zhì)氨基酸組成（以下簡稱氨基酸）、可溶性固形物等7項(xiàng)內(nèi)在營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行測定和評價(jià)，研究各品種間枸杞子有效成分的含量差異，以期提高對枸杞子的利用效率，為構(gòu)建枸杞子的食物成分?jǐn)?shù)據(jù)庫提供資料，為進(jìn)一步選育枸杞優(yōu)良品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

10個不同枸杞品種的果實(shí)，即枸杞子，分別為寧杞4號、0901、寧杞7號、07-02、蒙杞1號、扁果枸杞、寧杞5號、寧杞3號、寧杞1號和先鋒1號，種植于甘肅景電灌區(qū)的枸杞試驗(yàn)田中。各品種樹齡相同，樹體大小相似，品種純正。

葡萄糖和甜菜堿對照品 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分析純。

AL204型電子分析天平 梅特勒-托利多（上海）有限公司；FW80-1型粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司；日立835-50型高速氨基酸分析儀 日本日立公司；Varian Cary 50型紫外分光光度計(jì) 美國瓦利安公司；RF-540型熒光分光光度計(jì)、CS-9000薄層掃描儀 日本島津公司；722S型可見分光光度計(jì) 上海江儀儀器有限公司；WYT手持糖量計(jì) 成都光學(xué)儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 枸杞子采集及處理

10個品種定植時按行順序排列，兼顧授粉樹的搭配，一行為一個小區(qū)，每小區(qū)20株，株行距1.5 m×2 m；4次重復(fù)。采集2012年的枸杞頭茬果，每品種每小區(qū)調(diào)查10株樹，4個小區(qū)果實(shí)混合后四分法取樣，進(jìn)行果實(shí)品質(zhì)測定。對鮮果進(jìn)行烘干處理，制成枸杞子。

1.2.2 枸杞子外觀品質(zhì)測定

干果百粒質(zhì)量：果實(shí)采摘后，烘干后至質(zhì)量恒定，四分法取樣100粒果實(shí)，用電子天平稱質(zhì)量，3次重復(fù)，計(jì)算平均值；干果果形指數(shù)：果實(shí)采摘后，烘干后至質(zhì)量恒定，四分法取樣30粒果實(shí)，用游標(biāo)卡尺逐個測定果粒縱徑、橫徑，3次重復(fù)，計(jì)算縱徑與橫徑之比，取平均值；鮮干果比：果實(shí)采摘后，測定每試驗(yàn)小區(qū)3株試驗(yàn)樹的鮮果質(zhì)量與干果質(zhì)量，計(jì)算鮮果質(zhì)量與干果質(zhì)量比值，即鮮干果比，取平均值。

1.2.3 枸杞子營養(yǎng)成分檢測

對每一品種的每批枸杞子樣品進(jìn)行甜菜堿、類胡蘿卜素、總糖、枸杞多糖、還原型VC、氨基酸、可溶性固形物7種營養(yǎng)物質(zhì)含量的檢測，計(jì)算其平均值。

總糖用酸水解法檢測，參照GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的測定》；可溶性固形物采用折射儀法檢測，參照GB/T 12295—1990《水果、蔬菜制品可溶性固形物含量的測定》；還原型VC采用熒光法，參照GB/T 5009.86—2003《蔬菜、水果及其制品中總抗壞血酸的測定》，采用島津RF-540熒光分光光度計(jì)測定；胡蘿卜素采用紙層析法，參照GB/T 5009.83—2003《食品中胡蘿卜素的測定》，采用Cary50紫外分光光度計(jì)測定；氨基酸含量測定方法參照GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的測定》，采用日立835-50型高速氨基酸分析儀測定；甜菜堿和枸杞多糖分別采用《中華人民共和國藥典》中甜菜堿和枸杞多糖含量的測定方法檢測[18]。

1.2.4 枸杞子品質(zhì)分析

聚類分析法：以歐氏距離平方作為樣品測度，以枸杞子的3項(xiàng)外觀品質(zhì)指標(biāo)和7項(xiàng)營養(yǎng)物質(zhì)含量指標(biāo)為依據(jù)，對10個枸杞品種進(jìn)行聚類分析。

主成分分析法：以供試的10個枸杞品種作為樣本單元，將枸杞子的3個外觀指標(biāo)和7個營養(yǎng)成分含量指標(biāo)作變量進(jìn)行主成分分析。根據(jù)不同枸杞品種主成分特征值、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率，對10個枸杞品種的品質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel建立數(shù)據(jù)庫，用SPSS 18.0軟件進(jìn)行聚類分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 枸杞子品質(zhì)的測定結(jié)果

10個不同品種枸杞子的3項(xiàng)外觀品質(zhì)指標(biāo)（干果百粒質(zhì)量、干果果形指數(shù)、鮮干果比）和7項(xiàng)營養(yǎng)物質(zhì)含量（甜菜堿、類胡蘿卜素、總糖、枸杞多糖、還原型VC、氨基酸、可溶性固形物）的測定結(jié)果見表1。

表1 10個不同品種的枸杞子品質(zhì)Table 1 Quality characteristics of goji berries from10 varieties

由表1可知，不同品種枸杞子10個方面的品質(zhì)性狀均存在不同程度的變異現(xiàn)象。其中類胡蘿卜素含量在品種間的變異程度最大，變異系數(shù)為37.87%，可溶性固形物變異程度最小，變異系數(shù)僅為2.8%。從變異系數(shù)來看，不同品種枸杞子10個方面的品質(zhì)性狀變異程度均不大。

2.2 枸杞子品質(zhì)的主成分分析

2.2.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

枸杞子的10個品質(zhì)性狀有不同的量綱和數(shù)量級，為了避免量綱和數(shù)量級的影響，需要對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，將各指標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成均值為0、標(biāo)準(zhǔn)差為1的無量綱數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)化方法為每一變量值與其平均值之差除以該變量的標(biāo)準(zhǔn)差。標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果見表2。

表2 枸杞子10個品質(zhì)性狀的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化值Table 2 The standardized data for 10 quality evaluation indexes

2.2.2 主成分分析

表3 枸杞子品質(zhì)主成分的方差貢獻(xiàn)率Table 3 Variance contribution rates of principal components to the quality characteristics of goji berry

通過主成分分析得出各主成分的特征值、方差貢獻(xiàn)率、累積方差貢獻(xiàn)率（表3）和主成分載荷矩陣（表4）。其中特征值表示了對應(yīng)主成分能夠描述原有信息的多少，由表3可知，前4個主成分的特征值均大于1，其中第1主成分的方差貢獻(xiàn)率為35.25%，第2主成分的方差貢獻(xiàn)率為21.99%，第3主成分的方差貢獻(xiàn)率為14.95%，第4主成分的方差貢獻(xiàn)率13.67%，累積方差貢獻(xiàn)率為85.87%，說明這4個主成分反映了原始變量的絕大部分信息。因此提取前4個主成分代替原10個指標(biāo)評價(jià)枸杞品質(zhì)。對枸杞子品質(zhì)評價(jià)的指標(biāo)由初始的10個方面降為4個彼此不相關(guān)的主成分，達(dá)到了降維的目的。

表4 枸杞子各品質(zhì)指標(biāo)的主成分載荷矩陣Table 4 The loading matrix of four principal components

表4為枸杞子的10個品質(zhì)指標(biāo)的主成分載荷矩陣，該矩陣反映了品質(zhì)指標(biāo)對此主成分負(fù)荷相對大小和作用的方向，即該指標(biāo)對主成分的影響程度。由表4可見，第1主成分中載荷較高且符號為正的品質(zhì)指標(biāo)有氨基酸和甜菜堿，這兩個指標(biāo)對第1主成分產(chǎn)生正向影響。其中，氨基酸載荷權(quán)數(shù)最大為0.82，其次為甜菜堿，載荷權(quán)數(shù)為0.81。載荷較高且符號為負(fù)的品質(zhì)指標(biāo)有總糖和可溶性固形物，載荷權(quán)數(shù)分別為：－0.80和－0.78，這兩個指標(biāo)對第1主成分產(chǎn)生負(fù)向影響。說明第1主成分大時氨基酸含量越高，甜菜堿含量也越高，而總糖和可溶性固形物含量會降低，其他品質(zhì)性狀基本不變。

第2主成分中載荷較高且符號為正的品質(zhì)指標(biāo)為鮮干果比，載荷權(quán)數(shù)為0.52，該指標(biāo)對第2主成分產(chǎn)生正向影響。載荷較高且符號為負(fù)的品質(zhì)指標(biāo)有干果百粒質(zhì)量和干果果形指數(shù)，載荷權(quán)數(shù)分別為：－0.66和－0.87，這兩個指標(biāo)對第2主成分產(chǎn)生負(fù)向影響。說明第2主成分大時，鮮干果比指標(biāo)也大，而干果百粒質(zhì)量和干果果形指數(shù)兩個指標(biāo)會減小。

第3主成分中載荷高且符號為正的品質(zhì)指標(biāo)是類胡蘿卜素，載荷權(quán)數(shù)為0.80。說明第3主成分大時，類胡蘿卜素指標(biāo)也大。

第4主成分中載荷較高且符號為正的品質(zhì)指標(biāo)為枸杞多糖和還原型VC。說明第4主成分大時枸杞多糖和還原型VC兩個指標(biāo)也大。

2.2.3 枸杞子品質(zhì)的綜合評價(jià)

用各指標(biāo)變量的主成分載荷（表4）除以主成分相對應(yīng)的特征值開平方根，便得到4個主成分中每個指標(biāo)所對應(yīng)的系數(shù)即特征向量，以特征向量為權(quán)重構(gòu)建4個主成分的表達(dá)函數(shù)式：

Z1=－0.279X1－0.115X2+0.093X3+0.431X4+ 0.281X5－0.427X6+0.227X7+0.182X8+0.439X9－0.417X10

Z2=－0.442X1－0.584X2+0.350X3+0.246X4+0.022X5+ 0.299X6+0.083X7+0.121X8－0.310X9+0.269X10

Z3=0.054X1+0.208X2－0.081X3+0.032X4+0.654X5+ 0.297X6－0.355X7+0.518X8－0.162X9－0.079X10

Z4=0.383X1+0.061X2+0.368X3－0.218X4－0.123X5－0.009X6+0.578X7+0.559X8－0.034X9+0.033X10

4個表達(dá)式中，X1為百粒質(zhì)量、X2為果形指數(shù)、X3為鮮干果比、X4為甜菜堿、X5為類胡蘿卜素、X6為總糖、X7為枸杞多糖、X8為還原型VC、X9為氨基酸、X10為可溶性固形物。

以各個主成分對應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，由主成分得分和對應(yīng)的權(quán)重線性加權(quán)求和得到綜合評價(jià)函數(shù)。

F= 0.353Z1+0.220Z2+0.150Z3+0.137Z4

根據(jù)主成分綜合得分模型，可計(jì)算出10個品種枸杞子的綜合得分值和排序結(jié)果（表5）。綜合得分排在前4位的枸杞品種依次是0901、扁果枸杞、寧杞7號、寧杞4號。

表5 10個品種枸杞子的主成分因子得分Table 5 Scores of the principal component factors from 10 varieties of goji berries

根據(jù)主成分載荷陣分析（表4），氨基酸和甜菜堿含量指標(biāo)對第1主成分的正向影響最為顯著。由表1可知，氨基酸含量排在前3位的枸杞品種依次為：寧杞4號、0901、寧杞7號；甜菜堿含量排在前3位的也是這3個品種，但順序有所變化，依次是：寧杞7號、0901、寧杞4號。因此，這3個品種枸杞子應(yīng)該在第1主成分上的得分較高。綜合評價(jià)的結(jié)果證實(shí)（表5），寧杞4號、0901、寧杞7號分別排在第1主成分得分的前3位。由于第1主成分的貢獻(xiàn)率最大，因此這3個枸杞品種的綜合評價(jià)結(jié)果靠前。

扁果枸杞雖然在第1主成分上的得分排在第4位，但其因鮮干果比指標(biāo)較大對第2主成分的正向影響大，類胡蘿卜素含量高對第3主成分的正向影響大，還原型VC和枸杞多糖含量高對第4主成分的正向影響大，這一品種在第2、3、4主成分上的得分均排在第1，因此扁果枸杞在綜合評價(jià)排序中位于第2。

蒙杞1號的甜菜堿和類胡蘿卜素含量較低，分別對第1和第3主成分正向影響最小，而百粒質(zhì)量和果形指數(shù)兩個指標(biāo)最大對第2主成分的負(fù)向影響也最大，且其他指標(biāo)居中或較低，因此蒙杞1號的綜合得分最低，排在所有參試品種的最后1位。

2.3 不同枸杞品種的聚類分析

根據(jù)枸杞子7項(xiàng)營養(yǎng)物質(zhì)含量和3項(xiàng)外觀指標(biāo)對10個枸杞品種進(jìn)行了聚類分析，結(jié)果如圖1。依照聚類分析結(jié)果和表1中的枸杞子品質(zhì)數(shù)據(jù)，10個枸杞品種可分為4類，其中蒙杞1號單獨(dú)聚為一類，其枸杞子品質(zhì)特點(diǎn)為干果百粒質(zhì)量和干果果形指數(shù)優(yōu)于其他類群，但甜菜堿和類胡蘿卜素含量較低；扁果 枸杞單獨(dú)聚為一類，其枸杞子品質(zhì)特點(diǎn)為還原型VC含量和枸杞多糖含量優(yōu)于其他類群；0901、寧杞4號、寧杞7號3個品種聚為一類，其枸杞子品質(zhì)特點(diǎn)為甜菜堿和氨基酸含量優(yōu)于其他類群，但總糖和可溶性固形物含量較低；其他品種聚為一類，其枸杞子品質(zhì)特點(diǎn)為7項(xiàng)營養(yǎng)物質(zhì)含量和3項(xiàng)外觀指標(biāo)處于居中或較低狀態(tài)。

由主成分分析中選出的4個綜合品質(zhì)較高的枸杞品種，在此分別聚為了兩類，即扁果枸杞單獨(dú)為一類，0901、寧杞4號、寧杞7號3個品種為一類。

圖1 枸杞子品質(zhì)聚類分析系統(tǒng)樹Fig.1 Dendrogram obtained from cluster analysis of goji berry quality

3 結(jié)論與討論

本實(shí)驗(yàn)中10個品種枸杞子的品質(zhì)性狀間存在不同程度的差異，但變異程度較低。這與現(xiàn)階段進(jìn)行枸杞新品種培育時采用的主要育種方法，即利用自然變異選擇突變單株有關(guān)，這種方法造成了各枸杞品種間遺傳多樣性的降低。一些分子標(biāo)記技術(shù)研究也證實(shí)，在分子水平上不同枸杞品種間遺傳多樣性較低[19-20]。因此為了獲得營養(yǎng)品質(zhì)更為突出的枸杞品種，還應(yīng)采用多種育種方法和手段，包括野生型枸杞與栽培品種之間的雜交育種方法和現(xiàn)代的人工誘變、太空育種及轉(zhuǎn)基因等方法。

聚類分析結(jié)果顯示，10個枸杞品種中，0901、寧杞4號、寧杞7號的氨基酸、甜菜堿等內(nèi)在品質(zhì)相近，聚為一類；其他品種也根據(jù)不同的營養(yǎng)和外觀特點(diǎn)分別聚類?？蓪⑦@些不同品種的枸杞子品質(zhì)特點(diǎn)作為育種目標(biāo)性狀和枸杞子食物成分?jǐn)?shù)據(jù)加以充分利用。

主成分分析結(jié)果顯示，10個枸杞品種中，0901、扁果枸杞、寧杞7號、寧杞4號4個枸杞品種綜合品質(zhì)較高。這一結(jié)論對聚類分析中的類群進(jìn)行了排序和優(yōu)選，是聚類分析結(jié)果的深入。本研究用主成分分析法將影響枸杞子品質(zhì)的10個指標(biāo)簡化為4個綜合指標(biāo)，將多維指標(biāo)變?yōu)楹唵蔚膸拙S指標(biāo)，減少了數(shù)據(jù)的計(jì)算工作量、簡化了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、避免了原始數(shù)據(jù)信息的損失和人為的主觀隨意性[21]，主成分分析法是評價(jià)枸杞子綜合品質(zhì)的一種可行方法，且用主成分分析法對各種食品品質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)已被證實(shí)其簡便易行、結(jié)果可靠[22-25]。

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Chemical Analysis and Nutritional Evaluation of Different Varieties of Goji Berries (Lycium barbarum L.)

WANG Yi-min1, ZHANG Ke1, XU Fei-hua1, WANG Yu1, REN Xiao-wei1, ZHANG Bao-lin2
(1. School of Public Heal th, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China; 2. Gansu Academy of Forestry, Lanzhou 730020, China)

Three appearance indexes (dry weight of 100 berries, berry shape index and fresh-to-dry ratio) and the contents of seven nutrients in 10 different varieties of goji berries (Lycium barbarum L.) were determined. Based on our analytical results, cluster analysis and comprehensive quality evaluations were carried out. The results indicated that the quality indexes of different varieties of goji berries were varied over a relatively narrow range. Cluster analysis showed that 10 varieties of goji berries could be divided into 4 classes: 1. Bianguo goji; 2 including 0901, Ningqi No.7 and Ningqi No.4; 3. Mengqi No.1; and 4 including five other varieties. For principal component analysis, four principal components were extracted, and their cumulative variance contribution rate was up to 85.87%, whi ch reflected mostly the quality characteristics of goji berries. The results of principal component analysis indicated that 0901, Bianguo goji, Ningqi No.7 and Ningqi No.4 had better overall quality among the goji varieties tested.

Lycium barbarum L.; cluster analysis; principal component analysis; quality evaluation

S567

A

1002-6630(2014)01-0034-05

10.7506/spkx1002-6630-201401007

2013-09-12

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目（81102205）

王益民（1967—），男，講師，博士，研究方向?yàn)闋I養(yǎng)與食品衛(wèi)生學(xué)。E-mail： wangyimin@lzu.edu.cn