16份板栗種質資源主要營養(yǎng)品質分析與綜合評價

路 超,郭素娟

(北京林業(yè)大學省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室,北京 100083)

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16份板栗種質資源主要營養(yǎng)品質分析與綜合評價

路 超,郭素娟*

(北京林業(yè)大學省部共建森林培育與保護教育部重點實驗室,北京 100083)

為建立一種高效的板栗營養(yǎng)品質評價方法,為篩選板栗優(yōu)良種質資源提供依據(jù),本文采用因子分析與隸屬函數(shù)相結合的方法,以不同地區(qū)嫁接引種至河北遷西的16份板栗種質資源為研究對象,測定并分析其12個主要營養(yǎng)品質指標,探討板栗營養(yǎng)品質中的主要影響因子,計算得出綜合值,進而對板栗營養(yǎng)品質進行綜合評價。綜合得分結果表明,不同板栗種質的營養(yǎng)品質存在一定差異,河北地區(qū)綜合得分差異較明顯,山東和北京地區(qū)相對差異一般,其中河北遷西‘崔家堡子2399’的綜合得分最高,可見遷西獨有的土壤和氣候條件對板栗的生長發(fā)育有著一定的優(yōu)勢;并且功能因子如可溶性糖、淀粉、含水量、粗蛋白和脂肪等對綜合評價影響較大,而輔助因子如礦質元素對其影響相對較小。

板栗,營養(yǎng)品質,相關性,因子分析,綜合評價

板栗(CastaneamollissimaBlume)屬于殼斗科(Fagacea)栗屬(Castanea),原產(chǎn)于我國,栽培歷史悠久,板栗品種資源豐富,分布范圍廣。板栗食用價值較高,營養(yǎng)豐富,含有較高的淀粉和糖、較低的脂肪[1]以及蛋白質、多種礦質元素等,素有“鐵桿莊稼”之稱[2]。板栗又具有較高的藥用價值,不僅滋養(yǎng)身體健康,而且對高血壓等疾病有良好的預防和治療的作用[3]。

在板栗營養(yǎng)品質測定方面,于婷娟[4]、蘇淑釵[5]、王向紅[6]等學者對各個地區(qū)板栗營養(yǎng)品質進行了分析,本文參考這些研究選取12個板栗營養(yǎng)品質指標進行測定。營養(yǎng)品質評價是板栗品種選育的重要階段,目前關于不同板栗品種營養(yǎng)品質的綜合評價方法有一定的研究。劉艷等[7]采用等距分級評價法對燕山地區(qū)板栗的主栽和引種品種的營養(yǎng)品質進行了評價。周家華等[8]采用模糊數(shù)學法對16個不同板栗品種的營養(yǎng)成分進行了評價。唐忠厚等[9]采用隸屬函數(shù)轉化與因子分析對甘薯塊根營養(yǎng)品質特征進行了綜合評價。然而在板栗研究領域中,應用因子分析對板栗營養(yǎng)品質進行綜合評價的研究很少。因子分析是通過把多個相關變量變成少數(shù)幾個綜合變量,再各個因子得分以及其所對應的方差貢獻率計算綜合得分[10],然后結合方差分析和相關性分析,既考慮了各個評價因子的單方面作用,又考慮了評價因子間的相互作用,因此采用因子分析進行綜合評價,完善并構建板栗品質的綜合評價體系,為板栗品種的選育及利用提供依據(jù)有著重要的意義。

遷西以其特有的土壤、氣候條件,培育出質地優(yōu)良,營養(yǎng)價值高的板栗品種,備受歡迎。本文通過研究其他地區(qū)向遷西引種的板栗良種資源,分析并探討各個板栗品種營養(yǎng)物質水平,并綜合評價,以期為板栗種質資源以及發(fā)育生物學研究積累資料。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實驗地位于遷西縣東寨板栗種質資源圃內。實驗材料共16份板栗種質,均以接穗的形式嫁接到3年生實生母樹砧木上,2013年進行嫁接,每份種質嫁接10棵。供試板栗種質為河北:‘崔家堡子2399’、‘大板紅’、‘塔豐’、‘燕龍’、‘燕寶’5個;北京:‘燕昌’、‘懷九’、‘銀豐’、‘京早豐’、‘京暑紅’5個;山東:‘石豐’、‘魯岳早豐’、‘清豐’、‘煙青’、‘玉豐’5個;陜西:‘寸栗’1個。2015年9月于板栗成熟期隨機采集成熟堅果每份種質各20粒,并即刻去苞去皮,烘箱105 ℃殺青0.5 h再80 ℃烘干至恒質量,然后對樣品進行粉碎,待全部樣品粉碎完成后,立即進行各項品質含量指標的測定,各個種質的每個測定指標為3次重復,求其平均值。

CEM Mars6微波消解儀 美國CEM公司;TU-1901雙光束紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器公司;Kjeltec8400全自動凱氏定氮儀 瑞典FOSS公司;AA3連續(xù)流動分析儀 Seal Analytical GmbH公司;TSI008原子吸收光譜儀 美國瓦里安公司。

1.2 實驗方法

板栗堅果主要營養(yǎng)成分含量測定:可溶性糖采用蒽酮比色法[11];直鏈淀粉和支鏈淀粉采用雙波長分光光度法[12];粗蛋白采用凱氏定氮法;脂肪采用索氏抽提法;含水量采用烘箱105 ℃殺青0.5 h再80 ℃烘干至恒重;礦質元素N和P先采用濃H2SO4-H2O2進行樣品消煮后,利用連續(xù)流動分析儀測定[13];礦質元素K、Fe、Mg、Mn、Cu為先采用微波消解儀進行HNO3消煮后,采用原子光譜吸收分析儀測定[14]。記錄并將數(shù)據(jù)錄入Excel進行整理,以此作為實驗統(tǒng)計分析的最原始數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2010、SPSS軟件對原始數(shù)據(jù)進行方差分析、相關性分析、因子分析。

隸屬函數(shù)法與因子分析相結合進行綜合評價:在因子分析前,應用隸屬函數(shù)法對原始數(shù)據(jù)進行標準化得到隸屬函數(shù)值S(in)(公式[1]),之后利用因子分析篩選出影響果實品質的若干公因子,同時得到各個指標的公因子分值Fm,以每個公因子分值Fm乘以因子分析中相對應的貢獻率Em,最后相加得到綜合得分D[9,15-16]。

相關公式如下:

S(in)=(Xin-Ximin)/(Ximax-Ximin)

式(1)

D=∑[Fm×Em](m=1,2,3,4,…)

式(2)

注:S(in)指第n個樣品第i指標的原始數(shù)據(jù)經(jīng)轉化后的隸屬函數(shù)值;Xin指n個樣品第i指標的原始測定值,Ximax、Ximin分別為所有樣品中第i個指標的最大值和最小值。D為綜合得分,Fm為第m個公因子分值,Em為第m個公因子的方差貢獻率。

2 結果與分析

2.1 不同板栗種質主要營養(yǎng)品質的一般性分析

對16份不同板栗種質的果實進行可溶性糖、直鏈淀粉、支鏈淀粉、粗蛋白、脂肪、P、K、Fe、Mg、Mn、Cu含量的測定,結果如表1所示。

可溶性糖直接影響板栗的口感與風味,而且植物中可溶性糖含量的高低還與植物抗性有關[17],從表1可以看出,大板紅可溶性糖含量高,與其他15種均有顯著差異(p<0.05),且與同為河北地區(qū)的其他4種差異顯著。

淀粉為決定板栗食用品質的主要因素,直鏈淀粉多的淀粉易老化,支鏈淀粉多的淀粉易糊化,直鏈淀粉與支鏈淀粉的比例直接影響到淀粉的產(chǎn)品加工、物化特性[18-19]以及食品口感和蒸煮品質等,從表1可以看出,來自山東的煙清直鏈淀粉含量最高為6.51%與其他15種有顯著差異(p<0.05),且山東地區(qū)種質的直鏈淀粉含量有顯著差異,其他地區(qū)差異不顯著;在支鏈淀粉方面,來自山東的玉豐含量最高為28.75%,且與山東地區(qū)及其他地區(qū)支鏈淀粉含量有顯著差異(p<0.05)。

含水量多少對板栗的貯藏有很大的影響,在含水量方面,來自北京的燕昌含量最高且與其他15種有顯著差異(p<0.05),其他地區(qū)間及同一地區(qū)間含水量差異不顯著,16種板栗含水量在40.18%～49.71%。

蛋白質為人體惟一氮源,其含量多少直接影響到板栗的乳化性、吸水性等[20],在蛋白質含量方面,來自河北的燕寶含量最高且與其他板栗有顯著差異(p<0.05),其他地區(qū)間差異不顯著,16種板栗蛋白質含量在3.29%～4.44%。

在脂肪含量方面,北京的燕昌含量最高為1.58%,與其他板栗存在顯著差異(p<0.05)。

P為構成人體骨骼和牙齒的主要成分,河北的燕寶含P量高且與其他板栗存在顯著差異(p<0.05),其他15種差異不顯著。K的主要作用是維持人體內酸堿平衡、參與能量代謝等,陜西的寸栗含K量高,且差異較顯著(p<0.05)。Fe主要有運輸儲存氧氣、協(xié)助免疫等作用,山東的魯岳早豐含F(xiàn)e量最高為17.28 mg/kg,與其他15種差異較顯著(p<0.05)。Mg有著興奮神經(jīng)的作用、Mn為骨骼的必要物質及人體多種酶的成分、Cu為人體血液的正常成分且含銅金屬酶在人體有著重要的生理功能[21],北京的京早豐在Mg、Mn、Cu含量上最高分別為176.10、13.75、46.77 mg/kg,與其他板栗種質均存在顯著差異(p<0.05)?？傮w來說,各個地區(qū)的板栗種質在營養(yǎng)品質含量上各有所長,并且種質間品質含量差異較為顯著。

表1 不同板栗種質主要營養(yǎng)品質的測定結果
Table 1 Results of nutritional quality of different varieties of chinese chestnut

種質可溶性糖(%)直鏈淀粉(%)支鏈淀粉(%)含水量(%)粗蛋白(%)脂肪(%)燕寶557±041abc447±054ef2598±022f4600±019bcde444±007g096±001bc崔家堡子2399566±038ab200±043a2795±047f4661±080cde377±013cde095±005bc燕龍632±018cdef426±011e2329±037cd4287±037ab336±004ab128±009f塔豐672±006fg501±043f2334±042cd4655±033cde344±008ab083±009ab大板紅761±014h489±011f2246±047bc4018±036a391±009de102±004cd京早豐595±009abcde597±011g2396±019de4296±024ab362±024abcd083±004ab京暑紅723±035g268±011b2402±049de4338±074abc405±021ef103±002cd懷九623±060bcdef394±043de2399±077de4742±093de344±022ab117±013def燕昌555±009a318±010bc2122±073a4971±076f408±011ef158±014g銀豐623±049bcdef418±004e2561±085f4643±060cde404±029ef104±021cde清豐591±023abcde576±032g2323±031cd4868±224e368±003bcd103±007cd玉豐638±041def354±004cd2875±027g4709±086de351±017abc085±005ab魯岳早豐649±006ef265±001b2467±053e4303±153ab329±033a151±011f石豐655±064ef447±011ef2841±003f4803±060e428±009f145±005f煙青572±009abc651±064h2628±031f4785±120e358±005abc078±004a寸栗581±033abcd308±043bc2201±031ab4408±128bcd359±012abc119±001ef種質P(‰)K(‰)Fe(mg/kg)Mg(mg/kg)Mn(mg/kg)Cu(mg/kg)燕寶155±002c782±021cd1445±064abc16100±510bcde708±075c2733±075cd崔家堡子2399114±015ab840±020ef1617±020cd16748±576cde1068±094d3902±065ef燕龍126±003b774±004bcd1453±068abc15700±705abcd737±005c2977±064de塔豐121±006b738±039bc1550±095bc16885±048def923±006d2623±295bcd大板紅113±025ab751±026bc1577±098bc16290±865bcde605±010bc1538±056ab京早豐099±012a779±017bcd1427±060abc17610±253f1375±018e4677±055f京暑紅108±005ab810±023de1413±049ab17468±945e395±038a3062±014de懷九119±002ab894±057f1568±093bc15957±163abcde738±083c3007±041de燕昌115±006ab823±021de1570±089bc16790±666de748±090c2635±050bcd銀豐122±014b673±041a1557±043bc15515±013abcd492±015ab740±035a清豐109±005ab827±025de1478±057abc14402±1106a680±018c2238±086bcd玉豐126±016b846±026ef1290±052a15142±726abc438±010ab2232±002bcd魯岳早豐108±009ab737±032bc1728±013d14915±104ab472±043ab2155±055bcd石豐111±009ab886±031f1345±098a15278±381abcd478±068ab1658±028abc煙青114±006ab723±030ab1473±018abc14697±055ab513±095ab2807±027cde寸栗123±013b930±040g1565±015bc15077±038ab453±068ab2468±066bcd

注:不同肩標小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。

2.2 不同板栗種質主要營養(yǎng)品質間的相關性分析

通過表2看出,可溶性糖與直鏈淀粉、支鏈淀粉、粗蛋白、脂肪、P、K、Fe、Mn、Cu呈負相關,與Mg呈正相關,與含水量呈顯著負相關(p<0.05)。直鏈淀粉與支鏈淀粉、粗蛋白、脂肪、P、K、Fe、Mg呈負相關,與含水量、Mn、Cu呈正相關。支鏈淀粉與脂肪、Fe、Mg、Mn、Cu呈負相關,與含水量、粗蛋白、P、K呈正相關。含水量與Fe、Mg、Mn、Cu呈負相關,與脂肪、P、K呈正相關,與粗蛋白呈顯著正相關(p<0.05)。粗蛋白與Fe、Mn、Cu呈負相關,與脂肪、P、K、Mg呈正相關。脂肪與P、Mg、Mn、Cu呈負相關,與K、Fe呈正相關。P與K、Fe、Mg、Mn、Cu均呈負相關。K與Fe、Mg、Mn呈負相關,與Cu呈正相關。Fe與Mg、Mn呈正相關,與Cu呈負相關。Mg與Mn、Cu呈顯著正相關(p<0.05)。Mn與Cu呈極顯著正相關(p<0.01)。以上相關性分析結果表明,板栗各個營養(yǎng)品質的含量間存在一定的相關關系,既相互聯(lián)系又相互獨立,且存在兩兩含量間的顯著相關性。通過了解營養(yǎng)品質間的內在聯(lián)系,從而為板栗加工產(chǎn)業(yè)的良種篩選提供依據(jù)。

表2 不同板栗種質主要營養(yǎng)品質相關性分析結果
Table 2 Results of correlation analysis of nutrient quality of different varieties of Chinese chestnut

品質指標可溶性糖直鏈淀粉支鏈淀粉含水量粗蛋白脂肪PKFeMgMn直鏈淀粉-0045支鏈淀粉-0105-0077含水量-586?00830283粗蛋白-0436-013303190527?脂肪-0018-0454-026600770141P-0277-0077015301250324-0119K-0192-03510034024015027-0003Fe-0049-0331-0432-0188-0357032-0148-023Mg02-0178-0225-0270126-0168-0145-0070001Mn-03080233-0121-0041-0076-0296-0186-00601020592?Cu-03470005-0048-0088-0016-0285-01960225-0070549?0736??

注:*在0.05水平上的相關性顯著。**在0.01水平上的相關性顯著。

表3 不同板栗種質營養(yǎng)品質的因子分析結果
Table 3 Results of factor analysis of nutrient quality of different varieties of chinese chestnut

品質指標因子1因子2因子3因子4因子5因子6共同度可溶性糖-0117-0479013600190077-02070922直鏈淀粉-00501740001-05570108-0328092支鏈淀粉-0024-005904680142-020102370702含水量-00560466-0006-00480136-01460777Mn03520107-0097-01080019-00010875Cu0369004201030133-0154-00190915粗蛋白00040039-0037-0034071800450909脂肪-01390132-0296024102-024082Mg0336-0202-0052007603600280934Fe00040024-0480022-02040272086K0044012702170442-0016-03030786P-000200270003001005707020769方差貢獻率(%)20654155521457614098106699362-累計貢獻率(%)20654362065078264887554884911-權重系數(shù)024301830172016601260110-

2.3 不同板栗種質營養(yǎng)品質的因子分析

結合由隸屬函數(shù)標準化后因子載荷矩陣(表3)以及變量的含義,可看出公共因子F2在直鏈淀粉可溶性糖和含水量上的載荷值較大,其(權重系數(shù)=各個公共因子的方差貢獻率/84.911%);公共因子F3在支鏈淀粉和脂肪上的載荷值較大,方差貢獻率為14.576%,權重系數(shù)為0.172;公共因子F4在直鏈淀粉上載荷值較大,方差貢獻率為14.098%,權重系數(shù)為0.166;公共因子F5在粗蛋白和Mg上載荷值較大,方差貢獻率為10.669%,權重系數(shù)為0.126;公共因子F2、F3、F4、F5均為果實中重要的碳水化合物,可稱為板栗營養(yǎng)品質的功能因子。公共因子F1在Mn和Cu上、公共因子F6在P和Fe上的載荷值均較大,方差貢獻率分別為20.654%、9.362%,權重系數(shù)分別為0.243、0.110,公共因子F1、F6均為礦質元素及微量元素,可稱為板栗營養(yǎng)物質的輔助因子。通過表3還可得出前6個公共因子的累積貢獻率為84.911%,說明前6個因子的品質信息占總體信息的84.911%,且前6個公共因子對12個營養(yǎng)品質指標的貢獻范圍為0.702～0.934。

在板栗營養(yǎng)品質評價方面,諸多研究者采用等距分級評價法[7]、模糊數(shù)學法[8]等方法進行評價,但這些方法的主觀性強、多個因素共同影響,常常導致選育工作的繁瑣復雜,增加了選育結果的不確定性。而本研究中的因子分析是把類似因子歸類到一個具有代表性的公共因子中,減少了指標數(shù)量,使得品質評價中各個指標的功能作用更加直觀。該評價方法相較其他方法,不單單只是研究各指標單方面的作用,而是對這些指標間的交互作用也深入研究,使得評價結果更具客觀性與合理性。通過對各個公共因子合理的解釋,結合各個營養(yǎng)品質在6個公共因子上的得分和綜合得分,就可對不同板栗種質的各個營養(yǎng)品質的重要性進行綜合評價。本文對板栗營養(yǎng)品質綜合評價引入隸屬函數(shù)值與因子分析相結合的評價方法,確定每個公共因子的權重和方差貢獻率,將多個變量整合為具有代表性的功能因子和輔助因子,使得營養(yǎng)品質每個評價影響因子的重要性更直觀,利用各個品質因子的隸屬函數(shù)轉化載荷值與方差貢獻率計算得出營養(yǎng)品質的綜合得分進而綜合評價。目前利用因子分析進行良種資源選育已得到廣泛選育,如龍眼[22]、灰棗[15]、甘薯[9]、設施桃[23]等。此外,還應繼續(xù)完善板栗品質綜合評價體系,應用其他評價方法如灰色系統(tǒng)理論[24]等,完善體系并注入新內涵。

表4 不同板栗種質營養(yǎng)品質綜合評價
Table 4 Comprehensive evaluation of nutritional quality of different varieties of Chinese chestnut

種質因子1因子2因子3因子4因子5因子6綜合得分排序燕寶04340539-0099-00560827025202634崔家堡子239903500353002606300341056203091燕龍02480119-0014011104650121014410塔豐10320182-015400000541-000202772大板紅0337-0344-0164-01050436-0184000716京早豐01250374-0198013300930307011314京暑紅0239-0091-0358011801650389005415懷九02240351-017902560603002801787燕昌06940663-046402250445007002653銀豐044601890134-01420436-007001618清豐018905550021-01520541-0318013511玉豐-012202890264011103800146012812魯岳早豐0552-0186021102830356017002105石豐03880425020800870196-013001976煙青008404740240-038104640055012713寸栗03050261-033202160708-000101619

2.4 不同板栗種質營養(yǎng)品質的綜合評價

通過因子分析,得到各個指標的公因子得分,再根據(jù)其方差貢獻率,可以建立板栗營養(yǎng)品質評價的數(shù)學模型:Fy=(20.654F1+15.552F2+14.576F3+14.098F4+10.669F5+9.362F6)/100,由此得出16份不同板栗種質營養(yǎng)品質的綜合評價得分。由表4可看出16份板栗種質的營養(yǎng)品質存在顯著的差異,其中以河北遷西‘崔家堡子2399’的綜合得分最高,說明遷西特有的環(huán)境條件對其品質的優(yōu)良具有一定的優(yōu)勢,且河北地區(qū)綜合排名差異顯著,排名有前有后。山東和北京地區(qū)的綜合排名差異相對不明顯,綜合得分甚至存在高于‘大板紅’、‘燕龍’等的種質,排名等級前后參半。此外,板栗營養(yǎng)品質綜合評價中,功能因子如支鏈淀粉、含水量、粗蛋白等對綜合評價影響較大,而輔助因子如礦質元素等相對影響較小。

3 結論

本研究先對16份供試板栗種質的果實營養(yǎng)品質指標進行一般性分析和相關性分析,之后通過隸屬函數(shù)法將原始數(shù)據(jù)進行標準化后再進行因子分析,結合品質綜合評價模型Fy,最后得到綜合評價分值進行綜合排名。該評價方法客觀性強、直觀性強,解決了不確定因素影響評價適當與否的問題。綜合評價結果表明,16份供試板栗種質的果實營養(yǎng)品質均存在一定差異,綜合排名最高為遷西‘崔家堡子2399’,綜合得分中河北地區(qū)差異最明顯,山東、北京地區(qū)相對差異一般,影響板栗營養(yǎng)品質綜合評價的兩個關鍵因子依次為功能因子(如直鏈淀粉、支鏈淀粉、含水量、蛋白質等)和輔助因子(脂肪、礦質元素等)。本研究為板栗營養(yǎng)品質綜合評價體系引入了新思路,使之得到進一步完善。

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Analysis on the nutritional characters and comprehensive evaluation of 16 chestnut germplasm resources

LU Chao,GUO Su-juan*

(Key Laboratory for Silviculture and Conservation of Ministry of Education,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China)

In order to establish a highly efficient chestnut nutrition quality evaluation method and provide the basis for screening of Chinese chestnut excellent germplasm resources,the method of factor analysis combined with membership function was adopted in this paper. 16 chestnut resources were set as the research object in different regions,which were introduced and grafted to Qianxi Hebei. Determination and analysis of the 12 main nutritional quality indicators was measured to explore the main factors affecting the nutritional quality of Chinese chestnut,then calculated the comprehensive value,and evaluated the nutritional quality of chestnut. Qianxi Hebei ‘Cuijiabuzi 2399’ gained comprehensive score highest scores. Qianxi’s unique soil and climate conditions on the growth and development of chestnut had a certain advantage. And functional factors such as soluble sugar,starch,moisture content,crude protein factors and fat had great influences on the comprehensive evaluation,and the impact of auxiliary factors such as mineral elements were relatively small.

Chestnut;nutritional quality;correlation;factor analysis;comprehensive evaluation

2016-06-03

路超(1990-)，女，在讀碩士研究生，主要從事經(jīng)濟林(果樹)栽培與利用理論與技術研究，E-mail:lc31640@163.com。

*通訊作者:郭素娟(1965-)，女，博士，教授，主要從事經(jīng)濟林(果樹)栽培與利用理論與技術研究，E-mail:gwangzs@263.net。

“十二五”國家科技支撐計劃專項( 2013BAD14B0402)；國家林業(yè)公益性行業(yè)科研專項重大項目( 201204401)資助。

TS201.4

A

1002-0306(2016)23-0257-06

10.13386/j.issn1002-0306.2016.23.059