吐魯番市13個品種桑樹葉的營養(yǎng)和活性成分分析與評價

郭紅梅，梁 雎，劉志剛，李海峰，胡西旦·買買提，任紅松

（新疆農業(yè)科學院吐魯番農業(yè)科學研究所，新疆 吐魯番 838000）

桑葉是桑科（Moraceae）桑屬（MorusL）桑樹（Morus albaL）[1]的樹葉，富含人體所需的多種營養(yǎng)成分和生物活性成分，具有降血壓、抗衰老、防癌、降血糖、抑制血脂增高等多種生物學活性[2]，被我國衛(wèi)生部列入“藥食同源”目錄[3]。吐魯番市具有光照強、晝夜溫差大等獨特的氣候特點，使桑葉營養(yǎng)成分和生物活性物質的存在形式表現出特異性風格[4]，為桑葉產品的開發(fā)利用提供了豐富的資源。

目前，對吐魯番市桑葉營養(yǎng)和活性成分含量的研究很少，只在測定新疆整體的桑葉營養(yǎng)和活性物質含量時有所涉及。孫蓮等[5]測定比較了吐魯番等地的桑葉中水溶性維生素含量。易新萍等[6]測定了吐魯番等地桑葉中10種微量元素的含量。

本文選取吐魯番市主要桑樹品種的桑葉為試驗材料，測定不同品種桑葉的總酚、生物堿、總多糖、γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid,GABA）、花青素、β-胡蘿卜素、黃酮苷、褪黑激素、類黃酮、VC、游離氨基酸、葉綠素和可溶性固形物的含量。采用主成分分析和聚類分析方法比較不同桑樹品種間桑葉的營養(yǎng)和活性物質含量的差異，對各品種進行綜合品質評價，旨在篩選出適合桑葉藥食用途開發(fā)的桑樹品種。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

桑葉：5個當地桑樹品種和8個引進品種（詳情見表1）。采收日期為2019年9月，采摘部位為第2～4位葉片，于晴朗天氣上午9—10點采摘。

表1 13個供試桑樹品種資源信息Table1 Information about 13 mulberry cultivars tested in thisstudy

蒽酮、硫酸、鹽酸、甲醇，北京化工廠產品；無水乙醇，天津市北聯精細化學品開發(fā)有限公司產品；抗壞血酸，天津市天新精細化工開發(fā)中心產品；磷酸二氫鉀、磷酸二氫鈉、氯化亞錫、丙酮，天津市致遠化學試劑有限公司產品；石油醚、無水氧化鋁、氫氧化鉀、磷鎢酸、碳酸氫鈉、檸檬酸，天津永晟精細化工有限公司產品；鉬酸銨、水合茚三酮、兒茶酚、鉬酸鈉、大孔樹脂、哌碇、香蘭素、硼酸、三氯化鋁、γ-氨基丁酸、蘆丁、雷氏鹽、重蒸酚，上海麥克林生化科技有限公司產品；類黃酮，北京百奧萊博科技有限公司產品；以上所有試劑均為國產分析純。

1.1.2 儀器與設備

UV754N型紫外可見分光光度計，上海精密科學儀器有限公司；3K15型離心機，德國海因克爾干燥與分離集團；DHG-9070型電熱恒溫干燥箱，上海鴻都電子科技有限公司；DZKW-S-4型電熱恒溫水浴，北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；JA1203B型電子天平，上海菁海儀器有限公司；TLG-01型樣品粉碎機，北京天利恒誠科技有限公司；EL-PH7.0型PH計，廈門恩萊自動化科技有限公司；LH-B55型數顯折光儀，杭州陸恒生物科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 不同品種桑葉營養(yǎng)物質和活性物質含量的測定

可溶性固形物含量：參照GB 12295—1990《水果、蔬菜制品可溶性固形物含量的測定——折射儀法》[7]中規(guī)定的方法測定；葉綠素含量：采用乙醇比色法[8]測定；VC含量：參照GB/T 5009.86—2016《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》[9]中規(guī)定的方法測定；游離氨基酸含量：參照GB/T 8314—2013《茶 游離氨基酸總量的測定》[10]中規(guī)定的方法測定；β-胡蘿卜素含量：參照譚小秋等[11]的方法測定；總酚含量：參照GB/T 8313—2018《茶葉中茶多酚和兒茶素類含量的檢測方法》[12]規(guī)定的方法測定；總多糖含量：采用蒽酮比色法[13]測定；生物堿含量：采用雷氏鹽比色法[14]測定；類黃酮和花青素含量：參照梁燕梅[15]的方法測定；γ-氨基丁酸含量：參照夏玉玲等[16]的方法測定；黃酮苷含量：采用硼酸—檸檬酸比色法[17]測定；褪黑激素含量：參照楊學東等[18]的方法測定。

1.2.2 數據統計與分析

利用隸屬函數法[19]對原始數據進行歸一化處理，消除不同指標間量綱差異，公式如下。

式中：Xij為第i個樣品第j個指標的檢測值，max Xij和min Xij分別為第i個樣品第j個指標的最大值和最小值，Yij為經轉化后的隸屬函數值。將各指標含量的隸屬函數值作為主成分分析和聚類分析的原始值代入進行綜合評價。

使用SPSS19.0進行相關系數分析、主成分變量提取和系統聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同品種桑葉營養(yǎng)物質含量比較

由表2可知，13個不同品種桑葉營養(yǎng)物質含量存在一定程度的差異。本試驗采用變異系數來比較不同指標數據的變異情況。如果變異系數大于10%，說明品種間差異較大；變異系數小于10%，說明品種間差異較小[19-20]。桑葉可溶性固形物含量分布在16.76%～28.64%，平均含量為23.55%，變異系數為16.12%，品種間的差異較大；桑葉中葉綠素含量分布在8.94～17.74 mg/g，平均含量為13.00 mg/g，變異系數為21.82%，品種間的差異較大；桑葉中VC含量分布在0.16～0.27 mg/g，平均含量為0.20 mg/g，變異系數為14.13%，品種間的差異較大；游離氨基酸含量分布在2.60～4.45 mg/g，平均含量為3.37 mg/g，變異系數為18.30%，品種間的差異較大；桑葉中β-胡蘿卜素含量分布在4.21～7.09 mg/g，平均含量為5.72 mg/g，變異系數為18.65%，品種間的差異較大。

2.2 不同品種桑葉活性物質含量比較

由表3可知，13個不同品種桑葉活性物質含量存在一定程度的差異。桑葉總酚含量分布在4.47～8.04 mg/g，平均含量為6.50 mg/g，變異系數為19.25%，品種間的差異較大；桑葉總多糖含量分布在3.93～6.14 mg/g，平均含量為4.89 mg/g，變異系數為15.00%，品種間的差異較大；桑葉生物堿含量分布在0.76～1.36 mg/g，平均含量為1.09 mg/g，變異系數為19.26%，品種間的差異較大；桑葉中類黃酮含量分布在3.18～5.09μg/g，平均含量為4.21μg/g，變異系數為16.41%，品種間的差異較大；桑葉花青素含量分布在0.59～1.06 mg/g，平均含量為0.83 mg/g，變異系數為20.41%，品種間的差異較大；桑葉γ-氨基丁酸含量分布在2.71～4.37 mg/g，平均含量為3.56 mg/g，變異系數為15.41%，品種間的差異較大；桑葉黃酮苷含量分布在1.92～3.71 mg/g，平均含量為2.79 mg/g，變異系數為22.24%，品種間的差異較大；桑葉褪黑激素含量分布在52.40～93.33 ng/g，平均含量為70.28 ng/g，變異系數為19.70%，品種間的差異較大。

表3 不同品種桑葉活性物質含量比較Table3 Functional componentsin leavesfromdifferent mulberry varieties

2.3 不同品種桑葉物質含量的主成分分析

桑葉中的營養(yǎng)物質和活性物質繁多復雜，利用主成分分析法可以準確地評價不同品種的綜合品質。首先采用平均隸屬函數法，將測定的桑葉營養(yǎng)物質和活性物質含量進行數據標準化處理，得到轉化后的隸屬函數值見表4。將轉化后的隸屬函數值代入，對13個指標進行主成分分析，得到5個主成分的特征值及貢獻率，見表5。表中第1因子中起主要作用的為可溶性固形物、VC、褪黑激素、β-胡蘿卜素；第2因子中游離氨基酸和總酚的載荷值較大；第3因子中載荷值較大的為γ-氨基丁酸、β-胡蘿卜素；第4因子載荷值較大的為類黃酮和總多糖；第5因子載荷值較大的為黃酮苷。由表5可知，前5個主成分的累計貢獻率已達82.18%，表明前5個特征值能夠代表原來13個品質指標的主要信息，能夠作為綜合品質指標的主成分。

表5 13個品種桑樹葉品質指標的主成分分析Table5 Principal component analysisof theleavesfrom13 mulberry cultivars

根據各指標貢獻率及特征值可以算出各特征向量。即特征向量（a）=各主成分（X）/對應的特征值（E），計算得到桑葉品質指標相關矩陣的特征向量a1、a2、a3、a4、a5。

由表6可知，以前5項主成分建立桑葉品質綜合評價模型，由桑葉綜合品質的特征向量導出5個主成分（F1、F2、F3、F4、F5）及綜合得分（F），函數表達式為：

表6 13個不同品種桑葉品質的綜合分析Table 6 Comprehensiveanalysisof the leaves from13 mulberry cultivars

F1=0.14X1-0.024X2-0.162X3-0.214X4+0.183X5-0.039X6-0.009X7+0.2X8+0.091X9+0.237X10+0.2X11-0.011X12-0.189X13

F2=0.123X1+0.274X2-0.105X3+0.085X4-0.068X5-0.187X6+0.135X7+0.138X8-0.325X9+0.051X10+0.115X11-0.232X12+0.203X13

F3=0.215X1+0.233X2-0.234X3+0.287X4+0.236X5+0.224X6+0.18X7-0.037X8+0.047X9+0.019X10-0.209X11+0.225X12-0.05X13

F4=0.403X1-0.026X2+0.365X3+0.102X4-0.014X5+0.208X6-0.215X7+0.228X8+0.213X9+0.163X10-0.183X11-0.276X12+0.2X13

F5=0.012X1-0.317X2+0.085X3+0.136X4-0.273X5-0.165X6+0.547X7+0.065X8+0.107X9+0.311X10-0.064X11+0.293X12+0.17X13

F=0.250F1+0.191F2+0.161F3+0.115F4+0.104F5

利用該函數計算13個品種桑葉的品質綜合得分，并進行排序，結果見表7。由表7可知，13個品種桑葉的綜合評分結果為：藥桑＞無核大10＞黑桑＞白桑＞臺灣長果＞育711＞嘉陵30＞龍桑1號＞大青條＞強桑1號＞粉桑＞公桑＞選792，說明從營養(yǎng)及活性物質的主成分分析角度來看，藥桑具有更高的價值。

表7 不同品種桑樹葉的綜合評價結果Table 7 Comprehensive evaluation results of the leaves from different cultivars

2.4 不同品種桑葉品質特性的聚類分析

13個品種桑樹葉的營養(yǎng)和活性物質含量聚類分析結果如圖1所示。以18.3為闕值，13個品種可以分成5類：第1類有黑桑、無核大10、臺灣長果、選792，特點是生物堿和β-胡蘿卜素含量較高，游離氨基酸含量較低；第2類有公桑、大青條、白桑、強桑1號，特點是可溶性固形物含量較高，β-胡蘿卜素和花青素含量較低；第3類為育711，特點是總多糖、花青素、游離氨基酸含量較高，總多酚、β-胡蘿卜素和VC含量較低；第4類有粉桑、龍桑1號、嘉陵30，特點是總多酚和γ-氨基丁酸含量較高，花青素和褪黑激素含量較低；第5類為藥桑，特點是類黃酮、總多酚、β-胡蘿卜素、黃酮苷、可溶性固形物、褪黑激素、VC、游離氨基酸的含量較高，總多糖、γ-氨基丁酸、花青素、生物堿、葉綠素的含量較低?？芍煌贩N桑樹葉的物質含量有一定程度的差異，開發(fā)利用時應注意選取合適的品種。

圖1 不同品種桑葉物質含量聚類分析圖Fig.1 Dendrogramfromcluster analysis of leavesfrom different mulberry cultivars

3 討論

桑葉的營養(yǎng)和活性物質含量主要受品種、區(qū)域、栽培條件、采收季節(jié)、樹齡、葉位等方面的影響，其中品種是主要影響因素[21-22]。本文桑葉營養(yǎng)成分與活性成分與張麗麗等[23]及何雪梅等[24]的研究結果基本一致，但也存在一些差異。原因可能與產地和氣候條件等因素造成植物次生長代謝產物的多型性有關。

以γ-氨基丁酸為例，本文中桑葉γ-氨基丁酸含量分布在2.71～4.37 mg/g，高于王瑞嫻等[25]已報道的在內地栽培的桑樹。原因為γ-氨基丁酸是一種與逆境脅迫有關的非蛋白氨基酸，吐魯番市的極端干燥高溫氣候使植物體產生了強烈的逆境脅迫，致使γ-氨基丁酸含量顯著增高[26]。敬成俊等[27]測定了不同產地不同品種的冬桑葉中總多糖含量為5.75～25mg/g，與本研究測定的總多糖含量（3.93～6.14 mg/g）比較，存在較大差異。原因是其測定的桑葉來源于不同國家和地區(qū)，這表明桑葉總多糖含量受到不同區(qū)域的影響。

4 結論

桑葉作為一種藥食兩用的植物資源，具有很高的開發(fā)利用價值。本試驗定量分析了吐魯番市不同品種桑樹葉的營養(yǎng)和活性物質含量，結果表明，所試品種桑葉中營養(yǎng)和活性物質豐富，不同品種物質含量存在一定程度的差異。以主成分分析綜合得分為桑葉品質評判標準，發(fā)現藥桑、無核大10、黑桑、白桑、臺灣長果等品種桑葉品質較佳，是適合桑葉產業(yè)化開發(fā)的桑樹品種。