甘蔗品種蔗汁礦物質(zhì)元素含量分析

樊麗娜，何慧怡，勞方業(yè)，陳勇生，余構彬，齊永文

（廣東省科學院生物工程研究所/國家糖業(yè)檢測檢驗中心，廣州 510316）

0 引言

甘蔗是一種重要的糖料作物，蔗汁中含有蔗糖、果糖、葡聚糖、氨基酸以及鐵、鈣、磷、錳、鋅等人體必需的微量元素，具有豐富的營養(yǎng)價值[1-3]。以蔗汁與檸檬[4]、百香果[5]、白茅根[6]、馬蹄[7]等多種植物開發(fā)出了一系列產(chǎn)品。但是，不同甘蔗品種蔗汁中的糖、氨基酸、礦物質(zhì)元素等品質(zhì)性狀上具有顯著差異，影響蔗汁的加工性能。楊翠鳳等[8]對18份甘蔗種質(zhì)的品質(zhì)性狀進行了分析，蔗汁中蔗糖分最低的為7.4%，最高的為17.42%，二者相差了1.35 倍。揭平權等[9]對24 份甘蔗種質(zhì)研究表明，甘蔗中的氨基酸含量介于0.1%～0.6%，含量最高的品種是最低品種的6倍。趙勇等[3]對11份甘蔗種質(zhì)中的鐵、鋅、硒進行檢測，不同甘蔗品種蔗汁中Fe、Zn和Se平均含量存在顯著差異，且變異廣泛，變異系數(shù)為21.89%～41.45%。楊華峰[10]采用頂空-固相微萃?。℉SSPME）與氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）的方法，分析了‘桂糖00-122’、‘新臺糖22 號’、‘粵糖00-236’等6個甘蔗品種蔗汁中的揮發(fā)性化合物，共檢測出醇類、醛酮類、酯類、萜烯類、酸類和硫化物等揮發(fā)性化合物40種。6 個甘蔗品種蔗汁中的揮發(fā)性化合物含量為22.54～108.48 mg/L，不同品種間的差異達到4.8 倍。已有研究表明，不同甘蔗品種的蔗汁在營養(yǎng)元素含量上存在著豐富的遺傳變異，因此，可根據(jù)不同產(chǎn)品的加工需求選擇合適的品種。

廣東是我國重要的食品及飲料工業(yè)區(qū)域，也是我國重要的甘蔗主產(chǎn)區(qū)，甘蔗年種植面積在13 萬hm2以上，蔗汁作為原料已經(jīng)廣泛應用到多種涼茶類飲料之中[11-12]。韶關市翁源縣地處粵北地區(qū)，是傳統(tǒng)的甘蔗種植區(qū)域，本研究對來自廣東翁源蔗區(qū)的12 個主栽品種在鐵、鋅、硒、鎂、鈣等重要礦物質(zhì)元素上的含量進行分析，分析當?shù)仄贩N在微量元素上的含量分布，為蔗汁在飲料及相關產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料共包括12 份廣東地區(qū)的主栽甘蔗品種，分別為‘粵糖00-236’、‘新臺糖22 號’、‘粵糖09-13’、‘粵糖94-128’、‘粵糖08-196’、‘粵糖93-159’、‘粵糖03-393’、‘粵選1 號’、‘贛14’、‘粵引8 號’、‘YCE07-71’、‘Badila’。試驗材料種植于韶關市翁源縣東三村（北緯24.319°，東經(jīng)113.975°）。在12 月份甘蔗成熟期統(tǒng)一取樣，每個品種每次取6株混合榨汁，從混合蔗汁中取50 mL進行礦物質(zhì)含量分析，3次重復。

1.2 試驗方法

甘蔗汁中礦物質(zhì)元素檢測參考劉維明等[13]方法進行，先將甘蔗汁搖勻，用錐形瓶稱量10 g，加入硝酸5 mL，置于電熱板上加熱，待冒煙時適時晃動甘蔗汁。如發(fā)現(xiàn)蔗汁變得粘稠時，加入2 mL 硝酸，并不時晃動，直到蔗汁變得澄清透明，冷卻后以超純水定容至50 mL。以超純水做空白對照。采用ICP-MS 7700x 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國Agilent Technologies公司）測定Ca、Mg、S、Si、Fe、Zn、Se、Co、Mo等元素含量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Excel 2013對試驗數(shù)據(jù)進行整理,利用SPSS 13.0進行元素間的含量相關分析與聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同甘蔗品種中中量礦物質(zhì)元素含量

試驗結果（表1）表明，12 個甘蔗品種Ca、Mg、S、Si 四種礦物質(zhì)元素含量皆表現(xiàn)出顯著的遺傳多樣性，不同品種間具有較大差別。其中在Mg 元素上，12 個品種的平均含量為44.34 mg/kg。果蔗品種‘Badila’的含量最高為68.96 mg/kg，其次為‘粵糖00-236’和‘粵糖08-196’，Mg含量分別為60.04 mg/kg和58.70 mg/kg，含量最低的為甘蔗品系‘粵糖09-13’，含量為30.39 mg/kg。

表1 不同甘蔗種質(zhì)的Mg、Si、Ca、S 元素含量分析（mg/kg）Table 1 The elements contents of Mg,Si,Ca and S in different sugarcane varieties

12 個品種蔗汁中Si 平均含量為26.58 mg/kg，其中果蔗品種‘Badila’的含量最高為41.93 mg/kg，其次為‘粵引8 號’（33.21 mg/kg）和‘新臺糖22 號’（32.07 mg/kg），含量較低的為‘粵糖09-13’（17.24 mg/kg）、‘YCE07-71’（18.28 mg/kg）、‘粵糖94-128’（19.68 mg/kg）。甘蔗蔗汁中的Ca 含量高于Mg 和Si 的含量，平均含量為58.40 mg/kg，品種之間的差別非常顯著，Ca 含量高的3 個品種依次為‘粵糖08-196’、果蔗品種‘Badila’、‘粵糖00-236’，含量較低的品種為‘新臺糖22 號’、‘粵糖93-159’；含量最高的品種‘粵糖08-196’（117.25 mg/kg）是含量最低品種‘新臺糖22號’（25.80 mg/kg）的4.5 倍。甘蔗蔗汁中的S含量較其他元素高很多，所有品種的含量都在100 mg/kg 以上，含量較高的3 個品種是‘粵糖00-236’、‘新臺糖22 號’、‘粵糖09-13’。含量較低的3個品種是‘YCE07-71’、‘粵選1號’、果蔗‘Badila’。

2.2 不同甘蔗品種的微量元素含量

測定了12 個品種蔗汁Fe、Zn、Se、Co、Mo 五種微量元素的含量（表2）。其中Fe、Zn 的平均含量在0.1 mg/kg 以上，Se、Co、Mo 三種元素的含量在0.1 mg/kg 以下。Fe 含量較高的3 個品種依次為‘粵糖08-196’、‘粵糖00-236’、果蔗品種‘Badila’，這3個品種的Fe含量都在1.0 mg/kg以上；含量較低的品種為‘粵糖93-159’、‘贛14’、‘新臺糖22 號’。Zn 含量較高的品種為‘粵選1 號’、‘粵糖93-159’、‘粵糖00-236’，含量都在0.5 mg/kg以上，含量較低的品種為果蔗品種‘Badila’、‘新臺糖22號’、‘粵糖94-128’。

表2 不同甘蔗種質(zhì)的Fe、Zn、Co、Se、Mo 元素含量分析（μg/kg）Table 2 The elements contents of Fe,Zn,Co,Se and Mo in different sugarcane accessions

12個品種的蔗汁中Se平均含量為50.9 μg/kg，‘粵糖60’、‘粵引8號’、‘粵糖94-128’的含量最高，分別為71.0、64.6、58.4 μg/kg，‘粵糖09-13’、‘YCE07-71’和果蔗‘Badila’的Se 含量較低，果蔗‘Badila’的Se 含量為17.2 μg/kg，只有‘粵糖03-393’的24.2%，品種間差異極為顯著。甘蔗品種Co、Mo的含量都在3.0 μg/kg 左右，其中Co含量較高的品種為‘YCE07-71’、‘粵選1號’、果蔗‘Badila’。Mo含量較高的品種為‘粵糖09-13’、‘粵糖94-128’、‘粵糖00-236’和‘粵糖08-196’。

2.3 不同甘蔗品種礦物質(zhì)元素的相關性

對12個甘蔗品種礦物質(zhì)元素含量進行了相關性分析，不同元素間的相關性存在著顯著差別，Ca、Mg、Fe三種元素的含量呈顯著正相關（表3），其他元素之間的相關性都沒有達到顯著水平。總體看來，礦物質(zhì)元素Mg、Si、Ca、S、Fe、Zn 之間大部分是正相關，只有Zn 和Si之間是負相關，而且負相關系數(shù)很低（-0.084）沒有達到顯著水平。低微量元素Co、Se、Mo 和其他含量較高的微量元素以及中量元素之間往往是負相關關系，如Co 和Fe、Ca 外，和其他7 種元素都是負相關；Se 和S、Zn 是正相關，和其他8 種元素都是負相關；Mo 和Mg、Ca、S、Zn是正相關，和其他4種元素都是負相關。

表3 不同礦物質(zhì)元素含量間的相關性分析Table 3 Correlation analysis of different mineral element contents

2.4 不同甘蔗品種礦物質(zhì)元素含量的聚類分析

根據(jù)礦物質(zhì)元素含量，采用系統(tǒng)聚類法，用歐式距離可變類平均法對12 個品種進行聚類分析（圖1），結果表明12 個品種可分為4 類，其中‘贛14’、‘粵糖03-393’、‘粵糖93-159’和‘粵選1 號’聚為1 類；‘粵糖08-196’、‘粵糖09-13’、‘新臺糖22號’、‘粵引8號’聚為一類；‘YCE07-17’和‘粵糖00-236’單獨聚為一類。

圖1 基于礦物質(zhì)元素含量的甘蔗品種聚類分析Fig. 1 Cluster analysis of sugarcane varieties based on mineral element content

如表4 所示，在4 個類群中，第四類的Mg、Ca、S、Fe、Zn、Se、Mo 七種元素含量都是最高，屬于高含礦物質(zhì)元素的品種。第3 類在Mg、Si、S、Mo 四種元素的含量都最低，其他元素含量與第1 和第2 類的平均值相當，屬于低礦物質(zhì)元素含量的品種。第1類和第2類都包含了多個品種，屬于中富含礦物質(zhì)元素的品種。

表4 各類群9種礦物質(zhì)元素含量（mg/kg）Table 4 Contents of nine elements in different groups（mg/kg）

3 討論與結論

蔗汁既是常用的飲料工業(yè)原料之一，也可作為飲品直接食用[6,14-15]。甘蔗蔗汁中的礦物質(zhì)元素含量與其加工性能和產(chǎn)品的質(zhì)量有一定的關系，不同的加工用途對品種的要求也不相同[16-18]，分析甘蔗蔗汁礦物質(zhì)含量對于蔗汁產(chǎn)品的加工與開發(fā)有重要的指導意義。本研究對廣東地區(qū)種植的‘粵糖00-236’、‘新臺糖22號’、‘粵糖09-13’等12個甘蔗品種在Mg、Si、Ca、S、Fe、Zn、Se、Co、Mo九種元素的含量進行分析，結果表明蔗汁含有豐富的礦物質(zhì)元素，Mg、Si、Ca、S 四種元素的含量都在10 mg/kg 以上，而且，Ca、Mg、Fe 三種元素含量之間達到了顯著正相關水平，說明甘蔗對這幾種元素具有協(xié)同吸收的效應，而且這種效應受到遺傳控制。

本研究鑒定出在礦物質(zhì)元素含量上具有高吸收能力的品種，如高Mg 和Ca 含量的品種均為果蔗品種‘Badila’、‘粵糖00-236’和‘粵糖08-196’；高Se 含量的品種為‘粵糖03-393’、‘粵引8 號’和‘粵糖94-128’。果蔗品種‘Badila’是以鮮食為主的甘蔗品種[19]，本研究發(fā)現(xiàn)果蔗品種‘Badila’在Mg、Si、Ca、Fe 等元素上都具有較高的含量，皆排在試驗品種的第一位或者第二位，而Se元素的含量為所有品種最低。果蔗‘Badila’之所以能夠幾十年來一直成為最主要的鮮食品種，可能跟其在這些有益元素上的含量有關?！甕CE07-71’是以甘蔗近緣屬植物斑茅與甘蔗栽培種雜交選育而來的一個新品種，本研究發(fā)現(xiàn)該品種在礦物質(zhì)中除Co外含量皆較低，不適宜飲料加工用途?？傊狙芯客ㄟ^對12 個甘蔗品種的9 種礦物質(zhì)含量分析，揭示了不同品種的蔗汁在礦物質(zhì)含量上的差異，本項研究今后可為根據(jù)飲料加工特性選擇合適甘蔗品種提供重要的參考。