粉葛資源營養(yǎng)品質(zhì)綜合分析

李桂花，符 梅，羅文龍，駱善偉，郭巨先

（廣東省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所/廣東省蔬菜新技術(shù)研究重點實驗室，廣東 廣州 510640）

【研究意義】粉葛〔Pueraria lobata（Willd.）Ohwi〕屬于豆科多年生落葉類藤本植物。據(jù)《中國藥典》記載，野葛根部具有很大的藥用價值。葛也是一種對環(huán)境耐受性很強的植物，除了高山荒原等極端氣候區(qū)域，在我國的許多地方都具有品種豐富的葛屬植物資源，其中主要種植產(chǎn)地分布在兩廣地區(qū)和江西［1-2］、湖南、云南［3］等南方省份，多數(shù)北方省份如山西?。?］等，分布則以野生葛資源為主。粉葛在中華傳統(tǒng)社會中就是典型的藥食同源食物［5］，在民間素有“南葛北參”“亞洲山人參”之美譽。早在漢代，我們的祖先就已經(jīng)有食用粉葛的記載，并且粉葛不僅很早就被食用，而且還是重要的中藥材和纖維材料。在1998年，國家衛(wèi)生部正式把粉葛列入“藥食兩品”名錄［6］。從中醫(yī)理論來說，葛以塊根入藥名為粉葛，具有解肌退熱，生津，以及升陽止瀉等功能。曾明［7］利用動物實驗證明粉葛在降血糖方面具有顯著功效，這為推進粉葛在糖尿病以及其并發(fā)癥的臨床運用以及新藥的開發(fā)提供理論依據(jù)。比如，彭月欣對粉葛的深度加工進行了研究，并研發(fā)了一款新型的葛全粉仙草凍［8］。另外，粉葛開出的花也具有一定的利用價值，加工而成的葛花茶具有解酒及醒酒之功效［9］；周長波［10］和馮娜［11］對葛花在解酒保健飲料領(lǐng)域中的相關(guān)開發(fā)利用進行了研究，同時發(fā)現(xiàn)葛花還有美容抗氧化等效果。綜合來說，葛屬植物從根、藤到花、葉等全部部位在工業(yè)、醫(yī)藥等行業(yè)都具有很高的研究利用價值和生態(tài)價值，同時還有極高的經(jīng)濟價值［12］。【前人研究進展】在目前情況下，周雪嫄野［13］指出國內(nèi)粉葛面臨的一些問題，雖然在南方地區(qū)粉葛種植規(guī)模相對較大，但其中也存在較多的問題。如栽培管理水平較為粗放、種植品種單一化程度高、缺乏產(chǎn)品的深度加工使得產(chǎn)品附加值低，農(nóng)民收入不高［14］。其中比較棘手的問題就是大眾對粉葛的了解程度不高，國內(nèi)外對粉葛的深入研究相對較少等原因，僅見馬喜玲等［15］在江西省上饒地區(qū)對4 個當?shù)馗鹌贩N進行了主要營養(yǎng)成分與葛生長年限之間關(guān)系的分析得出多數(shù)營養(yǎng)成分隨時間推移而積累，未見其他報道。

【本研究切入點】因此有必要收集更多的品種進行品質(zhì)的綜合分析。本研究通過收集20 種有代表性的粉葛材料，對維生素C、還原糖、淀粉、蛋白質(zhì)和膳食纖維的含量進行測定，利用試驗數(shù)據(jù)再對粉葛的品質(zhì)進行綜合分析評價，并篩選優(yōu)質(zhì)材料作為育種儲備，為育成品質(zhì)優(yōu)異的品種奠定基礎(chǔ)。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究除了對試驗數(shù)據(jù)的單一營養(yǎng)指標進行常規(guī)分析外，對綜合品質(zhì)分析采用平均隸屬函數(shù)法和主成分分析法，兩者共同來進行綜合品質(zhì)分析評價，期望能找出單一營養(yǎng)成分指標中含量最佳的粉葛材料和綜合品質(zhì)較好的粉葛材料，為粉葛類作物種質(zhì)資源的深入研究及粉葛深加工產(chǎn)業(yè)鏈的延伸打下基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料包括20 份粉葛（表1），主要為廣東省各地區(qū)的名優(yōu)品種以及其他省份的代表品種和部分野生粉葛材料。

表1 供試20 份粉葛種質(zhì)資源Table 1 20 Pueraria lobata germplasm resources used for test

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品制備 粉葛收獲后，選取每個品種無機械性損傷、蟲害以及病斑的新鮮粉葛，沖洗，去泥洗凈，自然晾干，切成大小約1 cm3方塊，混勻，取其中的20 g 鮮樣用于維生素C 的檢測，再稱取200 g 左右鮮樣備用。其余鮮樣冷凍于-40 ℃的冰箱之中，經(jīng)過冷凍干燥10 d 后，將干樣進行粉碎，粉葛粉末貯存于樣品瓶之中，于干燥器中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 營養(yǎng)品質(zhì)分析 粉葛維生素C 含量測定 依 據(jù)GB 5009.86-2016［16］，采 用2,6-二 氯靛酚滴定法；還原糖含量測定依據(jù)GB 5009.7-2016［17］，采用直接滴定法（比色法）；淀粉含量測定依據(jù)GB 5009.9-2016［18］，采用酶水解法；蛋白質(zhì)含量測定依據(jù)GB 5009.5-2016［19］，采用凱氏定氮法（紫外吸收法）；膳食纖維含量測定依據(jù)GB 5009.88-2014［20］，采用酶重量法（酸堿洗滌法）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0 和WPS Office 進行統(tǒng)計分析，利用Duncan多重比較法進行差異顯著性分析，并探究不同品種粉葛之間的營養(yǎng)成分含量的差異是否顯著。

在粉葛綜合品質(zhì)的分析上，首先采用平均隸屬函數(shù)法對粉葛的營養(yǎng)品質(zhì)進行初步的綜合評價。隸屬函數(shù)法的具體公式如下：

式中，X（μ）為不同粉葛品種中各項營養(yǎng)指標的隸屬函數(shù)值，Xmax和Xmin則指不同粉葛品種的各項營養(yǎng)指標所對應(yīng)的最大值和最小值。

其次，在Rstudio 中再次對20 種不同品種粉葛進行綜合評價，對其營養(yǎng)成分的含量進行方差分析，同時采用主成分分析法對粉葛維生素C、還原糖含量等多個變量進行降維處理，利用潛在因子對變量進行重新賦值，計算主成分貢獻率，要求幾個潛在因子的累計貢獻率要超過85%，而后再計算不同品種粉葛的綜合得分并排序。最后，采用系統(tǒng)聚類法根據(jù)遺傳親緣關(guān)系的遠近將各品種粉葛進行歸類。

2 結(jié)果與分析

2.1 粉葛營養(yǎng)品質(zhì)檢測分析

由表2、表3 可知，不同品種粉葛5 種營養(yǎng)成分含量存在較大差異，具有豐富的多樣性。在品質(zhì)檢測的5 個指標中，平均變異系數(shù)為29.1%，以維生素C 的變異系數(shù)最大、達45%，其后依次為膳食纖維33.4%、還原糖30.2%、淀粉18.7%，蛋白質(zhì)的變異系數(shù)最小、僅為18.2%。

2.1.1 維生素C 含量 由表2 可知，供試20 份粉葛的維生素C 含量為4.00～22.00 mg/100g，其中維生素C 含量較低水平（4.00～10.00 mg/100g）的品種有14 個，較高水平（16～22 mg/100g）的品種有1 個（鐘落潭粉葛，21.45 mg/100g）；供試粉葛中維生素C 含量最高值是最低值的5.19 倍，說明不同粉葛品種維生素C 含量存在顯著差異。

2.1.2 還原糖含量 供試20 份粉葛的還原糖含量為0.00～0.60 g/100g，其中還原糖較低（0.00～0.25 g/100g）的品種有1 個（浙江常山粉葛，＜0.25 g/100g），較高水平（0.40～0.60 g/100g）的品種有5 個；供試粉葛中還原糖含量最高為湖南粉葛（0.563 g/100g），最低為浙江常山粉葛（＜0.25 g/100g），兩個品種間相差2 倍以上，說明不同品種粉葛的還原糖含量差異顯著（表2、表3）。

2.1.3 淀粉含量 供試20 份粉葛的淀粉含量為13.00～31.00 g/100g，其中淀粉含量較低水平（13.00～19.00 g/100g）的品種有3 個（汕尾陸豐粉葛13.78 g/100g，湖南粉葛17.13 g/100g，郁南都城粉葛18.64 g/100g），較高水平（25.00～31.00 g/100g）的品種有9 個；供試粉葛中淀粉含量最高為韶關(guān)火山粉葛（30.94 g/100g），最低為汕尾陸豐粉葛（13.78 g/100g），兩者相差2.2 倍，說明不同粉葛品種的淀粉含量差異顯著（表2、表3）。

2.1.4 蛋白質(zhì)含量 供試20 份粉葛的蛋白質(zhì)含量為2.00～4.00 g/100g，其中蛋白質(zhì)含量為2.00～2.50 g/100g 的品種有4 個，3.50～4.00 g/100g的品種有3 個（河源粉葛3.97 g/100g，貴州古州鎮(zhèn)粉葛3.95g/100g，從化車頭村粉葛3.54 g/100g），均屬于蛋白質(zhì)含量較高的品種；供試粉葛中蛋白質(zhì)含量最高為河源粉葛（3.97 g/100g），最低為韶關(guān)火山粉葛（2.08 g/100g），前者是后者的1.9 倍，說明20 種不同粉葛品種的蛋白質(zhì)含量存在顯著差異（表2、表3）。

表2 20 份粉葛種質(zhì)資源的營養(yǎng)品質(zhì)檢測結(jié)果Table 2 Nutritional quality test results of 20 Pueraria lobata germplasm resources

表3 粉葛營養(yǎng)品質(zhì)檢測的統(tǒng)計數(shù)據(jù)Table 3 Statistical data of nutritional quality test of Pueraria lobata

2.1.5 膳食纖維含量 供試20 份粉葛的膳食纖維含量大多為0.7%～2.3%，其中膳食纖維含量0.7%～1.1%的品種有12 個，1.9%～2.3%的品種有2 個（汕尾陸豐粉葛2.28%、江西野生粉葛2.19%，屬于膳食纖維含量較高的品種）；供試粉葛中膳食纖維含量最高值（汕尾陸豐粉葛2.28%）是最低值（肇慶德州粉葛0.79%）的2.9 倍，說明不同粉葛品種的膳食纖維含量差異顯著（表2、表3）。

2.2 粉葛不同營養(yǎng)成分含量的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析結(jié)果（表4）顯示，維生素C 含量與還原糖含量在0.01 水平上表現(xiàn)為顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.406；維生素C 含量與淀粉含量在0.05 水平上表現(xiàn)為顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.315；膳食纖維含量與淀粉含量、蛋白質(zhì)含量在0.01 水平上均表現(xiàn)為顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.405 和-0.485；維生素C 與蛋白質(zhì)含量表現(xiàn)為負相關(guān)的關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為-0.181，相關(guān)性不顯著。

表4 粉葛5 種營養(yǎng)成分含量的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of the contents of five nutrients in Pueraria lobata

2.3 粉葛品質(zhì)主成分分析

由于試驗檢測到的不同粉葛品種的品質(zhì)指標含量均存在顯著差異，難以直觀評價粉葛的綜合品質(zhì)。為更好地評價粉葛品質(zhì)，對不同粉葛品種進行主成分分析。其中各個特征值的大小代表著各個綜合指標在遺傳方差上的大小，各個特征值計算得出的累計方差貢獻率則是表示各個相關(guān)的綜合指標對于總遺傳方差的貢獻率［21］。

由表5 可知，在5 個主成分中的前三大主成分，其累計貢獻率達到85.20%，滿足累計貢獻率超過85.00%的指標，因此決定選用3 個主成分來描述5 項營養(yǎng)品質(zhì)指標，能最大限度反映原始數(shù)據(jù)信息，其分量來源也可以描述所檢測的指標。其中，第一主成分的特征值為1.68，對綜合營養(yǎng)品質(zhì)的貢獻率最大，達到33.52%，對應(yīng)的特征向量代表性指標為膳食纖維和蛋白質(zhì)含量；第二主成分的特征值為1.45，對綜合營養(yǎng)品質(zhì)的貢獻率為29.05%，對應(yīng)的特征向量代表性指標為淀粉、維生素C 和膳食纖維含量；第三主成分的特征值為1.13，對綜合營養(yǎng)品質(zhì)的貢獻率為22.63%，對應(yīng)的特征值向量代表性指標為膳食纖維和還原糖含量。

表5 主要成分得分系數(shù)、特征值及貢獻率Table 5 Score coefficient,eigenvalue and contribution rate of principal components

2.4 不同粉葛材料綜合營養(yǎng)品質(zhì)比較

2.4.1 平均隸屬函數(shù)法 從不同品種粉葛各項營養(yǎng)指標的平均隸屬函數(shù)值（表6、表7）可以看出，綜合品質(zhì)較好（X＞0.5）的粉葛品種有4 個，分別為鐘落潭粉葛（0.69）、韶關(guān)火山粉葛（0.59）、佛山合水粉葛（0.57）和貴州古州鎮(zhèn)粉葛（0.52）；綜合品質(zhì)相對較好（0.4＜X≤0.5）的品種有10個，較差（X≤0.3）的品種有1 個。其中綜合品質(zhì)最優(yōu)的品種是鐘落潭粉葛、平均隸屬函數(shù)值為0.69，而綜合品質(zhì)最差的品種是浙江常山粉葛、平均隸屬函數(shù)值為0.28，兩者相差2.5 倍，差異顯著。

表6 20 份粉葛種質(zhì)資源的營養(yǎng)成分含量平均隸屬函數(shù)值Table 6 Average membership function value of nutrient content of 20 Pueraria lobata germplesm resources

表7 粉葛營養(yǎng)品質(zhì)的平均隸屬函數(shù)值分組Table 7 Grouping according to average membership function values of nutritional quality in Pueraria lobata

2.4.2 主成分分析法 采用主成分分析法對粉葛進行分析后，得到3 個主要成分。對粉葛的營養(yǎng)品質(zhì)檢測所得的原始數(shù)據(jù)做標準化處理，再根據(jù)標準化操作后各項品質(zhì)指標及因子荷載矩陣計算主成分的得分：

粉葛營養(yǎng)品質(zhì)的3 個主成分分別指代方差貢獻率占累計方差貢獻率比例所賦予的權(quán)重，由此可計算20 種不同品種粉葛的綜合評價得分：

粉葛營養(yǎng)品質(zhì)分析中，綜合得分越高表明綜合品質(zhì)越好。由表8 可知，粉葛綜合品質(zhì)好（F綜＞12）的品種有1 個，為鐘落潭粉葛占比5%；綜合品質(zhì)相對較好（9＜F綜≤12）的品種也有1個，為韶關(guān)火山粉葛占比5%；綜合品質(zhì)處于中間型（6＜F綜≤9）的品種有7 個，包括佛山合水粉葛、肇慶德州粉葛、江西野生粉葛等；綜合品質(zhì)較差（3 ＜F綜≤6）的品種有11 個，包括云南曲靖粉葛、河源粉葛、韶關(guān)丹霞粉葛等。其中綜合品質(zhì)最優(yōu)秀的品種為鐘落潭粉葛、營養(yǎng)品質(zhì)綜合得分為12.29 分，綜合品質(zhì)最差的品種為郁南都城粉葛、營養(yǎng)品質(zhì)綜合得分為3.56 分，兩者相差3.45倍，差異顯著。

表8 粉葛營養(yǎng)品質(zhì)主成分分析結(jié)果Table 8 Results of principal component analysis of nutritional quality of Pueraria lobata

2.5 粉葛營養(yǎng)品質(zhì)聚類分析

聚類分析結(jié)果（圖1）顯示，在歐氏距離為7 時，可以將20 種粉葛品種按照品質(zhì)優(yōu)劣分為4個類群：第Ⅰ類群只有1 個品種鐘落潭粉葛，平均隸屬函數(shù)值和綜合品質(zhì)得分均排名第一；第Ⅱ類群包括5 個品種，分別為云南曲靖粉葛、湖南粉葛、郁南都城粉葛、汕尾陸豐粉葛、江西野生粉葛，平均隸屬函數(shù)值排名分別為11、13、18、12、5，綜合品質(zhì)得分排名分別為10、16、20、17、5；第Ⅲ類群有3 個品種，分別為佛山合水粉葛、肇慶德州粉葛和韶關(guān)火山粉葛，平均隸屬函數(shù)排名分別為3、8、2，綜合品質(zhì)得分排名分別為3、4、2；第Ⅳ類群有11 個品種，分別為韶關(guān)丹霞粉葛、浙江常山粉葛、河源粉葛、廣西公平粉葛、貴州古州鎮(zhèn)粉葛、清遠竹山粉葛、惠州龍門麻榨粉葛、郁南建城粉葛、清遠連州粉葛、從化車頭村粉葛、清遠英德粉葛。將平均隸屬函數(shù)值與聚類分析結(jié)果（表9）結(jié)合，按照平均隸屬函數(shù)值優(yōu)劣分出的4 個類群大小排列為Ⅰ＞Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅳ。

表9 粉葛營養(yǎng)品質(zhì)綜合分值分組Table 9 Grouping according to comprehensive scores of nutritional quality in Pueraria lobata

3 討論

本研究中，不同粉葛之間營養(yǎng)品質(zhì)的變異系數(shù)存在顯著差異，最大變異系數(shù)維生素C 達到45%，最小變異系數(shù)蛋白質(zhì)為18.2%，相差2.47 倍。變異系數(shù)越大則說明性狀的變異范圍越大，變異系數(shù)在維生素、還原糖和膳食纖維中變化較大，表明粉葛具有豐富的品質(zhì)表型多樣性。

維生素C、還原糖、淀粉、蛋白質(zhì)以及膳食纖維含量是粉葛品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標，本研究對20 個粉葛品種進行營養(yǎng)分析的結(jié)果表明，維生素C、還原糖等5 項營養(yǎng)成分指標，在不同品種間存在差異性顯著。其中維生素C 與還原糖在0.01水平上顯著正相關(guān)，維生素C 和淀粉在0.05 水平上顯著正相關(guān)，膳食纖維與淀粉、蛋白質(zhì)均在0.01水平上顯著負相關(guān)，其他各項營養(yǎng)成分之間均相對獨立，不存在兩兩之間的相關(guān)關(guān)系。這與田國政［14］研究不同品種的粉葛塊根營養(yǎng)成分含量沒有顯著差異的結(jié)論，具有很大的不同，這可能是由于其僅僅采用3 個地區(qū)品種進行比較，樣品量太小不足以形成統(tǒng)計學意義的比較，而本研究選取了不同地區(qū)20 個不同品種的粉葛進行比較分析，相對而言更加具有代表性和統(tǒng)計學意義，所得出的結(jié)論相對而言更加具有可靠性，這為今后粉葛良種選育提供選配依據(jù)。但是在土壤質(zhì)量、pH 值、天氣等環(huán)境條件都相同的地區(qū)種植不同品種的粉葛，則粉葛中營養(yǎng)成分含量會因種植環(huán)境相似而使得種植品種間差異縮小，也是很有可能的。因此研究同一地區(qū)種植不同品種粉葛中營養(yǎng)成分的含量，可以為粉葛農(nóng)業(yè)打下非常重要的基礎(chǔ)。

張靜［22］采用隸屬函數(shù)分析法對粉葛資源的綜合品質(zhì)進行分析研究，進而為后續(xù)的良種選育提供依據(jù)。本研究創(chuàng)新性地同時采用了平均隸屬函數(shù)法和主成分分析法，在對兩種方法所得出的粉葛品質(zhì)綜合得分結(jié)果進行比較時發(fā)現(xiàn)，平均隸屬函數(shù)值排名前3 的粉葛品種和主成分分析法綜合得分最高的3 個品種相同，均為鐘落潭粉葛、韶關(guān)火山粉葛和佛山合水粉葛；排名最差的幾種粉葛中都含有惠州龍門麻榨粉葛和郁南都城粉葛，中間的排名相對比較混亂暫不具備可比性。這表明兩種方法對于品質(zhì)較好和較差品種的篩選結(jié)果都具有相對一致性，因此綜合營養(yǎng)品質(zhì)較好的幾個品種可以在實際生產(chǎn)中視為優(yōu)秀粉葛的來源。

聚類分析結(jié)果中，排名第一的鐘落潭粉葛綜合最佳且各項品質(zhì)指標含量與其他品種差異性較大，被單獨分在了一個類群且這個類群和其他多數(shù)類群的距離相對較遠，這可能說明鐘落潭品種比較特別，在粉葛利用中可以將其納入考慮；其余19 個品種在歐氏距離為7 時，根據(jù)親緣關(guān)系的遠近大體聚為3 個類群，在今后粉葛的深入研究中，其親緣關(guān)系的遠近可以成為非常重要的參考依據(jù)。

4 結(jié)論

本研究將收集到省內(nèi)外的20 個粉葛品種進行品質(zhì)分析，結(jié)果表明，綜合品質(zhì)排前3 名的品種分別為鐘落潭粉葛、韶關(guān)火山粉葛和佛山合水粉葛，其中鐘落潭粉葛維生素C 含量21.45 mg/100 g、還原糖0.45 g/100 g、淀粉30.78 g/100 g、蛋白質(zhì)2.73 g/100 g、膳食纖維1.24%，韶關(guān)火山粉葛和佛山合水粉葛已經(jīng)獲得國家地理標志產(chǎn)品稱號，是當?shù)氐拿麅?yōu)特農(nóng)產(chǎn)品。分析結(jié)果進一步為葛屬種質(zhì)資源的優(yōu)良品質(zhì)篩選、評價技術(shù)體系奠定基礎(chǔ)，為輔助粉葛品種的選育及打造優(yōu)質(zhì)粉葛品牌奠定基礎(chǔ)。