浙江省不同地區(qū)香榧生籽營養(yǎng)品質(zhì)差異性分析與評價

王 蕤 王玫鵑 湯富彬 宋麗麗 婁和強 倪張林 鐘冬蓮 莫潤宏,*

(1 中國林業(yè)科學研究院亞熱帶林業(yè)研究所，浙江 杭州 311400；2 南京林業(yè)大學林學院，江蘇 南京 210037；3 浙江農(nóng)林大學林業(yè)與生物技術學院，浙江 杭州 311300)

香榧(Torreyagrandis)屬紅豆杉科(Taxaceae)榧樹屬(Torreya)常綠喬木，是榧樹中的變異類型，在浙、蘇、皖等省份的亞熱帶丘陵地區(qū)均有分布，在我國有著悠久的栽培與食用歷史。香榧籽熟制后風味獨特、口感酥脆、營養(yǎng)豐富，被認為是“珍品堅果”。香榧籽具有一定的藥用價值，根據(jù)《本草綱目》記載，其具有助消化、益筋骨的功效。金松酸是香榧中特有的脂肪酸，有研究證實金松酸具有抗炎及調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝等作用[1-3]。近幾年香榧籽的價格居高不下，導致農(nóng)戶提前采收“要高價”、商家以次充好“亂市場”等不利于香榧產(chǎn)業(yè)發(fā)展的情況時有發(fā)生。因此，制定香榧質(zhì)量安全和營養(yǎng)品質(zhì)評價標準是規(guī)范市場行為的關鍵。

林業(yè)行業(yè)標準《LY/T 1773-2008香榧籽質(zhì)量要求》[4]與團體標準《T/DJYX 003-2014地理標志產(chǎn)品東陽香榧 第2部分：產(chǎn)品質(zhì)量要求》[5]是現(xiàn)行可參照的關于香榧品質(zhì)的標準。上述2個標準對香榧的感官指標、部分理化指標和安全衛(wèi)生指標做出了規(guī)定，但對評價香榧籽質(zhì)量具有一定的局限性，其中“籽粒飽滿、外形美觀”，符合現(xiàn)行污染物限量標準，只能成為其進入市場的“準入式”標準，單純依靠外觀指標來決定香榧質(zhì)量已不再符合市場需求，營養(yǎng)品質(zhì)成為消費者的主要關注點，且近年來通過搭配不同堅果以實現(xiàn)營養(yǎng)均衡的休閑食品逐漸走紅，香榧作為一種特色堅果，市場開發(fā)潛力巨大，而目前缺少從營養(yǎng)角度的客觀評價不利于其市場開拓和產(chǎn)品開發(fā)。

現(xiàn)有關于農(nóng)林產(chǎn)品品質(zhì)評價的研究多采用主成分分析法、聚類分析法、層次分析法和灰色關聯(lián)度分析法等[6-9]，而有關香榧營養(yǎng)品質(zhì)評價的報道相對較少。孫小紅等[10]以紹興地區(qū)的香榧為研究對象，采用主成分分析法在22個外觀和營養(yǎng)指標中篩選出單粒重、種形指數(shù)等6個經(jīng)濟指標，脂肪和蛋白質(zhì)含量2個營養(yǎng)指標，以及酸價1個衛(wèi)生指標來綜合評價香榧品質(zhì)，并利用聚類分析與判別分析建立了評價模型[11]。朱杰麗等[12]評價了浙江省香榧的油脂綜合性狀，聚類分析結果顯示香榧油與花生油的組分類似。曹永慶等[13]分析了不同品種香榧的氨基酸組分，發(fā)現(xiàn)總氨基酸與各氨基酸呈顯著正相關性，認為總氨基酸可以作為氨基酸組分的特征性指標，參與品質(zhì)評價。以上研究多以部分或單一營養(yǎng)素開展研究，尚鮮有從全營養(yǎng)素角度對香榧進行品質(zhì)評價的相關研究報道。本研究對浙江省4個市8個縣域香榧的38項營養(yǎng)品質(zhì)指標進行差異性分析及相關性分析，基于模糊數(shù)學的品質(zhì)評價方法建立了相應的評價模型，旨在為香榧生籽的營養(yǎng)品質(zhì)評價與產(chǎn)品分級提供研究基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗樣品為香榧生籽，具體信息見表1，采集于浙江省4市8個縣域內(nèi)，共計32份，品種均為細榧，每份樣品采于當?shù)囟嗄晟紭?，所有香榧樣品采摘后均?jīng)后熟處理，且假種皮已剝離，重約0.5 kg。樣品均選擇顆粒飽滿的堅果，儲藏于密閉干燥的環(huán)境中(樣品含水率8%左右)。

表1 香榧產(chǎn)地信息Table 1 Producing information of Torreya grandis

1.2 儀器與設備

L-8900氨基酸分析儀，日本日立公司；7890A氣相色譜儀、1290高效液相色譜儀，配熒光檢測器，美國Agilent公司；KJELTEC 2400全自動凱氏定氮儀，丹麥FOSS公司；Nexlon 300D電感耦合等離子質(zhì)譜儀，美國PerkinElmer公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品前處理 所有香榧樣品經(jīng)人工去殼后，取其籽仁放于磨樣機中打碎，置于密封袋中，于-4℃冰箱存放。采用溶劑浸提法得到香榧油樣品，石油醚浸提后使用布氏漏斗除去濾渣，使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸干溶劑得到籽油。

1.3.2 營養(yǎng)指標測定 脂肪含量參照GB 5009.6-2016[14]中索氏抽提法測定，脂肪酸含量參照GB 5009.168-2016[15]中歸一化法測定，蛋白質(zhì)含量參照GB 5009.5-2016[16]中凱氏定氮法測定，氨基酸含量參照GB 5009.124-2016[17]氨基酸分析儀法測定，維生素E含量參照GB 5009.82-2016[18]中正相高效液相色譜法測定，可溶性糖與淀粉含量參照周敏櫻[19]的方法略作修改，采用優(yōu)化后的蒽酮硫酸比色法測定。礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量參照倪張林等[20]的方法，樣品經(jīng)微波消解后采用電感耦合等離子質(zhì)譜法測定。

1.3.3 香榧營養(yǎng)品質(zhì)評價模型的建立 根據(jù)研究目的，篩選營養(yǎng)品質(zhì)評價的相關指標，確定相應評價指標因子集。采用層次分析法[21]確定每個評價指標相應的權重。首先根據(jù)隸屬函數(shù)的定義，采用極差法求得每一樣品對應各指標隸屬函數(shù)值，正向品質(zhì)指標代入公式(1)，反向品質(zhì)指標代入公式(2)，得到各指標的隸屬函數(shù)值。之后將取各指標隸屬函數(shù)值與權重內(nèi)積之和(3)，得到綜合評價值。

(1)

(2)

(3)

式中，U(Xi)為評價指標隸屬函數(shù)值，i為所對應的指標，n為所有參評指標的數(shù)量，wi代表對應指標的權重，S為綜合評價值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016與SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)處理，采用R 4.02進行Pearson相關性分析及制圖。

2 結果與分析

2.1 營養(yǎng)成分分析

2.1.1 宏量營養(yǎng)素 由表2可知，香榧宏量營養(yǎng)素中脂肪含量最高，范圍為51.55～54.39 g·100g-1，均值為53.03 g·100g-1，不同地區(qū)間含量差異不顯著；其次為蛋白質(zhì)，含量均值為13.60 g·100g-1，柯橋區(qū)香榧蛋白質(zhì)含量最高，為14.64 g·100g-1。碳水化合物含量(以可溶性糖與淀粉含量之和計)低于脂肪和蛋白質(zhì)含量，整體均值為26.21 mg·g-1。可溶性糖(soluble sugar，SSC)含量整體變異系數(shù)為28.26%，部分地區(qū)間含量差異顯著，其中磐安縣香榧SSC含量最高，為11.04 mg·g-1；淀粉含量在14.63～19.50 mg·g-1之間，具有較大變異系數(shù)(17.09%)，在部分地區(qū)間淀粉含量存在顯著差異。

表2列舉了香榧所含17種氨基酸與百分含量大于1%的脂肪酸。32份香榧樣品中，必需氨基酸(essential amino acid，EAA)含量在40.31～48.85 mg·g-1之間，總氨基酸(total amino acid，TAA)含量介于109.07～131.81 mg·g-1，EAA占TAA含量的37%左右。部分地區(qū)間EAA、TAA含量差異顯著，東陽市香榧EAA與TAA含量均最高，均值分別為48.85 mg·g-1、 131.81 mg·g-1，柯橋區(qū)香榧EAA與TAA含量最低，含量分別為40.31 mg·g-1、109.07 mg·g-1。17種氨基酸中，Glu、Cys、His、Pro、Val和Lys在不同地區(qū)間含量差異不顯著，其余11種氨基酸部分地區(qū)含量差異顯著。必需氨基酸中Lys、Leu、Val含量較高，Met含量最低，為第一限制性氨基酸；非必需氨基酸中Asp與Glu的含量較高，與其他學者[12-13,22]的研究結果相符。香榧的脂肪酸組分中，飽和脂肪酸含量只占10%左右，主要由棕櫚酸(C16：0)與硬脂酸(C18：0)組成，棕櫚酸均值含量(7.41%)高于硬脂酸(3.30%)，各地區(qū)香榧飽和脂肪酸含量差異不顯著。不飽和脂肪酸中，油酸(C18：1)與亞油酸(C18：2)占比較高，含量范圍分別為34.70%～37.73%與38.49%～41.36%，2種脂肪酸在部分地區(qū)間含量差異顯著，其中柯橋區(qū)香榧油酸含量最高(37.73%)，而亞油酸含量最高的為磐安縣(41.36%)。11，14-二十碳烯酸(C20：2)在4種不飽和脂肪酸中含量最少，含量范圍為2.11%～2.27%，整體變異系數(shù)卻最大(14.10%)。此外，香榧所具有的特征脂肪酸金松酸(C20：3)含量也較高，范圍為8.58%～9.00%，含量水平與現(xiàn)有研究結果相接近[23-25]。

表2 香榧各宏量營養(yǎng)素、氨基酸和脂肪酸含量及變異Table 2 Contents and variation of macronutrients, amino acids and fatty acids in Torreya grandis

2.1.2 微量營養(yǎng)素 由表3可知，部分地區(qū)香榧各礦質(zhì)元素含量均存在顯著差異。常量元素中，各元素含量排序為K>Mg>Ca>Na，K含量最高可達9 082.73 mg·kg-1， Na的變異系數(shù)在所有元素中最大(77.02%)，含量范圍為19.53～123.96 mg·kg-1。微量元素中Fe、Zn和Mn的含量排在前3位，F(xiàn)e含量最高，均值為35.52 mg·kg-1；Cu含量較低，均值為6.75 mg·kg-1，Cu和Mn的變異系數(shù)較大，分別為30.64%與24.20%；Se含量極低或未檢出。

表3 不同地區(qū)香榧礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量及變異Table 3 Content and variation of mineral nutrient elements in Torreya grandis in different areas

研究報道，香榧中主要含有維生素E(vitamin E，VE)、維生素D、維生素B等維生素[26-27]，但后兩者相較于維生素E含量很低，后兩者含量分別為12.90和43.59 mg·100 g-1，且現(xiàn)有關于香榧的研究多針對維生素E進行探討，因此本研究選擇維生素E作為指標參與評價。香榧中VE的含量見表4，γ-VE與δ-VE未檢出，α-VE與β-VE為其主要存在形式，α-VE含量低于β-VE，含量范圍分別為16.48～19.44 mg·100g-1、101.18～122.70 mg·100g-1，β-VE變異系數(shù)(11.70%)相對α-VE變異系數(shù)(7.02%)較大。部分地區(qū)間樣品的VE含量差異顯著，α-VE含量最高的地區(qū)為東陽市，含量為19.44 mg·100g-1；β-VE含量最高的地區(qū)為新昌縣，含量為122.70 mg·100g-1。就總量而言，香榧擁有比核桃、油茶[28]等其他油料作物更高的VE含量；8個地區(qū)中新昌縣香榧VE含量最高，含量為139.82 mg·100g-1；最低為柯橋區(qū)，含量為119.90 mg·100g-1。

表4 不同地區(qū)香榧維生素E含量及變異Table 4 Content and variation of vitamin E in Torreya grandis from different areas

2.2 相關性分析

相關性分析結果如圖1所示。圖中非空方塊均表示顯著性相關(P<0.01)，藍色代表正相關，紅色代表負相關。各營養(yǎng)素之間存在一定程度的相關性。脂肪與淀粉、蛋白質(zhì)呈較強的負相關，相關系數(shù)絕對值大于0.4。各氨基酸間，除Met、Cys、Tyr外，其余氨基酸之間表現(xiàn)為正相關，部分氨基酸間表現(xiàn)為極強的正相關(R>0.80)。亞油酸與金松酸(R=0.67)、硬脂酸與油酸(R=0.91)兩組脂肪酸在組內(nèi)呈現(xiàn)較強的正相關，組間表現(xiàn)為極強的負相關(R<-0.80)?？扇苄蕴桥c亞油酸呈正相關，與油酸、α-VE呈負相關。礦質(zhì)營養(yǎng)元素中，Ca與Fe呈正相關，Zn與K、Cu呈正相關，Mn與Cu呈負相關。α-VE與蛋白質(zhì)、Arg、Phe、Pro、Tyr呈正相關，β-VE與Ca、C20：2呈負相關。

圖1 香榧各品質(zhì)指標相關性Fig.1 Correlation analysis of quality indexes for Torreya grandis

2.3 營養(yǎng)品質(zhì)綜合評價

2.3.1 評價指標篩選 本研究以營養(yǎng)品質(zhì)作為評價的主要指標，包括脂肪、脂肪酸、可溶性糖、淀粉、蛋白質(zhì)、氨基酸、VE(α-VE、β-VE)和礦質(zhì)元素。因香榧中多數(shù)氨基酸間存在較強的相關性，故選擇必需氨基酸及半必需氨基酸作為評價香榧氨基酸營養(yǎng)的品質(zhì)指標，同時剔除含量較低的Se元素，所有評價指標共計29項。

2.3.2 層次分析法確定權重 本研究根據(jù)各類營養(yǎng)品質(zhì)指標的類別及隸屬關系，建立了香榧營養(yǎng)品質(zhì)遞階結構層次圖，將層次類別劃分為4層(圖2)。首先為目標層，為香榧營養(yǎng)品質(zhì)；其次為準則層，歸納為5個大類，分別為蛋白質(zhì)指標、脂質(zhì)指標、碳水化合物指標、礦質(zhì)營養(yǎng)元素指標、維生素指標；之后為指標層，為準則層下的各類品質(zhì)指標；最后為方案層，為參與評價的32份香榧樣品。使用1～9標度法經(jīng)專家打分建立相應層級的判斷比較矩陣，采用層次分析法中的方根法得到指標權重(表5)，所有判斷矩陣均通過一致性檢驗(一致性比例，consistency ratio<0.1)。

表5 判斷比較矩陣及一致性檢驗結果Table 5 Judgment comparison matrix and consistency test results

表5(續(xù))

圖2 香榧品質(zhì)評價層次結構圖Fig.2 Hierarchical structure diagram of Torreya grandis quality evaluation

2.3.3 香榧營養(yǎng)品質(zhì)模糊綜合評價 根據(jù)前述1.3.3的方法，對所有32份香榧樣品進行模糊綜合評價。首先按公式(1)(2)逐一計算評價指標的隸屬函數(shù)值，因棕櫚酸與硬脂酸為飽和脂肪酸，飽和脂肪酸攝入過多會對人體健康產(chǎn)生不利影響，因此將兩者作為負向評價指標計算；其余指標按正向指標計算；其次根據(jù)公式(3)得到每份樣品的綜合評價得分，之后將每份樣品的隸屬函數(shù)值與經(jīng)層次分析法得到的各指標權重相乘，具體公式為S=10.16%×U(X1)+2.11%×U(X2)+1.80%×U(X3)…+0.85%×U(X29)，其中U(X1)～U(X29)為各品質(zhì)指標的隸屬函數(shù)值，通過計算最終得到各樣品對應準則層(蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、碳水化合物、維生素及礦質(zhì)元素)的分項評分以及最終的總評分(各分項評分之和)，較高的評分代表其可能具有相對較好的品質(zhì)。由表6可知，脂質(zhì)指標評分較高的香榧產(chǎn)地為新昌與磐安；東陽所產(chǎn)香榧在蛋白質(zhì)指標與維生素指標評分中的得分均為最高；礦質(zhì)元素指標評分最高地區(qū)為柯橋區(qū)；磐安、東陽與諸暨產(chǎn)香榧在宏量營養(yǎng)素中的評分較高；柯橋、嵊州及松陽在微量營養(yǎng)素中的評分較高，最終綜合評分最高的地區(qū)為東陽、磐安與諸暨。

表6 香榧模糊綜合評價結果Table 6 Fuzzy comprehensive evaluation results of Torreya grandis

3 討論

香榧營養(yǎng)物質(zhì)豐富，脂肪含量占內(nèi)含物總量的一半，較高的脂肪含量會使香榧口感變得香脆；不飽和脂肪酸占總脂肪酸含量的80%以上，有助于降低機體膽固醇含量[27]。香榧中蛋白質(zhì)含量相對較高，EAA/TAA比值為37%，高于核桃[29]、杏仁[30]、澳洲堅果[31]等其他堅果，氨基酸組成與FAO/WHO標準模式譜較為接近[11]，是人體蛋白質(zhì)的優(yōu)質(zhì)補充來源。香榧中VE的平均含量為126.47 mg·100g-1，高于核桃、橄欖、油茶等木本油料作物[28]。VE作為天然的抗氧化劑，對防治氧化損傷相關疾病具有重要作用，同時較高的VE含量也有助于延長香榧食用油的貯藏與貨架期[28]。

植物在生長與成熟的過程中，各類物質(zhì)會發(fā)生一定程度的相互轉(zhuǎn)化，因此研究香榧各營養(yǎng)品質(zhì)之間的相關性對于香榧的品質(zhì)提升有重要意義。相關性分析結果顯示，香榧中多數(shù)氨基酸之間具有極強的正相關性，相關系數(shù)接近于1，與Shen等[32]在核桃中的研究結果一致，這種強相關性反映了氨基酸含量間的相互制約關系[33]，保證了各類氨基酸尤其是必需氨基酸在香榧中維持在相對適宜的比例[32]。此外，Met為香榧的第一限制性氨基酸，Cys、Tyr為人體所需半必需氨基酸，三者均會對香榧蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值產(chǎn)生影響，Met、Cys、Tyr與其他氨基酸的相關性不強，且變異系數(shù)相對較大，因此在實際育種中可以將3種氨基酸作為良種選育的考慮因素。本研究進一步分析發(fā)現(xiàn)脂肪與淀粉及蛋白質(zhì)呈較強的負相關性，脂肪含量與蛋白質(zhì)及碳水化合物間具有一定內(nèi)在關聯(lián)，這種關聯(lián)可能反映了香榧成熟階段營養(yǎng)素間的相互轉(zhuǎn)化過程，同時香榧中硬脂酸與油酸，亞油酸與金松酸之間的相關性也體現(xiàn)了香榧后熟過程中香榧飽和脂肪酸向不飽和脂肪酸轉(zhuǎn)化的趨勢。有研究表明，后熟時間的延長可使香榧油酸含量降低，亞油酸含量升高[34]。

對于8個地區(qū)香榧中29種營養(yǎng)指標的分析結果表明，香榧各營養(yǎng)素在部分地區(qū)間存在顯著差異。為全面考量各地區(qū)間的營養(yǎng)品質(zhì)，本研究基于模糊數(shù)學方法建立了品質(zhì)評價模型，通過分析指標間相關性對香榧關鍵營養(yǎng)指標進行了篩選，實現(xiàn)了對不同地區(qū)香榧營養(yǎng)價值的綜合評價。結果表明，磐安、東陽與諸暨所產(chǎn)香榧在宏觀營養(yǎng)素中的評分較高；微量營養(yǎng)素評分較高的為柯橋、嵊州、及松陽三地所產(chǎn)香榧，不同地區(qū)間香榧營養(yǎng)品質(zhì)有其各自優(yōu)勢，為不同地區(qū)香榧產(chǎn)品營養(yǎng)品質(zhì)的定向開發(fā)提供了理論依據(jù)。

本研究僅對香榧中所含宏量營養(yǎng)素與微量營養(yǎng)素進行了研究，近幾年關于多酚類、萜類、甾醇類等生物活性物質(zhì)的研究也備受關注，此類物質(zhì)同樣對維護人體健康、調(diào)節(jié)人體機能狀態(tài)和預防疾病有著重要作用[35]。在后續(xù)研究中可以將生物活性物質(zhì)作為補充指標納入品質(zhì)評價體系，從而對香榧的營養(yǎng)品質(zhì)作出更為準確的評價。

4 結論

本研究對浙江省8個不同地區(qū)所產(chǎn)香榧的營養(yǎng)品質(zhì)進行差異性分析，結果發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)香榧營養(yǎng)品質(zhì)具有一定差異。相關性分析結果顯示香榧不同營養(yǎng)品質(zhì)指標間存在一定相關性。研究建立了關于香榧營養(yǎng)品質(zhì)的模糊數(shù)學評價模型，評分結果顯示磐安、東陽與諸暨三地香榧在宏量營養(yǎng)素指標評價中得分較高；微量營養(yǎng)素評分較高的為柯橋、嵊州與松陽三地所產(chǎn)香榧，依據(jù)評分結果可以較好地對香榧品質(zhì)進行評價，為香榧品質(zhì)評價及分級提供了參考模型。