不同海拔種植的上方山香椿營養(yǎng)品質(zhì)的差異性分析

佟海姣 呂 軍 林志豪 花雨薇 徐東輝 陳 晶

（1. 北京市房山區(qū)養(yǎng)殖業(yè)技術(shù)推廣站， 北京102488； 2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所， 蔬菜生物育種全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蔬菜質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估實(shí)驗(yàn)室， 北京100081）

香椿（Toona sinensis） 為楝科植物， 又名香樁頭、 香椿芽， 廣泛分布于我國各地區(qū)[1～4]。 香椿可食用， 其中含有多種營養(yǎng)素及生物堿、 類黃酮等多種活性成分， 具有極高的食用價值[5～6]。 上方山香椿為北京市房山區(qū)上方山特產(chǎn)， 其頂芽底端粗大、梗粗葉小、 葉厚芽嫩、 顏色紫紅、 葉面油亮、 香氣濃郁， 從谷雨至芒種均可滿足商品采摘[7]， 已被認(rèn)證為農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志產(chǎn)品。 上方山香椿分布區(qū)屬暖溫帶山前半干旱、 半濕潤季風(fēng)型大陸氣候， 最高海拔860 m。 海拔是多個環(huán)境因子的綜合反映， 隨著海拔的升高， 光照增強(qiáng)， 溫度降低， 空氣濕度和降水量增加， 土壤理化性質(zhì)也會發(fā)生明顯變化， 進(jìn)而會對植物的生長、 分布、 生物量分配以及生理代謝產(chǎn)生極大的影響[8～11]。 目前， 不同海拔的香椿營養(yǎng)品質(zhì)的差異性研究還未見報道。

本研究根據(jù)上方山香椿在自然分布區(qū)中垂向分布區(qū)間較大、 高低海拔環(huán)境差異較大的特點(diǎn)， 選取管理措施和管理水平基本一致的5 個海拔高度的上方山香椿生產(chǎn)地點(diǎn)分別采集上方山香椿， 分析不同來源和海拔高度的上方山香椿中常規(guī)營養(yǎng)成分、 生物活性物質(zhì) （特征性成分） 等各項(xiàng)指標(biāo)含量的差異， 探討有利于上方山香椿高營養(yǎng)價值形成的海拔高度， 為上方山香椿的栽培、 生產(chǎn)提供有效的數(shù)據(jù)支持， 為提高上方山香椿品質(zhì)提供參考。

一、 材料與方法

（一） 樣品采集 本研究選擇具有代表性的5個不同海拔 （100、 200、 400、 600、 800 m） 共計(jì)26 個上方山香椿生產(chǎn)地點(diǎn)進(jìn)行采樣， 采集樣品的具體信息見表1。 所取樣本都采自向陽面香椿樹，采收時香椿芽生長期約為7 d， 每個采樣點(diǎn)取2 kg樣品。 所有樣品均為同一天采集， 采集后立即用冰盒存放， 當(dāng)日到達(dá)實(shí)驗(yàn)室并存于4℃冰箱， 于次日全部處理完畢。

表1 26 個上方山香椿樣品信息

（二） 主要儀器設(shè)備 PL602-S/00、 PL203、AE1002 電子天平 （瑞士梅特勒-托利多集團(tuán)）；H028354 手持折射儀 （日本ATAGO 公司）； rapid N exceed 快速杜馬斯氮元素分析儀 （德國Elementar 公司）； Waters Acquity UPLC 超高效液相色譜儀 （美國Waters 公司）、 Fibertec 2010 system 半自動纖維分析儀 （丹麥福斯公司）、 Xseries 等離子體發(fā)射質(zhì)譜儀（ICP-MS， 日本島津公司）。

（三） 檢測方法 對26 個上方山香椿的營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行測定， 檢測項(xiàng)目及檢測方法分別為： 干物質(zhì)， 采用GB 5009.3-2016 《食品中水分的測定》方法一 （直接干燥法） 測定； 蛋白質(zhì)采用GB 5009.5-2016 《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測定》 標(biāo)準(zhǔn)方法測定； 粗纖維采用GB/T 5009.10-2003 《植物類食品中粗纖維的測定》 標(biāo)準(zhǔn)方法測定； 維生素C 采用GB 5009.86-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中抗壞血酸的測定》 標(biāo)準(zhǔn)方法測定； 可溶性糖、 還原糖采用NY/T 1278-2007 《蔬菜及其制品中可溶性糖的測定 銅還原碘量法》 標(biāo)準(zhǔn)方法測定； 可溶性固形物采用NY/T 2637-2014 《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定折射儀法》 標(biāo)準(zhǔn)方法測定； 銅 （Cu）、 鈣 （Ca）、鉀（K）、 鐵（Fe）、 鎂（Mg）、 錳（Mn）、 磷（P）、鋅 （Zn） 采用GB 5009.268-2016 《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測定》 標(biāo)準(zhǔn)方法測定； 胡蘿卜素類采用GB 5009.83-2016 《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中胡蘿卜素的測定》 標(biāo)準(zhǔn)方法測定； 酚類物質(zhì)采用高效液相色譜法測定。

（四） 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析 將平行實(shí)驗(yàn)所得出的數(shù)據(jù)平均值作為最終數(shù)據(jù)結(jié)果。 將數(shù)據(jù)在SPSS 25.0 統(tǒng)計(jì)軟件中進(jìn)行單因素方差分析（Oneway ANOVA） 和Tukey 檢 驗(yàn)，p<0.05 為顯著水平。 主成分分析 （PCA）、 偏最小二乘判別分析（PLS-DA）等多元統(tǒng)計(jì)分析和方差分析（ANOVA）采用SIMCA 14.1 軟件進(jìn)行， 層次聚類分析（HCA）及熱圖繪制采用Origin 2019 軟件進(jìn)行。

二、 結(jié)果與討論

（一） 不同海拔種植的上方山香椿常規(guī)營養(yǎng)成分含量情況及差異分析 測定結(jié)果顯示， 北京市房山區(qū)26 個上方山香椿的干物質(zhì)、 蛋白質(zhì)、 粗纖維、維生素C、 可溶性糖、 還原糖和可溶性固形物含量分別為15.20%～18.96%、 5.87%～7.14%、 1.65%～2.14%、 46.29～124.55 mg/100g、 1.34%～2.57%、1.13%～1.62%、 11.68%～13.53%（見表2）。 而《中國食物成分表標(biāo)準(zhǔn)版》[12]中給出的香椿 （鮮樣）的干物質(zhì)含量為14.8%， 蛋白質(zhì)含量為1.7%， 維生素C 含量為40.0 mg/100g， 由此可見， 本研究測定的所有海拔的上方山香椿中相應(yīng)營養(yǎng)成分含量均較高于該成分表， 具有較高的營養(yǎng)價值。 同時， 張雅麗等[13]測定的房山香椿干物質(zhì)含量為14.9%， 蛋白質(zhì)含量為4.11%， 也低于本研究檢測值， 這種差異可能與采樣的地點(diǎn)或者采收時間有關(guān)。 王鵬程等[14]曾對5 個不同種源及5 個不同采摘時期香椿芽的營養(yǎng)成分進(jìn)行了分析， 認(rèn)為同一種源的香椿芽在不同時期營養(yǎng)成分存在差異。 本研究數(shù)據(jù)中粗纖維測定結(jié)果與 《中國食物成分表標(biāo)準(zhǔn)版》[12]中數(shù)據(jù)以及張雅麗等[13]測定的結(jié)果相近， 均在1.8%左右。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)， 7 種常規(guī)營養(yǎng)成分在200 m、 800 m 海拔處的上方山香椿中含量均較低； 海拔100 m處的上方山香椿蛋白質(zhì)含量最高， 為7.14%， 且與海拔400、 600、 800 m 處樣品無顯著差異， 而海拔200 m 處的樣品蛋白質(zhì)含量顯著低于其他海拔樣品； 400 m 海拔處的上方山香椿的粗纖維、 維生素C、 可溶性糖、 還原糖含量均最大， 分別達(dá)到2.14%、 124.55 mg/100 g、 2.57%、 1.62%， 且與其他樣品差異顯著， 其他海拔處的樣品中這4 種成分無明顯差異； 可溶性固形物含量在各海拔樣品間均無顯著差異， 而維生素C 含量差異較大， 最高（400 m 處） 與最低（800 m 處） 相差近3 倍。

表2 不同海拔種植的上方山香椿的干物質(zhì)、 蛋白質(zhì)、 粗纖維等7 種常規(guī)營養(yǎng)成分含量

在礦物質(zhì)元素方面， 上方山香椿中檢測出了銅、 鈣、 鉀、 鐵、 鎂、 錳、 磷和鋅， 其中鉀含量相對最高， 銅含量相對最低 （見表3）。 如表3 所示，銅、 鈣、 鉀、 鐵、 鎂、 錳、 鋅在海拔200 m 處上方山香椿中含量均為最低， 其中鐵含量為35.58 mg/kg ww， 與其他海拔樣品差異顯著。 800 m 海拔處上方山香椿的銅、 鋅含量最高， 分別為3.15、10.03 mg/kg ww， 與其他海拔樣品差異顯著； 鉀、鎂、 磷含量也最高， 分別為4 078.89、 397.22、1 325.00 mg/kg ww， 其中鉀、 磷含量與海拔200、400 m 處樣品差異顯著， 鎂含量與海拔200 m 處樣品差異顯著。 這說明800 m 海拔處的上方山香椿的礦物質(zhì)元素含量具有較大優(yōu)勢。 錳在400 m 海拔處上方山香椿中含量最高， 與海拔200 m 處樣品差異顯著。 根據(jù)張雅麗等[13]研究結(jié)果（其認(rèn)為與礦物質(zhì)元素含量差異密切相關(guān)的因素是土壤及水肥的差異）， 推斷上方山香椿礦物質(zhì)元素含量的差異可能與上方山本身的礦物質(zhì)元素分布存在一定的關(guān)聯(lián)。上方山香椿的8 種礦物質(zhì)元素含量均高于其他常見蔬菜[15]， 尤其鈣、 鐵、 鋅含量明顯偏高， 是非常好的人體微量元素攝入來源。 本研究所采集的上方山香椿樣品中銅、 鈣、 鉀、 錳含量均高于《中國食物成分表標(biāo)準(zhǔn)版》[12]中新鮮香椿的給定值 （銅0.9 mg/kg、 鈣960 mg/kg、 鉀1 720 mg/kg、 錳3.5 mg/kg）。

表3 不同海拔種植的上方山香椿的礦物質(zhì)含量 （mg/kg ww）

（二） 不同海拔種植的上方山香椿特征性成分含量情況及差異分析 在生物活性物質(zhì)成分方面，上方山香椿中檢測出了2 種類胡蘿卜素（葉黃素和β-胡蘿卜素） 以及6 種多酚類物質(zhì) （蘆丁、 槲皮素-3-O-β-D-葡萄糖苷、 槲皮素-3-O-α-L-鼠李糖苷、 山奈酚-3-O-α-L-鼠李糖苷、 槲皮素和山奈酚）（見表4）。 從表4 可以看出， 不同生物活性物質(zhì)含量水平具有明顯差別， 其中， 槲皮素-3-O-α-L-鼠李糖苷含量最高， 山奈酚含量最低。 200 m 海拔處上方山香椿的槲皮素-3-Oβ-D-葡萄糖苷、 槲皮素-3-O-α-L-鼠李糖苷含量均是所有海拔樣品中最低的； 400 m 海拔處上方山香椿的葉黃素、 槲皮素-3-O-α-L-鼠李糖苷、山奈酚-3-O-α-L-鼠李糖苷含量均是最高的，分別為13.90、 1 245.66、 198.78 mg/kg ww， 其中葉黃素、 槲皮素-3-O-α-L-鼠李糖苷含量與200、800 m 海拔處樣品差異顯著， 山奈酚-3-O-α-L-鼠李糖苷與其他海拔樣品均差異顯著； 蘆丁在800 m 處上方山香椿中含量最高， 與其他海拔樣品差異顯著；β-胡蘿卜素、 槲皮素-3-O-β-D-葡萄糖苷、 山奈酚含量在各海拔上方山香椿中均無顯著差異。 植物中的酚類化合物是天然的抗氧化物質(zhì)， 具有多種藥理學(xué)作用， 如清除體內(nèi)自由基、 抗衰老、抗菌、 抗病毒、 抗癌、 抗過敏等[16～21]。 本研究在所有海拔采集的上方山香椿樣品中均檢測出6 種多酚化合物， 一定程度上證明了上方山香椿的藥用價值， 其中海拔400 m 處的樣品中槲皮素-3-O-α-L-鼠李糖苷、 山奈酚-3-O-α-L-鼠李糖苷含量均最高， 說明海拔也是上方山香椿生物活性物質(zhì)生成的重要影響因素。 本研究測出的酚類物質(zhì)結(jié)果與張雅麗等[13]在房山區(qū)香椿中測出的酚類物質(zhì)不完全相同（本研究未檢出沒食子酸、 原兒茶酸、 紫云英苷）， 與孫小祥[22]分析香椿葉黃酮成分得出的結(jié)果也有部分不同， 這可能與樣品來源和采摘時期都存在一定關(guān)系[23]。

表4 不同海拔種植的上方山香椿的類胡蘿卜素、 多酚類物質(zhì)含量 （mg/kg ww）

進(jìn)一步對上述8 種特征性成分含量數(shù)據(jù)進(jìn)行多元素方差分析， 結(jié)果顯示， 各特征性成分的顯著性均遠(yuǎn)小于0.05， 表明不同海拔及不同生產(chǎn)地點(diǎn)的上方山香椿中特征性成分含量均有較大差異。

通過上文對上方山香椿常規(guī)營養(yǎng)成分、 特征性成分的比較可知， 不同海拔來源的上方山香椿的營養(yǎng)品質(zhì)在一定程度上存在著差異， 其中400 m 海拔處的上方山香椿中干物質(zhì)、 粗纖維、 維生素C、 可溶性糖、 還原糖、 葉黃素、 槲皮素-3-O-α-L-鼠李糖苷、 山奈酚-3-O-α-L-鼠李糖苷含量均最高， 且粗纖維、 維生素C、 可溶性糖、 還原糖含量與其他海拔的上方山香椿差異顯著。 這說明400 m 海拔處上方山香椿的常規(guī)營養(yǎng)成分（除礦物質(zhì)元素外） 和生物活性物質(zhì)含量具有較大優(yōu)勢。

（三） 多元統(tǒng)計(jì)分析

1. 層次聚類分析。 對26 個上方山香椿樣品的8 種礦物質(zhì)元素及8 種特征性成分進(jìn)行層次聚類分析， 結(jié)果見圖1。 從圖1 中可以看出， 不同海拔和來源的上方山香椿間的礦物質(zhì)元素及特征性成分存在明顯差異， 26 個上方山香椿樣品共被分為5 個大組， KY210001 （100 m）、 KY210018 （400 m）、KY210019 （400 m）、 KY210021 （600 m）、 KY 210006 （100 m） 為第1 組， KY210004 （100 m）、KY210007 （600 m）、 KY210005 （100 m）、 KY 210008 （600 m）、 KY210012 （800 m） 被聚為第2組， KY210022 （800 m） 被聚為第3 組， KY 210009（400 m）、 KY210010 （400 m）、 KY 210011 （400 m）被聚為第4 組， 其他上方山香椿樣品被聚為第5組。 被分為5 組的上方山香椿在不同成分含量上有著相當(dāng)大的區(qū)別， 第1 組上方山香椿中的槲皮素-3-O-β-D-葡萄糖苷、β-胡蘿卜素、 Mg、 槲皮素-3-O-α-L-鼠李糖苷、 山奈酚-3-O-α-L-鼠李糖苷、 葉黃素、 Fe 含量高于第2 組和第3 組上方山香椿樣品； 第4 組上方山香椿中的槲皮素-3-O-α-L-鼠李糖苷、 山奈酚-3-O-α-L-鼠李糖苷、 葉黃素、 Fe、 Mn、 Cu、 Ca 等成分含量整體比其他4 組上方山香椿樣品高； 而槲皮素在第5 組上方山香椿樣品中含量更高。 該結(jié)果表明， 除地理位置對上方山香椿的礦物質(zhì)元素、 特征性成分含量有影響外， 海拔對上方山香椿的上述品質(zhì)成分含量也有較大影響， 其中， 海拔400 m 條件更有利于提高上方山香椿槲皮素-3-O-α-L-鼠李糖苷、 山奈酚-3-O-α-L-鼠李糖苷、 葉黃素、 Fe、 Mn、Cu、 Ca 等成分含量。

2.主成分分析。 主成分分析是一種實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)降維的“非監(jiān)督” 模式， 將復(fù)雜的多變量數(shù)值轉(zhuǎn)化為少量的新變量。 26 個上方山香椿樣品中8 種礦物質(zhì)元素及8 種特征性成分的PCA 分析得分圖， 不同海拔上方山香椿樣品的PCA 分析得分圖和載荷圖分別見圖2～圖4。 從PCA 分析得分圖可以看出， 不同來源和海拔的上方山香椿樣品可以被區(qū)分開， 且得分圖的樣品分布與圖1 層次聚類熱圖中的聚類分組相似； 部分海拔100 m 和600 m 處的上方山香椿樣品礦物質(zhì)元素和特征性成分含量差異較小， 猜測可能是因?yàn)楣律娇诖屙n村河鎮(zhèn)、 下中院村和圣水峪村上方山穗晟地理位置相鄰， 氣候和環(huán)境相似度比較高。 從PCA 分析載荷圖可以看出， 各成分都分布在距離載荷圖中心原點(diǎn)較遠(yuǎn)的位置， 對PCA 模型的貢獻(xiàn)都較大， 說明不同上方山香椿樣品中礦物質(zhì)元素及特征性成分含量均有較大差別，進(jìn)一步驗(yàn)證了來源和海拔對上方山香椿品質(zhì)的影響。

圖2 26 個上方山香椿樣品中8 種礦物質(zhì)元素及8 種特征性成分的PCA 分析得分圖

圖3 不同海拔種植的上方山香椿樣品中8 種礦物質(zhì)元素及8 種特征性成分的PCA 分析得分圖

圖4 26 個上方山香椿樣品中8 種礦物質(zhì)元素及8 種特征性成分的PCA 分析載荷圖

3. 偏最小二乘判別分析。 偏最小二乘判別分析是一種對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理的 “有監(jiān)督” 模式，可有效區(qū)分各組的特征變量， 建立回歸模型， 確定樣本之間的關(guān)系， 并對回歸結(jié)果進(jìn)行判別分析。 26個上方山香椿樣品根據(jù)海拔高度分成100、 200、400、 600、 800 m 等5 組進(jìn)行PLS-DA 分析， 結(jié)果見圖5。 從PLS-DA 分析得分圖可以看出， 不同海拔種植的上方山香椿樣品之間礦物質(zhì)元素和特征性成分含量有差異， 基本上可以區(qū)分開。 篩選變量投影重要度（VIP） 值＞1 的差異化合物和倍數(shù)變化 （FC） 值＞1 的差異化合物， 發(fā)現(xiàn)Zn 的VIP 值和FC 值分別為1.243 43 和1.398 21 （見表5）， 可作為區(qū)分不同海拔種植的上方山香椿的重要差異性成分。

圖5 不同海拔種植的上方山香椿產(chǎn)品PLS-DA 分析得分圖

表5 不同海拔種植的上方山香椿之間的差異化合物

三、 結(jié)論

本文對北京市房山區(qū)不同海拔種植的上方山香椿的營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行了差異性分析， 通過對上方山香椿營養(yǎng)品質(zhì)的檢測分析， 發(fā)現(xiàn)干物質(zhì)、 蛋白質(zhì)、 維生素C、 礦物質(zhì)元素、 生物活性物質(zhì)等營養(yǎng)品質(zhì)成分含量水平整體較高； 不同海拔處的上方山香椿的常規(guī)營養(yǎng)成分含量存在一定的差異， 且不同上方山香椿樣品中生物活性物質(zhì)含量均有較大差別。 海拔400 m 處種植的上方山香椿的常規(guī)營養(yǎng)成分 （除礦物質(zhì)元素外）、 生物活性物質(zhì)含量更高， 而800 m處種植的上方山香椿的礦物質(zhì)元素含量更高， 因此400、 800 m 處的上方山香椿整體品質(zhì)更佳， 這提示可在生產(chǎn)中有目的性地選擇種植區(qū)域， 并將不同海拔生產(chǎn)的香椿產(chǎn)品分別銷售， 從而提高其經(jīng)濟(jì)效益。 本研究經(jīng)多元統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)， 來源和海拔對上方山香椿品質(zhì)具有較大影響， Zn 元素可作為區(qū)分不同海拔生產(chǎn)的上方山香椿的重要差異性成分。 本研究僅針對同一年份采集的上方山香椿產(chǎn)品的品質(zhì)成分差異進(jìn)行分析， 所得結(jié)果受當(dāng)年光照、 降水、土壤肥力等因素影響較大。 因此， 為深入探究上方山香椿產(chǎn)品的品質(zhì)差異， 未來還需持續(xù)開展品質(zhì)監(jiān)測， 綜合多年數(shù)據(jù)來明確北京市房山區(qū)上方山香椿地理標(biāo)志產(chǎn)品的品質(zhì)特色。