劉 珍,王 璐,曹璐磊,牛善策,2,向地英,陳段芬,尉文彬 ,郝麗紅,
(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,河北保定 071001;2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)華北作物改良與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北保定 071001;3.張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,河北張家口 075000)
大麗花(Dahlia pinnata)是菊科(Compositae)大麗花屬的多年生球根植物,別名天竺牡丹、西番蓮、大理菊等,原產(chǎn)于墨西哥、危地馬拉和哥倫比亞一帶,是墨西哥的國花[1],張家口的市花,具有較高的觀賞、藥用和食用價(jià)值。
大麗花花色多樣,花型豐富[2],可用于生產(chǎn)切花,是盆栽植物和花園設(shè)計(jì)的主要元素[3],除了觀賞價(jià)值外大麗花花瓣還具有營養(yǎng)和功能特性[4],因其存在大量對(duì)人體健康有益的生物活性化合物而在國外大受歡迎[5],大麗花花瓣可以生食用于制作沙拉也可以藥用,據(jù)《中華本草》記載,大麗花花瓣含有大量黃酮類成分,有清熱解毒、散瘀止痛的功效,主治腮腺炎、齲齒疼痛、無名腫毒、跌打損傷等疾病[6],大麗花花瓣還是類黃酮和花色素苷的優(yōu)良來源[7]。隨著食用花卉的興起,一些學(xué)者對(duì)大麗花花瓣的營養(yǎng)成分和應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)研究。Lara-Cortés 等[8]分析了6 個(gè)大麗花品種的基本成分、礦物質(zhì)、維生素C、酚類化合物、總花青素、類胡蘿卜素和抗氧化活性,得出其含有大量的酚類成分和類胡蘿卜素的結(jié)論,具有很高的營養(yǎng)價(jià)值。Pires 等[9]測定了四種不同的花卉樣品的酚類成分及其生物活性潛力,而大麗花表現(xiàn)出較優(yōu)的抗氧化能力。Espejel 等[10]對(duì)5 種野生大麗花舌狀花的理化性質(zhì)、抗氧化能力和營養(yǎng)價(jià)值做了系統(tǒng)研究,得出其含有高濃度的生物活性化合物和營養(yǎng)成分,對(duì)健康有益,可以作為新鮮產(chǎn)品食用。
以上研究為大麗花的食用、藥用開發(fā)提供了初步的方向,但是目前還缺乏對(duì)國內(nèi)外不同品系及農(nóng)家種中的不同品種進(jìn)行營養(yǎng)品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià),本底情況還不清楚,而同科中的菊花[11](Dendranthema morifolium)、雪蓮花[12](Saussureainvolucrata)和金盞花[13](Calendula officinalis)等植物已在營養(yǎng)及活性成分分析方面取得了一定的進(jìn)展,并進(jìn)行了商業(yè)化的開發(fā)利用,這也為進(jìn)一步研究大麗花花瓣的營養(yǎng)成分并進(jìn)行開發(fā)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。本試驗(yàn)以巨花系列、大花中花系列、夢幻系列、金剛系列、葫蘆娃系列、諾娃誘惑系列和農(nóng)家種系列的大麗花花瓣為研究對(duì)象,以營養(yǎng)物質(zhì)和活性成分作為評(píng)價(jià)指標(biāo),通過相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析比較各品種間營養(yǎng)品質(zhì)的差異,以期篩選出營養(yǎng)品質(zhì)較為優(yōu)良的品種,從而為大麗花的資源評(píng)價(jià)及開發(fā)應(yīng)用提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)材料 均為張家口市農(nóng)科院花卉所引種栽培到其實(shí)驗(yàn)基地的不同品種大麗花,品種信息見表1,其中來自國內(nèi)甘肅地區(qū)的農(nóng)家種有3 個(gè),分別為GSV2, GS-V5 和 GS-V7,來自國內(nèi)山東地區(qū)的有1 個(gè),為SD-C2,其余32 個(gè)全為市場上售賣流通的不同品系的商業(yè)品種;乙醇、甲醇、硫酸、高氯酸 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;DPPH 自由基清除能力試劑盒南京建成生物工程研究所;其它試劑均為分析純。
表1 36 個(gè)大麗花品種的基本信息Table 1 Basic information of 36 dahlia cultivars
U-5100 型紫外可見分光光度計(jì) 天美(中國)科學(xué)儀器有限公司;DZKW-4 電子恒溫水浴鍋 北京中興偉業(yè)儀器有限公司;AX224ZH/E 電子分析天平 奧豪斯儀器(常州)有限公司;A11 高速冷凍研磨機(jī) 德國IKA 集團(tuán)。
1.2.1 樣品預(yù)處理 在盛花期(植株50%以上的花序開放的時(shí)期)進(jìn)行取樣,根據(jù)不同系列、花色、花型和花朵大小等形態(tài)指標(biāo)選定36 個(gè)品種,對(duì)選定的每個(gè)品種隨機(jī)選取20 枝花,去除花萼、花托、雌雄蕊等部位,只留花瓣,用蒸餾水沖洗干凈,再用吸水紙吸干花瓣表面的水分,將其剪碎后混勻,用錫箔紙包裹,放入液氮中處理30 min,然后存于-80 ℃超低溫冰箱中備用。大麗花鮮樣采用研磨機(jī)液氮研磨均勻至無可見樣品塊,稱取研磨樣品用于后續(xù)營養(yǎng)成分提取及檢測。
1.2.2 營養(yǎng)成分測定 可溶性蛋白含量的測定參照李玲[14]的考馬斯亮藍(lán)法,可溶性糖含量的測定參考李合生[15]的蒽酮比色法,維生素C 含量的測定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[14],有機(jī)酸含量的測定采用酚酞指示劑滴定法[14],參考吳強(qiáng)盛[16]的鄰苯二酚法測定大麗花花瓣的總酚含量;類黃酮含量的測定采用亞硝酸鈉-硝酸鋁顯色法[17],花青素含量的測定采用分光光度計(jì)法[18],DPPH 自由基清除能力采用試劑盒測定,各個(gè)指標(biāo)含量測定時(shí)重復(fù)3 次。
利用Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),并利用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行顯著性分析(P<0.05)、相關(guān)性分析及主成分分析。采用Origin 2019 軟件進(jìn)行聚類分析。
從表2 可以看出,大麗花花瓣可溶性糖含量在6.95~15.57 mg/g 之間,平均含量為11.25 mg/g,變異系數(shù)為20.66%,低于菊花[19]的可溶性糖含量(47.7~84.4 mg/g),這可能和品種有關(guān),除此之外巨花系列品種的可溶性糖含量普遍比較高,在9.15~14.17 mg/g之間,AGR-C5 含量最高,為14.17 mg/g,AGR-C3 含量最低,為9.15 mg/g,AGR-C3 與巨花系列的其它三個(gè)品種均具有顯著性差異(P<0.05)。大花中花系列品種的可溶性糖含量在9.53~15.57 mg/g 之間,其中AGR-C10 含量最高,AGR-C8 含量最低。夢幻系列品種的可溶性糖含量在8.08~13.19 mg/g 之間,其中YH-C7 含量最高,YH-C3 含量最低,且YH-C7 和YH-C9 可溶性糖含量顯著高于夢幻系列其它品種(P<0.05)。金剛系列品種的可溶性糖含量在6.99~14.57 mg/g 之間,其中YH-C17 含量最高,YH-C22含量最低,且YH-C12 和YH-C22 顯著低于金剛系列其它品種(P<0.05)。此外,葫蘆娃系列品種的可溶性糖含量在6.95~8.47 mg/g 范圍內(nèi),諾娃誘惑系列為8.51~14.28 mg/g,農(nóng)家種系列為11.70~12.70 mg/g,從表中可以看出葫蘆娃系列可溶性糖含量顯著低于其它系列可溶性糖含量(P<0.05)。不同品種大麗花花瓣可溶性蛋白含量在0.96~2.01 mg/g 之間,平均含量為1.50 mg/g,變異系數(shù)為14.67%,品種間差異較小,其可溶性蛋白含量與菊花(4.3~14.4 mg/g)相比也較低[19],這與Lara-Cortés 等[8]的研究結(jié)果一致:大麗花表現(xiàn)出較低的蛋白質(zhì)含量,此外巨花系列品種的可溶性蛋白含量在1.38~1.74 mg/g 范圍內(nèi),大花中花系列為1.53~1.71 mg/g,各品種之間沒有顯著性差異(P>0.05) 。 夢幻系列為 1.17~1.79 mg/g,金剛系列為1.25~1.81 mg/g,葫蘆娃系列為0.96~1.58 mg/g,諾娃誘惑系列為1.20~2.01 mg/g,農(nóng)家種系列為1.35~1.66 mg/g。
表2 不同品種大麗花花瓣部分營養(yǎng)成分含量的變化Table 2 Changes of nutrient contents in petals of different cultivars of dahliai
維生素C 又被稱為抗壞血酸,是一種水溶性維生素,具有美容、護(hù)齒、提高人體免疫力等多種功效,并有一定的肺癌防治作用[20],不同品種大麗花花瓣的維生素C 含量在1.20~151.37 mg/100 g 之間,平均含量為37.63 mg/100 g,變異系數(shù)為51.94%,各品種間差異較大,其中YH-C18 含量最高,為151.37 mg/100 g;含量最低的是YH-C3,為1.20 mg/100 g,此結(jié)果超過了Lara-Cortéss 等[8]測定的大麗花維生素C 含量(0.5 μg/g),也超過了菊花[19]的維生素C 含量(0.1785~0.6788 mg/g),產(chǎn)生差異的原因可能和大麗花的品種、生長環(huán)境有關(guān),也可能和生物合成和降解之間的平衡以及還原和氧化之間的平衡有關(guān)[21],巨花系列各品種間存在顯著性差異(P<0.05),其中AGR-C7 含量最高,為108.36 mg/100 g,AGR-C4 含量最低,為68.45 mg/100 g。大花中花系列品種間沒有顯著性差異(P>0.05),其中AGR-C10 含量最高,為67.84 mg/100 g,AGR-C11 含量最低,為44.55 mg/100 g。夢幻系列品種維生素C 含量最高的是YHC5,為126.82 mg/100 g,含量最低的是YH-C3,它的含量顯著低于夢幻系列的其它品種(P<0.05)。金剛系列品種含量最高的是YH-C13,為118.53 mg/100 g,含量最低的是YH-C12,為5.56 mg/100 g。諾娃誘惑系列含量最高的是YY-C6,為98.03 mg/100 g,含量最低的是YY-C4,為32.80 mg/100 g。農(nóng)家種系列含量最低的是SD-C2,為33.25 mg/100 g,GS-V7含量最高,為137.79 mg/100 g。不同品種大麗花花瓣有機(jī)酸含量在0.38%~1.10%之間,有機(jī)酸平均含量為0.65%,變異系數(shù)為23.32%,與菊花有機(jī)酸含量(0.07%~0.44%)不一致,夢幻系列含量最高的是YHC1,為1.10%,含量最低的是YH-C3,為0.66%。金剛系列含量最高的是YH-C13,為0.80%,含量最低的是YH-C16,為0.38%。葫蘆娃系列中YH-C25 含量最高,為0.91%,YH-C27 含量最低,為0.52%。諾娃誘惑系列中YY-C2 含量最高,為0.71%,YY-C4含量最低,為0.48%。農(nóng)家種系列中GS-V7 含量最高,為0.77%,GS-V5 含量最低,為0.51%。此外,除AGR-C10、AGR-C11 和YH-C16 有機(jī)酸含量顯著低于YH-C1 和YH-C25 外(P<0.05),其余品種間均沒有顯著性差異(P>0.05)。Lara-Cortés 等[8]測定的大麗花水分含量(88%~92%)高于菊花[19]的含水量(83.72%~91.02%),這可能是導(dǎo)致大麗花其它營養(yǎng)成分可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、維生素C 等營養(yǎng)物質(zhì)的含量低于菊花的原因之一。
酚類化合物是重要的植物次生代謝產(chǎn)物,有多種生物活性,尤其在預(yù)防人類心腦血管疾病、癌癥以及衰老等方面發(fā)揮著十分重要的作用[22],由表3 可以看出各品種大麗花總酚含量變異系數(shù)只有7.90%,說明品種對(duì)大麗花總酚含量的影響不大,除此之外大麗花花瓣的總酚含量變化在0.19~0.25 mg/g 之間,平均含量為0.22 mg/g,含量最高的是YH-C20 和YH-C21,為0.25 mg/g,含量最低的是AGR-C10 和YY-C3,為0.19 mg/g,低于除薔薇花之外其余22 種花卉的總酚含量(4.83~68.19 mg/g)[22],低于萬壽菊總酚的含量(26.63 mg/g)[23],還低于國外Lara-Cortés等[8]測定的大麗花花瓣的總酚含量(3.6~127.5 mg/g),這可能和不同品種所含的酚類化合物的類型有關(guān),也可能和總酚含量的提取方法和測定方法有關(guān)。
表3 不同品種大麗花花瓣活性成分含量和抗氧化能力的變化Table 3 Changes in the contents of active components and antioxidant capacity of dahliai flower petals of different varieties
花青素作為一種黃酮類化合物,廣泛應(yīng)用于營養(yǎng)補(bǔ)充劑、功能性食品配方成分及藥物成分等方面,在保健食品方面具有較高的應(yīng)用價(jià)值,存在于大量的花卉、蔬菜和水果中[24-25]。不同品種大麗花花瓣花青素含量變化在0.61~2.51 mg/g 之間,平均含量為1.86 mg/g,變異系數(shù)為27.44%,其中AGR-C11 含量最高,為2.51 mg/g;YH-C25 含量最低,為0.61 mg/g。從表1 和表3 可以看出不同顏色的大麗花品種中花青素含量差異較顯著(P<0.05),紫色品種花青素含量較高,黃色大麗花品種花青素含量較低,這與崔虎亮等[26]在牡丹上的研究結(jié)果一致,據(jù)此可以驗(yàn)證不同顏色的花瓣花青素濃度不同,其顏色越深花青素含量越高,顏色越淺花青素含量越低。
類黃酮廣泛分布于植物、水果、蔬菜和幾種飲料中,是植物中的天然色素,是人類飲食中非能量部分的重要組成部分。不同品種大麗花花瓣類黃酮含量變化在0.54~4.81 mg/g 之間,變異系數(shù)為44.02%,含量最低的是YY-C3,為0.54 mg/g,夢幻系列類黃酮含量高于其它系列,類黃酮平均含量為2.70 mg/g,含量最高的是YY-C2,為4.81 mg/g,其花色為黃色,這印證了黃色與黃酮類化合物存在有關(guān)[27],含量最低的是YY-C3,為0.54 mg/g,類黃酮平均含量為2.70 mg/g,顯著低于百合花瓣類黃酮含量(17.32~32.06 mg/g)[28]。
DPPH 自由基清除能力含量的多少反映的是抗氧化能力的大小,其含量越高抗氧化能力越強(qiáng),不同品種大麗花花瓣DPPH 自由基清除能力在0.12%~0.67%之間,變異系數(shù)為43.16%,清除率最高的是YH-C1、YH-C20 和YH-C27,為0.67%,YH-C12 和YH-C25 清除率最低,為0.12%,DPPH 自由基清除率平均值為0.34%,這與Lara-Cortés 等[8]測定大麗花的DPPH 自由基清除率不一致(17%~24%),這可能與品種品系的不同有關(guān),也和大麗花的生長環(huán)境和測定方法有關(guān)。
對(duì)大麗花主要營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析,目的是為了揭示各個(gè)營養(yǎng)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)程度,從而為大麗花營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的合理選擇提供一定依據(jù)。不同品種大麗花營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性分析如表4 所示,可溶性糖與可溶性蛋白的相關(guān)性達(dá)顯著水平(P<0.05),與有機(jī)酸、總酚含量均有負(fù)相關(guān)性??扇苄缘鞍着c維生素C、類黃酮、DPPH 自由基清除率均有正相關(guān)性;維生素C 與有機(jī)酸、類黃酮在0.01水平上呈現(xiàn)極顯著正相關(guān),與DPPH 自由基清除率在0.05 水平上呈現(xiàn)顯著正相關(guān);花青素與類黃酮、DPPH自由基清除率在0.05 水平上呈顯著正相關(guān);類黃酮與DPPH 自由基清除率呈正相關(guān)。結(jié)果表明大麗花各營養(yǎng)指標(biāo)均存在不同程度的相關(guān)性,維生素C、總酚、花青素、類黃酮和DPPH 自由基清除率均具有正相關(guān)性,特別是維生素C 和花青素與DPPH 自由基清除率具有顯著正相關(guān)(P<0.05),說明維生素C和花青素的濃度會(huì)影響抗氧化能力。
表4 不同大麗花品種品質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of quality indexes among different cultivars of dahlia
采用主成分分析法,從樣本相關(guān)矩陣出發(fā),對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后,計(jì)算各性狀的特征值和方差貢獻(xiàn)率,確定主成分的個(gè)數(shù)。再根據(jù)各性狀的特征向量,列出主成分的函數(shù)表達(dá)式,然后計(jì)算其主成分值,對(duì)測得的36 個(gè)大麗花品種的各營養(yǎng)成分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。由表5 可知,前五個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為81.399%,這說明前5 個(gè)成分已經(jīng)代表了全部性狀81.399%的綜合信息。因此,選取前5 個(gè)主成分作為大麗花營養(yǎng)品質(zhì)的重要主成分。
表5 主成分特征值、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 5 Principal component characteristic value, contribution rate and cumulative contribution rate
2.4.1 不同品種大麗花花瓣主成分分析因子載荷矩陣分析 由表6 可見,第一主成分貢獻(xiàn)率為22.632%,其中類黃酮含量和維生素C 含量具有較大的載荷值;第二主成分貢獻(xiàn)率為21.1016%,在DPPH 自由基清除率上具有較大的載荷值;第三主成分貢獻(xiàn)率為14.697%,花青素和可溶性糖含量具有較大的載荷值。第四主成分貢獻(xiàn)率為12.187%;第五主成分貢獻(xiàn)率為10.782%,在有機(jī)酸含量上具有較大的載荷值。
表6 主成分分析因子載荷矩陣Table 6 Principal component analysis factor load matrix
2.4.2 不同品種大麗花花瓣各主成分值及品質(zhì)得分比較 用各指標(biāo)變量的主成分載荷(表6)除以主成分相對(duì)應(yīng)的特征值開平方根,便得到五個(gè)主成分中每個(gè)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)即特征向量,以特征向量為權(quán)重構(gòu)建5 個(gè)主成分的表達(dá)函數(shù)式:
式中,X1為可溶性糖、X2為可溶性蛋白、X3為維生素C、X4為有機(jī)酸、X5為總酚、X6為花青素、X7為類黃酮、X8為DPPH 自由基清除能力。
以各個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重,由主成分得分和對(duì)應(yīng)的權(quán)重線性加權(quán)求和得到綜合評(píng)價(jià)函數(shù)。函數(shù)公式如下:Y綜合=0.2263Y1+0.211Y2+0.147Y3+0.122Y4+0.108Y5,36 個(gè)大麗花品種的綜合得分及排序結(jié)果由表7 所示,YH-C7 和YH-C4 營養(yǎng)品質(zhì)最好,而YH-C20、AGR-C7 的營養(yǎng)品質(zhì)則相對(duì)較低。
表7 不同大麗花品種的主成分得分及排序Table 7 Principal component scores and ordering of different dahlia cultivars
通過聚類分析將36 個(gè)不同品種大麗花劃分為了5 類,所得結(jié)果如圖1 所示,從圖可以看出,第一類有AGR-C3、YH-C6、YH-C7、GS-V5、YH-C21、YY-C2、AGR-C4、AGR-C10、AGR-C8 和YH-C22,該類群可溶性糖、可溶性蛋白含量較高,花青素含量較低,營養(yǎng)成分含量較高(表8)。第二類有AGRC5、YY-C3、YY-C6 、YH-C25 、YH-C1、YH-C16、YY-C1、AGR-C7、YH-C2 和YH-C4,所有營養(yǎng)成分含量居中。第三類有YH-C5、YH-C13、GS-V2、YHC18 和GS-V7,可溶性糖含量、維生素C 含量、花青素含量和類黃酮含量較高,抗氧化能力較強(qiáng)。第四類有AGR-C11、YH-C9、YH-C8、YH-C27、YY-C4、SD-C2 和YY-C8,可溶性蛋白和有機(jī)酸含量較低,其他成分含量居中。第五類有YH-C3、YH-C12、YHC17 和YH-C20,可溶性蛋白和維生素C 含量較低,其他成分含量居中。此分類結(jié)果和主成分分析得出的結(jié)果基本一致,綜合評(píng)分相近的品種聚為一類。
圖1 36 個(gè)品種大麗花營養(yǎng)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)聚類樹狀圖Fig.1 Cluster tree diagram for comprehensive evaluation of nutritional quality of 36 cultivars of dahlia
表8 每類品種的營養(yǎng)成分含量比較Table 8 Comparison of nutrient component of five types
研究結(jié)果表明,36 個(gè)不同品種大麗花的營養(yǎng)成分表現(xiàn)出較大的差異,其中維生素C 含量的差異最大,其變異系數(shù)為51.94%,總酚含量的品種差異最小,其變異系數(shù)只有7.92%。相關(guān)性分析結(jié)果表明,大麗花8 個(gè)指標(biāo)間均存在不同程度的相關(guān)性,說明指標(biāo)間存在信息重疊,不能直接作為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)的主要影響因素,可對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行分類簡化來提高統(tǒng)計(jì)信息的準(zhǔn)確性和評(píng)價(jià)效率。主成分分析結(jié)果表明,從8 項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)中提取了5 個(gè)公因子,方差貢獻(xiàn)率達(dá)到了81.399%,解釋了原始變量絕大部分信息,經(jīng)綜合評(píng)價(jià)得分前六的品種分別是:YH-C7、YH-C4 、AGRC10、 YH-C12、 YH-C9 、AGR-C3,其中YH-C7 和YH-C4 的維生素C、總酚、花青素、類黃酮和抗氧化能力方面較為突出,除此之外根據(jù)總酚和花青素含量的測定結(jié)果觀察到花瓣顏色不同其含量也不同,紫色大麗花中含量最多。綜上所述,所測大麗花花瓣不同品系各營養(yǎng)成分含量差異顯著,同一品系的營養(yǎng)成分含量也有顯著性差異,大麗花顏色不同營養(yǎng)成分的含量也不同,但其差異的具體原因還有待進(jìn)一步探索,未來可以從不同地域、不同生長環(huán)境等外部環(huán)境方面進(jìn)行分析,也可以從分子機(jī)理層面進(jìn)行探索,為大麗花更好的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。