新疆駿棗礦質元素含量與其品質相關性初探

吳東峰 1，，何偉忠 ，王 成

（1.新疆農業大學 草業與環境科學學院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆農業科學院 農業質量標準與檢測技術研究所，新疆 烏魯木齊 830091）

近年來，新疆紅棗種植規模與產量躍居國內各省區首位，成為區域農業結構調整、優化的主要栽培樹種及果農經濟增收的主要源頭。隨著新疆紅棗種植業高效、優質發展，消費者對紅棗內在品質安全越發關注，但對其品質安全劃分的研究尚停留在單一營養指標及部分外觀特征指標上[1]。基于此，在分析紅棗礦質元素含量組成特征及品質價值基礎上，依據其特性對紅棗資源進行多元化開發利用，以期促進紅棗產銷協調發展具有重要意義。迄今為止，由于礦質元素組成在紅棗營養功能中的重要性及特殊性，國內已見對紅棗礦質元素組成的研究報道，國外則較少。目前，多位學者先后對新疆紅棗礦質元素含量、生理品質特性及產量間相關性進行了研究與探討，眾多研究表明礦質營養元素與農產品品質的關系密切，若農產品中礦質元素含量與比例適宜，可明顯提高農產品的品質和產量[2-6]；如蔣卉等[7]對新疆引進紅棗中的 6 種有益微量元素含量進行測試分析，結果表明引進紅棗果實中微量元素種類多、含量高，安全性高；陳愷等[8]對新疆不同地區3個品種紅棗中的12種微量元素含量進行測試分析，結果表明：新疆紅棗中礦物質元素含量豐富，K、Fe含量均高于其他地區品種的棗；高錦紅等[9]對紅棗中 6 種微量元素含量進行差異分析，得出棗中微量元素含量豐富，其含量順序由高到低依次為Ca、Mg、Fe、Zn、Mn、Cu；張艷紅等[10]對新鄭和若羌紅棗中的微量元素含量進行了分析，結果表明微量元素含量之間差異性不顯著；劉一兵等[11]通過比較研究大棗和小棗中微量元素含量，得出金絲小棗和大棗中均含有豐富的微量元素，而大棗中的微量元素均不同程度高于小棗的結論；Li 等[12]對金絲小棗、尖棗、駿棗等 5 個品種的8 種礦質元素研究結果表明，5種棗果實中鉀、鈣、鎂的含量較高，鐵、鈉、鋅、銅的含量較低，硒未檢出；劉鑫[13]對壺瓶棗的礦質元素研究結果表明，6 種礦質元素對棗果實的品質以及風味均有重要影響；另外，產地[14]、樹齡[15]、栽培模式[16-18]等因素也會影響礦質元素的含量；我們團隊的相關學者先后對新疆主栽紅棗重金屬組成進行了分析比較[19]，為相關研究的深化奠定了基礎。盡管已經有較多研究涉及紅棗礦質元素含量分析，但未見新疆不同產區主栽駿棗中的礦質元素組成分析及其品質價值間評價的相關報道。本研究以新疆11縣市主栽品種駿棗為研究對象，根據其栽培種植分布特點，采集55份駿棗樣品為材料，測定其鉀、銅、鈣、錳、鋅、鎂、鐵7種主要有益礦質元素及4種品質指標（總糖、可溶性固形物、蛋白質、膳食纖維）的含量組成。采用變異性、相關性、主成分、和系統聚類法對不同產區駿棗礦質元素含量進行差異分析及品質價值評價[20]，并初步探討其礦質元素與品質的關系，為合理開發和利用優質駿棗資源提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 供試品種

結合新疆駿棗種植分布概況，選擇8～10年生的棗園，其樹體健壯、營養狀況基本一致。且土、肥、水等管理參照栽培管理技術流程統一進行[21]。于2016年10月果實成熟期，在樹冠中外圍中上部隨機挑選大小、成熟度一致的果實作為試驗材料并運抵實驗室進行取樣。

1.1.2 主要試劑、儀器

主要化學藥品：鉀、銅、鈣、錳、鋅、鎂、鐵為標準儲備液（國家有色金屬及電子材料分析測試中心提供）； 0.1%、2%、3%二氨基萘試劑（DAN）； HNO3、HClO4等均為分析純（天津市元立化工有限公司生產）；試驗用水：超純水（本實驗室自制）。

主要儀器設備：BSA223S 型電子天平，由賽多利斯公司生產； AAS-800 型原子吸收分光光度計（美國PE 公司生產）、AFS-9230 型原子熒光分光光度計（北京吉天儀器有限公司生產）、DHG-9140A 恒溫干燥箱（上海一恒科學儀器有限公司生產）、微波消解儀（北京吉天儀器有限公司生產）。

1.2 方 法

1.2.1 微量元素測定方法

本次實驗所涉及的鉀、銅、鈣、錳、鋅、鎂、鐵7種主要有益礦質元素含量測定采用火焰原子吸收法[22-24]，具體條件見表1。測定方法為稱取0.200 0 g 左右樣品于試管中，加入約5 mL優級純濃硝酸，蓋上塞子，于石墨爐中 150 ℃加熱消解至棕色氣體冒盡、樣液呈淺黃透明，取下樣品冷卻至室溫，轉移到 25 mL 容量瓶，用超純水定容至刻度，得到紅棗提取液樣品，進行上機測定，根據微量元素標準曲線計算出棗中的各微量元素含量[24-28]。

1.2.1.1 標準曲線的制作

參照趙燕等[29]的測定方法，取標準儲備液，用硝酸稀釋成不同濃度的混合標準系列。在以體積比為1∶50（HNO3∶水）的硝酸為空白，在選定的儀器操作條件下對標準溶液進行測定并繪制標準曲線。

1.2.1.2 各元素的檢出限和精密度

用空白連續進樣測定10次，以其結果標準偏差的3倍對應的濃度計算各元素的檢出限（LOD）和精密度，結果見表2。

表1 火焰原子吸收的工作條件和各元素回歸方程Table 1 Working conditions of flame atomic absorption spectrometry and regression equation of elements

表2 各元素的檢出限和精密度Table 2 The detection limit and precision of each element

1.2.2 駿棗品質指標測定方法

本次實驗對受試駿棗4項品質指標（總糖、可溶性固形物、蛋白質、膳食纖維）含量的測定，按照對應國際標準進行，見表3。

表3 4 種組分測定方法Table 3 The determination methods of 4 components

1.2.3 數據處理

采用 Excel 2013 軟件對55份駿棗樣品測定數據進行整理，計算出微量元素含量的均值、標準差以及變異系數。采用 SPSS21.0 軟件進行正態分布檢驗、相關性分析、主成分分析、聚類分析和方差分析。

2 結果與分析

2.1 駿棗礦質元素含量特征

2.1.1 礦質元素的變異分析

近年來，有關農產品的礦質營養價值和健康益處受到眾多學者的關注[30-32]。本次實驗利用Kolmogorov-Smirnov 方法對11個產區55份駿棗樣品中的不同微量元素含量數據進行正態分布檢驗，結果顯示漸近顯著性（雙側）值P均大于顯著性水平（α＝0.05），表明駿棗果實的 7 種礦質元素含量數據均服從正態分布。11縣市駿棗果實的 7 種礦質元素含量見表 4。由表4可知，駿棗礦質元素含量由高到低依次為：K＞ Mg ＞ Ca＞ Fe ＞ Zn ＞ Mn ＞ Cu，駿棗的大量元素中 K含量最高，其含量范圍為 10 506.06～14 404.65 mg/kg（均值為12 130.27 mg/kg），Zn、Mn、Cu含量相對較低，這與前人研究得出的礦質元素含量變化規律相似[33-34]。不同產區各駿棗樣品礦質營養元素 Zn的變異系數最大，且Fe、Zn均為強變異（變異系數＞20%），Ca、Mg、Cu 為中等變異（10%＜變異系數≤20%），Mg、K 為弱變異（變異系數≤10%）。可能是由于在生產過程中重施鉀、磷肥而少施微量元素肥料導致Mg、K 的變異系數較低，為 6.34%。部分礦質元素含量為中等變異和強變異，表明不同產區駿棗果實礦物元素組成差異較大。由此可見，駿棗可補充人體所需的微量元素 Fe、Cu、Zn等[35]。

2.1.2 駿棗品質分析

利用 Kolmogorov-Smirnov 方法對新疆11縣市駿棗果實的4項品質生物化學指標（總糖、蛋白質、可溶性固形物、膳食纖維）含量數據進行正態分布檢驗，結果顯示漸近顯著性（雙側）值P均大于顯著性水平（α＝0.05），表明駿棗果實的4項品質生物化學指標含量數據均服從正態分布。品質指標含量見表 5。由表5可知，蛋白質、總糖、膳食纖維含量變異系數較小，為中等變異（10%＜變異系數≤20%）。而可溶性固形物含量變異程度大，為強變異（變異系數＞20%），表明新疆11縣市不同取樣點駿棗果實品質存在差異。

表4 駿棗礦質元素含量分布情況Table 4 Distribution of mineral elements measured in Jun jujube mg·kg-1

表5 駿棗品質指標含量Table 5 Distribution of measured values of quality indexes of Jun jujube %

2.2 駿棗品質與礦質元素相關性分析

為了研究新疆11縣市駿棗果實各礦質元素之間的相互關系和駿棗果實礦質元素與果實品質之間的相互關系，以駿棗果實的 K、Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Cu含量為一總體，以駿棗果實品質指標總糖、蛋白質、可溶性固形物、膳食纖維含量為另一總體，應用相關性分析的方法進行統計分析研究，見表 6。由表6可知，駿棗果實的礦物元素之間互相影響，且存在協同或拮抗作用。其中 Ca與Mn，Cu與Fe、Zn，K與Mg間均呈極顯著正相關（p＜0.01），Fe 與 Zn 呈現顯著正相關（p＜0.05）。由此可知，駿棗果實中各礦質元素互相影響。

表6 駿棗果實礦質元素含量的相關性分析?Table 6 Correlation analysis of mineral elements content in fruit of Jun jujube

11縣市駿棗果實礦質元素含量與品質指標的相關性分析結果見表 7。由表7可知，蛋白質與Mg、Mn、Zn 間均呈顯著正相關（p＜0.01），膳食纖維與K、Mg含量間均呈正相關（p＜0.05）。可溶性固形物與Ca、Mn間均呈負相關（p＜0.01、p＜0.05），與 K 呈正相關。由此可見，駿棗果實品質的形成受果實內多種礦質元素不同程度的影響。

表7 駿棗果實礦質元素含量與品質指標的相關性分析?Table 7 Correlation analysis of mineral elements content and quality index in Jun jujube fruit

2.3 駿棗品質與礦質元素的主成分分析

本實驗利用主成分分析方法對駿棗礦質營養元素及品質指標進行因子提取見表 8。由表8可知，基于特征值大于 1 的原則，共提取了4 個主成分，解釋的累積方差貢獻率為 76.37%。第 1 主成分與Mn、Zn、Cu、蛋白質含量高度正相關，與可溶性固形物含量高度負相關。第 2 主成分與 K、Mg、膳食纖維含量呈高度正相關。第 3 主成分與K、Mg、可溶性固形物含量呈高度正相關。第 4 主成分與Ca含量呈高度正相關、與總糖含量呈高度負相關。

表8 駿棗果實礦質元素與品質指標的主成分分析?Table 8 Principal component analysis of mineral elements and quality indexes in fruit of Jun jujube

前 2 個主成分解釋累積總方差貢獻率為43.30%，因此可認為膳食纖維是評價駿棗品質的重要參考指標。K、Mn、Zn、Cu為駿棗果實的特征元素。

2.4 駿棗營養品質的聚類分析

基于駿棗果實的特征礦質元素指標，采用歐氏距離測定 11個不同產區駿棗之間的組內聯接距離，得出最短距離聚類譜系圖，結果見圖1。

由圖1可知，在歐氏距離為8 時，所有駿棗果實樣品聚成 3 類。第Ⅰ類為1號巴楚縣、2號庫車縣、3號沙雅縣、5號澤普縣、6號伽師縣、11號策勒縣；第Ⅱ類為4號麥蓋提縣、7號阿克蘇市、8號阿瓦提縣；第Ⅲ類為9號于田縣、10號昆玉市。基于聚類分析結果的 3 類駿棗品質特征見表 9。由表9可知，第Ⅰ類產區駿棗中Ca、Mn、Zn、Cu含量較高，總糖、可溶性固形物、蛋白質、膳食纖維含量中等，K、Mg含量較低。第Ⅱ類產區駿棗中Cu、Mg、Zn、總糖、蛋白質含量較高，Ca、K、Mn、膳食纖維含量中等，可溶性固形物含量較低。第Ⅲ類產區駿棗中K、可溶性固形物、膳食纖維含量較高，Ca、Cu、Fe、Mn、Zn、總糖、蛋白質含量較低。

圖1 駿棗果實樣品聚類分析樹狀圖Fig.1 Dendrogram of cluster analysis of fruit samples of Jun jujube

表9 聚類分析結果中 3 類駿棗果實的營養品質對比分析Table 9 Comparative analysis of nutritional quality of 3 kinds of Jun jujube fruits in cluster analysis

駿棗聚類分析結果在一定程度上反映了駿棗品質和礦質元素在不同地域間存在差異，其中Cu、Fe、K、Mg、Mn、Zn、總糖、可溶性固形物含量達顯著水平（p＜0.05）。

3 討 論

本實驗利用主成分分析方法對駿棗礦質營養元素及品質指標進行因子提取，共提取了4 個主成分，解釋的累積方差貢獻率為 76.37%。依據前2 個主成分解釋累積總方差貢獻率為43.30%，因此可認為膳食纖維含量是評價駿棗品質的重要參考指標。K、Mn、Zn、Cu是駿棗果實的特征元素。已有研究表明，應用主成分分析的降維思想，對原有多個變量指標因素進行系統性降維處理，篩選少量指標因子來解釋多個變量間的相關關系可行[36]。同時在研究農產品、中藥材的特征元素、親緣關系和地域分布特征，為品質評價提供借鑒方面已得到廣泛應用[37-40]。

本實驗在測試分析新疆11縣市55份駿棗中微量元素及品質指標數據基礎上，經統計分析得出，11個不同產區駿棗中礦質元素組成含量由高到低依次為 K ＞ Mg ＞ Ca ＞ Fe ＞ Zn ＞ Mn ＞Cu，說明這些產區駿棗含有多種豐富的微量元素。楊艷杰等[41]通過微波消解-原子吸收光譜法測定紅棗中 6 種微量元素含量，結果顯示，紅棗中微量元素的含量豐富，尤其是鈣、鎂、鐵的含量較高。 劉一兵等[42]利用原子吸收分光光度法測定金絲小棗中 9 種微量元素的含量，結果表明，金絲小棗中含有豐富的微量元素，其中Ca含量最高。柴仲平等[43]利用原子吸收光譜法測定新疆灰棗果實中Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn 6種礦質元素的含量，研究結果表明：灰棗中各礦質元素含量豐富，且Ca、Mg、Fe的含量較豐富。周曉英等[44]采用微波消解-火焰原子吸收光譜法（FAAS）測定新疆6種紅棗中金屬元素的含量，結果顯示，紅棗中金屬元素含量豐富，且鈉、鉀、鈣和鎂的含量普遍較高。沈燕等[45]利用ICP-AES同時測定不同產地紅棗中Fe、Mg、Mn、Cu、Al、Zn等元素，結果顯示，不同產地紅棗中的微量元素含量豐富。也有學者研究分析不同氮、磷、鉀肥施肥配比對灰棗果實中礦質元素含量的影響[46]，結果表明，增施氮肥可促進棗果對 K 元素的吸收和積累；增施磷肥可促進棗果對 P、Ca元素的吸收和積累,施入量過高則會抑制K、Mg元素的吸收；增施鉀肥可促進棗果對Zn、Mn元素的吸收和積累，而施入量過高則會抑制P、K、Cu 元素的吸收；土壤中氮、磷、鉀肥過高都可降低棗果中礦質Fe的含量。楊衛民等[47]研究表明，不同產地的棗果實中礦質元素含量有一定的差異。柳林木棗 K、Cu、Fe、Mg 含量最高，和田駿棗 Mn、Ca含量最高，新疆灰棗Zn含量最高。本次實驗測試分析結果與前人研究結果基本一致，所得駿棗礦質元素含量呈現僅作為理論參考，有關駿棗礦質營養含量累積及其比例關系的相應變化等原因，還需要根據各個駿棗園土壤營養、管理水平進行相應的田間驗證與調整，以期提高優質駿棗種植、營養品質。這些還有待進一步研究。

4 結 論

對新疆11縣市駿棗中的 6 種主要有益礦質元素進行變異性分析，11個不同產區駿棗中礦質元素含量由高到低依次為 K＞ Mg ＞ Ca ＞ Fe ＞Zn ＞ Mn ＞ Cu，且不同產區駿棗中礦質元素含量及品質差異較大。

利用主成分分析法對駿棗礦質營養元素及品質進行分析，共提取了4 個主成分，解釋的累積方差貢獻率為 76.37%。依據前 2 個主成分解釋累積總方差貢獻率為43.30%，可得出膳食纖維含量是評價駿棗品質的重要參考指標。K、Mn、Zn、Cu為駿棗果實的特征元素。

通過對不同產區駿棗樣品進行聚類分析，其結果在一定程度上反映了駿棗品質和礦質元素在不同地域間存在差異，其中Cu、Fe、K、Mg、Mn、Zn、總糖、可溶性固形物含量均達顯著水平（P＜0.05）。因此，根據生產需要合理選擇駿棗栽培地域并進行科學的栽培管理對提高駿棗的內在品質和保障駿棗產品源頭安全具有重要意義。

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