妥樂銀杏堅果外觀性狀和果仁營養成分分析

嚴 冬,卜程洪,劉 云,闞 歡,趙 平,,*

(1.西南林業大學西南地區林業生物質資源高效利用國家林業和草原局重點實驗室,云南昆明 650224; 2.興義市農業農村局,貴州興義 562400; 3.西南林業大學西南山地森林資源保育與利用教育部重點實驗室,云南昆明 650224)

銀杏(Ginkgobiloba)是銀杏科銀杏屬落葉喬木,又名鴨掌樹、白果和公孫樹,喜光,對土壤的適應性廣[1]。其生長緩慢,壽命長,是世界現存遺留下來最古老的孑遺植物,被稱為“活化石”,并享有“植物界熊貓”的美譽[2]。銀杏是我國主要的經濟樹種,其自然分布東起江蘇及臺灣,西到甘肅、四川盆地西緣,北到遼寧,南到廣東廣西,遍及中國各個省份[3]。銀杏種實的核俗稱白果,其果仁營養豐富,藥食兩用,不僅含有蛋白質、維生素等營養元素,還含有銀杏酸、銀杏內酯、黃酮類、多糖等多種活性成分,在食品、保健品、化妝品、醫藥品等領域具有廣泛的應用[4-8]。

表1 供試5株銀杏樹的基本數據Table 1 Basic data of tested five Ginkgo trees

近年來國內外關于銀杏的研究大部分集中在銀杏葉提取物藥用價值[9-10]和優良無性系選育上[11-16],而有關銀杏堅果外觀性狀及營養品質綜合分析的研究鮮有報道,僅刑世巖等[17]分析比較了山東產5個優良單株的生理生化指標,熊壯等[18]分析了山東省和江蘇省17個銀杏無性系的種核形態特征及種核內含物的含量指標,評價了各指標的變異以及指標間的相關性,卜程洪等[19]則對云南省騰沖市江東村古銀杏的主要外觀性狀和營養成分進行了品質比較分析。貴州省盤州市至今保存著數量可觀的銀杏殘存種群和至少三處以上的“銀杏森林-人居群落”[20],其中盤州市妥樂村擁有保存較為完善的古銀杏群落旅游資源[21-22]。本研究以貴州省盤州市妥樂村5株銀杏堅果為研究對象,對它們的主要外觀性狀和果仁營養成分進行分析,并結合主成分分析法對銀杏堅果品質進行綜合評價,以期為該地區古銀杏優良單株的選擇及其銀杏產業資源的進一步開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試材料銀杏果 于2017年9月采自貴州省盤州市石橋鎮妥樂村,該村位于盤州市的西南地區,E104 °23′～104 °39′,N25 °32′～26 °14′,其全年平均氣溫為15.2 ℃,日照時數1593 h,年均降水量1390 mm。選取妥樂村5株百年以上銀杏樹,其經緯度、海拔、樹高等基本數據見表1,各株隨機采集銀杏果3.0 kg,編號為1～5號備用;氫氧化鈉、硫酸銅、酒石酸鉀鈉 天津市致遠化學試劑有限公司;鹽酸、冰乙酸 重慶川東化工(集團)有限公司;苯酚、亞甲藍 云南楊林工業開發區汕滇藥業有限公司;硫酸、乙醇 天津市永大化學試劑有限公司;硝酸銀 天津市風船化學試劑科技有限公司;2,6-二氯靛酚 中國公私合營新中化學廠;氫氧化鉀 廣東光華化學廠有限公司;酚酞 上海源葉生物科技有限公司;以上所有試劑均為分析純。

ISO-9001電子數顯卡尺 桂林量具刃具有限責任公司;XS105分析天平 賽多科斯科學儀器有限公司;DGH-9140A數顯電熱鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司;UV-2600紫外可見分光光度計 島津儀器(蘇州)有限公司;L-3000氨基酸自動分析儀 蘇州華美辰儀器設備有限公司;ICP-MS電感耦合等離子體質譜儀 北京京科瑞達科技有限公司;TL851-3D全自動凱氏定氮儀 德陽立達儀器有限責任公司。

1.2 外觀形狀分析

從各片區銀杏堅果隨機選取30粒,采用電子數顯卡尺測量果縱徑、果橫徑、核長、核寬、核厚、外種皮厚;采用分析天平稱量鮮果重、外種皮重、核重、仁重,并按公式(1)～(4)分別計算核形系數、果形系數、出核率和出仁率。

核形系數=核長÷核寬

式(1)

果形系數=果縱徑÷果橫徑

式(2)

出核率(%)=核重÷銀杏果總質量×100

式(3)

出仁率(%)=仁重÷銀杏果總質量×100

式(4)

1.3 營養成分分析

上述樣品除去種核后所得新鮮種仁委托農業部農產品質量監督檢驗測試中心(昆明)進行營養成分分析,參照以下方法進行測定。總黃酮含量 NY/T 1295-2007方法[23];礦質元素含量參照國標GB 5009.268-2016方法[24];水含量參照國標GB 5009.3-2016方法[25];蛋白質含量參照國標GB 5009.5-2016方法[26];總酸含量參照國標GB/T 12456-2008方法[27];總糖含量參照國標GB/T 5009.7-2016方法[28];維生素C含量參考國標 GB 5009.86-2016方法[29];粗纖維含量參照國標GB/T 5009.10-2003方法[30];氨基酸含量參照國標GB/T 5009.124-2016方法[31]。

1.4 數據處理

實驗均作3次重復,各項測定指標以平均值±標準誤差表示,并采用Excel 2010和SPSS 17.0統計軟件進行多重比較。

表2 銀杏外觀性狀分析Table 2 Analysis of appearance characters of ginkgo

2 結果與分析

2.1 外觀性狀分析結果

銀杏形態特征性狀的變異分析結果如表2所示,由表2可知,銀杏在鮮果重、果縱徑、果橫徑、外種皮厚、外種皮重、核重、核寬、核長、核厚、單仁重、出核率、出仁率、果形系數及核形系數14個測定性狀方面均存在著不同程度的變異,但總體上性狀變異程度不大。

表3 銀杏中一般營養成分含量Table 3 The contents of general nutritional components of ginkgo

其中,外種皮重變異程度最大(19.992%),說明外種皮重的遺傳多樣性比較豐富,厚薄不一,一致性較差,而果形系數變異幅度最小(3.960%)。由方差分析結果可知,除出仁率差異不顯著外,其它13個指標差異均達到極顯著水平(P<0.01),可見銀杏形態總體上表現不一,說明供試銀杏具有較高的遺傳多樣性。進一步對參試樣品進行多重比較發現:樣品1號的鮮果重最大(6.86 g),其次是樣品4號(6.72 g);樣品4號的核重最大(1.92 g),其次是樣品3號(1.67 g);樣品4號的單仁重最大(1.56 g),其次是樣品3號(1.36 g)。外種皮重、出核率、外種皮厚、鮮果重、核重、單仁重、核厚和出仁率的變異系數均大于10%,差異明顯。

2.2 一般營養成分分析結果

銀杏果一般營養成分含量測定結果如表3所示,銀杏的營養成分中均含有VC、粗纖維、總糖、總酸、蛋白質、水分、總黃酮等。由方差分析結果可知,總糖和VC差異不顯著,其余各營養成分差異極顯著(P<0.01)。銀杏中的蛋白質含量無明顯差異,含量最低為4.17%(1號),最高為5.47%(4號),其含量與其他產區銀杏蛋白質含量相當[17-19],雖低于其他堅果如云南泡核桃(17.15%)[32]和澳洲堅果(7.17%)[33],但除樣品1號外均超過國家標準規定的蛋白質含量(大于等于4.30 g/100 g)[34]。粗纖維中,樣品3號含量最高(2.24%),樣品5號含量最低(1.10%);總糖與總酸含量均低于1.0%,總糖中樣品2號含量最高(0.73%),樣品1號含量最低(0.29%),總酸中樣品3號含量最高(0.55%),樣品2號和樣品5號含量最低(0.46%);水分含量中最高的是樣品5號(65.1%),最低的是樣品3號(46.1%);總黃酮含量中最高的是樣品2號(0.024%),最低的是樣品5號(0.014%);VC含量中最高的是樣品2號(36.0 mg/100 g),含量最低的是樣品1號(22.7 mg/100 g)。

2.3 礦質元素分析結果

銀杏果仁中礦質元素含量測定結果如表4所示。果仁中含有9種礦質元素,分別為鉀(K)、鈣(Ca)、鈉(Na)、鎂(Mg)、鐵(Fe)、磷(P)、鋅(Zn)、銅(Cu)、錳(Mn)等,平均含量由高到低依次為Mg>Ca>Fe>Zn>K>Mn>Na>Cu>P,其總體含量較澳洲堅果果仁更為豐富[35]。其中Mg的平均含量約為Ca、Fe、Zn平均含量的7～40倍,是銀杏果仁中的主要常量元素,但低于澳洲堅果果仁[35]和核桃仁中鎂的含量[36]。由方差分析可知,5個供試樣品中的礦質元素的含量差異均達到顯著水平(P<0.05)。K是維持離子平衡、調節細胞滲透壓及組織興奮性的重要元素,P、Ca對促進人體大腦發育和骨骼生長具有重要作用[37];如Zn、Mn、Fe、Mg、Cu等微量元素共同協作參與人體酶的作用機制,對提高人體免疫力功能有重要作用[38]。樣品2號、樣品3號和樣品4號樣品種常量元素總量高于總體平均值(538.596 mg/kg),其中樣品3號銀杏中的常量元素總量最高(604.700 mg/kg),樣品2號次之(541.150 mg/kg)。微量元素總量高于總體平均值(18.790 mg/kg)的有樣品1號、樣品3號和樣品5號,其中樣品1號含量最高(19.320 mg/kg),樣品3號次之(19.130 mg/kg)。在所有供試樣品中,樣品3號的Ca、Mg、Fe等三種元素含量同時最高,Na含量位居第二;樣品1號的Zn、Mn、Cu等三種元素含量同時最高。

表4 銀杏中的礦質元素含量Table 4 Contents of the mineral elements of ginkgo

表5 銀杏中氨基酸組成及含量Table 5 Composition and contents of amino acids of ginkgo

2.4 氨基酸分析結果

銀杏果仁氨基酸含量測定結果如表5所示,果仁中富含17種氨基酸,包括9種非必需氨基酸及8種必需氨基酸,種類較為豐富。由表5可知,供試銀杏樣品的E/T值和E/N值均符合FAO/WHO推薦的理想模式,且E/T比值均高于40%,優于核桃(27.68%)[39]和澳洲堅果(27.86%)[40],表明供試銀杏種仁樣品含有豐富的蛋白質。氨基酸總量高于總體平均值39.336 g/kg的有樣品2號和樣品3號,其中樣品2號氨基酸總量最高,樣品3號次之,分別為52.44和41.09 g/kg。樣品2號和樣品3號樣品的必需氨基酸總量大于總體平均值17.644 g/kg,分別為23.96和18.60 g/kg。

2.5 銀杏品質的主成分分析

2.5.1 數據標準化 銀杏的24個性狀有不同的量綱和數量級,為避免量綱和數量級的影響,對原始數據進行了標準化處理,將各指標數據轉化成均值為0、標準差為1的無量綱數據,無量綱數據標準化處理后的結果如表6所示。

表6 銀杏24個品質性狀的數據標準化值Table 6 The standardized data for 24 quality characters of ginkgo

2.5.2 主成分分析 對5個銀杏樣品的24項指標進行主成分分析,結果如表7所示。抽取的4個主成分的特征值均大于1,分別為 9.114、7.075、5.273和10.578,方差貢獻率分別為37.974%、29.478%、21.97%和10.578%,累積貢獻率分別為37.974%、64.452%、89.422%和100%。對銀杏品質評價的指標由最初的24個降為4個主成分,達到了降維的目的,并作為評價5株銀杏品質的主要指標。

表7 主成分的特征值、貢獻率及累計貢獻率Table 7 Eigenvalue,contribution and cumulativecontribution of principal components

由表8可知,第1主成分中貢獻率載荷由高到低依次為總酸、鎂、鈣、單仁重、核重、出仁率、出核率、鐵和粗纖維等,而水分、鉀、果縱徑、鋅、銅、磷、VC和鮮果重等指標的載荷為負值說明對第1主成分產生負向影響。第2主成分中貢獻率載荷由高到低依次為氨基酸、VC和總糖,載荷較高且為負值的指標有鮮果重和鈉元素,分別為-0.835和-0.730,這兩個指標對第2主成分影響較大,當氨基酸、VC和總糖含量增大,而鮮果重和鈉含量減少。第3主成分中貢獻率較大的依次為蛋白質、核重和鋅,第3主成分大時蛋白質、核重和鋅含量越高。第4主成分中載荷較高且為正值的指標為總黃酮,說明其貢獻率最大,且第4主成分大時總黃酮的含量越高。

表8 各指標的主成分分載荷矩陣Table 8 The loading matrix of four principal components

2.5.3 銀杏品質的綜合評價 用各指標變量的主成分載荷(表8)除以主成分相對應的特征值開平方根,得到4個主成分中每個指標所對應的系數即特征向量,以特征向量為權重構建4個主成分表達函數式:

S1=-0.12X1-0.30X2+0.2X3+0.28X4+0.28X5+0.27X6+0.27X7+0.21X8+0.24X9+0.2X10+0.33X11-0.33X12+0.02X13-0.18X14+0.15X15-0.31X16-0.21X17+0.30X18+0.31X19+0.12X20+0.24X21-0.28X22+0.21X23-0.25X24

S2=-0.34X1+0.25X2-0.32X3+0.13X4-0.18X5+0.32X6-0.31X7+0.20X8-0.25X9+0.35X10-0.18X11-0.1X12+0.33X13+0.35X14+0.36X15+0.16X16+0.17X17-0.13X18+0.17X19-0.32X20+0.26X21-0.26X22-0.09X23-0.27X24

S3=0.24X1+0.10X2+0.31X3+0.32X4+0.29X5-0.17X6+0.20X7+0.40X8-0.36X9+0.23X10+0.12X11-0.21X12-0.25X13+0.29X14-0.25X15+0.17X16-0.41X17-0.31X18-0.27X19+0.29X20+0.20X21+0.31X22-0.29X23-0.35X24

S4=0.20X1+0.14X2+0.14X3+0.21X4+0.22X5+0.09X6+0.11X7+0.14X8-0.17X9-0.15X10-0.1X11+0.091X12+0.23X13+0.05X14+0.04X15-0.21X16+0.41X17-0.16X18-0.10X19-0.22X20-0.25X21-0.06X22+0.20X23+0.09X24

4個表達式中,X1、X2、X3、X4…X22、X23、X24分別表示鮮果重、果縱徑、果橫徑、核重…Zn、Mn、Cu等原始數據的標準化值。

以各個主成分對應的方差貢獻率作為權重,由主成分得分和對應的權重性加權求和可得到綜合評價函數:

U=0.379S1+0.294S2+0.219S3+0.105S4

根據主成分綜合得分模型,可計算出5株銀杏種質的綜合得分值和排序結果(表9)。由表9可知,綜合得分由低到高依次為樣品1號、樣品5號、樣品3號、樣品2號、樣品4號。因此樣品4號的綜合品質最優。

表9 主成分得分分值、綜合得分分值及排序Table 9 Principal components scores andsort results of the samples

3 結論與討論

從銀杏外觀性狀可以看出,5株銀杏樣品的外觀性狀表現出一定差異,樣品4號的種核和種仁最大,其外觀性狀也表現最優。從外觀性狀變異來看,以鮮果重、外種皮重、外種皮厚、核重、核厚、單仁重、出核率和出仁率的變異程度較大(如外種皮厚:19.99%),表明銀杏外觀性狀中,鮮果重、外種皮、核重等具有變異性大的優勢,這與熊壯等[18]、和卜程洪等[19]的研究結果較為吻合。而果縱徑、果橫徑、核寬、核長、果形系數、核形系數變異程度較小(如果形系數:3.96%),則為相對穩定的性狀。從營養成分來看,銀杏中營養成分較為豐富,其中包括黃酮、VC、蛋白質、粗纖維、總糖、總酸、17種氨基酸和9種礦質元素,適當食用銀杏堅果有助于人體對礦物質元素及氨基酸等的吸收,但因銀杏果仁中含有銀杏酸、4-甲氧基-吡哆醇等有毒成分,過量食用會產生毒副作用,所以不能多服久服[43]。比較5株銀杏果仁營養成分含量可以發現,樣品4號蛋白質含量最高,總酸和總黃酮位居第2,總糖、VC和氨基酸含量位居第3;樣品2號總黃酮、VC和氨基酸含量最高,總糖含量位居第1,蛋白質和礦質元素位居第3。除樣品1之外,其余4個樣品蛋白質含量均超過國家標準規定的含量(≥4.30 g/100 g)[34]。供試妥樂銀杏果仁的營養成分與騰沖古銀杏果仁的營養成分相比較,二者在總糖、總酸、粗纖維、總黃酮、礦質元素和VC的含量差異不大,但妥樂古銀杏果仁中的蛋白質含量和氨基酸總量均高于騰沖古銀杏果仁[19],這些營養成分的含量差異可能是由于各單株銀杏樹不同樹齡等自身的遺傳背景差異以及不同海拔、氣候、土壤等環境因子的差異所致,值得進一步開展深入系統的相關研究。采用主成分分析法對各種果實品質進行綜合評價已被證實簡便可行,且能夠準確地評價果實的品質[41-42]。主成分分析及綜合評價結果顯示,在所測定的這些指標范圍內,樣品4號綜合品質最優,依次是樣品2號、樣品3號、樣品5號和樣品1號。妥樂村銀杏群落是世界上銀杏生長密度最大、保存最為完好,同時也形成了世界上罕見的人樹相依的古樹文化,素有“世界活化石基地”和“世界銀杏之鄉”的盛譽[20],研究結果將為該地區古銀杏優良單株的選擇及其銀杏產業資源的進一步開發利用提供參考。