月季花瓣營養成分評價及主成分和聚類分析

張孟琴，徐路，孫亞真，石建輝

1(銅仁學院 材料與化學工程學院，貴州 銅仁， 554300)2(洛陽海關綜合技術服務中心，河南 洛陽，471003)

月季花又稱“月貴化”、“月月紅”等，素有“花中皇后”之美譽[1]。月季花具有活血、抗毒、抑菌、抗癌、抗氧化、增強細胞免疫力等作用，在醫藥上常被用于治療月經不調、肝郁脾虛、跌打腫痛等病理癥狀[2-7]。于佳[8]對金銀花、月季花、茉莉花等中的活性成分進行了抗衰老功效測定，結果顯示月季花提取物的抗氧化能力最強，其中對1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH)自由基清除率達到 98.65%。蔡元元[9]研究發現，用正丁醇從月季花提取的黃酮粗提物對肝癌SMMC-7721細胞具有較好的抑制作用；劉英發等[10]、李艷等[11]分別把月季花的水提物作用于外源性一氧化氮損傷的胰島細胞和大鼠腦缺血再灌注損傷，結果均發現月季花提取物對受損細胞具有保護作用。同時，月季花還是重要的保健品原料和理想天然色素[12-13]。目前，以月季花瓣為原料開發的月季保健茶、保健枕、月季花精油、月季花糕點等產品越來越受到人們的青睞和喜愛[14-15]，其開發價值和前景不可估量。相比月季種植面積的不斷擴大，月季花產品的深加工開發仍然是制約其產業發展的重要瓶頸。前期研究集中于新品種引進培育和主要性狀分析上[16-17]，未見對不同品種月季花營養成分差異性的測定和通過主成分及聚類分析對不同栽培品種親緣關系進行分析的報道。本文選取10種月季主栽品種花瓣為材料，對其基本營養成分的含量進行測定，進而通過相關分析、主成分分析和聚類分析等對其進行評價，以期為月季花的品種鑒定及親緣關系、月季花資源的利用和產品開發提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

月季花(品種1“香云”、2“緋扇”、3“粉扇”、4“口紅”、5“亞克力紅”、6“畫魂”、7“自由之鐘”、8“坦尼卡”、9“電子表”、10“小粉紫”)，南陽市中國月季園內，每個品種隨機采摘10個樣品；各單元素標準溶液(質量濃度均為1 000 μg/mL)，國家有色金屬及電子材料分析測試中心生產；HNO3(優級純)，天津市科密歐化學試劑有限公司；其他試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

LGJ-30s真空冷凍干燥器，北京松源華興科技公司；FR-200MKII電子天平，日本A/D公司；Tecator Digestor高溫消化爐、Kjeltec 8200全自動凱氏定氮儀，德國Fuchs公司；中階梯光柵-交叉色散全譜直讀型ICP發射光譜儀，美國Leeman公司；ETHOS-1微波消解儀，意大利Miletstone公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 原料前處理

將各品種的月季花樣品放置于真空冷凍干燥器內干燥36 h，粉碎后過篩，置于自封袋內，冰箱低溫保存。

1.3.2 營養成分含量的測定

蛋白質和脂肪含量的測定分別參照文獻[18-19]中的方法，并加以改進。用電感耦合等離子原子發射光譜法(inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，ICP-AES)測定樣品內的礦物元素含量。標準溶液的配制、微波消解程序及ICP參數設置等均參照文獻[20]中的方法和條件，每個樣品均消解和測定3次。檢測波長為K(769.897 nm)、Mg(279.078 nm)、Ca(315.887 nm)、Na(589.592 nm)、Zn(206.200 nm)、Fe(239.563 nm)、Cu(327.396 nm)、Mn(259.372 nm)、Se(196.090 nm)。

1.3.3 主成分分析

主成分分析(principal component analysis，PCA)中的PC值按公式(1)進行計算[21]：

(1)

1.4 數據統計與分析

采用Microsoft Excel 2013對實驗數據進行處理；采用Microsoft SPSS 21.0進行相關性分析和PCA分析。

2 結果與分析

2.1 蛋白質、脂肪含量分析

由表1可知，月季花樣品中蛋白質平均含量為8.93%(質量分數)，“自由之鐘”蛋白質含量最高(10.71±0.13)%；脂肪平均含量為1.28%(質量分數)，“香云”脂肪含量最高(2.07±0.01)%。蛋白質含量的最大差異為39.6%，變異系數為12.4%；脂肪含量的最大差異為233.8%，變異系數為34.3%。

表1 不同品種月季花瓣蛋白質、脂肪含量(質量分數)

2.2 礦物元素含量分析

2.2.1 常量元素含量及分析

月季花樣品中常量元素含量大小順序為K>Ca>Mg>Na，且常量元素的含量差異達顯著水平(表2)。K平均含量為14 459.41 μg/g，變異系數為9.57%，“畫魂”中K含量最高；Ca平均含量為2 171.43 μg/g，變異系數為 17.71%，“坦尼卡”中Ca含量最高；Mg 平均含量為 1 692.21 μg/g，變異系數為 13.7%，“小粉紫”中Mg含量最高；Na平均含量為53.04 μg/g，其變異系數為85.3%，“小粉紫”月季花瓣中Na的含量最高。

表2 月季花瓣常量元素含量 單位：μg/g

2.2.2 微量元素含量及分析

所測樣品微量元素含量大小順序為Fe>Mn>Zn>Cu>Se(表3)，變異系數均大于10%，且品種間差異顯著。其中Fe平均含量為93.31 μg/g，“亞克力紅”Fe 的含量最高[(122.96±3.30) μg/g]；Mn平均含量為 30.98 μg/g， Cu平均含量為3.70 μg/g，Zn平均含量為 20.89 μg/g，Se平均含量為0.87 μg/g。其中“小粉紫”中Mn 含量[(39.11±1.95) μg/g]、Cu含量[(4.66±0.47) μg/g]、Zn含量[(26.19±2.03) μg/g]、Se[(1.18±0.034) μg/g]均為最高。

2.3 各成分含量的相關性分析

由表4可知，各組分間相關性顯著。蛋白質含量分別與脂肪、Mg、K、Cu等顯著相關；脂肪含量分別與Mg、Cu、Na、Zn等顯著相關；Mg含量與Ca、K、Cu、Na、Zn、Fe呈顯著相關；Ca含量與Mn、Cu、Zn、Fe呈顯著相關；K與Fe、Mn和Na與Zn分別呈極顯著正相關。

表3 月季花瓣微量元素的含量 單位：μg/g

表4 月季花瓣各營養成分間相關性矩陣

2.4 不同品種月季花各營養成分的主成分及聚類分析

2.4.1 主成分分析

本文共提取到4個原始特征值大于1的主成分，其累積貢獻率較高(83.24%)(表5)。其中第1、2主成分分別解釋總變量信息的41.11%和19.76%，第3、4主成分分別解釋總變量信息的13.32%和9.14%。其中蛋白質、脂肪、Cu、Mg、Na對第1主成分有較高的載荷值(表6)，說明這些成分與第1主成分有較高的相關性；Mn、Zn、Ca對第2主成分有較高的載荷，表明它們和第2主成分之間有較高的相關性。第1和第2主成分因子對總方差的累積貢獻率較高，達60.78%，所以，月季花中的特征成分應為脂肪、蛋白質、Cu、Mg、Na、Mn、Zn、Ca。

以PC1為橫坐標，PC2為縱坐標，將通過計算得出的PCs標入坐標系中，獲得PCs二維圖。如圖1所示，發現100個樣品聚成了10個群，每個群代表1個品種，其中品種1(香云)、5(亞克力紅)、4(口紅)集中位于二維散點圖的左區域，品種2(粉扇)、6(畫魂)、9(電子表)、7(自由之鐘)位于下區域，品種3(緋扇)位于中上區域，品種8(坦尼卡)位于右上區域，品種10(小粉紫)位于右區域，主成分分析圖把10個品種很好地分成了5個區域。

2.4.2 聚類分析

本文利用歐氏距離計算法結合SPSS 對該區域進行了系統聚類(圖2)，發現品種1(香云)、5(亞克力紅)、4(口紅)聚為一類；品種2(粉扇)、6(畫魂)、9(電子表)、7(自由之鐘)聚為一類；品種3(緋扇)、8(坦尼卡)、10(小粉紫)各自單獨成類。該分析結果與上述主成分分析結果顯示一致。

表5 相關系數特征根和方差貢獻率

表6 旋轉后的因子載荷陣

圖1 主成分得分的PC1-PC2二維散點圖

圖2 不同品種月季花聚類分析

3 結論與討論

本研究測定了不同品種月季花瓣中蛋白質、脂肪和礦物元素等成分的含量，研究結果表明月季花瓣中蛋白質含量較高(7.67%～10.71%)(質量分數)，脂肪含量較低(0.62%～2.07%)(質量分數)。常量元素中K含量最高(12 990.28～16 908.7 μg/g)，Ca含量(1 612.35～2 875.39 μg/g)和Mg含量(1 395.18～2 176.9 μg/g)次之，Na含量較低(22.05～175.96 μg/g)。微量元素中Fe含量為 69.92～145.37 μg/g，Cu含量為 2.87～4.66 μg/g，Zn含量為 15.73～26.19 μg/g，Mn含量為 16.63～58.98 μg/g，Se含量為 0.67～1.18 μg/g。其中“小粉紫”品種中 Na、Mg、Mn、Cu、Zn、Se 等元素的含量均最高。因不同植物都有各自不同的元素特征譜，因此，在以微量元素為指標進行優良品種選育時，“小紫粉”可作為重點栽培對象進行開發利用。

所測營養成分的含量除 K 元素的變異系數(9.57%)略小于 10% 外，其余各成分的變異系數均較大，說明這些成分在月季花品種間遺傳變異較大，在進行月季花的優異種質資源篩選時選擇余地較大[22]。

主成分和系統聚類分析均能很好地把10個月季品種進行劃分，說明在對不同品種月季花進行分類時這2種方法是可行的。物種間的化學成分與親緣關系之間存在著一定關聯，親緣關系較近的物種常常含有含量相同或相近的化學成分，因此，可根據月季花品種間的元素成分含量特點作為育種目標性狀進行利用。