不同菠菜材料的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)分析與評(píng)價(jià)

折紅兵，劉志遠(yuǎn)，徐兆生，張合龍，錢(qián)偉

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，北京，100081）

菠菜（SpinaciaoleraceaL.）別名波斯草、赤根菜，是莧科黎亞科菠菜屬一二年生草本植物。菠菜原產(chǎn)于伊朗，于公元7世紀(jì)傳入我國(guó)，距今已有1 300 a以上的栽培歷史。因其具有生長(zhǎng)周期短、耐寒性強(qiáng)、復(fù)種指數(shù)高、產(chǎn)量高等特點(diǎn)，深受生產(chǎn)者和消費(fèi)者青睞。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，2018年亞洲菠菜產(chǎn)量為2 485.52萬(wàn)t，占全球總量的94.67%，位居全球第一，其中95.77%來(lái)自中國(guó)，因此中國(guó)是世界上最大的菠菜生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。

菠菜是一種以綠葉為主要產(chǎn)品器官的蔬菜作物，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，被認(rèn)為是人類(lèi)飲食中最健康的蔬菜之一[1]，可烹飪或作為蔬菜沙拉[2]。菠菜含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與礦物質(zhì)，如β-胡蘿卜素、葉黃素、葉酸、維生素B、維生素K、維生素C、維生素E、鈣，鐵、磷、鈉和鉀等[3，4]，但易積累硝酸鹽和草酸，影響人體健康[5]。隨著生活水平的提高和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們更加注重蔬菜的品質(zhì)，如營(yíng)養(yǎng)、口感以及風(fēng)味等。為了培育出優(yōu)良品質(zhì)的菠菜品種，本研究對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所菠菜育種課題組62份菠菜材料的9種營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行測(cè)定分析，以期篩選出綜合營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)更為豐富的材料，培育高品質(zhì)菠菜品種，更好滿足人們?nèi)找嬖黾拥南M(fèi)需求。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和田間種植

本試驗(yàn)所用62份材料均為菠菜自交系，由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所菠菜課題組培育（表1）。所有材料于2019年春季種植于中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所南口基地。每份材料（36株）種植1畦，畦長(zhǎng)6 m、寬1.1 m，株距35 cm，行距50 cm，栽培管理同常規(guī)。播種后50 d，每份菠菜材料選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的10～20株，進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)以及礦質(zhì)元素含量的測(cè)定。

表1 不同菠菜材料的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)比較分析

1.2 測(cè)定項(xiàng)目

本研究共測(cè)定9個(gè)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)，分別為葉綠素a、葉綠素b、草酸、硝酸鹽、粗纖維、可溶性糖、錳（Mn）、銅（Cu）和鐵（Fe）。其中葉綠素含量的測(cè)定采用分光光度法[6]，有機(jī)酸含量的測(cè)定采用離子色譜法[7]，粗纖維含量的測(cè)定參照GB/T 5009.10-2003[8]，可溶性糖含量測(cè)定采用銅還原碘量法[9]，礦質(zhì)元素含量的測(cè)定利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[10]，以上指標(biāo)均由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所質(zhì)量檢測(cè)中心檢測(cè)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用變異系數(shù)（CV）評(píng)估單一品質(zhì)指標(biāo)中不同菠菜材料中的差異[11]。計(jì)算公式為：CV（%）=標(biāo)準(zhǔn)差/平均值×100。利用隸屬函數(shù)分析法對(duì)菠菜材料的綜合品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，隸屬函數(shù)值X（μ）=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin），式中，X為菠菜某材料的某一品質(zhì)測(cè)定值，Xmin為該材料該品質(zhì)的最小值，Xmax為該材料該品質(zhì)的最大值[12]。不同品質(zhì)間相關(guān)性分析、數(shù)據(jù)處理以及繪圖均使用R語(yǔ)言（版本3.6.1）。此外，本研究參考前人的方法，分別將葉綠素a、葉綠素b、粗纖維、可溶性糖、錳、銅和鐵定義為菠菜優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)，而草酸和硝酸鹽定義為不良品質(zhì)指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 菠菜不同品質(zhì)間相關(guān)性分析

由圖1可知，相關(guān)性最高的菠菜品質(zhì)為葉綠素a和葉綠素b，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.95。而相關(guān)性最低的為葉綠素b和Fe，相關(guān)系數(shù)僅為0.01。相關(guān)系數(shù)>0.5的有7個(gè)，即葉綠素a和葉綠素b、Fe和Mn、可溶性糖和硝酸鹽、硝酸鹽和葉綠素a、硝酸鹽和葉綠素b、葉綠素b和可溶性糖、Cu和葉綠素a。其中，硝酸鹽與葉綠素a、葉綠素b、可溶性糖均為負(fù)相關(guān)。因此，可根據(jù)葉綠素和可溶性糖含量評(píng)估菠菜硝酸鹽含量。

圖1 菠菜不同品質(zhì)間相關(guān)性分析

2.2 不同菠菜材料的品質(zhì)比較分析

如表1所示，62份菠菜材料的葉綠素a含量平均為0.749 mg/g，變幅為0.480~1.187 mg/g，材料間變異系數(shù)較大，為23.541%；其中sp124含量最高，其次為sp72。葉綠素a含量較低的是sp20和sp68。

62份材料中葉綠素b含量平均0.308 mg/g，低于葉綠素a。變幅0.170～0.466 mg/g，變異系數(shù)為26.739%；其中sp108和sp124含量最高，sp68含量最低。該結(jié)果和葉綠素a含量相似，證明葉綠素a和葉綠素b具有較高的相關(guān)性。

供試材料的草酸平均含量為4.614 g/kg，變化區(qū)間為1.86～8.89 g/kg，標(biāo) 準(zhǔn) 差 為1.360，變異系數(shù)為29.509%。其中sp01含量最高，低于3.00 g/kg的材料有3份，分別為sp56、sp53及sp28。

菠菜材料間硝酸鹽含量平均為0.996 g/kg，變異幅度0.26～2.24 g/kg，標(biāo)準(zhǔn)差0.575，變異系數(shù)高達(dá)57.716%。硝酸鹽含量低于0.33 g/kg的材料有3份，分別是sp116、sp106以及sp51，而含量最高的材料為sp64。

供試材料的粗纖維含量平均為0.728%，標(biāo)準(zhǔn)差0.063，變異系數(shù)在9個(gè)品質(zhì)指標(biāo)中最小，僅為8.714%。所有材料的粗纖維含量在0.59%～0.87%，其中最低的材料是sp109，最高的材料為12s1。

62份材料的可溶性糖平均含量為0.647%，標(biāo)準(zhǔn)差為0.420，變異系數(shù)在9個(gè)品質(zhì)指標(biāo)中最大，為64.849%。可溶性糖含量最低的材料為sp65，僅含有0.14%；含量最高的材料是sp106，為1.64%。

續(xù)表1 不同菠菜材料的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)比較分析

62份菠菜材料中Mn含量平均6.560 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為1.369，變異系數(shù)為20.864%。其中sp102含量最低，僅有4.00 mg/kg；含量高于10 mg/kg的材料有4份，分別為sp49、sp72、sp80以及含量最高的sp48（10.70 mg/kg）。

與Mn相比，礦物元素Cu在供試菠菜材料中含量較低，平均含量?jī)H1.235 mg/kg，變異系數(shù)為26.626%。sp90含量?jī)H有0.91 mg/kg，在所有材料中含量最低，而含量最高的材料為sp120，含量為3.30 mg/kg。

值得注意的是，62份菠菜材料中Fe含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Mn和Cu，平均含量高達(dá)135.542 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)差32.201，含量在77～265 mg/kg，含量高于180 mg/kg的材料有4份，分別為sp80、sp49、sp70和sp72；低 于100 mg/kg的有8份，其中sp121含量最低。

2.3 不同菠菜材料的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)評(píng)價(jià)

本研究采用模糊數(shù)學(xué)的平均隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)62份材料的品質(zhì)。將9個(gè)指標(biāo)分為優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)和不良品質(zhì)指標(biāo)，其中葉綠素a、葉綠素b、粗纖維、可溶性糖、Mn、Cu和Fe定義為優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)，而草酸和硝酸鹽為不良品質(zhì)指標(biāo)。優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值越高或者不良品質(zhì)指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值越低，則表示該材料品質(zhì)優(yōu)良。

根據(jù)圖2所示，有17份材料的優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值較大（X>0.4），即營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)較高，其中最高的材料為sp120，其次為sp72、sp119和sp106等；優(yōu)良品質(zhì)居中（0.3

表2 不同菠菜材料優(yōu)良品質(zhì)的分析與評(píng)價(jià)

根據(jù)不良品質(zhì)指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值可知（圖2），營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)良（X<0.3）的材料有23份，其中sp122品質(zhì)最佳，其次為sp51、sp56和p125等；營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)較差（X>0.6）的材料共有7份，其中材料sp01表現(xiàn)最差，平均隸屬函數(shù)值高達(dá)0.962，該材料的硝酸鹽和草酸含量較高（表3）。

表3 不同菠菜材料不良品質(zhì)的分析與評(píng)價(jià)

圖2 62份菠菜材料（A）優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)與（B）不良品質(zhì)指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值分布

將上述基于優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)得到的17份平均隸屬函數(shù)值較大的材料（X>0.4）和不良品質(zhì)指標(biāo)得到的23份平均隸屬函數(shù)值較小的材料（X<0.3）進(jìn)行進(jìn)一步分析。分別計(jì)算其優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值與不良品質(zhì)指標(biāo)的平均隸屬屬函數(shù)值的差值，差值越大，說(shuō)明該材料含有豐富的葉綠素a、葉綠素b、粗纖維、可溶性糖以及礦物質(zhì)元素錳、銅和鐵，而硝酸鹽和草酸含量較低，即為綜合營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)較高的材料。

由圖3可知，基于優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)得到的17份材料中，優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)和不良品質(zhì)指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值差值最大的是12s1，差值為0.326，其中差值>0.2的材料有5份，依次為12s1、sp120、sp119、sp106和sp80，而sp123、sp72和sp01材料的不良品質(zhì)隸屬函數(shù)值均高于優(yōu)良品質(zhì)隸屬函數(shù)值，表明這3份材料含有豐富的草酸和硝酸鹽，其綜合品質(zhì)較差。基于不良品質(zhì)指標(biāo)得到的23份材料中，12s1同樣是優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)和不良品質(zhì)指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值差異最大的材料，表明該材料綜合品質(zhì)最佳。其中差值>0.2的材料有6份，依次為12s1、sp106、sp122、sp116、sp80和sp101。此外，sp95、sp62和sp121材料的優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)和不良品質(zhì)指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值差異為負(fù)，依次為-0.071、-0.071和-0.124，表明這3份材料綜合品質(zhì)較差。

綜上可知，在差值>0.2的材料中，12s1、sp106和sp80在圖3（A和B）中檢測(cè)到，表明這3份材料綜合營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)較高，且硝酸鹽含量分別為0.04、0.27、0.76 mg/kg，均符合農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量無(wú)公害蔬菜安全要求的標(biāo)準(zhǔn)（GB 184061-2001）。

圖3 優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)與不良指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值的比較分析

3 結(jié)論與討論

模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法是一種常用的品質(zhì)分析方法，該方法在果蔬的綜合品質(zhì)中有廣泛應(yīng)用，比如萵苣[13]、洋蔥[12]、蘋(píng)果[14]和南瓜[15]等，因此該方法對(duì)蔬菜的綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)具有科學(xué)性。本研究對(duì)菠菜綜合品質(zhì)的評(píng)價(jià)采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法，根據(jù)品質(zhì)指標(biāo)將其分為優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)（葉綠素a、葉綠素b、粗纖維、可溶性糖、Mn、Cu和Fe含量）和不良品質(zhì)指標(biāo)（草酸和硝酸鹽含量），分別計(jì)算優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)和不良品質(zhì)指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值的差值，差值越大說(shuō)明優(yōu)良品質(zhì)越高。本研究將菠菜粗纖維當(dāng)作優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)，它可預(yù)防結(jié)腸癌、闌尾炎和心臟病等多種疾病等[16]，但會(huì)影響蔬菜口感，因此在感官品質(zhì)上認(rèn)為其是不良品質(zhì)[17]。菠菜作為一種重要的蔬菜作物，營(yíng)養(yǎng)成分豐富，但關(guān)于其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)研究相對(duì)較少，本研究利用62份菠菜材料對(duì)9個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定分析，可為培育優(yōu)質(zhì)菠菜品種提供參考。但是目前我國(guó)對(duì)于蔬菜品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)尚沒(méi)有統(tǒng)一的評(píng)價(jià)體系，因此，在實(shí)踐中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況靈活應(yīng)用。

菠菜作為一種重要的葉菜類(lèi)蔬菜，從原產(chǎn)地逐漸向東、西2個(gè)方向引種傳播，由于地理?xiàng)l件、栽培方式以及選擇方向不同，最終形成2種不同的類(lèi)型：東方類(lèi)型（多以種子有刺為主）以及西方類(lèi)型（多以種子無(wú)刺為主）[18，19]。不同類(lèi)型菠菜的各個(gè)性狀差異較大，就外觀來(lái)說(shuō)，可分為皺葉和平葉，尖葉和圓葉等[2]。本研究對(duì)62份材料的9個(gè)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明，不同菠菜材料間品質(zhì)存在很大差異，變異系數(shù)為8.714%～64.849%，其變異系數(shù)大小順序?yàn)榭扇苄蕴?硝酸鹽>草酸>葉綠素b>Cu>Fe>葉綠素a>Mn>粗纖維。張瑞等[20]對(duì)12個(gè)菠菜品種的生長(zhǎng)性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明，菠菜的品質(zhì)等方面差異顯著，這與本研究結(jié)果一致。

菠菜的葉綠素、可溶性糖、Cu、Fe、Mn以及硝態(tài)氮和草酸等是評(píng)價(jià)菠菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)。李桂花等[17]研究認(rèn)為，可通過(guò)選取VC、還原糖、粗纖維和蛋白質(zhì)含量較高的小白菜進(jìn)行優(yōu)質(zhì)品種的選育。研究表明，菠菜是一類(lèi)易積累硝酸鹽和草酸的蔬菜[21]，并且菠菜發(fā)澀主要原因是草酸的積累[22]。草酸具有較強(qiáng)的酸性，很容易與Fe、Mn等離子發(fā)生螯合作用形成難以溶解的草酸鹽，長(zhǎng)期積累會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生結(jié)石[23]，所以降低菠菜中硝酸鹽及草酸含量，提高可溶性糖、葉綠素、粗纖維含量等是育種的首要目標(biāo)。基于此，本研究根據(jù)平均隸屬函數(shù)分析法分別計(jì)算優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)和不良品質(zhì)指標(biāo)的平均隸屬函數(shù)值。基于優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)共得到17份品質(zhì)較高的材料（X>0.4），其中品質(zhì)最佳的為sp120，其次為sp72、sp119、sp106、sp80、12s1、sp108等。同樣的，基于不良品質(zhì)指標(biāo)共得到23份品質(zhì)較高的材料（X<0.3），其草酸和硝酸鹽含量較低，其中含量最低的為sp122，其次為sp51、sp56、sp125、sp101、sp53、12s1等。為了鑒定出綜合品質(zhì)最佳的材料即葉綠素、粗纖維、可溶性糖等優(yōu)良品質(zhì)含量較高，且草酸和硝酸鹽不良品質(zhì)含量較低，分別計(jì)算上述品質(zhì)較高材料的優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)和不良品質(zhì)指標(biāo)平均隸屬函數(shù)的差值，差值越大，表明該材料綜合品質(zhì)最佳。最終篩選出3份綜合品質(zhì)較佳（差值>0.2）且在優(yōu)良品質(zhì)指標(biāo)和不良品質(zhì)指標(biāo)中均檢測(cè)到的材料，分別為12s1、sp106以及sp80。在實(shí)際生產(chǎn)中，可利用以上3份材料進(jìn)行新品種的選育。此外，在育種中可以利用不同優(yōu)勢(shì)的材料進(jìn)行組合育種，比如利用可溶性糖含量較高的材料sp106和葉綠素含量較高的材料sp124進(jìn)行雜交育種，以期獲得葉綠素和可溶性糖含量均高的材料，這將為新品種選育提供參考。