粉葛資源營養品質綜合分析

李桂花，符 梅，羅文龍，駱善偉，郭巨先

（廣東省農業科學院蔬菜研究所/廣東省蔬菜新技術研究重點實驗室，廣東 廣州 510640）

【研究意義】粉葛〔Pueraria lobata（Willd.）Ohwi〕屬于豆科多年生落葉類藤本植物。據《中國藥典》記載，野葛根部具有很大的藥用價值。葛也是一種對環境耐受性很強的植物，除了高山荒原等極端氣候區域，在我國的許多地方都具有品種豐富的葛屬植物資源，其中主要種植產地分布在兩廣地區和江西［1-2］、湖南、云南［3］等南方省份，多數北方省份如山西省［4］等，分布則以野生葛資源為主。粉葛在中華傳統社會中就是典型的藥食同源食物［5］，在民間素有“南葛北參”“亞洲山人參”之美譽。早在漢代，我們的祖先就已經有食用粉葛的記載，并且粉葛不僅很早就被食用，而且還是重要的中藥材和纖維材料。在1998年，國家衛生部正式把粉葛列入“藥食兩品”名錄［6］。從中醫理論來說，葛以塊根入藥名為粉葛，具有解肌退熱，生津，以及升陽止瀉等功能。曾明［7］利用動物實驗證明粉葛在降血糖方面具有顯著功效，這為推進粉葛在糖尿病以及其并發癥的臨床運用以及新藥的開發提供理論依據。比如，彭月欣對粉葛的深度加工進行了研究，并研發了一款新型的葛全粉仙草凍［8］。另外，粉葛開出的花也具有一定的利用價值，加工而成的葛花茶具有解酒及醒酒之功效［9］；周長波［10］和馮娜［11］對葛花在解酒保健飲料領域中的相關開發利用進行了研究，同時發現葛花還有美容抗氧化等效果。綜合來說，葛屬植物從根、藤到花、葉等全部部位在工業、醫藥等行業都具有很高的研究利用價值和生態價值，同時還有極高的經濟價值［12］。【前人研究進展】在目前情況下，周雪嫄野［13］指出國內粉葛面臨的一些問題，雖然在南方地區粉葛種植規模相對較大，但其中也存在較多的問題。如栽培管理水平較為粗放、種植品種單一化程度高、缺乏產品的深度加工使得產品附加值低，農民收入不高［14］。其中比較棘手的問題就是大眾對粉葛的了解程度不高，國內外對粉葛的深入研究相對較少等原因，僅見馬喜玲等［15］在江西省上饒地區對4 個當地葛品種進行了主要營養成分與葛生長年限之間關系的分析得出多數營養成分隨時間推移而積累，未見其他報道。

【本研究切入點】因此有必要收集更多的品種進行品質的綜合分析。本研究通過收集20 種有代表性的粉葛材料，對維生素C、還原糖、淀粉、蛋白質和膳食纖維的含量進行測定，利用試驗數據再對粉葛的品質進行綜合分析評價，并篩選優質材料作為育種儲備，為育成品質優異的品種奠定基礎。【擬解決的關鍵問題】本研究除了對試驗數據的單一營養指標進行常規分析外，對綜合品質分析采用平均隸屬函數法和主成分分析法，兩者共同來進行綜合品質分析評價，期望能找出單一營養成分指標中含量最佳的粉葛材料和綜合品質較好的粉葛材料，為粉葛類作物種質資源的深入研究及粉葛深加工產業鏈的延伸打下基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料包括20 份粉葛（表1），主要為廣東省各地區的名優品種以及其他省份的代表品種和部分野生粉葛材料。

表1 供試20 份粉葛種質資源Table 1 20 Pueraria lobata germplasm resources used for test

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品制備 粉葛收獲后，選取每個品種無機械性損傷、蟲害以及病斑的新鮮粉葛，沖洗，去泥洗凈，自然晾干，切成大小約1 cm3方塊，混勻，取其中的20 g 鮮樣用于維生素C 的檢測，再稱取200 g 左右鮮樣備用。其余鮮樣冷凍于-40 ℃的冰箱之中，經過冷凍干燥10 d 后，將干樣進行粉碎，粉葛粉末貯存于樣品瓶之中，于干燥器中保存備用。

1.2.2 營養品質分析 粉葛維生素C 含量測定 依 據GB 5009.86-2016［16］，采 用2,6-二 氯靛酚滴定法；還原糖含量測定依據GB 5009.7-2016［17］，采用直接滴定法（比色法）；淀粉含量測定依據GB 5009.9-2016［18］，采用酶水解法；蛋白質含量測定依據GB 5009.5-2016［19］，采用凱氏定氮法（紫外吸收法）；膳食纖維含量測定依據GB 5009.88-2014［20］，采用酶重量法（酸堿洗滌法）。

1.3 數據分析

試驗數據采用SPSS 17.0 和WPS Office 進行統計分析，利用Duncan多重比較法進行差異顯著性分析，并探究不同品種粉葛之間的營養成分含量的差異是否顯著。

在粉葛綜合品質的分析上，首先采用平均隸屬函數法對粉葛的營養品質進行初步的綜合評價。隸屬函數法的具體公式如下：

式中，X（μ）為不同粉葛品種中各項營養指標的隸屬函數值，Xmax和Xmin則指不同粉葛品種的各項營養指標所對應的最大值和最小值。

其次，在Rstudio 中再次對20 種不同品種粉葛進行綜合評價，對其營養成分的含量進行方差分析，同時采用主成分分析法對粉葛維生素C、還原糖含量等多個變量進行降維處理，利用潛在因子對變量進行重新賦值，計算主成分貢獻率，要求幾個潛在因子的累計貢獻率要超過85%，而后再計算不同品種粉葛的綜合得分并排序。最后，采用系統聚類法根據遺傳親緣關系的遠近將各品種粉葛進行歸類。

2 結果與分析

2.1 粉葛營養品質檢測分析

由表2、表3 可知，不同品種粉葛5 種營養成分含量存在較大差異，具有豐富的多樣性。在品質檢測的5 個指標中，平均變異系數為29.1%，以維生素C 的變異系數最大、達45%，其后依次為膳食纖維33.4%、還原糖30.2%、淀粉18.7%，蛋白質的變異系數最小、僅為18.2%。

2.1.1 維生素C 含量 由表2 可知，供試20 份粉葛的維生素C 含量為4.00～22.00 mg/100g，其中維生素C 含量較低水平（4.00～10.00 mg/100g）的品種有14 個，較高水平（16～22 mg/100g）的品種有1 個（鐘落潭粉葛，21.45 mg/100g）；供試粉葛中維生素C 含量最高值是最低值的5.19 倍，說明不同粉葛品種維生素C 含量存在顯著差異。

2.1.2 還原糖含量 供試20 份粉葛的還原糖含量為0.00～0.60 g/100g，其中還原糖較低（0.00～0.25 g/100g）的品種有1 個（浙江常山粉葛，＜0.25 g/100g），較高水平（0.40～0.60 g/100g）的品種有5 個；供試粉葛中還原糖含量最高為湖南粉葛（0.563 g/100g），最低為浙江常山粉葛（＜0.25 g/100g），兩個品種間相差2 倍以上，說明不同品種粉葛的還原糖含量差異顯著（表2、表3）。

2.1.3 淀粉含量 供試20 份粉葛的淀粉含量為13.00～31.00 g/100g，其中淀粉含量較低水平（13.00～19.00 g/100g）的品種有3 個（汕尾陸豐粉葛13.78 g/100g，湖南粉葛17.13 g/100g，郁南都城粉葛18.64 g/100g），較高水平（25.00～31.00 g/100g）的品種有9 個；供試粉葛中淀粉含量最高為韶關火山粉葛（30.94 g/100g），最低為汕尾陸豐粉葛（13.78 g/100g），兩者相差2.2 倍，說明不同粉葛品種的淀粉含量差異顯著（表2、表3）。

2.1.4 蛋白質含量 供試20 份粉葛的蛋白質含量為2.00～4.00 g/100g，其中蛋白質含量為2.00～2.50 g/100g 的品種有4 個，3.50～4.00 g/100g的品種有3 個（河源粉葛3.97 g/100g，貴州古州鎮粉葛3.95g/100g，從化車頭村粉葛3.54 g/100g），均屬于蛋白質含量較高的品種；供試粉葛中蛋白質含量最高為河源粉葛（3.97 g/100g），最低為韶關火山粉葛（2.08 g/100g），前者是后者的1.9 倍，說明20 種不同粉葛品種的蛋白質含量存在顯著差異（表2、表3）。

表2 20 份粉葛種質資源的營養品質檢測結果Table 2 Nutritional quality test results of 20 Pueraria lobata germplasm resources

表3 粉葛營養品質檢測的統計數據Table 3 Statistical data of nutritional quality test of Pueraria lobata

2.1.5 膳食纖維含量 供試20 份粉葛的膳食纖維含量大多為0.7%～2.3%，其中膳食纖維含量0.7%～1.1%的品種有12 個，1.9%～2.3%的品種有2 個（汕尾陸豐粉葛2.28%、江西野生粉葛2.19%，屬于膳食纖維含量較高的品種）；供試粉葛中膳食纖維含量最高值（汕尾陸豐粉葛2.28%）是最低值（肇慶德州粉葛0.79%）的2.9 倍，說明不同粉葛品種的膳食纖維含量差異顯著（表2、表3）。

2.2 粉葛不同營養成分含量的相關性分析

相關性分析結果（表4）顯示，維生素C 含量與還原糖含量在0.01 水平上表現為顯著正相關，相關系數為0.406；維生素C 含量與淀粉含量在0.05 水平上表現為顯著正相關，相關系數為0.315；膳食纖維含量與淀粉含量、蛋白質含量在0.01 水平上均表現為顯著負相關，相關系數分別為-0.405 和-0.485；維生素C 與蛋白質含量表現為負相關的關系，相關系數為-0.181，相關性不顯著。

表4 粉葛5 種營養成分含量的相關性分析Table 4 Correlation analysis of the contents of five nutrients in Pueraria lobata

2.3 粉葛品質主成分分析

由于試驗檢測到的不同粉葛品種的品質指標含量均存在顯著差異，難以直觀評價粉葛的綜合品質。為更好地評價粉葛品質，對不同粉葛品種進行主成分分析。其中各個特征值的大小代表著各個綜合指標在遺傳方差上的大小，各個特征值計算得出的累計方差貢獻率則是表示各個相關的綜合指標對于總遺傳方差的貢獻率［21］。

由表5 可知，在5 個主成分中的前三大主成分，其累計貢獻率達到85.20%，滿足累計貢獻率超過85.00%的指標，因此決定選用3 個主成分來描述5 項營養品質指標，能最大限度反映原始數據信息，其分量來源也可以描述所檢測的指標。其中，第一主成分的特征值為1.68，對綜合營養品質的貢獻率最大，達到33.52%，對應的特征向量代表性指標為膳食纖維和蛋白質含量；第二主成分的特征值為1.45，對綜合營養品質的貢獻率為29.05%，對應的特征向量代表性指標為淀粉、維生素C 和膳食纖維含量；第三主成分的特征值為1.13，對綜合營養品質的貢獻率為22.63%，對應的特征值向量代表性指標為膳食纖維和還原糖含量。

表5 主要成分得分系數、特征值及貢獻率Table 5 Score coefficient,eigenvalue and contribution rate of principal components

2.4 不同粉葛材料綜合營養品質比較

2.4.1 平均隸屬函數法 從不同品種粉葛各項營養指標的平均隸屬函數值（表6、表7）可以看出，綜合品質較好（X＞0.5）的粉葛品種有4 個，分別為鐘落潭粉葛（0.69）、韶關火山粉葛（0.59）、佛山合水粉葛（0.57）和貴州古州鎮粉葛（0.52）；綜合品質相對較好（0.4＜X≤0.5）的品種有10個，較差（X≤0.3）的品種有1 個。其中綜合品質最優的品種是鐘落潭粉葛、平均隸屬函數值為0.69，而綜合品質最差的品種是浙江常山粉葛、平均隸屬函數值為0.28，兩者相差2.5 倍，差異顯著。

表6 20 份粉葛種質資源的營養成分含量平均隸屬函數值Table 6 Average membership function value of nutrient content of 20 Pueraria lobata germplesm resources

表7 粉葛營養品質的平均隸屬函數值分組Table 7 Grouping according to average membership function values of nutritional quality in Pueraria lobata

2.4.2 主成分分析法 采用主成分分析法對粉葛進行分析后，得到3 個主要成分。對粉葛的營養品質檢測所得的原始數據做標準化處理，再根據標準化操作后各項品質指標及因子荷載矩陣計算主成分的得分：

粉葛營養品質的3 個主成分分別指代方差貢獻率占累計方差貢獻率比例所賦予的權重，由此可計算20 種不同品種粉葛的綜合評價得分：

粉葛營養品質分析中，綜合得分越高表明綜合品質越好。由表8 可知，粉葛綜合品質好（F綜＞12）的品種有1 個，為鐘落潭粉葛占比5%；綜合品質相對較好（9＜F綜≤12）的品種也有1個，為韶關火山粉葛占比5%；綜合品質處于中間型（6＜F綜≤9）的品種有7 個，包括佛山合水粉葛、肇慶德州粉葛、江西野生粉葛等；綜合品質較差（3 ＜F綜≤6）的品種有11 個，包括云南曲靖粉葛、河源粉葛、韶關丹霞粉葛等。其中綜合品質最優秀的品種為鐘落潭粉葛、營養品質綜合得分為12.29 分，綜合品質最差的品種為郁南都城粉葛、營養品質綜合得分為3.56 分，兩者相差3.45倍，差異顯著。

表8 粉葛營養品質主成分分析結果Table 8 Results of principal component analysis of nutritional quality of Pueraria lobata

2.5 粉葛營養品質聚類分析

聚類分析結果（圖1）顯示，在歐氏距離為7 時，可以將20 種粉葛品種按照品質優劣分為4個類群：第Ⅰ類群只有1 個品種鐘落潭粉葛，平均隸屬函數值和綜合品質得分均排名第一；第Ⅱ類群包括5 個品種，分別為云南曲靖粉葛、湖南粉葛、郁南都城粉葛、汕尾陸豐粉葛、江西野生粉葛，平均隸屬函數值排名分別為11、13、18、12、5，綜合品質得分排名分別為10、16、20、17、5；第Ⅲ類群有3 個品種，分別為佛山合水粉葛、肇慶德州粉葛和韶關火山粉葛，平均隸屬函數排名分別為3、8、2，綜合品質得分排名分別為3、4、2；第Ⅳ類群有11 個品種，分別為韶關丹霞粉葛、浙江常山粉葛、河源粉葛、廣西公平粉葛、貴州古州鎮粉葛、清遠竹山粉葛、惠州龍門麻榨粉葛、郁南建城粉葛、清遠連州粉葛、從化車頭村粉葛、清遠英德粉葛。將平均隸屬函數值與聚類分析結果（表9）結合，按照平均隸屬函數值優劣分出的4 個類群大小排列為Ⅰ＞Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅳ。

表9 粉葛營養品質綜合分值分組Table 9 Grouping according to comprehensive scores of nutritional quality in Pueraria lobata

3 討論

本研究中，不同粉葛之間營養品質的變異系數存在顯著差異，最大變異系數維生素C 達到45%，最小變異系數蛋白質為18.2%，相差2.47 倍。變異系數越大則說明性狀的變異范圍越大，變異系數在維生素、還原糖和膳食纖維中變化較大，表明粉葛具有豐富的品質表型多樣性。

維生素C、還原糖、淀粉、蛋白質以及膳食纖維含量是粉葛品質優劣的重要指標，本研究對20 個粉葛品種進行營養分析的結果表明，維生素C、還原糖等5 項營養成分指標，在不同品種間存在差異性顯著。其中維生素C 與還原糖在0.01水平上顯著正相關，維生素C 和淀粉在0.05 水平上顯著正相關，膳食纖維與淀粉、蛋白質均在0.01水平上顯著負相關，其他各項營養成分之間均相對獨立，不存在兩兩之間的相關關系。這與田國政［14］研究不同品種的粉葛塊根營養成分含量沒有顯著差異的結論，具有很大的不同，這可能是由于其僅僅采用3 個地區品種進行比較，樣品量太小不足以形成統計學意義的比較，而本研究選取了不同地區20 個不同品種的粉葛進行比較分析，相對而言更加具有代表性和統計學意義，所得出的結論相對而言更加具有可靠性，這為今后粉葛良種選育提供選配依據。但是在土壤質量、pH 值、天氣等環境條件都相同的地區種植不同品種的粉葛，則粉葛中營養成分含量會因種植環境相似而使得種植品種間差異縮小，也是很有可能的。因此研究同一地區種植不同品種粉葛中營養成分的含量，可以為粉葛農業打下非常重要的基礎。

張靜［22］采用隸屬函數分析法對粉葛資源的綜合品質進行分析研究，進而為后續的良種選育提供依據。本研究創新性地同時采用了平均隸屬函數法和主成分分析法，在對兩種方法所得出的粉葛品質綜合得分結果進行比較時發現，平均隸屬函數值排名前3 的粉葛品種和主成分分析法綜合得分最高的3 個品種相同，均為鐘落潭粉葛、韶關火山粉葛和佛山合水粉葛；排名最差的幾種粉葛中都含有惠州龍門麻榨粉葛和郁南都城粉葛，中間的排名相對比較混亂暫不具備可比性。這表明兩種方法對于品質較好和較差品種的篩選結果都具有相對一致性，因此綜合營養品質較好的幾個品種可以在實際生產中視為優秀粉葛的來源。

聚類分析結果中，排名第一的鐘落潭粉葛綜合最佳且各項品質指標含量與其他品種差異性較大，被單獨分在了一個類群且這個類群和其他多數類群的距離相對較遠，這可能說明鐘落潭品種比較特別，在粉葛利用中可以將其納入考慮；其余19 個品種在歐氏距離為7 時，根據親緣關系的遠近大體聚為3 個類群，在今后粉葛的深入研究中，其親緣關系的遠近可以成為非常重要的參考依據。

4 結論

本研究將收集到省內外的20 個粉葛品種進行品質分析，結果表明，綜合品質排前3 名的品種分別為鐘落潭粉葛、韶關火山粉葛和佛山合水粉葛，其中鐘落潭粉葛維生素C 含量21.45 mg/100 g、還原糖0.45 g/100 g、淀粉30.78 g/100 g、蛋白質2.73 g/100 g、膳食纖維1.24%，韶關火山粉葛和佛山合水粉葛已經獲得國家地理標志產品稱號，是當地的名優特農產品。分析結果進一步為葛屬種質資源的優良品質篩選、評價技術體系奠定基礎，為輔助粉葛品種的選育及打造優質粉葛品牌奠定基礎。