紅枸杞、黃枸杞和黑枸杞營養成分比較

周琪樂，龔凌慧，紀鳳娣，崔亞娟，穆曉婷，許洪高，魯 緋

（北京市營養源研究所，北京 100069）

枸杞是一種適應我國西北干旱地區的多年生落葉灌木，為茄科（Solanaceae）枸杞屬（Lycium）植物[1]，其果實（子）、葉和根莖在食品和藥品行業具有較大的研究開發和綜合利用價值[2-3]。我國寧夏枸杞是唯一載入《中國藥典》的品種，寧夏中寧枸杞也是我國地理標志產品。除了寧夏，我國青海、新疆和甘肅等地也種植枸杞，但在這些地區常見的品種為中華枸杞及其變種枸杞[1，4]。

枸杞因其豐富的化學成分和藥用特性，在兩千多年的歷史中一直是中藥的重要組成部分[5]。它具有滋腎補髓、養肝明目和祛風等保健作用，多年來一直是營養食品和民族醫藥領域的研究熱點之一[2]。研究發現，枸杞不僅含有豐富的類胡蘿素[6-7]、維生素[2，4-5]、氨基酸[3-5]和無機元素等營養成分[4，8]，也含有色素[1，9]、多糖[3-5，10-11]、黃酮類[5，9，12-13]、甜菜堿[3，4]和有機酸[14-16]等生物活性成分[16-17]。現代醫學表明，枸杞具有多種藥理作用，如抗衰老[3，9，14，18-19]、保護細胞結構和視神經[3，20]、增強免疫力[3，10-11，21]、抗癌[3]、調節脂質代謝和血糖的作用[3，6，18]以及抗氧化等功能特性[2-3，10-12，14，18]。由于我國西北主要枸杞產區的生態環境和氣候條件差異很大，海拔、日照時數、晝夜溫差以及土壤養分等因素都會影響枸杞果實的發育和化學成分，使得不同地理區域和不同品種的枸杞在大小、顏色、口感風味、功能成分含量以及營養品質等方面均存在顯著差異[4，8，15]，而營養功能成分是評價枸杞果實品質的一個重要指標。

近年來對于枸杞內在化學成分和營養價值有多方面的研究報道，但是，具體品質評價指標往往比較復雜[2，4，8，15]。WANG Y B等[4]對7個產區的42種枸杞果實的分析表明，枸杞多糖、甜菜堿和鐵等營養成分含量之間存在高度相關性，并以甜菜堿和糖的含量水平為基礎建立了枸杞質量評價標準。BERTOLDI D等[8]通過對樣品中δ34S、Y、U、Cu、Rb、玉米黃質棕櫚酸鹽和總類胡蘿卜素含量的判別分析，對產地進行了分類。述小英等[22]測定了22種枸杞樣品中多糖、甜菜堿和類胡蘿卜素等功能成分，并運用主成分分析和聚類分析進行綜合評價。KAFKALETOU M等[23]的研究表明，中華枸杞中營養成分含量均較高，苦味和澀味也較強烈。殷濤等[24]以枸杞子的形狀和浸出物、多糖、甜菜堿、重金屬及有害元素以及二氧化硫殘留的含量指標為基礎對我國西北四大產區枸杞子進行了綜合性的質量評價。優質的枸杞果實要求優良的外觀形態、較高的營養價值和良好的口感，因此，系統地揭示枸杞中的營養成分組成，通過比較它們營養價值的差異性，探討不同品種果實品質性狀差異的影響因素，篩選關鍵評價指標，這對研究植物栽培和枸杞的適銷性以及篩選優異枸杞品種具有實際意義。眾所周知，營養物質氨基酸、維生素、礦物質等對預防氧化應激、調節免疫反應、維持正常的生理生化和體內平衡機制具有重要作用，而目前還鮮見將枸杞中基礎營養成分如氨基酸、維生素和微量元素等與果實質量密切相關的組分都作為評價因子的研究，與品種性質關聯的品質評價指標也尚不明確，因而在探討果實品質的影響研究及評價時并不全面。

本研究對我國地理和氣候相近的青海都蘭和格爾木地區種植的紅枸杞（Lycium barbarumL.）、黃枸杞（Lycium chinenseMiller）和黑枸杞（Lycium ruthenicumMurr.）中的基礎營養物質蛋白質、脂肪、膳食纖維以及氨基酸、維生素、胡蘿卜素和微量元素等營養成分進行了比較分析，探討了不同枸杞品種特性對果實營養品質主要差異指標的影響，并基于枸杞營養成分的檢測結果，運用層次聚類分析（hi erarchical cluster analysis，HCA）法建立枸杞質量評價方法，旨在為不同品種枸杞品質綜合評價和質控提供科學依據，也可以為優質枸杞種質資源的深入開發利用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紅枸杞1和2均為寧杞1號（編號為S1、S2），來自青海都蘭諾木洪，采收時間分別是9月和8月；黃枸杞1和2（編號為S3、S4），來自青海都蘭和格爾木，采收時間分別是9月和8月；黑枸杞1和2（編號為S5、S6）來自青海都蘭和格爾木，采收時間分別是9月和8月。上述枸杞均為鮮果采摘后自然晾干的產品。

Wako混合氨基酸標準溶液（H型）：日本和光純藥工業株式會社；鈉、鉀、鎂、鈣、鐵、鋅、銅和錳混合標準儲備液（質量濃度1 000 mg/L）：壇墨質檢標準物質中心；L-抗壞血酸標準品（純度99%）：美國Supelco公司；α-維生素E、β-維生素E、γ-維生素E、δ-維生素E和β-胡蘿卜素標準品（純度均為98%）：中國國家標準物質中心；體積分數為65%硝酸（分析純）：德國默克公司；甲醇、乙腈（均為色譜純）：美國Fisher Chemical公司；所用其他試劑為國產分析純。高純水由Milli-Q Advantage超純水系統提供。

1.2 儀器與設備

FOSS KjeltecTM 2300型全自動凱氏定氮儀：瑞典福斯公司；Hitachi 8900氨基酸自動分析儀、Hitachi L-2000高壓液相色譜儀：日本日立公司；Perkin Elmer Avio-500電感耦合等離子體發射光譜（inductively coupled plasma-optical emission spectrometry，ICP-OES）儀：美國珀金埃爾默公司；Mars classic 6全自動高通量微波消解萃取系統：美國PyNN公司；Shimadzu RF-6000熒光分光光度計：日本島津公司；SP-2000UV單光束紫外可見分光光度計：上海光譜儀器有限公司；EYELA TVE-1100型平行蒸發儀、EYELA MMV-1000W振蕩器、EYELA N-1200旋轉蒸發器、EYELA A-1000S循環水真空泵、EYELA CCA-1111冷凝壓縮機、EYELA MGS-22型氮吹儀：日本東京理化器械株式會社；98-Ⅱ-B磁力攪拌電熱套：天津市泰斯特儀器有限公司；EHD-40型可調式電熱爐：北京東航科儀儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 理化性質分析

依據國標GB 5009.3—2016《食品中水分的測定》、GB 5009.5—2016《食品中蛋白質的測定》、GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測定》、GB 5009.88—2014《食品中膳食纖維的測定》、GB 5009.4—2016《食品中灰分的測定》分別測定枸杞水分、蛋白質、脂肪、膳食纖維和灰分含量，每個樣品平行測定3次，結果以干物質計；碳水化合物和能量測定依據國標GB 28050—2011《預包裝食品營養標簽通則》。

1.3.2 無機元素的含量測定

無機元素的含量：依據國標GB 5009.268—2016《食品中多元素的測定》中的第二法電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-OES）測定鈉、鉀、鎂、鈣、鐵、鋅、銅和錳的含量。每個樣品平行測定3次，結果以干物質計。

1.3.3 氨基酸的含量測定

準確稱取粉碎均勻的枸杞樣品（0.2±0.000 1）g，依據國標GB 5009.124—2016《食品中氨基酸的測定》的規定進行樣品處理后，采用氨基酸分析儀測定其氨基酸含量。每個樣品平行測定3次，結果以干物質計。

1.3.4 維生素C、維生素E和β-胡蘿卜素的含量測定

維生素C、維生素E和β-胡蘿卜素的含量分別依據國標GB 5009.86—2016《食品中抗壞血酸的測定》中的第二法熒光法、GB 5009.82—2016《食品中維生素A、D、E的測定》中的第一法反相高效液相色譜法和GB 5009.83—2016《食品中胡蘿卜素的測定》進行測定。每個樣品平行測定3次，結果以干物質計。

1.3.5 數據處理

采用Microsoft Office Excel 2007進行數據處理，數據以“平均值±標準差”表示；采用SPSS19.0進行數據差異顯著性分析（方差分析采用Duncan法）；采用R語言完成層次聚類熱圖分析。

2 結果與分析

2.1 紅枸杞、黃枸杞和黑枸杞理化性質分析

蛋白質是構成食物營養成分的重要部分，是評價食物營養價值非常重要的指標之一[25]。由圖1可知，黑枸杞的蛋白質含量豐富（13.6 g/100 g），高于黃枸杞（10.1 g/100 g）和紅枸杞（8.98 g/100 g）的蛋白質含量。樣品脂肪含量的高低依次為：S6（5.0 g/100 g）＞S4（4.2 g/100 g）＞S3（1.2 g/100 g）＞S1（1.0 g/100 g），最少的是S5，僅為0.7 g/100 g，說明黑枸杞的脂肪含量較低，是較紅枸杞和黃枸杞這兩種枸杞更好的低脂肪的食物。由圖1可知，在3種枸杞產品中，黑枸杞和黃枸杞的灰分含量分別高達8.5 g/100 g和5.8 g/100 g，明顯高于紅枸杞的灰分含量（3.1 g/100 g），表明黑枸杞中的無機鹽含量最豐富。紅枸杞、黃枸杞和黑枸杞中碳水化合物的含量和能量高低為紅枸杞＞黃枸杞＞黑枸杞。黑枸杞中碳水化合物含量（48.7 g/100 g）和能量（1 215 kJ/100 g）最低，說明其可以被人體消化吸收利用的各種糖類的含量低，相對于其他兩種枸杞，它更適用于當前低糖飲食需求。黑枸杞的總膳食纖維含量也比紅枸杞和黃枸杞高得多，而膳食纖維對人體健康有益，可以預防如糖尿病等慢性疾病的發生。

圖1 3種枸杞樣品種常規營養成分含量測定結果Fig.1 Determination results of general nutritional components contents in 3 kinds of goji berries samples

因此，基于基本營養成分的對比結果表明，黑枸杞可呈現高蛋白、低脂肪和低糖的特點，紅枸杞則具有高碳水化合物和高能量的特點。

2.2 枸杞中無機元素的含量分析

枸杞中含有豐富的礦物質，由于元素與植物種植區的地理和氣候特征密切相關，它已被證明是研究農產品植物學和地理特征的有力方法[4，8]。如表1所示，S3中Na含量最高（1 198.93 mg/100 g），S4中K、Na、Mg、Ca、Zn和Cu含量最低。紅枸杞、黃枸杞和黑枸杞中Fe和Mn的含量差異較小。除Na以外，樣品S6中所測元素的含量均高于其他樣品，其K、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu和Zn元素的含量分別為1 527.29 mg/100 g、288.96mg/100g、530.72mg/100g、36.13mg/100g、2.30mg/100g、8.11 mg/kg和10.37 mg/kg，高于吳有鋒等[26]報道的不同產地及采摘期柴達木枸杞中無機元素含量。結果表明，即使生長于地理和氣候相近的地區，枸杞中元素的含量也會因栽培過程、采摘時間或品種的差異而不同。

表1 3種枸杞樣品中元素Na、K、Mg、Ca、Fe、Mn、Zn和Cu含量測定結果Table 1 Determination results of contents of Na,K,Mg,Ca,Fe,Mn,Zn,and Cu in 3 kinds of goji berries samples

2.3 枸杞中維生素和胡蘿卜素的含量分析

類胡蘿卜素和維生素是維持正常生命活動所必需的有機化合物，均為生物活性物質，具有抗氧化作用、調節免疫、影響胚胎發育和生殖的作用[2，5-6，8-9]。枸杞中β-胡蘿卜素、維生素E以及維生素C的測定結果見圖2。

由圖2可知，樣品S6中β-胡蘿卜素和維生素E的含量分別為5.23 μg/100 g和17.30 mg/100 g，高于其他5個枸杞樣品的含量，差異顯著（P＜0.05）。其他5個枸杞樣品中β-胡蘿卜素和維生素E的含量分別在0.18～0.86 μg/100 g和4.00～7.59 mg/100 g的范圍內。黑枸杞中維生素C的含量也高于黃枸杞和紅枸杞，S3維生素C的含量最低。紅枸杞中維生素E和β-胡蘿卜素含量高于黃枸杞。樣品S5和其他兩個枸杞品種的類胡蘿卜素和維生素含量沒有顯著差異（P＞0.05）。推測兩個黑枸杞樣本中維生素和β-胡蘿卜素含量的差異可能是由于采摘、晾干和存放等原因而造成的。

圖2 3種枸杞樣品中維生素C、維生素E和β-胡蘿卜素含量測定結果Fig.2 Determination results of contents of vitamin C,and vitamin E and β-carotene in 3 kinds of goji berries samples

2.4 枸杞中氨基酸的組成和含量分析

2.4.1 枸杞果實的氨基酸組成及含量

氨基酸組成及含量是評價食品營養價值的關鍵，而必須氨基酸的種類、含量和組成比例決定了氨基酸的營養價值[27]。3種枸杞樣品的氨基酸組成和含量的分析結果見表2。由表2可知，枸杞樣品中共檢出17種氨基酸，其中必需氨基酸（essential amino acid，EAA）9種、非必需氨基酸（nonessential amino acid，NEAA）7種、藥性氨基酸（pharmaceutical amino acid，PAA）7種、芳香族氨基酸（aromatic amino acid，AAA）2種、含硫氨基酸（sulphur-containing amino acid，SAA）2種、鮮味氨基酸（umami amino acid，UAA）2種和甜味氨基酸（sweet amino acid，SAA）4種。

各氨基酸的相對含量（各氨基酸含量與總氨基酸含量的比值）、類別及比例分布見圖3。由圖3A可知，紅枸杞、黃枸杞和黑枸杞氨基酸組成一致而含量存在差異。其中，Glu和Asp的相對含量在3種枸杞中均高于其他氨基酸，Met的相對含量最低。枸杞的氨基酸含量主要由其植物基因和外部環境條件兩個方面決定。谷氨酸是食物中非常常見的氨基酸，它是植物蛋白和動物蛋白的主要成分，也是大多數食物的主要成分，特別是經過加熱、發酵、成熟或陳化等處理后，它以自由的形式存在，是典型的鮮味物質[28]。顯然，含量豐富的鮮味氨基酸Glu和Asp使枸杞具有令人愉快的適口性。S6樣品中Glu含量為1.5g/100g，高于S3樣品（1.05g/100g）和S2樣品（0.96 g/100 g）中Glu的含量。由圖3B可知，黑枸杞的TAA、EAA、NEAA、PAA、UAA、AAA和SAA的總量均高于其他兩種枸杞，其EAA的含量大小為Leu＞Lys＞Val＞Phe＞Thr＞Ile＞Tyr＞His＞Met。由圖3C可知，樣品S1～S5中的EAA和TAA的比值在34.1%～36.6%的范圍內，EAA和NEAA的比值在47.9%～52.5%的范圍內，接近世界衛生組織（World Health Organization，WHO）/聯合國糧農組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations，FAO）規定的理想蛋白質的EAA/ TAA為40%左右，EAA/NEAA在60%以上的規定。黑枸杞EAA和NEAA的總量均高于其他兩種枸杞，含量分別高達3.64 g/100 g和4.14 g/100 g，樣品S6中的EAA與TAA的比值為42.3%，EAA和NEAA的比值達74.7%，符合WHO/FAO規定的理想蛋白質的要求。

圖3 3種枸杞樣品中氨基酸的相對含量（A）、類別（B）及比例（C）Fig.3 Distribution of relative content (A),types (B) and proportion (C) of amino acids in 3 kinds of goji berries samples

2.4.2 必需氨基酸營養價值評價

比較紅枸杞、黃枸杞和黑枸杞中的EAA成分，并與WHO/FAO“人類營養中蛋白質和氨基酸需要量”專家咨詢報告推薦的氨基酸模式值比較，結果見表3。

表3 必需氨基酸與WHO/FAO推薦的氨基酸模式的比較Table 3 Comparison of essential amino acids with amino acid patterns recommended by WHO/FAO

由表3可知，樣品S6中的EAA組分占TAA的質量分數均高于的推薦值，符合氨基酸理想模式比例。所有枸杞SAA（Met+Cys）模式比例大于推薦值。此外，除樣品S6外，所有枸杞樣品中Thr模式比例都高于或接近推薦值，而且樣品S4、S5中的AAA（Phe+Tyr）組分占TAA的質量分數均高于的推薦值，其他氨基酸模式比例都與理想氨基酸模式推薦值有一定的差異。

WHO/FAO規定可以采用氨基酸評分（amino acid score，AAS）[27]反映被測食物蛋白質氨基酸構成和利用率，其計算公式如下：

一種食物蛋白質的氨基酸的評分即為該食物中最低的必需氨基酸評分值，氨基酸評分越高，其蛋白質營養價值越高。以WHO/FAO提出的氨基酸參考模式為標準，采用AAS分析方法，對枸杞樣本的EAA進行評價，結果見表4。

依據佩特利用必需氨基酸指數（essential amino acid index，EAAI）評價蛋白質源時的判斷標準[29]，當n=6～12時，EAAI＞90%為優質蛋白質源；85%＜EAAI＜95%為良好蛋白質源；75%＜EAAI＜85%為可用蛋白質源；EAAI＜75%為不適蛋白質源。EAAI計算公式如下：

式中：n為必需氨基酸數量（n=7）；T為待評價蛋白質；S為標準蛋白質。

枸杞EAAI計算結果見表4。

表4 3種枸杞樣品中氨基酸營養價值評價Table 4 Evaluation of nutritional value of amino acids in 3 kinds of goji berries samples

由表4可知，樣品S6中的氨基酸得分最高，最高的AAA（Phe+Tyr）和Leu的氨基酸評分分別達到了143.83分和128.00分。枸杞第一限制性氨基酸為SAA（Met+Cys），各品種的AAS值介于31.71%～44.29%之間。樣品S5、S6中的EAAI分別為107.44%和91.94%，均大于90%，說明在三種枸杞品種中黑枸杞蛋白價值相對最好，屬于優質蛋白源。

2.5 多元變量統計分析和品質評價

為了直觀反映營養成分如蛋白質、氨基酸、維生素和無機元素等34個指標的含量大小和樣品間的差異，采用聚類分析熱圖對枸杞中營養成分的含量進行可視化處理，通過縱向層次聚類反映34個指標的相互關系，通過橫向層次聚類反映樣品間的相似性，結果見圖4。由圖4可知，熱圖中顏色由藍變紅，顯示含量由低變高，顏色越接近紅色，表示含量越高。此外，熱圖頂部的樹狀圖也提供了枸杞樣品34個營養成分的相似性和差異性的信息。頂部樹狀分支高度依次為S6＞S5＞S4＞S3＞S1＞S2，而S6和S5的分支高度比較長，說明黑枸杞與黃枸杞和紅枸杞不同。

圖4 3種枸杞樣品中營養成分聚類分析熱圖Fig.4 Heat map of nutrient composition cluster analysis of 3 kinds of goji berries samples

如圖4所示，從整體含量水平上看，樣品S6與其他枸杞存在顯著差異，樣品S5與黃枸杞和紅枸杞也存在明顯差別，黃枸杞和紅枸杞之間更相似。結合營養成分的含量大小，通過層狀聚類分析將枸杞樣品分為3類，第一類為樣品S6，除水分、總碳水化合物和蛋白質外，其他營養成分含量都接近或遠大于其他枸杞的含量，屬于高品質枸杞；第二類為樣品S5，除總碳水化合物、蛋白質和總脂肪外，其他營養成分含量都接近或遠大于黃枸杞和紅枸杞的含量，屬于中等品質枸杞；黃枸杞和紅枸杞中各個營養成分含量雖有不同但更接近，劃分為第三類，屬于一般品質枸杞。

因產地的地理和氣候條件接近，推斷兩個黑枸杞營養價值和品質的差異可能是由栽培、采摘時間、晾干和儲藏等過程的變化或差異而引起，而黑枸杞與黃枸杞以及紅枸杞營養價值和品質的差異則主要可能是由植物基因和遺傳導致。

3 結論

本研究對青海地理和氣候相近地區的紅枸杞、黃枸杞和黑枸杞的蛋白質、碳水化合物、膳食纖維、氨基酸、維生素、β-胡蘿卜素、無機元素等含量進行了分析和比較，采用層次聚類分析法確定了基于上述營養參數的枸杞營養價值和品質評價方法。

三種枸杞營養成分各有特點。紅枸杞的碳水化合物含量高，能量高，維生素E和β-胡蘿卜素的含量高于黃枸杞。黑枸杞蛋白質、膳食纖維和灰分含量較高，碳水化合物含量低。

黑枸杞含有豐富的必需氨基酸、鮮味氨基酸和藥用氨基酸資源，EAA/TAA較高，是較為優質的蛋白質資源。枸杞第1限制性氨基酸為含硫氨基酸（蛋氨酸＋半胱氨酸）。并且，相較其他兩個枸杞品種，黑枸杞也可以擁有較高的維生素和β-胡蘿卜素。此外，通過元素分析與評價發現黃枸杞Na和K元素含量豐富，Cu和Zn含量低。黃枸杞中Ca、Na、Mg、K、Zn和Cu的元素含量與其他兩種枸杞差異顯著。黑枸杞中Ca、K、Na、Mg和Zn含量均較為豐富。

研究證明黑枸杞各種營養成分含量豐富，配比合理，具有較高的開發利用價值和發展前景。另外，除地理和氣候因素外，枸杞栽培、采收、晾干和儲存等過程的差異也會影響枸杞中各種營養組分的含量。