六個品種花椰菜花球的營養成分分析與評價

陳敏氡, 王彬, 李永平, 葉新如, 林錦輝, 曾美娟, 劉建汀,朱海生*, 溫慶放*

(1. 福建省蔬菜遺傳育種重點實驗室, 福建省農業科學院作物研究所, 福州 350013; 2. 漳州市農業農村局, 福建 漳州 363000)

花椰菜(Brassica oleraceavar.botrytis)又名花菜、菜花，為十字花科(Cruciferae)蕓薹屬作物。近年來，我國花椰菜生產發展迅速，2019 年全國種植面積達5.47×105hm2，產量達1.07×107t，居于世界首位[1]。花椰菜營養豐富，兼具保健功能。多項研討指出，花椰菜富含類黃酮、多酚、胡蘿卜素及維生素C (Vc)等多種抗氧化活性成分，長期食用能夠減少罹患乳腺癌、直腸癌及胃癌的機率。因此，在美國《時代》雜志推薦的十大健康食品中花椰菜名列第四，并被美國公眾利益科學中心列為十種超優食物之一[2]。

花椰菜種類繁多，依據花球松緊度，可分為松花菜和緊花菜兩類。依據花球顏色，又可分為白色花椰菜和彩色花椰菜兩類。目前，我國常見的花椰菜類型為白色緊花型和白色松花型。白色緊花型花椰菜又叫白花菜，花球大，產量高，南北方各地均廣泛種植。白色松花型花椰菜又叫松花菜，花梗長，花層薄，近幾年在珠三角、江浙地區種植量大幅增加[1]。研究表明，松花菜的營養物質含量高于緊花菜，但緊花菜品種間營養成分含量的變異程度低[3]。彩色花椰菜包括紫色花椰菜、黃色花椰菜和淡綠色寶塔形花椰菜，是花椰菜的一個變種，19 世紀中葉從國外引進，除了可作為商品銷售外，還可供觀賞。現有研究表明，彩色花椰菜的營養成分較白色花椰菜更高[4]。馬蓉等[5]研究表明寶塔型花椰菜中Vc、總胡蘿卜素及總黃酮含量明顯高于白花菜、松花菜和青花菜。雖然，現階段國內外對花椰菜的營養成分已有較多報道，但仍不夠系統和深入，需進一步研究品質指標間的關系。

聚類分析和主成分分析是果蔬品質評價研究的重要手段[6-8]。主成分分析可以將多個指標轉化為少數幾個綜合指標，分析出特征性的營養指標,聚類分析能夠將不同樣品按其在品質上的親疏程度進行分類[9-10]。目前，在花椰菜上，這兩種分析方法多應用于植株形態、株型等農藝性狀及生理指標的研究中，而在營養物質含量分析方面的研究較少[11-13]。袁建民等[14]基于主成分分析和聚類分析評價了8 個花椰菜種質中礦質元素的含量，篩選出Ca、S、B、Mn、Na 和Cr 元素可作為評價花椰菜花球營養品質的特征性礦質元素。朗朗等[15]利用主成分分析研究了花椰菜白色花球變紫前后的代謝物，認為芍藥素O-己糖苷、矢車菊素半乳糖苷和芍藥素-3-O-葡萄糖甙氯化物與花球變紫的相關性較強，由此推測花椰菜白色花球變紫很可能與矢車菊合成途徑密切相關。可見，聚類分析和主成分分析是研究、評價花椰菜品質的一種可行方法。然而目前，除白色花椰菜之外，尚未見其他類型花椰菜有類似的分析報道。本研究以6 個品種白色、黃色花椰菜為試材，對花球中Vc、總黃酮、總多酚、脂肪、蛋白質、葉黃素、β-胡蘿卜素、Fe、Ca 和P 等10 項營養指標進行測定，并采用相關分析、聚類分析和主成分分析等統計方法進行綜合評價，明確不同品種之間的品質差異，為挖掘及選育優良花椰菜品種提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 材料和儀器

試驗于2021 年3—4 月在福建省農業科學院作物研究所進行。供試材料由廈門中廈蔬菜種籽有限公司提供，6 個花椰菜(Brassica oleraceavar.botrytis)品種的花球、花梗顏色和松緊度不同(表1)。9 月中旬穴盤播種育苗，10 月下旬定植于塑料大棚，常規栽培管理。次年2 月田間采集成熟期花球，每處理5 株重復，3 次重復。

表1 供試的6 個花椰菜品種Table 1 Six cauliflower varieties tested

葉黃素、β-胡蘿卜素、沒食子酸、蘆丁等標準品，純度≥98%，購于美國Sigma 公司；乙腈，甲醇為色譜純；2,6-二氯靛酚溶液、福林酚、丙酮、石油醚、硝酸鋁、氫氧化鈉、乙醇、碳酸鈉、無水醋酸鈉等均為分析純，均購于福州倉山九億實驗器材公司。

超高效液相色譜儀，購于美國WATERS 公司；旋轉蒸發儀購于德國IKA 公司；臺式高速冷凍離心機購于美國Thermo 公司；紫外分光光度計購于上海天美科學儀器有限公司；氮吹儀購于海能未來技術集團股份有限公司；數顯恒溫水浴鍋購于上海一恒科技有限公司。

1.2 方法

Vc 含量參照GB 5009.86—2016《食品中抗壞血酸的測定》中2,6-二氯靛酚滴定法測定；脂肪含量參照GB 5009.6—2016《食品中脂肪的測定》中第一法索氏抽提法測定；蛋白質含量參照GB 5009.5—2016《食品中蛋白質的測定》測定；P 含量參照GB 5009.87—2016《食品中磷的測定》測定; Ca含量參照GB 5009.92—2016《食品中鈣的測定》; Fe含量參照GB 5009.90—2016《食品中鐵的測定》第一法火焰原子吸收光譜法測定；總黃酮含量參照郭溆等[16]的方法測定，以蘆丁(RE)做標準曲線，用紫外分光光度計在510 nm 處測定吸光度，以mg/100 g表示；總多酚含量參照歐陽玉祝等[17]的方法測定,以沒食子酸做標準曲線，用紫外分光光度計在765 nm處測定吸光度，以mg/100 g 表示；葉黃素和β-胡蘿卜素含量參照陳敏氡等[18]的方法測定，用丙酮∶石油醚(2∶1)為浸提液，采用UPLC 法測定葉黃素和β-胡蘿卜素含量。

1.3 數據處理

所有數據用平均值±標準偏差(Mean±SD)表示。采用Excel 建立數據庫，用SPSS 18.0 軟件進行相關性分析、聚類分析和主成分分析。

2 結果和分析

2.1 主要營養成分含量分析

從表2 可見，不同花椰菜品種花球的營養成分含量存在差異。Vc 含量依次為‘209’>‘210’>‘217’>‘214’>‘218’>‘100’；總黃酮含量為‘209’>‘217’>‘214’>‘210’>‘218’>‘100’；總多酚含量為‘209’>‘214’>‘218’>‘217’>‘210’>‘100’; 脂肪含量為‘209’>‘100’>‘214’>‘210’>‘218’>‘217’；蛋白質含量‘209’>‘214’>‘218’>‘210’>‘100’>‘217’; Fe 含量為‘209’>‘217’>‘210’>‘214’>‘218’>‘100’；Ca 含量為‘209’>‘210’>‘217’>‘218’>‘214’>‘100’；P 含量為‘209’>‘214’>‘210’>‘218’>‘217’>‘100’。葉黃素和β-胡蘿卜素僅在黃色花椰菜品種(‘209’、‘100’、‘217’)中檢出, 葉黃素含量為‘100’>‘209’>‘217’，β-胡蘿卜素含量‘209’>‘100’>‘217’。白色花椰菜品種(‘214’、‘218’和‘210’)中未檢出。

表2 6 個花椰菜品種營養成分含量Table 2 Nutrient contents of six cauliflower varieties

同時，β-胡蘿卜素和葉黃素含量在不同品種間的變異程度最大，分別為131.41%和123.94%，P 最小，為12.22%。方差分析表明，6 個花椰菜品種間的Vc、總多酚、Fe、Ca、P、葉黃素和β-胡蘿卜素含量均達顯著差異，‘209’花椰菜的Vc、總多酚和β-胡蘿卜素含量最高(P<0.05)，‘209’和‘217’花椰菜中Fe含量最高(P<0.05)，‘209’和‘210’花椰菜中Ca 含量最高(P<0.05)，‘209’和‘214’花椰菜中P 含量最高(P<0.05), ‘100’花椰菜中葉黃素含量最高(P<0.05),說明這7 項營養指標在不同花椰菜品種中存在著遺傳變異。

2.2 相關性分析

對花椰菜中10 種營養指標進行相關性分析(表3)，結果表明，10 種營養指標間存在復雜的關聯性, 其中Vc、總黃酮、總多酚、Fe、Ca、P、蛋白質之間相關顯著或極顯著。Vc 與總黃酮、Fe、Ca 呈顯著正相關;總黃酮與Fe 呈極顯著正相關；總多酚與Fe、P 呈顯著正相關；蛋白質與P 呈極顯著正相關；說明通過部分指標可以預測與之相關指標的增減趨勢，且相關性越強，趨勢越明顯。然而，簡單相關性分析只是對有聯系的2 個營養指標表面關系密切程度的衡量, 揭示多個營養指標之間內在聯系還需利用多元統計分析。

表3 花椰菜10 個營養指標間的相關系數Table 3 Correlation coefficients among ten nutrient indexes of cauliflower

2.3 主成分分析

通過主成分分析得到各主成分的特征值、方差貢獻率、累積方差貢獻率和主成分載荷矩陣。結果表明，前3 個主成分的特征值分別為5.59、2.19 和1.67，均大于1，其中第1 主成分的方差貢獻率為55.91%，第2 主成分的為21.89%，第3 主成分的為16.69%，累積方差貢獻率為94.48%，說明這3 個主成分反映了原始變量的絕大部分信息。因此，提取前3 個主成分代替原10 個指標評價花椰菜品質, 達到了降維的目的。

主成分載荷矩陣反映了品質指標對主成分的影響程度和作用方向。由表4 可知，第1 主成分中載荷較高且數值為正的營養指標有Vc (0.94)、總黃酮(0.84)、總多酚(0.94)、Fe (0.91)、Ca (0.85)和P(0.89)，這5 個指標對第1 主成分產生較大的正向影響，因此第1 主成分代表Vc、總黃酮、總多酚、Fe、Ca 和P 含量。第2 主成分中載荷較高且符號為正的營養指標有葉黃素(0.87)和β-胡蘿卜素(0.85), 這2個指標對第2 主成分產生較大的正向影響，因此第2 主成分代表葉黃素和β-胡蘿卜素含量。第3 主成分中載荷較高且數值為正的營養指標是蛋白質(0.74)，這1 個指標對第3 主成分產生較大的正向影響，因此第3 主成分代表蛋白質含量。由于第1 主成分的累計貢獻率為55.91%，超過總貢獻率的一半，因此認為，Vc、總黃酮、總多酚、Fe、Ca 和P可作為評價花椰菜花球品質的重要指標。

2.4 綜合評價

為消除10 種營養指標不同量綱和數量級對分析結果的影響，使數據具有可比性，需要對原始數據進行標準化處理。采用Z 標準化處理，將原始營養指標數據轉化成均值為0，標準差為1 的無量綱數據。用各指標變量的主成分載荷(表4)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3 個主成分的函數表達式:Z1=0.169X1+0.150X2+0.169X3+0.026X4+0.118X5-0.057X6+0.083X7+0.163X8+0.151X9+0.159X10;Z2=0.050X1-0.049X2+0.045X3+0.351X4-0.004X5+0.400X6+0.389X7-0.013X8-0.116X9-0.043X10;Z3=-0.127X1-0.270X20.078X3+0.338X4+0.445X5-0.214X6-0.121X7-0.234X8-0.112X9+0.253X10; 式中，X1~X10分別為Vc、總黃酮、總多酚、脂肪、蛋白質、葉黃素、β-胡蘿卜素、鐵、鈣、磷含量的標準化值(表5)。

表4 主成分載荷矩陣Table 4 Principal component loading matrix

表5 10 個營養指標的數據標準化值Table 5 Standardized data for 10 quality evaluation indexes

按照公式F=∑ri×Zi計算綜合得分，即以各個主成分對應的方差貢獻率為權重，由主成分得分和對應的權重線性加權求和得到綜合得分。綜合得分函數為F=0.5591Z1+0.2189Z2+0.1669Z3，根據計算，6 個花椰菜品種的綜合得分依次為‘209’>‘214’>‘210’>‘218’>‘217’>‘100’ (表6)。

表6 花椰菜品種的主成分因子綜合得分和排序Table 6 Comprehensive score and rank of cauliflower varieties based on principal component factors

2.5 聚類分析

基于10 項營養指標對6 種花椰菜品種進行聚類分析(圖1)。在歐氏距離約為21 時，10 種營養指標可將6 個花椰菜品種劃分為4 類，3 個黃色花椰菜‘209’、‘100’和‘217’各為一類，3 個白色花椰菜‘210’、‘214’和‘218’聚為一類。結合主成分分析綜合得分可知，3 個黃色花椰菜品質差異較大，‘209’的品質最佳，其營養成分Vc、總多酚、總黃酮、蛋白質、脂肪、Fe、Ca、P 和β-胡蘿卜素含量高；‘100’的品質最差，其葉黃素含量高，但Vc、總多酚、總黃酮、Fe、Ca、P 含量低；‘217’的品質較差，其脂肪和蛋白質含量低；‘210’、‘214’和‘218’的排名居中，營養成分相近。可見，聚類分析與主成分分析結果一致，可信度較高。

圖l 聚類分析系統樹Fig. 1 Dendrogram by cluster analysis

3 結論和討論

本研究測定了花椰菜6 個品種的主要營養成分含量，結果表明，花椰菜富含Vc、總黃酮、總多酚等生物活性物質。果蔬中的Vc 含量一般為20~50 mg/100 g。楊月欣等[19]測定了226 種蔬菜的Vc含量，只有22 種蔬菜的Vc 含量高于50 mg/100 g,而高于100 mg/100 g 的只有3 種。供試的6 個花椰菜品種的Vc 含量都高于50 mg/100 g，其中‘209’花椰菜的Vc 含量高達112 mg/100 g。可見，花椰菜是Vc 的極好來源。陳玉霞等[20]測定了25 種常見蔬菜的總多酚和總黃酮含量，結果表明大部分蔬菜的總多酚和總黃酮含量低于100 mg/100 g，而本研究的6 個花椰菜品種的總多酚含量為120~264 mg/100 g,超過了其中21種蔬菜，總黃酮含量為102~160 mg/100 g,超過了其中23 種蔬菜。與已報道的白、黃色花椰菜品種相比，供試花椰菜品種中的總黃酮和總多酚含量皆高出2~3 倍，顯現出明顯的優勢[4,21-22]。此外，在黃色花椰菜品種‘209’、‘100’和‘217’還檢出葉黃素和β-胡蘿卜素成分，且β-胡蘿卜素含量與花球顏色呈顯著正相關，這與前人[23-24]的研究結果一致，推測β-胡蘿卜素可能參與花椰菜黃色花球的著色過程。總而言之，生物活性物質是評價花椰菜營養品質的重要指標，花椰菜可作為Vc、總黃酮、總多酚和類胡蘿卜素等生物活性物質的良好來源。

6 個花椰菜品種的營養成分含量存在一定差異,變異系數為13.18%~131.21%，屬于中強變異。楊加付等[25]分析了花椰菜營養品質性狀的遺傳效應，認為花椰菜中的營養品質性狀主要受自身基因型與外部環境的影響。本研究的供試花椰菜花球樣品均來自同一溫室大棚，立地條件、管理模式等均一致，可以消除環境因子的影響，因此，推測本研究中花椰菜品種間營養成分的差異可能來源于基因型。供試的6 種花椰菜包含了黃色、白色、松花和緊花4個類型，方差分析表明，不同類型的花椰菜品種間的營養品質差別較大，其中3 個黃色品種間的營養品質差別明顯，說明黃色花椰菜的營養變異更為豐富，類型廣泛。楊加付等[26]認為花椰菜花球的外觀品質會明顯影響其營養品質性狀，增大球徑或球高對提高花椰菜品種的Vc 含量有利。因此，供試6個花椰菜品種的品質差異可能也與其外觀品質有關。未來有必要深入研究外觀性狀與營養品質之間的遺傳相關性。因為外觀品質是容易直接鑒定的性狀，在育種中，我們可以通過選擇外觀品質性狀來改良營養品質性狀，進一步育成符合育種目標的優質品種。

采用主成分分析法將花椰菜10 項營養指標降維為3 個綜合指標，簡化了數據結構，評價結果更為客觀、合理。建立綜合評價函數模型：F=0.5591Z1+0.2189Z2+0.1669Z3，綜合得分排在前2 位的花椰菜品種分別為‘209’和‘214’。結合花椰菜類型可知，松花型的綜合品質基本高于緊花型，這與丁云花等[3]的研究結果一致，可見主成分分析法是評價花椰菜營養品質的一種可行方法。利用聚類分析方法可將6 個花椰菜品種劃分為4 類，3 個黃色花球花椰菜‘209’、‘100’和‘217’各為一類，3 個白色花球花椰菜‘210’、‘214’和‘218’聚為一類，與主成分分析綜合排名情況相符。這表明聚類結果科學有效，該方法可用于花椰菜的品質分析。但由于本研究只測定了6 個花椰菜品種，涵蓋的品種數量和類型不夠，因此后續仍需加大該方法在花椰菜品質分析上的應用，從而進一步驗證方法的準確性。

綜上，6 個花椰菜中富含Vc、總黃酮、總多酚、Fe、Ca 和P 等營養成分，各營養成分間存在一定的相關性。不同品種花椰菜的營養成分存在著豐富的遺傳變異。通過運用主成分分析與聚類分析方法,將6 個花椰菜品種分為4 類，綜合評價篩選出‘209’品質最佳，可作為候選株系，在今后研究中可以結合其豐產性、抗逆性等指標進一步篩選，創制出更加優良的花椰菜品種。