不同品種桑葚營養品質分析及綜合評價

竇子微，楊 璐，程 平，張志剛，李 宏

(1.新疆農業大學林學與風景林園學院,烏魯木齊 830052;2.新疆林果樹種選育與栽培重點實驗室/新疆林木資源與利用國家林業和草原局重點實驗室,烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】桑葚為桑科(Moraceae)，桑屬(MorusL.)，桑種(MorusalbaL.)的成熟果穗[1-2]。桑葚果肉中含有VC、蛋白質、花青素、有機酸、氨基酸類等成分[3-5]。桑葚還含有豐富的生物活性物質，如酚類、生物堿類、黃酮類、白藜蘆醇等[6-7]。不同品種桑葚外觀特性與內在成分存在顯著的差異性，進行客觀的果實品質評判，使其能夠穩定、高效、高值的生產利用，需要構建一個全面、準確的桑葚品質評價體系，篩選出不同用途和適宜推廣的品種。桑果營養品質好壞決定了其在實際生產中的價值，通過多元統計對桑果營養品質進行準確、高效的綜合分析，是評價和篩選樹種的重要手段。以新疆不同桑葚品種為研究對象，分別測定多個營養品質指標，圍繞不同品種的營養成分差異、組成特征以及建立綜合評價體系等方面展開分析，對篩選出適合在新疆推廣的優勢品種和果桑資源的良種選育及綜合利用有重要意義，對進一步研究貯藏保鮮、生理調控以及全基因組關聯分析也具有重要的意義。【前人研究進展】目前在新疆桑樹自然分布區內，桑種質資源分屬2個種、1個變種，分別是白桑(M.albaL.)、黑桑(M.nigraL.)和韃靼桑(M.albavar.tataricaM.A.Bieb.)[8]，除栽培地方種之外，引進品種有5801、7681、大十、桂花蜜、日本富士紅、嘉陵9號、澳玉、白玉王等[9-10]。對果實營養品質綜合評價方法主要有綜合指數選擇法、因子分析法、層次分析法、隸屬函數法和灰色系統分析法等[11-14]，除應用于桑葚外，在蘋果[15]、葡萄[11]、冬棗[16]、香蕉[17]也較為普遍。【本研究切入點】關于桑葚營養品質綜合評價及優良品種篩選已有較多的報道，但存在樣本量較少、種源不夠豐富以及只涉及少數指標等問題，使得分析結果具有一定局限性。目前有關桑葚營養品質分析和評價的文獻研究相對較多，而對于新疆農家品種桑葚的研究更少，多數集中于基礎營養成分分析，并且選擇的原始指標也不夠全面。需研究新疆不同品種桑葚營養品質分析及綜合評價。【擬解決的關鍵問題】選取新疆6個農家品種和2個引進品種為材料，測定7個基礎營養成分、9種酚酸類化合物和17種氨基酸含量，共33個指標為基礎，利用方差分析、相關性分析以分析果桑品質特性，聚類分析結合正交偏最小二乘-判別分析法篩選具有差異性特征指標，運用主成分分析進行綜合評價，通過綜合得分排名選出品質最優的果桑品種，構建桑葚營養品質綜合評價體系，為桑果的生產加工、新品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

1.1.1 桑葚品種

供試8個品種，分別為新疆農家種黑桑、粉桑、白桑、藥桑、仟格儷桑、黑珍珠，引進桑種有山西黑桑和臺灣黑桑，采自吐魯番、阿克蘇和和田地區。選擇樹勢強、無病害的成年果樹，從東、南、西、北4個方向，于枝條中段采摘成熟度一致的成熟鮮果，共1.5 kg，用保鮮盒分裝后，裝入有冰盒的泡沫箱內帶回實驗室盡快測定，可放入-20℃冰箱備用。

1.1.2 試劑與儀器

試劑：甲醇和乙腈(質譜級，美國霍尼韋爾公司)、甲酸(色譜級)、無水乙醇(優級純)、鹽酸(優級純，濃度≥36%)、苯酚(優級純，C6H5OH)、檸檬酸鈉(優級純，Na3C6H5O7·2H2O)、氫氧化鈉(優級純，NaOH)、茚三酮顯色液、亞硝酸鈉、福林酚、實驗用水為實驗室自制。

標準品：阿魏酸(L1010025)、蘆丁(G165751)、綠原酸(V4390025)、槲皮素(Y4180050)、兒茶素(U7420050)、表兒茶素(V4440050)、芥子酸(1-NSM-168-1)、咖啡酸(16680025)、沒食子酸(G145533)；混合氨基酸標準溶液(2.5 μLmol/mL=2.5 nmol/μL=50 nmol/20μL，ESP6332)。

儀器：TQ-MS(Wasters)、ACUQLTY UPLC(Wasters)、Mili-Q實驗制水機(迷立博公司)、KQ-300DE超聲儀(昆山公司)、XJLK-SB-016渦旋混合儀(IKA公司)、負壓真空抽濾儀(Wasters)、LA8080氨基酸分析儀(日立公司)、48孔位多樣品平行蒸發儀(步琦公司)、UV2600紫外分光光度計(島津公司)、K9860凱氏定氮儀(海能公司)、LC-125制冰機(樂創公司)、Multifuge XIR低溫高速離心機(Thenmo Fisher)、F6020C-33-80馬弗爐(Thenmo Fisher)、DHG-9240A電熱鼓風干燥箱(上海恒一)。

1.2 方 法

水分測定參照GB 5009.3-2016 的直接干燥法，設置桑葚烘干溫度為60℃[18]；灰分測定按GB 5009.4-2016總灰分[19]；總酸測定參照標準GB/T 12456-2021 食品中總酸的測定方法，以酒石酸表示[20]；總黃酮測定參照硝酸鋁比色法，以蘆丁為標準物建立標準曲線[21]；總酚含量的測定參照Folin-Ciocalteus法，以沒食子酸為標準品[22]；蛋白質測定參照標準GB 5009.5-2016方法略有改進[23]；原花青素測定參照DB 12/T 885-2019標準并加以修改[24]。9種酚酸類化合物測定參考馬帥[25]方法并加以改進，以外標法計算各酚酸類化合物的含量。氨基酸測定參照標準GB 5009.124 2016食品中氨基酸的酸水解法并加以改進[26]，測定17種氨基酸，以外標法計算各氨基酸的含量。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2020進行數據整理統計，Origin 2021進行熱圖聚類分析、相關性分析并繪制圖表，SPSS 26.0進行單因素方差分析、主成分分析，SIMCA 14.1軟件利用有監督模式識別正交偏最小二乘法(Orthogonal Partial Least Squares Discriminant Analysis，OPLS-DA)分析，篩選差異性特征指標以及進行綜合評價。結果用均值±標準差(Mean±SD)表示，3個重復；相關分析、系統聚類和主成分分析時，先對所有數據做標準化處理后再分析。

2 結果與分析

2.1 不同桑葚品種基礎營養成分組成與相對含量比較

研究表明，不同品種桑葚間基礎營養成分差異均較為顯著(P<0.05)。藥桑總酸含量最高43.13 g/kg，顯著高于其他品種(P<0.05)，白桑總酸含量最低僅為4.37 g/kg，符合實際食用時的直觀口感，而粉桑、仟格儷桑和山西黑桑品種間無明顯差異(P>0.05)；各桑果的水分含量均值83.79 g/100g、灰分1.40 g/100g、蛋白質1.83 g/100g；藥桑、臺灣黑桑和黑珍珠的總酚含量大于2.3 mg/100g，顯著性高于白桑、黑桑和粉桑(P<0.05)；總黃酮含量最高為臺灣黑桑，達148.59 mg/g，約是粉桑的10倍，顯著高于其他品種(P<0.05)；黑桑、藥桑顏色較深，花青素含量均有檢出，其中藥桑含量最高達359.74 mg/100g，顏色較淺的白桑、粉桑則未檢測到，紫桑檢出的含量也極低為0.30 mg/100g。各品種營養成分之間存在不同程度的變異，總酸和花青素變異系數較大，分別是138.39%、130.55%，存在較大變異程度；水分變異程度最小，低于5%，不同品種間水分含量變異較為穩定；總酚含量最低，但品種間也有一定程度的差異，其他指標的變異系數均較大，選擇的不同品種間差異較大。水分相對含量最高83.2%～94.9%，其次是總黃酮1.2%～14.6%、總酸0.49%～4.5%，而總酚相對含量極低為0.000 45%～0.002 9%，灰分、花青素和蛋白質相對含量在0.006%～3.1%。圖1、表1

圖1 不同品種桑葚基礎營養成分組成與相對含量比較(g/100g)Fig.1 Comparison of basic nutritional composition and relative content of different mulberry varieties (g/100g)

表1 不同品種桑葚基礎營養成分含量變化Table 1 Analysis on the content of basic nutrients in different varieties of mulberry

2.2 不同桑葚品種中酚酸美化合物含量及分布

研究表明，桑葚中均存在且含量較高的酚酸有蘆丁和綠原酸，蘆丁含量最高均值為82 250.00 ng/g，綠原酸均值4 151.21 ng/g，其中白桑只含有這2種酚酸，分別為681.67、1 234.63 ng/g；表兒茶素和兒茶素只在藥桑中存在，分別為417.41、190.59 ng/g；阿魏酸含量最大為黑珍珠291.14 ng/g，最小為粉桑57.89 ng/g；槲皮素除粉桑和白桑外其余桑葚中都存在，臺灣黑桑含量最大為1 110.14 ng/g，最小為黑珍珠137.99 ng/g；而沒食子酸只在仟格儷桑和臺灣黑桑中存在，分別為216.75、289.46 ng/g；芥子酸多分布于黑色桑果中，咖啡酸除黑色桑果外還存在于仟格儷桑中。不同桑果中酚酸總量從大到小依次為藥桑、臺灣黑色、山西黑桑、仟格儷桑、粉桑、白桑、黑桑、黑珍珠。圖2、圖3

圖2 不同品種桑葚中酚酸類化合物含量及分布Fig.2 Content and distribution of phenolic acids in different varieties of mulberry

圖3 不同類型酚酸類化合物在各桑葚中含量及分布Fig.3 Content and distribution of different types of phenolic acids in mulberry

2.3 氨基酸組成及含量分析

研究表明，各桑葚中均檢出17種氨基酸，其中Asp和Glu在不同桑果之間變化最為劇烈且平均含量較高，變幅為347.82～54.6 mg/100g、278.04～42.74 mg/100g；Cys和Met含量最穩定且平均含量較低，變幅為1.41～5.07 mg/100g、1.16～12.10 mg/100g；對8種桑葚進行比較，黑珍珠、臺灣黑桑、山西黑桑和黑桑中單一氨基酸含量變化大，其余品種變化小，最大為山西黑桑7.81～347.82 mg/100g，最小為粉桑1.44～67.91 mg/100g；黑珍珠、臺灣黑桑和黑桑3種桑葚中單一氨基酸含量均大于70 mg/100g的有Asp、Glu、Ala和Arg；藥桑、粉桑、和白桑均小于30 mg/100g的有Thr、Gly、Cys、Val、Met、Ile和His。圖4

注:Asp：天門冬氨酸；Thr：蘇氨酸；Ser：絲氨酸；Glu：谷氨酸；Gly：甘氨酸；Ala：丙氨酸；Cys：半胱氨酸；Val：纈氨酸；Met：蛋氨酸；Ile：異亮氨酸；Leu：亮氨酸；Tyr：酪氨酸；Phe：苯丙氨酸；Lys：賴氨酸；His：組氨酸；Arg：精氨酸；Pro：脯氨酸；圖上色塊越紅表示含量越高，反之藍色越深則越少，下同

總氨基酸含量為289.41～1567.88 mg/100g，均值938.65 mg/100g，依次為黑桑>黑珍珠>臺灣黑桑>山西黑桑>白桑>仟格儷桑>藥桑>粉桑；NEAAs均值占TAAs的73.21%，MAAs則占66.34%，黑桑和黑珍珠中這兩類氨基酸含量均顯著高于其他品種(P<0.05)；CEAAs含量最高為黑珍珠158.02 mg/100g，占該品種TAAs的10.54%；BCAAs和AAAs兩者相互作用，起到合成與分解蛋白質作用，含量為32.00～240.66、17.60～158.71 mg/100g，藥桑和白桑，仟格儷桑、白桑和山西黑桑，兩兩之間差異不顯著(P>0.05)；MAAs能夠維持機體氮平衡，含量在169.47～1 100.18 mg/100g，M/T大于70%的有黑桑、山西黑桑和臺灣黑桑；FCAAs與果實香味和著色機制密切相關，均值為384.76 mg/100g，占TAAs的39.78%，最低為粉桑90.91 mg/100g，次低是白桑242.09 mg/100g。各品種間各氨基酸組分存在不同程度的變異，CEAAs變異系數最大為67.25%，存在較大變異程度；NEAAs變異系數最小45.08%，不同品種間NEAAs變異較為穩定，其他類別氨基酸在45.86%～55.21%，選擇的不同品種間存在一定的差異性。表2

2.4 不同桑葚品種營養品種指標相關性

研究表明，各指標間存在不同程度的相關性，呈顯著相關有16組，極顯著的有11組。

水分與灰分、總氨基酸呈顯著相關，與其他指標間均無顯著相關性；總酸與水分、蛋白質、總氨基酸呈負相關，與花青素和總酚為極顯著正相關；除水分和總氨基酸外，總酚與其他指標均顯著相關，其中與總黃酮、花青素、總酚酸為極顯著強正相關；花青素和總黃酮分別與總酚酸、總酚呈極顯著相關性；總酚酸與水分、灰分為負相關，與其他指標均呈強正相關性，其中與總酸、總酚、總黃酮和花青素呈極顯著相關；總氨基酸與多數指標間呈現不同程度的弱相關。圖5

2.5 不同桑葚品種單一氨基酸含量變化

研究表明，在類間距257.63附近，將8個桑葚品種分為4類，其中藥桑單獨為一類，山西黑桑、臺灣黑桑為第二類，粉桑、仟格儷桑和白桑為第三類，黑桑、黑珍珠為第四類。第一類主要特征為KFC、BECS、ECS、TA含量最高且均高于其他類別；第二類桑葚與大部分單一氨基酸呈弱負相關，與TP、Pr、TF、HPS、JZS呈正相關性；第三類又可以分為2個亞類，粉桑為一個亞類，仟格儷桑和白桑為另一個亞類，其特點為各項指標表現均較差，營養價值較低；第四類特征在于與其他類別相比單一氨基酸含量較高。圖6

注:MSZS：沒食子酸；KFS：咖啡酸；AWS：阿魏酸；JZS：芥子酸；BECS：表兒茶素；ECS：兒茶素；HPS：槲皮素；LYS：綠原酸；LD：蘆丁,下同

2.6 不同桑葚品種營養品質

研究表明，3組桑果能被明顯區分，且各組內點緊密聚集，無離群樣本點；其中，R2(X)=0.876，R2(Y)=0.970，Q2=0.716，置換檢驗Q2=-0.326，模型較穩定可靠，能解釋97.0%的原始數據，預測能力強，距離原點越遠且離密集區較遠，則該指標的作用越大；圖上方形為每一品質指標X(33個)，三角形為每一類群Y(4組)，每一類群Y周圍指標X表示在該類群的樣品中值較高；根據值大于1原則(值越大，變量在桑果間差異越顯著)，篩選得到11個差異性品質指標品，依次為ECS、BECS、TA、HPS、TF、An、Asp、Pro、LD、KFS、Pr；上述指標均位于距密集區較遠的位置，其中ECS、BECS、KFS在第1類中較高，Asp、Pr在第4類中較高。圖7

注:a：得分圖；b：置換檢驗圖；c：載荷圖；d：變量重要性(VIP值)得分圖；紅色為遠離密集區的點和VIP值大于1的指標

表3 不同品種桑葚的旋轉因子載荷矩陣、特征值及方差貢獻率Table 3 Analysis of rotation factor load matrix, eigenvalue and variance contribution rate of different mulberry varieties

表4 不同品種桑葚營養品質主成分得分系數矩陣Table 4 Principal component score coefficient matrix of nutritional quality of different mulberry varieties

2.7 主成分分析

研究表明，按照特征值大于1標準，提取了前5個主成分，分別為15.08、6.98、4.53、3.09和2.09，累計貢獻率達96.26%，上述5個主成分可反映全部桑果的絕大數特征信息。第1主成分中，His、Lys、Phe、Leu、Ile、Met、Val、Gly、Ser和Thr荷載較大，占總體的45.70%；第2主成分以ECS、BECS和TA指標為主，占總體的21.15%；TF、TA、MSZS分別在第3、4、5主成分中起主要作用，占總體的13.72%、9.36%、6.33%。表3

2.8 綜合評價及模型構建

研究表明，建立不同品種桑葚營養品質的綜合評價數學模型：D綜=0.474 8F1+0.219 7F2+0.142 6F3+0.097 2F4+0.065 8F5，D綜值越高得到綜合表現越好，依次進行排名。不同品種桑葚通過主成分分析得到綜合評價得分排名前三為黑桑、黑珍珠和臺灣黑桑。表4

不同品種桑葚的綜合得分D值為因變量，33個品質指標為自變量，運用逐步線性回歸方法構建回歸模型：Y=0.032 4Pro+0.001JZS-1.970，R=0.989，調整后R2=0.970，可以解釋97.0%的總變異，F值=115.896，VIF=1.108，模型Y可用于對不同品種桑葚營養品質評價。Pro、JZS原始數據分別代入模型Y計算Y綜，D綜和Y綜均呈極顯著的正相關，R=0.99**，P<0.01，綜合評價模型D綜可靠。表5

表5 不同品種桑葚營養品質綜合評價得分與排名Table 5 Comprehensive evaluation score and ranking of nutritional quality of different mulberry varieties

3 討 論

果桑果實營養豐富，直接鮮食口感美味，可加工為制品產生經濟效益，也可作為原藥材使用[27]。桑葚品質是由外觀特性和內在成分決定的，不同品種桑葚縱橫徑、果色、總酸、有機酸、花青素、總黃酮以及抗氧化酶活性都存在著顯著的差異和較強的相關性[28-30]，對果實的鮮食、二次加工及成品均勻性都會產生一定影響[31-32]。

賈漫麗等[33]對9個品種桑果營養品質測定，桂花的出汁率(76.75%)和含水率(85.11%)最高，蒙桑總酸含量(21.365 mg/g)、抗壞血酸(89.488 mg/g)含量最高，PCA分析得蒙桑、白玉王和安椹綜合品質最佳，適宜作為深開發的優良果桑品種。汪荷澄等[34]利用新疆3個不同品種桑葚的理化品質，藥桑pH值、總酸及總酚含量高于黑桑和白桑，總糖含量白桑>黑桑>藥桑，黑桑總黃酮含量顯著高于藥桑和白桑。鄧真華等[35]選取了阿克陶縣引種栽植的5個桑葚品種測定了16種氨基酸，得出各品種的氨基酸含量顯著不同，綜合評價篩選出氨基酸營養價值高的品種為8632和紅果2號。對新疆8個桑葚品種進行測定7個基礎營養成分、9種酚酸類化合物和17種單一氨基酸含量，各桑葚間營養品質有一定的差異性且存在不同程度的變異，桑葚中各營養品質間也具有較強的相關性，與上述研究結果一致。與已有研究相比，略有不同之處，新疆桑葚中含有較高的蘆丁和綠原酸，均檢測出17種單一氨基酸，其中NEAAs為氨基酸的主要組分，其次是MAAs，最低為CEAAs；造成以上結果的差異，可能是受到不同種源、栽培地氣候地理條件、土壤質地等因素的影響，促使桑葚營養品質有所不同。

不同的評價方法能在一定程度上篩選出優良品種，但僅用某一種方法所得結果存在局限性，且每種方法都有其優缺點，建立高效的綜合評價體系，全面科學的分析評價果桑品種特性，仍是種質資源研究中的重要內容。李勛蘭等[36]測定35份果桑成熟果的16項品質指標，篩選出總酸、VC、花色苷含量為核心評價指標，因子分析法結合灰色關聯分析法構建桑果品質綜合評價體系，得出A3、A4和A5的綜合表型較好。李長城等[37]以吐魯番12個地方種的桑果為對象，利用隸屬函數法得到最優品種是白桑，粉桑在各類指標中均不占優勢。張濤等[38]運用聚類分析對14個不同產地澳洲堅果分組，建立和驗證OPLS-DA判別模型進行篩選差異指標，能夠客觀判斷果實品質的優劣。而采用聚類分析把不同桑葚分為4個類群，OPLS-DA分析篩選得到11個差異性品質指標，主成分分析提取了前5個主成分，依據綜合評價數學模型：D綜=0.474 8F1+0.219 7F2+0.142 6F3+0.097 2F4+0.065 8F5，得排名前三品種為黑桑、黑珍珠和臺灣黑桑。

試驗材料來自新疆三個地區的桑樹資源，地理來源、樣本數量較少，僅選取了部分基礎營養指標和活性成分，一些重要形態指標、經濟性狀、抗氧化能力和DPPH清除能力并未進行測定，結果存在一定局限性，缺乏全面系統的研究。后續需要對全疆果桑資源進行調查收集，弄清種質分布現狀；除此之外，還要結合桑葚的耐儲性、豐產性、加工性等種質特性，構建科學、高效、全面的桑果綜合評價體系。

4 結 論

不同品種桑葚間基礎營養成分差異較為顯著(P<0.05)，藥桑總酸、花青素含量最高，臺灣黑桑的總黃酮含量最高，均顯著高于其他品種(P<0.05)。桑葚中均存在且含量較高的酚酸有蘆丁和綠原酸，酚酸總量排名前三品種為：藥桑、臺灣黑色、山西黑桑。在桑葚中均能檢出17種氨基酸，Asp和Glu含量變化劇烈且平均較高；TAAs含量排名前三為黑桑、黑珍珠、臺灣黑桑；NEAAs為桑葚氨基酸的主要組分，其次是MAAs，最低為CEAAs，但CEAAs變異系數最大為67.25%，存在較大變異程度。相關性分析表明，桑葚品質指標間存在不同程度的相關性，呈顯著相關有16組，極顯著有11組。聚類分析把不同桑果分為4個類群，藥桑單獨為一類，山西黑桑、臺灣黑桑為第二類，粉桑、仟格儷桑和白桑為第三類，黑桑、黑珍珠為第四類。篩選出11個差異性品質指標，VIP值從大到小依次為ECS、BECS、TA、HPS、TF、An、Asp、Pro、LD、KFS、Pr。主成分分析提取了前5個主成分，累計貢獻率達96.26%，可代表原有33個品質指標的特征信息。根據綜合評價數學模型：D綜=0.474 8F1+0.219 7F2+0.142 6F3+0.097 2F4+0.065 8F5，綜合得分排名前三品種是黑桑、黑珍珠和臺灣黑桑。