不同枣品种果实矿质元素含量分析及综合评价

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(1.塔里木大学植物科学学院南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室,新疆阿拉尔 843300;2.新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护与利用重点实验室,新疆阿拉尔 843300;3.新疆大学科学技术学院阿克苏校区,新疆阿克苏 843100)

枣(ZiziphusjujubeMill.)为鼠李科枣属植物,是我国的特有果树,栽培历史悠久已有7000多年的历史,分布于世界5大洲的30多个国家,其果实经干燥处理为我国第一大干果[1-2]。枣果实营养丰富,具有药用价值,属于药食同源植物。近年来,枣因其药用和食用价值成为我国果树中研究和开发利用的热点。

矿质元素是枣的主要营养成分之一[3]。枣果实富含常量矿质元素 K、Mg、P、Ca,此外,还富含Fe、Mn、Zn等微量矿质元素[4]。微量元素在人体内不仅能促进机体合成生命活动所需的物质,而且还能提高酶的活性,增强机体的免疫功能,是维持生命活动不可缺少的物质,缺少时会引起各种疾病[5-6]。矿质元素含量与食品的营养价值及中药材药效紧密相关[7]。因此,对于枣果实中的有益矿质元素及有害矿质元素的分析检测引起人们的普遍关注。南海娟等[8]对灵宝大枣、新郑大枣、新疆大枣果实中8种矿质元素研究结果表明,灵宝大枣矿质元素含量最高。Li等[9]对金丝小枣、尖枣、骏枣等5个品种的8种矿质元素研究结果表明,五种枣果实中钾、钙、镁的含量较高,铁、钠、锌、铜的含量较低,硒未检出。刘鑫[10]对壶瓶枣的矿质元素研究结果表明,6种矿质元素对枣果实的品质以及风味均有重要影响。另外,产地[11]、树龄[12]、栽培模式[13-14]等因素也会影响矿质元素的含量。目前,对枣果实矿质元素的研究仅限于少数几种矿质元素[15],缺乏对多种矿质元素的研究。

主成分分析法是利用降维的方式,把多个指标转化为几个综合指标进行评价的方法[16]。果实内含有多种矿质元素,评价指标较复杂且主次难分。近年来,有关学者利用主成分分析法对大白刺果实[17]、云南野生茯苓[18]、梵净山茶[19]等矿质元素进行了分析与评价。目前,有关枣矿质元素综合评价方面的研究尚未见报道。因此,本研究选取塔里木大学枣种质资源圃10个枣品种为试材,测定各品种完熟期果实中19种对人体有益的矿质元素和11种有害矿质元素的含量,并利用主成分分析法,综合分析评价枣果实矿质元素营养价值的大小,以期为研究枣的营养特性及功能性食品开发奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

伏脆蜜、蜂蜜罐、冬枣、京39、金丝小枣、灰枣优系、中枣1号、赞2、骏1、骏枣 塔里木大学枣种质资源圃,2015年9月15日至10月15日,每个品种选5株树,于每株树的树冠中部外围,采集发育正常的完熟期果实20～30个,置于冰盒中;浓硝酸(优级纯)西陇化工股份有限公司。

ICPOES720瓦里安电感耦合等离子体原子发射光谱仪 美国瓦里安技术中国有限公司;ICPMS7700电感耦合等离子体原子发射质谱仪 美国安捷伦公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品的制备 将采集的枣样品带回实验室后,依次用自来水、0.2%盐酸、去离子水进行清洗,将洗净的果实用不锈钢刀切片去皮去核后,置于105 ℃干燥箱中杀酶30 min,65 ℃下烘至恒重。冷却后用粉碎机粉碎,装自封袋备用,即为枣粉试样备用。

1.2.2 矿质元素含量的测定 称取 0.2000 g样品于试管中,加入约5 mL浓硝酸盖上塞子,于石墨炉中150 ℃加热消解至棕色气体冒尽、样液呈浅黄透明,待样品冷却至室温后,转移到25 mL容量瓶,用超纯水定容至刻度,再通过瓦里安电感耦合等离子体原子发射光谱仪,测试不同品种枣中K、P、Ca、Mg、Na、Si、Fe、B含量,采用安捷伦电感耦合等离子体原子发射质谱仪测定不同枣品种中Li、Al、Ti、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Sr、Zr、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、Ba、Hg、Pb、Bi含量。射频功率1000 W,等离子体气流量15L/min,载气流量1.5 mL/min,泵速15 r/min,进样速率 0.1 mL/min。其中等离子气、辅助气、雾化气均为高纯氩。按照选定的仪器工作条件,取样液直接测定各元素含量,各试样重复测定3次。方法检出限0.05 mg/L,误差<5%。

1.3 数据分析

采用DPS 7.05进行数据统计和分析。

2 结果与分析

2.1 不同枣品种果实中常量矿质元素含量的分析

由表1可知,10个枣品种果实中,除冬枣外其余各常量矿质元素含量由高到低依次为K>P>Ca>Mg,K元素含量平均值较 P、Ca、Mg元素分别高7.36、15.03、18.68倍,说明K为枣果实内主要的常量矿质元素。

表1 10个枣品种果实中常量矿质元素含量比较(mg/kg)Table 1 Comparison of contents of mineral elements in fruits of 10 jujube varieties(mg/kg)

但其含量在不同品种间表现出较大差异,其中,骏1和灰枣优系果实中K元素含量极显著高于其它品种(p<0.01),金丝小枣和赞2果实中K元素含量显著低于其它品种(p<0.05)。果实中P元素含量表现为中枣1号、赞2、京39和伏脆蜜极显著高于其它品种(p<0.01),而骏枣果实中的P元素含量最低。中枣1号果实中Mg元素含量(566.54 mg/kg)最高(p<0.01),蜂蜜罐最低(p<0.05),其含量相差1.28倍。枣果实中Ca含量在10个品种间差异均较大,其变异幅度为442.75～967.22 mg/kg。

2.2 不同枣品种果实中有益微量矿质元素含量的分析

由表2可知,Al、Cu含量在除骏1和中枣1号外的其它品种间无显著差异(p>0.05),Sn含量在除蜂蜜罐以外的其它品种间无显著差异(p>0.05),Co含量在10个枣品种果实间无显著差异(p>0.05)。灰枣优系果实中Sr、Mo含量极显著高于其它品种(p<0.01),而Na含量最低。蜂蜜罐和中枣1号果实中Sn含量极显著高于其它品种(p<0.01),而Zn含量最低。骏枣的Ni、Li含量较高,而Fe、Si含量较低。中枣1号果实中的Na、B含量均较高,而Li含量最低。金丝小枣果实中的Si含量最高,而Mn、Zn、B元素含量较低。京39果实中的Li、Fe、Si含量较高,而Sr、B含量较低。赞2果实中Mn、B元素含量较高,而Zn、Sr含量较低。骏1果实中Zn、Al、Fe、Cu、Mn元素含量较高。伏脆蜜果实中Fe、Mn、Ni、Zn、Mo元素含量较低。冬枣果实中Na、Fe、Zn、Mo元素含量较低。综上所述可知,骏1果实中有益微量元素含量较高,而冬枣、伏脆蜜果实中有益微量元素含量相对较低。

表2 10个枣品种果实中有益微量矿质元素含量比较Table 2 Comparison of contents of beneficial microscale elements in fruits of 10 jujube varieties

2.3 不同枣品种果实中有害微量矿质元素含量的分析

由表3结果可知,供试品种果实中的有害微量元素均以Ti含量最高,平均含量1120.17 μg/kg,其次为Ba和Cr元素含量,平均值分别为325.95、225.5 μg/kg,以Hg、Cd元素含量最低。在10个枣品种间,其果实中的Ti、Zr、Sb、Ag、Hg元素含量无显著差异(p>0.05)。而Pb含量在骏1与蜂蜜罐果实中最高,而以伏脆蜜和京39最低。金丝小枣和伏脆蜜果实中As含量最高,而骏枣最低。Ba含量(530.72 μg/kg)蜂蜜罐果实中最高,骏枣最低,其含量相差2.61倍。金丝小枣果实中的Cr含量最高(418.45 μg/kg)。蜂蜜罐和中枣1号果实中的Bi含量极显著高于其它枣品种(p<0.01)。综上所述可知,蜂蜜罐果实中Pb、Ba、Bi含量均较高,说明蜂蜜罐对有害微量元素的富集能力强。

表3 10个枣品种果实中有害微量矿质元素含量比较(μg/kg)Table 3 Comparison of contents of harmful microscale elements in fruits of 10 jujube varieties(μg/kg)

2.4 不同枣品种果实中矿质元素相关性分析

由表4可知,B与Bi元素,Fe与Mn元素,K与Zn元素,Ti与Ni、Zn元素,Ni与Zn元素,Mo与Hg元素,Sn、Ba与Pb元素呈显著正相关(p<0.05);Si与Fe、Co元素,Fe与Al、Co元素,Ca与Sr、Mo元素,Na与Bi元素,Cr与Ag元素,Mn与Cu元素,Sr与Mo元素,Cd与Pb元素,Sn与Ba、Bi元素呈极显著正相关(p<0.01);P与Cr、Ni元素,Mn与Sr元素,Ni与As元素呈显著负相关(p<0.05);Li与Zr、Hg元素,Ti、Zn与As元素呈极显著负相关(p<0.01)。其余矿质元素间无极显著相关性(p>0.05)。

表4 枣果实中矿质元素含量的相关关系矩阵Table 4 Correlation matrix of contents of mineral elements in fruits of jujube

2.5 不同枣品种果实中矿质元素综合评价

2.5.1 不同枣品种果实中有益矿质元素主成分分析 将测得的不同枣品种对人体有益矿质元素含量原始数据进行标准化处理,消除原始数据之间量纲不同的影响。对标准化后的有益矿质元素含量值进行主成分分析(见表5),第1主成分以Mn、Sr和Fe等矿质元素为代表,第2主成分以Cu和K等矿质元素为代表,第3主成分以Zn和Ni等矿质元素为代表,第4主成分以Ca和Si等矿质元素为代表,第5主成分以Sn和Mg等矿质元素为代表。前5个因子的方差贡献率分别为29.95%、19.01%、15.17%、13.22%、9.71%,其累积贡献率达87.05%。

表5 10个枣品种果实中有益矿质元素主成分提取结果Table 5 Principal component extraction results of thebeneficial elements extracted from fruits of 10 jujube varieties

因此可通过对以上11种元素的测定分析,来衡量枣品种果实中有益矿质元素的含量高低。

根据特征值的百分率,构建综合得分模型:

综合得分=29.95×Y(i,1)+19.01×Y(i,2)+15.17×Y(i,3)+13.22×(i,4)+9.71×Y(i,5)。根据以上模型算出10个不同枣品种果实中有益矿质元素的综合得分见表6。

表6 10个枣品种果实中有益矿质元素主成分分析Table 6 Principal component analysis of the beneficial elements in fruits of 10 jujube varieties

从表6中可以看出,不同枣品种果实中有益矿质元素含量排名为骏1>中枣1号>京39>赞2>蜂蜜罐>骏枣>灰枣优选>金丝小枣>伏脆蜜>冬枣,说明骏1、中枣1号和京39枣果实中有益矿质元素的含量相对较高。

2.5.2 不同枣品种果实中有害矿质元素主成分分析 将测得的不同枣品种对人体有害矿质元素含量原始数据进行标准化处理,消除原始数据之间量纲不同的影响。对标准化后的有害矿质元素含量值进行主成分分析(见表7),第1主成分以Ba等矿质元素为代表,第2主成分Cr等矿质元素为代表,第3主成分Ti等矿质元素为代表,第4主成分以Sb等矿质元素为代表,第5主成分以Cd等矿质元素为代表。前5个因子的方差贡献率分别为30.49%、25.78%、19.03%、9.33%、6.62%,其累积贡献率达91.25%。因此可通过对以上5种有害矿质元素的测定分析,衡量不同枣品种果实中有害矿质元素的富集能力。

表7 10个枣品种果实中有害矿质元素主成分提取结果Table 7 Principal component extraction results of theharmful elements extracted from fruits of 10 jujube varieties

根据特征值的百分率,构建综合得分模型:

综合得分=30.49×Y(i,1)+25.78×Y(i,2)+19.03×Y(i,3)+9.33×(i,4)+6.62×Y(i,5)。根据以上模型算出10个不同枣品种果实中有益矿质元素的综合得分见表8。

表8 10个枣品种果实中有害矿质元素主成分分析Table 8 Principal component analysis of the harmful elements in fruits of 10 jujube varieties

从表8中可以看出,不同枣品种果实中有害矿质元素含量排名为伏脆蜜<京39<骏枣<冬枣<赞2<灰枣优系<中枣1号<金丝小枣<骏1<蜂蜜罐,说明蜂蜜罐、骏1和金丝小枣对有害矿质元素的富集能力相对较强,生产中栽培这些品种更应该注意栽培环境的污染程度。

3 讨论

不同产地的枣果实中矿质元素含量有一定的差异[11]。不同氮、磷、钾肥施肥配比对枣果实中矿质元素含量也具有一定的影响[21]。本研究中,枣果实中矿质元素含量由高到低依K>P>Ca>Mg>Na>Si>Fe>Sr>B>Al>Zn>Mn>Cu,其中,K、Ca、Mg、Fe元素含量与赵智慧等[22]、李春燕等[23]、瞿宇鑫等[24]研究结果一致,而P、Zn元素含量与前人研究相比较高。因此,本研究中P、Zn元素含量高可能与枣品种、土壤中可利用元素含量、气候条件、栽培管理、浇灌水的水质和农药使用量等因素有关[25]。

水果中均含有丰富的矿质元素[26]。匡立学等[27]、胡淳淳[28]、卢新坤等[29]分别对苹果、石榴、蜜柚果实中矿质元素含量进行测定,结果显示,不同苹果果实中矿质元素排序K>P>Mg>Ca>Zn>Cu>Mn。石榴果实中的矿质元素含量大小依次为K>Ca>Mg>Fe>Cu>Zn>Mn。蜜柚果实中矿质元素含量为K>P>Ca>Mg>Na>Fe>Zn>Se。说明水果果实中主要以K、P、Ca、Mg、Zn、Cu、Mn元素含量较高。本研究中枣果实K、P、Ca、Mg、Zn、Mn元素含量明显高于苹果[27]、石榴[28]、蜜柚[29]、草莓[30]等水果。说明枣果实中富含K、P、Ca、Mg、Zn、Mn元素。因此,经常食用枣,可及时补充K、Fe、Mn等元素,对人体渗透压失衡、生理活动失常的病人有积极帮助[31]。枣还可以成为补充人体易缺乏的微量矿质元素Ca、Mg、Zn元素的良好食品。

枣果实中对重金属含量检测的研究在国内较少,郝变青等[32]研究表明,枣果实中5种重金属元素在枣果实中的含量大小依次为Cr>Ni>Cd>Pb>As。芮玉奎等[33]对冬枣重金属含量测定,结果表明,其含量大小依次为Ni>Pb>Cr>As>Cd。叶秋文等[34]、王琳等[35]、王民炎等[36]研究表明,不同品种水稻、玉米对重金属的富集能力差异均达到显著。而对于枣果实不同品种间有害元素富集能力差异研究在国内尚未见报道。本研究结果表明,枣果实中含有11种有害矿质元素Ag、As、Sb、Ba、Cr、Hg、Pb、Bi、Zr、Cd、Ti,其中,Pb、Cd、Hg、As、Cr元素是对人体影响较大的有害矿质元素,与GB 2762-2012《食品中污染物限量》规定相比较,10个枣品种果实中的Pb、Cd、Hg、As、Cr元素含量均不超标。而不同品种间对As、Ba、Cr、Pb、Bi元素富集能力差异达显著水平。骏1、中枣1号和京39枣果实有益矿质元素含量相对较高,伏脆蜜、骏枣和京39枣果实对有害矿质元素富集能力相对较弱,京39为营养价值最好的品种。沈欣[37]等通过因子分析就证明,通过种植重金属低积累水稻品种和提高土壤pH2种措施相结合,可有效降低稻米中重金属的积累量。因此,合理利用枣品种果实对不同矿质元素的富集能力差异对枣功能性食品的开发有一定的参考价值。

4 结论

枣果实中富含K、P、Ca、Mg、Zn、Mn有益矿质元素。通过研究分析枣果实中有益矿质元素含量的高低,发现本研究中的P、Zn元素含量高于前人研究中的P、Zn含量。通过主成分分析综合评价10个不同枣品种中有益及有害矿质元素含量,发现不同枣品种果实中有益矿质元素含量排名为骏1>中枣1号>京39>赞2>蜂蜜罐>骏枣>灰枣优选>金丝小枣>伏脆蜜>冬枣,有害矿质元素含量排名为伏脆蜜<京39<骏枣<冬枣<赞2<灰枣优系<中枣1号<金丝小枣<骏1<蜂蜜罐。综合考虑,京39为营养价值最高的品种,可作为枣果实的功能性食品开发的适宜品种。10个枣品种果实中的Pb、Cd、Hg、As、Cr元素含量与GB 2762-2012《食品中污染物限量》规定相比较均不超标。

水果果实中矿质元素含量差异与品种有关外,还受到诸多环境因素影响,如土壤中可利用元素含量、栽培管理条件及气候条件等,因此,枣品种间矿质元素含量差异的原因需要进一步研究。