湛江地区不同桑葚品种的品质比较

乔 健,马智玲,魏长宾,李甜子,李国鹏,*

(1.中国热带农业科学院南亚热带作物研究所,广东湛江 524091;2.广东海洋大学农学院,广东湛江 524088)

桑葚(Fructusmori)是桑科桑属多年生木本植物桑树的果实,具有较高的营养价值和药用价值,于1993年被国家卫生部列入首批“药食两用资源”名录。桑树起源于中国,在我国有很长的历史。据统计,我国是世界上桑属植物种类最多的国家,全国主要省区及有关科研教育单位保存的桑种质资源累计达3000余份[1]。桑葚中富含黄酮、花青素、生物碱、白藜芦醇、多糖等多种功效活性成份,使得桑葚具有增强免疫力、抗衰老、降血糖、促进造血细胞生长发展等药理作用[2-3]。桑葚中除了含有丰富的维生素外,还富含大量花青素。花青素作为一种强有力的抗氧化剂,其自由基清除能力是Ve的50倍,VC的20倍。目前,桑葚果实除少量鲜食外,大部分以加工为主,加工产品主要有桑葚汁、桑葚酒、桑葚干、桑葚膏等[4-5]。

果实色泽及糖含量是果实重要的品质性状指标。果实色泽主要由酚类色素、叶绿素及类胡萝卜素的含量及比例决定的。花青苷是决定果实红色的重要一类酚类物质,是大部分果实着色的物质基础,其含量决定了果实的色泽形成[6]。研究表明,果实中的花青苷类物质越多,果实颜色越深[7-8]。作为一种植物体内合成的次生代谢物质,花青苷是由花色素和糖苷组成,其基本骨架为一C6-C3-C6的杂环组成,在C3和C5位点上经过甲基化、酰基化、羟基化等修饰后就形成了不同的花青苷。飞燕草素、矢车菊素、矮牵牛素、天竺葵素、苟药花色素和锦葵花素是高等植物中常见的6种花青苷[9]。不同的果树其花青苷组成亦不同,矢车菊素-3-半乳糖苷是苹果和梨果实中主要的花青苷[10-11]。而矢车菊色素-3-葡萄糖苷和矢车菊素-3-芸香糖苷分别是杨梅果肉和荔枝果皮中花青苷的主要成分[12-13]。张琼予[14]采用高效液相色谱法发现桑葚中的花青苷类型为矢车菊素花色苷,其含量在红果型的桑果品种中的含量较高,而白果型的品种几乎不含花色素苷。果实中糖的种类及含量也是影响果实品质的重要因子之一。蔗糖、果糖,葡萄糖和山梨糖醇是果实中常见的四种可溶性糖。苹果、樱桃、梨等蔷薇科植物的光合产物是以山梨糖醇为主要代谢产物运输到果实中[15-17]。然而,鲜有对广东粤西地区桑葚品种果实品质进行比较分析的研究。

桑业发展至今已经有五千年的历史,如何充分利用桑产业的副产品及蚕桑产业的经济价值的提高已成为了桑葚产业可持续发展,促进农业增产、增加农民收入、促进新农村建设的重要问题[18-19]。桑果的资源综合利用及产业化发展的潜力亦相当可观。随着人们生活品质的提高、对桑葚营养价值和保健价值的关注,以采摘桑葚为主的果桑品种逐渐成为生产的主流,桑葚种植面积逐渐扩大,呈现出良好的发展前景[20]。在湛江等粤西地区,规模化的桑葚种植园区相对较少,桑葚产量较低,但市场需求较大。基于此,本试验通过对17个桑葚品种在湛江地区开展营养品质分析和综合评价,以期选出湛江地区最适宜的种植的品种,为指导果桑优良品种选育、优化桑葚食药用开发提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

供试的桑葚(一串红、琼46、果桑8632、桂花蜜、四季T2002、台湾长果桑、粤椹74、大十、超长果、条桑十号、红果三号、云果一号、黑珍珠、选果一号、川桑、富士红、山桑,共计17个品种) 桑葚果实于2018年2～3月份果实成熟后进行采摘,液氮冷冻后置于-80 ℃冰箱待用;乙醇、乙酸、草酸、蒽酮、浓硫酸、碳酸钠、硝酸铝、亚硝酸钠 分析纯(AR),国药集团化学试剂有限公司;钼酸铵、Folin-酚、EDTA、没食子酸 分析纯,生工生物工程(上海)有限公司;葡萄糖、果糖、蔗糖标品 南京森贝伽生物公司;飞叶草素、矢车菊素、天竺葵素、矮牵牛素、芍药色素、锦葵色素标品 纯度≥96%,上海宝曼生物科技有限公司;甲醇、乙腈 色谱纯,霍尼韦尔(中国)有限公司。

TU-1810 型紫外分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;超高效液相色谱仪 日本岛津公司;PAL-2手持糖度计 日本ATAGO;3-30k台式高速离心机 Sigma公司。

1.2 实验方法

1.2.1 花色素苷组成测定与含量分析 采用超高效液相色谱法(UPLC)测定桑果果实中的花青苷组分及含量[21]。称取桑葚样品1.0 g,液氮研磨匀浆后加盐酸甲醇转入离心管中,在4 ℃下避光提取24 h,12000 r/min离心10 min,吸取上清液0.5 mL加入10%甲酸水0.5 mL,混匀后过0.45 μm的滤膜,得待测液。将待测样品分别吸取1 mL,上机测定,计算各成分含量。

X=C×V/1000/M

式中:X:测定的花青素含量,mg/mL;C:计算得到的某种花青素成分的浓度,mg/g;V:待测样品所用的提取体积,mL;M:样品质量,g。

1.2.2 糖的组成和含量分析 参考周远明等[22]的方法进行测定。准确1.0 g果肉样品,经乙醇充分研磨提取、10000 r/min离心10 min、溶液90 ℃水浴蒸干等步骤,超纯水定容至10 mL,制得样品。分别取葡萄糖、果糖和蔗糖的单标样品和混合标样各1 mL,上机分析,绘制标准曲线。

吸取制备的样品1 mL,根据峰面积数值,利用线性回归方程,计算各糖分的浓度。

X=C×V/M

式中:X:测定的各糖分的含量,mg/g;C:计算得到的各糖分的浓度,mg/g;V:样品浓缩定容的体积,mL;M:样品质量,g。

1.2.3 可溶性总糖的测定 采用蒽酮法测定[23]。取1.0 g桑葚样品充分研磨后,转移至10 mL具塞试管中,加10 mL蒸馏水摇匀,100 ℃水浴20 min,过滤后定容至100 mL容量瓶中,吸取5 mL滤液到100 mL容量瓶中定容后,吸取0.5 mL至试管中,加0.5 mL蒸馏水和5 mL蒽酮溶液,摇匀后100 ℃水浴锅中加热10 min,取出冷却约20 min,在OD620下测定吸光度,得葡萄糖标准曲线,计算得到可溶性糖含量。

可溶性糖(%)=C×V×n×100/(a×W×1000)

式中:C:标准曲线上算出的葡萄糖浓度,mg;V:样品提取液体积,mL;n:稀释倍数;a:测定时取用样液量,mL;W:样品质量,g。

1.2.4 可滴定酸的测定 采用NaOH滴定法测定[24]。取10.0 g桑葚样品充分研磨后准确称取25 g匀浆,转入250 mL容量瓶中,置75～80 ℃水浴上加热30 min,期间摇动数次,取出、冷却、加水至刻度,摇匀过滤。用移液管吸取10 mL样液,加入酚酞指示剂5～10滴,用0.1 mol/L氢氧化钠标准溶液滴定,至出现微红色30 s内不退色为终点,记录所消耗的体积,经计算得到可滴定酸的含量。

1.2.5 维生素C的测定 采用磷钼蓝分光光度法测定维生素C[25]。称取10.0 g桑葚样品,充分研磨后加入草酸-EDTA溶液后100 mL容量瓶定容后摇匀,室温下放置10 min。取10.0 mL 10000 r/min离心10 min后取1.0 mL上清液依次加入1.0 mL草酸-EDTA偏磷酸-乙酸、2.0 mL H2SO4、4.0 mL钼酸铵,在760 nm波长下比色,记录吸光度。VC标准液制得的标准溶液,求得回归方程。根据公式计算可得到维生素C含量。

1.2.6 总黄酮的测定 参考周庆颂等[26]的方法。称取1.0 g桑葚样品,用8 mL 80%乙醇研磨加入到10 mL离心管,80 ℃下超声处理40 min,冷却后离心,上清液转入试管,将上清液旋转蒸发后用加入5 mL甲醇即得到样品待测液。取待测样品1.0 mL,置于容量瓶中,依次加入4.0 mL乙醇溶液、0.3 mL亚硝酸钠溶液、0.3 mL硝酸铝溶液、2.0 mL NaOH溶液、2.4 mL乙醇至刻度,每加一次都要摇匀静置,在520 nm处测OD值,根据芦丁标准溶液的线性回归方程,计算果实中总黄酮的含量。

X=C×V/M

式中:X:测定的总黄酮含量,mg/g;C:待测样品总黄酮浓度mg/mL;V:定容体积,mL;M:样品质量,g。

1.2.7 总酚的测定 采用福林酚法测定总酚[27]。取5.0 g桑葚样品,用高速组织捣碎机进行匀浆处理,称取匀浆2.0 g,用蒸馏水洗入100 mL容量瓶,至沸水浴中保温30 min,取出冷却,定容至100 mL,过滤,滤液保存待测。利用一水合没食子酸标准溶液制作标准曲线。吸取待测样液1 mL,加入蒸馏水,加入F-C显色剂,加入碳酸钠溶液,均要摇匀,在室温下避光反应2 h,在765 nm下比色。根据样品的吸光度和标准曲线,计算待测样品的总酚含量。

X=C×100/1000/M

式中:X:测定的总酚含量,mg/g;C:待测样品浓度,mg/L;M:样品质量,g。

1.3 数据处理

采用Excel 2016(Microsoft,Redmond,USA)进行数据统计,SPSS 21.0(IBM Watson,Armonk,USA)进行方差分析、主成分分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同桑葚品种花青素的比较

在不同品种桑葚果实中共检测出飞叶草素、矢车菊素、天竺葵素、矮牵牛素、芍药色素和锦葵色素共6种花青素,花青素种类及含量因品种不同而不同(表1)。由表1可看出,飞叶草素、矢车菊素、天竺葵素、矮牵牛素、芍药色素的含量在不同的桑葚品种中有较大的差异。矢车菊素在花青素的组成中占比重大,其在‘一串红’、‘琼46’、‘果桑8632’、‘粤椹74’、‘大十’、‘红果三号’和‘云果一号’7个品系中的含量超过了60 mg/L,其中大十的矢车菊素含量高达110.63 mg/L;而在‘富士红’品种中并未检测到矢车菊素,在‘四季T2002’、‘超长果’和‘选果一号’三个品种的矢车菊素含量均低于1.0 mg/L。

表1 不同桑葚品种的花青素含量(mg/g)Table 1 Anthocyanins content of different mulberry varieties(mg/g)

表2 不同桑葚品种品质指标Table 2 Quality index of different mulberry varieties

飞叶草素和天竺葵素在‘川桑’中的含量最高,分别为6.09和0.63 mg/L,而在‘超长果’、‘选果一号’和‘山桑’3个品种中均未测出飞叶草素;在‘台湾长果桑’、‘超长果’、‘条桑十号’、‘云果一号’、‘黑珍珠’和‘山桑’6个品种中未测到天竺葵素。17个桑葚品种中只有在‘桂花蜜’、‘四季T2002’、‘选果一号’、‘川桑’和‘山桑’5个品种测出了芍药色素,其中‘选果一号’的芍药色素含量最高,为1.33 mg/L,显著高于其他品种。16个桑葚品种中均检测到锦葵色素,其中‘大十’、‘一串红’和‘粤椹74’的含量较高,分别为7.62、7.27和7.15 mg/L,显著高于其他品种。

2.2 不同桑葚品种糖组成、可滴定酸、维生素C、总黄酮及总酚含量的比较

从表2可知,果糖和葡萄糖是桑葚果实中的可溶性糖主要的存在形式,这也与文献[28]结果类似。17个桑葚中‘桂花蜜’的果糖含量最低,仅为1.87 mg/g,而‘超长果’的含量最高(8.25 mg/g),显著(P<0.05)高于其他品种;‘超长果’的葡萄糖含量亦在17个桑葚品种中最高(7.98 mg/g),显著(P<0.05)高于其他品种,而‘条桑十号’的葡萄糖含量最低,仅为1.38 mg/g。

不同品种桑葚果实的可溶性糖含量因品种不同而不同,其中‘黑珍珠’和‘云果一号’两个品种的可溶性总糖含量较低,均低于0.02%,而‘超长果’、‘四季T2002’及‘台湾长果桑’3个品种的可溶性总糖含量最高,达到0.05%。不同品种桑葚果实的可滴定酸含量亦不同,其中‘粤椹74’可滴定酸含量最高,达到2.41 mmol/g,而‘台湾长果桑’和‘桂花蜜’含量最低,分别为0.83和0.85 mmol/g。在17个桑葚品种中,‘果桑8632’、‘超长果’和‘云果一号’3个品种的VC含量最高,分别为0.77、0.68、0.68 mg/g,而‘黑珍珠’的VC含量最低,仅为0.38 mg/g,显著(P<0.05)低于其他品种。

由表2可以看出,总黄酮与总酚的含量呈一定的线性关系,总黄酮含量较高的桑葚品种其总酚含量也较高。其中,‘琼46’、‘大十’和‘选果一号’是总黄酮含量较高的品种,均超过了0.5 mg/g;而‘台湾长果桑’和‘超长果’的总黄酮含量较低,低于0.2 mg/g。在17 个桑葚品种中,‘琼46’是总酚含量最高的品种,为0.17 mg/g,显著(P<0.05)高于其他品种,而其余品种总酚含量差异不大,范围在0.08～0.15 mg/g之间。

2.3 不同桑葚品种品质指标的主成分分析

本研究基于花青素等营养性状对17个桑葚品种进行主成分分析,通过主成分特征值及贡献率表3可知,第1、第2、第3、第3及第4主成分的方差累计贡献率超过75%,基本可以解释原有变量的绝大部分信息。第1主成分的贡献率为28.671%,主要反映了飞叶草素、矢车菊素、天竺葵素、矮牵牛素、锦葵色素、总黄酮和总酚等成分的信息。第2主成分贡献率为21.043%,主要反映了矢车菊素、天竺葵素、矮牵牛素、锦葵色素、果糖、葡萄糖、可溶性总糖、维生素C、总黄酮和总酚等成分的信息。第3主成分贡献率为16.415%,主要反映了飞叶草素、天竺葵素、芍药色素、果糖、葡萄糖、维生素C、总黄酮和总酚等成分的信息。第4主成分贡献率为12.484%,主要反映了飞叶草素、天竺葵素、矮牵牛素、果糖、葡萄糖、可溶性总糖等成分的信息。根据各主成分的贡献率可以得到主成分综合评价指数,F=F1×0.287+F2×0.21+F3×0.164+F4×0.125。17个品系的4个主成分得分见表3,综合排名第一为‘大十’,‘超长果’排名最后,17个桑葚品系的主成分综合得分从高到低依为‘大十’>‘琼46’>‘粤椹74’>‘川桑’>‘一串红’>‘果桑8632’>‘红果三号’>‘云果一号’>‘四季T2002’>‘选果一号’>‘条桑十号’>‘桂花蜜’>‘山桑’>‘黑珍珠’>‘富士红’>‘台湾长果’>‘桑超长果’。

表3 主成分的特征值及贡献率Table 3 Eigenvalue and contributionrate of principal component

2.4 基于桑葚品种不同品质指标的聚类分析

桑葚果实成分丰富,品质指标数量较多,不同品系主成分数量和种类存在差异,具有丰富多样性。本研究基于花青苷组分及含量与其他营养品质性状对 17个桑葚品种进行聚类分析。结果表明,17个桑葚品种的可分聚为3类,其中‘选果一号’、‘山桑’、‘超长果’、‘四季T2002’、‘富士红’、‘台湾长果桑’和‘川桑’7个品系聚在一类,该类群体中矢车菊素含量显著低于其他品种,其中‘台湾长果桑’和‘川桑’两个品种的矢车菊素分别为32.23和19.08 mg/L;‘粤椹74’、‘大十’和‘一串红’3个品系聚在一类,此类群果实的矢车菊素含量显著高于其他品种,其中‘粤椹74’矢车菊素含量最高,达到103.02 mg/L;‘果桑8632’、‘云果一号’、‘琼46’、‘红果三号’、‘桂花蜜’、‘黑珍珠’和‘条桑十号’7个品系聚在一类,此群的矢车菊素含量居中,其含量区间为49.33(‘桂花蜜’)～75.82 mg/L(‘琼46’)。

图1 17个品系桑葚品质指标的聚类分析Fig.1 Clustering analysis of 17varieties of mulberry quality index

3 讨论与结论

果桑的充分利用与开发,不仅能提高桑蚕产业副产品的经济效益,还有利于桑蚕产业可持续发展,促进农业增效,农民增收。在桑葚的生产与推广中,除产量因素外,营养价值的高低是评价桑葚品质的重要因素之一。在本研究中所研究的17个品种的桑葚果实均采自本研究所种植资源圃,因此研究发现不同的花青苷组成及含量等品质性状的显著的差异均优于基因型差异。花青苷是桑葚呈红色的主要原因,而花青苷亦是一种强有力的抗氧化剂[29-30]。王振江等[31]研究表明桑葚抗氧化能力与花色苷含量间呈显著的正相关。本研究在17个桑葚品种果实中共检测出飞叶草素、矢车菊素、天竺葵素、矮牵牛素、芍药色素和锦葵色素等6种花青素组分,其含量在不同的品种间不尽相同,其中矢车菊素含量是六种花青苷组分中对桑葚贡献率最高的组分,其在‘大十’品种中的含量达到110.63 mg/L,而‘超长果’仅检测到矢车菊素一种花青苷组分,其含量亦较低,矢车菊素含量仅为0.74 mg/L。沈维治等[32]比较了‘大十’和‘69’两个桑葚品种果实发育期间花青苷含量的变化,花青苷随着果实发育而形成,其含量在成熟时达到最大值,这与前人在葡萄、荔枝等果实中研究结果一致。果实花青素的积累是类黄酮-3-O-葡萄糖基转移酶(UFGT)活性决定的,桑葚中花青苷的生物合成关键酶及相关调控基因还待进一步的深入研究。

果实中的糖酸组成是果实主要的内在品质,其糖酸种类及含量的高低与果实风味有着十分密切的关系。本研究发现桑葚果实中糖的组成主要是由果糖与葡萄糖组成,并且各组分含量因品种不同间因不同,17个桑葚品种中‘超长果’的果糖和葡萄糖含量均表现为最高,含量分别8.25和7.98 mg/g。李升锋等[28]在测定33个果桑品种时不仅发现桑葚的糖组成主要是果糖和葡萄糖,并且其含量相当,这与本研究结果相似(表2)。本研究还发现不同桑葚品种间在可溶性糖、可滴定酸上亦存在一定的差异,而总黄酮与总酚含量呈一定的线性关系。基于不同的品质性状进行聚类分析发现17个桑葚品种可聚为3个类,花青苷组分中的矢车菊素含量的差异是17个品种聚为不同类的主要成分因子之一。

综合以上的分析表明,不同的桑葚品种间品质特性差异较大,尤其是矢车菊素等花青苷组分含量在不同的品种间差异显著;通过聚类分析可将17个桑葚品种聚为3大类,结合主成分分析,‘大十’、‘琼46’和‘粤椹74’是3个在湛江地区品质性状表现较优的品种。本研究结果可为桑葚在湛江及粤西地区的品种选择及推广等生产提供一定的理论依据。