不同菜心品种的营养品质及外在感官品质评价分析

陈荣宇，钟玉娟，谢大森，张 艳，陈汉才，薛舒丹

（1.海丰县农业科学研究所，广东 海丰 516400；2. 广东省农业科学院蔬菜研究所/广东省蔬菜新技术研究重点实验室，广东 广州 510640）

【研究意义】菜心（Brassica campestrisL.ssp.chinensisvar.utilisTsen et Lee）又名菜薹、广东菜薹等，是我国华南特产蔬菜，可周年栽培、且规模较大。因其菜质鲜嫩、香脆甜爽、风味独特、营养丰富等特点，已在全国及港澳、日本、美国、欧洲及东南亚地区广泛销售［1-4］。随着人民生活水平的提高，品质已经成为蔬菜产业竞争力的核心内容，营养丰富和风味优良成为衡量高档蔬菜的标尺。菜心作为风味独特的地方特色蔬菜，研究其内在营养与品质至关重要，但是市售菜心品种繁多，菜心品种在感官及风味营养品质等方面差异明显，因此，品质鉴定分析在种质资源鉴评中起着重要作用。【前人研究进展】宋世威等［5］采用广东及周边地区的商品品种，对不同品种菜心的植株形态、产量和品质等商品性状进行聚类分析和种质资源评价，筛选出油绿501、翠绿80天、东莞80天油青和广东四九菜心等适合生产的优良品种。可溶性糖作为影响风味的主要成分，张晓艳等［6］研究不同菜心的糖分代谢规律，为改善菜薹的品质与风味提供了理论依据。原远等［7］基于主成分分析法（PCA）对23个菜心品种的营养品质差异开展研究，为菜心的加工利用及新品种选育提供了理论依据；利用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（HS-SPME-GC-MS）技术分析5个菜心材料主薹挥发性风味物质组分，检测出酯、醇、腈和酚等11类114种挥发物，其中酯类和醇类的相对含量之和最高，为主要挥发性风味类别［8］。史卫东等［9］评价27份菜心种质资源的表型多样性，主要从主薹粗度、主薹重量、叶重和单株重等外在表型上进行主成分和聚类分析。因菜心还具有稀释清除肠道毒素、治疗便秘、预防肠癌、增强身体免疫力等功效，耿安静等［10］综述了菜心营养保健价值及深加工开发研究，为菜心相关产品开发与生产提供参考。钟玉娟等［11］通过PCA和相关性分析发现，硝酸盐的积累与维生素C、还原糖、可溶性固形物和蛋白质的积累存在显著相关关系，降低硝酸盐含量将可以改善蔬菜的营养品质。【本研究切入点】目前，集合主成分分析法和聚类分析法对不同菜心品种营养品质及外在感官品质的鉴别分析研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】本研究拟通过主成分分析和聚类分析评价菜心营养品质及外在感官品质的多样性，以期为种质资源鉴定和后期加工利用和新品种选育提供基本材料和信息，具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料共17 个品种，性状见表1。2018年10 月10 日穴盘育苗，基质为农业废弃物无害化精制基质，10 月27 日定植于50 cm×80 cm种植袋内，依据株型大小及成熟期长短，分别设置10 cm×10 cm、20 cm×10 cm株行距，采用水肥一体化浇水施肥。菜心根据不同品种性状判定采收时期，多数品种生长至齐口花期时采收，采收部位均为第4片叶以上部分。每个品种随机采收9株，分为3个生物学重复，每个重复3株。

葡萄糖、果糖、蔗糖、维生素C（抗坏血酸）标准样品均购于 Sigma-Aldrich公司。

1.2 试验方法

菜心（菜薹）的采收部位为第4片叶以上部分，包括薹茎和薹叶。

1.2.1 硬度测定 参照《水果硬度的测定（NY/T 2009-2011）》方法，用KM-5硬度计于菜薹茎基部表面按压，测定硬度（kg），测定时硬度计的探头应垂直指向菜薹基部施加压力直至探头顶端压入为止，记录硬度计上显示的数值，可间接反映菜薹质地，这一方法可以快速区分不同菜心品种之间在食用口感上的差异。

表1 供试菜心品种基本性状Table 1 Basic characters of tested Chinese flowering cabbage varieties

1.2.2 可溶性固形物含量测定 菜心用搅拌机研磨成匀浆状，取少量匀浆液经过滤后利用手持式折光仪测定记录 °Brix值，参照《水果和蔬菜可溶性固形物含量的测定 折射仪法（NY/T 2637-2014）》方法测定。

1.2.3 干物质含量测定 先称空塑料培养皿质量（W1），然后将菜心匀浆液倒入塑料培养皿中再次称量质量（W2），之后用封口膜封存，放入-80℃冰箱进行24 h以上的冷冻处理，最后将经冷冻处理的样品放入冷冻干燥机进行冷冻干燥，干燥后再次测其质量（W3），计算干物质含量：

1.2.4 糖类及维生素C含量测定 菜心匀浆冷冻干燥后，用研磨机磨成粉末状并过0.3 mm孔径筛网，将其装入样品储藏瓶中用封口膜封好，置于-80℃冰箱储藏，以保持蔬菜品质活性。使用高效液相色谱（HPLC）技术测定糖类和维生素C，仪器设备为Alliance e2695 HPLC system（Waters，Milford，MA，USA）。其中，糖类含量参照《食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖的测定（GB 5009.8-2016）》方法测定，维生素C含量参照杨文等［12］方法测定。

1.3 数据分析

试验数据采用SPSS 22.0软件进行统计分析。采用系统聚类法对不同品种菜心的内在营养与外在品质指标进行聚类分析，以欧氏距离平方作为品种间距离，以组间连接为聚类方法，建立品种聚类分析树状图；采用主成分PCA分析菜心外在与内在营养品质，通过离差标准化处理提取主成分，计算主成分贡献率［13-15］。

2 结果与分析

2.1 不同菜心品种内在营养品质和外在品质分析

17个菜心品种在合理土肥栽培管理后于商品期采收菜心，利用高效液相色谱等技术分析各菜心品种在商品采摘期的风味营养物质含量及硬度，包括维生素C、糖分（果糖、葡萄糖、可溶性糖）、可溶性固形物等，结果见表2。由表2可知，各品种菜心的维生素C含量从5.88 mg/g波动到12.96 mg/g（以干重计），其中尖叶5011、70天尖叶油青甜菜心、尖叶508含量较高；各品种菜心的含糖量（包括果糖、葡萄糖）差异较大，从34.22 mg/g至227.23 mg/g（以干重计），其中白菜苔、连州尖叶迟菜心、迟尖叶菜心-1含量较高；可溶性固形物含量在2.3～4.7 °Brix之间；干物质含量从5.09%波动到9.74%。各品种菜心的硬度差异也较大，介于1.7～3.0 kg，在2.3 kg以下相对较脆嫩。

2.2 菜心品质主成分分析

采用主成分分析法对17个菜心品种的维生素C、果糖、葡萄糖、可溶性固形物、干物质含量以及硬度等内在营养品质和外在品质进行分析，结果（表3）表明，前2个主成分的特征值较大，累计方差贡献率达81.59%，已能综合菜心品质的大部分信息，连续斜率较大。因此，选取前2个主成分作为供试菜心的主成分进行下一步分析。

由图1可知，第一主成分（PC1）主要综合了可溶性糖和可溶性固形物含量信息，即在PC1坐标正向数值越大，可溶性糖和可溶性固形物含量越高，反映的是甜度信息，命名为甜度因子；第二主成分（PC2）主要综合了硬度程度信息，命名为质地因子，在PC2的正向坐标上数值越大，侧面反映可能纤维过多，口感不好。

表2 不同菜心品种的内在营养品质和外在品质比较Table 2 Nutritional qualities and external traits of different Chinese flowering cabbage varieties

表3 不同菜心品种品质主成分的总方差贡献率Table 3 Total variance contribution rate of quality principal component among different Chinese flowering cabbage varieties

图1 菜心品质主成分的载荷矩阵Fig. 1 Loading matrix of quality principal components of Chinese flowering cabbages

从对PC1和PC2的主成分分析得分结果（图2）可以看出，编号9、编号17的品种（连州尖叶迟菜心、白菜苔）落在PC1和PC2的正向区间，说明这两个菜心品种的甜度和硬度较高，其中编号品种17的甜度格外高，比其他品种风味更浓，但粗纤维含量也偏高，会对口感产生一定影响；编号11、13、14、15、16的品种（黑叶葵扇白菜、迟尖叶菜心-1、迟尖叶菜心-4、翠绿80天、尖叶701）依次落在PC1与PC2的第四区间，说明其糖含量较高、质地较软；编号为1、2、3、4和5的品种（尖叶70天、尖叶5011、70天尖叶油青甜菜心、80天尖叶油青甜菜心和尖叶508）分布在PC1与PC2的第二区间，说明其甜度较小、硬度高；编号为6、7、8、10和12的品种（45天菜心、C8、70天尖叶、开平水口白菜和广府好味）分布在PC1与PC2的第三区间，说明其甜度较小、质地较软。

图2 不同菜心品种主成分分析的PC1与PC2得分Fig. 2 Scores of PC1 and PC2 for principal component analysis on different Chinese flowering cabbage varieties

图3 菜心品种的聚类分析图Fig. 3 HCA（hierarchical cluster analysis）dendrogram of Chinese flowering cabbages varieties

2.3 菜心的聚类分析

从聚类分析结果可知，在类间距离=1时，17个品种可分为3个类群（图3）。第一大类包括10个品种，均为甜度偏低品种，其中又分出两个亚类：第一亚类群有5个品种，编号分别为1、2、3、4和5（尖叶70天、尖叶5011、70天尖叶油青甜菜心、80天尖叶油青甜菜心和尖叶508），此亚类硬度高；第二亚类群有5个品种，编号分别为6、7、8、10和12（45天菜心、C8、70天尖叶、开平水口白菜和广府好味），此亚类硬度低，这与主成分分析图中的区间位置结果一致。第二大类包括6个品种，编号为9、11、13、14、15和16（连州尖叶迟菜心、黑叶葵扇白菜、迟尖叶菜心-1、迟尖叶菜心-4、翠绿80天、尖叶701），这些品种的甜度都较好，其中编号9（连州尖叶迟菜心）的硬度要高于其他5个品种。第三大类只有编号17（白菜苔）一个品种，该品种甜度最高，且质地稍硬，纤维含量可能较高。

2.4 菜心品质指标间的相关性分析

菜心内在营养品质和外在品质的相关性分析结果（表4）表明，可溶性糖含量和可溶性固形物含量之间存在极显著正相关性（0.729**），且可溶性糖含量分别与两种糖组分（果糖、葡萄糖）存在极显著正相关性（0.992**、0.982**），与干物质含量存在显著正相关性（0.542*）。但是，可溶性糖含量和葡萄糖含量两者与维生素C含量之间均存在极显著负相关性（-0.611**、-0.660**），而外在感官品质硬度与内在营养品质之间相关性没有达到显著水平。

表4 菜心内在营养品质和外在品质的相关性分析Table 4 Correlation analysis of inner nutritional quality and external trait of Chinese flowering cabbage

3 讨论

蔬菜品质分为感观品质、风味品质和功能营养品质，在农业供给侧结构性改革新形势的新需求下，在外在品质优异的前提下，加强对内在营养品质的研究至关重要。菜心作为我国重要的特产蔬菜，质地爽脆，清甜可口，深受消费者的欢迎，因此，研究其内在和外在品质性状，发掘关乎品质的主成分因子至关重要。

甜度主要由可溶性糖组分的种类及其含量共同决定，蔬菜中影响口感和甜度的糖主要是单糖和二糖（如果糖、葡萄糖、蔗糖等）。蔬菜中不同可溶性糖组分的甜度是不一致的，果糖甜度最大，葡萄糖甜度最小，但是葡萄糖的口感最佳，因此，蔬菜中果糖和葡萄糖影响蔬菜甜度及口感［16］。菜心主要的可溶性糖组分是果糖和葡萄糖，且糖组分及可溶性固形物之间显著相关。前人关于其他作物中可溶性糖组分含量遗传学分析表明，控制可溶性糖组分（如果糖、葡萄糖、蔗糖及山梨醇含量）的数量性状位点（QTL）通常是共定位的，这可能是由于基因的多效性及可溶性糖组分之间的显著相关性导致［17-18］，这为下一步菜心糖代谢机制的研究提供了重要参考。

风味营养是人民挑选蔬菜的标尺，本研究对不同菜心品种的糖成分及含量进行对比分析发现，白菜苔、连州尖叶迟菜心、迟尖叶菜心-1和迟尖叶菜心-4等4个品种不仅含糖量高，干物质含量也较高，含糖量分别为22.13、12.06、11.15、11.36 mg/g（以鲜重计），显著高于其他品种，是鲜食口感清甜优质品种。

维生素C作为植物体内的抗氧化剂之一，在清除体内自由基和活性氧方面起着重要作用，具有较高的氧化活性，对人体健康具有较高的功能疗效，可以预防多种慢性疾病［19-21］。本试验对不同菜心品种品质进行评估，在清甜的基础上，结合维生素C含量、干物质含量可知，白菜苔、连州尖叶迟菜心、迟尖叶菜心-1和迟尖叶菜心-4等4个品种的维生素C含量分别为0.73、0.92、0.80、0.73 mg/g（以鲜重计），其中连州尖叶迟菜心的维生素C含量最高。

菜心的硬度主要用来衡量菜薹表皮层纤维素含量，由于菜心的粗纤维主要来源于薹的表皮层，且其基部纤维最多，该部位的粗纤维含量直接影响菜心的口感，因此，利用硬度测定方法可以快速反映其粗纤维含量，本研究发现菜心薹基部的表面硬度存在差异，从1.7到3.0 kg，这或许可以解释不同品种菜心的口感差异，有的品种粗纤维多、口感不佳，其硬度可能大，有的口感嫩、硬度相对较小。由PC1和PC2的主成分分析得分结果可知，连州尖叶迟菜心和白菜苔的甜度和硬度较高，尤其是连州尖叶迟菜心的硬度最高，可是基于真实的食用口感，此菜心硬度并不高，质地细嫩柔软，这可能与试验的取材部位有关，因为连州尖叶迟菜心的株型完全不同于其他品种，一般株体高50～70 cm、直径2～3 cm，可食用部分主要是花薹、高25～30 cm。本试验取材部位均为靠近基部的位置，对连州尖叶迟菜心来说，取材位置偏低，粗纤维较多，硬度稍大，因此其与真实口感有所差异，但不影响质地这一主成分作为标尺的作用。

本试验还发现，外在感官品质硬度与内在营养品质之间相关性没有达到显著水平，基于此在选育优异品种时，要综合考虑甜度因子（可溶性糖和可溶性固形物含量）和质地因子这两个主成分因子，选取适宜品种加工或鲜食的新品种。

4 结论

本研究着重比较不同品种菜心的品质，利用主成分分析法及聚类分析法对17个品种进行归类，主成分分析结果表明，17个菜心品种的绝大部分品质信息可由甜度因子和质地因子两个主成分表示。白菜苔、连州尖叶迟菜心、迟尖叶菜心-1和迟尖叶菜心-4的甜度较高，且迟尖叶菜心-1和迟尖叶菜心-4的质地细嫩，白菜苔和连州尖叶迟菜心的维生素C含量较高。本研究主成分分析法及聚类分析法分类结果基本一致，为下一步品种加工利用和新品种选育提供基本材料和信息，意义重大。