吐鲁番市13个品种桑树叶的营养和活性成分分析与评价

郭红梅，梁 雎，刘志刚，李海峰，胡西旦·买买提，任红松

（新疆农业科学院吐鲁番农业科学研究所，新疆 吐鲁番 838000）

桑叶是桑科（Moraceae）桑属（MorusL）桑树（Morus albaL）[1]的树叶，富含人体所需的多种营养成分和生物活性成分，具有降血压、抗衰老、防癌、降血糖、抑制血脂增高等多种生物学活性[2]，被我国卫生部列入“药食同源”目录[3]。吐鲁番市具有光照强、昼夜温差大等独特的气候特点，使桑叶营养成分和生物活性物质的存在形式表现出特异性风格[4]，为桑叶产品的开发利用提供了丰富的资源。

目前，对吐鲁番市桑叶营养和活性成分含量的研究很少，只在测定新疆整体的桑叶营养和活性物质含量时有所涉及。孙莲等[5]测定比较了吐鲁番等地的桑叶中水溶性维生素含量。易新萍等[6]测定了吐鲁番等地桑叶中10种微量元素的含量。

本文选取吐鲁番市主要桑树品种的桑叶为试验材料，测定不同品种桑叶的总酚、生物碱、总多糖、γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid,GABA）、花青素、β-胡萝卜素、黄酮苷、褪黑激素、类黄酮、VC、游离氨基酸、叶绿素和可溶性固形物的含量。采用主成分分析和聚类分析方法比较不同桑树品种间桑叶的营养和活性物质含量的差异，对各品种进行综合品质评价，旨在筛选出适合桑叶药食用途开发的桑树品种。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料与试剂

桑叶：5个当地桑树品种和8个引进品种（详情见表1）。采收日期为2019年9月，采摘部位为第2～4位叶片，于晴朗天气上午9—10点采摘。

表1 13个供试桑树品种资源信息Table1 Information about 13 mulberry cultivars tested in thisstudy

蒽酮、硫酸、盐酸、甲醇，北京化工厂产品；无水乙醇，天津市北联精细化学品开发有限公司产品；抗坏血酸，天津市天新精细化工开发中心产品；磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、氯化亚锡、丙酮，天津市致远化学试剂有限公司产品；石油醚、无水氧化铝、氢氧化钾、磷钨酸、碳酸氢钠、柠檬酸，天津永晟精细化工有限公司产品；钼酸铵、水合茚三酮、儿茶酚、钼酸钠、大孔树脂、哌碇、香兰素、硼酸、三氯化铝、γ-氨基丁酸、芦丁、雷氏盐、重蒸酚，上海麦克林生化科技有限公司产品；类黄酮，北京百奥莱博科技有限公司产品；以上所有试剂均为国产分析纯。

1.1.2 仪器与设备

UV754N型紫外可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司；3K15型离心机，德国海因克尔干燥与分离集团；DHG-9070型电热恒温干燥箱，上海鸿都电子科技有限公司；DZKW-S-4型电热恒温水浴，北京市永光明医疗仪器有限公司；JA1203B型电子天平，上海菁海仪器有限公司；TLG-01型样品粉碎机，北京天利恒诚科技有限公司；EL-PH7.0型PH计，厦门恩莱自动化科技有限公司；LH-B55型数显折光仪，杭州陆恒生物科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 不同品种桑叶营养物质和活性物质含量的测定

可溶性固形物含量：参照GB 12295—1990《水果、蔬菜制品可溶性固形物含量的测定——折射仪法》[7]中规定的方法测定；叶绿素含量：采用乙醇比色法[8]测定；VC含量：参照GB/T 5009.86—2016《食品安全国家标准 食品中抗坏血酸的测定》[9]中规定的方法测定；游离氨基酸含量：参照GB/T 8314—2013《茶 游离氨基酸总量的测定》[10]中规定的方法测定；β-胡萝卜素含量：参照谭小秋等[11]的方法测定；总酚含量：参照GB/T 8313—2018《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》[12]规定的方法测定；总多糖含量：采用蒽酮比色法[13]测定；生物碱含量：采用雷氏盐比色法[14]测定；类黄酮和花青素含量：参照梁燕梅[15]的方法测定；γ-氨基丁酸含量：参照夏玉玲等[16]的方法测定；黄酮苷含量：采用硼酸—柠檬酸比色法[17]测定；褪黑激素含量：参照杨学东等[18]的方法测定。

1.2.2 数据统计与分析

利用隶属函数法[19]对原始数据进行归一化处理，消除不同指标间量纲差异，公式如下。

式中：Xij为第i个样品第j个指标的检测值，max Xij和min Xij分别为第i个样品第j个指标的最大值和最小值，Yij为经转化后的隶属函数值。将各指标含量的隶属函数值作为主成分分析和聚类分析的原始值代入进行综合评价。

使用SPSS19.0进行相关系数分析、主成分变量提取和系统聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种桑叶营养物质含量比较

由表2可知，13个不同品种桑叶营养物质含量存在一定程度的差异。本试验采用变异系数来比较不同指标数据的变异情况。如果变异系数大于10%，说明品种间差异较大；变异系数小于10%，说明品种间差异较小[19-20]。桑叶可溶性固形物含量分布在16.76%～28.64%，平均含量为23.55%，变异系数为16.12%，品种间的差异较大；桑叶中叶绿素含量分布在8.94～17.74 mg/g，平均含量为13.00 mg/g，变异系数为21.82%，品种间的差异较大；桑叶中VC含量分布在0.16～0.27 mg/g，平均含量为0.20 mg/g，变异系数为14.13%，品种间的差异较大；游离氨基酸含量分布在2.60～4.45 mg/g，平均含量为3.37 mg/g，变异系数为18.30%，品种间的差异较大；桑叶中β-胡萝卜素含量分布在4.21～7.09 mg/g，平均含量为5.72 mg/g，变异系数为18.65%，品种间的差异较大。

2.2 不同品种桑叶活性物质含量比较

由表3可知，13个不同品种桑叶活性物质含量存在一定程度的差异。桑叶总酚含量分布在4.47～8.04 mg/g，平均含量为6.50 mg/g，变异系数为19.25%，品种间的差异较大；桑叶总多糖含量分布在3.93～6.14 mg/g，平均含量为4.89 mg/g，变异系数为15.00%，品种间的差异较大；桑叶生物碱含量分布在0.76～1.36 mg/g，平均含量为1.09 mg/g，变异系数为19.26%，品种间的差异较大；桑叶中类黄酮含量分布在3.18～5.09μg/g，平均含量为4.21μg/g，变异系数为16.41%，品种间的差异较大；桑叶花青素含量分布在0.59～1.06 mg/g，平均含量为0.83 mg/g，变异系数为20.41%，品种间的差异较大；桑叶γ-氨基丁酸含量分布在2.71～4.37 mg/g，平均含量为3.56 mg/g，变异系数为15.41%，品种间的差异较大；桑叶黄酮苷含量分布在1.92～3.71 mg/g，平均含量为2.79 mg/g，变异系数为22.24%，品种间的差异较大；桑叶褪黑激素含量分布在52.40～93.33 ng/g，平均含量为70.28 ng/g，变异系数为19.70%，品种间的差异较大。

表3 不同品种桑叶活性物质含量比较Table3 Functional componentsin leavesfromdifferent mulberry varieties

2.3 不同品种桑叶物质含量的主成分分析

桑叶中的营养物质和活性物质繁多复杂，利用主成分分析法可以准确地评价不同品种的综合品质。首先采用平均隶属函数法，将测定的桑叶营养物质和活性物质含量进行数据标准化处理，得到转化后的隶属函数值见表4。将转化后的隶属函数值代入，对13个指标进行主成分分析，得到5个主成分的特征值及贡献率，见表5。表中第1因子中起主要作用的为可溶性固形物、VC、褪黑激素、β-胡萝卜素；第2因子中游离氨基酸和总酚的载荷值较大；第3因子中载荷值较大的为γ-氨基丁酸、β-胡萝卜素；第4因子载荷值较大的为类黄酮和总多糖；第5因子载荷值较大的为黄酮苷。由表5可知，前5个主成分的累计贡献率已达82.18%，表明前5个特征值能够代表原来13个品质指标的主要信息，能够作为综合品质指标的主成分。

表5 13个品种桑树叶品质指标的主成分分析Table5 Principal component analysisof theleavesfrom13 mulberry cultivars

根据各指标贡献率及特征值可以算出各特征向量。即特征向量（a）=各主成分（X）/对应的特征值（E），计算得到桑叶品质指标相关矩阵的特征向量a1、a2、a3、a4、a5。

由表6可知，以前5项主成分建立桑叶品质综合评价模型，由桑叶综合品质的特征向量导出5个主成分（F1、F2、F3、F4、F5）及综合得分（F），函数表达式为：

表6 13个不同品种桑叶品质的综合分析Table 6 Comprehensiveanalysisof the leaves from13 mulberry cultivars

F1=0.14X1-0.024X2-0.162X3-0.214X4+0.183X5-0.039X6-0.009X7+0.2X8+0.091X9+0.237X10+0.2X11-0.011X12-0.189X13

F2=0.123X1+0.274X2-0.105X3+0.085X4-0.068X5-0.187X6+0.135X7+0.138X8-0.325X9+0.051X10+0.115X11-0.232X12+0.203X13

F3=0.215X1+0.233X2-0.234X3+0.287X4+0.236X5+0.224X6+0.18X7-0.037X8+0.047X9+0.019X10-0.209X11+0.225X12-0.05X13

F4=0.403X1-0.026X2+0.365X3+0.102X4-0.014X5+0.208X6-0.215X7+0.228X8+0.213X9+0.163X10-0.183X11-0.276X12+0.2X13

F5=0.012X1-0.317X2+0.085X3+0.136X4-0.273X5-0.165X6+0.547X7+0.065X8+0.107X9+0.311X10-0.064X11+0.293X12+0.17X13

F=0.250F1+0.191F2+0.161F3+0.115F4+0.104F5

利用该函数计算13个品种桑叶的品质综合得分，并进行排序，结果见表7。由表7可知，13个品种桑叶的综合评分结果为：药桑＞无核大10＞黑桑＞白桑＞台湾长果＞育711＞嘉陵30＞龙桑1号＞大青条＞强桑1号＞粉桑＞公桑＞选792，说明从营养及活性物质的主成分分析角度来看，药桑具有更高的价值。

表7 不同品种桑树叶的综合评价结果Table 7 Comprehensive evaluation results of the leaves from different cultivars

2.4 不同品种桑叶品质特性的聚类分析

13个品种桑树叶的营养和活性物质含量聚类分析结果如图1所示。以18.3为阙值，13个品种可以分成5类：第1类有黑桑、无核大10、台湾长果、选792，特点是生物碱和β-胡萝卜素含量较高，游离氨基酸含量较低；第2类有公桑、大青条、白桑、强桑1号，特点是可溶性固形物含量较高，β-胡萝卜素和花青素含量较低；第3类为育711，特点是总多糖、花青素、游离氨基酸含量较高，总多酚、β-胡萝卜素和VC含量较低；第4类有粉桑、龙桑1号、嘉陵30，特点是总多酚和γ-氨基丁酸含量较高，花青素和褪黑激素含量较低；第5类为药桑，特点是类黄酮、总多酚、β-胡萝卜素、黄酮苷、可溶性固形物、褪黑激素、VC、游离氨基酸的含量较高，总多糖、γ-氨基丁酸、花青素、生物碱、叶绿素的含量较低。可知不同品种桑树叶的物质含量有一定程度的差异，开发利用时应注意选取合适的品种。

图1 不同品种桑叶物质含量聚类分析图Fig.1 Dendrogramfromcluster analysis of leavesfrom different mulberry cultivars

3 讨论

桑叶的营养和活性物质含量主要受品种、区域、栽培条件、采收季节、树龄、叶位等方面的影响，其中品种是主要影响因素[21-22]。本文桑叶营养成分与活性成分与张丽丽等[23]及何雪梅等[24]的研究结果基本一致，但也存在一些差异。原因可能与产地和气候条件等因素造成植物次生长代谢产物的多型性有关。

以γ-氨基丁酸为例，本文中桑叶γ-氨基丁酸含量分布在2.71～4.37 mg/g，高于王瑞娴等[25]已报道的在内地栽培的桑树。原因为γ-氨基丁酸是一种与逆境胁迫有关的非蛋白氨基酸，吐鲁番市的极端干燥高温气候使植物体产生了强烈的逆境胁迫，致使γ-氨基丁酸含量显著增高[26]。敬成俊等[27]测定了不同产地不同品种的冬桑叶中总多糖含量为5.75～25mg/g，与本研究测定的总多糖含量（3.93～6.14 mg/g）比较，存在较大差异。原因是其测定的桑叶来源于不同国家和地区，这表明桑叶总多糖含量受到不同区域的影响。

4 结论

桑叶作为一种药食两用的植物资源，具有很高的开发利用价值。本试验定量分析了吐鲁番市不同品种桑树叶的营养和活性物质含量，结果表明，所试品种桑叶中营养和活性物质丰富，不同品种物质含量存在一定程度的差异。以主成分分析综合得分为桑叶品质评判标准，发现药桑、无核大10、黑桑、白桑、台湾长果等品种桑叶品质较佳，是适合桑叶产业化开发的桑树品种。