不同生姜品种的品质比较与综合评价

王向东， 宋玥， 马艳芝

（1.唐山师范学院实验管理中心，河北 唐山 063000； 2.唐山师范学院生命科学系，河北 唐山 063000；3.河北农业大学园艺学院，河北 保定 071000）

生姜（Zingiber officinaleRosc.），别名姜根、百辣云，属于姜科姜属，原产于东南亚热带地区，现分布于亚洲东南部和非洲地区，尤其在中国、印度尼西亚、马来西亚、印度等国家广泛种植[1]。我国生姜种质资源十分丰富，其栽培面积大，总产量和出口量均居世界前列[2]，生姜种植多分布于山东、河北、安徽、湖南、河南等地，尤以山东昌邑、安丘等地最为出名。

生姜是不可或缺的调味蔬菜，也是具有抗氧化、改善心脑血管系统等功效的药用植物[3]。生姜不仅含有丰富的营养物质，还含有姜辣素、姜醇、姜烯酚、姜黄素等辛辣和芳香成分[4]。现有关于生姜的研究多集中在对其种植养护[5]、成分提取[6]、药效价值[7]等方面。前人曾以可溶性蛋白、可溶性糖、维生素C含量等作为指标评价生姜的品质，邵海南等[8]曾探究不同施肥水平对生姜品质的影响，认为当施入氮、磷、钾肥的量分别为670.20、583.65、785.10 kg·hm-2时，生姜的产量最高，且能提高生姜蛋白质含量10.2%～49.0%，维生素C含量23.8%～60.0%，姜辣素含量34.0%～87.2%，可溶性糖含量38.9%～84.8%。周洁等[9]比较分析了‘恩施凤头姜’‘莱芜大姜’等10种生姜资源的可溶性蛋白、姜辣素等品质成分，发现不同生姜资源营养成分和功能成分存在较大差异。韩春梅等[10]以四川地方生姜品种为材料，比较不同栽培模式对生姜品质的影响，认为生姜与大豆间作和生姜与四季葱间作均能有效提高生姜中维生素C含量，生姜与四季葱间作能显著提高可溶性糖、姜辣素和蛋白质含量。谭金霞等[11]对山东地区12个主栽生姜品种的品质进行综合评价，认为‘昌邑生姜’‘莱芜娃娃姜’和‘安丘大姜’综合品质较好，‘昌邑生姜’适用于提取特征活性成分和用于鲜食、调味等用途，‘昌邑黄姜’适用于加工姜糖、姜片等产品。多糖类化合物具有抗氧化、驱寒止呕、健胃解毒、降低胆固醇、免疫调节、抗癌抑菌、抗炎、抗辐射等多重生理功效[12]；姜辣素是生姜中的辛辣成分[6]，其具有抗氧化、抑制细胞衰老、抑菌保肝等药用价值[13]；姜黄素具有保肝利胆、降血脂、抗癌、消炎、抗氧化等多方面药理作用[14]；生姜中的黄酮类化合物是其主要的抗氧化成分之一，降血脂、降血压、抗衰老、抗心脑血管疾病等生理活性明显[15]；多酚是生姜的主要成分，多酚结构使其具有抗氧化、抗炎、抗糖尿病、抗肥胖以及抗心脑血管疾病等作用[16]。隶属函数(membership function)是用于表征模糊集合的数学工具，其根据模糊数学的原理，利用隶属函数进行综合评估，该方法具有较大的合理性，目前广泛应用在综合评价中。

我国生姜主要分布在云南、山东、安徽等地，北方以山东和河北生姜为主，河北省以唐山为主产区，本课题组对供试优良品种和唐山自育冀姜系列生姜品种遗传多样性进行了研究，发现8个姜品种的遗传距离在0.212 8～0.842 1之间，地域不同的品种也聚在了一起，表明姜种质资源引种频繁，在某种程度上打破了地域的界限[17]。本研究选用市场上常见的‘山东娃娃姜’‘安徽铜陵生姜’‘山东昌邑大姜’和唐山地区农家种选育的5个冀姜系列新品种材料，利用隶属函数法对生姜品质进行初步综合评价，为选育生姜品种提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与种植条件

供试生姜分别为‘冀姜1号’‘冀姜2号’‘山东娃娃姜’‘安徽铜陵生姜’‘冀姜5号’‘山东昌邑大姜’‘冀姜7号’‘冀姜18号’，由唐山市农业科学研究院生姜研究课题组提供，其中‘山东娃娃姜’为‘山东金昌大姜’变异株；‘安徽铜陵生姜’和‘山东昌邑大姜’为当地地方品种；冀姜系列品种为自育品种。

2017年4月将生姜种植于河北省唐山师范学院的试验基地（39°36′N、118°11′E），土质为砂壤土，土壤养分含量全氮（N）、有效磷（P）和速效钾（K）、有机质分别为1.67、46.92、193.48、37.05 g·kg-1，随机区组设计，小区面积4.5 m×10 m，种植密度7.5万株·hm-2，8个品种，3次重复，常规大田管理，10月中旬收获根茎，储藏、备用。

1.2 试验方法

1.2.1 材料处理及品质测定 收获时测定小区产量，在收获当天每小区各随机选取生姜15株，将其根状茎鲜样运回实验室立即清洗，去除表面浮土，然后用吸水纸吸干表面水分，挑选大小均匀、形状整齐，没有机械损伤的姜块进行混合取样，每个品种取样3份，每份500 g。将处理取样后材料进行切片，切片厚度3～5 mm，60～65 ℃烘干至恒重。烘干后材料进行粉碎，过60目筛，保存，备用。

用考马斯亮蓝G-250法[18-19]测定可溶性蛋白含量；蒽酮-硫酸法[20]测定可溶性糖含量；苯酚-硫酸法[21]测定多糖含量；超声法[22-24]制备提取液并测定姜辣素、姜黄素含量；NaNO2-AlNO3显色法[25]测定黄酮含量；有机溶剂浸提法制备提取液并测定[26]多酚含量；2,6-二氯靛酚钠滴定法[27]测定维生素C含量，各品质指标重复3次。

1.2.2 数据处理方法 利用SPSS 19.0软件进行数据分析，隶属函数法进行综合评价[28-29]。

2 结果与分析

2.1 不同生姜品种的品质比较

2.1.1 不同生姜品种可溶性蛋白含量比较 可溶性蛋白含量越高，蛋白质中必需氨基酸所占比例越大，植物具有越好的保健功能[9]。供试生姜可溶性蛋白含量分布在80.677～219.003 μg·g-1之间（图1）；其中，‘冀姜1号’可溶性蛋白含量最多，显著高于其他品种，‘冀姜5号’可溶性蛋白含量最少，其他介于二者之间。说明品种间可溶性蛋白质含量差异较大。

图1 不同生姜品种可溶性蛋白含量Fig. 1 Soluble protein content of different ginger varieties

2.1.2 不同生姜品种可溶性糖和多糖含量比较可溶性糖的含量高，细胞的渗透势就会下降，这有助于细胞或组织持水，以保护植物体细胞或组织不受到进一步的伤害，且其积累量与植物的多种生命活动有关[8]。不同品种生姜可溶性糖含量如图2所示，其中，‘山东昌邑大姜’可溶性糖含量235.950 0 μg·g-1，显著高于其他品种；‘冀姜7号’可溶性糖含量最少，为128.786 1 μg·g-1，显著低于其他品种。

图2 不同生姜品种可溶性糖含量Fig. 2 Soluble sugar content of different ginger varieties

多糖类化合物是使生姜具有抗氧化、抗辐射等多种生理功效的物质，其含量越高，说明功效越强[13]。在本研究中，不同品种生姜多糖含量差异显著，分布在1.23～9.09 mg·g-1之间（图3）；其中，‘山东昌邑大姜’多糖含量最多，显著高于其他品种；‘山东娃娃姜’中多糖含量最少，显著低于其他品种；其他介于二者之间。供试品种多糖含量最高值达到最低值的7倍多，说明二者之间多糖含量差异很大。

图3 不同生姜品种多糖含量Fig. 3 Polysaccharide content of different ginger varieties

2.1.3 不同生姜品种姜辣素和姜黄素含量比较 姜辣素是生姜的辛辣成分，其含量高低不仅能反映生姜的药用价值，也能说明生姜的食用价值。图4显示，‘冀姜5号’与‘冀姜18号’之间姜辣素含量差异不显著，其余样品姜辣素含量差异显著；其中，‘山东昌邑大姜’肉质根茎中姜辣素含量显著高于其他品种；‘冀姜1号’姜辣素含量显著低于其他品种。

图4 不同生姜品种姜辣素含量Fig. 4 Gingerols content of different ginger varieties

生姜是姜黄素最主要的来源，姜黄素含量越高，说明生姜的药理作用越强。在本研究中，不同品种生姜姜黄素含量差异显著，含量在27.340～107.692 μg·g-1之间（图5）；其中，‘山东昌邑大姜’姜黄素含量最高，显著高于其他品种，‘山东娃娃姜’姜黄素含量显著低于其他品种。

图5 不同生姜品种姜黄素含量Fig. 5 Curcumin content of different ginger varieties

2.1.4 不同生姜品种黄酮、多酚和维生素C含量比较 黄酮是生姜中主要的抗氧化成分之一，本试验中，不同品种生姜黄酮含量分布在3.805～7.679 mg·g-1之间（图6）；其中，‘山东昌邑大姜’中黄酮含量显著高于其他品种，为7.68 mg·g-1；‘冀姜2号’肉质根茎中黄酮含量最少，显著低于其他品种。

图6 不同生姜品种黄酮含量比较Fig. 6 Flavone content of different ginger varieties

不同生姜品种多酚含量分布在3 182.652～4 320.109 μg·g-1之间（图7）；其中，‘冀姜18号’肉质根茎中多酚含量显著性高于其他品种；‘冀姜7号’多酚含量显著性低于其他品种。

图7 不同生姜品种多酚含量Fig. 7 Polyphenol content of different ginger varieties

维生素C具有良好的美白祛斑和抗氧化、抗衰老功效[30]，是衡量蔬菜品质的重要指标[11]。由图8可见‘，冀姜1号’与‘冀姜5号’中维生素C含量差异不显著，其余样品之间维生素C含量差异显著，均分布在152.328～309.509 μg·g-1之间，其中，‘山东昌邑大姜’肉质根茎中维生素C含量最高，为309.509 μg·g-1，显著高于其他品种；‘冀姜2号’维生素C含量最少（152.328 μg·g-1），显著低于其他品种。

图8 不同生姜品种维生素C含量Fig. 8 Vc content of different ginger varieties

2.2 不同生姜品种品质的综合评价

利用隶属度（平均隶属函数值）来描述生姜营养品质指标的物质含量之间的模糊界限，反映生姜综合品质的优劣，隶属度越接近1，表明该生姜品种属于优种的程度越高，即综合品质越好[31]。由表1可见，供试8个生姜品种在唐山地区品质由高到低排序依次为‘山东昌邑大姜’＞‘冀姜18号’＞‘冀姜7号’＞‘冀姜1号’＞‘安徽铜陵大姜’＞‘冀姜5号’＞‘冀姜2号’＞‘山东娃娃姜’。结果表明，‘山东昌邑大姜’综合品质最好，而本课题组选育的冀姜系列的‘冀姜18号’‘冀姜7号’‘冀姜1号’等排在‘山东昌邑大姜’之后，品质较好。

表1 不同生姜品种的隶属函数值Table 1 Membership function value of different ginger varieties

2.3 不同生姜品种产量比较

不同生姜品种产量差异较大（图9），介于18 261.15～97 973.34 kg·hm-2之间，差异达到5倍多，其中‘冀姜5号’产量最高，为97 973.34 kg·hm-2，显著高于其他品种，‘安徽铜陵生姜’产量为18 261.15 kg·hm-2，与‘冀姜18号’产量差异不显著，二者显著低于其他生姜品种。结果表明，大多数冀姜系列生姜品种除了‘冀姜18号’，产量均较高，而‘山东昌邑大姜’产量仅比‘冀姜5号’低，‘山东娃娃姜’产量也能达到63 943.95 kg·hm-2，说明‘山东昌邑大姜’和‘山东娃娃姜’也适宜在唐山地区种植，可能是因为山东和河北地域距离较近，气候等条件较接近。

图9 不同生姜品种产量Fig. 9 Yield of different ginger varieties

3 讨论

随着生活质量的提高，蔬菜品质越来越受关注，生姜作为常见的调味蔬菜，需提高品质以满足消费需求。近年来，我国生姜生产发展迅速，产量、出口量均居世界第一位，但部分地区仍存在良种覆盖率低等问题，急需筛选更多高产、优质的品种，以加快育种进程，品质育种的关键是品质评价。

植物蛋白质是人体氨基酸的重要来源，而人体主要吸收利用的是可溶性蛋白，因此，可溶性蛋白含量高的植物种植、开发价值高[8]。糖类作为重要的物质基础，是生命体维持生命活动所需能量的主要来源，可溶性糖积累与植物的多种生命活动有关，尤有利于花芽分化[8]。维生素C的抗氧化作用与清除自由基作用十分显著，因而具有良好的美白祛斑和抗氧化、抗衰老之功效[30]。本研究将可溶性蛋白、可溶性糖和维生素C这3种物质作为评价生姜品质的指标，与姚礼发等[31]的研究结果较一致，但与田红梅等[2]的研究结果有差异，这可能由于供试生姜品种间差异，也可能由于种植生态环境条件变化会影响品质。多糖是植物体的能源物质，也是构成其细胞壁的重要组成成分，具有调节免疫、抗癌、抗氧化、辅助降血糖的功效[32]，在保健食品、医疗领域有广阔的应用前景。本研究测得生姜肉质根茎的多糖含量结果与赵文竹等[12]的研究结果相近。姜辣素和姜黄素是主要的生姜提取物。姜辣素具有抗氧化、抗突变、抗肿瘤、抗菌和调节免疫等功能，是生姜呈现药理作用的主要功能因子之一；姜黄素具有降脂、降糖、抗炎、抗癌、抗氧化等药理作用，是植物界少有的具有二酮的色素[33]。本研究生姜肉质根茎姜辣素、姜黄素含量略低于赖海涛等[22]、高晓东等[33]的研究结果，这可能是由于品种间差异且种植地点不同造成的。黄酮、多酚是天然存在的强抗氧化剂，黄酮具有降血脂、降血压、抗心脑血管疾病、抗肿瘤、抗氧化以及阻止细胞退化、衰老等生理活性[15]，多酚的抗氧化功能还对多种慢性病起到预防作用[27]。本研究中供试材料黄酮、多酚含量与李杰等[15]、刘军伟等[16]的研究结果相近。

谭金霞等[11]对12个山东地区生姜品种各成分进行相关性分析，发现测定指标间存在不同程度的相关性，且生姜营养成分丰富，仅以某个指标评价生姜品质可能导致结果出现偏差。他们利用主成分分析法对供试材料品质进行了综合评价，但主成分分析法是针对选择的指标进行分析，而且不同研究选取的指标不尽相同，所以主成分分析只能针对所选取的指标进行选取分析，当指标数量不多时，可以对所有指标进行评价。本研究利用隶属函数法进行综合评价，隶属函数法是根据模糊数学的原理在单因素隶属度对各指标作出单项评估，然后对各因素的隶属度进行加权算数平均，计算综合隶属度，得出综合评估的指标值，其结果越接近0越差，越接近1越好[34]。谭金霞等[11]利用主成分分析法认为‘山东昌邑大姜’品质最好，本研究利用隶属函数法进行评价的结果与此一致。供试8个生姜品种在唐山地区品质表现由高到低排序依次为‘山东昌邑大姜’＞‘冀姜18号’＞‘冀姜7号’＞‘冀姜1号’＞‘安徽铜陵大姜’＞‘冀姜5号’＞‘冀姜2号’＞‘山东娃娃姜’。关于生姜品质评价指标选择不同的专家学者并不完全相同，郭孝萱等[35]认为，生姜活性成分与生姜生理功能有很大关系，所以选择生姜中具有代表性的活性成分指标包括姜精油、姜酚、姜烯酚和生姜黄酮作为生姜营养品质的评价；韩春梅等[10]选择了维生素、蛋白质、姜辣素、硝酸盐和可溶性糖含量作为评价生姜品质的指标。本研究仅就部分营养成分和生物活性物质进行了分析，其他成分需要进一步研究。

本研究中‘冀姜5号’产量最高，显著高于其他7个供试生姜品种，‘山东昌邑大姜’次之，而品质综合评价在第2位的‘冀姜18号’，产量只有18 371.85 kg·hm-2，品质排在第3位的‘冀姜7号’，产量只有44 534.85 kg·hm-2，而‘山东昌邑大姜’的综合品质为供试材料首位，说明‘山东昌邑大姜’无论在产量还是品质，在唐山地区均表现较优异，可以在唐山地区进行引种及推广；而新选育的冀姜系列中没有在品质和产量均表现明显优异的品种，所以在后续的研究中对于产量高的品种如‘冀姜5号’应着重进行品质提升研究，品质好的品种如‘冀姜18号’应着重进行产量提高研究。