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基于模糊数学隶属函数法评价不同菜薹品种的营养品质与食用感官品质

2024-10-09杨心彪黄兴学朱学娜叶语桦汪爱华林处发冯军周国林刘睿

湖北农业科学 2024年9期

摘要:为进一步挖掘菜用油菜薹(Brassica napus L.,简称油菜薹)的营养与食用品质特性,以市场常见薹用蔬菜紫菜薹(Brassica campestris var. purpuraria,又称红菜薹)和菜心(Brassica campestris L. ssp.chinensis var. utilis Tsen et Lee,别称白菜薹) 为比较对象,对3种菜薹(共15个不同品种)的食用感官及营养指标(总酚、类黄酮、维生素和矿物质元素等)进行比较,并采用模糊数学隶属函数法筛选出综合品质高的菜用油菜品种。结果表明,3种菜薹在品质上存在较大差异,就营养品质而言,油菜薹的平均总酚、可溶性蛋白质、维生素C、维生素B2、K、Se含量均高于红菜薹和白菜薹。油菜薹在K元素含量较高的同时还具有较低的Na/K比,属于低钠高钾食物,其Se含量远高于国家富硒蔬菜的最低标准,是红菜薹的1.6倍,是白菜薹的3.4倍,Cd、Pb等重金属元素含量均低于中国绿色食品绿叶类蔬菜的标准NY/T 743—2020。就感官品质而言,油菜薹的平均感官得分(86.04分)最高,优于红菜薹和白菜薹。基于模糊数学隶属函数法显示,油菜薹综合得分排名整体较为靠前,其中硒滋圆2号、21YC-76、狮山2017油菜薹综合排名较高,适合作为越冬薹用蔬菜品种进行推广。

关键词:模糊数学; 菜薹; 营养品质; 食用感官品质

中图分类号:TS255.1 文献标识码:A

文章编号:0439-8114(2024)09-0134-08

DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.09.023 ; 开放科学(资源服务)标识码(OSID):

Evaluation of the nutritional and food sensory qualities of different vegetable shoots based on the fuzzy mathematical affiliation function method

YANG Xin-biao1, HUANG Xing-xue2, ZHU Xue-na1, YE Yu-hua1, WANG Ai-hua3, LIN Chu-fa3,

FENG Jun4, ZHOU Guo-lin2, LIU Rui1

(1. Key Laboratory of Environmental Correlative Dietology, Ministry of Education/College of Food Science and Technology, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China;2. Vegetable Research Institute of Wuhan Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430065, China;3. Wuhan Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430065, China;4. Hubei Linghu Shangpin Hongshan Flower Stalk Industry Co., Ltd., Wuhan 430064, China)

Abstract: In order to further explore the nutritional and edible quality characteristics of vegetable rapeseed sprouts (Brassica napus L.) (abbreviation:rapeseed sprouts), the purple rapeseed shoots(Brassica campestris var. purpuraria, also known as red rapeseed shoots)and cabbage hearts(Brassica campestris L. ssp. chinensis var. utilis Tsen et Lee, also known as white rapeseed shoots), which were common vegetables used in the market for shoots, were used as comparative objects to analyze the edible sensory and nutritional indexes(total phenols, flavonoids, vitamins, mineral elements, etc.)of three types of vegetable shoots(a total of 15 different varieties), and the fuzzy mathematical subordinate function method was used to screen out vegetable rapeseed varieties with high comprehensive quality. The results showed that there were large differences in quality among the three types of vegetable shoots, and as far as nutritional quality was concerned, the average total phenol, soluble protein, vitamin C, vitamin B2, K, and Se contents of rapeseed sprouts were higher than those of red rapessed shoots and white rapeseed shoots. Rapeseed sprouts with the high K element content also had a low Na/K ratio, and belonged to the low-sodium and high-potassium food. Their Se content was much higher than the national minimum standard for selenium-rich vegetables, 1.6 times as much as red rapeseed shoots, 3.4 times as much as white rapeseed shoots, and the content of heavy metal elements, such as Cd and Pb, was lower than China’s green food green leafy vegetable standard NY/T 743—2020. As far as sensory quality was concerned, rapeseed sprouts had the highest average sensory score (86.04 points), which was superior to red rapeseed shoots and white rapeseed shoots. Based on the fuzzy mathematical affiliation function method, the overall ranking of the comprehensive score of rapeseed sprouts was relatively high, among which selenium Ziyuan No. 2, 21YC-76, and Shishan 2017 rapeseed sprouts had a higher comprehensive ranking, and were suitable for promotion as overwintering shoots vegetable varieties.

Key words: fuzzy mathematics; vegetable shoots; nutritional quality; food sensory quality

油菜(Brassica napus L.)是十字花科芸薹属的草本植物,在其抽薹期间的鲜嫩枝叶称为油菜薹。油菜薹在民间又称作芸薹、寒菜和菜心,是湖北省乃至长江中下游地区重要的越冬薹用蔬菜。根据油菜的形态特征和遗传亲缘关系的差别,主要可分为甘蓝型、芥菜型和白菜型3类[1]。白菜型油菜包括紫菜薹(Brassica campestris var. purpuraria,又称红菜薹)和菜心(Brassica campestris L. ssp. chinensis var. utilis Tsen et Lee,又称白菜薹)两大类[1],主要用作食用蔬菜,不用于榨油,洪山菜薹是红菜薹的典型代表;芥菜型油菜在民间又称为高油菜和苦油菜,由于其产油率低且品质差,因此目前在国内种植相对较少;甘蓝型油菜常简称为油菜,是中国主要的油料作物,其抗逆性及抗病性强,分枝多,菜子产油率高且稳定,种植面积达676.5万hm2,占国内油菜种植面积的75%以上[2]。

随着人们的生活品质不断提高,安全、绿色、健康的蔬菜品质已成为中国蔬菜产业发展的方向和重点[3]。近年来,市场上涌现出许多特点鲜明的菜用油菜品种,如华中农业大学培育的狮山菜薹具有富含维生素、膳食纤维及矿物质元素的特点[4],中国农业科学院油料作物研究所王汉中团队培育的硒滋圆系列油菜还具“三高一低”即高钙、高硒、高维生素C、低镉等功能型蔬菜的特点[5,6]。作为菜用油菜薹(简称油菜薹),其营养品质与食用感官品质至关重要,目前国内对菜用油菜的品质研究多集中在栽培育种[4,7-9]和田间性状比较[10,11]方面,而鲜有研究将油菜薹与白菜薹、红菜薹的营养品质及感官品质进行系统综合比较。理清上述问题,可以为油菜薹的育种、栽培和产品开发提供依据,对提高油菜全产业链的发展具有重要的理论和实践参考价值。

模糊数学隶属函数评价法,能基于模糊数学的隶属度和隶属函数理论,将影响综合质量的诸多因素进行抽象化并建立理性的评价模型,可将相对复杂且不确定的影响因素数学化,使结果更加清晰,可较好地解决模糊、难以量化的问题[12]。

本研究采用超高效液相色谱法(UPLC)、电感耦合等离子体质谱法(ICPMS)和感官品鉴等试验方法,将油菜薹与传统的白菜薹、红菜薹的营养品质及感官品质进行对比分析,并通过模糊数学隶属函数法筛选出营养品质高、口感好的菜用油菜品种,为后续油菜薹的育种、栽培与产品开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

所用菜薹样品分为红菜薹(HCT)、白菜薹(BCT)、油菜薹(YCT)3类,每类分别包括5个品种,共计15个品种,样品名称及整体外观如图1所示:第1排为红菜薹,第2排为白菜薹,第3排为油菜薹。

原始样品的选取采用随机取样法,即在每个品种的菜薹种植区内选取有代表性的3个取样点,在每个取样点随机摘取长15~25 cm、截面直径0.5~1.5 cm、叶型完整,未受病虫害侵袭的30株菜薹,共计90株菜薹为原始样品。将样品随机分成2份,将其中一份洗净、沥水、切碎后在-60 ℃下预冻 2 h,真空冷冻干燥48 h后,打粉过60目筛,于-80 ℃冰箱中密封保存,用于理化指标的测定;另一份新鲜菜薹用于感官品鉴。

[21YC-76 21YC-81 狮山2017 狮山2020 硒滋圆2号][HCT4-2 HCT4-4 HCT7-4 HCT5-15 HCT1-1][M138 M576 M594 M600 Z63]

样品信息如表1所示。其中,狮山2017、狮山2020均来源于华中农业大学校内种植基地(洪山区),其余13个品种来源于湖北省武汉市农业科学院北部园区(黄陂区)。在取样前,天气状况稳定,并无打霜和明显降温等情况发生。

1.2 主要试剂

色谱甲醇、乙腈、乙酸购于美国Fisher公司;浓硝酸、金属元素标准品购于美国安捷伦科技有限公司;草酸、柠檬酸、苹果酸标准品、考马斯亮蓝、2,6-二氯靛酚、纤维素均购于上海源叶生物科技有限公司;浓硫酸、氢氧化钠等购于国药集团化学试剂有限公司。

1.3 仪器与设备

ATY-244型电子分析天平,岛津公司;HH-4型恒温水浴锅,国华电器有限公司;LDJ-18型真空冷冻干燥机,北京松源华兴科技发展有限公司;Multiskan GO型酶标仪、UltiMate3000 UHPLC型液相色谱仪,Thermo Fisher Scientific;Aglient7800型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS),安捷伦科技有限公司;Jupiter-A型多通量微波消解仪,上海新仪微波化学科技有限公司。

1.4 方法

1.4.1 菜薹的品质测定 总酚、类黄酮与花青素含量的测定参照曹建康等[13]的方法;可溶性糖、可滴定酸、可溶性蛋白质、粗纤维含量的测定参照王学奎等[14]的方法;维生素C含量参照GB 5009.86—2016 食品中抗坏血酸的测定;维生素B1、维生素B2含量的测定参考张隆龙等[15]的方法;苹果酸、草酸、柠檬酸含量的测定参照Chen等[16]的方法。

矿物质元素和重金属元素的测定参考GB 5009.268—2016《食品中多元素的测定》中第一法,采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定Na、K、Ca、Fe、Zn、Se、Mg、Mn、Ni、Cu、As、Cd、Hg、Pb的含量。

1.4.2 菜薹的感官评价 薹用蔬菜的主要食用方式为炒熟后食用,因此试验模拟在日常生活中菜薹主要食用方式并评价其感官品质。选取18名经过感官训练的评定员组成评价小组。将当天采摘符合标准的新鲜菜薹1 000 g洗净、沥干水分,切成5 cm的长度并混匀。在锅中加入40 mL食用油置于电磁炉上加热,待油温升至约100 ℃时倒入样品,大火翻炒3 min,加入5 g食盐稍加翻炒即可,供感官评价,每个评定人员在品鉴过程中严格按照评价程序并在专业感官评价实验室进行[17]。评鉴采用综合打分法,从色泽(20分)、质地(30分)、滋味(30分)、气味(20分)4个方面进行综合评分,评价标准如表2所示。

1.5 数据分析

试验设置3次平行,采用Excel 2016软件对数据进行统计分析,结果以平均值±标准差表示,采用变异系数(Coefficient of variation,CV)评估同一类型菜薹中某一指标的差异。采用SPSS 26.0软件进行统计学显著性分析,多组间比较采用单因素方差分析(ANOVA),P<0.05表示有显著性差异。

采用模糊数学隶属函数法[18]对参试品种的可溶性糖、可滴定酸、可溶性蛋白质、总酚、类黄酮、花青素、纤维素、维生素B1、维生素B2、维生素C、K、Ca、Fe、Zn、Se和感官得分共计16项指标,综合评价菜薹的品质,计算公式如下。

综合隶属函数值:Xi(u)= [∑X ij(u)]/n

正向隶属函数值:Xij(u) =(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

负向隶属函数值:Xij(u)=1-(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

式中,∑X ij(u)为i品种j指标的累加隶属函数值;X ij 为i品种j指标的测定值;Xjmin为在j指标下的最小值;Xjmax为在j指标下的最大值。通过上述公式分别计算各品种各指标下的隶属函数值,累加得到各品种的总隶属函数值,并依据总隶属函数值进行排名。

2 结果与分析

2.1 不同品种菜薹的总酚、类黄酮、花青素含量

由表3可知,3类菜薹总酚平均含量表现为油菜薹(67.55 ΔOD/g)>白菜薹(66.81 ΔOD/g)>红菜薹(62.30 ΔOD/g),油菜薹总酚含量为63.76~72.72 ΔOD/g,红菜薹总酚含量为59.25~65.26 ΔOD/g,白菜薹总酚含量为63.67~71.25 ΔOD/g,油菜薹与白菜薹的总酚含量差异不大。

3类菜薹的类黄酮平均含量表现为白菜薹(22.02 ΔOD/g)>油菜薹(21.94 ΔOD/g)>红菜薹(12.77 ΔOD/g),白菜薹类黄酮含量为17.44~25.89 ΔOD/g,油菜薹类黄酮含量为16.94~29.28 ΔOD/g,红菜薹含量为11.44~17.19 ΔOD/g。

红菜薹花青素平均含量为4.04 ΔOD/g,变异系数为44.55%,说明在5个红菜薹品种中花青素含量差异较大,其中HCT7-15花青素含量最高,为5.93 ΔOD/g,而含量最低的HCT1-1仅为1.71 ΔOD/g。红菜薹的茎皮、叶片中含有丰富的花青素[19],在3类菜薹中,花青素为红菜薹所特有。

2.2 不同品种菜薹的可溶性糖、可滴定酸含量

由表4可知,可溶性糖平均含量表现为红菜薹=白菜薹(0.28%)>油菜薹(0.21%),表明在此批样品中,红菜薹和白菜薹的总体甜度较油菜薹甜。

可滴定酸的平均含量表现为白菜薹(1.32%)>红菜薹(1.06%)>油菜薹(0.91%),白菜薹的可滴定酸平均含量最高,且变异系数最大,为80.30%,表明在5个不同品种的白菜薹中,可滴定酸含量存在较大差异,有着丰富的遗传多样性。油菜薹的可滴定酸平均含量最低,且其变异系数最小,为8.79%,因此可以推断出,就口感而言,油菜薹的整体酸感会低于红菜薹和白菜薹。

2.3 不同品种菜薹的有机酸含量

由表5可知,不同品种的菜薹其有机酸含量存在差异,但含量最多的有机酸均是苹果酸,这与大部分蔬菜相似[20]。

有机酸对提升食品风味有重要作用[21],可能是影响菜薹口感优劣的因素之一。苹果酸带有令人愉快的酸味,可以赋予菜薹特殊的果香味,其含量表现为红菜薹[217.98 mg/(g DW)]>白菜薹[191.72 mg/(g DW)]>油菜薹[133.00 mg/(g DW)],红菜薹苹果酸平均含量最高,油菜薹苹果酸平均含量最低,且变异系数较大,说明不同品种的油菜薹其苹果酸含量存在较大差异。

草酸平均含量表现为红菜薹[35.28 mg/(g DW)]>油菜薹[32.85 mg/(g DW)]>白菜薹[25.36 mg/(g DW)],红菜薹草酸平均含量最高,白菜薹平均含量最低,而草酸给人以苦涩感,含量过高不利于加工,因此,就草酸含量而言,白菜薹可能具有更好的加工品质。

柠檬酸含量表现为油菜薹[29.88 mg/(g DW)]>白菜薹[24.10 mg/(g DW)]>红菜薹[18.13 mg/(g DW)],油菜薹柠檬酸含量最高,红菜薹含量最低。

2.4 不同品种菜薹的可溶性蛋白质、纤维素含量

由表6可知,可溶性蛋白质平均含量表现为油菜薹[61.10 mg/(g DW)] >白菜薹[52.15 mg/(g DW)]>红菜薹[50.10 mg/(g DW)]。在油菜薹5个品种中,硒滋圆2号可溶性蛋白质含量最高,为66.74 mg/(g DW),红菜薹与白菜薹中分别为HCT4-4[59.30 mg/(g DW)]、M600[60.54 mg/(g DW)]的含量最高。就可溶性蛋白质含量而言,油菜薹相比白菜薹和红菜薹具有更高的营养品质。

纤维素可以促进人体内的肠胃蠕动,但含量过高时,会使菜薹口感变差,可食性降低,并且还会降低其他营养元素的利用率[22]。3类菜薹中纤维素含量表现为红菜薹[6.94 mg/(g DW)] >白菜薹[6.56 mg/(g DW)] >油菜薹[5.40 mg/(g DW)],这表明油菜薹相较于白菜薹、红菜薹而言,口感更佳且具有更高的可食性。

2.5 不同品种菜薹的维生素类含量

由表7可知,菜薹维生素B1的平均含量表现为红菜薹[0.33 mg/(g DW)]>油菜薹[0.16 mg/(g DW)]>白菜薹[0.10 mg/(g DW)],红菜薹品种中,HCT7-4的维生素B1含量最高,为0.47 mg/(g DW),油菜薹品种中,硒滋圆2号维生素B1含量最高,为0.24 mg/(g DW),白菜薹品种中,M576、Z63的维生素B1含量最高,为0.11 mg/(g DW)。其中,油菜薹维生素B1的变异系数最大,为54.70%,远大于红菜薹和白菜薹。

菜薹维生素B2平均含量表现为油菜薹[0.52 mg/(g DW)]>白菜薹[0.23 mg/(g DW)]>红菜薹[0.20 mg/(g DW)],油菜薹的维生素B2含量为0.40~0.62 mg/(g DW),白菜薹含量为0.13~0.33 mg/(g DW),红菜薹含量为0.12~0.39 mg/(g DW)。由此可知,油菜薹的维生素B2含量普遍比红菜薹、白菜薹的含量高。3种菜薹中,红菜薹的维生素B2变异系数最大,为56.74%。

菜薹维生素C平均含量表现为油菜薹[0.45 mg/(g DW)] >白菜薹[0.32 mg/(g DW)] >红菜薹[0.29 mg/(g DW)],油菜薹的维生素C含量为0.36~0.54 mg/(g DW),白菜薹维生素C含量为0.24~0.40 mg/(g DW),红菜薹维生素C含量为0.26~0.36 mg/(g DW)。由此可知,油菜薹的维生素C含量比红菜薹、白菜薹的含量高。

2.6 不同品种菜薹的矿物质含量

由表8可知,不同品种的菜薹对矿物质元素的富集能力有所差异,红菜薹对Zn的富集能力较强,油菜薹对K、Se、Mg、Mn、Ni元素富集能力较强,白菜薹对Na、Ca、Fe元素富集能力较强,造成富集能力差异的原因可能与菜薹的栽培环境以及植株根系对矿物质元素的选择吸收能力有关[23]。

15个品种菜薹的Cd、Pb等重金属元素含量均低于中国绿色食品绿叶类蔬菜的标准NY/T 743—2020,并且都含有丰富的K元素,Na/K均<0.1,属于低钠高钾食物,其中油菜薹的K元素平均含量最高,为366.39 μg/(g DW),红菜薹平均含量为354.91 μg/(g DW),白菜薹平均含量最低,为289.88 μg/(g DW),由此可知,油菜薹具有较高的K含量同时还具有较低的Na/K,在日常生活中人们可以适当增加油菜薹的摄入。除此之外,油菜薹[0.41 μg/(g DW)]的硒含量明显高于红菜薹[0.25 μg/(g DW)]和白菜薹[0.12 μg/(g DW)],其中硒滋圆2号[0.54 μg/(g DW)]的硒含量最高,狮山2017[0.45 μg/(g DW)]次之。据《DB13/T 2702—2018 富硒农产品硒含量要求》显示,农产品的硒含量为0.1~1.0 mg/kg时,即视为富硒农产品,油菜薹硒含量远高于最低富硒标准。因此可以推测,3种类型的菜薹中,油菜薹更具备功能型蔬菜的潜力,可作为日常膳食中重要的补硒来源。

2.7 不同品种菜薹的感官评鉴

薹用蔬菜的主要食用方式为炒熟后食用,本研究采用炒制的方法对3类菜薹炒制后的色泽、质地、气味和滋味进行评价,分别赋予权重0.2、0.3、0.3、0.2。在此过程中,仅用油、盐进行调味,可以较好地反映菜薹本身的品质特性[17],经过炒制后的菜薹色泽外观如图2所示。

由表9可知,就品鉴总分结果而言,油菜薹的平均感官评分为83.3,评分最高,红菜薹平均评分为78.1,位居第二,白菜薹平均评分最低,为75.6。通过对比发现油菜薹与白菜薹的色泽评分高于红菜薹,可能与红菜薹在炒制的过程中花青素分解有关,导致色泽较为暗淡,外观色泽评分较低。油菜薹的滋味、气味评分总体而言高于白菜薹、红菜薹,并且其感官总分的变异系数最小,为3.32%。由品鉴结果可知,油菜薹相较于白菜薹、红菜薹具有更好的食用口感。

2.8 模糊数学隶属函数法评价不同品种菜薹品质

利用模糊数学隶属函数法对参试的菜薹品质进行综合评价,隶属函数值越大说明该品种在这一指标下表现越好,总隶属函数值越大则表明该品种的综合表现最好。由表10可知,3类薹用蔬菜中,油菜薹的总体排名较高,其中硒滋圆2号、21YC-76、狮山2017的总隶属函数值分别为9.63、8.07、7.82,总体排名前3,表明其理化性质与感官食用品质综合最优,适合作为越冬薹用蔬菜推广品种。

3 小结与讨论

油菜薹是油菜植株贮藏营养物质的关键器官,作为蔬菜食用具有较高的营养品质[24,25]。本研究对油菜薹、红菜薹和白菜薹这3类菜薹的营养品质和食用感官品质进行了比较分析,结果表明,油菜薹具有非常明显的优势;油菜薹的维生素C、维生素B2的含量高于红菜薹和白菜薹,而维生素C是植物体内重要的抗氧化成分,能起到清除自由基和活性氧的功能,对人体健康具有积极作用,可以预防多种慢性疾病[26]。有研究表明,维生素C的合成与光合作用[27]、施肥量和肥料比例[28]以及关键酶[29]的作用有关,而油菜薹分蘖性强,且叶片大,使得油菜薹光合作用较强,光合同化产物多,在关键酶的作用下,维生素C合成增多。此外,油菜薹对全Se的富集效果要优于红菜薹和白菜薹,造成Se含量差异的原因可能与不同品种菜薹植株的根系对微量元素的选择吸收有关,同时也与其从根系到菜薹顶部的长距离运输能力相关[25],然而对于矿物质元素富集能力差异的机制还有待进一步研究。在本研究中,红菜薹和白菜薹的可溶性糖含量高于油菜薹,而林宝刚等[25]的研究表明菜用油菜薹(浙油50)的可溶性糖含量显著高于红菜薹(金秋红2号)和白菜薹(上海青),分别是它们的2.03、1.82倍,造成此种差异的原因可能与不同品种的菜薹对糖分的积累能力差异以及土壤的氮肥含量有关[30,31]。对食用蔬菜而言,蔬菜口感至关重要,有研究表明,植物细胞中糖分含量高可使蔬菜甜度增大,是口感的重要基础。通过感官品鉴发现油菜薹炒制后的口感优于红菜薹和白菜薹,造成油菜薹可溶性糖含量相对较低但是口感却优于红菜薹和白菜薹的原因可能与油菜薹质构、有机酸及挥发性成分有关[32]。

本研究综合分析显示,油菜薹中的总酚、可溶性蛋白质、维生素C、维生素B2、Se的含量以及炒制后的感官得分均高于红菜薹和白菜薹,说明油菜薹营养丰富,具有较高的营养价值和食用价值,作为绿色健康蔬菜甚至功能型蔬菜具有较大前景,可作为日常膳食中补充维生素类的重要蔬菜。本试验中,3个品种硒滋圆2号、21YC-76、狮山2017油菜薹的综合品质较高,适合作为越冬薹用蔬菜推广品种。

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收稿日期:2023-01-04

基金项目:国家大宗蔬菜产业技术体系项目(CARS-23- G27)

作者简介:杨心彪(1996-),男,江西赣州人,主要从事特色农副产品精深加工,(电话)15646701592(电子信箱)1826881734@qq.com;通信作者,周国林,(电子信箱)glzhou@126.com;刘 睿,(电子信箱)liurui@mail.hzau.edu.cn。

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