妥樂銀杏堅(jiān)果外觀性狀和果仁營(yíng)養(yǎng)成分分析

嚴(yán) 冬,卜程洪,劉 云,闞 歡,趙 平,,*

(1.西南林業(yè)大學(xué)西南地區(qū)林業(yè)生物質(zhì)資源高效利用國(guó)家林業(yè)和草原局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,云南昆明 650224; 2.興義市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局,貴州興義 562400; 3.西南林業(yè)大學(xué)西南山地森林資源保育與利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,云南昆明 650224)

銀杏(Ginkgobiloba)是銀杏科銀杏屬落葉喬木,又名鴨掌樹、白果和公孫樹,喜光,對(duì)土壤的適應(yīng)性廣[1]。其生長(zhǎng)緩慢,壽命長(zhǎng),是世界現(xiàn)存遺留下來最古老的孑遺植物,被稱為“活化石”,并享有“植物界熊貓”的美譽(yù)[2]。銀杏是我國(guó)主要的經(jīng)濟(jì)樹種,其自然分布東起江蘇及臺(tái)灣,西到甘肅、四川盆地西緣,北到遼寧,南到廣東廣西,遍及中國(guó)各個(gè)省份[3]。銀杏種實(shí)的核俗稱白果,其果仁營(yíng)養(yǎng)豐富,藥食兩用,不僅含有蛋白質(zhì)、維生素等營(yíng)養(yǎng)元素,還含有銀杏酸、銀杏內(nèi)酯、黃酮類、多糖等多種活性成分,在食品、保健品、化妝品、醫(yī)藥品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用[4-8]。

表1 供試5株銀杏樹的基本數(shù)據(jù)Table 1 Basic data of tested five Ginkgo trees

近年來國(guó)內(nèi)外關(guān)于銀杏的研究大部分集中在銀杏葉提取物藥用價(jià)值[9-10]和優(yōu)良無性系選育上[11-16],而有關(guān)銀杏堅(jiān)果外觀性狀及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)綜合分析的研究鮮有報(bào)道,僅刑世巖等[17]分析比較了山東產(chǎn)5個(gè)優(yōu)良單株的生理生化指標(biāo),熊壯等[18]分析了山東省和江蘇省17個(gè)銀杏無性系的種核形態(tài)特征及種核內(nèi)含物的含量指標(biāo),評(píng)價(jià)了各指標(biāo)的變異以及指標(biāo)間的相關(guān)性,卜程洪等[19]則對(duì)云南省騰沖市江東村古銀杏的主要外觀性狀和營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行了品質(zhì)比較分析。貴州省盤州市至今保存著數(shù)量可觀的銀杏殘存種群和至少三處以上的“銀杏森林-人居群落”[20],其中盤州市妥樂村擁有保存較為完善的古銀杏群落旅游資源[21-22]。本研究以貴州省盤州市妥樂村5株銀杏堅(jiān)果為研究對(duì)象,對(duì)它們的主要外觀性狀和果仁營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行分析,并結(jié)合主成分分析法對(duì)銀杏堅(jiān)果品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),以期為該地區(qū)古銀杏優(yōu)良單株的選擇及其銀杏產(chǎn)業(yè)資源的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試材料銀杏果 于2017年9月采自貴州省盤州市石橋鎮(zhèn)妥樂村,該村位于盤州市的西南地區(qū),E104 °23′～104 °39′,N25 °32′～26 °14′,其全年平均氣溫為15.2 ℃,日照時(shí)數(shù)1593 h,年均降水量1390 mm。選取妥樂村5株百年以上銀杏樹,其經(jīng)緯度、海拔、樹高等基本數(shù)據(jù)見表1,各株隨機(jī)采集銀杏果3.0 kg,編號(hào)為1～5號(hào)備用;氫氧化鈉、硫酸銅、酒石酸鉀鈉 天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司;鹽酸、冰乙酸 重慶川東化工(集團(tuán))有限公司;苯酚、亞甲藍(lán) 云南楊林工業(yè)開發(fā)區(qū)汕滇藥業(yè)有限公司;硫酸、乙醇 天津市永大化學(xué)試劑有限公司;硝酸銀 天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司;2,6-二氯靛酚 中國(guó)公私合營(yíng)新中化學(xué)廠;氫氧化鉀 廣東光華化學(xué)廠有限公司;酚酞 上海源葉生物科技有限公司;以上所有試劑均為分析純。

ISO-9001電子數(shù)顯卡尺 桂林量具刃具有限責(zé)任公司;XS105分析天平 賽多科斯科學(xué)儀器有限公司;DGH-9140A數(shù)顯電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;UV-2600紫外可見分光光度計(jì) 島津儀器(蘇州)有限公司;L-3000氨基酸自動(dòng)分析儀 蘇州華美辰儀器設(shè)備有限公司;ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 北京京科瑞達(dá)科技有限公司;TL851-3D全自動(dòng)凱氏定氮儀 德陽立達(dá)儀器有限責(zé)任公司。

1.2 外觀形狀分析

從各片區(qū)銀杏堅(jiān)果隨機(jī)選取30粒,采用電子數(shù)顯卡尺測(cè)量果縱徑、果橫徑、核長(zhǎng)、核寬、核厚、外種皮厚;采用分析天平稱量鮮果重、外種皮重、核重、仁重,并按公式(1)～(4)分別計(jì)算核形系數(shù)、果形系數(shù)、出核率和出仁率。

核形系數(shù)=核長(zhǎng)÷核寬

式(1)

果形系數(shù)=果縱徑÷果橫徑

式(2)

出核率(%)=核重÷銀杏果總質(zhì)量×100

式(3)

出仁率(%)=仁重÷銀杏果總質(zhì)量×100

式(4)

1.3 營(yíng)養(yǎng)成分分析

上述樣品除去種核后所得新鮮種仁委托農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(昆明)進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)成分分析,參照以下方法進(jìn)行測(cè)定?？傸S酮含量 NY/T 1295-2007方法[23];礦質(zhì)元素含量參照國(guó)標(biāo)GB 5009.268-2016方法[24];水含量參照國(guó)標(biāo)GB 5009.3-2016方法[25];蛋白質(zhì)含量參照國(guó)標(biāo)GB 5009.5-2016方法[26];總酸含量參照國(guó)標(biāo)GB/T 12456-2008方法[27];總糖含量參照國(guó)標(biāo)GB/T 5009.7-2016方法[28];維生素C含量參考國(guó)標(biāo) GB 5009.86-2016方法[29];粗纖維含量參照國(guó)標(biāo)GB/T 5009.10-2003方法[30];氨基酸含量參照國(guó)標(biāo)GB/T 5009.124-2016方法[31]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)均作3次重復(fù),各項(xiàng)測(cè)定指標(biāo)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示,并采用Excel 2010和SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行多重比較。

表2 銀杏外觀性狀分析Table 2 Analysis of appearance characters of ginkgo

2 結(jié)果與分析

2.1 外觀性狀分析結(jié)果

銀杏形態(tài)特征性狀的變異分析結(jié)果如表2所示,由表2可知,銀杏在鮮果重、果縱徑、果橫徑、外種皮厚、外種皮重、核重、核寬、核長(zhǎng)、核厚、單仁重、出核率、出仁率、果形系數(shù)及核形系數(shù)14個(gè)測(cè)定性狀方面均存在著不同程度的變異,但總體上性狀變異程度不大。

表3 銀杏中一般營(yíng)養(yǎng)成分含量Table 3 The contents of general nutritional components of ginkgo

其中,外種皮重變異程度最大(19.992%),說明外種皮重的遺傳多樣性比較豐富,厚薄不一,一致性較差,而果形系數(shù)變異幅度最小(3.960%)。由方差分析結(jié)果可知,除出仁率差異不顯著外,其它13個(gè)指標(biāo)差異均達(dá)到極顯著水平(P<0.01),可見銀杏形態(tài)總體上表現(xiàn)不一,說明供試銀杏具有較高的遺傳多樣性。進(jìn)一步對(duì)參試樣品進(jìn)行多重比較發(fā)現(xiàn):樣品1號(hào)的鮮果重最大(6.86 g),其次是樣品4號(hào)(6.72 g);樣品4號(hào)的核重最大(1.92 g),其次是樣品3號(hào)(1.67 g);樣品4號(hào)的單仁重最大(1.56 g),其次是樣品3號(hào)(1.36 g)。外種皮重、出核率、外種皮厚、鮮果重、核重、單仁重、核厚和出仁率的變異系數(shù)均大于10%,差異明顯。

2.2 一般營(yíng)養(yǎng)成分分析結(jié)果

銀杏果一般營(yíng)養(yǎng)成分含量測(cè)定結(jié)果如表3所示,銀杏的營(yíng)養(yǎng)成分中均含有VC、粗纖維、總糖、總酸、蛋白質(zhì)、水分、總黃酮等。由方差分析結(jié)果可知,總糖和VC差異不顯著,其余各營(yíng)養(yǎng)成分差異極顯著(P<0.01)。銀杏中的蛋白質(zhì)含量無明顯差異,含量最低為4.17%(1號(hào)),最高為5.47%(4號(hào)),其含量與其他產(chǎn)區(qū)銀杏蛋白質(zhì)含量相當(dāng)[17-19],雖低于其他堅(jiān)果如云南泡核桃(17.15%)[32]和澳洲堅(jiān)果(7.17%)[33],但除樣品1號(hào)外均超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的蛋白質(zhì)含量(大于等于4.30 g/100 g)[34]。粗纖維中,樣品3號(hào)含量最高(2.24%),樣品5號(hào)含量最低(1.10%);總糖與總酸含量均低于1.0%,總糖中樣品2號(hào)含量最高(0.73%),樣品1號(hào)含量最低(0.29%),總酸中樣品3號(hào)含量最高(0.55%),樣品2號(hào)和樣品5號(hào)含量最低(0.46%);水分含量中最高的是樣品5號(hào)(65.1%),最低的是樣品3號(hào)(46.1%);總黃酮含量中最高的是樣品2號(hào)(0.024%),最低的是樣品5號(hào)(0.014%);VC含量中最高的是樣品2號(hào)(36.0 mg/100 g),含量最低的是樣品1號(hào)(22.7 mg/100 g)。

2.3 礦質(zhì)元素分析結(jié)果

銀杏果仁中礦質(zhì)元素含量測(cè)定結(jié)果如表4所示。果仁中含有9種礦質(zhì)元素,分別為鉀(K)、鈣(Ca)、鈉(Na)、鎂(Mg)、鐵(Fe)、磷(P)、鋅(Zn)、銅(Cu)、錳(Mn)等,平均含量由高到低依次為Mg>Ca>Fe>Zn>K>Mn>Na>Cu>P,其總體含量較澳洲堅(jiān)果果仁更為豐富[35]。其中Mg的平均含量約為Ca、Fe、Zn平均含量的7～40倍,是銀杏果仁中的主要常量元素,但低于澳洲堅(jiān)果果仁[35]和核桃仁中鎂的含量[36]。由方差分析可知,5個(gè)供試樣品中的礦質(zhì)元素的含量差異均達(dá)到顯著水平(P<0.05)。K是維持離子平衡、調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓及組織興奮性的重要元素,P、Ca對(duì)促進(jìn)人體大腦發(fā)育和骨骼生長(zhǎng)具有重要作用[37];如Zn、Mn、Fe、Mg、Cu等微量元素共同協(xié)作參與人體酶的作用機(jī)制,對(duì)提高人體免疫力功能有重要作用[38]。樣品2號(hào)、樣品3號(hào)和樣品4號(hào)樣品種常量元素總量高于總體平均值(538.596 mg/kg),其中樣品3號(hào)銀杏中的常量元素總量最高(604.700 mg/kg),樣品2號(hào)次之(541.150 mg/kg)。微量元素總量高于總體平均值(18.790 mg/kg)的有樣品1號(hào)、樣品3號(hào)和樣品5號(hào),其中樣品1號(hào)含量最高(19.320 mg/kg),樣品3號(hào)次之(19.130 mg/kg)。在所有供試樣品中,樣品3號(hào)的Ca、Mg、Fe等三種元素含量同時(shí)最高,Na含量位居第二;樣品1號(hào)的Zn、Mn、Cu等三種元素含量同時(shí)最高。

表4 銀杏中的礦質(zhì)元素含量Table 4 Contents of the mineral elements of ginkgo

表5 銀杏中氨基酸組成及含量Table 5 Composition and contents of amino acids of ginkgo

2.4 氨基酸分析結(jié)果

銀杏果仁氨基酸含量測(cè)定結(jié)果如表5所示,果仁中富含17種氨基酸,包括9種非必需氨基酸及8種必需氨基酸,種類較為豐富。由表5可知,供試銀杏樣品的E/T值和E/N值均符合FAO/WHO推薦的理想模式,且E/T比值均高于40%,優(yōu)于核桃(27.68%)[39]和澳洲堅(jiān)果(27.86%)[40],表明供試銀杏種仁樣品含有豐富的蛋白質(zhì)。氨基酸總量高于總體平均值39.336 g/kg的有樣品2號(hào)和樣品3號(hào),其中樣品2號(hào)氨基酸總量最高,樣品3號(hào)次之,分別為52.44和41.09 g/kg。樣品2號(hào)和樣品3號(hào)樣品的必需氨基酸總量大于總體平均值17.644 g/kg,分別為23.96和18.60 g/kg。

2.5 銀杏品質(zhì)的主成分分析

2.5.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 銀杏的24個(gè)性狀有不同的量綱和數(shù)量級(jí),為避免量綱和數(shù)量級(jí)的影響,對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理,將各指標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成均值為0、標(biāo)準(zhǔn)差為1的無量綱數(shù)據(jù),無量綱數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的結(jié)果如表6所示。

表6 銀杏24個(gè)品質(zhì)性狀的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化值Table 6 The standardized data for 24 quality characters of ginkgo

2.5.2 主成分分析 對(duì)5個(gè)銀杏樣品的24項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,結(jié)果如表7所示。抽取的4個(gè)主成分的特征值均大于1,分別為 9.114、7.075、5.273和10.578,方差貢獻(xiàn)率分別為37.974%、29.478%、21.97%和10.578%,累積貢獻(xiàn)率分別為37.974%、64.452%、89.422%和100%。對(duì)銀杏品質(zhì)評(píng)價(jià)的指標(biāo)由最初的24個(gè)降為4個(gè)主成分,達(dá)到了降維的目的,并作為評(píng)價(jià)5株銀杏品質(zhì)的主要指標(biāo)。

表7 主成分的特征值、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 7 Eigenvalue,contribution and cumulativecontribution of principal components

由表8可知,第1主成分中貢獻(xiàn)率載荷由高到低依次為總酸、鎂、鈣、單仁重、核重、出仁率、出核率、鐵和粗纖維等,而水分、鉀、果縱徑、鋅、銅、磷、VC和鮮果重等指標(biāo)的載荷為負(fù)值說明對(duì)第1主成分產(chǎn)生負(fù)向影響。第2主成分中貢獻(xiàn)率載荷由高到低依次為氨基酸、VC和總糖,載荷較高且為負(fù)值的指標(biāo)有鮮果重和鈉元素,分別為-0.835和-0.730,這兩個(gè)指標(biāo)對(duì)第2主成分影響較大,當(dāng)氨基酸、VC和總糖含量增大,而鮮果重和鈉含量減少。第3主成分中貢獻(xiàn)率較大的依次為蛋白質(zhì)、核重和鋅,第3主成分大時(shí)蛋白質(zhì)、核重和鋅含量越高。第4主成分中載荷較高且為正值的指標(biāo)為總黃酮,說明其貢獻(xiàn)率最大,且第4主成分大時(shí)總黃酮的含量越高。

表8 各指標(biāo)的主成分分載荷矩陣Table 8 The loading matrix of four principal components

2.5.3 銀杏品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià) 用各指標(biāo)變量的主成分載荷(表8)除以主成分相對(duì)應(yīng)的特征值開平方根,得到4個(gè)主成分中每個(gè)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)即特征向量,以特征向量為權(quán)重構(gòu)建4個(gè)主成分表達(dá)函數(shù)式:

S1=-0.12X1-0.30X2+0.2X3+0.28X4+0.28X5+0.27X6+0.27X7+0.21X8+0.24X9+0.2X10+0.33X11-0.33X12+0.02X13-0.18X14+0.15X15-0.31X16-0.21X17+0.30X18+0.31X19+0.12X20+0.24X21-0.28X22+0.21X23-0.25X24

S2=-0.34X1+0.25X2-0.32X3+0.13X4-0.18X5+0.32X6-0.31X7+0.20X8-0.25X9+0.35X10-0.18X11-0.1X12+0.33X13+0.35X14+0.36X15+0.16X16+0.17X17-0.13X18+0.17X19-0.32X20+0.26X21-0.26X22-0.09X23-0.27X24

S3=0.24X1+0.10X2+0.31X3+0.32X4+0.29X5-0.17X6+0.20X7+0.40X8-0.36X9+0.23X10+0.12X11-0.21X12-0.25X13+0.29X14-0.25X15+0.17X16-0.41X17-0.31X18-0.27X19+0.29X20+0.20X21+0.31X22-0.29X23-0.35X24

S4=0.20X1+0.14X2+0.14X3+0.21X4+0.22X5+0.09X6+0.11X7+0.14X8-0.17X9-0.15X10-0.1X11+0.091X12+0.23X13+0.05X14+0.04X15-0.21X16+0.41X17-0.16X18-0.10X19-0.22X20-0.25X21-0.06X22+0.20X23+0.09X24

4個(gè)表達(dá)式中,X1、X2、X3、X4…X22、X23、X24分別表示鮮果重、果縱徑、果橫徑、核重…Zn、Mn、Cu等原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

以各個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重,由主成分得分和對(duì)應(yīng)的權(quán)重性加權(quán)求和可得到綜合評(píng)價(jià)函數(shù):

U=0.379S1+0.294S2+0.219S3+0.105S4

根據(jù)主成分綜合得分模型,可計(jì)算出5株銀杏種質(zhì)的綜合得分值和排序結(jié)果(表9)。由表9可知,綜合得分由低到高依次為樣品1號(hào)、樣品5號(hào)、樣品3號(hào)、樣品2號(hào)、樣品4號(hào)。因此樣品4號(hào)的綜合品質(zhì)最優(yōu)。

表9 主成分得分分值、綜合得分分值及排序Table 9 Principal components scores andsort results of the samples

3 結(jié)論與討論

從銀杏外觀性狀可以看出,5株銀杏樣品的外觀性狀表現(xiàn)出一定差異,樣品4號(hào)的種核和種仁最大,其外觀性狀也表現(xiàn)最優(yōu)。從外觀性狀變異來看,以鮮果重、外種皮重、外種皮厚、核重、核厚、單仁重、出核率和出仁率的變異程度較大(如外種皮厚:19.99%),表明銀杏外觀性狀中,鮮果重、外種皮、核重等具有變異性大的優(yōu)勢(shì),這與熊壯等[18]、和卜程洪等[19]的研究結(jié)果較為吻合。而果縱徑、果橫徑、核寬、核長(zhǎng)、果形系數(shù)、核形系數(shù)變異程度較小(如果形系數(shù):3.96%),則為相對(duì)穩(wěn)定的性狀。從營(yíng)養(yǎng)成分來看,銀杏中營(yíng)養(yǎng)成分較為豐富,其中包括黃酮、VC、蛋白質(zhì)、粗纖維、總糖、總酸、17種氨基酸和9種礦質(zhì)元素,適當(dāng)食用銀杏堅(jiān)果有助于人體對(duì)礦物質(zhì)元素及氨基酸等的吸收,但因銀杏果仁中含有銀杏酸、4-甲氧基-吡哆醇等有毒成分,過量食用會(huì)產(chǎn)生毒副作用,所以不能多服久服[43]。比較5株銀杏果仁營(yíng)養(yǎng)成分含量可以發(fā)現(xiàn),樣品4號(hào)蛋白質(zhì)含量最高,總酸和總黃酮位居第2,總糖、VC和氨基酸含量位居第3;樣品2號(hào)總黃酮、VC和氨基酸含量最高,總糖含量位居第1,蛋白質(zhì)和礦質(zhì)元素位居第3。除樣品1之外,其余4個(gè)樣品蛋白質(zhì)含量均超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的含量(≥4.30 g/100 g)[34]。供試妥樂銀杏果仁的營(yíng)養(yǎng)成分與騰沖古銀杏果仁的營(yíng)養(yǎng)成分相比較,二者在總糖、總酸、粗纖維、總黃酮、礦質(zhì)元素和VC的含量差異不大,但妥樂古銀杏果仁中的蛋白質(zhì)含量和氨基酸總量均高于騰沖古銀杏果仁[19],這些營(yíng)養(yǎng)成分的含量差異可能是由于各單株銀杏樹不同樹齡等自身的遺傳背景差異以及不同海拔、氣候、土壤等環(huán)境因子的差異所致,值得進(jìn)一步開展深入系統(tǒng)的相關(guān)研究。采用主成分分析法對(duì)各種果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)已被證實(shí)簡(jiǎn)便可行,且能夠準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)果實(shí)的品質(zhì)[41-42]。主成分分析及綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示,在所測(cè)定的這些指標(biāo)范圍內(nèi),樣品4號(hào)綜合品質(zhì)最優(yōu),依次是樣品2號(hào)、樣品3號(hào)、樣品5號(hào)和樣品1號(hào)。妥樂村銀杏群落是世界上銀杏生長(zhǎng)密度最大、保存最為完好,同時(shí)也形成了世界上罕見的人樹相依的古樹文化,素有“世界活化石基地”和“世界銀杏之鄉(xiāng)”的盛譽(yù)[20],研究結(jié)果將為該地區(qū)古銀杏優(yōu)良單株的選擇及其銀杏產(chǎn)業(yè)資源的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。