紫云英嫩梢礦質元素成分及作為菜用營養價值的分析

摘要：為探明不同紫云英（Astragalus sinicus L.）品種嫩梢礦質元素含量的差異，分析其菜用營養價值，本研究測定了10個不同紫云英品種的分枝期地上部嫩梢的8種礦質元素含量，同時，結合主成分分析法與系統聚類法篩選了適宜菜用的品種。結果表明紫云英嫩梢中礦質元素含量由高到低為鈣（Ca）gt;磷（P）gt;鎂（Mg）gt;鐵（Fe）gt;錳（Mn）gt;鋅（Zn）gt;銅（Cu）gt;硒（Se）；礦質元素含量綜合得分排名前3的品種分別為‘湘紫1號’、‘閩紫7號’和‘弋江籽’；將10個紫云英品種聚為四類（A，B，C，D），其中A，B，C類分別以高Ca，Fe及Cu含量為特征，D類為‘湘紫1號’，其礦質元素含量均較高，綜合評價最高。因此，紫云英種質間嫩梢礦質元素含量均有不同程度的差異，‘湘紫1號’嫩梢礦質元素含量高，作為菜用綜合品質高。

關鍵詞：紫云英嫩梢；礦質元素；主成分分析；綜合評價

中圖分類號：S541+.3文獻標識碼：A文章編號：1007-0435（2023）04-1099-07

Analysis of Mineral Elements and Vegetable Nutritive Value of

Shoots of Chinese Milk Vetch

FANG Yan LIU Cai-ling YE Li-ting HE Chun-mei ZHANG Xiao-zhen WANG Mei-fang HUIANG Yi-bin

（1. College of Resources and Environmental Sciences， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian Province 350002， China;

2. Institute of Soil and Fertilizer， Fujian Academy of Agricultural Sciences， Fuzhou， Fujian Province 350013， China;

3. Nanping Tobacco Company Guangze branch， Nanping， Fujian Province 354100， China）

Abstract：In order to explore the differences of mineral elements content in the shoots of different cultivars of Chinese milk vetch and analyze the nutritional value of Chinese milk vetch，the shoots of Chinese milk vetch were collected at its branching stage. The contents of eight mineral elements of Ca，Mg，P，Fe，Cu，Zn，Mn，Se in the 10 cultivars of Chinese milk vetch were determined，then the principal component analysis and systematic clustering were combined to screen and evaluate those 10 cultivars for the most edibility. The results showed that the contents of mineral elements in the shoots of Chinese milk vetch from high to low were in a order of calcium （Ca） gt; Phosphorus （P） gt; Magnesium （Mg） gt; Iron （Fe） gt; Manganese （Mn） gt; Zinc （Zn） gt; Copper （Cu） gt; Selenium （Se）. In general，there were differences of the mineral elements content in the shoots of different cultivars. According to the principal component analysis，and three comprehensive principal components （F1，F2 and F3） were extracted to interpret the variation of the mineral elements in the shoots of the milk vetch. The three principal components could represent 81.60% of the original data of the mineral elements. Based on the comprehensive scores of mineral elements，the top 3 cultivars were pointed to ‘Xiangzi No. 1’，‘Minzi No. 7’ and ‘Yijiangzi’ in order. The 10 cultivars were divided into four categories （A，B，C and D） by systematic clustering and comprehensive evaluation. The category A included ‘Guizaozi No. 1’，‘84（8）7-1-1’ and ‘Guizaozi No. 7’ cultivars，which had a higher Ca content;the category B ‘Ningbo Bridge’，‘m83yiJ’，‘Minzi No.7’ and ‘Yijiangzi’ cultivars，which had a higher Cu content;the category C ‘Xiangzi No. 4’ and ‘B4000-2’ cultivars with a higher Fe content;the category D had only ‘Xiangzi No.1’ cultivar with the highest score in comprehensive evaluation. ‘Xiangzi no. 1’ cultivar was therefore selected as the best one of Chinese milk vetch as a vegetable. This experimental study also provided a theoretical guidance for the edible selection on and utilization of the shoots of Chinese milk vetch.

Key words：Chinese milk vetch shoots；Mineral elements；Principal component analysis；Comprehensive assessment

紫云英（Astragalus sinicus L.）俗名紅花草［1］，為豆科黃芪屬一年生或越年生草本植物。具有較強的固氮能力及改善土壤物理結構、提高土壤肥力［2］等優點，是我國南方冬季稻田重要的綠肥作物之一。但是，紫云英僅作為綠肥翻壓還田，存在著經濟效益低、種植面積受限和農戶種植積極性不高等問題［3］，應進一步挖掘其綜合經濟價值。何春梅等［4］研究發現，合理的施肥模式下，紫云英因其生長期長、植株高大、可再生等特性可滿足菜肥兼用，達到肥田目的的同時，又可提高經濟效益。因此，紫云英除了可用作綠肥、牲畜飼料［5］、花茶［6］使用，還可作為蔬菜食用，其味道近似上海和江蘇沿江一帶的金花菜。紫云英植株中富含硒、蛋白質及和維生素［7］，并含鈣、鐵等多種礦物質，鮮嫩多汁，口感好，具有健脾益氣、解毒止痛的食用價值［8］，蘭忠明等［9］通過與白菜、甘藍、菠菜和空心菜等葉菜類蔬菜相比，發現紫云英中Se，Ca，Fe，粗脂肪、蛋白質以及維生素c等營養成分含量較高。這些有益元素對人體的健康有著重要的作用，尤其是硒元素，中國營養學會將硒列為人體必需的15種營養素之一。低硒或缺硒人群通過適量補硒不但能夠預防腫瘤、肝病等的發生，還可以提高機體免疫能力，維護心、肝、肺、胃等重要器官正常功能，預防老年性心、腦血管疾病的發生［10］。紫云英作為蔬菜具有重要的營養價值，但我國紫云英種類繁多，而紫云英作為蔬菜食用，還暫未普及民眾，且不同紫云英品種間養分含量存在差異，對其礦質元素的含量研究甚少。因此，為了促進紫云英食用價值的發展與利用，選取目前紫云英主要種植省份的代表性品種10份，通過測定這10份不同品種紫云英嫩梢的8種礦質元素（Ca，Mg，P，Fe，Cu，Zn，Mn，Se）含量，并采用主成分分析法與系統聚類法對其10個品種進行分析比較及篩選，旨在為紫云英嫩梢作為蔬菜的品種選育及開發利用提供科學依據。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗位于福建省閩侯縣白沙鎮林柄村，福建省農業科學院紅壤肥力與生態環境福州野外觀測站（東經119°03′09″，北緯26°14′33″）。平均海拔800 m以上，年平均日照2 028 h，年降雨量1 259 ～2 153 mm，年平均氣溫18.5℃，無霜期308天，前茬作物是水稻，供試土壤類型為黃泥田，土壤基本理化性狀：pH4.73，有機質20.40 g·kg^-1，堿解氮121.11 mg·kg^-1，有效磷16.80 mg·kg^-1，速效鉀37.62 mg·kg^-1。

1.2試驗設計

選擇10個代表性紫云英種質資源（表1），開展田間種植試驗。試驗采用隨機區組設計，4次重復，小區面積15 m2（3 m×5 m），小區間距50 cm。于2018年10月12日播種，播種量為1.7 g·m^-2，翌年3月15日分枝期采集嫩梢，稱重烘干。

按釩鉬黃比色法測定P含量，首先稱取烘干磨碎（0.5 mm）的嫩梢樣品0.2 g于100 ml開式瓶中，用H₂SO₄-H₂O₂法消煮出待測液，用水定容至100 ml，再用釩鉬黃比色法，在分光光度計上比色，同時繪制工作曲線［11］。

按原子吸收分光光度法（AAS法）測定紫云英嫩梢Ca，Mg，Fe，Mn，Zn，Cu礦質元素含量，首先對樣品進行干灰化，稱取烘干磨碎（0.5 mm）的嫩梢樣品2g于瓷坩堝中，在電爐上加熱炭化，再移入高溫電爐中500℃灰化2 h，待冷卻后滴加HNO₃（1∶1）潤濕灰分，蒸發至干后，之高溫電爐中繼續完成灰化，然后用2 ml HCl（1∶1）溶解灰分，移入25 ml容量瓶中，加水定容，直接在AAS計的不同波長處測定各礦質元素的吸收值，同時繪制工作曲線［11］。

按原子熒光光譜法測定紫云英嫩梢Se含量，試樣經酸加熱消化后，在6 mol·L-1鹽酸介質中，將樣品中的六價硒還原成四價硒，用硼氫化鈉或硼氫化鉀作還原劑，將四價硒在鹽酸介質中還原成硒化氫，由載氣（氬氣）帶入原子化器中進行原子化，在硒空心陰極燈照射下，基態硒原子被激發至高能態，在去活化回到基態時，發射出特征波長的熒光，其熒光強度與硒含量成正比，與標準系列比較定量［12］。

1.3數據分析

采用Microsoft Excel 2007進行數據處理；采用Spss18.0，Origin 2 018對數據進行處理并作圖；采用主成分分析法對目標數據提取主成分同時計算綜合得分［13］；采用聚類分析法對參試品種進行分類處理［14］。

2結果與分析

2.1紫云英嫩梢礦質元素含量水平分析

紫云英嫩梢礦質元素含量均呈現Cagt;Pgt;Mggt;Fegt;Mngt;Zngt;Cugt;Se的規律（表2）。不同品種紫云英嫩梢礦質元素含量存在差異，其中‘湘紫1號’Ca含量最高，為9 956.67 mg·kg^-1；‘B4000-2P’元素的含量最高，為4 146.67 mg·kg^-1，與‘桂紫7號’P含量差異較大；‘湘紫4號’含Fe量933.90 mg·kg^-1，顯著高于其它品種；‘湘紫1號’Zn元素和Mn元素含量最高，分別為204.50 mg·kg^-1，139.00 mg·kg^-1；Mg，Cu，Se元素各品種間含量無明顯差異。

2.2紫云英嫩梢礦質元素含量的差異

由表3可知，紫云英嫩梢中8種礦質元素含量水平差異明顯，其中Fe的變異系數高達41.8%，變幅范圍為184.37～933.90 mg·kg^-1，其次是Zn的變異系數為38.59%，最低的為Mg，變異系數為5.06%。變異系數越大，不同品種間的含量差異較大，由此可知，Fe和Zn在不同品種間含量差異最大，Mg的含量差異最小。說明參試紫云英品種間礦質元素變異類型豐富，可為以礦質養分含量為目標的品種選育提供參考依據。

2.3紫云英嫩梢礦質元素的主成分分析

對10個紫云英品種嫩梢的8種礦質元素含量進行主成分分析（表4），第一主成分的特征值為3.067，貢獻率為38.34%，說明第一個主成分能解釋紫云英嫩梢礦質元素含量特性的38.34%，由于主成分的目的是為了降維，減少變量的個數，故一般選取特征值大于1主成分，由表5可知，主成分1，2，3的累積貢獻率為81.59%，說明這三個成分為紫云英8種礦質元素的主要成分，且能全面反映紫云英嫩梢礦質元素特性綜合評價的主要信息［15］。由圖1可知，主成分1，2，3的特征值均大于1，進一步驗證的該結果。

為了更好的分析和解釋變量，對3個主成分進行成分矩陣分析，載荷系數越大，說明貢獻率越大。表5可知，其主成分1中貢獻率最大的為Mn元素，其載荷系數為0.798，說明Mn元素為主成分1的代表性元素；主成分2中貢獻率最大的為Ca元素，其載荷系數為0.909，說明Ca元素為主成分2中的代表性元素；Zn元素在主成分3中的載荷系數為0.658，貢獻率最大，說明主成分3中的代表性元素為Zn元素。因此，Mn，Ca，Zn可以作為紫云英嫩梢中的代表性礦質元素。

2.4紫云英嫩梢礦質元素的綜合評價

計算礦質元素的綜合得分能夠評價出綜合性狀最佳的品種，首先構建3個以特征向量為系數，各礦質元素含量的標準化數據（表6）為自變量的函數表達式，其中特征向量的值由表5中的載荷系數分別除以表4中特征值開根號之后的值得出，因此，這3個函數表達式為：

Y₁=-0.091X₁+0.394X₂+0.359X₃+0.415X₄+0.419X₅+0.163X₆+0.456X₇+0.355X₈

Y₂=0.649X₁+0.289X₂-0.455X₃-0.266X₄+0.057X₅+0.399X₆+0.144X₇+0.181X₈

Y₃=-0.117X₁-0.222X₂-0.155X₃+0.41X₄-0.399X₅+0.537X₆+0.389X₇-0.382X₈

其中，Y₁，Y₂和Y₃分別表示主成分得分，X₁，X₂，X₃，X₄，X₅，X₆，X₇和X₈即表示Ca，Mg，P，Fe，Cu，Zn，Mn和Se的標準化含量。最后，對主成分得分與表4中各主成分的貢獻率相乘的值求和，可得到最后的綜合得分，其表達式為：

S=0.3834Y₁+0.2447Y₂+0.1879Y₃

由綜合得分的表達式可知10個紫云英品種嫩梢中礦質元素的綜合得分（表7），由大到小為‘湘紫1號’gt;‘閩紫7號’gt;‘弋江紫’gt;‘寧波大橋’gt;‘湘紫4號’gt;‘m83yiJ’gt;‘84（8）7-1-1’gt;‘B4000-2’gt;‘桂紫7號’gt;‘桂早紫1號’。

2.5紫云英嫩梢礦質元素的聚類分析

采用主成分分析法，存在無法根據品種特性進行分類，方法單一，缺乏系統性等特點［16］。聚類分析是根據“物以類聚”的原理，可進一步將數據分到不同的類別，并且同一個類別中的對象有很大的相似性，而不同類別間的對象有很大的相異性［17-18］。因此，根據主成分元素含量進行聚類分析，由圖2可知，10個紫云英品種可分為4類，其中A類中‘桂早紫1號’‘84（8）7-1-1’‘桂紫7號’Ca含量較高；B類中‘寧波大橋’‘m83yiJ’‘閩紫7號’‘弋江紫’的Zn含量較低，Cu含量較高；C類中‘湘紫4號’，‘B4000-2’中Fe含量較高，D類‘湘紫1號’Ca，Zn，Mn的含量均最高，除P和Se含量略低于平均水平，其它礦質元素含量均較高。

3討論

3.1紫云英嫩梢的礦質元素特性

本試驗結果表明10份紫云英種質資源嫩梢的礦物質含量差異明顯，其中Ca，Mg，P的含量顯著高于其它元素；參試品種間的Fe和Zn元素含量差異明顯較大，變異系數分別為41.8%和38.59%，屬高度變異，其它元素多屬小變異或中等變異，這可能與作物品種來源，作物生長習性有關。在紫云英品種水平上，不用品種的紫云英對元素的吸收有一定的差異，有的品種富集某些元素，而有的品種則可能相對排斥一些元素［19-20］，例如來自廣西的‘桂紫7號’和‘桂早紫1號’Fe含量較其他品種顯著較少，品種來源地及其土壤環境存在一定的影響。

主成分分析能夠在保證信息最少丟失原則下，對原來指標進行降維處理，把一些不相關的指標省去，將原來較多的指標轉換成能反映研究現象的較少的綜合指標，具有在保證研究精確度的前提下提高研究效率的特點［21-22］。本研究結果表明，前三個主成分貢獻了81.59%的信息量，再根據成分矩陣，篩選出Mn，Ca，Zn可以作為紫云英嫩梢中的代表性礦質元素。通過系統聚類分析，10份紫云英品種被分為4類，A類可作為篩選高Ca含量紫云英品種，B類可作為篩選高Cu含量紫云英品種，C類可作為篩選高P，Fe含量紫云英品種，D類僅含有‘湘紫1號’，其綜合表現排名第一，可作為優質礦質元素含量紫云英推廣應用。另外，本研究結果中‘寧波大橋’、‘閩紫7號’及‘弋江籽’的Ca元素含量與季衛英等［23］研究結果相近，但‘閩紫7號’的Fe元素含量與蘭忠明等［7］的研究結果差異顯著，這可能與種植紫云英的土壤類型及施肥措施有關，因此，在培育菜用型紫云英時，應選用適宜的土壤類型和適當施肥措施以確保其礦質元素的含量達到較高的水平。

3.2紫云英嫩梢作為菜用營養價值的評價

研究表明Ca，Mg，P，Fe，Mn，Zn，Cu，Se這8種礦質元素都是人體所必須的營養元素，其中，Ca元素在維持人體正常的肌細胞及神經傳導功能的同時，與P元素一起促成人體骨骼及牙齒的發育［24］。Mg元素在人體中作為一種化學阻斷劑的存在，調節人體的神經和肌肉［25］，Fe元素在人體中大部分用于制造血紅素，同時可促進發育，增強抵抗力等，Mn元素可保持正常的腦功能及改善肌體的造血功能［26］，Zn是人體“生命的元素”，其一，Zn參加人體多種金屬酶的組成，其二是促進機體的生長發育和組織再生，Cu元素對于人體血液、中樞神經和免疫系統以及肝、心等內臟的發育和功能有重要彭響，Se元素具有活化免疫系統，預防癌癥的功效［27］。本試驗10份紫云英嫩梢中，8種礦質元素含量豐富，且Ca，Mn，Zn作為其代表性元素，含量分別達到了4 720.00～9 956.67 mg·kg^-1，91.97～139.00 mg·kg^-1，67.30～204.50 mg·kg^-1，顯著高于油菜（Ca含量1 480 mg·kg^-1）、芹菜（Mn含量11.4 mg·kg^-1）、空心菜（Zn含量5.2 mg·kg^-1）三種常用蔬菜的含量［28］，可見紫云英嫩梢具有良好的營養價值。邱孝煊等［29］研究表明紫云英菜用嫩梢中有毒有害物質殘留量均無超標，且遠低于國標限量，因此，紫云英作為食用蔬菜具有良好的開發前景。

紫云英作為公認的富硒作物，平均硒含量達到0.07 mg·kg^-1，而常見蔬菜中的Se含量較少，其含量在0.01～0.06 mg·kg^-1［30-31］。根據食品中硒限量標準（國家衛生標準GB14 880-1 994） 的相關規定和我國富硒食品的相關研究進展［32］可知，人體膳食硒供給量的最佳水平為 50～250 μg·d^-1，最大安全硒攝入量為 400 μg·d^-1，而要達到最大攝入量則紫云英的富硒量要達到1 850 μg·kg^-1，在現有施硒水平下無法達到該標準，說明一般情況下人體食用富硒紫云英不會導致人體過量攝入硒元素而生產中毒的現象［33］。紫云英嫩梢作菜用即為天然的富硒食品，人體能直接吸收利用其轉化的有機硒［34-35］。由此可見，紫云英作為富硒蔬菜可為人體提供必要的微量元素，具有良好發展市場。在產量方面，紫云英在其生長期間可多次采割，鮮草產量每公頃可達1.5×10⁴ kg以上［36］，早在民間就有食用紫云英的各類方法，如涼拌、炒食或煮湯、腌制、干制等，各食用方法均不同程度上的體現出了紫云英的口感及功效，充分發揮出了紫云英的特色。而在盛花期后，紫云英又可做綠肥翻壓還田，達到菜肥兼用的目的，充分發揮其經濟和生態效益。

4結論

10份紫云英品種中嫩梢礦質元素含量由高到低為鈣（Ca）gt;磷（P）gt;鎂（Mg）gt;鐵（Fe）gt;錳（Mn）gt;鋅（Zn）gt;銅（Cu）gt;硒（Se），不同品種間的礦質元素含量差異明顯，變異系數介于5.06%（Mg）～41.8%（Fe）。綜合得分排名為‘湘紫1號’gt;‘閩紫7號’gt;‘弋江紫’gt;‘寧波大橋’gt;‘湘紫4號’gt;‘m83yiJ’gt;‘84（8）7-1-1’gt;‘B4000-2’gt;‘桂紫7號’gt;‘桂早紫1號’。因此，‘湘紫1號’為最佳菜用紫云英推廣品種。

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（責任編輯 彭露茜）