紫云英花礦物質成分及其開發為飲品營養價值分析

劉彩玲，何春梅，方言, ，羅宇婷，黃毅斌*，康水英

1. 福建省農業科學院土壤肥料研究所（福州 350013）；2. 福建農林大學資源與環境學院（福州 350002）；3. 福州市烏龍江公園管理處（福州 350001）；4. 南平市延平區農業農村局（南平 353000）

礦物質是酶、激素和維生素等物質的重要組成成分，是生物生命代謝過程中所必需的化學元素，僅能從日常飲食中獲取[1]。我國具有悠久的茶文化，自古以來就有飲茶習慣。花茶是我國獨特的一個茶品種，研究發現植物花中含有豐富的有益礦物質和生理活性成分，這些有機無機養分通常具有補中益氣、調中、理氣解郁的等多種保健功效[2]。近年來，隨著消費者對茶功效需求的多樣化，植物花被開發為功能性飲品。當前，市場上可見許多將植物的花、葉片或果實制作而成的具有保健功能的花茶，例如：具有安神、潤腸通便及緩解神經緊張功效的茉莉花茶[3]；具有散風清熱、清肝明目和解毒消炎等作用的菊花茶[4]；具有益肝健脾和胃等功效的玫瑰花茶[5]。紫云英是我國南方冬種主要的綠肥作物，研究發現紫云英花中含有豐富的氨基酸、維生素及多種礦物質等營養成分，可作為茶用和蜜源植物[6-7]。另外，紫云英還是一種硒集聚植物，各組織器官能夠吸收和積累大量的硒。試驗發現紫云英花對硒的集聚能力強于葉和莖，并且這些積累的硒均能被充分利用[8]。在當前國人人均硒攝入量嚴重不足的情況下，飲用富硒茶有增強人體抗脂質過氧化的作用和抗衰老、提高機體防病功能的效果[9-10]。由此可見，紫云英花具有做飲品開發利用價值。近年來，對紫云英及其養分含量、利用方式研究的很多，但大多是集中在地上部植株[11-12]或地下部根系[12-14]生態習性、肥用、飼用等應用價值等方向，對于紫云英花及其養分含量或利用方式的研究鮮有報道，特別是礦物質的關注更少。試驗對10份紫云英種質資源花中鈣、磷、鎂、鐵、銅、鋅、錳、硒進行測定，探討紫云英花礦物質之間相關性，并采用主成分分析對其進行綜合評價，發掘有益礦物質富集能力強、礦質營養高效型的紫云英品種，以期為紫云英種質資源的篩選、開發利用和品種創新提供理論依據。

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°3′9″，北緯26°14′33″）。前茬作物是水稻（Oryza sativaL.），供試土壤類型為黃泥田，土壤基本理化性狀如表1所示。

表1 試驗土壤基本理化性狀

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，參試品種（系）共10個（見表2）。每個品種3次重復，共計30個小區，每小區面積15 m2（3 m×5 m），每個小區間溝寬50 cm。紫云英播種量為1.7 g/m2（25 g/小區）。于2018年10月12日播種，第2年3月15日盛花期采摘花樣，采后烘干，粉碎機研磨。由福建省農業科學院土壤肥料研究所測試技術研究室按照LY/T 1270—1999標準進行8項指標測定，包括鈣、磷、鎂、鐵、銅、鋅、錳、硒。

表2 參試紫云英種質資源

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2007進行數據處理，采用SPSS 20.0軟件進行方差分析、相關性分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 紫云英花礦物質含量水平分析

由表3和表4可以看出，紫云英花礦物質含量存在較大差異，平均含量范圍為0.10～8 847.00 mg/kg，各品種花中礦物質含量均呈現規律為Ca＞P＞Mg＞Fe＞Mn＞Zn＞Cu＞Se。其中：‘湘紫1號’Ca、Mg、P和Cu含量均最高，分別為10 033.33，2 173.33，5 796.67和11.87 mg/kg；‘寧波大橋’Fe和Zn含量為183.40和65.47 mg/kg，均高于其余參試品種；‘弋江籽’花中Mn含量81.70 mg/kg為最高；‘桂紫7號’Se含量0.16 mg/kg，顯著高于除了‘弋江籽’外的參試品種。

表3 10個紫云英種質資源花礦物質含量 單位：mg/kg

表4 紫云英花中8種礦物質含量的描述性統計

變異系數（C.V.）是衡量種質資源之間相關性狀變異程度的統計參數，通常認為C.V.≥100%為強變異，10%＜C.V.＜100%為中等變異，C.V.≤10%為弱變異[15]。試驗中8種礦物質含量的變異系數介于3.19%～47.51%，平均值為13.12%（見表4）。其中：Mg、P、Fe、Cu、Zn變異系數均小于10%，為弱變異；Ca、Mn、Se含量的變異系數分別為10.37%，14.34%和47.51%，屬于中等變異強度。

2.2 紫云英花礦物質含量間的相關性分析

將10個不同紫云英品種花中的8種礦物質含量數值進行Pearson相關性分析，由熱圖矩陣可以看出（圖1），紫云英花中礦物質含量間存在復雜的相關關系，其中Cu-P呈極顯著正相關（α=0.01），Ca-Fe、Mg-Cu呈顯著正相關（α=0.05），Fe-Mg、Fe-P、Cu-Ca、Mn-P、Mg-Zn、Se-Ca、Se-P、Se-Fe、Se-Zn均呈負相關，但相關性不顯著。

圖1 不同品種紫云英花中礦物質相關性分析

2.3 紫云英花礦物質含量的因子分析

以8種礦物質含量作為分析指標，對10個不同品種紫云英花中的8種礦物質含量進行主成分分析。按照特征值≥1為提取主成分的標準，共提取出3個主成分（F1、F2、F3），結果表明這3個因子累計貢獻值為74.154%（表5），其中，F1、F2、F3的方差貢獻率分別為32.662%，21.484%和20.008%，說明這3個主成分可以代表原始變量的大部分信息。

表5 紫云英花礦物質主成分分析的特征值及方差貢獻率

為了能更好地解釋變量，將主成分的載荷矩陣進行旋轉后，使每個成分載荷系數更接近1或者0，其絕對值越大，說明其貢獻越大，密切程度越高。由表6可知：F1（第1因子）主要與Zn（載荷值0.871）、P（載荷值0.839）成正相關；F2（第2因子）主要與Mn（載荷值0.839）、Se（載荷值0.722）呈正相關；F3（第3因子）主要與代表Mg（載荷值0.743）呈正相關。綜合F1、F2、F3的方差貢獻率，可以認為，Zn、P、Mn、Se、Mg是紫云英花中的特征性礦物質。

表6 紫云英花礦物質旋轉成分矩陣

2.4 紫云英作為花茶的綜合評價

以主成分載荷分別除以主成分的特征值開根號后的值，得到特征向量，構建出3個特征向量作為權重的主成分表達函數式：Y1=0.539X1+0.519X2+0.294X3+0.243X4-0.236X5+0.253X6+0.322X7+0.267X8；Y2=-0.147X1-0.034X2-0.072X3+0.643X4+0.551X5+0.224X6-0.220X7+0.397X8；Y3=-0.205X1+0.334X2+0.305X3-0.125X4+0.041X5+0.587X6-0.455X7-0.430X8。其中，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7和X8分別為Zn、P、Ca、Mn、Se、Mg、Fe和Cu的標準化含量。主成分得分和對應的權重相乘的總和構建出綜合評價函數，具體函數公式：綜合得分=0.327×Y1+0.215×Y2+0.200×Y3；其中，Y1、Y2和Y3為各主成分得分。根據綜合得分公式，計算得出10個品種（系）紫云英花8種礦物質含量的綜合得分。結果表明（表7）：10個紫云英種質資源中因子主成分1（Y1）得分最高的是‘寧波大橋’和‘湘紫1號’，說明其Zn、P含量較高；主成分2（Y2）得分最高的是‘桂紫7號’，說明其Mn、Se含量較高；主成分3（Y3）得分最高的是‘湘紫1號’，說明其Mg含量較高。綜合得分由高到低依次為‘湘紫1號’＞‘弋江紫’＞‘84（8）7-1-1’＞‘寧波大橋’＞‘m83yiJ’＞‘湘紫4號’＞‘閩紫7號’＞‘桂紫7號’＞‘B4000-2’＞‘桂早紫1號’。由此可知，紫云英花中礦物質含量具有明顯的種質差異性，這為紫云英作為花茶飲品使用品種選育提供了依據。

表7 10個品種紫云英花礦物質的綜合得分

3 討論和結論

此次試驗結果表明10份紫云英種質資源花的礦物質含量差異明顯，其含量排序為鈣（Ca）＞磷（P）＞鎂（Mg）＞鐵（Fe）＞錳（Mn）＞鋅（Zn）＞銅（Cu）＞硒（Se）。綜合分析表明，Zn、P、Mn、Se、Mg是紫云英花的代表性元素，品質得分高到低為‘湘紫1號’＞‘弋江紫’＞‘84（8）7-1-1’＞‘寧波大橋’＞‘m83yiJ’＞‘湘紫4號’＞‘閩紫7號’＞‘桂紫7號’＞‘B4000-2’＞‘桂早紫1號’。

礦物質在增強人體免疫系統中發揮重要作用。研究表明：K、Ca、Mg元素在人體內可拮抗鈉，使血管舒張，在保護人體心血管，預防心臟病等方面具有積極作用；Fe元素參與血紅細胞中血紅蛋白和肌紅蛋白的合成；Zn元素對增強人體的免疫功能必不可少；Mn元素能夠提高血液的凝血功能，減低血管通透性；Se具有抗氧化、延緩衰老、防治心腦血管疾病、保護肝臟與抗癌等重要作用[16-17]。試驗測定不同種質資源紫云英花中8種礦物質的含量，結果發現10份紫云英花中的Ca、P、Mg、Fe、Cu、Zn、Mn元素含量豐富，Mg、P、Fe、Cu、Zn為弱變異，Ca、Mn、Se為中等變異。由主成分分析結果可知，紫云英花的代表性元素為Zn、P、Mn、Se、Mg，其含量分別為50.87～65.47，4 786.67～5 796.67，50.10～81.70，0.02～0.16和1 956.67～2 173.33 mg/kg。其中：Zn元素明顯高于玫瑰花（23.28 mg/kg）[18]、金花茶（14.50 mg/kg）[19]；P元素高于金花茶（2 410 mg/kg）[19]；Mn元素高于玫瑰花（56.35 mg/kg）[20]、茉莉花（29.16 mg/kg）[3]；Mg元素高于菊花茶（832.12 mg/kg）[21]、與茉莉花（2 401 mg/kg）[3]和玫瑰花（2 200 mg/kg）[20]含量相似；Se元素高于金花茶（0.049 mg/kg）[22]和絞股藍茶（0.083 mg/kg）[23]。由此可見，紫云英花具有茶用價值，實際生產上可根據不同營養需求針對性使用。

依據植物體內礦物質含量是受由環境、基因型及其相互作用共同影響[24]，在相同的土壤條件和種植管理水平下，不同紫云英種質資源礦物質含量表現出明顯差異。其中：‘湘紫1號’Ca、Mg、P和Cu含量最高，‘寧波大橋’Fe和Zn含量最高，‘弋江籽’品系Mn含量最高；‘桂紫7號’Se含量最高。說明種質資源間的礦物質含量差異主要受種質基因型的影響，與石玉濤等[25]、時鵬濤等[26]關于不同茶樹品種礦物質含量的研究結果一致。

分析礦物質之間的相關性，可以明確不同礦物質之間的互作關系，還可為田間施肥和品種性狀的改良提供參考[15]。通過相關性分析發現，紫云英花中不同礦物質間相關性較強，Cu-P呈極顯著正相關（α=0.01），Ca-Fe、Mg-Cu呈顯著正相關（α=0.05）。說明這些礦物質含量之間存在協同累積效應，可能是各礦物質在土壤中的活化條件相似或是轉運子對利息的協同吸收和運輸有關[25]。

富硒茶是特色茶葉產品的開發熱點，紫云英是公認的富硒作物，對硒元素有一定的富集和轉化能力，并且花對硒的集聚能力強于葉和莖[8,27-28]。若噴施外源硒，可使紫云英植株硒含量增長42.2%～92.2%，最高可達10 mg/kg[35]。試驗中，10個紫云英種質資源花中硒含量為0.02～0.16 mg/kg，雖尚未達到茶用富硒含量的國家標準≥0.25 mg/kg[38]，但高于金花茶（Se含量0.049 mg/kg）[30]和絞股藍茶（Se含量0.083 mg/kg）[29]，由此表明紫云英花具有很好的富硒功能產品開發潛力。據蔡天軍[30]統計：紫云英可制作花茶75 kg/hm2，產值15 000元/hm2；富硒花莖茶150 kg/hm2，產值9 000元/hm2。作為花茶來開發利用，可有效提高紫云英的綜合利用價值。