不同生姜品種的品質比較與綜合評價

王向東， 宋玥， 馬艷芝

（1.唐山師范學院實驗管理中心，河北 唐山 063000； 2.唐山師范學院生命科學系，河北 唐山 063000；3.河北農業大學園藝學院，河北 保定 071000）

生姜（Zingiber officinaleRosc.），別名姜根、百辣云，屬于姜科姜屬，原產于東南亞熱帶地區，現分布于亞洲東南部和非洲地區，尤其在中國、印度尼西亞、馬來西亞、印度等國家廣泛種植[1]。我國生姜種質資源十分豐富，其栽培面積大，總產量和出口量均居世界前列[2]，生姜種植多分布于山東、河北、安徽、湖南、河南等地，尤以山東昌邑、安丘等地最為出名。

生姜是不可或缺的調味蔬菜，也是具有抗氧化、改善心腦血管系統等功效的藥用植物[3]。生姜不僅含有豐富的營養物質，還含有姜辣素、姜醇、姜烯酚、姜黃素等辛辣和芳香成分[4]。現有關于生姜的研究多集中在對其種植養護[5]、成分提取[6]、藥效價值[7]等方面。前人曾以可溶性蛋白、可溶性糖、維生素C含量等作為指標評價生姜的品質，邵海南等[8]曾探究不同施肥水平對生姜品質的影響，認為當施入氮、磷、鉀肥的量分別為670.20、583.65、785.10 kg·hm-2時，生姜的產量最高，且能提高生姜蛋白質含量10.2%～49.0%，維生素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%。周潔等[9]比較分析了‘恩施鳳頭姜’‘萊蕪大姜’等10種生姜資源的可溶性蛋白、姜辣素等品質成分，發現不同生姜資源營養成分和功能成分存在較大差異。韓春梅等[10]以四川地方生姜品種為材料，比較不同栽培模式對生姜品質的影響，認為生姜與大豆間作和生姜與四季蔥間作均能有效提高生姜中維生素C含量，生姜與四季蔥間作能顯著提高可溶性糖、姜辣素和蛋白質含量。譚金霞等[11]對山東地區12個主栽生姜品種的品質進行綜合評價，認為‘昌邑生姜’‘萊蕪娃娃姜’和‘安丘大姜’綜合品質較好，‘昌邑生姜’適用于提取特征活性成分和用于鮮食、調味等用途，‘昌邑黃姜’適用于加工姜糖、姜片等產品。多糖類化合物具有抗氧化、驅寒止嘔、健胃解毒、降低膽固醇、免疫調節、抗癌抑菌、抗炎、抗輻射等多重生理功效[12]；姜辣素是生姜中的辛辣成分[6]，其具有抗氧化、抑制細胞衰老、抑菌保肝等藥用價值[13]；姜黃素具有保肝利膽、降血脂、抗癌、消炎、抗氧化等多方面藥理作用[14]；生姜中的黃酮類化合物是其主要的抗氧化成分之一，降血脂、降血壓、抗衰老、抗心腦血管疾病等生理活性明顯[15]；多酚是生姜的主要成分，多酚結構使其具有抗氧化、抗炎、抗糖尿病、抗肥胖以及抗心腦血管疾病等作用[16]。隸屬函數(membership function)是用于表征模糊集合的數學工具，其根據模糊數學的原理，利用隸屬函數進行綜合評估，該方法具有較大的合理性，目前廣泛應用在綜合評價中。

我國生姜主要分布在云南、山東、安徽等地，北方以山東和河北生姜為主，河北省以唐山為主產區，本課題組對供試優良品種和唐山自育冀姜系列生姜品種遺傳多樣性進行了研究，發現8個姜品種的遺傳距離在0.212 8～0.842 1之間，地域不同的品種也聚在了一起，表明姜種質資源引種頻繁，在某種程度上打破了地域的界限[17]。本研究選用市場上常見的‘山東娃娃姜’‘安徽銅陵生姜’‘山東昌邑大姜’和唐山地區農家種選育的5個冀姜系列新品種材料，利用隸屬函數法對生姜品質進行初步綜合評價，為選育生姜品種提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與種植條件

供試生姜分別為‘冀姜1號’‘冀姜2號’‘山東娃娃姜’‘安徽銅陵生姜’‘冀姜5號’‘山東昌邑大姜’‘冀姜7號’‘冀姜18號’，由唐山市農業科學研究院生姜研究課題組提供，其中‘山東娃娃姜’為‘山東金昌大姜’變異株；‘安徽銅陵生姜’和‘山東昌邑大姜’為當地地方品種；冀姜系列品種為自育品種。

2017年4月將生姜種植于河北省唐山師范學院的試驗基地（39°36′N、118°11′E），土質為砂壤土，土壤養分含量全氮（N）、有效磷（P）和速效鉀（K）、有機質分別為1.67、46.92、193.48、37.05 g·kg-1，隨機區組設計，小區面積4.5 m×10 m，種植密度7.5萬株·hm-2，8個品種，3次重復，常規大田管理，10月中旬收獲根莖，儲藏、備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 材料處理及品質測定 收獲時測定小區產量，在收獲當天每小區各隨機選取生姜15株，將其根狀莖鮮樣運回實驗室立即清洗，去除表面浮土，然后用吸水紙吸干表面水分，挑選大小均勻、形狀整齊，沒有機械損傷的姜塊進行混合取樣，每個品種取樣3份，每份500 g。將處理取樣后材料進行切片，切片厚度3～5 mm，60～65 ℃烘干至恒重。烘干后材料進行粉碎，過60目篩，保存，備用。

用考馬斯亮藍G-250法[18-19]測定可溶性蛋白含量；蒽酮-硫酸法[20]測定可溶性糖含量；苯酚-硫酸法[21]測定多糖含量；超聲法[22-24]制備提取液并測定姜辣素、姜黃素含量；NaNO2-AlNO3顯色法[25]測定黃酮含量；有機溶劑浸提法制備提取液并測定[26]多酚含量；2,6-二氯靛酚鈉滴定法[27]測定維生素C含量，各品質指標重復3次。

1.2.2 數據處理方法 利用SPSS 19.0軟件進行數據分析，隸屬函數法進行綜合評價[28-29]。

2 結果與分析

2.1 不同生姜品種的品質比較

2.1.1 不同生姜品種可溶性蛋白含量比較 可溶性蛋白含量越高，蛋白質中必需氨基酸所占比例越大，植物具有越好的保健功能[9]。供試生姜可溶性蛋白含量分布在80.677～219.003 μg·g-1之間（圖1）；其中，‘冀姜1號’可溶性蛋白含量最多，顯著高于其他品種，‘冀姜5號’可溶性蛋白含量最少，其他介于二者之間。說明品種間可溶性蛋白質含量差異較大。

圖1 不同生姜品種可溶性蛋白含量Fig. 1 Soluble protein content of different ginger varieties

2.1.2 不同生姜品種可溶性糖和多糖含量比較可溶性糖的含量高，細胞的滲透勢就會下降，這有助于細胞或組織持水，以保護植物體細胞或組織不受到進一步的傷害，且其積累量與植物的多種生命活動有關[8]。不同品種生姜可溶性糖含量如圖2所示，其中，‘山東昌邑大姜’可溶性糖含量235.950 0 μg·g-1，顯著高于其他品種；‘冀姜7號’可溶性糖含量最少，為128.786 1 μg·g-1，顯著低于其他品種。

圖2 不同生姜品種可溶性糖含量Fig. 2 Soluble sugar content of different ginger varieties

多糖類化合物是使生姜具有抗氧化、抗輻射等多種生理功效的物質，其含量越高，說明功效越強[13]。在本研究中，不同品種生姜多糖含量差異顯著，分布在1.23～9.09 mg·g-1之間（圖3）；其中，‘山東昌邑大姜’多糖含量最多，顯著高于其他品種；‘山東娃娃姜’中多糖含量最少，顯著低于其他品種；其他介于二者之間。供試品種多糖含量最高值達到最低值的7倍多，說明二者之間多糖含量差異很大。

圖3 不同生姜品種多糖含量Fig. 3 Polysaccharide content of different ginger varieties

2.1.3 不同生姜品種姜辣素和姜黃素含量比較 姜辣素是生姜的辛辣成分，其含量高低不僅能反映生姜的藥用價值，也能說明生姜的食用價值。圖4顯示，‘冀姜5號’與‘冀姜18號’之間姜辣素含量差異不顯著，其余樣品姜辣素含量差異顯著；其中，‘山東昌邑大姜’肉質根莖中姜辣素含量顯著高于其他品種；‘冀姜1號’姜辣素含量顯著低于其他品種。

圖4 不同生姜品種姜辣素含量Fig. 4 Gingerols content of different ginger varieties

生姜是姜黃素最主要的來源，姜黃素含量越高，說明生姜的藥理作用越強。在本研究中，不同品種生姜姜黃素含量差異顯著，含量在27.340～107.692 μg·g-1之間（圖5）；其中，‘山東昌邑大姜’姜黃素含量最高，顯著高于其他品種，‘山東娃娃姜’姜黃素含量顯著低于其他品種。

圖5 不同生姜品種姜黃素含量Fig. 5 Curcumin content of different ginger varieties

2.1.4 不同生姜品種黃酮、多酚和維生素C含量比較 黃酮是生姜中主要的抗氧化成分之一，本試驗中，不同品種生姜黃酮含量分布在3.805～7.679 mg·g-1之間（圖6）；其中，‘山東昌邑大姜’中黃酮含量顯著高于其他品種，為7.68 mg·g-1；‘冀姜2號’肉質根莖中黃酮含量最少，顯著低于其他品種。

圖6 不同生姜品種黃酮含量比較Fig. 6 Flavone content of different ginger varieties

不同生姜品種多酚含量分布在3 182.652～4 320.109 μg·g-1之間（圖7）；其中，‘冀姜18號’肉質根莖中多酚含量顯著性高于其他品種；‘冀姜7號’多酚含量顯著性低于其他品種。

圖7 不同生姜品種多酚含量Fig. 7 Polyphenol content of different ginger varieties

維生素C具有良好的美白祛斑和抗氧化、抗衰老功效[30]，是衡量蔬菜品質的重要指標[11]。由圖8可見‘，冀姜1號’與‘冀姜5號’中維生素C含量差異不顯著，其余樣品之間維生素C含量差異顯著，均分布在152.328～309.509 μg·g-1之間，其中，‘山東昌邑大姜’肉質根莖中維生素C含量最高，為309.509 μg·g-1，顯著高于其他品種；‘冀姜2號’維生素C含量最少（152.328 μg·g-1），顯著低于其他品種。

圖8 不同生姜品種維生素C含量Fig. 8 Vc content of different ginger varieties

2.2 不同生姜品種品質的綜合評價

利用隸屬度（平均隸屬函數值）來描述生姜營養品質指標的物質含量之間的模糊界限，反映生姜綜合品質的優劣，隸屬度越接近1，表明該生姜品種屬于優種的程度越高，即綜合品質越好[31]。由表1可見，供試8個生姜品種在唐山地區品質由高到低排序依次為‘山東昌邑大姜’＞‘冀姜18號’＞‘冀姜7號’＞‘冀姜1號’＞‘安徽銅陵大姜’＞‘冀姜5號’＞‘冀姜2號’＞‘山東娃娃姜’。結果表明，‘山東昌邑大姜’綜合品質最好，而本課題組選育的冀姜系列的‘冀姜18號’‘冀姜7號’‘冀姜1號’等排在‘山東昌邑大姜’之后，品質較好。

表1 不同生姜品種的隸屬函數值Table 1 Membership function value of different ginger varieties

2.3 不同生姜品種產量比較

不同生姜品種產量差異較大（圖9），介于18 261.15～97 973.34 kg·hm-2之間，差異達到5倍多，其中‘冀姜5號’產量最高，為97 973.34 kg·hm-2，顯著高于其他品種，‘安徽銅陵生姜’產量為18 261.15 kg·hm-2，與‘冀姜18號’產量差異不顯著，二者顯著低于其他生姜品種。結果表明，大多數冀姜系列生姜品種除了‘冀姜18號’，產量均較高，而‘山東昌邑大姜’產量僅比‘冀姜5號’低，‘山東娃娃姜’產量也能達到63 943.95 kg·hm-2，說明‘山東昌邑大姜’和‘山東娃娃姜’也適宜在唐山地區種植，可能是因為山東和河北地域距離較近，氣候等條件較接近。

圖9 不同生姜品種產量Fig. 9 Yield of different ginger varieties

3 討論

隨著生活質量的提高，蔬菜品質越來越受關注，生姜作為常見的調味蔬菜，需提高品質以滿足消費需求。近年來，我國生姜生產發展迅速，產量、出口量均居世界第一位，但部分地區仍存在良種覆蓋率低等問題，急需篩選更多高產、優質的品種，以加快育種進程，品質育種的關鍵是品質評價。

植物蛋白質是人體氨基酸的重要來源，而人體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種植、開發價值高[8]。糖類作為重要的物質基礎，是生命體維持生命活動所需能量的主要來源，可溶性糖積累與植物的多種生命活動有關，尤有利于花芽分化[8]。維生素C的抗氧化作用與清除自由基作用十分顯著，因而具有良好的美白祛斑和抗氧化、抗衰老之功效[30]。本研究將可溶性蛋白、可溶性糖和維生素C這3種物質作為評價生姜品質的指標，與姚禮發等[31]的研究結果較一致，但與田紅梅等[2]的研究結果有差異，這可能由于供試生姜品種間差異，也可能由于種植生態環境條件變化會影響品質。多糖是植物體的能源物質，也是構成其細胞壁的重要組成成分，具有調節免疫、抗癌、抗氧化、輔助降血糖的功效[32]，在保健食品、醫療領域有廣闊的應用前景。本研究測得生姜肉質根莖的多糖含量結果與趙文竹等[12]的研究結果相近。姜辣素和姜黃素是主要的生姜提取物。姜辣素具有抗氧化、抗突變、抗腫瘤、抗菌和調節免疫等功能，是生姜呈現藥理作用的主要功能因子之一；姜黃素具有降脂、降糖、抗炎、抗癌、抗氧化等藥理作用，是植物界少有的具有二酮的色素[33]。本研究生姜肉質根莖姜辣素、姜黃素含量略低于賴海濤等[22]、高曉東等[33]的研究結果，這可能是由于品種間差異且種植地點不同造成的。黃酮、多酚是天然存在的強抗氧化劑，黃酮具有降血脂、降血壓、抗心腦血管疾病、抗腫瘤、抗氧化以及阻止細胞退化、衰老等生理活性[15]，多酚的抗氧化功能還對多種慢性病起到預防作用[27]。本研究中供試材料黃酮、多酚含量與李杰等[15]、劉軍偉等[16]的研究結果相近。

譚金霞等[11]對12個山東地區生姜品種各成分進行相關性分析，發現測定指標間存在不同程度的相關性，且生姜營養成分豐富，僅以某個指標評價生姜品質可能導致結果出現偏差。他們利用主成分分析法對供試材料品質進行了綜合評價，但主成分分析法是針對選擇的指標進行分析，而且不同研究選取的指標不盡相同，所以主成分分析只能針對所選取的指標進行選取分析，當指標數量不多時，可以對所有指標進行評價。本研究利用隸屬函數法進行綜合評價，隸屬函數法是根據模糊數學的原理在單因素隸屬度對各指標作出單項評估，然后對各因素的隸屬度進行加權算數平均，計算綜合隸屬度，得出綜合評估的指標值，其結果越接近0越差，越接近1越好[34]。譚金霞等[11]利用主成分分析法認為‘山東昌邑大姜’品質最好，本研究利用隸屬函數法進行評價的結果與此一致。供試8個生姜品種在唐山地區品質表現由高到低排序依次為‘山東昌邑大姜’＞‘冀姜18號’＞‘冀姜7號’＞‘冀姜1號’＞‘安徽銅陵大姜’＞‘冀姜5號’＞‘冀姜2號’＞‘山東娃娃姜’。關于生姜品質評價指標選擇不同的專家學者并不完全相同，郭孝萱等[35]認為，生姜活性成分與生姜生理功能有很大關系，所以選擇生姜中具有代表性的活性成分指標包括姜精油、姜酚、姜烯酚和生姜黃酮作為生姜營養品質的評價；韓春梅等[10]選擇了維生素、蛋白質、姜辣素、硝酸鹽和可溶性糖含量作為評價生姜品質的指標。本研究僅就部分營養成分和生物活性物質進行了分析，其他成分需要進一步研究。

本研究中‘冀姜5號’產量最高，顯著高于其他7個供試生姜品種，‘山東昌邑大姜’次之，而品質綜合評價在第2位的‘冀姜18號’，產量只有18 371.85 kg·hm-2，品質排在第3位的‘冀姜7號’，產量只有44 534.85 kg·hm-2，而‘山東昌邑大姜’的綜合品質為供試材料首位，說明‘山東昌邑大姜’無論在產量還是品質，在唐山地區均表現較優異，可以在唐山地區進行引種及推廣；而新選育的冀姜系列中沒有在品質和產量均表現明顯優異的品種，所以在后續的研究中對于產量高的品種如‘冀姜5號’應著重進行品質提升研究，品質好的品種如‘冀姜18號’應著重進行產量提高研究。