不同品种枸杞子营养成分分析及评价

王益民1，张 珂1，许飞华1，王 玉1，任晓卫1，张宝琳2

（1.兰州大学公共卫生学院，甘肃 兰州 730000；2.甘肃省林业科学研究院，甘肃 兰州 730020）

摘 要：测定10个枸杞品种枸杞子的3项外观指标（干果百粒质量、干果果形指数、鲜干果比）和7种营养物质含量（甜菜碱、类胡萝卜素、总糖、枸杞多糖、还原型VC、氨基酸、可溶性固形物），进行10项品质指标的聚类分析和基于主成分分析的枸杞综合品质评价。结果显示：不同品种的枸杞子品质指标存在差异，但变异程度较低。10个枸杞品种可聚为4类，扁果枸杞聚为一类；0901、宁杞4号、宁杞7号聚为一类；蒙杞1号聚为一类；其他5个品种聚为一类。主成分分析中，将10项品质指标简化成4个主成分，其累积方差贡献率为85.87%，反映了枸杞品质的绝大部分信息；评价出0901、扁果枸杞、宁杞7号、宁杞4号4个品种的营养品质较高。

关键词：枸杞；聚类分析；主成分分析；品质评价

Chemical Analysis and Nutritional Evaluation of Different Varieties of Goji Berries (Lycium barbarum L.)

WANG Yi-min1, ZHANG Ke1, XU Fei-hua1, WANG Yu1, REN Xiao-wei1, ZHANG Bao-lin2

(1. School of Public Health, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China;

2. Gansu Academy of Forestry, Lanzhou 730020, China)

Abstract: Three appearance indexes (dry weight of 100 berries, berry shape index and fresh-to-dry ratio) and the contents of seven nutrients in 10 different varieties of goji berries (Lycium barbarum L.) were determined. Based on our analytical results, cluster analysis and comprehensive quality evaluations were carried out. The results indicated that the quality indexes of different varieties of goji berries were varied over a relatively narrow range. Cluster analysis showed that 10 varieties of goji berries could be divided into 4 classes: 1. Bianguo goji; 2 including 0901, Ningqi No.7 and Ningqi No.4; 3. Mengqi No.1; and 4 including five other varieties. For principal component analysis, four principal components were extracted, and their cumulative variance contribution rate was up to 85.87%, which reflected mostly the quality characteristics of goji berries. The results of principal component analysis indicated that 0901, Bianguo goji, Ningqi No.7 and Ningqi No.4 had better overall quality among the goji varieties tested.

Key words: Lycium barbarum L.; cluster analysis; principal component analysis; quality evaluation

中图分类号：S567 文献标志码：A 文章编号：1002-6630(2014)01-0034-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201401007

枸杞子为茄科植物宁夏枸杞（Lycium barbarum L.）多年生落叶灌木的干燥成熟果实[1]，是名贵的中药材和保健品，具有抗肿瘤、防衰老、降血脂、抗氧化、增加造血等方面的功效[2-6]，在我国的保健业和医药业方面占据了重要地位[7]。目前我国枸杞的几大产区，绝大多数栽培品种均引自宁夏枸杞（L. barbarum）系列品种[8-13]，这些品种的培育方法主要是从宁夏枸杞栽培品种中利用自然变异选择突变单株、通过扦插扩大繁殖[14-17]，这样导致了枸杞新品种遗传多样性的降低。这些栽培品种间果实品质、营养及药效有无差异，对存在的差异如何开发利用等，需要开展实验研究。

枸杞的果品品质分外观品质和内在品质两方面，其中百粒质量、果形指数、鲜干果比、色泽等为果实外观品质，决定着果实的商品性；甜菜碱、枸杞多糖、黄酮、氨基酸、VC、总糖等为果实的内在品质，决定着果实的营养及药用性，其含量是评价食品和中药药材品质的一项重要指标。本研究对同一栽培地点的10个品种枸杞子的果实百粒质量、果形指数、鲜干果比3项外观品质和甜菜碱、类胡萝卜素、总糖、枸杞多糖、VC、蛋白质氨基酸组成（以下简称氨基酸）、可溶性固形物等7项内在营养物质进行测定和评价，研究各品种间枸杞子有效成分的含量差异，以期提高对枸杞子的利用效率，为构建枸杞子的食物成分数据库提供资料，为进一步选育枸杞优良品种提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

10个不同枸杞品种的果实，即枸杞子，分别为宁杞4号、0901、宁杞7号、07-02、蒙杞1号、扁果枸杞、宁杞5号、宁杞3号、宁杞1号和先锋1号，种植于甘肃景电灌区的枸杞试验田中。各品种树龄相同，树体大小相似，品种纯正。

葡萄糖和甜菜碱对照品 美国Sigma公司；2,4-二硝基苯肼、石油醚、水合茚三酮、还原茚三酮、二甲基亚砜、雷氏盐、甲醇、苯酚、硫酸、硫酸铜、酒石酸钾钠、氢氧化钠、亚铁氰化钾、乙酸锌、盐酸、甲基红、丙酮和乙醚等试剂均为分析纯。

AL204型电子分析天平 梅特勒-托利多（上海）有限公司；FW80-1型粉碎机 天津市泰斯特仪器有限公司；日立835-50型高速氨基酸分析仪 日本日立公司；Varian Cary 50型紫外分光光度计 美国瓦利安公司； RF-540型荧光分光光度计、CS-9000薄层扫描仪 日本岛津公司；722S型可见分光光度计 上海江仪仪器有限公司；WYT手持糖量计 成都光学仪器厂。

1.2 方法

1.2.1 枸杞子采集及处理

10个品种定植时按行顺序排列，兼顾授粉树的搭配，一行为一个小区，每小区20株，株行距1.5m×2m；4次重复。采集2012年的枸杞头茬果，每品种每小区调查10株树，4个小区果实混合后四分法取样，进行果实品质测定。对鲜果进行烘干处理，制成枸杞子。

1.2.2 枸杞子外观品质测定

干果百粒质量：果实采摘后，烘干后至质量恒定，四分法取样100粒果实，用电子天平称质量，3次重复，计算平均值；干果果形指数：果实采摘后，烘干后至质量恒定，四分法取样30粒果实，用游标卡尺逐个测定果粒纵径、横径，3次重复，计算纵径与横径之比，取平均值；鲜干果比：果实采摘后，测定每试验小区3株试验树的鲜果质量与干果质量，计算鲜果质量与干果质量比值，即鲜干果比，取平均值。

1.2.3 枸杞子营养成分检测

对每一品种的每批枸杞子样品进行甜菜碱、类胡萝卜素、总糖、枸杞多糖、还原型VC、氨基酸、可溶性固形物7种营养物质含量的检测，计算其平均值。

总糖用酸水解法检测，参照GB/T 5009.9—2008《食品中淀粉的测定》；可溶性固形物采用折射仪法检测，参照GB/T 12295—1990《水果、蔬菜制品可溶性固形物含量的测定》；还原型VC采用荧光法，参照GB/T 5009.86—2003《蔬菜、水果及其制品中总抗坏血酸的测定》，采用岛津RF-540荧光分光光度计测定；胡萝卜素采用纸层析法，参照GB/T 5009.83—2003《食品中胡萝卜素的测定》，采用Cary50紫外分光光度计测定；氨基酸含量测定方法参照GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的测定》，采用日立835-50型高速氨基酸分析仪测定；甜菜碱和枸杞多糖分别采用《中华人民共和国药典》中甜菜碱和枸杞多糖含量的测定方法检测[18]。

1.2.4 枸杞子品质分析

聚类分析法：以欧氏距离平方作为样品测度，以枸杞子的3项外观品质指标和7项营养物质含量指标为依据，对10个枸杞品种进行聚类分析。

主成分分析法：以供试的10个枸杞品种作为样本单元，将枸杞子的3个外观指标和7个营养成分含量指标作变量进行主成分分析。根据不同枸杞品种主成分特征值、贡献率及累计贡献率，对10个枸杞品种的品质进行综合评价。

1.3 数据处理

采用Excel建立数据库，用SPSS 18.0软件进行聚类分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 枸杞子品质的测定结果

10个不同品种枸杞子的3项外观品质指标（干果百粒质量、干果果形指数、鲜干果比）和7项营养物质含量（甜菜碱、类胡萝卜素、总糖、枸杞多糖、还原型VC、氨基酸、可溶性固形物）的测定结果见表1。

表 1 10个不同品种的枸杞子品质

Table 1 Quality characteristics of goji berries from10 varieties

由表1可知，不同品种枸杞子10个方面的品质性状均存在不同程度的变异现象。其中类胡萝卜素含量在品种间的变异程度最大，变异系数为37.87%，可溶性固形物变异程度最小，变异系数仅为2.8%。从变异系数来看，不同品种枸杞子10个方面的品质性状变异程度均不大。

2.2 枸杞子品质的主成分分析

2.2.1 数据标准化

枸杞子的10个品质性状有不同的量纲和数量级，为了避免量纲和数量级的影响，需要对原始数据进行标准化处理，将各指标数据转化成均值为0、标准差为1的无量纲数据。标准化方法为每一变量值与其平均值之差除以该变量的标准差。标准化结果见表2。

表 2 枸杞子10个品质性状的数据标准化值

Table 2 The standardized data for 10 quality evaluation indexes

2.2.2 主成分分析

表 3 枸杞子品质主成分的方差贡献率

Table 3 Variance contribution rates of principal components to the quality characteristics of goji berry

通过主成分分析得出各主成分的特征值、方差贡献率、累积方差贡献率（表3）和主成分载荷矩阵（表4）。其中特征值表示了对应主成分能够描述原有信息的多少，由表3可知，前4个主成分的特征值均大于1，其中第1主成分的方差贡献率为35.25%，第2主成分的方差贡献率为21.99%，第3主成分的方差贡献率为14.95%，第4主成分的方差贡献率13.67%，累积方差贡献率为85.87%，说明这4个主成分反映了原始变量的绝大部分信息。因此提取前4个主成分代替原10个指标评价枸杞品质。对枸杞子品质评价的指标由初始的10个方面降为4个彼此不相关的主成分，达到了降维的目的。

表 4 枸杞子各品质指标的主成分载荷矩阵

Table 4 The loading matrix of four principal components

表4为枸杞子的10个品质指标的主成分载荷矩阵，该矩阵反映了品质指标对此主成分负荷相对大小和作用的方向，即该指标对主成分的影响程度。由表4可见，第1主成分中载荷较高且符号为正的品质指标有氨基酸和甜菜碱，这两个指标对第1主成分产生正向影响。其中，氨基酸载荷权数最大为0.82，其次为甜菜碱，载荷权数为0.81。载荷较高且符号为负的品质指标有总糖和可溶性固形物，载荷权数分别为：－0.80和－0.78，这两个指标对第1主成分产生负向影响。说明第1主成分大时氨基酸含量越高，甜菜碱含量也越高，而总糖和可溶性固形物含量会降低，其他品质性状基本不变。

第2主成分中载荷较高且符号为正的品质指标为鲜干果比，载荷权数为0.52，该指标对第2主成分产生正向影响。载荷较高且符号为负的品质指标有干果百粒质量和干果果形指数，载荷权数分别为：－0.66和－0.87，这两个指标对第2主成分产生负向影响。说明第2主成分大时，鲜干果比指标也大，而干果百粒质量和干果果形指数两个指标会减小。

第3主成分中载荷高且符号为正的品质指标是类胡萝卜素，载荷权数为0.80。说明第3主成分大时，类胡萝卜素指标也大。

第4主成分中载荷较高且符号为正的品质指标为枸杞多糖和还原型VC。说明第4主成分大时枸杞多糖和还原型VC两个指标也大。

2.2.3 枸杞子品质的综合评价

用各指标变量的主成分载荷（表4）除以主成分相对应的特征值开平方根，便得到4个主成分中每个指标所对应的系数即特征向量，以特征向量为权重构建4个主成分的表达函数式：

Z1=－0.279X1－0.115X2＋0.093X3＋0.431X4＋0.281X5－0.427X6＋0.227X7＋0.182X8＋0.439X9－0.417X10

Z2=－0.442X1－0.584X2＋0.350X3＋0.246X4＋0.022X5＋
0.299X6＋0.083X7＋0.121X8－0.310X9＋0.269X10

Z3=0.054X1＋0.208X2－0.081X3＋0.032X4＋0.654X5＋0.297X6－0.355X7＋0.518X8－0.162X9－0.079X10

Z4=0.383X1＋0.061X2＋0.368X3－0.218X4－0.123X5－0.009X6＋0.578X7＋0.559X8－0.034X9＋0.033X10

4个表达式中，X1为百粒质量、X2为果形指数、X3为鲜干果比、X4为甜菜碱、X5为类胡萝卜素、X6为总糖、X7为枸杞多糖、X8为还原型VC、X9为氨基酸、X10为可溶性固形物。

以各个主成分对应的方差贡献率作为权重，由主成分得分和对应的权重线性加权求和得到综合评价函数。

F= 0.353Z1＋0.220Z2＋0.150Z3＋0.137Z4

根据主成分综合得分模型，可计算出10个品种枸杞子的综合得分值和排序结果（表5）。综合得分排在前4位的枸杞品种依次是0901、扁果枸杞、宁杞7号、宁杞4号。

表 5 10个品种枸杞子的主成分因子得分

Table 5 Scores of the principal component factors from 10 varieties of goji berries

根据主成分载荷阵分析（表4），氨基酸和甜菜碱含量指标对第1主成分的正向影响最为显著。由表1可知，氨基酸含量排在前3位的枸杞品种依次为：宁杞4号、0901、宁杞7号；甜菜碱含量排在前3位的也是这3个品种，但顺序有所变化，依次是：宁杞7号、0901、宁杞4号。因此，这3个品种枸杞子应该在第1主成分上的得分较高。综合评价的结果证实（表5），宁杞4号、0901、宁杞7号分别排在第1主成分得分的前3位。由于第1主成分的贡献率最大，因此这3个枸杞品种的综合评价结果靠前。

扁果枸杞虽然在第1主成分上的得分排在第4位，但其因鲜干果比指标较大对第2主成分的正向影响大，类胡萝卜素含量高对第3主成分的正向影响大，还原型VC和枸杞多糖含量高对第4主成分的正向影响大，这一品种在第2、3、4主成分上的得分均排在第1，因此扁果枸杞在综合评价排序中位于第2。

蒙杞1号的甜菜碱和类胡萝卜素含量较低，分别对第1和第3主成分正向影响最小，而百粒质量和果形指数两个指标最大对第2主成分的负向影响也最大，且其他指标居中或较低，因此蒙杞1号的综合得分最低，排在所有参试品种的最后1位。

2.3 不同枸杞品种的聚类分析

根据枸杞子7项营养物质含量和3项外观指标对10个枸杞品种进行了聚类分析，结果如图1。依照聚类分析结果和表1中的枸杞子品质数据，10个枸杞品种可分为4类，其中蒙杞1号单独聚为一类，其枸杞子品质特点为干果百粒质量和干果果形指数优于其他类群，但甜菜碱和类胡萝卜素含量较低；扁果枸杞单独聚为一类，其枸杞子品质特点为还原型VC含量和枸杞多糖含量优于其他类群；0901、宁杞4号、宁杞7号3个品种聚为一类，其枸杞子品质特点为甜菜碱和氨基酸含量优于其他类群，但总糖和可溶性固形物含量较低；其他品种聚为一类，其枸杞子品质特点为7项营养物质含量和3项外观指标处于居中或较低状态。

由主成分分析中选出的4个综合品质较高的枸杞品种，在此分别聚为了两类，即扁果枸杞单独为一类，0901、宁杞4号、宁杞7号3个品种为一类。

图 1 枸杞子品质聚类分析系统树

Fig.1 Dendrogram obtained from cluster analysis of goji berry quality

3 结论与讨论

本实验中10个品种枸杞子的品质性状间存在不同程度的差异，但变异程度较低。这与现阶段进行枸杞新品种培育时采用的主要育种方法，即利用自然变异选择突变单株有关，这种方法造成了各枸杞品种间遗传多样性的降低。一些分子标记技术研究也证实，在分子水平上不同枸杞品种间遗传多样性较低[19-20]。因此为了获得营养品质更为突出的枸杞品种，还应采用多种育种方法和手段，包括野生型枸杞与栽培品种之间的杂交育种方法和现代的人工诱变、太空育种及转基因等方法。

聚类分析结果显示，10个枸杞品种中，0901、宁杞4号、宁杞7号的氨基酸、甜菜碱等内在品质相近，聚为一类；其他品种也根据不同的营养和外观特点分别聚类。可将这些不同品种的枸杞子品质特点作为育种目标性状和枸杞子食物成分数据加以充分利用。

主成分分析结果显示，10个枸杞品种中，0901、扁果枸杞、宁杞7号、宁杞4号4个枸杞品种综合品质较高。这一结论对聚类分析中的类群进行了排序和优选，是聚类分析结果的深入。本研究用主成分分析法将影响枸杞子品质的10个指标简化为4个综合指标，将多维指标变为简单的几维指标，减少了数据的计算工作量、简化了数据结构、避免了原始数据信息的损失和人为的主观随意性[21]，主成分分析法是评价枸杞子综合品质的一种可行方法，且用主成分分析法对各种食品品质进行综合评价已被证实其简便易行、结果可靠[22-25]。

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