绍兴香榧坚果品质变异分析及综合评价

孙小红1,王国夫1,杜轶君1,胡绍泉1,葛 建2,*

(1.绍兴文理学院元培学院,浙江 绍兴 312000;2.中国计量大学生命科学学院,浙江 杭州 310018)

摘 要:为了解绍兴香榧品质情况,提高香榧品质及商品价值,对来自绍兴香榧核心产区12 个香榧样品的21 个外在和内在指标变异情况进行研究,并对其变异情况及坚果综合品质进行了主成分分析和聚类分析。结果表明:香榧外观及内在品质各指标差异显著。香榧样品种仁平均油脂质量分数为50.28%,蛋白质平均含量为12.70 g/100 g,而且不同产区之间差异皆显著(P<0.05);香榧种仁不饱和脂肪酸所占比例在60.08%~75.77%,主要为油酸和亚油酸。经综合评价及聚类分析可知,嵊州的香榧综合评价值最高,其次依次为诸暨的香榧和绍兴稽东的香榧。种子长度、油脂质量分数、种子质量、蛋白质含量、油酸和亚油酸质量分数是评价香榧品质质量的重要指标。综合评价分析表明坚果品质综合表现较优的为嵊州香榧。综上,利用主成分分析和聚类分析可以对香榧坚果品质进行评价和其简化。

关键词:香榧;坚果品质;主成分分析;综合评价

香榧(Torreya grandis ‘Merrilli’)属于红豆杉科榧属常绿乔木,是榧树(Torreya grandis)中的变异类型经人工培育而成的优良品种,也是目前榧树中惟一进行人工栽培的品种[1-3]。香榧种子风味独特、营养丰富,是一种特殊的干果,并具有药用、食用等多种用途,在抗氧化、抗炎、抗艾滋病、降血脂等方面有一定功效[4-5]。2013年5月29日,绍兴会稽山古香榧群被联合国粮农组织认定为全球重要农业文化遗产保护试点单位。这是全球首个以山地经济林果为主要特征的农业文化遗产利用系统,也是绍兴第一个世界级农业文化遗产[6],受到世人瞩目。香榧价格一直居高不下,为坚果之首,因此也出现了以次充好、陈年香榧等不良情况,不少地方栽培后出现产量低、品质差等问题[7-8],影响香榧声誉。香榧种植地的土壤、水质和气候都会影响香榧的品质,所以香榧品质的评价较为复杂。对香榧坚果品质特性进行系统科学的综合评价具有重要意义。但目前针对香榧综合性状指标的分析方法尚没有统一的标准。

坚果品质性状评价的指标有很多,单纯依据某个或某两个指标评价会让评价结果不全面;因此,要进行多指标综合评价分析。传统的品质评价方法多采用对品质性状进行描述和打分,这种方法虽简单易行,但标准不统一,主观性强,评价结果也不够合理[9];而主成分分析方法是目前品质综合评价的一种有效方法[10-13]

因此,本实验对来自绍兴会稽山香榧主产区的香榧综合性状进行对比研究,对收集的去除假种皮前后的种蒲、种核,在测定21 个香榧品质指标的基础上,借助相关性分析和主成分分析等多元统计方法,对取得的各相关品质指标值进行综合分析,构建香榧品质的综合指数,从而可以得出某地区香榧对应的平均综合指数,对企业的收贮和加工具有指导意义,也为绍兴香榧优质栽培和新品种选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

依据已认定的地理标志产品的产地和主产区作为香榧采集地点,分别在诸暨、嵊州和绍兴进行采集,编号为1~12。其中1~3号样品来自诸暨赵家镇,4~8号样品来自嵊州松明培村和白雁坑村,9~11号样品来自绍兴稽东镇,12号样品为圆榧,取自嵊州白雁坑。采集标准是:1~11号香榧树都为人工嫁接,树龄在300~500 年,海拔在300~600 m之间,选取30~40 株树,在每株树冠的南面中上部随机采10 个充分成熟的坚果(未去掉假种皮的香榧种蒲)。实验所用样品均选择饱满的坚果,样品采后测定种蒲各项指标,放于通风、干燥处,腐熟后剥去青皮,晾晒过程中要随时翻动,使其干燥均匀,当坚果的含水量小于8%时即可,放于温度为0~4 ℃的干燥、密闭处进行保存,待测。

所有有机溶剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

KDN-08A凯氏定氮仪 上海庚庚仪器设备有限公司;紫外-可见分光光度计 上海佑科仪器仪表有限公司;6890N/5975MSD气相色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司。

1.3 方法

1.3.1 种子物理性质测定

采用常规方法测定每种样品30 个坚果的数量指标:用游标卡尺测定种蒲长度、直径,种子长度、直径,种核长度、横径,种壳厚度,分别得出果形指数(长度与直径之比)和种形指数(长度与直径之比);种壳质量及单果质量采用电子分析天平测定。

1.3.2 种子内在品质测定

将每份香榧干燥至恒质量(前后两次称量差不超过0.002 g),去壳,然后将仁粉碎均匀用于测定其内在品质指标。脂肪质量分数测定采用索氏抽提法,以乙醚为溶剂提取仁油,计算出油率,重复3 次,取平均值;蛋白质含量测定采用凯氏定氮法,重复3 次取平均值,测定结果经过换算(全氮质量×6.25)即可得到蛋白质量;多糖质量分数测定采用苯酚-硫酸法[14]

脂肪酸组分测定参照文献[15-16],将待测样品进行甲酯化后采用6890N/5975MSD气相色谱-质谱联用仪测定。气相色谱条件:采用DB-WAX色谱柱(30.0 m×0.25 mm,0.25 µm),初始温度100 ℃,保持2 min,以8 ℃/min升至250 ℃,保持8 min,进样口温度250 ℃;离子源温度250 ℃,进样量0.4 µL;载气(He)流量1 mL/min;分流比为50∶1。定量方法采用面积归一法,即单个脂肪酸甲酯的质量分数是各个组分峰值面积占色谱图上的所有组分峰面积总和的百分比。油脂过氧化值、油脂脂肪酸酸价测定用GB/T 5009.37—2003《食用植物油卫生标准的分析方法》。采用1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)法测定样品清除自由基活性[17-18]

1.4 数据统计分析

采用Excel和SPSS 19软件统计分析数据,计算各样品坚果性状的平均值、标准差及变异系数,并采用Duncan法进行显著性分析。对各指标均值数据进行标准差标准化,再进行Pearson积矩相关系数法进行相关性分析。参照文献[19],综合21 个品质指标标准差标准化,进行主成分分析和综合评判。

2 结果与分析

2.1 种子物理性状的分析

对12 个香榧样品坚果物理性状进行分析,从表1可以看出,12 个香榧种蒲长度范围为2.622~3.435 cm,平均值为3.074 cm,种蒲最长的是5号样品,来自嵊州白雁坑村的香榧,但去除假种皮后种子并不大,说明该香榧假种皮较厚;种壳厚度范围为0.060~0.090 cm;果形指数最高的为5号样品,从外观上看该香榧较为细长;12 个样品种子长度的范围为2.206~3.079 cm,种子质量范围为1.224~1.773 g,二者变异系数分别为9.20%和10.37%,其变异程度较大。样品间各指标差异也较为显著。因此,可以说榧树种子的大小存在着较大的差异,商品一致性较差,对销售和加工有一定影响。本实验所采用的香榧树都是来自各地300~500 年生的香榧树,已经进入盛产期,这些香榧都是几百年前通过嫁接繁殖,其接穗来源不一,难以统一来源,目前市场上主要香榧来源于这些榧树。再加上近几年香榧销量好,榧树花粉来源有东阳、磐安,甚至外省安徽,造成香榧籽外观差异较大。嵊州、诸暨以及绍兴稽东虽然同为会稽山区,但是沟壑纵横,由于坡度、坡向和海拔等的不同,极易形成局部山地小气候,对香榧的外观品质产生很大影响[20-24]

表1 香榧种子物理性状分析
Table 1 Physical properties of T. grandis ‘Merrilli’ nuts

注:同列肩标小写字母不同表示差显著(P<0.05)。表3同。

表2 香榧种子各性状间相关性分析
Table 2 Correlation analysis among physical parameters of T. grandis ‘Merrilli’ nuts

注:*.显著相关(P<0.05);**.极显著相关(P<0.05)。

各种子性状参数的相关性分析(表2)表明,种蒲长度和种子长度,果形指数和种形指数相关性最大,相关系数分别为0.939和0.956。种蒲直径与种蒲长度、种子长度相关性不显著,种壳厚度与种蒲长度、种子长度相关性也不显著。其余参数两两之间或者呈显著正相关,或者呈显著负相关;其中果形指数与种形指数呈极显著正相关,说明种核的大小随果形大小变化而变化;种子质量与种蒲长度、种蒲直径、种蒲质量,种子长度以及种子直径都呈显著正相关。这与沈登锋等[25]的研究结果基本一致。种子质量与果形指数、种形指数相关性不大,与李扬等[26]研究结果基本一致。

2.2 香榧种子内在品质

2.2.1 种子脂肪质量分数测定结果

表3 香榧种子各主要成分分析
Table 3 Chemical properties and antioxidant activity of T. grandis ‘Merrilli’ nuts

注:IC50.半抑制浓度(half maximal inhibitory concentration)。

坚果的香脆程度与种子含油率呈正相关[27],因此,脂肪含量多少是重要的质量指标之一。通过对12 个香榧种子样品分析(表3)可知,12 个香榧种子种仁平均油脂质量分数为50.28%,变异系数为12.31%,而且不同产地之间差异显著(P<0.05)。其中香榧种子种仁油脂质量分数最高为12号样,达61.20%,该样品取自嵊州,为圆榧品种,口感较差,商品价值低,但含油量高,值得进一步开发研究。不同产地香榧油脂变异范围大,遗传变异丰富,选择潜力大,通过育种途径改良香榧品质性状是可行的。

2.2.2 种子蛋白质含量测定结果

蛋白质含量是衡量香榧营养价值的一个指标。由表3可知,1 2 个香榧种仁蛋白质平均含量为12.70g/100 g,变异系数为24.40%。同样来自嵊州的香榧样品(4~6号)中,5号样品种子蛋白质含量显著高于其他组的蛋白质含量,说明即使是同一地方的香榧样品,由于栽培管理方式不同,其营养成分积累也有差异。来自诸暨的3 个样品(1~3号样)蛋白质含量较其他组含量相对低,差异显著(P<0.05)。特别是2号和3号的种子,蛋白质含量更低,与最高组香榧5号样差异显著[28]。说明遗传多样性比较丰富,商品一致性较差。

2.2.3 种子多糖质量分数测定结果

对12 个不同香榧种子进行分析测定,由表3分析表明不同产地香榧多糖质量分数差异显著,最高值与最低值甚至达2 倍。香榧种子多糖质量分数以9号样和12号样质量分数最高,分别达1.295%、1.337%,而2号样和4号样最低,仅为0.659%、0.658%;12 个香榧种仁多糖质量分数平均为1.020%,变异系数为23.00%。

2.2.4 香榧种子油脂过氧化值、酸价以及抗氧化能力测定结果

油脂过氧化值和酸价是衡量坚果品质优劣的重要指标之一。由表3可知,12 个香榧种子油脂的过氧化值范围在0.033 5~0.089 6 meq/kg。不同产地香榧种子油脂过氧化值存在显著差异。但与GB 2716—2005《食用植物油卫生标准》相比(≤9.85 meq/kg),其数值都偏低。说明香榧种子油脂品质较好。12 个香榧种子酸价范围在1.29~2.55 mg/g(≤3 mg/g)。不同产地香榧油脂酸价差异显著。DPPH自由基是一种稳定的自由基,被广泛用来测定各种样品的抗氧化活性。由表3可知,12 个香榧种仁油脂DPPH自由基清除作用的IC50范围为8.23~13.76 mg/mL,平均值为10.09 mg/mL,变异系数为13.60%。IC50越小,说明该香榧籽油对DPPH自由基清除能力越强,抗氧化能力越强。多重比较分析结果表明,不同产地香榧籽油抗氧化能力不同,存在显著差异。但本次实验所得结果数据明显高于文献,可能与香榧籽油提取以及产地不同相关[29-30]

2.2.5 香榧种子脂肪酸质量分数分析

表4 香榧种子脂肪酸质量分数分析
Table 4 Fatty acid composition of T. grandis ‘Merrilli’ nuts

将香榧油脂甲酯化后,应用气相色谱-质谱联用方法测定脂肪酸的组成和质量分数,结果见表4。香榧种仁油脂以亚油酸、油酸为主,另外在油脂中还发现了较多的二十碳二烯酸、二十碳三烯酸等不饱和脂肪酸,不同产地香榧种仁不饱和脂肪酸所占比例在60.08%~75.77%,平均质量分数为71.80%。榧树油脂中脂肪酸在产地间存在不同程度的变异。其中油酸变异较大。来自诸暨的样品,香榧种仁不饱和脂肪酸质量分数较高。目前来自该区域的香榧售价也较高。

2.3 香榧坚果品质综合评判

2.3.1 主成分的提取

表5 主成分的特征值、方差贡献率、累计方差贡献率和权重
Table 5 Characteristic values, variance contribution rate, cumulative variance contribution rate and weight of principal components

由于各指标间存在着一定的相关性,若直接用原来21 个指标对各品种进行评价会导致大量的信息重叠,不但工作量大,而且评价结果不理想,因此需要进行主成分分析及综合评判。21 项指标经主成分分析后提取出6 个主成分,它们的特征值、方差贡献率、累计方差贡献率及权重见表5。提取的6 个主成分特征值大于1,累计方差贡献率为90.70%,可以全面地反映各指标的信息量,其中第1主成分的方差贡献率最高,为31.35%,权重为0.31,所体现的变量信息最多。

2.3.2 函数的建立及分析

主成分分析显示21 项指标公因子方差均大于0.9,表明所提取的6 个主成分可以较好地体现原始变量信息。在第1主成分中油脂质量分数、种蒲长度、种子长度、果形指数,种形指数正相关,这些性状均与果实及种子性状有关,则称第一主成分为香榧坚果大小因子;第2主成分中,种蒲质量、种子质量、蛋白质量系数较大,反映了香榧坚果核仁的特征,可以作为坚果核仁因子;第3主成分中油酸质量分数、亚油酸质量分数、香榧籽油对DPPH自由基的清除作用(IC50)及酸价的系数较大,反映了各香榧的脂肪质量分数特征,可作为脂肪因子;第4主成分中坚果多糖质量分数系数较大,反映了各坚果多糖质量分数特征,可作为多糖成分因子;第5主成分中过氧化值的系数较大,反映了各样品过氧化值特征,可作为坚果油脂品质特征。第6主成分与硬脂酸质量分数相关。总的方差近60%的贡献率来自前3 个主成分,所以可认为种子长度、果形指数、种形指数、油脂质量分数、种子质量、蛋白质含量、油酸和亚油酸质量分数是评价香榧品质的重要指标,这几个指标的变化将在很大程度上影响香榧坚果质量和等级评价,此结果也与市场供需实际情况相符合,因此今后在香榧育种及质量评价等工作中应侧重对种子长度、果形指数、油脂质量分数、种子质量、蛋白质含量、油酸和亚油酸质量分数指标的研究。通过将6 个主成分的特征向量与相应权重的积进行累加的方法构建了香榧坚果品质综合评价指数。根据以上分析,可以列出香榧坚果品质综合评价指数的函数表达式如下:坚果品质综合评价指数=(31.35F1+23.71F2+13.34F3+9.23F4+7.74F5+5.34F6)/90.70。综合主成分F值越高,综合品质表现越好。

2.3.3 坚果品质综合评价

表6 香榧坚果综合评价指数及优良度排序
Table 6 Ranking of comprehensive scores for nut quality of T. grandis ‘Merrilli’ nuts

由各主成分函数表达式计算出12 个香榧坚果样品品质综合评价指数,并对其进行排序,结果如表6。其中,4、5、7号3 个香榧坚果样品品质综合得分较高,即坚果品质最好。9、11、12号3 个香榧坚果样品品质综合得分最低,即9、11、12号香榧坚果品质差。其他样品品质居中。

2.3.4 坚果品质聚类分析

图1 香榧坚果品质聚类分析
Fig. 1 Dendrogram obtained from cluster analysis of nut quality of T. grandis ‘Merrilli’

对12 个香榧样品21 个坚果品质指标进行聚类分析,对通过聚类分析分成的4类品种做方差分析,结果可看出,当距离为10左右时,12 个香榧样品被分为了A、B、C 3 类(图1)。从图1看出,C类只有12号样品,说明圆榧与香榧品种性状差异很大。但C类具有油脂质量分数高、油酸质量分数高等特点,可作为优良品种进行选育。A类包含香榧1、2、3、9、10和11号6 个样品,该类具有油脂质量分数高,种壳薄,种子小、轻,种蒲轻等特点,这6 个样品分别来自诸暨赵家镇和绍兴稽东镇,地理位置接近,香榧品质基本一致。B类包含4、5、6、7、8号5 个样品。具有种子大而长,种子重,种壳薄,蛋白含量高等特点,其外观较好。

结合主成分综合得分,综合比较各类,优劣排序为B>A>C。再结合其他方面的性状,可以对绍兴香榧进行全面地比较和选优。种子长度、果形指数、种形指数、油脂质量分数、种子质量、蛋白质含量、油酸和亚油酸质量分数是评价香榧品质质量的重要指标。这几个指标的变化将在很大程度上影响香榧坚果质量和等级评价。

3 结 论

本次实验收集了12 个香榧样品,分别来自绍兴、诸暨以及嵊州,为绍兴香榧主要核心产区,其管理方式都为精细管理。为科学合理评价香榧品质,对香榧样品的21 项坚果品质相关指标的变异情况进行了分析,研究结果表明不同地区的香榧外观性状有差异,种子长度的范围为2.206~3.079 cm,种子质量范围为1.224~1.773 g,其中来自嵊州的香榧种子质量普遍偏大。外在性状中,种蒲长度和种子长度,果形指数和种形指数相关性最大,相关系数分别为0.939和0.956。种子质量与种蒲长度、种蒲直径、种蒲质量、种子长度以及种子直径都呈显著正相关。通过外观各项指标可以看出,同一指标间有一定的差异性,商品一致性程度较差,致使目前市场上流通的绍兴香榧品质差别较大,应选择适宜的种子长度、宽度、硬壳厚度等指标,为今后绍兴香榧品质均一化提供数据支持。

12 个香榧种子种仁平均油脂质量分数为50.28%,变异系数为12.31%,而且不同产地之间差异显著。

根据21 项指标,采用主成分分析法对12 个香榧样品的坚果品质进行了综合评价,利用6 个主成分建立了综合评判模型,结果表明4、5、7号3 个香榧坚果样品品质综合得分较高,即坚果品质最好。9、11、12号3 个香榧坚果样品品质综合得分最低,即9、11、12号香榧坚果品质差。将主成分分析方法用于绍兴香榧品质评价,既能把握香榧的综合性状,又能简化选择程序,较人工打分快捷,更具有科学性[31]

香榧生产地域性非常明显,分布高度集中,至今仍局限在会稽山的特定小区域。本研究侧重当前香榧在市场炒货供应方面的指标要求,产于嵊州的香榧个大皮薄且仁多,因而综合评价结果最好,12号圆榧虽然综合评价结果最差,但油脂质量分数较高,今后其可作为油料来源开发。

在目前香榧性状数学评价方法和指标体系尚没有确定的背景下,主成分分析技术将为香榧坚果质量评价提供方法技术,同时解决该技术的分级方法,具有非常重要的现实指导意义。应用主成分分析法,对不同来源香榧种子综合品质性状指标排序,其结果与香榧的实际表型接近。表明主成分分析方法在香榧坚果品质评价和优良香榧选择上具有较大的应用价值。使用主成分分析方法对绍兴香榧坚果品质综合评判,评价结果理想,可为绍兴香榧优良品种筛选和育种提供科学参考。

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Variation Analysis and Comprehensive Evaluation of Nut Quality of Torreya grandis ‘Merrilli’ from Shaoxing

SUN Xiaohong1, WANG Guofu1, DU Yijun1, HU Shaoquan1, GE Jian2,*
(1. Yuanpei College, Shaoxing University, Shaoxing 312000, China;2. College of Life Sciences, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China)

Abstract:The objective of this investigation was to explore the nutritional quality of Torreya grandis ‘Merrilli’nuts.Variations in 21 internal and external quality attributes of 12 nut samples from the core growing area of Shaoxing, Zhejiang province were measured and analyzed by principal component analysis (PCA) and cluster analysis (CA). Furthermore, a comprehensive evaluation was carried out on the quality of T. grandis ‘Merrilli’ nuts. The results showed that significant differences in both internal and external quality characteristics were observed among 12 samples. The oil and protein contents of T. grandis ‘Merrilli’ nut kernels signiベcantly varied among geographical areas (P < 0.05), with average values of 50.28% and 12.70 g/100 g, respectively. The proportion of unsaturated fatty acids in the kernel oil was in the range of 60.08%–75.77%,oleic acid and linoleic acid being the predominant ones. Comprehensive evaluation and PCA analysis demonstrated that the comprehensive score of T. grandis ‘Merrilli’ from Shengzhou was the highest, followed by those from Zhuji and Shaoxing’s Jidong. The seed length, total fat content, seed weight, and average protein content, oleic acid and linoleic acid were considered as the most important quality indicators. In summary, PCA and CA could simplify the evaluation of T. grandis ‘Merrilli’ quality.

Keywords:Torreya grandis ‘Merrilli’; nut quality; principal component analysis; comprehensive evaluation

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201803020

中图分类号:TS255.1

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2018)03-0129-06

引文格式:孙小红, 王国夫, 杜轶君, 等. 绍兴香榧坚果品质变异分析及综合评价[J]. 食品科学, 2018, 39(3): 129-134.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201803020. http://www.spkx.net.cn

SUN Xiaohong, WANG Guofu, DU Yijun, et al. Variation analysis and comprehensive evaluation of nut quality of Torreya grandis ‘Merrilli’ from Shaoxing[J]. Food Science, 2018, 39(3): 129-134. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201803020. http://www.spkx.net.cn

收稿日期:2016-10-25

基金项目:绍兴市2014年科技计划项目(2014B70032);浙江省公益项目(2014C32032)

第一作者简介:孙小红(1981—),女,讲师,硕士,主要从事天然药物及资源植物学研究。E-mail:xhsun2000@163.com

*通信作者简介:葛建(1979—),男,副教授,博士,主要从事天然药物及其活性研究。E-mail:gejian16888@163.com