妥乐银杏坚果外观性状和果仁营养成分分析

严 冬,卜程洪,刘 云,阚 欢,赵 平,,*

(1.西南林业大学西南地区林业生物质资源高效利用国家林业和草原局重点实验室,云南昆明 650224; 2.兴义市农业农村局,贵州兴义 562400; 3.西南林业大学西南山地森林资源保育与利用教育部重点实验室,云南昆明 650224)

银杏(Ginkgobiloba)是银杏科银杏属落叶乔木,又名鸭掌树、白果和公孙树,喜光,对土壤的适应性广[1]。其生长缓慢,寿命长,是世界现存遗留下来最古老的孑遗植物,被称为“活化石”,并享有“植物界熊猫”的美誉[2]。银杏是我国主要的经济树种,其自然分布东起江苏及台湾,西到甘肃、四川盆地西缘,北到辽宁,南到广东广西,遍及中国各个省份[3]。银杏种实的核俗称白果,其果仁营养丰富,药食两用,不仅含有蛋白质、维生素等营养元素,还含有银杏酸、银杏内酯、黄酮类、多糖等多种活性成分,在食品、保健品、化妆品、医药品等领域具有广泛的应用[4-8]。

表1 供试5株银杏树的基本数据Table 1 Basic data of tested five Ginkgo trees

近年来国内外关于银杏的研究大部分集中在银杏叶提取物药用价值[9-10]和优良无性系选育上[11-16],而有关银杏坚果外观性状及营养品质综合分析的研究鲜有报道,仅刑世岩等[17]分析比较了山东产5个优良单株的生理生化指标,熊壮等[18]分析了山东省和江苏省17个银杏无性系的种核形态特征及种核内含物的含量指标,评价了各指标的变异以及指标间的相关性,卜程洪等[19]则对云南省腾冲市江东村古银杏的主要外观性状和营养成分进行了品质比较分析。贵州省盘州市至今保存着数量可观的银杏残存种群和至少三处以上的“银杏森林-人居群落”[20],其中盘州市妥乐村拥有保存较为完善的古银杏群落旅游资源[21-22]。本研究以贵州省盘州市妥乐村5株银杏坚果为研究对象,对它们的主要外观性状和果仁营养成分进行分析,并结合主成分分析法对银杏坚果品质进行综合评价,以期为该地区古银杏优良单株的选择及其银杏产业资源的进一步开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

供试材料银杏果 于2017年9月采自贵州省盘州市石桥镇妥乐村,该村位于盘州市的西南地区,E104 °23′～104 °39′,N25 °32′～26 °14′,其全年平均气温为15.2 ℃,日照时数1593 h,年均降水量1390 mm。选取妥乐村5株百年以上银杏树,其经纬度、海拔、树高等基本数据见表1,各株随机采集银杏果3.0 kg,编号为1～5号备用;氢氧化钠、硫酸铜、酒石酸钾钠 天津市致远化学试剂有限公司;盐酸、冰乙酸 重庆川东化工(集团)有限公司;苯酚、亚甲蓝 云南杨林工业开发区汕滇药业有限公司;硫酸、乙醇 天津市永大化学试剂有限公司;硝酸银 天津市风船化学试剂科技有限公司;2,6-二氯靛酚 中国公私合营新中化学厂;氢氧化钾 广东光华化学厂有限公司;酚酞 上海源叶生物科技有限公司;以上所有试剂均为分析纯。

ISO-9001电子数显卡尺 桂林量具刃具有限责任公司;XS105分析天平 赛多科斯科学仪器有限公司;DGH-9140A数显电热鼓风干燥箱 上海一恒科学仪器有限公司;UV-2600紫外可见分光光度计 岛津仪器(苏州)有限公司;L-3000氨基酸自动分析仪 苏州华美辰仪器设备有限公司;ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪 北京京科瑞达科技有限公司;TL851-3D全自动凯氏定氮仪 德阳立达仪器有限责任公司。

1.2 外观形状分析

从各片区银杏坚果随机选取30粒,采用电子数显卡尺测量果纵径、果横径、核长、核宽、核厚、外种皮厚;采用分析天平称量鲜果重、外种皮重、核重、仁重,并按公式(1)～(4)分别计算核形系数、果形系数、出核率和出仁率。

核形系数=核长÷核宽

式(1)

果形系数=果纵径÷果横径

式(2)

出核率(%)=核重÷银杏果总质量×100

式(3)

出仁率(%)=仁重÷银杏果总质量×100

式(4)

1.3 营养成分分析

上述样品除去种核后所得新鲜种仁委托农业部农产品质量监督检验测试中心(昆明)进行营养成分分析,参照以下方法进行测定。总黄酮含量 NY/T 1295-2007方法[23];矿质元素含量参照国标GB 5009.268-2016方法[24];水含量参照国标GB 5009.3-2016方法[25];蛋白质含量参照国标GB 5009.5-2016方法[26];总酸含量参照国标GB/T 12456-2008方法[27];总糖含量参照国标GB/T 5009.7-2016方法[28];维生素C含量参考国标 GB 5009.86-2016方法[29];粗纤维含量参照国标GB/T 5009.10-2003方法[30];氨基酸含量参照国标GB/T 5009.124-2016方法[31]。

1.4 数据处理

实验均作3次重复,各项测定指标以平均值±标准误差表示,并采用Excel 2010和SPSS 17.0统计软件进行多重比较。

表2 银杏外观性状分析Table 2 Analysis of appearance characters of ginkgo

2 结果与分析

2.1 外观性状分析结果

银杏形态特征性状的变异分析结果如表2所示,由表2可知,银杏在鲜果重、果纵径、果横径、外种皮厚、外种皮重、核重、核宽、核长、核厚、单仁重、出核率、出仁率、果形系数及核形系数14个测定性状方面均存在着不同程度的变异,但总体上性状变异程度不大。

表3 银杏中一般营养成分含量Table 3 The contents of general nutritional components of ginkgo

其中,外种皮重变异程度最大(19.992%),说明外种皮重的遗传多样性比较丰富,厚薄不一,一致性较差,而果形系数变异幅度最小(3.960%)。由方差分析结果可知,除出仁率差异不显著外,其它13个指标差异均达到极显著水平(P<0.01),可见银杏形态总体上表现不一,说明供试银杏具有较高的遗传多样性。进一步对参试样品进行多重比较发现:样品1号的鲜果重最大(6.86 g),其次是样品4号(6.72 g);样品4号的核重最大(1.92 g),其次是样品3号(1.67 g);样品4号的单仁重最大(1.56 g),其次是样品3号(1.36 g)。外种皮重、出核率、外种皮厚、鲜果重、核重、单仁重、核厚和出仁率的变异系数均大于10%,差异明显。

2.2 一般营养成分分析结果

银杏果一般营养成分含量测定结果如表3所示,银杏的营养成分中均含有VC、粗纤维、总糖、总酸、蛋白质、水分、总黄酮等。由方差分析结果可知,总糖和VC差异不显著,其余各营养成分差异极显著(P<0.01)。银杏中的蛋白质含量无明显差异,含量最低为4.17%(1号),最高为5.47%(4号),其含量与其他产区银杏蛋白质含量相当[17-19],虽低于其他坚果如云南泡核桃(17.15%)[32]和澳洲坚果(7.17%)[33],但除样品1号外均超过国家标准规定的蛋白质含量(大于等于4.30 g/100 g)[34]。粗纤维中,样品3号含量最高(2.24%),样品5号含量最低(1.10%);总糖与总酸含量均低于1.0%,总糖中样品2号含量最高(0.73%),样品1号含量最低(0.29%),总酸中样品3号含量最高(0.55%),样品2号和样品5号含量最低(0.46%);水分含量中最高的是样品5号(65.1%),最低的是样品3号(46.1%);总黄酮含量中最高的是样品2号(0.024%),最低的是样品5号(0.014%);VC含量中最高的是样品2号(36.0 mg/100 g),含量最低的是样品1号(22.7 mg/100 g)。

2.3 矿质元素分析结果

银杏果仁中矿质元素含量测定结果如表4所示。果仁中含有9种矿质元素,分别为钾(K)、钙(Ca)、钠(Na)、镁(Mg)、铁(Fe)、磷(P)、锌(Zn)、铜(Cu)、锰(Mn)等,平均含量由高到低依次为Mg>Ca>Fe>Zn>K>Mn>Na>Cu>P,其总体含量较澳洲坚果果仁更为丰富[35]。其中Mg的平均含量约为Ca、Fe、Zn平均含量的7～40倍,是银杏果仁中的主要常量元素,但低于澳洲坚果果仁[35]和核桃仁中镁的含量[36]。由方差分析可知,5个供试样品中的矿质元素的含量差异均达到显著水平(P<0.05)。K是维持离子平衡、调节细胞渗透压及组织兴奋性的重要元素,P、Ca对促进人体大脑发育和骨骼生长具有重要作用[37];如Zn、Mn、Fe、Mg、Cu等微量元素共同协作参与人体酶的作用机制,对提高人体免疫力功能有重要作用[38]。样品2号、样品3号和样品4号样品种常量元素总量高于总体平均值(538.596 mg/kg),其中样品3号银杏中的常量元素总量最高(604.700 mg/kg),样品2号次之(541.150 mg/kg)。微量元素总量高于总体平均值(18.790 mg/kg)的有样品1号、样品3号和样品5号,其中样品1号含量最高(19.320 mg/kg),样品3号次之(19.130 mg/kg)。在所有供试样品中,样品3号的Ca、Mg、Fe等三种元素含量同时最高,Na含量位居第二;样品1号的Zn、Mn、Cu等三种元素含量同时最高。

表4 银杏中的矿质元素含量Table 4 Contents of the mineral elements of ginkgo

表5 银杏中氨基酸组成及含量Table 5 Composition and contents of amino acids of ginkgo

2.4 氨基酸分析结果

银杏果仁氨基酸含量测定结果如表5所示,果仁中富含17种氨基酸,包括9种非必需氨基酸及8种必需氨基酸,种类较为丰富。由表5可知,供试银杏样品的E/T值和E/N值均符合FAO/WHO推荐的理想模式,且E/T比值均高于40%,优于核桃(27.68%)[39]和澳洲坚果(27.86%)[40],表明供试银杏种仁样品含有丰富的蛋白质。氨基酸总量高于总体平均值39.336 g/kg的有样品2号和样品3号,其中样品2号氨基酸总量最高,样品3号次之,分别为52.44和41.09 g/kg。样品2号和样品3号样品的必需氨基酸总量大于总体平均值17.644 g/kg,分别为23.96和18.60 g/kg。

2.5 银杏品质的主成分分析

2.5.1 数据标准化 银杏的24个性状有不同的量纲和数量级,为避免量纲和数量级的影响,对原始数据进行了标准化处理,将各指标数据转化成均值为0、标准差为1的无量纲数据,无量纲数据标准化处理后的结果如表6所示。

表6 银杏24个品质性状的数据标准化值Table 6 The standardized data for 24 quality characters of ginkgo

2.5.2 主成分分析 对5个银杏样品的24项指标进行主成分分析,结果如表7所示。抽取的4个主成分的特征值均大于1,分别为 9.114、7.075、5.273和10.578,方差贡献率分别为37.974%、29.478%、21.97%和10.578%,累积贡献率分别为37.974%、64.452%、89.422%和100%。对银杏品质评价的指标由最初的24个降为4个主成分,达到了降维的目的,并作为评价5株银杏品质的主要指标。

表7 主成分的特征值、贡献率及累计贡献率Table 7 Eigenvalue,contribution and cumulativecontribution of principal components

由表8可知,第1主成分中贡献率载荷由高到低依次为总酸、镁、钙、单仁重、核重、出仁率、出核率、铁和粗纤维等,而水分、钾、果纵径、锌、铜、磷、VC和鲜果重等指标的载荷为负值说明对第1主成分产生负向影响。第2主成分中贡献率载荷由高到低依次为氨基酸、VC和总糖,载荷较高且为负值的指标有鲜果重和钠元素,分别为-0.835和-0.730,这两个指标对第2主成分影响较大,当氨基酸、VC和总糖含量增大,而鲜果重和钠含量减少。第3主成分中贡献率较大的依次为蛋白质、核重和锌,第3主成分大时蛋白质、核重和锌含量越高。第4主成分中载荷较高且为正值的指标为总黄酮,说明其贡献率最大,且第4主成分大时总黄酮的含量越高。

表8 各指标的主成分分载荷矩阵Table 8 The loading matrix of four principal components

2.5.3 银杏品质的综合评价 用各指标变量的主成分载荷(表8)除以主成分相对应的特征值开平方根,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个主成分表达函数式:

S1=-0.12X1-0.30X2+0.2X3+0.28X4+0.28X5+0.27X6+0.27X7+0.21X8+0.24X9+0.2X10+0.33X11-0.33X12+0.02X13-0.18X14+0.15X15-0.31X16-0.21X17+0.30X18+0.31X19+0.12X20+0.24X21-0.28X22+0.21X23-0.25X24

S2=-0.34X1+0.25X2-0.32X3+0.13X4-0.18X5+0.32X6-0.31X7+0.20X8-0.25X9+0.35X10-0.18X11-0.1X12+0.33X13+0.35X14+0.36X15+0.16X16+0.17X17-0.13X18+0.17X19-0.32X20+0.26X21-0.26X22-0.09X23-0.27X24

S3=0.24X1+0.10X2+0.31X3+0.32X4+0.29X5-0.17X6+0.20X7+0.40X8-0.36X9+0.23X10+0.12X11-0.21X12-0.25X13+0.29X14-0.25X15+0.17X16-0.41X17-0.31X18-0.27X19+0.29X20+0.20X21+0.31X22-0.29X23-0.35X24

S4=0.20X1+0.14X2+0.14X3+0.21X4+0.22X5+0.09X6+0.11X7+0.14X8-0.17X9-0.15X10-0.1X11+0.091X12+0.23X13+0.05X14+0.04X15-0.21X16+0.41X17-0.16X18-0.10X19-0.22X20-0.25X21-0.06X22+0.20X23+0.09X24

4个表达式中,X1、X2、X3、X4…X22、X23、X24分别表示鲜果重、果纵径、果横径、核重…Zn、Mn、Cu等原始数据的标准化值。

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性加权求和可得到综合评价函数:

U=0.379S1+0.294S2+0.219S3+0.105S4

根据主成分综合得分模型,可计算出5株银杏种质的综合得分值和排序结果(表9)。由表9可知,综合得分由低到高依次为样品1号、样品5号、样品3号、样品2号、样品4号。因此样品4号的综合品质最优。

表9 主成分得分分值、综合得分分值及排序Table 9 Principal components scores andsort results of the samples

3 结论与讨论

从银杏外观性状可以看出,5株银杏样品的外观性状表现出一定差异,样品4号的种核和种仁最大,其外观性状也表现最优。从外观性状变异来看,以鲜果重、外种皮重、外种皮厚、核重、核厚、单仁重、出核率和出仁率的变异程度较大(如外种皮厚:19.99%),表明银杏外观性状中,鲜果重、外种皮、核重等具有变异性大的优势,这与熊壮等[18]、和卜程洪等[19]的研究结果较为吻合。而果纵径、果横径、核宽、核长、果形系数、核形系数变异程度较小(如果形系数:3.96%),则为相对稳定的性状。从营养成分来看,银杏中营养成分较为丰富,其中包括黄酮、VC、蛋白质、粗纤维、总糖、总酸、17种氨基酸和9种矿质元素,适当食用银杏坚果有助于人体对矿物质元素及氨基酸等的吸收,但因银杏果仁中含有银杏酸、4-甲氧基-吡哆醇等有毒成分,过量食用会产生毒副作用,所以不能多服久服[43]。比较5株银杏果仁营养成分含量可以发现,样品4号蛋白质含量最高,总酸和总黄酮位居第2,总糖、VC和氨基酸含量位居第3;样品2号总黄酮、VC和氨基酸含量最高,总糖含量位居第1,蛋白质和矿质元素位居第3。除样品1之外,其余4个样品蛋白质含量均超过国家标准规定的含量(≥4.30 g/100 g)[34]。供试妥乐银杏果仁的营养成分与腾冲古银杏果仁的营养成分相比较,二者在总糖、总酸、粗纤维、总黄酮、矿质元素和VC的含量差异不大,但妥乐古银杏果仁中的蛋白质含量和氨基酸总量均高于腾冲古银杏果仁[19],这些营养成分的含量差异可能是由于各单株银杏树不同树龄等自身的遗传背景差异以及不同海拔、气候、土壤等环境因子的差异所致,值得进一步开展深入系统的相关研究。采用主成分分析法对各种果实品质进行综合评价已被证实简便可行,且能够准确地评价果实的品质[41-42]。主成分分析及综合评价结果显示,在所测定的这些指标范围内,样品4号综合品质最优,依次是样品2号、样品3号、样品5号和样品1号。妥乐村银杏群落是世界上银杏生长密度最大、保存最为完好,同时也形成了世界上罕见的人树相依的古树文化,素有“世界活化石基地”和“世界银杏之乡”的盛誉[20],研究结果将为该地区古银杏优良单株的选择及其银杏产业资源的进一步开发利用提供参考。