不同菠菜材料的营养品质分析与评价

折红兵，刘志远，徐兆生，张合龙，钱伟

（中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京，100081）

菠菜（SpinaciaoleraceaL.）别名波斯草、赤根菜，是苋科黎亚科菠菜属一二年生草本植物。菠菜原产于伊朗，于公元7世纪传入我国，距今已有1 300 a以上的栽培历史。因其具有生长周期短、耐寒性强、复种指数高、产量高等特点，深受生产者和消费者青睐。据联合国粮食及农业组织（FAO）统计，2018年亚洲菠菜产量为2 485.52万t，占全球总量的94.67%，位居全球第一，其中95.77%来自中国，因此中国是世界上最大的菠菜生产国和消费国。

菠菜是一种以绿叶为主要产品器官的蔬菜作物，具有很高的营养价值，被认为是人类饮食中最健康的蔬菜之一[1]，可烹饪或作为蔬菜沙拉[2]。菠菜含有丰富的营养物质与矿物质，如β-胡萝卜素、叶黄素、叶酸、维生素B、维生素K、维生素C、维生素E、钙，铁、磷、钠和钾等[3，4]，但易积累硝酸盐和草酸，影响人体健康[5]。随着生活水平的提高和科学技术的不断发展，人们更加注重蔬菜的品质，如营养、口感以及风味等。为了培育出优良品质的菠菜品种，本研究对中国农业科学院蔬菜花卉研究所菠菜育种课题组62份菠菜材料的9种营养成分进行测定分析，以期筛选出综合营养品质更为丰富的材料，培育高品质菠菜品种，更好满足人们日益增加的消费需求。

1 材料与方法

1.1 试验材料和田间种植

本试验所用62份材料均为菠菜自交系，由中国农业科学院蔬菜花卉研究所菠菜课题组培育（表1）。所有材料于2019年春季种植于中国农业科学院蔬菜花卉研究所南口基地。每份材料（36株）种植1畦，畦长6 m、宽1.1 m，株距35 cm，行距50 cm，栽培管理同常规。播种后50 d，每份菠菜材料选取长势均匀的10～20株，进行营养品质以及矿质元素含量的测定。

表1 不同菠菜材料的营养品质比较分析

1.2 测定项目

本研究共测定9个营养品质指标，分别为叶绿素a、叶绿素b、草酸、硝酸盐、粗纤维、可溶性糖、锰（Mn）、铜（Cu）和铁（Fe）。其中叶绿素含量的测定采用分光光度法[6]，有机酸含量的测定采用离子色谱法[7]，粗纤维含量的测定参照GB/T 5009.10-2003[8]，可溶性糖含量测定采用铜还原碘量法[9]，矿质元素含量的测定利用电感耦合等离子体发射光谱法[10]，以上指标均由中国农业科学院蔬菜花卉研究所质量检测中心检测。

1.3 数据分析

采用变异系数（CV）评估单一品质指标中不同菠菜材料中的差异[11]。计算公式为：CV（%）=标准差/平均值×100。利用隶属函数分析法对菠菜材料的综合品质进行评价，隶属函数值X（μ）=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin），式中，X为菠菜某材料的某一品质测定值，Xmin为该材料该品质的最小值，Xmax为该材料该品质的最大值[12]。不同品质间相关性分析、数据处理以及绘图均使用R语言（版本3.6.1）。此外，本研究参考前人的方法，分别将叶绿素a、叶绿素b、粗纤维、可溶性糖、锰、铜和铁定义为菠菜优良品质指标，而草酸和硝酸盐定义为不良品质指标。

2 结果与分析

2.1 菠菜不同品质间相关性分析

由图1可知，相关性最高的菠菜品质为叶绿素a和叶绿素b，相关系数高达0.95。而相关性最低的为叶绿素b和Fe，相关系数仅为0.01。相关系数>0.5的有7个，即叶绿素a和叶绿素b、Fe和Mn、可溶性糖和硝酸盐、硝酸盐和叶绿素a、硝酸盐和叶绿素b、叶绿素b和可溶性糖、Cu和叶绿素a。其中，硝酸盐与叶绿素a、叶绿素b、可溶性糖均为负相关。因此，可根据叶绿素和可溶性糖含量评估菠菜硝酸盐含量。

图1 菠菜不同品质间相关性分析

2.2 不同菠菜材料的品质比较分析

如表1所示，62份菠菜材料的叶绿素a含量平均为0.749 mg/g，变幅为0.480~1.187 mg/g，材料间变异系数较大，为23.541%；其中sp124含量最高，其次为sp72。叶绿素a含量较低的是sp20和sp68。

62份材料中叶绿素b含量平均0.308 mg/g，低于叶绿素a。变幅0.170～0.466 mg/g，变异系数为26.739%；其中sp108和sp124含量最高，sp68含量最低。该结果和叶绿素a含量相似，证明叶绿素a和叶绿素b具有较高的相关性。

供试材料的草酸平均含量为4.614 g/kg，变化区间为1.86～8.89 g/kg，标 准 差 为1.360，变异系数为29.509%。其中sp01含量最高，低于3.00 g/kg的材料有3份，分别为sp56、sp53及sp28。

菠菜材料间硝酸盐含量平均为0.996 g/kg，变异幅度0.26～2.24 g/kg，标准差0.575，变异系数高达57.716%。硝酸盐含量低于0.33 g/kg的材料有3份，分别是sp116、sp106以及sp51，而含量最高的材料为sp64。

供试材料的粗纤维含量平均为0.728%，标准差0.063，变异系数在9个品质指标中最小，仅为8.714%。所有材料的粗纤维含量在0.59%～0.87%，其中最低的材料是sp109，最高的材料为12s1。

62份材料的可溶性糖平均含量为0.647%，标准差为0.420，变异系数在9个品质指标中最大，为64.849%。可溶性糖含量最低的材料为sp65，仅含有0.14%；含量最高的材料是sp106，为1.64%。

续表1 不同菠菜材料的营养品质比较分析

62份菠菜材料中Mn含量平均6.560 mg/kg，标准差为1.369，变异系数为20.864%。其中sp102含量最低，仅有4.00 mg/kg；含量高于10 mg/kg的材料有4份，分别为sp49、sp72、sp80以及含量最高的sp48（10.70 mg/kg）。

与Mn相比，矿物元素Cu在供试菠菜材料中含量较低，平均含量仅1.235 mg/kg，变异系数为26.626%。sp90含量仅有0.91 mg/kg，在所有材料中含量最低，而含量最高的材料为sp120，含量为3.30 mg/kg。

值得注意的是，62份菠菜材料中Fe含量远远高于Mn和Cu，平均含量高达135.542 mg/kg，标准差32.201，含量在77～265 mg/kg，含量高于180 mg/kg的材料有4份，分别为sp80、sp49、sp70和sp72；低 于100 mg/kg的有8份，其中sp121含量最低。

2.3 不同菠菜材料的营养品质评价

本研究采用模糊数学的平均隶属函数综合评价62份材料的品质。将9个指标分为优良品质指标和不良品质指标，其中叶绿素a、叶绿素b、粗纤维、可溶性糖、Mn、Cu和Fe定义为优良品质指标，而草酸和硝酸盐为不良品质指标。优良品质指标的平均隶属函数值越高或者不良品质指标的平均隶属函数值越低，则表示该材料品质优良。

根据图2所示，有17份材料的优良品质指标的平均隶属函数值较大（X>0.4），即营养品质较高，其中最高的材料为sp120，其次为sp72、sp119和sp106等；优良品质居中（0.3

表2 不同菠菜材料优良品质的分析与评价

根据不良品质指标的平均隶属函数值可知（图2），营养品质优良（X<0.3）的材料有23份，其中sp122品质最佳，其次为sp51、sp56和p125等；营养品质较差（X>0.6）的材料共有7份，其中材料sp01表现最差，平均隶属函数值高达0.962，该材料的硝酸盐和草酸含量较高（表3）。

表3 不同菠菜材料不良品质的分析与评价

图2 62份菠菜材料（A）优良品质指标与（B）不良品质指标的平均隶属函数值分布

将上述基于优良品质指标得到的17份平均隶属函数值较大的材料（X>0.4）和不良品质指标得到的23份平均隶属函数值较小的材料（X<0.3）进行进一步分析。分别计算其优良品质指标的平均隶属函数值与不良品质指标的平均隶属属函数值的差值，差值越大，说明该材料含有丰富的叶绿素a、叶绿素b、粗纤维、可溶性糖以及矿物质元素锰、铜和铁，而硝酸盐和草酸含量较低，即为综合营养品质较高的材料。

由图3可知，基于优良品质指标得到的17份材料中，优良品质指标和不良品质指标的平均隶属函数值差值最大的是12s1，差值为0.326，其中差值>0.2的材料有5份，依次为12s1、sp120、sp119、sp106和sp80，而sp123、sp72和sp01材料的不良品质隶属函数值均高于优良品质隶属函数值，表明这3份材料含有丰富的草酸和硝酸盐，其综合品质较差。基于不良品质指标得到的23份材料中，12s1同样是优良品质指标和不良品质指标的平均隶属函数值差异最大的材料，表明该材料综合品质最佳。其中差值>0.2的材料有6份，依次为12s1、sp106、sp122、sp116、sp80和sp101。此外，sp95、sp62和sp121材料的优良品质指标和不良品质指标的平均隶属函数值差异为负，依次为-0.071、-0.071和-0.124，表明这3份材料综合品质较差。

综上可知，在差值>0.2的材料中，12s1、sp106和sp80在图3（A和B）中检测到，表明这3份材料综合营养品质较高，且硝酸盐含量分别为0.04、0.27、0.76 mg/kg，均符合农产品安全质量无公害蔬菜安全要求的标准（GB 184061-2001）。

图3 优良品质指标与不良指标的平均隶属函数值的比较分析

3 结论与讨论

模糊数学隶属函数法是一种常用的品质分析方法，该方法在果蔬的综合品质中有广泛应用，比如莴苣[13]、洋葱[12]、苹果[14]和南瓜[15]等，因此该方法对蔬菜的综合品质评价具有科学性。本研究对菠菜综合品质的评价采用模糊数学隶属函数法，根据品质指标将其分为优良品质指标（叶绿素a、叶绿素b、粗纤维、可溶性糖、Mn、Cu和Fe含量）和不良品质指标（草酸和硝酸盐含量），分别计算优良品质指标和不良品质指标的平均隶属函数值的差值，差值越大说明优良品质越高。本研究将菠菜粗纤维当作优良品质指标，它可预防结肠癌、阑尾炎和心脏病等多种疾病等[16]，但会影响蔬菜口感，因此在感官品质上认为其是不良品质[17]。菠菜作为一种重要的蔬菜作物，营养成分丰富，但关于其营养品质研究相对较少，本研究利用62份菠菜材料对9个品质指标进行了测定分析，可为培育优质菠菜品种提供参考。但是目前我国对于蔬菜品质的综合评价尚没有统一的评价体系，因此，在实践中应根据实际情况灵活应用。

菠菜作为一种重要的叶菜类蔬菜，从原产地逐渐向东、西2个方向引种传播，由于地理条件、栽培方式以及选择方向不同，最终形成2种不同的类型：东方类型（多以种子有刺为主）以及西方类型（多以种子无刺为主）[18，19]。不同类型菠菜的各个性状差异较大，就外观来说，可分为皱叶和平叶，尖叶和圆叶等[2]。本研究对62份材料的9个营养品质指标进行测定，结果表明，不同菠菜材料间品质存在很大差异，变异系数为8.714%～64.849%，其变异系数大小顺序为可溶性糖>硝酸盐>草酸>叶绿素b>Cu>Fe>叶绿素a>Mn>粗纤维。张瑞等[20]对12个菠菜品种的生长性状、产量和品质指标进行了测定，结果表明，菠菜的品质等方面差异显著，这与本研究结果一致。

菠菜的叶绿素、可溶性糖、Cu、Fe、Mn以及硝态氮和草酸等是评价菠菜营养品质的重要指标。李桂花等[17]研究认为，可通过选取VC、还原糖、粗纤维和蛋白质含量较高的小白菜进行优质品种的选育。研究表明，菠菜是一类易积累硝酸盐和草酸的蔬菜[21]，并且菠菜发涩主要原因是草酸的积累[22]。草酸具有较强的酸性，很容易与Fe、Mn等离子发生螯合作用形成难以溶解的草酸盐，长期积累会导致产生结石[23]，所以降低菠菜中硝酸盐及草酸含量，提高可溶性糖、叶绿素、粗纤维含量等是育种的首要目标。基于此，本研究根据平均隶属函数分析法分别计算优良品质指标和不良品质指标的平均隶属函数值。基于优良品质指标共得到17份品质较高的材料（X>0.4），其中品质最佳的为sp120，其次为sp72、sp119、sp106、sp80、12s1、sp108等。同样的，基于不良品质指标共得到23份品质较高的材料（X<0.3），其草酸和硝酸盐含量较低，其中含量最低的为sp122，其次为sp51、sp56、sp125、sp101、sp53、12s1等。为了鉴定出综合品质最佳的材料即叶绿素、粗纤维、可溶性糖等优良品质含量较高，且草酸和硝酸盐不良品质含量较低，分别计算上述品质较高材料的优良品质指标和不良品质指标平均隶属函数的差值，差值越大，表明该材料综合品质最佳。最终筛选出3份综合品质较佳（差值>0.2）且在优良品质指标和不良品质指标中均检测到的材料，分别为12s1、sp106以及sp80。在实际生产中，可利用以上3份材料进行新品种的选育。此外，在育种中可以利用不同优势的材料进行组合育种，比如利用可溶性糖含量较高的材料sp106和叶绿素含量较高的材料sp124进行杂交育种，以期获得叶绿素和可溶性糖含量均高的材料，这将为新品种选育提供参考。