甘蔗品种蔗汁矿物质元素含量分析

樊丽娜，何慧怡，劳方业，陈勇生，余构彬，齐永文

（广东省科学院生物工程研究所/国家糖业检测检验中心，广州 510316）

0 引言

甘蔗是一种重要的糖料作物，蔗汁中含有蔗糖、果糖、葡聚糖、氨基酸以及铁、钙、磷、锰、锌等人体必需的微量元素，具有丰富的营养价值[1-3]。以蔗汁与柠檬[4]、百香果[5]、白茅根[6]、马蹄[7]等多种植物开发出了一系列产品。但是，不同甘蔗品种蔗汁中的糖、氨基酸、矿物质元素等品质性状上具有显著差异，影响蔗汁的加工性能。杨翠凤等[8]对18份甘蔗种质的品质性状进行了分析，蔗汁中蔗糖分最低的为7.4%，最高的为17.42%，二者相差了1.35 倍。揭平权等[9]对24 份甘蔗种质研究表明，甘蔗中的氨基酸含量介于0.1%～0.6%，含量最高的品种是最低品种的6倍。赵勇等[3]对11份甘蔗种质中的铁、锌、硒进行检测，不同甘蔗品种蔗汁中Fe、Zn和Se平均含量存在显著差异，且变异广泛，变异系数为21.89%～41.45%。杨华峰[10]采用顶空-固相微萃取（HSSPME）与气相色谱-质谱联用（GC-MS）的方法，分析了‘桂糖00-122’、‘新台糖22 号’、‘粤糖00-236’等6个甘蔗品种蔗汁中的挥发性化合物，共检测出醇类、醛酮类、酯类、萜烯类、酸类和硫化物等挥发性化合物40种。6 个甘蔗品种蔗汁中的挥发性化合物含量为22.54～108.48 mg/L，不同品种间的差异达到4.8 倍。已有研究表明，不同甘蔗品种的蔗汁在营养元素含量上存在着丰富的遗传变异，因此，可根据不同产品的加工需求选择合适的品种。

广东是我国重要的食品及饮料工业区域，也是我国重要的甘蔗主产区，甘蔗年种植面积在13 万hm2以上，蔗汁作为原料已经广泛应用到多种凉茶类饮料之中[11-12]。韶关市翁源县地处粤北地区，是传统的甘蔗种植区域，本研究对来自广东翁源蔗区的12 个主栽品种在铁、锌、硒、镁、钙等重要矿物质元素上的含量进行分析，分析当地品种在微量元素上的含量分布，为蔗汁在饮料及相关产品的开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料共包括12 份广东地区的主栽甘蔗品种，分别为‘粤糖00-236’、‘新台糖22 号’、‘粤糖09-13’、‘粤糖94-128’、‘粤糖08-196’、‘粤糖93-159’、‘粤糖03-393’、‘粤选1 号’、‘赣14’、‘粤引8 号’、‘YCE07-71’、‘Badila’。试验材料种植于韶关市翁源县东三村（北纬24.319°，东经113.975°）。在12 月份甘蔗成熟期统一取样，每个品种每次取6株混合榨汁，从混合蔗汁中取50 mL进行矿物质含量分析，3次重复。

1.2 试验方法

甘蔗汁中矿物质元素检测参考刘维明等[13]方法进行，先将甘蔗汁摇匀，用锥形瓶称量10 g，加入硝酸5 mL，置于电热板上加热，待冒烟时适时晃动甘蔗汁。如发现蔗汁变得粘稠时，加入2 mL 硝酸，并不时晃动，直到蔗汁变得澄清透明，冷却后以超纯水定容至50 mL。以超纯水做空白对照。采用ICP-MS 7700x 电感耦合等离子体质谱仪（美国Agilent Technologies公司）测定Ca、Mg、S、Si、Fe、Zn、Se、Co、Mo等元素含量。

1.3 数据统计

采用Excel 2013对试验数据进行整理,利用SPSS 13.0进行元素间的含量相关分析与聚类分析。

2 结果与分析

2.1 不同甘蔗品种中中量矿物质元素含量

试验结果（表1）表明，12 个甘蔗品种Ca、Mg、S、Si 四种矿物质元素含量皆表现出显著的遗传多样性，不同品种间具有较大差别。其中在Mg 元素上，12 个品种的平均含量为44.34 mg/kg。果蔗品种‘Badila’的含量最高为68.96 mg/kg，其次为‘粤糖00-236’和‘粤糖08-196’，Mg含量分别为60.04 mg/kg和58.70 mg/kg，含量最低的为甘蔗品系‘粤糖09-13’，含量为30.39 mg/kg。

表1 不同甘蔗种质的Mg、Si、Ca、S 元素含量分析（mg/kg）Table 1 The elements contents of Mg,Si,Ca and S in different sugarcane varieties

12 个品种蔗汁中Si 平均含量为26.58 mg/kg，其中果蔗品种‘Badila’的含量最高为41.93 mg/kg，其次为‘粤引8 号’（33.21 mg/kg）和‘新台糖22 号’（32.07 mg/kg），含量较低的为‘粤糖09-13’（17.24 mg/kg）、‘YCE07-71’（18.28 mg/kg）、‘粤糖94-128’（19.68 mg/kg）。甘蔗蔗汁中的Ca 含量高于Mg 和Si 的含量，平均含量为58.40 mg/kg，品种之间的差别非常显著，Ca 含量高的3 个品种依次为‘粤糖08-196’、果蔗品种‘Badila’、‘粤糖00-236’，含量较低的品种为‘新台糖22 号’、‘粤糖93-159’；含量最高的品种‘粤糖08-196’（117.25 mg/kg）是含量最低品种‘新台糖22号’（25.80 mg/kg）的4.5 倍。甘蔗蔗汁中的S含量较其他元素高很多，所有品种的含量都在100 mg/kg 以上，含量较高的3 个品种是‘粤糖00-236’、‘新台糖22 号’、‘粤糖09-13’。含量较低的3个品种是‘YCE07-71’、‘粤选1号’、果蔗‘Badila’。

2.2 不同甘蔗品种的微量元素含量

测定了12 个品种蔗汁Fe、Zn、Se、Co、Mo 五种微量元素的含量（表2）。其中Fe、Zn 的平均含量在0.1 mg/kg 以上，Se、Co、Mo 三种元素的含量在0.1 mg/kg 以下。Fe 含量较高的3 个品种依次为‘粤糖08-196’、‘粤糖00-236’、果蔗品种‘Badila’，这3个品种的Fe含量都在1.0 mg/kg以上；含量较低的品种为‘粤糖93-159’、‘赣14’、‘新台糖22 号’。Zn 含量较高的品种为‘粤选1 号’、‘粤糖93-159’、‘粤糖00-236’，含量都在0.5 mg/kg以上，含量较低的品种为果蔗品种‘Badila’、‘新台糖22号’、‘粤糖94-128’。

表2 不同甘蔗种质的Fe、Zn、Co、Se、Mo 元素含量分析（µg/kg）Table 2 The elements contents of Fe,Zn,Co,Se and Mo in different sugarcane accessions

12个品种的蔗汁中Se平均含量为50.9 μg/kg，‘粤糖60’、‘粤引8号’、‘粤糖94-128’的含量最高，分别为71.0、64.6、58.4 μg/kg，‘粤糖09-13’、‘YCE07-71’和果蔗‘Badila’的Se 含量较低，果蔗‘Badila’的Se 含量为17.2 μg/kg，只有‘粤糖03-393’的24.2%，品种间差异极为显著。甘蔗品种Co、Mo的含量都在3.0 μg/kg 左右，其中Co含量较高的品种为‘YCE07-71’、‘粤选1号’、果蔗‘Badila’。Mo含量较高的品种为‘粤糖09-13’、‘粤糖94-128’、‘粤糖00-236’和‘粤糖08-196’。

2.3 不同甘蔗品种矿物质元素的相关性

对12个甘蔗品种矿物质元素含量进行了相关性分析，不同元素间的相关性存在着显著差别，Ca、Mg、Fe三种元素的含量呈显著正相关（表3），其他元素之间的相关性都没有达到显著水平。总体看来，矿物质元素Mg、Si、Ca、S、Fe、Zn 之间大部分是正相关，只有Zn 和Si之间是负相关，而且负相关系数很低（-0.084）没有达到显著水平。低微量元素Co、Se、Mo 和其他含量较高的微量元素以及中量元素之间往往是负相关关系，如Co 和Fe、Ca 外，和其他7 种元素都是负相关；Se 和S、Zn 是正相关，和其他8 种元素都是负相关；Mo 和Mg、Ca、S、Zn是正相关，和其他4种元素都是负相关。

表3 不同矿物质元素含量间的相关性分析Table 3 Correlation analysis of different mineral element contents

2.4 不同甘蔗品种矿物质元素含量的聚类分析

根据矿物质元素含量，采用系统聚类法，用欧式距离可变类平均法对12 个品种进行聚类分析（图1），结果表明12 个品种可分为4 类，其中‘赣14’、‘粤糖03-393’、‘粤糖93-159’和‘粤选1 号’聚为1 类；‘粤糖08-196’、‘粤糖09-13’、‘新台糖22号’、‘粤引8号’聚为一类；‘YCE07-17’和‘粤糖00-236’单独聚为一类。

图1 基于矿物质元素含量的甘蔗品种聚类分析Fig. 1 Cluster analysis of sugarcane varieties based on mineral element content

如表4 所示，在4 个类群中，第四类的Mg、Ca、S、Fe、Zn、Se、Mo 七种元素含量都是最高，属于高含矿物质元素的品种。第3 类在Mg、Si、S、Mo 四种元素的含量都最低，其他元素含量与第1 和第2 类的平均值相当，属于低矿物质元素含量的品种。第1类和第2类都包含了多个品种，属于中富含矿物质元素的品种。

表4 各类群9种矿物质元素含量（mg/kg）Table 4 Contents of nine elements in different groups（mg/kg）

3 讨论与结论

蔗汁既是常用的饮料工业原料之一，也可作为饮品直接食用[6,14-15]。甘蔗蔗汁中的矿物质元素含量与其加工性能和产品的质量有一定的关系，不同的加工用途对品种的要求也不相同[16-18]，分析甘蔗蔗汁矿物质含量对于蔗汁产品的加工与开发有重要的指导意义。本研究对广东地区种植的‘粤糖00-236’、‘新台糖22号’、‘粤糖09-13’等12个甘蔗品种在Mg、Si、Ca、S、Fe、Zn、Se、Co、Mo九种元素的含量进行分析，结果表明蔗汁含有丰富的矿物质元素，Mg、Si、Ca、S 四种元素的含量都在10 mg/kg 以上，而且，Ca、Mg、Fe 三种元素含量之间达到了显著正相关水平，说明甘蔗对这几种元素具有协同吸收的效应，而且这种效应受到遗传控制。

本研究鉴定出在矿物质元素含量上具有高吸收能力的品种，如高Mg 和Ca 含量的品种均为果蔗品种‘Badila’、‘粤糖00-236’和‘粤糖08-196’；高Se 含量的品种为‘粤糖03-393’、‘粤引8 号’和‘粤糖94-128’。果蔗品种‘Badila’是以鲜食为主的甘蔗品种[19]，本研究发现果蔗品种‘Badila’在Mg、Si、Ca、Fe 等元素上都具有较高的含量，皆排在试验品种的第一位或者第二位，而Se元素的含量为所有品种最低。果蔗‘Badila’之所以能够几十年来一直成为最主要的鲜食品种，可能跟其在这些有益元素上的含量有关。‘YCE07-71’是以甘蔗近缘属植物斑茅与甘蔗栽培种杂交选育而来的一个新品种，本研究发现该品种在矿物质中除Co外含量皆较低，不适宜饮料加工用途。总之，本研究通过对12 个甘蔗品种的9 种矿物质含量分析，揭示了不同品种的蔗汁在矿物质含量上的差异，本项研究今后可为根据饮料加工特性选择合适甘蔗品种提供重要的参考。