粉葛资源营养品质综合分析

李桂花，符 梅，罗文龙，骆善伟，郭巨先

（广东省农业科学院蔬菜研究所/广东省蔬菜新技术研究重点实验室，广东 广州 510640）

【研究意义】粉葛〔Pueraria lobata（Willd.）Ohwi〕属于豆科多年生落叶类藤本植物。据《中国药典》记载，野葛根部具有很大的药用价值。葛也是一种对环境耐受性很强的植物，除了高山荒原等极端气候区域，在我国的许多地方都具有品种丰富的葛属植物资源，其中主要种植产地分布在两广地区和江西［1-2］、湖南、云南［3］等南方省份，多数北方省份如山西省［4］等，分布则以野生葛资源为主。粉葛在中华传统社会中就是典型的药食同源食物［5］，在民间素有“南葛北参”“亚洲山人参”之美誉。早在汉代，我们的祖先就已经有食用粉葛的记载，并且粉葛不仅很早就被食用，而且还是重要的中药材和纤维材料。在1998年，国家卫生部正式把粉葛列入“药食两品”名录［6］。从中医理论来说，葛以块根入药名为粉葛，具有解肌退热，生津，以及升阳止泻等功能。曾明［7］利用动物实验证明粉葛在降血糖方面具有显著功效，这为推进粉葛在糖尿病以及其并发症的临床运用以及新药的开发提供理论依据。比如，彭月欣对粉葛的深度加工进行了研究，并研发了一款新型的葛全粉仙草冻［8］。另外，粉葛开出的花也具有一定的利用价值，加工而成的葛花茶具有解酒及醒酒之功效［9］；周长波［10］和冯娜［11］对葛花在解酒保健饮料领域中的相关开发利用进行了研究，同时发现葛花还有美容抗氧化等效果。综合来说，葛属植物从根、藤到花、叶等全部部位在工业、医药等行业都具有很高的研究利用价值和生态价值，同时还有极高的经济价值［12］。【前人研究进展】在目前情况下，周雪嫄野［13］指出国内粉葛面临的一些问题，虽然在南方地区粉葛种植规模相对较大，但其中也存在较多的问题。如栽培管理水平较为粗放、种植品种单一化程度高、缺乏产品的深度加工使得产品附加值低，农民收入不高［14］。其中比较棘手的问题就是大众对粉葛的了解程度不高，国内外对粉葛的深入研究相对较少等原因，仅见马喜玲等［15］在江西省上饶地区对4 个当地葛品种进行了主要营养成分与葛生长年限之间关系的分析得出多数营养成分随时间推移而积累，未见其他报道。

【本研究切入点】因此有必要收集更多的品种进行品质的综合分析。本研究通过收集20 种有代表性的粉葛材料，对维生素C、还原糖、淀粉、蛋白质和膳食纤维的含量进行测定，利用试验数据再对粉葛的品质进行综合分析评价，并筛选优质材料作为育种储备，为育成品质优异的品种奠定基础。【拟解决的关键问题】本研究除了对试验数据的单一营养指标进行常规分析外，对综合品质分析采用平均隶属函数法和主成分分析法，两者共同来进行综合品质分析评价，期望能找出单一营养成分指标中含量最佳的粉葛材料和综合品质较好的粉葛材料，为粉葛类作物种质资源的深入研究及粉葛深加工产业链的延伸打下基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料包括20 份粉葛（表1），主要为广东省各地区的名优品种以及其他省份的代表品种和部分野生粉葛材料。

表1 供试20 份粉葛种质资源Table 1 20 Pueraria lobata germplasm resources used for test

1.2 试验方法

1.2.1 样品制备 粉葛收获后，选取每个品种无机械性损伤、虫害以及病斑的新鲜粉葛，冲洗，去泥洗净，自然晾干，切成大小约1 cm3方块，混匀，取其中的20 g 鲜样用于维生素C 的检测，再称取200 g 左右鲜样备用。其余鲜样冷冻于-40 ℃的冰箱之中，经过冷冻干燥10 d 后，将干样进行粉碎，粉葛粉末贮存于样品瓶之中，于干燥器中保存备用。

1.2.2 营养品质分析 粉葛维生素C 含量测定 依 据GB 5009.86-2016［16］，采 用2,6-二 氯靛酚滴定法；还原糖含量测定依据GB 5009.7-2016［17］，采用直接滴定法（比色法）；淀粉含量测定依据GB 5009.9-2016［18］，采用酶水解法；蛋白质含量测定依据GB 5009.5-2016［19］，采用凯氏定氮法（紫外吸收法）；膳食纤维含量测定依据GB 5009.88-2014［20］，采用酶重量法（酸碱洗涤法）。

1.3 数据分析

试验数据采用SPSS 17.0 和WPS Office 进行统计分析，利用Duncan多重比较法进行差异显著性分析，并探究不同品种粉葛之间的营养成分含量的差异是否显著。

在粉葛综合品质的分析上，首先采用平均隶属函数法对粉葛的营养品质进行初步的综合评价。隶属函数法的具体公式如下：

式中，X（μ）为不同粉葛品种中各项营养指标的隶属函数值，Xmax和Xmin则指不同粉葛品种的各项营养指标所对应的最大值和最小值。

其次，在Rstudio 中再次对20 种不同品种粉葛进行综合评价，对其营养成分的含量进行方差分析，同时采用主成分分析法对粉葛维生素C、还原糖含量等多个变量进行降维处理，利用潜在因子对变量进行重新赋值，计算主成分贡献率，要求几个潜在因子的累计贡献率要超过85%，而后再计算不同品种粉葛的综合得分并排序。最后，采用系统聚类法根据遗传亲缘关系的远近将各品种粉葛进行归类。

2 结果与分析

2.1 粉葛营养品质检测分析

由表2、表3 可知，不同品种粉葛5 种营养成分含量存在较大差异，具有丰富的多样性。在品质检测的5 个指标中，平均变异系数为29.1%，以维生素C 的变异系数最大、达45%，其后依次为膳食纤维33.4%、还原糖30.2%、淀粉18.7%，蛋白质的变异系数最小、仅为18.2%。

2.1.1 维生素C 含量 由表2 可知，供试20 份粉葛的维生素C 含量为4.00～22.00 mg/100g，其中维生素C 含量较低水平（4.00～10.00 mg/100g）的品种有14 个，较高水平（16～22 mg/100g）的品种有1 个（钟落潭粉葛，21.45 mg/100g）；供试粉葛中维生素C 含量最高值是最低值的5.19 倍，说明不同粉葛品种维生素C 含量存在显著差异。

2.1.2 还原糖含量 供试20 份粉葛的还原糖含量为0.00～0.60 g/100g，其中还原糖较低（0.00～0.25 g/100g）的品种有1 个（浙江常山粉葛，＜0.25 g/100g），较高水平（0.40～0.60 g/100g）的品种有5 个；供试粉葛中还原糖含量最高为湖南粉葛（0.563 g/100g），最低为浙江常山粉葛（＜0.25 g/100g），两个品种间相差2 倍以上，说明不同品种粉葛的还原糖含量差异显著（表2、表3）。

2.1.3 淀粉含量 供试20 份粉葛的淀粉含量为13.00～31.00 g/100g，其中淀粉含量较低水平（13.00～19.00 g/100g）的品种有3 个（汕尾陆丰粉葛13.78 g/100g，湖南粉葛17.13 g/100g，郁南都城粉葛18.64 g/100g），较高水平（25.00～31.00 g/100g）的品种有9 个；供试粉葛中淀粉含量最高为韶关火山粉葛（30.94 g/100g），最低为汕尾陆丰粉葛（13.78 g/100g），两者相差2.2 倍，说明不同粉葛品种的淀粉含量差异显著（表2、表3）。

2.1.4 蛋白质含量 供试20 份粉葛的蛋白质含量为2.00～4.00 g/100g，其中蛋白质含量为2.00～2.50 g/100g 的品种有4 个，3.50～4.00 g/100g的品种有3 个（河源粉葛3.97 g/100g，贵州古州镇粉葛3.95g/100g，从化车头村粉葛3.54 g/100g），均属于蛋白质含量较高的品种；供试粉葛中蛋白质含量最高为河源粉葛（3.97 g/100g），最低为韶关火山粉葛（2.08 g/100g），前者是后者的1.9 倍，说明20 种不同粉葛品种的蛋白质含量存在显著差异（表2、表3）。

表2 20 份粉葛种质资源的营养品质检测结果Table 2 Nutritional quality test results of 20 Pueraria lobata germplasm resources

表3 粉葛营养品质检测的统计数据Table 3 Statistical data of nutritional quality test of Pueraria lobata

2.1.5 膳食纤维含量 供试20 份粉葛的膳食纤维含量大多为0.7%～2.3%，其中膳食纤维含量0.7%～1.1%的品种有12 个，1.9%～2.3%的品种有2 个（汕尾陆丰粉葛2.28%、江西野生粉葛2.19%，属于膳食纤维含量较高的品种）；供试粉葛中膳食纤维含量最高值（汕尾陆丰粉葛2.28%）是最低值（肇庆德州粉葛0.79%）的2.9 倍，说明不同粉葛品种的膳食纤维含量差异显著（表2、表3）。

2.2 粉葛不同营养成分含量的相关性分析

相关性分析结果（表4）显示，维生素C 含量与还原糖含量在0.01 水平上表现为显著正相关，相关系数为0.406；维生素C 含量与淀粉含量在0.05 水平上表现为显著正相关，相关系数为0.315；膳食纤维含量与淀粉含量、蛋白质含量在0.01 水平上均表现为显著负相关，相关系数分别为-0.405 和-0.485；维生素C 与蛋白质含量表现为负相关的关系，相关系数为-0.181，相关性不显著。

表4 粉葛5 种营养成分含量的相关性分析Table 4 Correlation analysis of the contents of five nutrients in Pueraria lobata

2.3 粉葛品质主成分分析

由于试验检测到的不同粉葛品种的品质指标含量均存在显著差异，难以直观评价粉葛的综合品质。为更好地评价粉葛品质，对不同粉葛品种进行主成分分析。其中各个特征值的大小代表着各个综合指标在遗传方差上的大小，各个特征值计算得出的累计方差贡献率则是表示各个相关的综合指标对于总遗传方差的贡献率［21］。

由表5 可知，在5 个主成分中的前三大主成分，其累计贡献率达到85.20%，满足累计贡献率超过85.00%的指标，因此决定选用3 个主成分来描述5 项营养品质指标，能最大限度反映原始数据信息，其分量来源也可以描述所检测的指标。其中，第一主成分的特征值为1.68，对综合营养品质的贡献率最大，达到33.52%，对应的特征向量代表性指标为膳食纤维和蛋白质含量；第二主成分的特征值为1.45，对综合营养品质的贡献率为29.05%，对应的特征向量代表性指标为淀粉、维生素C 和膳食纤维含量；第三主成分的特征值为1.13，对综合营养品质的贡献率为22.63%，对应的特征值向量代表性指标为膳食纤维和还原糖含量。

表5 主要成分得分系数、特征值及贡献率Table 5 Score coefficient,eigenvalue and contribution rate of principal components

2.4 不同粉葛材料综合营养品质比较

2.4.1 平均隶属函数法 从不同品种粉葛各项营养指标的平均隶属函数值（表6、表7）可以看出，综合品质较好（X＞0.5）的粉葛品种有4 个，分别为钟落潭粉葛（0.69）、韶关火山粉葛（0.59）、佛山合水粉葛（0.57）和贵州古州镇粉葛（0.52）；综合品质相对较好（0.4＜X≤0.5）的品种有10个，较差（X≤0.3）的品种有1 个。其中综合品质最优的品种是钟落潭粉葛、平均隶属函数值为0.69，而综合品质最差的品种是浙江常山粉葛、平均隶属函数值为0.28，两者相差2.5 倍，差异显著。

表6 20 份粉葛种质资源的营养成分含量平均隶属函数值Table 6 Average membership function value of nutrient content of 20 Pueraria lobata germplesm resources

表7 粉葛营养品质的平均隶属函数值分组Table 7 Grouping according to average membership function values of nutritional quality in Pueraria lobata

2.4.2 主成分分析法 采用主成分分析法对粉葛进行分析后，得到3 个主要成分。对粉葛的营养品质检测所得的原始数据做标准化处理，再根据标准化操作后各项品质指标及因子荷载矩阵计算主成分的得分：

粉葛营养品质的3 个主成分分别指代方差贡献率占累计方差贡献率比例所赋予的权重，由此可计算20 种不同品种粉葛的综合评价得分：

粉葛营养品质分析中，综合得分越高表明综合品质越好。由表8 可知，粉葛综合品质好（F综＞12）的品种有1 个，为钟落潭粉葛占比5%；综合品质相对较好（9＜F综≤12）的品种也有1个，为韶关火山粉葛占比5%；综合品质处于中间型（6＜F综≤9）的品种有7 个，包括佛山合水粉葛、肇庆德州粉葛、江西野生粉葛等；综合品质较差（3 ＜F综≤6）的品种有11 个，包括云南曲靖粉葛、河源粉葛、韶关丹霞粉葛等。其中综合品质最优秀的品种为钟落潭粉葛、营养品质综合得分为12.29 分，综合品质最差的品种为郁南都城粉葛、营养品质综合得分为3.56 分，两者相差3.45倍，差异显著。

表8 粉葛营养品质主成分分析结果Table 8 Results of principal component analysis of nutritional quality of Pueraria lobata

2.5 粉葛营养品质聚类分析

聚类分析结果（图1）显示，在欧氏距离为7 时，可以将20 种粉葛品种按照品质优劣分为4个类群：第Ⅰ类群只有1 个品种钟落潭粉葛，平均隶属函数值和综合品质得分均排名第一；第Ⅱ类群包括5 个品种，分别为云南曲靖粉葛、湖南粉葛、郁南都城粉葛、汕尾陆丰粉葛、江西野生粉葛，平均隶属函数值排名分别为11、13、18、12、5，综合品质得分排名分别为10、16、20、17、5；第Ⅲ类群有3 个品种，分别为佛山合水粉葛、肇庆德州粉葛和韶关火山粉葛，平均隶属函数排名分别为3、8、2，综合品质得分排名分别为3、4、2；第Ⅳ类群有11 个品种，分别为韶关丹霞粉葛、浙江常山粉葛、河源粉葛、广西公平粉葛、贵州古州镇粉葛、清远竹山粉葛、惠州龙门麻榨粉葛、郁南建城粉葛、清远连州粉葛、从化车头村粉葛、清远英德粉葛。将平均隶属函数值与聚类分析结果（表9）结合，按照平均隶属函数值优劣分出的4 个类群大小排列为Ⅰ＞Ⅲ＞Ⅱ＞Ⅳ。

表9 粉葛营养品质综合分值分组Table 9 Grouping according to comprehensive scores of nutritional quality in Pueraria lobata

3 讨论

本研究中，不同粉葛之间营养品质的变异系数存在显著差异，最大变异系数维生素C 达到45%，最小变异系数蛋白质为18.2%，相差2.47 倍。变异系数越大则说明性状的变异范围越大，变异系数在维生素、还原糖和膳食纤维中变化较大，表明粉葛具有丰富的品质表型多样性。

维生素C、还原糖、淀粉、蛋白质以及膳食纤维含量是粉葛品质优劣的重要指标，本研究对20 个粉葛品种进行营养分析的结果表明，维生素C、还原糖等5 项营养成分指标，在不同品种间存在差异性显著。其中维生素C 与还原糖在0.01水平上显著正相关，维生素C 和淀粉在0.05 水平上显著正相关，膳食纤维与淀粉、蛋白质均在0.01水平上显著负相关，其他各项营养成分之间均相对独立，不存在两两之间的相关关系。这与田国政［14］研究不同品种的粉葛块根营养成分含量没有显著差异的结论，具有很大的不同，这可能是由于其仅仅采用3 个地区品种进行比较，样品量太小不足以形成统计学意义的比较，而本研究选取了不同地区20 个不同品种的粉葛进行比较分析，相对而言更加具有代表性和统计学意义，所得出的结论相对而言更加具有可靠性，这为今后粉葛良种选育提供选配依据。但是在土壤质量、pH 值、天气等环境条件都相同的地区种植不同品种的粉葛，则粉葛中营养成分含量会因种植环境相似而使得种植品种间差异缩小，也是很有可能的。因此研究同一地区种植不同品种粉葛中营养成分的含量，可以为粉葛农业打下非常重要的基础。

张静［22］采用隶属函数分析法对粉葛资源的综合品质进行分析研究，进而为后续的良种选育提供依据。本研究创新性地同时采用了平均隶属函数法和主成分分析法，在对两种方法所得出的粉葛品质综合得分结果进行比较时发现，平均隶属函数值排名前3 的粉葛品种和主成分分析法综合得分最高的3 个品种相同，均为钟落潭粉葛、韶关火山粉葛和佛山合水粉葛；排名最差的几种粉葛中都含有惠州龙门麻榨粉葛和郁南都城粉葛，中间的排名相对比较混乱暂不具备可比性。这表明两种方法对于品质较好和较差品种的筛选结果都具有相对一致性，因此综合营养品质较好的几个品种可以在实际生产中视为优秀粉葛的来源。

聚类分析结果中，排名第一的钟落潭粉葛综合最佳且各项品质指标含量与其他品种差异性较大，被单独分在了一个类群且这个类群和其他多数类群的距离相对较远，这可能说明钟落潭品种比较特别，在粉葛利用中可以将其纳入考虑；其余19 个品种在欧氏距离为7 时，根据亲缘关系的远近大体聚为3 个类群，在今后粉葛的深入研究中，其亲缘关系的远近可以成为非常重要的参考依据。

4 结论

本研究将收集到省内外的20 个粉葛品种进行品质分析，结果表明，综合品质排前3 名的品种分别为钟落潭粉葛、韶关火山粉葛和佛山合水粉葛，其中钟落潭粉葛维生素C 含量21.45 mg/100 g、还原糖0.45 g/100 g、淀粉30.78 g/100 g、蛋白质2.73 g/100 g、膳食纤维1.24%，韶关火山粉葛和佛山合水粉葛已经获得国家地理标志产品称号，是当地的名优特农产品。分析结果进一步为葛属种质资源的优良品质筛选、评价技术体系奠定基础，为辅助粉葛品种的选育及打造优质粉葛品牌奠定基础。