7种百合内外鳞片营养品质及抗氧化特性评价

罗耀华，王馨雨，陈 晟，张达莉，蒋 冰，丁胜华,

（1.湖南大学研究生院隆平分院，湖南长沙 410125；2.湖南省农业科学院农产品加工研究所，湖南长沙410125；3.果蔬贮藏加工与质量安全湖南省重点实验室，果蔬贮藏加工与质量安全国际联合实验室，湖南长沙 410125）

百合是百合科百合属植物，原产于亚洲东部的温带地区，主要以野生百合为主[1]，目前全球已发现上百个品种，中国作为百合主要的产地之一约有47个种，18个变种[2-3]。百合，地下部分具有可食用的肉质鳞茎，是重要的药食同源资源[4]。《神农本草经》中首次记载百合“味甘，平。主邪气腹张，心痛，利大小便，补中益气”[5]。百合鳞茎形状受品种、土壤质地、栽培技术等多种因素影响，椭圆形和扁球形为常见形状。研究发现，百合中含有丰富的淀粉[6]、蛋白质、膳食纤维[7]、维生素 C、氨基酸及多种矿质元素[8]，具有较高的营养价值。茅云枫等[9]发现川百合含有最高量的还原糖和游离氨基酸卷丹百合的Cu、Zn、Na元素含量远高于其他3种百合。岳玲等[10]以大花卷丹为试材发现，大花卷丹鳞茎中蛋白质、淀粉、皂苷和总黄酮含量均高于兰州百合。此外，百合鳞茎还含有多糖、皂苷[11]、生物碱、多酚、甾体糖苷等多种功效成分，具有抗炎、抗抑郁和抗氧化等功效[12]。

百合鳞茎由鳞片抱合而成，内片薄嫩，外片肥厚，颜色随种类、品种而异。王馨雨等[13]对比7种百合内外鳞片氨基酸含量发现，内片总游离氨基酸含量高于外片。李彦丽等[14]以龙山百合为试材研究内外鳞片内源酶发现，外片多酚氧化酶、过氧化物酶活力均比内片高。Li等[15]研究表明百合内外鳞片淀粉结构存在差异，外部鳞片淀粉的结晶度、尺寸高于内部鳞片淀粉。阚娟等[16]研究发现百合鳞片在贮藏过程中褐变速率表现为内层＞外层＞中层。但关于不同品种百合内外鳞片的营养品质分析评价的研究相对较少。由此，对百合鳞片的营养成分进行分析评价对指导其分级加工具有重要意义。因此，本文选取了我国7个常见主栽品种，分析比较其内外鳞片中的基本理化特性及抗氧化活性，同时进行相关性、主成分和聚类分析等，为百合鳞茎加工利用及品种筛选提供一定的参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

百合成熟鳞茎 共7个品种，采收后于4 ℃贮藏，主要品种信息如表1所示。挑选大小均匀、无明显斑点、无病害、无物理损伤的鳞茎，用自来水冲洗后进行剥片，百合鳞茎分为内外两层，挑选由外而内的3层鳞片为外片样品，由内而外的3层鳞片为内片样品。乙腈（色谱纯）、葡萄糖、蔗糖、果糖、DPPH、ABTS、VC标准品 美国Sigma-Aldrich上海贸易有限公司；其它分析纯级试剂 国药集团化学试剂有限公司。

表1 供试7种百合品种资源信息Table 1 Resource information of 7 lily varieties tested

LGJ-25C冷冻干燥机 北京四环科学仪器厂；WP-UP-WF-20超纯水制备机 四川沃特尔水处理设备有限公司；Avanti J-26XP冷冻离心机 美国Beckman公司；KQ-数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；BSA124S分析天平 赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；UV-1800型紫外-可见分光光度计 岛津仪器（苏州）有限公司；LC-20A高效液相色谱仪 日本岛津仪器有限公司；ICP-MS-7700X美国安捷伦公司。

1.2 实验方法

1.2.1 百合粉的制备 将分级后的百合鳞茎洗净平铺在金属盘上冷冻干燥，冷陷温度-60 ℃，压力10 Pa，自动程序冷冻干燥48 h，干燥后的百合鳞茎用组织捣碎机粉碎 30 s，过200目筛，收集百合粉，真空包装后于-20 ℃下贮藏备用。

1.2.2 不同品种百合鳞茎营养成分的测定 水分含量参照《GB 5009.3-2016 食品安全国家标准食品中水分的测定》；总酸含量参照《GB/T 12456-2008 食品中总酸的测定》；蛋白质含量参照《GB 5009.5-2016食品安全国家标准食品中蛋白质的测定》；单糖采用液相色谱法测定，色谱条件为氨基柱（4.6 mm×250 mm，5 μm），示差折光检测器，柱温 40 ℃，检测池温度 40 ℃，进样体积 20 μL，流速 1.0 mL/min，流动相为乙腈-水（体积75:25）；总酚含量参考Wang等[17]的以没食子酸为标准物，用Folin-Ciocalteu比色法测定。

1.2.3 不同品种百合鳞茎矿物质含量的测定 矿物质元素含量测定参照Han等[18]的研究，稍加修改。采用ICP-MS测定，ICP-MS工作条件为：分析模式为碰撞反应罐，射频功率为1500 W，等离子体气体流量为15 L/min，载气流量为0.8 L/min，雾化室温度为2 ℃，雾化器为MicroMist，辅助气体流量为0.4 L/min，扫描模式为跳峰。

1.2.4 不同品种百合鳞茎抗氧化能力的测定

1.2.4.1 DPPH自由基清除能力 参考丁胜华等[19]的方法。准确称取样品6.0 g，置于50 mL离心管中，加入80%甲醇水溶液25 mL，常温超声辅助提取 30 min，4 ℃ 以 10000×g 离心 10 min，收集上清液，滤渣以同样条件重复提取2次，合并上清液，用80% 甲醇定容至100 mL，备用。取400 μL的提取液加入3.5 mL DPPH溶液，混匀后于室温下避光静置30 min，测定其在517 nm处的吸光值。以不加样品的DPPH溶液做对照，同时以Trolox标准品溶液绘制标准曲线。

式中：A0表示对照组吸光度值；A1表示样品吸光度值，然后以DPPH自由基清除能力百分比(%)与浓度的标准曲线计算DPPH自由基清除率，结果以Trolox μg/g DW表示。

1.2.4.2 ABTS+自由基清除能力 参考丁胜华等[19]的方法。提取液的制备同DPPH的制备方法。将ABTS溶解于20 mmol/L、pH4.5 的醋酸盐缓冲液中得到 7 mmol/L的 ABTS贮液，取 5 mL 7 mmol/L的ABTS与5 mL 2.45 mmol/L过硫酸钾溶液混合，在室温下避光反应12～16 h，使溶液达到稳定的氧化态。测定前用20 mmol/L、pH4.5的醋酸缓冲液按照适当的比例稀释 ABTS贮液，使溶液在734 nm处吸光度在0.7±0.002，以此得到ABTS工作液，该工作液每次测定前现配。取3.6 mL ABTS工作液和0.4 mL不同浓度的测试液混合，于暗处反应30 min，以80%甲醇为对照，分别测定734 nm处的吸光值，同时以Trolox标准品溶液绘制标准曲线，计算清除率。

式中：A0表示对照组吸光度值；A1表示样品吸光度值，然后以ABTS+自由基清除能力百分比(%)与浓度的标准曲线计算ABTS+自由基清除率，结果以Trolox μg/g DW表示。

1.2.4.3 铁离子还原能力（FRAP）测定 参考王蓉蓉等[20]的方法。提取液的制备同DPPH的制备方法。取 100 μL提取液加入 4 mL TPTZ 工作液（25 mL pH 3.6 的醋酸缓冲液，2.5 mL 10 mmol/L的TPTZ溶液和 2.5 mL 20 mmol/L FeCl3组成）于 37 ℃反应10 min，以80%甲醇为参比，测定593 nm处的吸光值，同时以Vc标准品溶液绘制标准曲线。

式中：A0表示对照组吸光度值；A1表示样品吸光度值，然后以铁离子还原能力百分比（%）与浓度的标准曲线计算铁离子还原能力值，结果以Vc μg/g DW表示。

1.3 数据处理

所有百合鳞茎检测数据均采用Excel 2016进行整理统计，运用SPSS 26.0计算数据平均值、标准误并进行单因素方差分析，采用t检验，P＜0.05，差异显著；P＜0.01，差异极显著，所有的指标测定均有三次重复，结果用测定指标的平均值±标准误差表示。同时进行主成分分析与系统聚类分析，采用Origin 2018统计软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同品种百合内外鳞片营养成分分析

表2列出了7个不同品种百合内外鳞片的基本营养成分含量。由表2数据可知，除岷江、宜昌百合外，与甘薯、枣等其他植物相比百合的水分含量较低[21-22]，均在71%以下，与李红娟[23]的结论相同。相同品种的内外鳞片中水分含量差异较小，与总酸含量差异趋势相似。但岷江、宜昌百合中的总酸含量较其他百合而言相对较高，岷江百合外鳞片中的总酸含量是川百合外鳞片中总酸含量的6.4倍，宜昌百合内鳞片的总酸含量是川百合内鳞片中总酸含量的4.6倍。蛋白质作为生命活动的物质基础，是人体重要的营养素[24]，也是百合中的重要营养物质。7个不同品种的百合内外鳞片中的蛋白质含量为13.47～37.45 mg/g，川百合中的蛋白质总量是岷江、兰州百合的2倍。与兰州百合相似，龙牙、卷丹百合内外鳞片中的蛋白质含量差异较大。兰州百合、平陆百合外鳞茎中的蛋白质含量与胡悦等[25]的结果一致。

表2 不同品种百合鳞茎的营养成分分析Table 2 Analysis of nutritional components of bulbs of different varieties of lily

糖是食品中重要的营养成分，参与植物对环境胁迫的响应与适应[26]。本研究中共检测了3种可溶性糖，其中在岷江、宜昌百合以及龙牙百合的内鳞片、卷丹百合的外鳞片中未检测出蔗糖，龙牙百合的内鳞片中未检出葡萄糖，分析未检出原因，可能由于含量低于检测限因而未能检出。果糖、葡萄糖含量均为川百合内鳞片中最高，分别是71.63和164.55 μg/g。平陆百合内鳞片中的蔗糖含量最高，为238.39 μg/g。平陆、川百、兰州百合中的可溶性糖总量较其他品种显著增多，其中平陆百合含量最高，这一结果与胡悦等[25]研究结果相符。由此说明，糖含量与百合品种存在相关性。此外就果糖而言，川百合内外鳞片中的含量差异最大，内外鳞片果糖含量差异8倍。除未检出外，其他品种百合的葡萄糖、蔗糖含量在内外鳞片中差异较小。

2.2 不同品种百合内外鳞片矿物质元素含量分析

表3列出了不同品种百合内外鳞片中8种矿物质元素含量，涵盖了人体所必需的4种常量元素（钠、镁、钾、钙）和4种微量元素（锰、铁、铜、锌），同种元素在相同品种百合内外鳞片及不同品种百合之间差异显著。K具有调节细胞内外电位平衡的能力，从表3中可以看出，K元素是所有百合鳞茎中含量最高的矿物质元素，其含量变化范围为20.020～42.276 mg/g，岷江百合的外鳞片中含量最高，兰州百合的外鳞片中含量最低，这与文献[27-28]的研究结果一致。相同品种的百合内外鳞茎中含有的K元素差异显著，如卷丹百合中的K元素在内外鳞片中的含量差达到11.833 mg/g，因此又将百合归为富钾型蔬菜、天然功能性蔬菜[29]。Mg元素的含量在所测8种元素中仅次于K元素，最高为宜昌百合的内鳞片含量达到1.553 mg/g，最低为龙牙百合的外鳞片含量为0.888 mg/g。Ca元素是仅次于K、Mg元素后的第三种含量较高的元素，岷江百合的外鳞片中含量最为显著，为1.259 mg/g。与Ca元素相似，除岷江、宜昌百合外其他品种百合中的Na元素在相同品种的内外鳞片中含量差异相对较小。

Mn、Fe、Cu、Zn参与构成多种酶的活性中心[30]，对蛋白质、核酸的生物合成及机体的免疫过程有着直接或间接的作用[31]。据表3可知，这4种元素在不同品种百合中含量比其他元素低，这与茅云枫等[8]的研究结果相同。龙牙百合中Mn、Fe、Cu、Zn的含量相对其他品种都较高，造成原因可能是受地域生长环境、栽培条件影响。Mn、Zn元素含量在相同品种的内外鳞片中差异较小，而岷江、宜昌、卷丹及川百合中的Fe元素含量在种内的内外鳞片中差异较大，平陆、岷江、宜昌百合中的Cu元素含量在种内的内外鳞片中差异较大。总体来说，不同品种的百合鳞片的矿物质元素含量差异明显，卷丹百合多种元素含量较高，矿物质含量相对最丰富。

表3 不同品种百合鳞片的矿物质元素含量分析Table 3 Analysis on the content of Mineral elements in bulbs of different varieties of lily

针对不同品种百合鳞茎矿物质元素含量的差异，可以对其赋予不同的用途和处理方式。低Na高K的食物具有一定的改善高血压患者的血清NO、降低血压，缓解动脉僵硬度的功能[32]，宜昌百合内鳞片的K含量高，Na含量低，因此可将宜昌百合内鳞片加工为功能型产品。

2.3 不同品种百合内外鳞片总酚含量分析

酚类化合物是植物的次生代谢产物，具有强大的抗氧化活性和清除自由基的能力[33-34]，参与果蔬香气、风味、色泽等品质的形成[35]，长期以来都是植物研究开发的重点。酚类物质作为百合鳞茎中重要的活性物质[36-37]，在百合的开发利用具有深远意义。图1所示为不同品种百合鳞茎中的总酚含量。由图1可知不同品种百合内外鳞茎及同种百合的内外鳞茎的总酚含量存在显著差异。岷江百合外鳞片中的总酚含量最高，为13.21 mg/g，宜昌百合的外鳞片其次，但就内鳞片而言宜昌百合的总酚含量高于岷江百合。川百合、龙牙百合的总酚含量接近，且种内内外鳞片的总酚含量差异较小，岷江、卷丹百合与之相反，种内差异较大。与其他品种百合不同，兰州、平陆百合的内鳞片中的总酚含量较外鳞片高。整体看，岷江百合的总酚含量最高，其次为宜昌百合；不同百合品种内鳞片的总酚含量低于外鳞片，其平均值分别是9.11和9.55 mg/g。

图1 不同品种百合鳞茎的总酚含量分析Fig.1 Analysis of total phenol content in bulbs of different varieties of lily

2.4 不同品种百合内外鳞片抗氧活性分析

DPPH、ABTS+抗氧化能力和铁离子还原能力作为衡量果蔬抗氧化活性的指标，通常抗氧化能力越强，果蔬的耐贮性也会越强[38]。由表4可以看出不同品种百合鳞茎的DPPH、 ABTS+自由基清除能力和铁离子还原能力具有显著差异（P＜0.05），张岩等[39]在不同品种石榴果实也发现相同现象。不同品种百合的外鳞片DPPH自由基清除能力变幅范围为7.86～14.06 Trolox μg/g DW，内鳞片的 DPPH自由基清除能力变幅范围为7.80～13.47 Trolox μg/g DW，其中岷江百合的综合DPPH自由基清除能力最强，川百百合最弱。除卷丹百合外，其余各品种百合的内外鳞片间DPPH自由基清除能力差异较小。ABTS+自由基清除能力最强的是岷江百合和宜昌百合，分别为 17.64、17.59 Trolox μg/g DW，最低的是川百百合，为10.56 Trolox μg/g DW。铁离子还原能力的变化趋势与DPPH、ABTS+自由基清除能力的变化趋势相似，最强的仍是岷江百合和宜昌百合，分别为18.38、17.73 VCμg/g DW，川百百合还原能力最低，为10.65 VCμg/g DW。整体看，岷江百合的抗氧化能力最强为川百合的1.7倍。宜昌百合居其次，Jin等[37]研究了6种野生百合的酚类物质抗氧化能力，同样得出岷江百合具有最高的抗氧化能力。就内外鳞片来说，岷江百合外鳞片的的抗氧化能力最强，平均值为11.22 Trolox μg/g DW，且不同品种百合内鳞片的抗氧化能力弱于外鳞片，其平均值分别是23.87 和 25.61 Trolox μg/g DW。

表4 不同品种百合鳞片的抗氧化活性分析Table 4 4Antioxidant activity analysis of different varieties of lily bulbs

2.5 百合营养成分之间的相关性分析

为了分析各指标间是否存在相关性，将各营养指标进行了相关性分析，结果见表5。从表5可知，百合鳞茎的总酸受到蔗糖、Na、Mg、K、Cu的影响，与蔗糖和 Na极显著负相关（P＜0.01），与 Mg、K、Cu极显著正相关（P＜0.01），即高的 Mg、K、Cu含量可提高百合鳞茎总酸含量。蛋白质与Mn显著正相关（P＜0.05），与蔗糖极显著正相关（P＜0.01），与 Cu、DPPH和ABTS+极显著负相关。葡萄糖与果糖、Ca、总酚呈显著正相关性（P＜0.05），与 Fe、Cu 呈极显著负相关（P＜0.01）。蔗糖与Na极显著正相关，与K、Cu、Zn、总酚、DPPH、ABTS+、FRAP极显著负相关（P＜0.01）。Na与 K、Cu、Zn、DPPH、ABTS+、FRAP极显著负相关（P＜0.01）。Mg与K、总酚、DPPH、ABTS+极显著正相关（P＜0.01），K 与Cu、总酚、DPPH、ABTS+、FRAP 极显著正相关（P＜0.01），Cu 与 DPPH、ABTS+极显著正相关（P＜0.01）。因此提高 Mg、K、Cu的含量即可增强百合鳞茎的抗氧化能力。又因Ca与Cu极显著负相关（P＜0.01），因此说明各元素间存在一定的协同与拮抗作用，既相互制约又相互促进[40]。由元素间的拮抗作用[41]，在尽可能消除不可控因素的条件下，应均衡栽培过程中的施加元素，以此提高百合鳞茎的品质。Mn是叶绿体的结构部分，能够提高植物的呼吸强度以此调节体内的氧化还原过程，由表可知Mn与Fe和Zn显著正相关（P＜0.05），Fe与 FRAP 显著正相关（P＜0.05），Zn与 Cu、DPPH显著正相关（P＜0.05）。因此在Mn的影响下，不仅提高了百合对Fe和Zn的吸收，而且增强了百合鳞茎的抗氧化能力。总酚与DPPH、ABTS+、FRAP极显著正相关（P＜0.01）。这一结果与前文分析结果相吻合，岷江百合的总酚含量最高，抗氧化能力最强，外鳞片的总酚含量与抗氧化能力都较内鳞片高。因此说明总酚在百合鳞茎抗氧化过程中起到了重要作用。DPPH与ABTS+、FRAP互相呈极显著正相关（P＜0.01），且相关系数都大于0.8。

表5 不同品种百合鳞茎的品质指标相关性分析Table 5 Correlation analysis of quality indexes of different varieties of lily bulbs

经相关性分析，可知各品质指标间相关性较强，因此可用主成分分析法对不同品种百合鳞茎品质进行综合分析。

2.6 适应性分析

进行主成分分析之前需要对所获数据进行适应性检验，常见的检验方法有相关系数矩阵直观检验、KMO检验、φ检验、碎石图直观检验以及巴莱特球性检验等[42]。本研究采用KMO检验以及相关系数矩阵直观检验，经计算得知KMO=0.526，大于0.5，因此可进行主成分分析。其次由表5可知，相关系数矩阵中的大部分相关系数＞0.3，表明指标间相关性较强，可进行主成分分析。

2.7 不同品种百合鳞茎品质主成分分析

对7个百合品种内外鳞茎的营养品质指标总酸、蛋白质、果糖、葡萄糖、蔗糖、矿物质元素、总酚、抗氧化活性进行主成分分析。由表6可知，分析得到的5个主成分的特征值均大于1，累计贡献率为86.561%，反应不同品种百合鳞茎营养品质的大部分信息，因此选取前5个特征值作为综合品质指标的主成分。因子荷载值主要反映了百合各营养品质指标对主成分荷载的相对大小和影响的方向[43]，由表6、表7可知贡献率为43.32%的第1主成分中，载荷较高的指标是总酸、DPPH、K、ABTS+、总酚、FRAP，荷载值均为正值且大于0.8，称为抗氧化和风味因子[44]。贡献率为15.44%的第2主成分中有较高荷载值且为正相关的营养指标为Cu、Zn，Na、Ca、蔗糖为负相关。贡献率为10.753%的第3主成分中Mn、蛋白质载荷值较大，呈正相关。贡献率为9.05%的第 4 主成分中Mg、Fe的荷载值较大，分别为 0.588和-0.891。因此可将第2、3和4主成分称为营养元素因子。第5主成分中果糖和葡萄糖载荷较高为正向影响，方差贡献率为8.00%，称为甜味因子。

表6 主成分的特征值和贡献率Table 6 Eigenvalues and contribution rate of principal components

表7 不同品种百合的品质指标旋转后的主成分载荷矩阵Table 7 Principal component load Matrix after rotation of quality Indexes of different varieties of lily

5个主成分从不同角度体现了不同品种百合内外鳞茎营养品质水平，但并没有对其质量作出综合性评价，故以5个主成分分别对应的方差贡献率占累积方差贡献率的比例作为权重建立综合评价模型F=0.501F1+0.178F2+0.124F3+0.1046F4+0.092F5，计算各样品的综合品质得分，综合得分越高表明综合品质越高。由表8可知，排名前4的百合鳞茎为岷江百合外鳞片＞宜昌百合内鳞片＞卷丹百合外鳞片＞宜昌百合外鳞片。综合整体来看，宜昌百合评分最高，品质最好，其次是岷江百合，龙牙百合综合品质最差。同品种百合内鳞片评分较外鳞片相对较高。

表8 不同品种百合鳞茎的得分及综合评价Table 8 Score and comprehensive evaluation of bulbs of different varieties of lily

2.8 不同品种百合鳞茎品质聚类分析

利用系统聚类法对7个不同品种百合鳞茎的品质指标进行分类，结果如图2所示，以5.45为阙值，可将7种百合内外鳞片分为5类。第1类为MJ2、JD2、YC1、MJ1、YC2，都具有较高的抗氧化活性；第2类为LY1，特点是鳞片中未检出蔗糖与葡萄糖；第3类为PL1、PL2、C2，特点是Ca与蔗糖含量较高；第4类为LY2、JD1，特点是Mg、Ca含量较低；第5类为LZ1、LZ2、C1，特点是Na含量较高。整体看可知，不同品种百合鳞茎品质指标的聚类分析结果与主成分分析结果相近，较好的体现了不同品种百合鳞茎的差异性。

图2 不同品种百合鳞茎的聚类分析图Fig.2 Cluster analysis of lily bulbs of different varieties

3 结论

本研究通过对7种百合内外鳞片的营养品质指标及抗氧化能力分析对比，发现不同品种百合内外鳞片中的营养成分及抗氧化能力具有显著差异。就品种而言，川百合、兰州百合的蛋白质、可溶性糖含量最为丰富，岷江百合、宜昌百合含有丰富的矿物质元素，同时岷江百合的抗氧化能力最强。就内外鳞片而言，不同品种百合外鳞片的营养成分较内鳞片丰富，抗氧化能力较内鳞片强，但在矿物质含量上内外鳞片略有不同，内鳞片中的K、Mg、Zn含量高于外鳞片。经主成分分和聚类析评价，宜昌百合的品质特性最好，其次是岷江百合；不同品种百合外鳞片品质较内鳞片品质好，这与抗氧化活性、矿物质元素的分析结果基本一致。根据本研究构建的评价模型，可知宜昌百合最优，其次为岷江百合，因此可将这两种百合作为高营养与优质保健品的良好原料；龙牙百合品质特性最差，可考虑将其作为提取副产物如淀粉等的主要原料。