紫云英花矿物质成分及其开发为饮品营养价值分析

刘彩玲，何春梅，方言, ，罗宇婷，黄毅斌*，康水英

1. 福建省农业科学院土壤肥料研究所（福州 350013）；2. 福建农林大学资源与环境学院（福州 350002）；3. 福州市乌龙江公园管理处（福州 350001）；4. 南平市延平区农业农村局（南平 353000）

矿物质是酶、激素和维生素等物质的重要组成成分，是生物生命代谢过程中所必需的化学元素，仅能从日常饮食中获取[1]。我国具有悠久的茶文化，自古以来就有饮茶习惯。花茶是我国独特的一个茶品种，研究发现植物花中含有丰富的有益矿物质和生理活性成分，这些有机无机养分通常具有补中益气、调中、理气解郁的等多种保健功效[2]。近年来，随着消费者对茶功效需求的多样化，植物花被开发为功能性饮品。当前，市场上可见许多将植物的花、叶片或果实制作而成的具有保健功能的花茶，例如：具有安神、润肠通便及缓解神经紧张功效的茉莉花茶[3]；具有散风清热、清肝明目和解毒消炎等作用的菊花茶[4]；具有益肝健脾和胃等功效的玫瑰花茶[5]。紫云英是我国南方冬种主要的绿肥作物，研究发现紫云英花中含有丰富的氨基酸、维生素及多种矿物质等营养成分，可作为茶用和蜜源植物[6-7]。另外，紫云英还是一种硒集聚植物，各组织器官能够吸收和积累大量的硒。试验发现紫云英花对硒的集聚能力强于叶和茎，并且这些积累的硒均能被充分利用[8]。在当前国人人均硒摄入量严重不足的情况下，饮用富硒茶有增强人体抗脂质过氧化的作用和抗衰老、提高机体防病功能的效果[9-10]。由此可见，紫云英花具有做饮品开发利用价值。近年来，对紫云英及其养分含量、利用方式研究的很多，但大多是集中在地上部植株[11-12]或地下部根系[12-14]生态习性、肥用、饲用等应用价值等方向，对于紫云英花及其养分含量或利用方式的研究鲜有报道，特别是矿物质的关注更少。试验对10份紫云英种质资源花中钙、磷、镁、铁、铜、锌、锰、硒进行测定，探讨紫云英花矿物质之间相关性，并采用主成分分析对其进行综合评价，发掘有益矿物质富集能力强、矿质营养高效型的紫云英品种，以期为紫云英种质资源的筛选、开发利用和品种创新提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验位于福建省闽侯县白沙镇林柄村，福建省农业科学院红壤肥力与生态环境福州野外观测站（东经119°3′9″，北纬26°14′33″）。前茬作物是水稻（Oryza sativaL.），供试土壤类型为黄泥田，土壤基本理化性状如表1所示。

表1 试验土壤基本理化性状

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，参试品种（系）共10个（见表2）。每个品种3次重复，共计30个小区，每小区面积15 m2（3 m×5 m），每个小区间沟宽50 cm。紫云英播种量为1.7 g/m2（25 g/小区）。于2018年10月12日播种，第2年3月15日盛花期采摘花样，采后烘干，粉碎机研磨。由福建省农业科学院土壤肥料研究所测试技术研究室按照LY/T 1270—1999标准进行8项指标测定，包括钙、磷、镁、铁、铜、锌、锰、硒。

表2 参试紫云英种质资源

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2007进行数据处理，采用SPSS 20.0软件进行方差分析、相关性分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 紫云英花矿物质含量水平分析

由表3和表4可以看出，紫云英花矿物质含量存在较大差异，平均含量范围为0.10～8 847.00 mg/kg，各品种花中矿物质含量均呈现规律为Ca＞P＞Mg＞Fe＞Mn＞Zn＞Cu＞Se。其中：‘湘紫1号’Ca、Mg、P和Cu含量均最高，分别为10 033.33，2 173.33，5 796.67和11.87 mg/kg；‘宁波大桥’Fe和Zn含量为183.40和65.47 mg/kg，均高于其余参试品种；‘弋江籽’花中Mn含量81.70 mg/kg为最高；‘桂紫7号’Se含量0.16 mg/kg，显著高于除了‘弋江籽’外的参试品种。

表3 10个紫云英种质资源花矿物质含量 单位：mg/kg

表4 紫云英花中8种矿物质含量的描述性统计

变异系数（C.V.）是衡量种质资源之间相关性状变异程度的统计参数，通常认为C.V.≥100%为强变异，10%＜C.V.＜100%为中等变异，C.V.≤10%为弱变异[15]。试验中8种矿物质含量的变异系数介于3.19%～47.51%，平均值为13.12%（见表4）。其中：Mg、P、Fe、Cu、Zn变异系数均小于10%，为弱变异；Ca、Mn、Se含量的变异系数分别为10.37%，14.34%和47.51%，属于中等变异强度。

2.2 紫云英花矿物质含量间的相关性分析

将10个不同紫云英品种花中的8种矿物质含量数值进行Pearson相关性分析，由热图矩阵可以看出（图1），紫云英花中矿物质含量间存在复杂的相关关系，其中Cu-P呈极显著正相关（α=0.01），Ca-Fe、Mg-Cu呈显著正相关（α=0.05），Fe-Mg、Fe-P、Cu-Ca、Mn-P、Mg-Zn、Se-Ca、Se-P、Se-Fe、Se-Zn均呈负相关，但相关性不显著。

图1 不同品种紫云英花中矿物质相关性分析

2.3 紫云英花矿物质含量的因子分析

以8种矿物质含量作为分析指标，对10个不同品种紫云英花中的8种矿物质含量进行主成分分析。按照特征值≥1为提取主成分的标准，共提取出3个主成分（F1、F2、F3），结果表明这3个因子累计贡献值为74.154%（表5），其中，F1、F2、F3的方差贡献率分别为32.662%，21.484%和20.008%，说明这3个主成分可以代表原始变量的大部分信息。

表5 紫云英花矿物质主成分分析的特征值及方差贡献率

为了能更好地解释变量，将主成分的载荷矩阵进行旋转后，使每个成分载荷系数更接近1或者0，其绝对值越大，说明其贡献越大，密切程度越高。由表6可知：F1（第1因子）主要与Zn（载荷值0.871）、P（载荷值0.839）成正相关；F2（第2因子）主要与Mn（载荷值0.839）、Se（载荷值0.722）呈正相关；F3（第3因子）主要与代表Mg（载荷值0.743）呈正相关。综合F1、F2、F3的方差贡献率，可以认为，Zn、P、Mn、Se、Mg是紫云英花中的特征性矿物质。

表6 紫云英花矿物质旋转成分矩阵

2.4 紫云英作为花茶的综合评价

以主成分载荷分别除以主成分的特征值开根号后的值，得到特征向量，构建出3个特征向量作为权重的主成分表达函数式：Y1=0.539X1+0.519X2+0.294X3+0.243X4-0.236X5+0.253X6+0.322X7+0.267X8；Y2=-0.147X1-0.034X2-0.072X3+0.643X4+0.551X5+0.224X6-0.220X7+0.397X8；Y3=-0.205X1+0.334X2+0.305X3-0.125X4+0.041X5+0.587X6-0.455X7-0.430X8。其中，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7和X8分别为Zn、P、Ca、Mn、Se、Mg、Fe和Cu的标准化含量。主成分得分和对应的权重相乘的总和构建出综合评价函数，具体函数公式：综合得分=0.327×Y1+0.215×Y2+0.200×Y3；其中，Y1、Y2和Y3为各主成分得分。根据综合得分公式，计算得出10个品种（系）紫云英花8种矿物质含量的综合得分。结果表明（表7）：10个紫云英种质资源中因子主成分1（Y1）得分最高的是‘宁波大桥’和‘湘紫1号’，说明其Zn、P含量较高；主成分2（Y2）得分最高的是‘桂紫7号’，说明其Mn、Se含量较高；主成分3（Y3）得分最高的是‘湘紫1号’，说明其Mg含量较高。综合得分由高到低依次为‘湘紫1号’＞‘弋江紫’＞‘84（8）7-1-1’＞‘宁波大桥’＞‘m83yiJ’＞‘湘紫4号’＞‘闽紫7号’＞‘桂紫7号’＞‘B4000-2’＞‘桂早紫1号’。由此可知，紫云英花中矿物质含量具有明显的种质差异性，这为紫云英作为花茶饮品使用品种选育提供了依据。

表7 10个品种紫云英花矿物质的综合得分

3 讨论和结论

此次试验结果表明10份紫云英种质资源花的矿物质含量差异明显，其含量排序为钙（Ca）＞磷（P）＞镁（Mg）＞铁（Fe）＞锰（Mn）＞锌（Zn）＞铜（Cu）＞硒（Se）。综合分析表明，Zn、P、Mn、Se、Mg是紫云英花的代表性元素，品质得分高到低为‘湘紫1号’＞‘弋江紫’＞‘84（8）7-1-1’＞‘宁波大桥’＞‘m83yiJ’＞‘湘紫4号’＞‘闽紫7号’＞‘桂紫7号’＞‘B4000-2’＞‘桂早紫1号’。

矿物质在增强人体免疫系统中发挥重要作用。研究表明：K、Ca、Mg元素在人体内可拮抗钠，使血管舒张，在保护人体心血管，预防心脏病等方面具有积极作用；Fe元素参与血红细胞中血红蛋白和肌红蛋白的合成；Zn元素对增强人体的免疫功能必不可少；Mn元素能够提高血液的凝血功能，减低血管通透性；Se具有抗氧化、延缓衰老、防治心脑血管疾病、保护肝脏与抗癌等重要作用[16-17]。试验测定不同种质资源紫云英花中8种矿物质的含量，结果发现10份紫云英花中的Ca、P、Mg、Fe、Cu、Zn、Mn元素含量丰富，Mg、P、Fe、Cu、Zn为弱变异，Ca、Mn、Se为中等变异。由主成分分析结果可知，紫云英花的代表性元素为Zn、P、Mn、Se、Mg，其含量分别为50.87～65.47，4 786.67～5 796.67，50.10～81.70，0.02～0.16和1 956.67～2 173.33 mg/kg。其中：Zn元素明显高于玫瑰花（23.28 mg/kg）[18]、金花茶（14.50 mg/kg）[19]；P元素高于金花茶（2 410 mg/kg）[19]；Mn元素高于玫瑰花（56.35 mg/kg）[20]、茉莉花（29.16 mg/kg）[3]；Mg元素高于菊花茶（832.12 mg/kg）[21]、与茉莉花（2 401 mg/kg）[3]和玫瑰花（2 200 mg/kg）[20]含量相似；Se元素高于金花茶（0.049 mg/kg）[22]和绞股蓝茶（0.083 mg/kg）[23]。由此可见，紫云英花具有茶用价值，实际生产上可根据不同营养需求针对性使用。

依据植物体内矿物质含量是受由环境、基因型及其相互作用共同影响[24]，在相同的土壤条件和种植管理水平下，不同紫云英种质资源矿物质含量表现出明显差异。其中：‘湘紫1号’Ca、Mg、P和Cu含量最高，‘宁波大桥’Fe和Zn含量最高，‘弋江籽’品系Mn含量最高；‘桂紫7号’Se含量最高。说明种质资源间的矿物质含量差异主要受种质基因型的影响，与石玉涛等[25]、时鹏涛等[26]关于不同茶树品种矿物质含量的研究结果一致。

分析矿物质之间的相关性，可以明确不同矿物质之间的互作关系，还可为田间施肥和品种性状的改良提供参考[15]。通过相关性分析发现，紫云英花中不同矿物质间相关性较强，Cu-P呈极显著正相关（α=0.01），Ca-Fe、Mg-Cu呈显著正相关（α=0.05）。说明这些矿物质含量之间存在协同累积效应，可能是各矿物质在土壤中的活化条件相似或是转运子对利息的协同吸收和运输有关[25]。

富硒茶是特色茶叶产品的开发热点，紫云英是公认的富硒作物，对硒元素有一定的富集和转化能力，并且花对硒的集聚能力强于叶和茎[8,27-28]。若喷施外源硒，可使紫云英植株硒含量增长42.2%～92.2%，最高可达10 mg/kg[35]。试验中，10个紫云英种质资源花中硒含量为0.02～0.16 mg/kg，虽尚未达到茶用富硒含量的国家标准≥0.25 mg/kg[38]，但高于金花茶（Se含量0.049 mg/kg）[30]和绞股蓝茶（Se含量0.083 mg/kg）[29]，由此表明紫云英花具有很好的富硒功能产品开发潜力。据蔡天军[30]统计：紫云英可制作花茶75 kg/hm2，产值15 000元/hm2；富硒花茎茶150 kg/hm2，产值9 000元/hm2。作为花茶来开发利用，可有效提高紫云英的综合利用价值。