不同绿豆品种的芽用特性评价及其专用品种筛选

吕重阳，张晓燕，黄 璐，薛晨晨，袁星星，陈 新

(1.南京财经大学食品科学与工程学院，江苏南京 210023；2.江苏省农业科学院经济作物研究所/江苏省高效园艺作物遗传改良重点实验室，江苏南京210014)

绿豆(VignaradiateL.)在中国已有2 000多年的栽培史，是我国种植的主要食用豆之一。绿豆营养丰富，是饮食中蛋白质、生物活性物质、矿物质和维生素等的优质来源[1]。绿豆芽菜是绿豆种子在一定条件下萌发形成的可供食用的芽苗类蔬菜，是我国的传统蔬菜，也是日益受到青睐的“活体蔬菜”和功能食品。越来越多的研究表明，与绿豆种子相比，绿豆芽菜中的维生素C、酚类化合物、黄酮类化合物、有机酸和氨基酸等营养物质含量显著提高，从而具有更高的营养价值[2]。近年来，国内外在绿豆芽菜营养成分的保健功效方面开展了大量研究，普遍认为饮食中添加绿豆芽菜有助于预防慢性病、神经退行性疾病等[3]，因此绿豆芽菜是健康饮食的重要组成部分。此外，在新冠疫情的大流行背景下，蔬菜类农产品的生产经营面临着交通物流不便和销售迟滞等难题，绿豆芽菜的生产具有生产周期短、生产不受季节限制、对生产场所的要求可塑性强和产出效率高等特点，经济效益显著，市场前景广阔。因此，生产优质绿豆芽菜对保障蔬菜供应、提高膳食优质营养及促进经济效益具有重要意义。

近年来，随着生活水平的提高，人们对于营养健康和功能食品的关注不断增加[4-5]，更加注重豆类芽菜的外观品质、营养品质和食品安全性等[6-7]。通过品种筛选获得芽用特性优良的豆芽专用品种是生产优质绿豆芽菜的关键环节之一。目前已经开展了芽用豆类品种筛选的相关研究，其中，大豆芽菜专用品种筛选的研究较多。如王慧等研究了17份大豆材料籽粒与大豆芽菜的生物产量及营养成分等芽用特性，并对大豆与大豆芽菜的营养成分进行了相关性分析[8]。李振华等研究了大豆籽粒大小对大豆芽菜营养品质的影响[9]。肖伶俐等对不同大豆品种的芽用特性进行了比较，筛选出芽用特性优良的大豆材料4份[10]。康玉凡等对22个大豆材料的种皮特性、百粒质量、种子生理特点及芽用特性进行了测定，综合筛选出3份综合性状优良的芽用大豆品种[11]。然而，目前关于芽用绿豆品种筛选的报道较少，且前人对绿豆芽用特性的研究多以单项指标来衡量，难以客观反映芽用特性[12-14]。此外，绿豆芽菜的芽用特性指标较多，主要包括：可食率、下胚轴长、下胚轴直径等外观及生长指标，和可溶性糖含量、酚类物质含量等营养品质指标。如何合理分析这些指标并对不同绿豆品种的芽用特性进行综合评价是亟待解决的问题。大量研究表明，利用主成分分析、隶属函数分析等多元统计方法对作物耐逆性、农产品品质差异等特性进行综合评价是一种较全面、有效的评价方法[15-17]，如在大豆芽菜的研究中，在分析11个主栽大豆品种的芽用特性的基础上，利用隶属函数等方法综合评定筛选出了适宜豆芽生产且富含异黄酮的大豆材料1份[18]。然而绿豆芽菜方面的相关研究尚未见报道。

为筛选出芽用特性优良的绿豆品种，本研究测定了67份绿豆种质的芽用特性，利用多元统计方法对不同绿豆品种的芽用特性指标进行了综合评价，初步建立了绿豆芽用特性的综合评价体系，并据此对供试绿豆材料的芽用特性进行综合排序，筛选出了适宜生产绿豆芽菜的绿豆品种，以期为绿豆芽用品种资源的发掘和豆芽生产专用优质绿豆品种的选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的67份绿豆材料均来自江苏省农业科学院经济作物研究所，品种名称及产地信息见表1，种子收获后保存于4 ℃。

挑选大小一致、健康饱满的绿豆种子，加入体积分数为1%的次氯酸钠溶液浸泡消毒15 min，随后采用超纯水冲洗种子3遍直至溶液pH值为中性。将消毒后的绿豆种子平铺至豆芽机(DYJ-S6108双层豆芽机)的育苗盘中孵育，在25 ℃下恒温培养，在处理后 4 d 取样，经真空冷冻干燥后用研磨仪(GallopGrinder-48/96)粉碎并存于-20 ℃，用于营养功能品质指标的测定。

1.2 试验方法

1.2.1 试验时间和地点 本试验时间为2020年8月至2021年6月，地点为江苏省南京市。

1.2.2 生长指标的测定 分别采用直尺和游标卡尺测量下胚轴长和下胚轴直径，采用万分之一天平测定可食鲜质量和全株鲜质量，将样品置于105 ℃杀青15 min后，80 ℃烘干至恒质量，测定全株干质量。以上所有指标均重复10次。

可食率=可食鲜质量/全株鲜质量×100%；

含水率=(全株鲜质量-全株干质量)/全株鲜质量×100%。

1.2.3 营养品质和功能品质指标的测定 采用福林酚法[19]测定总酚含量，以没食子酸(gallic acid)当量计算，单位为mg/g(以干质量计，下同)；采用氯化铝法[19]测定类黄酮含量，以芸香苷当量计，单位为mg/g；采用考马斯亮蓝法[20]测定可溶性蛋白含量；采用蒽酮法[21]测定可溶性糖含量；参考文献[22]的方法测定类胡萝卜素含量，以β-胡萝卜素当量计；参考文献[23]等的方法测定DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力。以上所有指标的测定均重复3次。

1.3 数据分析

利用Excel 2016软件进行数据整理，采用SPSS26.0软件进行方差分析、主成分分析及隶属函数分析等。试验结果采用“平均值±标准差”表示，所有差异显著性分析均基于α=0.05水平。利用主成分分析法和模糊数学法对绿豆芽菜的芽用特性进行综合评价。在计算绿豆芽菜的芽用特性隶属值时，使用公式(1)对其进行数值化处理，分别利用公式(2)和公式(3)计算各综合指标的权重系数和综合评价值，之后采用加权求和的方法按照公式(4)计算出绿豆芽用特性综合指标值(sprouts quality index，SQI)。

表1 参试绿豆品种名称和产地

f(Xi)=(Xi-Xi，min)/(Xi，max-Xi，min)，i=1，2，3，…，n。

(1)

式中：f代表隶属函数值；Xi表示第i个指标值；Xi，max表示第i个指标的最大值；Xi，min表示第i个指标的最小值。隶属函数值越大，表示绿豆芽菜品质越高，其对应的绿豆品种更适宜应用于生产绿豆芽菜。

(2)

式中：wi表示第i个主成分的权重系数，即其在所有指标中的重要程度；pi代表第i个主成分的贡献率。

Ci=ZYi，i=1，2，3，4。

(3)

式中：Ci表示第i个主成分的综合指标值；Z为主成分分析中载荷矩阵系数；Yi为f(Xi)经标准化处理后的值。

(4)

式中：Ci、wi分别表示第i个主成分的综合指标值和权重系数。

2 结果与分析

2.1 不同品种绿豆芽菜的外观及生长特性分析

由表2、表3可知，不同品种绿豆芽菜的下胚轴长、下胚轴直径的差异较大，下胚轴长和下胚轴直径大于平均值的种质分别占56.72%和58.21%。下胚轴长的变幅在38.43～93.14 mm之间，平均为69.15 mm，变异系数为19.34%。其中，周口2016绿豆芽菜的下胚轴显著高于其他品种。下胚轴直径变化范围为1.50～2.51 mm，平均为2.19 mm，变异系数为9.88%，其中，吉绿14号绿豆芽菜的下胚轴直径显著高于其他品种。与李振华等研究相比，本研究测得的下胚轴长偏大、下胚轴直径偏小，这可能是由培养环境及品种差异造成的[24]。不同品种绿豆芽菜的含水率变化范围为80.15%～93.34%，平均为86.32%，品种间变异系数较小，仅为3.24%，其中，苏绿7号绿豆芽菜的含水率最高，93.34%。供试绿豆芽菜的可食鲜质量变化范围为0.17～0.48 g，平均为0.32 g，品种间变异系数为19.97%，这可能与不同芽菜根部组织生长速度不一致有关。不同品种绿豆芽菜的可食率差异性较小，变异系数仅为2.18%，其中吉绿10号绿豆芽菜的可食率最高，为94%。

表2 不同品种绿豆芽菜的生长指标分析

表2(续)

表3 不同品种绿豆芽菜芽用特性的变异分析

2.2 不同品种绿豆芽菜的营养功能品质分析

2.2.1 不同品种绿豆芽菜的功能性成分分析 酚类物质是植物体内最重要的一类次生代谢物质之一，且种类繁多。大量研究表明，酚类物质具有多种保健作用和药理功能，如清除自由基、抗氧化、抗诱变、抑制肿瘤、提高毛细血管通透性等，并且表现出高效、低毒、高生物利用率等优点[3]。已有研究从绿豆种子和绿豆芽菜中鉴定出12种酚酸物质[25]，且不同种皮色的绿豆其总黄酮含量不同[26]。本研究发现，67份绿豆芽菜的总酚含量差异较大，变化范围为4.04～10.86 mg/g，平均含量为 7.31 mg/g，品种间变异系数为17.49%。其中，有32份绿豆芽菜的总酚含量在平均值以上，35份绿豆芽菜的总酚含量低于平均值。此外，由4可知，苏绿7号绿豆芽菜的总酚含量最高(10.86 mg/g)。Xue等研究表明，绿豆芽菜中总酚含量最高为5.79 mg/g[27]，而Huang等报道绿豆芽菜的总酚含量为0.63 mg/g[28]，这可能与提取方法、取样时间及品种间差异性有关。黄酮类化合物是绿豆和绿豆芽菜中的主要生物活性成分之一[29]。不同品种绿豆芽菜的总黄酮含量存在较大差异，品种间变异系数较大，为40.10%，其中，苏绿7号绿豆芽菜类黄酮含量为2.35 mg/g，显著高于其他品种。以上结果表明，苏绿7号绿豆芽菜的功能性成分含量较高。酚类物质具有抗氧化、抗肿瘤、预防或减少疾病的发生等功效，研究表明豆类是酚类的重要来源[30]。目前，国内对绿豆芽菜抗氧化性能的研究多聚焦在单一品种或与其他豆科植物做比较研究，而针对不同绿豆萌发后抗氧化性能差异的报道较少。本研究中以DPPH、ABTS自由基清除率2个指标作为绿豆芽菜抗氧化能力评价指标。由表4可知，67份绿豆芽菜的DPPH、ABTS自由基清除率存在显著差异。受试品种绿豆芽菜的DPPH、ABTS自由基清除率变化范围分别为79.12%～96.42%、58.56%～98.70%。参试67份绿豆芽菜的DPPH自由基清除率均较高，变异系数为3.41%，平均含量为90.78%，其中，G137绿豆芽菜的DPPH自由基清除率最高，为96.42%，是芽菜DPPH清除率最低的G308绿豆芽菜的1.22倍，且两者之间达显著差异水平。苏绿1号和苏绿7号绿豆芽菜的DPPH、ABTS自由基清除率均显著高于其他品种，表明苏绿1号、苏绿7号适宜生产高抗氧化能力的绿豆芽菜。

类胡萝卜素是由叶黄素、玉米黄质、番茄红素等组成的一类生物活性化合物，具有良好的抗氧化能力，食用富含类胡萝卜素的食物可以降低心血管疾病、癌症和其他退行性疾病的发病率[31]。有研究报道，豌豆芽苗菜成熟后类胡萝卜素含量为 0.372 mg/g，绿豆萌发6 d后类胡萝卜素含量达 36.55 μg/g[32]。但绿豆芽菜类胡萝卜素含量在不同品种间的差异还未被报道。由表3、表4可知，不同品种绿豆芽菜的类胡萝卜素含量存在较大差异，平均含量为10.76 μg/g，变异系数达32.52%。类胡萝卜素含量大于平均含量的品种占38.81%，其中，泰引2015004绿豆芽菜类胡萝卜素含量最高，为17.94 μg/g，是类胡萝卜素含量最低的品绿132-17绿豆芽菜的4.39倍，且两者之间的差异达到极显著水平。

2.2.2 不同品种绿豆芽菜的基本营养成分分析 研究表明，萌发有利于提高绿豆的蛋白质含量及加工特性同时有利于大分子亚基的水解和多肽的生成[33]，从而提高其营养价值。据报道，不同芽菜中可溶性蛋白含量不同，萝卜芽苗菜中可溶性蛋白含量约8 g/kg(以鲜质量计)，大豆芽菜中约15 g/kg(以鲜质量计)，绿豆芽菜中约10 g/kg(以鲜质量计)，南瓜芽菜中约25 g/kg(以鲜质量计)[34]。本研究发现，不同品种绿豆形成的芽菜可溶性蛋白含量有较大差异，且有些品种之间达到显著差异水平。参试绿豆芽菜的可溶性蛋白含量均值为13.58 mg/g，其中，苏绿7号绿豆芽菜可溶性蛋白含量为 17.26 mg/g，显著高于其他品种(表4)。

表4 不同品种绿豆芽菜的营养品质分析

表4(续)

熊先清发现，绿豆经50 mg/L Zn2+溶液浸种 8 h 并水培96 h，其可溶性糖含量达6.62 mg/kg(以鲜质量计)[35]；谭仁豪发现，绿豆萌发7 d后可溶性糖含量达到 0.505 mg/g(以鲜质量计)[36]。然而，不同品种绿豆芽菜间可溶性糖含量差异的研究较少。本研究发现，不同品种绿豆芽菜可溶性糖含量存在较大差异，变化范围在23.97～79.52 mg/g内，平均含量为48.46 mg/g，变异系数为26.59%。

2.3 绿豆芽菜的芽用品质综合评价

2.3.1 主成分分析 对67份绿豆芽菜的13个芽用特性指标进行主成分分析，依据特征值>1的原则提取了前4个主成分，分别为特征值、方差贡献率、累计方差和贡献率。由表5可知，4个主成分的特征值分别为3.520、2.340、1.700和1.330，4个主成分的方差贡献率分别为24.114%、17.915%、14.959%和11.435%。其中，第一主成分的方差贡献率最大，代表了绿豆芽菜芽用品质特性原始信息量的24.114%，是最重要的主成分，其余主成分对应的方差贡献率依次减少，表示其重要性呈减弱趋势。这4个主成分的累计贡献率达到68.420%，即这4个主成分能代表原有的13个芽用特性指标的大部分原始信息。因此，接下来用这4个独立的综合指标代替原有的13个单项指标对绿豆芽菜的芽用特性进行综合评价。由表5可知，决定第一主成分的主要指标是可食鲜质量、全株鲜质量和下胚轴直径，因此可称其为“产量因子”。决定第二主成分的指标是总酚含量、ABTS清除能力、类胡萝卜素含量，因此，可把第二主成分称为“功能性品质因子”。决定第三主成分的指标主要是可溶性糖、可溶性蛋白含量，因此可把第三主成分称为“基本营养品质因子”。决定第四主成分的指标主要是下胚轴长，因此可称其为“外观因子”。

将4个独立的综合指标分别用C1、C2、C3、C4表示。由表5可知，它们对应的拟合方程分别如下，其中，Y1～Y13分别表示将绿豆芽菜13个芽用特性指标的原始值先用隶属函数处理，再经过标准化处理之后的值。

表5 不同品种绿豆芽菜芽用特性指标的主成分

C1=0.006Y1-0.018Y2+0.113Y3+0.076Y4+0.06Y5-0.014Y6-0.152Y7-0.25Y8-0.045Y9+0.267Y10+0.279Y11+0.277Y12-0.098Y13；

C2=0.389Y1+0.116Y2+0.161Y3+0.355Y4+0.058Y5+0.119Y6+0.274Y7+0.1Y8-0.026Y9+0.115Y10-0.021Y11-0.008Y12+0.116Y13；

C3=-0.115Y1+0.187Y2-0.186Y3-0.052Y4-0.031Y5+0.086Y6+0.077Y7+0.159Y8+0.623Y9-0.33Y10+0.2Y11+0.187Y12-0.146Y13；

C4=-0.006Y1+0.187Y2-0.186Y3-0.052Y4-0.031Y5+0.086Y6-+0.077Y7+0.159Y8+0.623Y9-0.33Y10+0.2Y11+0.187Y12-0.146Y13。

2.3.2 隶属函数分析和权重的确定 根据不同品种绿豆芽菜的主成分分析结果，由表6、表7可知，分别利用公式(1)～(3)计算每种绿豆芽菜芽用特性指标的隶属函数值、权重系数和综合指标值。4个综合指标的权重分别为0.352、0.262、0.219和0.167，表明第1个综合指标的贡献率最高，其他综合指标的贡献率依次减小。由表6可知，每个品种绿豆芽菜的隶属函数值存在差异。在综合指标C1条件下，M341绿豆芽菜的f(X1)最大(1.000)，表明其在“产量因子”指标下的表现最好。依据f(X1)值筛选出“产量因子”指标下排名前10的品种为南阳大绿豆、辽绿9B02、吉绿11、同11445、品绿2014、开封青籽绿豆、渝绿9号、苏绿1号、吉绿14号和泰国KP002。类似地分析综合指标，分别得到在“功能性成分因子”“基本营养品质因子”和“外观因子”下排名前10的绿豆品种(图1)。其中，产量、基本营养品质与外观品质均较好的品种为南阳大绿豆，产量、功能性成分与外观品质均较好的品种为苏绿1号，而基本营养成分、功能性成分与外观品质均较好的品种为周口2016。

表6 不同品种绿豆芽菜芽用特性的综合指标值

表7 不同品种绿豆芽菜芽用特性的隶属函数值

2.3.3 综合评价 结合权重系数，利用公式(4)计算不同品种绿豆芽菜的芽用特性综合指标值即SQI值，并根据其大小对受试绿豆芽菜的芽用特性进行排序，结果(表8)表明，受试的67份绿豆种质中南阳大绿豆绿豆芽菜的芽用特性综合指标值最高，其芽用特性排名第一，而皖绿234绿豆芽菜的芽用特性综合指标值最低，其芽用特性排名最末。排名前10的绿豆品种依次为南阳大绿豆、苏绿1号、保定1028、苏绿7号、四川大籽绿豆、河南302、泰引2015004、化西2019、周口2016和泰国KP006。

表8 不同品种绿豆芽菜芽用特性的综合评价值及排序

2.3.4 回归分析及芽用特性指标的选择 为筛选出可靠的芽用特性鉴定指标并建立评价绿豆芽菜特性的数学模型，以芽用特性综合指标值(SQI值)为因变量，以各单项指标的隶属函数值为自变量，用逐步回归法建立了最优回归方程：SQI=-0.066+0.580EF+0.301SP+0.306TPC-0.138DPPH+0.111HL(R2=0.964，P=0.001 3)。由方程的确定系数R2和P值可知，该方程可较好地评估不同绿豆品种芽用特性综合指标值。由方程可知，13个单项指标中的可食鲜质量(EF)、可溶性蛋白含量(SP)、总酚含量、DPPH自由基清除率(DPPH)和下胚轴长(HL)等5个指标对绿豆芽用特性有显著影响。所以只需测定上述5个指标，并利用该方程评估其SQI值就可以较好地对不同绿豆品种的芽用特性进行评估。

3 结论

本研究对67份绿豆芽菜的外观及生长特性、功能性成分和基本营养成分等芽用特性指标进行了测定，并通过主成分分析、隶属函数法等对绿豆芽菜的芽用品质进行了综合评价。筛选出了产量、功能性成分、基本营养成分与外观品质特性较好的品种各10份，可作为优质芽用绿豆新品种选育的亲本材料。同时，通过综合评价SQI值筛选出了南阳大绿豆、苏绿1号、保定1028、苏绿7号和化西2019等芽用特性优异的绿豆品种10份，可直接用于绿豆芽菜的生产。此外，建立了绿豆芽用特性综合指标值评价的数学模型，并提出可食鲜质量、可溶性蛋白含量、总酚含量、DPPH自由基清除率和下胚轴长等5个指标可作为绿豆芽用特性的鉴定指标。本研究结果可为豆芽专用绿豆品种的发掘和优质芽用绿豆品种的选育提供材料资源。