不同品种桑葚营养品质分析及综合评价

窦子微，杨 璐，程 平，张志刚，李 宏

(1.新疆农业大学林学与风景林园学院,乌鲁木齐 830052;2.新疆林果树种选育与栽培重点实验室/新疆林木资源与利用国家林业和草原局重点实验室,乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】桑葚为桑科(Moraceae)，桑属(MorusL.)，桑种(MorusalbaL.)的成熟果穗[1-2]。桑葚果肉中含有VC、蛋白质、花青素、有机酸、氨基酸类等成分[3-5]。桑葚还含有丰富的生物活性物质，如酚类、生物碱类、黄酮类、白藜芦醇等[6-7]。不同品种桑葚外观特性与内在成分存在显著的差异性，进行客观的果实品质评判，使其能够稳定、高效、高值的生产利用，需要构建一个全面、准确的桑葚品质评价体系，筛选出不同用途和适宜推广的品种。桑果营养品质好坏决定了其在实际生产中的价值，通过多元统计对桑果营养品质进行准确、高效的综合分析，是评价和筛选树种的重要手段。以新疆不同桑葚品种为研究对象，分别测定多个营养品质指标，围绕不同品种的营养成分差异、组成特征以及建立综合评价体系等方面展开分析，对筛选出适合在新疆推广的优势品种和果桑资源的良种选育及综合利用有重要意义，对进一步研究贮藏保鲜、生理调控以及全基因组关联分析也具有重要的意义。【前人研究进展】目前在新疆桑树自然分布区内，桑种质资源分属2个种、1个变种，分别是白桑(M.albaL.)、黑桑(M.nigraL.)和鞑靼桑(M.albavar.tataricaM.A.Bieb.)[8]，除栽培地方种之外，引进品种有5801、7681、大十、桂花蜜、日本富士红、嘉陵9号、澳玉、白玉王等[9-10]。对果实营养品质综合评价方法主要有综合指数选择法、因子分析法、层次分析法、隶属函数法和灰色系统分析法等[11-14]，除应用于桑葚外，在苹果[15]、葡萄[11]、冬枣[16]、香蕉[17]也较为普遍。【本研究切入点】关于桑葚营养品质综合评价及优良品种筛选已有较多的报道，但存在样本量较少、种源不够丰富以及只涉及少数指标等问题，使得分析结果具有一定局限性。目前有关桑葚营养品质分析和评价的文献研究相对较多，而对于新疆农家品种桑葚的研究更少，多数集中于基础营养成分分析，并且选择的原始指标也不够全面。需研究新疆不同品种桑葚营养品质分析及综合评价。【拟解决的关键问题】选取新疆6个农家品种和2个引进品种为材料，测定7个基础营养成分、9种酚酸类化合物和17种氨基酸含量，共33个指标为基础，利用方差分析、相关性分析以分析果桑品质特性，聚类分析结合正交偏最小二乘-判别分析法筛选具有差异性特征指标，运用主成分分析进行综合评价，通过综合得分排名选出品质最优的果桑品种，构建桑葚营养品质综合评价体系，为桑果的生产加工、新品种选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

1.1.1 桑葚品种

供试8个品种，分别为新疆农家种黑桑、粉桑、白桑、药桑、仟格俪桑、黑珍珠，引进桑种有山西黑桑和台湾黑桑，采自吐鲁番、阿克苏和和田地区。选择树势强、无病害的成年果树，从东、南、西、北4个方向，于枝条中段采摘成熟度一致的成熟鲜果，共1.5 kg，用保鲜盒分装后，装入有冰盒的泡沫箱内带回实验室尽快测定，可放入-20℃冰箱备用。

1.1.2 试剂与仪器

试剂：甲醇和乙腈(质谱级，美国霍尼韦尔公司)、甲酸(色谱级)、无水乙醇(优级纯)、盐酸(优级纯，浓度≥36%)、苯酚(优级纯，C6H5OH)、柠檬酸钠(优级纯，Na3C6H5O7·2H2O)、氢氧化钠(优级纯，NaOH)、茚三酮显色液、亚硝酸钠、福林酚、实验用水为实验室自制。

标准品：阿魏酸(L1010025)、芦丁(G165751)、绿原酸(V4390025)、槲皮素(Y4180050)、儿茶素(U7420050)、表儿茶素(V4440050)、芥子酸(1-NSM-168-1)、咖啡酸(16680025)、没食子酸(G145533)；混合氨基酸标准溶液(2.5 μLmol/mL=2.5 nmol/μL=50 nmol/20μL，ESP6332)。

仪器：TQ-MS(Wasters)、ACUQLTY UPLC(Wasters)、Mili-Q实验制水机(迷立博公司)、KQ-300DE超声仪(昆山公司)、XJLK-SB-016涡旋混合仪(IKA公司)、负压真空抽滤仪(Wasters)、LA8080氨基酸分析仪(日立公司)、48孔位多样品平行蒸发仪(步琦公司)、UV2600紫外分光光度计(岛津公司)、K9860凯氏定氮仪(海能公司)、LC-125制冰机(乐创公司)、Multifuge XIR低温高速离心机(Thenmo Fisher)、F6020C-33-80马弗炉(Thenmo Fisher)、DHG-9240A电热鼓风干燥箱(上海恒一)。

1.2 方 法

水分测定参照GB 5009.3-2016 的直接干燥法，设置桑葚烘干温度为60℃[18]；灰分测定按GB 5009.4-2016总灰分[19]；总酸测定参照标准GB/T 12456-2021 食品中总酸的测定方法，以酒石酸表示[20]；总黄酮测定参照硝酸铝比色法，以芦丁为标准物建立标准曲线[21]；总酚含量的测定参照Folin-Ciocalteus法，以没食子酸为标准品[22]；蛋白质测定参照标准GB 5009.5-2016方法略有改进[23]；原花青素测定参照DB 12/T 885-2019标准并加以修改[24]。9种酚酸类化合物测定参考马帅[25]方法并加以改进，以外标法计算各酚酸类化合物的含量。氨基酸测定参照标准GB 5009.124 2016食品中氨基酸的酸水解法并加以改进[26]，测定17种氨基酸，以外标法计算各氨基酸的含量。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2020进行数据整理统计，Origin 2021进行热图聚类分析、相关性分析并绘制图表，SPSS 26.0进行单因素方差分析、主成分分析，SIMCA 14.1软件利用有监督模式识别正交偏最小二乘法(Orthogonal Partial Least Squares Discriminant Analysis，OPLS-DA)分析，筛选差异性特征指标以及进行综合评价。结果用均值±标准差(Mean±SD)表示，3个重复；相关分析、系统聚类和主成分分析时，先对所有数据做标准化处理后再分析。

2 结果与分析

2.1 不同桑葚品种基础营养成分组成与相对含量比较

研究表明，不同品种桑葚间基础营养成分差异均较为显著(P<0.05)。药桑总酸含量最高43.13 g/kg，显著高于其他品种(P<0.05)，白桑总酸含量最低仅为4.37 g/kg，符合实际食用时的直观口感，而粉桑、仟格俪桑和山西黑桑品种间无明显差异(P>0.05)；各桑果的水分含量均值83.79 g/100g、灰分1.40 g/100g、蛋白质1.83 g/100g；药桑、台湾黑桑和黑珍珠的总酚含量大于2.3 mg/100g，显著性高于白桑、黑桑和粉桑(P<0.05)；总黄酮含量最高为台湾黑桑，达148.59 mg/g，约是粉桑的10倍，显著高于其他品种(P<0.05)；黑桑、药桑颜色较深，花青素含量均有检出，其中药桑含量最高达359.74 mg/100g，颜色较浅的白桑、粉桑则未检测到，紫桑检出的含量也极低为0.30 mg/100g。各品种营养成分之间存在不同程度的变异，总酸和花青素变异系数较大，分别是138.39%、130.55%，存在较大变异程度；水分变异程度最小，低于5%，不同品种间水分含量变异较为稳定；总酚含量最低，但品种间也有一定程度的差异，其他指标的变异系数均较大，选择的不同品种间差异较大。水分相对含量最高83.2%～94.9%，其次是总黄酮1.2%～14.6%、总酸0.49%～4.5%，而总酚相对含量极低为0.000 45%～0.002 9%，灰分、花青素和蛋白质相对含量在0.006%～3.1%。图1、表1

图1 不同品种桑葚基础营养成分组成与相对含量比较(g/100g)Fig.1 Comparison of basic nutritional composition and relative content of different mulberry varieties (g/100g)

表1 不同品种桑葚基础营养成分含量变化Table 1 Analysis on the content of basic nutrients in different varieties of mulberry

2.2 不同桑葚品种中酚酸美化合物含量及分布

研究表明，桑葚中均存在且含量较高的酚酸有芦丁和绿原酸，芦丁含量最高均值为82 250.00 ng/g，绿原酸均值4 151.21 ng/g，其中白桑只含有这2种酚酸，分别为681.67、1 234.63 ng/g；表儿茶素和儿茶素只在药桑中存在，分别为417.41、190.59 ng/g；阿魏酸含量最大为黑珍珠291.14 ng/g，最小为粉桑57.89 ng/g；槲皮素除粉桑和白桑外其余桑葚中都存在，台湾黑桑含量最大为1 110.14 ng/g，最小为黑珍珠137.99 ng/g；而没食子酸只在仟格俪桑和台湾黑桑中存在，分别为216.75、289.46 ng/g；芥子酸多分布于黑色桑果中，咖啡酸除黑色桑果外还存在于仟格俪桑中。不同桑果中酚酸总量从大到小依次为药桑、台湾黑色、山西黑桑、仟格俪桑、粉桑、白桑、黑桑、黑珍珠。图2、图3

图2 不同品种桑葚中酚酸类化合物含量及分布Fig.2 Content and distribution of phenolic acids in different varieties of mulberry

图3 不同类型酚酸类化合物在各桑葚中含量及分布Fig.3 Content and distribution of different types of phenolic acids in mulberry

2.3 氨基酸组成及含量分析

研究表明，各桑葚中均检出17种氨基酸，其中Asp和Glu在不同桑果之间变化最为剧烈且平均含量较高，变幅为347.82～54.6 mg/100g、278.04～42.74 mg/100g；Cys和Met含量最稳定且平均含量较低，变幅为1.41～5.07 mg/100g、1.16～12.10 mg/100g；对8种桑葚进行比较，黑珍珠、台湾黑桑、山西黑桑和黑桑中单一氨基酸含量变化大，其余品种变化小，最大为山西黑桑7.81～347.82 mg/100g，最小为粉桑1.44～67.91 mg/100g；黑珍珠、台湾黑桑和黑桑3种桑葚中单一氨基酸含量均大于70 mg/100g的有Asp、Glu、Ala和Arg；药桑、粉桑、和白桑均小于30 mg/100g的有Thr、Gly、Cys、Val、Met、Ile和His。图4

注:Asp：天门冬氨酸；Thr：苏氨酸；Ser：丝氨酸；Glu：谷氨酸；Gly：甘氨酸；Ala：丙氨酸；Cys：半胱氨酸；Val：缬氨酸；Met：蛋氨酸；Ile：异亮氨酸；Leu：亮氨酸；Tyr：酪氨酸；Phe：苯丙氨酸；Lys：赖氨酸；His：组氨酸；Arg：精氨酸；Pro：脯氨酸；图上色块越红表示含量越高，反之蓝色越深则越少，下同

总氨基酸含量为289.41～1567.88 mg/100g，均值938.65 mg/100g，依次为黑桑>黑珍珠>台湾黑桑>山西黑桑>白桑>仟格俪桑>药桑>粉桑；NEAAs均值占TAAs的73.21%，MAAs则占66.34%，黑桑和黑珍珠中这两类氨基酸含量均显著高于其他品种(P<0.05)；CEAAs含量最高为黑珍珠158.02 mg/100g，占该品种TAAs的10.54%；BCAAs和AAAs两者相互作用，起到合成与分解蛋白质作用，含量为32.00～240.66、17.60～158.71 mg/100g，药桑和白桑，仟格俪桑、白桑和山西黑桑，两两之间差异不显著(P>0.05)；MAAs能够维持机体氮平衡，含量在169.47～1 100.18 mg/100g，M/T大于70%的有黑桑、山西黑桑和台湾黑桑；FCAAs与果实香味和着色机制密切相关，均值为384.76 mg/100g，占TAAs的39.78%，最低为粉桑90.91 mg/100g，次低是白桑242.09 mg/100g。各品种间各氨基酸组分存在不同程度的变异，CEAAs变异系数最大为67.25%，存在较大变异程度；NEAAs变异系数最小45.08%，不同品种间NEAAs变异较为稳定，其他类别氨基酸在45.86%～55.21%，选择的不同品种间存在一定的差异性。表2

2.4 不同桑葚品种营养品种指标相关性

研究表明，各指标间存在不同程度的相关性，呈显著相关有16组，极显著的有11组。

水分与灰分、总氨基酸呈显著相关，与其他指标间均无显著相关性；总酸与水分、蛋白质、总氨基酸呈负相关，与花青素和总酚为极显著正相关；除水分和总氨基酸外，总酚与其他指标均显著相关，其中与总黄酮、花青素、总酚酸为极显著强正相关；花青素和总黄酮分别与总酚酸、总酚呈极显著相关性；总酚酸与水分、灰分为负相关，与其他指标均呈强正相关性，其中与总酸、总酚、总黄酮和花青素呈极显著相关；总氨基酸与多数指标间呈现不同程度的弱相关。图5

2.5 不同桑葚品种单一氨基酸含量变化

研究表明，在类间距257.63附近，将8个桑葚品种分为4类，其中药桑单独为一类，山西黑桑、台湾黑桑为第二类，粉桑、仟格俪桑和白桑为第三类，黑桑、黑珍珠为第四类。第一类主要特征为KFC、BECS、ECS、TA含量最高且均高于其他类别；第二类桑葚与大部分单一氨基酸呈弱负相关，与TP、Pr、TF、HPS、JZS呈正相关性；第三类又可以分为2个亚类，粉桑为一个亚类，仟格俪桑和白桑为另一个亚类，其特点为各项指标表现均较差，营养价值较低；第四类特征在于与其他类别相比单一氨基酸含量较高。图6

注:MSZS：没食子酸；KFS：咖啡酸；AWS：阿魏酸；JZS：芥子酸；BECS：表儿茶素；ECS：儿茶素；HPS：槲皮素；LYS：绿原酸；LD：芦丁,下同

2.6 不同桑葚品种营养品质

研究表明，3组桑果能被明显区分，且各组内点紧密聚集，无离群样本点；其中，R2(X)=0.876，R2(Y)=0.970，Q2=0.716，置换检验Q2=-0.326，模型较稳定可靠，能解释97.0%的原始数据，预测能力强，距离原点越远且离密集区较远，则该指标的作用越大；图上方形为每一品质指标X(33个)，三角形为每一类群Y(4组)，每一类群Y周围指标X表示在该类群的样品中值较高；根据值大于1原则(值越大，变量在桑果间差异越显著)，筛选得到11个差异性品质指标品，依次为ECS、BECS、TA、HPS、TF、An、Asp、Pro、LD、KFS、Pr；上述指标均位于距密集区较远的位置，其中ECS、BECS、KFS在第1类中较高，Asp、Pr在第4类中较高。图7

注:a：得分图；b：置换检验图；c：载荷图；d：变量重要性(VIP值)得分图；红色为远离密集区的点和VIP值大于1的指标

表3 不同品种桑葚的旋转因子载荷矩阵、特征值及方差贡献率Table 3 Analysis of rotation factor load matrix, eigenvalue and variance contribution rate of different mulberry varieties

表4 不同品种桑葚营养品质主成分得分系数矩阵Table 4 Principal component score coefficient matrix of nutritional quality of different mulberry varieties

2.7 主成分分析

研究表明，按照特征值大于1标准，提取了前5个主成分，分别为15.08、6.98、4.53、3.09和2.09，累计贡献率达96.26%，上述5个主成分可反映全部桑果的绝大数特征信息。第1主成分中，His、Lys、Phe、Leu、Ile、Met、Val、Gly、Ser和Thr荷载较大，占总体的45.70%；第2主成分以ECS、BECS和TA指标为主，占总体的21.15%；TF、TA、MSZS分别在第3、4、5主成分中起主要作用，占总体的13.72%、9.36%、6.33%。表3

2.8 综合评价及模型构建

研究表明，建立不同品种桑葚营养品质的综合评价数学模型：D综=0.474 8F1+0.219 7F2+0.142 6F3+0.097 2F4+0.065 8F5，D综值越高得到综合表现越好，依次进行排名。不同品种桑葚通过主成分分析得到综合评价得分排名前三为黑桑、黑珍珠和台湾黑桑。表4

不同品种桑葚的综合得分D值为因变量，33个品质指标为自变量，运用逐步线性回归方法构建回归模型：Y=0.032 4Pro+0.001JZS-1.970，R=0.989，调整后R2=0.970，可以解释97.0%的总变异，F值=115.896，VIF=1.108，模型Y可用于对不同品种桑葚营养品质评价。Pro、JZS原始数据分别代入模型Y计算Y综，D综和Y综均呈极显著的正相关，R=0.99**，P<0.01，综合评价模型D综可靠。表5

表5 不同品种桑葚营养品质综合评价得分与排名Table 5 Comprehensive evaluation score and ranking of nutritional quality of different mulberry varieties

3 讨 论

果桑果实营养丰富，直接鲜食口感美味，可加工为制品产生经济效益，也可作为原药材使用[27]。桑葚品质是由外观特性和内在成分决定的，不同品种桑葚纵横径、果色、总酸、有机酸、花青素、总黄酮以及抗氧化酶活性都存在着显著的差异和较强的相关性[28-30]，对果实的鲜食、二次加工及成品均匀性都会产生一定影响[31-32]。

贾漫丽等[33]对9个品种桑果营养品质测定，桂花的出汁率(76.75%)和含水率(85.11%)最高，蒙桑总酸含量(21.365 mg/g)、抗坏血酸(89.488 mg/g)含量最高，PCA分析得蒙桑、白玉王和安椹综合品质最佳，适宜作为深开发的优良果桑品种。汪荷澄等[34]利用新疆3个不同品种桑葚的理化品质，药桑pH值、总酸及总酚含量高于黑桑和白桑，总糖含量白桑>黑桑>药桑，黑桑总黄酮含量显著高于药桑和白桑。邓真华等[35]选取了阿克陶县引种栽植的5个桑葚品种测定了16种氨基酸，得出各品种的氨基酸含量显著不同，综合评价筛选出氨基酸营养价值高的品种为8632和红果2号。对新疆8个桑葚品种进行测定7个基础营养成分、9种酚酸类化合物和17种单一氨基酸含量，各桑葚间营养品质有一定的差异性且存在不同程度的变异，桑葚中各营养品质间也具有较强的相关性，与上述研究结果一致。与已有研究相比，略有不同之处，新疆桑葚中含有较高的芦丁和绿原酸，均检测出17种单一氨基酸，其中NEAAs为氨基酸的主要组分，其次是MAAs，最低为CEAAs；造成以上结果的差异，可能是受到不同种源、栽培地气候地理条件、土壤质地等因素的影响，促使桑葚营养品质有所不同。

不同的评价方法能在一定程度上筛选出优良品种，但仅用某一种方法所得结果存在局限性，且每种方法都有其优缺点，建立高效的综合评价体系，全面科学的分析评价果桑品种特性，仍是种质资源研究中的重要内容。李勋兰等[36]测定35份果桑成熟果的16项品质指标，筛选出总酸、VC、花色苷含量为核心评价指标，因子分析法结合灰色关联分析法构建桑果品质综合评价体系，得出A3、A4和A5的综合表型较好。李长城等[37]以吐鲁番12个地方种的桑果为对象，利用隶属函数法得到最优品种是白桑，粉桑在各类指标中均不占优势。张涛等[38]运用聚类分析对14个不同产地澳洲坚果分组，建立和验证OPLS-DA判别模型进行筛选差异指标，能够客观判断果实品质的优劣。而采用聚类分析把不同桑葚分为4个类群，OPLS-DA分析筛选得到11个差异性品质指标，主成分分析提取了前5个主成分，依据综合评价数学模型：D综=0.474 8F1+0.219 7F2+0.142 6F3+0.097 2F4+0.065 8F5，得排名前三品种为黑桑、黑珍珠和台湾黑桑。

试验材料来自新疆三个地区的桑树资源，地理来源、样本数量较少，仅选取了部分基础营养指标和活性成分，一些重要形态指标、经济性状、抗氧化能力和DPPH清除能力并未进行测定，结果存在一定局限性，缺乏全面系统的研究。后续需要对全疆果桑资源进行调查收集，弄清种质分布现状；除此之外，还要结合桑葚的耐储性、丰产性、加工性等种质特性，构建科学、高效、全面的桑果综合评价体系。

4 结 论

不同品种桑葚间基础营养成分差异较为显著(P<0.05)，药桑总酸、花青素含量最高，台湾黑桑的总黄酮含量最高，均显著高于其他品种(P<0.05)。桑葚中均存在且含量较高的酚酸有芦丁和绿原酸，酚酸总量排名前三品种为：药桑、台湾黑色、山西黑桑。在桑葚中均能检出17种氨基酸，Asp和Glu含量变化剧烈且平均较高；TAAs含量排名前三为黑桑、黑珍珠、台湾黑桑；NEAAs为桑葚氨基酸的主要组分，其次是MAAs，最低为CEAAs，但CEAAs变异系数最大为67.25%，存在较大变异程度。相关性分析表明，桑葚品质指标间存在不同程度的相关性，呈显著相关有16组，极显著有11组。聚类分析把不同桑果分为4个类群，药桑单独为一类，山西黑桑、台湾黑桑为第二类，粉桑、仟格俪桑和白桑为第三类，黑桑、黑珍珠为第四类。筛选出11个差异性品质指标，VIP值从大到小依次为ECS、BECS、TA、HPS、TF、An、Asp、Pro、LD、KFS、Pr。主成分分析提取了前5个主成分，累计贡献率达96.26%，可代表原有33个品质指标的特征信息。根据综合评价数学模型：D综=0.474 8F1+0.219 7F2+0.142 6F3+0.097 2F4+0.065 8F5，综合得分排名前三品种是黑桑、黑珍珠和台湾黑桑。