板栗果实褐变度与总酚和总黄酮的相关性研究

2023-11-29 07:18樊晓芸郭素娟李艳华江锡兵
关键词:变度子叶总酚

樊晓芸,郭素娟*,李艳华,江锡兵

(1.北京林业大学省部共建森林培育与保护教育部重点实验室,北京 100083;2. 云南省玉溪市易门县林业和草原局, 云南 易门 651100;3. 中国林业科学研究院亚热带林业研究所,浙江 杭州 311499)

板栗(Castaneamollissima)属壳斗科(Fagaceae)栗属(Castanea),果实含有大量淀粉以及蛋白质、脂肪、B族维生素等多种营养元素,风味极佳,具有较高的营养价值[1]。板栗栗仁呈黄色,甜糯可口,可被加工成多种产品,但在贮藏或加工过程中,板栗易发生褐变,不仅造成栗仁外观颜色发生变化,也会降低其口感和营养品质。

板栗中含有酚类化合物,主要包括总酚和总黄酮,其中总酚含量与板栗抗氧化性呈显著正相关,总黄酮则与板栗抗氧化性相关性较低[2-4]。板栗坚果褐变度的测定可快速评价坚果表面褐变程度,褐变度值(△L)可作为主要评价指标[5]。目前,关于板栗坚果褐变差异与多酚氧化酶活性相关性研究较多[6-8],而板栗坚果褐变度与总酚和总黄酮的相关性分析研究较少,通过褐变度、总酚和总黄酮指标筛选抗褐变板栗品种的研究更是鲜见报道。

熵权法(entropy weight method)作为一种客观赋权法,受人为主观因素影响较小,可基于数据得出多个指标的权重值,结果科学可靠[9-10]。灰色关联度法(grey relational analysis)通过因素间的关联程度评价产品的品质,简单好用,能够较为全面地反映产品品质信息,被广泛用于作物品种综合评价中[11-12]。在板栗研究中,有学者采用隶属函数法结合因子分析法,对板栗品种进行综合评价[13-14];利用等级划分法和因子分析法相结合评价板栗种质资源[15]。而利用熵权法和灰色关联度法,对板栗品种抗褐变性进行评价则鲜见报道。

本研究以105个板栗品种为研究对象,通过分析板栗烤制前后栗仁不同部位褐变度、栗仁和种皮总酚和总黄酮差异性,对板栗果实褐变度与总酚和总黄酮进行相关性分析,并基于熵权法和灰色关联度法对板栗品种抗褐变性进行综合评价,筛选出抗褐变性强的板栗品种,为板栗加工及品种筛选提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料来自于全国板栗主栽区域共计105个板栗栽培品种(含地方品种优系),各地区板栗树龄15~20 a,树势中等。具体详见表1。

表1 供试板栗品种

1.2 研究方法

1.2.1 试验设计

每个品种随机选取混合均匀后的坚果60粒,平均分为2份。将其中1份板栗清洗干净,用刀在顶部划1 cm左右小口,在200 ℃烤箱内加热20 min至板栗烤熟为止,作为熟板栗;另一份则为生板栗。将生板栗和熟板栗均去掉外壳和种皮,分别在栗仁子叶表层、子叶中部、子叶心部,用分光测色计(CM-700d,美国)测定栗仁不同部位的褐变度值(△L)[5]。

1.2.2 指标测定方法

随机选取混合均匀后的坚果30粒,先计算出初始质量,后置于烘箱中先105 ℃ 杀青0.5 h,再80 ℃ 烘干至质量恒定。用粉碎机将烘干后的样品进行粉碎,粉碎完成后过0.150 mm孔径筛,后保存于自封袋中标记后作为坚果总酚和总黄酮待测样品。所有指标均重复3次。

总酚和总黄酮含量测定:按照GB/T 8313—2018《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》法进行测定。所用仪器均为紫外分光光度计(TU-1901,美国)。

1.3 数据处理

利用Excel 2010进行数据统计,SPSS 26.0软件进行方差分析和相关性分析,Origin 2019进行作图。

1.3.1 熵权法确定权重

确定权重[9]。具体为设样品数为m,指标数为n,则本研究m=105,n=5,即有105个板栗品种,5个抗褐变评价指标。

1)标准化处理。对原始数据进行标准化处理可消除量纲差异。当评价指标与抗褐变性呈正相关时,Sij=(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin);当评价指标与抗褐变性呈负相关时,Sij=1-(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin)。式中:Sij表示第i品种j指标的标准值,Xij表示第i品种j指标的值,Xmin表示第i品种j指标的最小值,Xmax表示第i品种j指标的最大值。

2)求指标j权重系数,其中0≤yij≤1,0≤wj≤1。

(1)

(2)

(3)

1.3.2 灰色关联度法[11]

将105个板栗品种作为一个灰色关联系统,设定参考数列X0,即设定一个理想品种。X0构成参考数列(X0),其余105个品种构成比较数列(Xi),即参考数列为X0(k)=[X0(1),X0(2),…,X0(n)],比较数列为Xi(k)=[Xi(1),Xi(2),…Xi(N)],其中n为品质性状指标个数(n=5),N为板栗品种数(N=105)。进行灰色关联度分析之前一般要将数据进行无量纲标准化处理,以保证各指标的数量级相同,具体计算方式见公式(4)。分别利用公式(5)和公式(6)计算参考数列和比较数列的关联系数和加权关联度。公式(5)中ρ表示分辨系数,其范围在0~1之间,ρ≤0.056的分辨力最好,本研究取ρ=0.5[16]。公式(6)中wj为熵权法得到的权重系数。

无量纲化:xi(k)=Xi(k)/X0(k);

△i(k)=|x0(k)-xi(k)|。

(4)

关联系数ξ(k):

(5)

(6)

2 结果与分析

2.1 板栗烤制前后栗仁不同部位褐变度值差异性

对板栗烤制前后栗仁不同部位进行褐变度差异性分析,结果(图1)可知,生栗仁子叶表层褐变度值(△L)为14.65,子叶中部为2.56,子叶心部为8.17;△L在生栗仁表层为子叶中部的5倍多,为子叶心部的1.5倍多,子叶心部为子叶中部的3倍多。因此对于生栗仁来说,△L在不同部位的大小依次为子叶表层>子叶心部>子叶中部;熟栗仁表层△L为36.90,子叶中部△L为17.36,子叶心部△L为26.17,熟栗仁子叶表层为子叶中部的2倍多,显著高于子叶中部和子叶心部的,生熟板栗褐变度差值表现为栗仁子叶表层最大,子叶中部最小。熟栗仁在每个部位的△L均显著大于生栗仁,且其大小均表现为子叶表层>子叶心部>子叶中部。

不同大写字母表示栗仁不同部位之间差异极显著(P<0.01),不同小写字母表示栗仁不同部位之间差异显著(P<0.05)。下同。Different uppercase letters indicate extremely significant differences between different parts of chestnut kernel at significant level(P<0.01), and different lowercase letters indicate significant differences between different parts of chestnut kernel at significant level(P<0.05). The same below.图1 板栗不同部位褐变度值(△L)Fig. 1 Browning value (△L) of different parts of chestnut

2.2 板栗不同部位总酚和总黄酮含量差异性

板栗不同部位总酚和总黄酮含量差异性如图2所示。由图2可知,内种皮总酚含量为544.46 mg/g,总黄酮含量为484.25 mg/g,内种皮总酚含量略高于总黄酮含量;栗仁总酚含量343.70 mg/g,总黄酮含量为108.25 mg/g,栗仁总酚含量为总黄酮含量的3倍多,远大于总黄酮含量。板栗内种皮和栗仁总酚和总黄酮含量存在显著差异性,内种皮总酚含量和总黄酮含量均显著大于栗仁总酚含量和总黄酮含量,内种皮总酚含量和总黄酮含量差异不显著,而栗仁总酚含量显著高于总黄酮含量,内种皮总黄酮含量为栗仁总黄酮含量的4倍多。

图2 板栗不同部位酚类化合物含量Fig. 2 Content of phenolic compounds in different parts of chestnut

2.3 板栗褐变度与总酚和总黄酮相关性

将板栗子叶表层褐变度与总酚和总黄酮进行相关性分析可知,褐变度与总酚含量呈极显著正相关[相关系数(R)=0.863],与总黄酮含量呈不显著正相关(R=0.445);总酚含量与总黄酮含量呈不显著正相关(R=0.411)。

2.4 不同板栗品种抗褐变综合评价

根据熵权法将板栗各指标进行标准化后计算得出各指标权重系数(wj),即褐变度值、总酚含量及总黄酮含量的权重系数分别为0.514 3、0.360 4、0.125 3,其中褐变度值的权重系数最大,表明褐变度值对不同板栗品种抗褐变评价结果影响较大。将权重系数(wj)代入加权关联度公式中可得出各板栗品种的加权关联度(ri),由此可得板栗的抗褐变评价模型,即ri=0.514 3×△L+0.360 4×CTP+0.125 3×CTF(式中:CTP表示总酚含量,CTF表示总黄酮含量)。依据加权关联度(ri)抗褐变评价模型对各板栗品种进行排序,结果见表2。

表2 各板栗品种加权关联度(ri)及排序

表2(续)

由表2可知,加权关联度(ri)最大的品种为‘燕山早丰’(0.972 3),其次为‘东陵明珠’(0.970 1),最小的品种为‘二新早’(0.780 2)。加权关联度越大的板栗品种,其与理想品种关联度越大[17],其抗褐变性越强。因此,抗褐变性最强的板栗品种为‘燕山早丰’,其次为‘东陵明珠’,最差的为‘二新早’。

2.5 抗褐变型板栗品种聚类分析

根据不同板栗品种加权关联度(ri)对板栗品种进行聚类分析,将105个板栗品种抗褐变性分为3个等级,各等级加权关联度(ri)范围见表4。如表4所示,板栗抗褐变性等级分为抗褐变性极强(Ⅰ级),加权关联度为0.920 6~0.972 3,包括51个品种;抗褐变性较强(Ⅱ级),加权关联度为0.835 4~0.909 8,包括29个品种;抗褐变性弱(Ⅲ级),加权关联度为0.708 2~0.826 7,包括25个品种。

表4 不同板栗品种抗褐变分级结果

3 讨 论

研究表明,板栗果实含有总酚和总黄酮等酚类化合物,作为促使果实褐变酶的底物,总酚和总黄酮与抗氧化能力显著相关[18],与板栗加工褐变也存在显著相关性[19],而栗仁表层总酚和总黄酮含量会导致栗仁发生褐变[20]。因此,本研究分析板栗栗仁表层褐变度与总酚含量和总黄酮含量的关系,并依此作为主要指标来评价板栗的抗褐变性,进而筛选板栗抗褐变品种。

板栗褐变度的测定方法主要包括直接观察法[21]、拍照法[22]、分光光度计法[23]以及测色法[5]。测色法与其他方法相比,操作简单且误差较小,在测定褐变程度中应用广泛[24]。张树航等[5]研究表明,板栗褐变度可以用△L值准确评价,因此,笔者将△L值作为评价板栗褐变度指标。本研究发现栗仁烤制前后不同部位△L值均显著增加,其中生栗仁子叶表层△L值是子叶中部的5倍多,熟栗仁子叶表层△L值是子叶中部的2倍多,不同部位的△L值大小均表现为栗仁子叶表层>子叶心部>子叶中部,因此可以认为栗仁子叶表层最容易发生褐变,是重点预防部位。对板栗内种皮和栗仁酚类化合物含量进行测定可知,内种皮总酚含量与总黄酮含量均大于栗仁,这与张雨阳[25]研究结果一致。结合△L值可知,栗仁表层△L值最大,而内种皮总酚和总黄酮含量均较大,故而内种皮含有较高的总酚和总黄酮含量是导致栗仁子叶表层△L值最大的原因。相关性分析结果表明,栗仁表层褐变度与总酚含量呈极显著正相关,与总黄酮呈不显著正相关,因此,防止栗仁子叶表层褐变的关键在于降低内种皮总酚含量和总黄酮含量。

本研究以褐变度、总酚含量和总黄酮含量作为主要指标对不同板栗品种进行抗褐变评价,各指标权重的赋予对评价结果影响较大。目前,权重赋予的方法有层次分析法[26]、主成分分析法[27]等,但其具有一定的主观性。熵权法作为一种客观的权重赋予方法,可根据指标熵值大小确定权重大小,权重系数越大,则表明该指标对评价结果影响较大[28]。本研究权重系数最大的指标为褐变度,其次为总酚含量,最小为总黄酮含量,表明褐变度是影响板栗抗褐变性的主要指标。利用灰色关联度法,结合各指标权重可得出不同板栗品种的加权关联度,加权关联度越大,抗褐变性越强[17]。因此,本研究表明,抗褐变性最强的板栗品种为‘燕山早丰’,其次为‘东陵明珠’,均产自河北地区。

聚类分析可将105个板栗品种划分为抗褐变性极强(Ⅰ级)、抗褐变性较强(Ⅱ级)、抗褐变性弱(Ⅲ级)3个等级,其中Ⅰ级板栗品种均产自燕山地区(河北、北京和天津)及山东地区,其加权关联度最大,结合抗褐变评价模型可得,Ⅰ级板栗品种特性为褐变度差值略低于其他等级品种,总酚含量较大,总黄酮略高于其他等级品种;Ⅱ级板栗品种褐变度差值以及总酚和总黄酮含量与其他等级相比均处于中等水平,其品种产自西北、西南以及长江中下游地区;Ⅲ级板栗品种全部产自长江中下游地区,其抗褐变性最弱,总酚和总黄酮含量最低。抗褐变性较强的Ⅰ级和Ⅱ级板栗品种大多产自北方,其加权关联度高于Ⅲ级,抗褐变性弱的Ⅲ级则全部产自南方,因此可得北方板栗品种抗褐变性大于南方,即北方品种加工品质更优,这与江锡兵等[29]研究所得结论基本一致。因此对于适宜板栗加工品种,须选择抗褐变性最强的北方品种,尤其是位于河北迁西地区的‘燕山早丰’。南方地区高温多雨,尤其是长江中下游地区,降雨量可能是影响板栗品种抗褐变性的因素之一,因此未来可从气候与板栗品种褐变性关系的角度进行探讨。

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