六个品种花椰菜花球的营养成分分析与评价

陈敏氡, 王彬, 李永平, 叶新如, 林锦辉, 曾美娟, 刘建汀,朱海生*, 温庆放*

(1. 福建省蔬菜遗传育种重点实验室, 福建省农业科学院作物研究所, 福州 350013; 2. 漳州市农业农村局, 福建 漳州 363000)

花椰菜(Brassica oleraceavar.botrytis)又名花菜、菜花，为十字花科(Cruciferae)芸薹属作物。近年来，我国花椰菜生产发展迅速，2019 年全国种植面积达5.47×105hm2，产量达1.07×107t，居于世界首位[1]。花椰菜营养丰富，兼具保健功能。多项研讨指出，花椰菜富含类黄酮、多酚、胡萝卜素及维生素C (Vc)等多种抗氧化活性成分，长期食用能够减少罹患乳腺癌、直肠癌及胃癌的机率。因此，在美国《时代》杂志推荐的十大健康食品中花椰菜名列第四，并被美国公众利益科学中心列为十种超优食物之一[2]。

花椰菜种类繁多，依据花球松紧度，可分为松花菜和紧花菜两类。依据花球颜色，又可分为白色花椰菜和彩色花椰菜两类。目前，我国常见的花椰菜类型为白色紧花型和白色松花型。白色紧花型花椰菜又叫白花菜，花球大，产量高，南北方各地均广泛种植。白色松花型花椰菜又叫松花菜，花梗长，花层薄，近几年在珠三角、江浙地区种植量大幅增加[1]。研究表明，松花菜的营养物质含量高于紧花菜，但紧花菜品种间营养成分含量的变异程度低[3]。彩色花椰菜包括紫色花椰菜、黄色花椰菜和淡绿色宝塔形花椰菜，是花椰菜的一个变种，19 世纪中叶从国外引进，除了可作为商品销售外，还可供观赏。现有研究表明，彩色花椰菜的营养成分较白色花椰菜更高[4]。马蓉等[5]研究表明宝塔型花椰菜中Vc、总胡萝卜素及总黄酮含量明显高于白花菜、松花菜和青花菜。虽然，现阶段国内外对花椰菜的营养成分已有较多报道，但仍不够系统和深入，需进一步研究品质指标间的关系。

聚类分析和主成分分析是果蔬品质评价研究的重要手段[6-8]。主成分分析可以将多个指标转化为少数几个综合指标，分析出特征性的营养指标,聚类分析能够将不同样品按其在品质上的亲疏程度进行分类[9-10]。目前，在花椰菜上，这两种分析方法多应用于植株形态、株型等农艺性状及生理指标的研究中，而在营养物质含量分析方面的研究较少[11-13]。袁建民等[14]基于主成分分析和聚类分析评价了8 个花椰菜种质中矿质元素的含量，筛选出Ca、S、B、Mn、Na 和Cr 元素可作为评价花椰菜花球营养品质的特征性矿质元素。朗朗等[15]利用主成分分析研究了花椰菜白色花球变紫前后的代谢物，认为芍药素O-己糖苷、矢车菊素半乳糖苷和芍药素-3-O-葡萄糖甙氯化物与花球变紫的相关性较强，由此推测花椰菜白色花球变紫很可能与矢车菊合成途径密切相关。可见，聚类分析和主成分分析是研究、评价花椰菜品质的一种可行方法。然而目前，除白色花椰菜之外，尚未见其他类型花椰菜有类似的分析报道。本研究以6 个品种白色、黄色花椰菜为试材，对花球中Vc、总黄酮、总多酚、脂肪、蛋白质、叶黄素、β-胡萝卜素、Fe、Ca 和P 等10 项营养指标进行测定，并采用相关分析、聚类分析和主成分分析等统计方法进行综合评价，明确不同品种之间的品质差异，为挖掘及选育优良花椰菜品种提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 材料和仪器

试验于2021 年3—4 月在福建省农业科学院作物研究所进行。供试材料由厦门中厦蔬菜种籽有限公司提供，6 个花椰菜(Brassica oleraceavar.botrytis)品种的花球、花梗颜色和松紧度不同(表1)。9 月中旬穴盘播种育苗，10 月下旬定植于塑料大棚，常规栽培管理。次年2 月田间采集成熟期花球，每处理5 株重复，3 次重复。

表1 供试的6 个花椰菜品种Table 1 Six cauliflower varieties tested

叶黄素、β-胡萝卜素、没食子酸、芦丁等标准品，纯度≥98%，购于美国Sigma 公司；乙腈，甲醇为色谱纯；2,6-二氯靛酚溶液、福林酚、丙酮、石油醚、硝酸铝、氢氧化钠、乙醇、碳酸钠、无水醋酸钠等均为分析纯，均购于福州仓山九亿实验器材公司。

超高效液相色谱仪，购于美国WATERS 公司；旋转蒸发仪购于德国IKA 公司；台式高速冷冻离心机购于美国Thermo 公司；紫外分光光度计购于上海天美科学仪器有限公司；氮吹仪购于海能未来技术集团股份有限公司；数显恒温水浴锅购于上海一恒科技有限公司。

1.2 方法

Vc 含量参照GB 5009.86—2016《食品中抗坏血酸的测定》中2,6-二氯靛酚滴定法测定；脂肪含量参照GB 5009.6—2016《食品中脂肪的测定》中第一法索氏抽提法测定；蛋白质含量参照GB 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》测定；P 含量参照GB 5009.87—2016《食品中磷的测定》测定; Ca含量参照GB 5009.92—2016《食品中钙的测定》; Fe含量参照GB 5009.90—2016《食品中铁的测定》第一法火焰原子吸收光谱法测定；总黄酮含量参照郭溆等[16]的方法测定，以芦丁(RE)做标准曲线，用紫外分光光度计在510 nm 处测定吸光度，以mg/100 g表示；总多酚含量参照欧阳玉祝等[17]的方法测定,以没食子酸做标准曲线，用紫外分光光度计在765 nm处测定吸光度，以mg/100 g 表示；叶黄素和β-胡萝卜素含量参照陈敏氡等[18]的方法测定，用丙酮∶石油醚(2∶1)为浸提液，采用UPLC 法测定叶黄素和β-胡萝卜素含量。

1.3 数据处理

所有数据用平均值±标准偏差(Mean±SD)表示。采用Excel 建立数据库，用SPSS 18.0 软件进行相关性分析、聚类分析和主成分分析。

2 结果和分析

2.1 主要营养成分含量分析

从表2 可见，不同花椰菜品种花球的营养成分含量存在差异。Vc 含量依次为‘209’>‘210’>‘217’>‘214’>‘218’>‘100’；总黄酮含量为‘209’>‘217’>‘214’>‘210’>‘218’>‘100’；总多酚含量为‘209’>‘214’>‘218’>‘217’>‘210’>‘100’; 脂肪含量为‘209’>‘100’>‘214’>‘210’>‘218’>‘217’；蛋白质含量‘209’>‘214’>‘218’>‘210’>‘100’>‘217’; Fe 含量为‘209’>‘217’>‘210’>‘214’>‘218’>‘100’；Ca 含量为‘209’>‘210’>‘217’>‘218’>‘214’>‘100’；P 含量为‘209’>‘214’>‘210’>‘218’>‘217’>‘100’。叶黄素和β-胡萝卜素仅在黄色花椰菜品种(‘209’、‘100’、‘217’)中检出, 叶黄素含量为‘100’>‘209’>‘217’，β-胡萝卜素含量‘209’>‘100’>‘217’。白色花椰菜品种(‘214’、‘218’和‘210’)中未检出。

表2 6 个花椰菜品种营养成分含量Table 2 Nutrient contents of six cauliflower varieties

同时，β-胡萝卜素和叶黄素含量在不同品种间的变异程度最大，分别为131.41%和123.94%，P 最小，为12.22%。方差分析表明，6 个花椰菜品种间的Vc、总多酚、Fe、Ca、P、叶黄素和β-胡萝卜素含量均达显著差异，‘209’花椰菜的Vc、总多酚和β-胡萝卜素含量最高(P<0.05)，‘209’和‘217’花椰菜中Fe含量最高(P<0.05)，‘209’和‘210’花椰菜中Ca 含量最高(P<0.05)，‘209’和‘214’花椰菜中P 含量最高(P<0.05), ‘100’花椰菜中叶黄素含量最高(P<0.05),说明这7 项营养指标在不同花椰菜品种中存在着遗传变异。

2.2 相关性分析

对花椰菜中10 种营养指标进行相关性分析(表3)，结果表明，10 种营养指标间存在复杂的关联性, 其中Vc、总黄酮、总多酚、Fe、Ca、P、蛋白质之间相关显著或极显著。Vc 与总黄酮、Fe、Ca 呈显著正相关;总黄酮与Fe 呈极显著正相关；总多酚与Fe、P 呈显著正相关；蛋白质与P 呈极显著正相关；说明通过部分指标可以预测与之相关指标的增减趋势，且相关性越强，趋势越明显。然而，简单相关性分析只是对有联系的2 个营养指标表面关系密切程度的衡量, 揭示多个营养指标之间内在联系还需利用多元统计分析。

表3 花椰菜10 个营养指标间的相关系数Table 3 Correlation coefficients among ten nutrient indexes of cauliflower

2.3 主成分分析

通过主成分分析得到各主成分的特征值、方差贡献率、累积方差贡献率和主成分载荷矩阵。结果表明，前3 个主成分的特征值分别为5.59、2.19 和1.67，均大于1，其中第1 主成分的方差贡献率为55.91%，第2 主成分的为21.89%，第3 主成分的为16.69%，累积方差贡献率为94.48%，说明这3 个主成分反映了原始变量的绝大部分信息。因此，提取前3 个主成分代替原10 个指标评价花椰菜品质, 达到了降维的目的。

主成分载荷矩阵反映了品质指标对主成分的影响程度和作用方向。由表4 可知，第1 主成分中载荷较高且数值为正的营养指标有Vc (0.94)、总黄酮(0.84)、总多酚(0.94)、Fe (0.91)、Ca (0.85)和P(0.89)，这5 个指标对第1 主成分产生较大的正向影响，因此第1 主成分代表Vc、总黄酮、总多酚、Fe、Ca 和P 含量。第2 主成分中载荷较高且符号为正的营养指标有叶黄素(0.87)和β-胡萝卜素(0.85), 这2个指标对第2 主成分产生较大的正向影响，因此第2 主成分代表叶黄素和β-胡萝卜素含量。第3 主成分中载荷较高且数值为正的营养指标是蛋白质(0.74)，这1 个指标对第3 主成分产生较大的正向影响，因此第3 主成分代表蛋白质含量。由于第1 主成分的累计贡献率为55.91%，超过总贡献率的一半，因此认为，Vc、总黄酮、总多酚、Fe、Ca 和P可作为评价花椰菜花球品质的重要指标。

2.4 综合评价

为消除10 种营养指标不同量纲和数量级对分析结果的影响，使数据具有可比性，需要对原始数据进行标准化处理。采用Z 标准化处理，将原始营养指标数据转化成均值为0，标准差为1 的无量纲数据。用各指标变量的主成分载荷(表4)除以主成分相对应的特征值开平方根，得到4 个主成分中每个指标所对应的系数即特征向量，以特征向量为权重构建3 个主成分的函数表达式:Z1=0.169X1+0.150X2+0.169X3+0.026X4+0.118X5-0.057X6+0.083X7+0.163X8+0.151X9+0.159X10;Z2=0.050X1-0.049X2+0.045X3+0.351X4-0.004X5+0.400X6+0.389X7-0.013X8-0.116X9-0.043X10;Z3=-0.127X1-0.270X20.078X3+0.338X4+0.445X5-0.214X6-0.121X7-0.234X8-0.112X9+0.253X10; 式中，X1~X10分别为Vc、总黄酮、总多酚、脂肪、蛋白质、叶黄素、β-胡萝卜素、铁、钙、磷含量的标准化值(表5)。

表4 主成分载荷矩阵Table 4 Principal component loading matrix

表5 10 个营养指标的数据标准化值Table 5 Standardized data for 10 quality evaluation indexes

按照公式F=∑ri×Zi计算综合得分，即以各个主成分对应的方差贡献率为权重，由主成分得分和对应的权重线性加权求和得到综合得分。综合得分函数为F=0.5591Z1+0.2189Z2+0.1669Z3，根据计算，6 个花椰菜品种的综合得分依次为‘209’>‘214’>‘210’>‘218’>‘217’>‘100’ (表6)。

表6 花椰菜品种的主成分因子综合得分和排序Table 6 Comprehensive score and rank of cauliflower varieties based on principal component factors

2.5 聚类分析

基于10 项营养指标对6 种花椰菜品种进行聚类分析(图1)。在欧氏距离约为21 时，10 种营养指标可将6 个花椰菜品种划分为4 类，3 个黄色花椰菜‘209’、‘100’和‘217’各为一类，3 个白色花椰菜‘210’、‘214’和‘218’聚为一类。结合主成分分析综合得分可知，3 个黄色花椰菜品质差异较大，‘209’的品质最佳，其营养成分Vc、总多酚、总黄酮、蛋白质、脂肪、Fe、Ca、P 和β-胡萝卜素含量高；‘100’的品质最差，其叶黄素含量高，但Vc、总多酚、总黄酮、Fe、Ca、P 含量低；‘217’的品质较差，其脂肪和蛋白质含量低；‘210’、‘214’和‘218’的排名居中，营养成分相近。可见，聚类分析与主成分分析结果一致，可信度较高。

图l 聚类分析系统树Fig. 1 Dendrogram by cluster analysis

3 结论和讨论

本研究测定了花椰菜6 个品种的主要营养成分含量，结果表明，花椰菜富含Vc、总黄酮、总多酚等生物活性物质。果蔬中的Vc 含量一般为20~50 mg/100 g。杨月欣等[19]测定了226 种蔬菜的Vc含量，只有22 种蔬菜的Vc 含量高于50 mg/100 g,而高于100 mg/100 g 的只有3 种。供试的6 个花椰菜品种的Vc 含量都高于50 mg/100 g，其中‘209’花椰菜的Vc 含量高达112 mg/100 g。可见，花椰菜是Vc 的极好来源。陈玉霞等[20]测定了25 种常见蔬菜的总多酚和总黄酮含量，结果表明大部分蔬菜的总多酚和总黄酮含量低于100 mg/100 g，而本研究的6 个花椰菜品种的总多酚含量为120~264 mg/100 g,超过了其中21种蔬菜，总黄酮含量为102~160 mg/100 g,超过了其中23 种蔬菜。与已报道的白、黄色花椰菜品种相比，供试花椰菜品种中的总黄酮和总多酚含量皆高出2~3 倍，显现出明显的优势[4,21-22]。此外，在黄色花椰菜品种‘209’、‘100’和‘217’还检出叶黄素和β-胡萝卜素成分，且β-胡萝卜素含量与花球颜色呈显著正相关，这与前人[23-24]的研究结果一致，推测β-胡萝卜素可能参与花椰菜黄色花球的着色过程。总而言之，生物活性物质是评价花椰菜营养品质的重要指标，花椰菜可作为Vc、总黄酮、总多酚和类胡萝卜素等生物活性物质的良好来源。

6 个花椰菜品种的营养成分含量存在一定差异,变异系数为13.18%~131.21%，属于中强变异。杨加付等[25]分析了花椰菜营养品质性状的遗传效应，认为花椰菜中的营养品质性状主要受自身基因型与外部环境的影响。本研究的供试花椰菜花球样品均来自同一温室大棚，立地条件、管理模式等均一致，可以消除环境因子的影响，因此，推测本研究中花椰菜品种间营养成分的差异可能来源于基因型。供试的6 种花椰菜包含了黄色、白色、松花和紧花4个类型，方差分析表明，不同类型的花椰菜品种间的营养品质差别较大，其中3 个黄色品种间的营养品质差别明显，说明黄色花椰菜的营养变异更为丰富，类型广泛。杨加付等[26]认为花椰菜花球的外观品质会明显影响其营养品质性状，增大球径或球高对提高花椰菜品种的Vc 含量有利。因此，供试6个花椰菜品种的品质差异可能也与其外观品质有关。未来有必要深入研究外观性状与营养品质之间的遗传相关性。因为外观品质是容易直接鉴定的性状，在育种中，我们可以通过选择外观品质性状来改良营养品质性状，进一步育成符合育种目标的优质品种。

采用主成分分析法将花椰菜10 项营养指标降维为3 个综合指标，简化了数据结构，评价结果更为客观、合理。建立综合评价函数模型：F=0.5591Z1+0.2189Z2+0.1669Z3，综合得分排在前2 位的花椰菜品种分别为‘209’和‘214’。结合花椰菜类型可知，松花型的综合品质基本高于紧花型，这与丁云花等[3]的研究结果一致，可见主成分分析法是评价花椰菜营养品质的一种可行方法。利用聚类分析方法可将6 个花椰菜品种划分为4 类，3 个黄色花球花椰菜‘209’、‘100’和‘217’各为一类，3 个白色花球花椰菜‘210’、‘214’和‘218’聚为一类，与主成分分析综合排名情况相符。这表明聚类结果科学有效，该方法可用于花椰菜的品质分析。但由于本研究只测定了6 个花椰菜品种，涵盖的品种数量和类型不够，因此后续仍需加大该方法在花椰菜品质分析上的应用，从而进一步验证方法的准确性。

综上，6 个花椰菜中富含Vc、总黄酮、总多酚、Fe、Ca 和P 等营养成分，各营养成分间存在一定的相关性。不同品种花椰菜的营养成分存在着丰富的遗传变异。通过运用主成分分析与聚类分析方法,将6 个花椰菜品种分为4 类，综合评价筛选出‘209’品质最佳，可作为候选株系，在今后研究中可以结合其丰产性、抗逆性等指标进一步筛选，创制出更加优良的花椰菜品种。