不同棗品種果實(shí)礦質(zhì)元素含量分析及綜合評價(jià)

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(1.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室,新疆阿拉爾 843300;2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆阿拉爾 843300;3.新疆大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院阿克蘇校區(qū),新疆阿克蘇 843100)

棗(ZiziphusjujubeMill.)為鼠李科棗屬植物,是我國的特有果樹,栽培歷史悠久已有7000多年的歷史,分布于世界5大洲的30多個(gè)國家,其果實(shí)經(jīng)干燥處理為我國第一大干果[1-2]。棗果實(shí)營養(yǎng)豐富,具有藥用價(jià)值,屬于藥食同源植物。近年來,棗因其藥用和食用價(jià)值成為我國果樹中研究和開發(fā)利用的熱點(diǎn)。

礦質(zhì)元素是棗的主要營養(yǎng)成分之一[3]。棗果實(shí)富含常量礦質(zhì)元素 K、Mg、P、Ca,此外,還富含F(xiàn)e、Mn、Zn等微量礦質(zhì)元素[4]。微量元素在人體內(nèi)不僅能促進(jìn)機(jī)體合成生命活動所需的物質(zhì),而且還能提高酶的活性,增強(qiáng)機(jī)體的免疫功能,是維持生命活動不可缺少的物質(zhì),缺少時(shí)會引起各種疾病[5-6]。礦質(zhì)元素含量與食品的營養(yǎng)價(jià)值及中藥材藥效緊密相關(guān)[7]。因此,對于棗果實(shí)中的有益礦質(zhì)元素及有害礦質(zhì)元素的分析檢測引起人們的普遍關(guān)注。南海娟等[8]對靈寶大棗、新鄭大棗、新疆大棗果實(shí)中8種礦質(zhì)元素研究結(jié)果表明,靈寶大棗礦質(zhì)元素含量最高。Li等[9]對金絲小棗、尖棗、駿棗等5個(gè)品種的8種礦質(zhì)元素研究結(jié)果表明,五種棗果實(shí)中鉀、鈣、鎂的含量較高,鐵、鈉、鋅、銅的含量較低,硒未檢出。劉鑫[10]對壺瓶棗的礦質(zhì)元素研究結(jié)果表明,6種礦質(zhì)元素對棗果實(shí)的品質(zhì)以及風(fēng)味均有重要影響。另外,產(chǎn)地[11]、樹齡[12]、栽培模式[13-14]等因素也會影響礦質(zhì)元素的含量。目前,對棗果實(shí)礦質(zhì)元素的研究僅限于少數(shù)幾種礦質(zhì)元素[15],缺乏對多種礦質(zhì)元素的研究。

主成分分析法是利用降維的方式,把多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個(gè)綜合指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)的方法[16]。果實(shí)內(nèi)含有多種礦質(zhì)元素,評價(jià)指標(biāo)較復(fù)雜且主次難分。近年來,有關(guān)學(xué)者利用主成分分析法對大白刺果實(shí)[17]、云南野生茯苓[18]、梵凈山茶[19]等礦質(zhì)元素進(jìn)行了分析與評價(jià)。目前,有關(guān)棗礦質(zhì)元素綜合評價(jià)方面的研究尚未見報(bào)道。因此,本研究選取塔里木大學(xué)棗種質(zhì)資源圃10個(gè)棗品種為試材,測定各品種完熟期果實(shí)中19種對人體有益的礦質(zhì)元素和11種有害礦質(zhì)元素的含量,并利用主成分分析法,綜合分析評價(jià)棗果實(shí)礦質(zhì)元素營養(yǎng)價(jià)值的大小,以期為研究棗的營養(yǎng)特性及功能性食品開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

伏脆蜜、蜂蜜罐、冬棗、京39、金絲小棗、灰棗優(yōu)系、中棗1號、贊2、駿1、駿棗 塔里木大學(xué)棗種質(zhì)資源圃,2015年9月15日至10月15日,每個(gè)品種選5株樹,于每株樹的樹冠中部外圍,采集發(fā)育正常的完熟期果實(shí)20～30個(gè),置于冰盒中;濃硝酸(優(yōu)級純)西隴化工股份有限公司。

ICPOES720瓦里安電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀 美國瓦里安技術(shù)中國有限公司;ICPMS7700電感耦合等離子體原子發(fā)射質(zhì)譜儀 美國安捷倫公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品的制備 將采集的棗樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后,依次用自來水、0.2%鹽酸、去離子水進(jìn)行清洗,將洗凈的果實(shí)用不銹鋼刀切片去皮去核后,置于105 ℃干燥箱中殺酶30 min,65 ℃下烘至恒重。冷卻后用粉碎機(jī)粉碎,裝自封袋備用,即為棗粉試樣備用。

1.2.2 礦質(zhì)元素含量的測定 稱取 0.2000 g樣品于試管中,加入約5 mL濃硝酸蓋上塞子,于石墨爐中150 ℃加熱消解至棕色氣體冒盡、樣液呈淺黃透明,待樣品冷卻至室溫后,轉(zhuǎn)移到25 mL容量瓶,用超純水定容至刻度,再通過瓦里安電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀,測試不同品種棗中K、P、Ca、Mg、Na、Si、Fe、B含量,采用安捷倫電感耦合等離子體原子發(fā)射質(zhì)譜儀測定不同棗品種中Li、Al、Ti、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、As、Sr、Zr、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、Ba、Hg、Pb、Bi含量。射頻功率1000 W,等離子體氣流量15L/min,載氣流量1.5 mL/min,泵速15 r/min,進(jìn)樣速率 0.1 mL/min。其中等離子氣、輔助氣、霧化氣均為高純氬。按照選定的儀器工作條件,取樣液直接測定各元素含量,各試樣重復(fù)測定3次。方法檢出限0.05 mg/L,誤差<5%。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用DPS 7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同棗品種果實(shí)中常量礦質(zhì)元素含量的分析

由表1可知,10個(gè)棗品種果實(shí)中,除冬棗外其余各常量礦質(zhì)元素含量由高到低依次為K>P>Ca>Mg,K元素含量平均值較 P、Ca、Mg元素分別高7.36、15.03、18.68倍,說明K為棗果實(shí)內(nèi)主要的常量礦質(zhì)元素。

表1 10個(gè)棗品種果實(shí)中常量礦質(zhì)元素含量比較(mg/kg)Table 1 Comparison of contents of mineral elements in fruits of 10 jujube varieties(mg/kg)

但其含量在不同品種間表現(xiàn)出較大差異,其中,駿1和灰棗優(yōu)系果實(shí)中K元素含量極顯著高于其它品種(p<0.01),金絲小棗和贊2果實(shí)中K元素含量顯著低于其它品種(p<0.05)。果實(shí)中P元素含量表現(xiàn)為中棗1號、贊2、京39和伏脆蜜極顯著高于其它品種(p<0.01),而駿棗果實(shí)中的P元素含量最低。中棗1號果實(shí)中Mg元素含量(566.54 mg/kg)最高(p<0.01),蜂蜜罐最低(p<0.05),其含量相差1.28倍。棗果實(shí)中Ca含量在10個(gè)品種間差異均較大,其變異幅度為442.75～967.22 mg/kg。

2.2 不同棗品種果實(shí)中有益微量礦質(zhì)元素含量的分析

由表2可知,Al、Cu含量在除駿1和中棗1號外的其它品種間無顯著差異(p>0.05),Sn含量在除蜂蜜罐以外的其它品種間無顯著差異(p>0.05),Co含量在10個(gè)棗品種果實(shí)間無顯著差異(p>0.05)?；覘梼?yōu)系果實(shí)中Sr、Mo含量極顯著高于其它品種(p<0.01),而Na含量最低。蜂蜜罐和中棗1號果實(shí)中Sn含量極顯著高于其它品種(p<0.01),而Zn含量最低。駿棗的Ni、Li含量較高,而Fe、Si含量較低。中棗1號果實(shí)中的Na、B含量均較高,而Li含量最低。金絲小棗果實(shí)中的Si含量最高,而Mn、Zn、B元素含量較低。京39果實(shí)中的Li、Fe、Si含量較高,而Sr、B含量較低。贊2果實(shí)中Mn、B元素含量較高,而Zn、Sr含量較低。駿1果實(shí)中Zn、Al、Fe、Cu、Mn元素含量較高。伏脆蜜果實(shí)中Fe、Mn、Ni、Zn、Mo元素含量較低。冬棗果實(shí)中Na、Fe、Zn、Mo元素含量較低。綜上所述可知,駿1果實(shí)中有益微量元素含量較高,而冬棗、伏脆蜜果實(shí)中有益微量元素含量相對較低。

表2 10個(gè)棗品種果實(shí)中有益微量礦質(zhì)元素含量比較Table 2 Comparison of contents of beneficial microscale elements in fruits of 10 jujube varieties

2.3 不同棗品種果實(shí)中有害微量礦質(zhì)元素含量的分析

由表3結(jié)果可知,供試品種果實(shí)中的有害微量元素均以Ti含量最高,平均含量1120.17 μg/kg,其次為Ba和Cr元素含量,平均值分別為325.95、225.5 μg/kg,以Hg、Cd元素含量最低。在10個(gè)棗品種間,其果實(shí)中的Ti、Zr、Sb、Ag、Hg元素含量無顯著差異(p>0.05)。而Pb含量在駿1與蜂蜜罐果實(shí)中最高,而以伏脆蜜和京39最低。金絲小棗和伏脆蜜果實(shí)中As含量最高,而駿棗最低。Ba含量(530.72 μg/kg)蜂蜜罐果實(shí)中最高,駿棗最低,其含量相差2.61倍。金絲小棗果實(shí)中的Cr含量最高(418.45 μg/kg)。蜂蜜罐和中棗1號果實(shí)中的Bi含量極顯著高于其它棗品種(p<0.01)。綜上所述可知,蜂蜜罐果實(shí)中Pb、Ba、Bi含量均較高,說明蜂蜜罐對有害微量元素的富集能力強(qiáng)。

表3 10個(gè)棗品種果實(shí)中有害微量礦質(zhì)元素含量比較(μg/kg)Table 3 Comparison of contents of harmful microscale elements in fruits of 10 jujube varieties(μg/kg)

2.4 不同棗品種果實(shí)中礦質(zhì)元素相關(guān)性分析

由表4可知,B與Bi元素,Fe與Mn元素,K與Zn元素,Ti與Ni、Zn元素,Ni與Zn元素,Mo與Hg元素,Sn、Ba與Pb元素呈顯著正相關(guān)(p<0.05);Si與Fe、Co元素,Fe與Al、Co元素,Ca與Sr、Mo元素,Na與Bi元素,Cr與Ag元素,Mn與Cu元素,Sr與Mo元素,Cd與Pb元素,Sn與Ba、Bi元素呈極顯著正相關(guān)(p<0.01);P與Cr、Ni元素,Mn與Sr元素,Ni與As元素呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05);Li與Zr、Hg元素,Ti、Zn與As元素呈極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01)。其余礦質(zhì)元素間無極顯著相關(guān)性(p>0.05)。

表4 棗果實(shí)中礦質(zhì)元素含量的相關(guān)關(guān)系矩陣Table 4 Correlation matrix of contents of mineral elements in fruits of jujube

2.5 不同棗品種果實(shí)中礦質(zhì)元素綜合評價(jià)

2.5.1 不同棗品種果實(shí)中有益礦質(zhì)元素主成分分析 將測得的不同棗品種對人體有益礦質(zhì)元素含量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,消除原始數(shù)據(jù)之間量綱不同的影響。對標(biāo)準(zhǔn)化后的有益礦質(zhì)元素含量值進(jìn)行主成分分析(見表5),第1主成分以Mn、Sr和Fe等礦質(zhì)元素為代表,第2主成分以Cu和K等礦質(zhì)元素為代表,第3主成分以Zn和Ni等礦質(zhì)元素為代表,第4主成分以Ca和Si等礦質(zhì)元素為代表,第5主成分以Sn和Mg等礦質(zhì)元素為代表。前5個(gè)因子的方差貢獻(xiàn)率分別為29.95%、19.01%、15.17%、13.22%、9.71%,其累積貢獻(xiàn)率達(dá)87.05%。

表5 10個(gè)棗品種果實(shí)中有益礦質(zhì)元素主成分提取結(jié)果Table 5 Principal component extraction results of thebeneficial elements extracted from fruits of 10 jujube varieties

因此可通過對以上11種元素的測定分析,來衡量棗品種果實(shí)中有益礦質(zhì)元素的含量高低。

根據(jù)特征值的百分率,構(gòu)建綜合得分模型:

綜合得分=29.95×Y(i,1)+19.01×Y(i,2)+15.17×Y(i,3)+13.22×(i,4)+9.71×Y(i,5)。根據(jù)以上模型算出10個(gè)不同棗品種果實(shí)中有益礦質(zhì)元素的綜合得分見表6。

表6 10個(gè)棗品種果實(shí)中有益礦質(zhì)元素主成分分析Table 6 Principal component analysis of the beneficial elements in fruits of 10 jujube varieties

從表6中可以看出,不同棗品種果實(shí)中有益礦質(zhì)元素含量排名為駿1>中棗1號>京39>贊2>蜂蜜罐>駿棗>灰棗優(yōu)選>金絲小棗>伏脆蜜>冬棗,說明駿1、中棗1號和京39棗果實(shí)中有益礦質(zhì)元素的含量相對較高。

2.5.2 不同棗品種果實(shí)中有害礦質(zhì)元素主成分分析 將測得的不同棗品種對人體有害礦質(zhì)元素含量原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,消除原始數(shù)據(jù)之間量綱不同的影響。對標(biāo)準(zhǔn)化后的有害礦質(zhì)元素含量值進(jìn)行主成分分析(見表7),第1主成分以Ba等礦質(zhì)元素為代表,第2主成分Cr等礦質(zhì)元素為代表,第3主成分Ti等礦質(zhì)元素為代表,第4主成分以Sb等礦質(zhì)元素為代表,第5主成分以Cd等礦質(zhì)元素為代表。前5個(gè)因子的方差貢獻(xiàn)率分別為30.49%、25.78%、19.03%、9.33%、6.62%,其累積貢獻(xiàn)率達(dá)91.25%。因此可通過對以上5種有害礦質(zhì)元素的測定分析,衡量不同棗品種果實(shí)中有害礦質(zhì)元素的富集能力。

表7 10個(gè)棗品種果實(shí)中有害礦質(zhì)元素主成分提取結(jié)果Table 7 Principal component extraction results of theharmful elements extracted from fruits of 10 jujube varieties

根據(jù)特征值的百分率,構(gòu)建綜合得分模型:

綜合得分=30.49×Y(i,1)+25.78×Y(i,2)+19.03×Y(i,3)+9.33×(i,4)+6.62×Y(i,5)。根據(jù)以上模型算出10個(gè)不同棗品種果實(shí)中有益礦質(zhì)元素的綜合得分見表8。

表8 10個(gè)棗品種果實(shí)中有害礦質(zhì)元素主成分分析Table 8 Principal component analysis of the harmful elements in fruits of 10 jujube varieties

從表8中可以看出,不同棗品種果實(shí)中有害礦質(zhì)元素含量排名為伏脆蜜<京39<駿棗<冬棗<贊2<灰棗優(yōu)系<中棗1號<金絲小棗<駿1<蜂蜜罐,說明蜂蜜罐、駿1和金絲小棗對有害礦質(zhì)元素的富集能力相對較強(qiáng),生產(chǎn)中栽培這些品種更應(yīng)該注意栽培環(huán)境的污染程度。

3 討論

不同產(chǎn)地的棗果實(shí)中礦質(zhì)元素含量有一定的差異[11]。不同氮、磷、鉀肥施肥配比對棗果實(shí)中礦質(zhì)元素含量也具有一定的影響[21]。本研究中,棗果實(shí)中礦質(zhì)元素含量由高到低依K>P>Ca>Mg>Na>Si>Fe>Sr>B>Al>Zn>Mn>Cu,其中,K、Ca、Mg、Fe元素含量與趙智慧等[22]、李春燕等[23]、瞿宇鑫等[24]研究結(jié)果一致,而P、Zn元素含量與前人研究相比較高。因此,本研究中P、Zn元素含量高可能與棗品種、土壤中可利用元素含量、氣候條件、栽培管理、澆灌水的水質(zhì)和農(nóng)藥使用量等因素有關(guān)[25]。

水果中均含有豐富的礦質(zhì)元素[26]?？锪W(xué)等[27]、胡淳淳[28]、盧新坤等[29]分別對蘋果、石榴、蜜柚果實(shí)中礦質(zhì)元素含量進(jìn)行測定,結(jié)果顯示,不同蘋果果實(shí)中礦質(zhì)元素排序K>P>Mg>Ca>Zn>Cu>Mn。石榴果實(shí)中的礦質(zhì)元素含量大小依次為K>Ca>Mg>Fe>Cu>Zn>Mn。蜜柚果實(shí)中礦質(zhì)元素含量為K>P>Ca>Mg>Na>Fe>Zn>Se。說明水果果實(shí)中主要以K、P、Ca、Mg、Zn、Cu、Mn元素含量較高。本研究中棗果實(shí)K、P、Ca、Mg、Zn、Mn元素含量明顯高于蘋果[27]、石榴[28]、蜜柚[29]、草莓[30]等水果。說明棗果實(shí)中富含K、P、Ca、Mg、Zn、Mn元素。因此,經(jīng)常食用棗,可及時(shí)補(bǔ)充K、Fe、Mn等元素,對人體滲透壓失衡、生理活動失常的病人有積極幫助[31]。棗還可以成為補(bǔ)充人體易缺乏的微量礦質(zhì)元素Ca、Mg、Zn元素的良好食品。

棗果實(shí)中對重金屬含量檢測的研究在國內(nèi)較少,郝變青等[32]研究表明,棗果實(shí)中5種重金屬元素在棗果實(shí)中的含量大小依次為Cr>Ni>Cd>Pb>As。芮玉奎等[33]對冬棗重金屬含量測定,結(jié)果表明,其含量大小依次為Ni>Pb>Cr>As>Cd。葉秋文等[34]、王琳等[35]、王民炎等[36]研究表明,不同品種水稻、玉米對重金屬的富集能力差異均達(dá)到顯著。而對于棗果實(shí)不同品種間有害元素富集能力差異研究在國內(nèi)尚未見報(bào)道。本研究結(jié)果表明,棗果實(shí)中含有11種有害礦質(zhì)元素Ag、As、Sb、Ba、Cr、Hg、Pb、Bi、Zr、Cd、Ti,其中,Pb、Cd、Hg、As、Cr元素是對人體影響較大的有害礦質(zhì)元素,與GB 2762-2012《食品中污染物限量》規(guī)定相比較,10個(gè)棗品種果實(shí)中的Pb、Cd、Hg、As、Cr元素含量均不超標(biāo)。而不同品種間對As、Ba、Cr、Pb、Bi元素富集能力差異達(dá)顯著水平。駿1、中棗1號和京39棗果實(shí)有益礦質(zhì)元素含量相對較高,伏脆蜜、駿棗和京39棗果實(shí)對有害礦質(zhì)元素富集能力相對較弱,京39為營養(yǎng)價(jià)值最好的品種。沈欣[37]等通過因子分析就證明,通過種植重金屬低積累水稻品種和提高土壤pH2種措施相結(jié)合,可有效降低稻米中重金屬的積累量。因此,合理利用棗品種果實(shí)對不同礦質(zhì)元素的富集能力差異對棗功能性食品的開發(fā)有一定的參考價(jià)值。

4 結(jié)論

棗果實(shí)中富含K、P、Ca、Mg、Zn、Mn有益礦質(zhì)元素。通過研究分析棗果實(shí)中有益礦質(zhì)元素含量的高低,發(fā)現(xiàn)本研究中的P、Zn元素含量高于前人研究中的P、Zn含量。通過主成分分析綜合評價(jià)10個(gè)不同棗品種中有益及有害礦質(zhì)元素含量,發(fā)現(xiàn)不同棗品種果實(shí)中有益礦質(zhì)元素含量排名為駿1>中棗1號>京39>贊2>蜂蜜罐>駿棗>灰棗優(yōu)選>金絲小棗>伏脆蜜>冬棗,有害礦質(zhì)元素含量排名為伏脆蜜<京39<駿棗<冬棗<贊2<灰棗優(yōu)系<中棗1號<金絲小棗<駿1<蜂蜜罐。綜合考慮,京39為營養(yǎng)價(jià)值最高的品種,可作為棗果實(shí)的功能性食品開發(fā)的適宜品種。10個(gè)棗品種果實(shí)中的Pb、Cd、Hg、As、Cr元素含量與GB 2762-2012《食品中污染物限量》規(guī)定相比較均不超標(biāo)。

水果果實(shí)中礦質(zhì)元素含量差異與品種有關(guān)外,還受到諸多環(huán)境因素影響,如土壤中可利用元素含量、栽培管理?xiàng)l件及氣候條件等,因此,棗品種間礦質(zhì)元素含量差異的原因需要進(jìn)一步研究。