紫云英花礦物質(zhì)成分及其開發(fā)為飲品營養(yǎng)價(jià)值分析

劉彩玲，何春梅，方言, ，羅宇婷，黃毅斌*，康水英

1. 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所（福州 350013）；2. 福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院（福州 350002）；3. 福州市烏龍江公園管理處（福州 350001）；4. 南平市延平區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局（南平 353000）

礦物質(zhì)是酶、激素和維生素等物質(zhì)的重要組成成分，是生物生命代謝過程中所必需的化學(xué)元素，僅能從日常飲食中獲取[1]。我國具有悠久的茶文化，自古以來就有飲茶習(xí)慣?；ú枋俏覈?dú)特的一個(gè)茶品種，研究發(fā)現(xiàn)植物花中含有豐富的有益礦物質(zhì)和生理活性成分，這些有機(jī)無機(jī)養(yǎng)分通常具有補(bǔ)中益氣、調(diào)中、理氣解郁的等多種保健功效[2]。近年來，隨著消費(fèi)者對(duì)茶功效需求的多樣化，植物花被開發(fā)為功能性飲品。當(dāng)前，市場(chǎng)上可見許多將植物的花、葉片或果實(shí)制作而成的具有保健功能的花茶，例如：具有安神、潤腸通便及緩解神經(jīng)緊張功效的茉莉花茶[3]；具有散風(fēng)清熱、清肝明目和解毒消炎等作用的菊花茶[4]；具有益肝健脾和胃等功效的玫瑰花茶[5]。紫云英是我國南方冬種主要的綠肥作物，研究發(fā)現(xiàn)紫云英花中含有豐富的氨基酸、維生素及多種礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分，可作為茶用和蜜源植物[6-7]。另外，紫云英還是一種硒集聚植物，各組織器官能夠吸收和積累大量的硒。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)紫云英花對(duì)硒的集聚能力強(qiáng)于葉和莖，并且這些積累的硒均能被充分利用[8]。在當(dāng)前國人人均硒攝入量嚴(yán)重不足的情況下，飲用富硒茶有增強(qiáng)人體抗脂質(zhì)過氧化的作用和抗衰老、提高機(jī)體防病功能的效果[9-10]。由此可見，紫云英花具有做飲品開發(fā)利用價(jià)值。近年來，對(duì)紫云英及其養(yǎng)分含量、利用方式研究的很多，但大多是集中在地上部植株[11-12]或地下部根系[12-14]生態(tài)習(xí)性、肥用、飼用等應(yīng)用價(jià)值等方向，對(duì)于紫云英花及其養(yǎng)分含量或利用方式的研究鮮有報(bào)道，特別是礦物質(zhì)的關(guān)注更少。試驗(yàn)對(duì)10份紫云英種質(zhì)資源花中鈣、磷、鎂、鐵、銅、鋅、錳、硒進(jìn)行測(cè)定，探討紫云英花礦物質(zhì)之間相關(guān)性，并采用主成分分析對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，發(fā)掘有益礦物質(zhì)富集能力強(qiáng)、礦質(zhì)營養(yǎng)高效型的紫云英品種，以期為紫云英種質(zhì)資源的篩選、開發(fā)利用和品種創(chuàng)新提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)位于福建省閩侯縣白沙鎮(zhèn)林柄村，福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院紅壤肥力與生態(tài)環(huán)境福州野外觀測(cè)站（東經(jīng)119°3′9″，北緯26°14′33″）。前茬作物是水稻（Oryza sativaL.），供試土壤類型為黃泥田，土壤基本理化性狀如表1所示。

表1 試驗(yàn)土壤基本理化性狀

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，參試品種（系）共10個(gè)（見表2）。每個(gè)品種3次重復(fù)，共計(jì)30個(gè)小區(qū)，每小區(qū)面積15 m2（3 m×5 m），每個(gè)小區(qū)間溝寬50 cm。紫云英播種量為1.7 g/m2（25 g/小區(qū)）。于2018年10月12日播種，第2年3月15日盛花期采摘花樣，采后烘干，粉碎機(jī)研磨。由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所測(cè)試技術(shù)研究室按照LY/T 1270—1999標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行8項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定，包括鈣、磷、鎂、鐵、銅、鋅、錳、硒。

表2 參試紫云英種質(zhì)資源

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析、相關(guān)性分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫云英花礦物質(zhì)含量水平分析

由表3和表4可以看出，紫云英花礦物質(zhì)含量存在較大差異，平均含量范圍為0.10～8 847.00 mg/kg，各品種花中礦物質(zhì)含量均呈現(xiàn)規(guī)律為Ca＞P＞Mg＞Fe＞Mn＞Zn＞Cu＞Se。其中：‘湘紫1號(hào)’Ca、Mg、P和Cu含量均最高，分別為10 033.33，2 173.33，5 796.67和11.87 mg/kg；‘寧波大橋’Fe和Zn含量為183.40和65.47 mg/kg，均高于其余參試品種；‘弋江籽’花中Mn含量81.70 mg/kg為最高；‘桂紫7號(hào)’Se含量0.16 mg/kg，顯著高于除了‘弋江籽’外的參試品種。

表3 10個(gè)紫云英種質(zhì)資源花礦物質(zhì)含量 單位：mg/kg

表4 紫云英花中8種礦物質(zhì)含量的描述性統(tǒng)計(jì)

變異系數(shù)（C.V.）是衡量種質(zhì)資源之間相關(guān)性狀變異程度的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，通常認(rèn)為C.V.≥100%為強(qiáng)變異，10%＜C.V.＜100%為中等變異，C.V.≤10%為弱變異[15]。試驗(yàn)中8種礦物質(zhì)含量的變異系數(shù)介于3.19%～47.51%，平均值為13.12%（見表4）。其中：Mg、P、Fe、Cu、Zn變異系數(shù)均小于10%，為弱變異；Ca、Mn、Se含量的變異系數(shù)分別為10.37%，14.34%和47.51%，屬于中等變異強(qiáng)度。

2.2 紫云英花礦物質(zhì)含量間的相關(guān)性分析

將10個(gè)不同紫云英品種花中的8種礦物質(zhì)含量數(shù)值進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，由熱圖矩陣可以看出（圖1），紫云英花中礦物質(zhì)含量間存在復(fù)雜的相關(guān)關(guān)系，其中Cu-P呈極顯著正相關(guān)（α=0.01），Ca-Fe、Mg-Cu呈顯著正相關(guān)（α=0.05），F(xiàn)e-Mg、Fe-P、Cu-Ca、Mn-P、Mg-Zn、Se-Ca、Se-P、Se-Fe、Se-Zn均呈負(fù)相關(guān)，但相關(guān)性不顯著。

圖1 不同品種紫云英花中礦物質(zhì)相關(guān)性分析

2.3 紫云英花礦物質(zhì)含量的因子分析

以8種礦物質(zhì)含量作為分析指標(biāo)，對(duì)10個(gè)不同品種紫云英花中的8種礦物質(zhì)含量進(jìn)行主成分分析。按照特征值≥1為提取主成分的標(biāo)準(zhǔn)，共提取出3個(gè)主成分（F1、F2、F3），結(jié)果表明這3個(gè)因子累計(jì)貢獻(xiàn)值為74.154%（表5），其中，F(xiàn)1、F2、F3的方差貢獻(xiàn)率分別為32.662%，21.484%和20.008%，說明這3個(gè)主成分可以代表原始變量的大部分信息。

表5 紫云英花礦物質(zhì)主成分分析的特征值及方差貢獻(xiàn)率

為了能更好地解釋變量，將主成分的載荷矩陣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)后，使每個(gè)成分載荷系數(shù)更接近1或者0，其絕對(duì)值越大，說明其貢獻(xiàn)越大，密切程度越高。由表6可知：F1（第1因子）主要與Zn（載荷值0.871）、P（載荷值0.839）成正相關(guān)；F2（第2因子）主要與Mn（載荷值0.839）、Se（載荷值0.722）呈正相關(guān)；F3（第3因子）主要與代表Mg（載荷值0.743）呈正相關(guān)。綜合F1、F2、F3的方差貢獻(xiàn)率，可以認(rèn)為，Zn、P、Mn、Se、Mg是紫云英花中的特征性礦物質(zhì)。

表6 紫云英花礦物質(zhì)旋轉(zhuǎn)成分矩陣

2.4 紫云英作為花茶的綜合評(píng)價(jià)

以主成分載荷分別除以主成分的特征值開根號(hào)后的值，得到特征向量，構(gòu)建出3個(gè)特征向量作為權(quán)重的主成分表達(dá)函數(shù)式：Y1=0.539X1+0.519X2+0.294X3+0.243X4-0.236X5+0.253X6+0.322X7+0.267X8；Y2=-0.147X1-0.034X2-0.072X3+0.643X4+0.551X5+0.224X6-0.220X7+0.397X8；Y3=-0.205X1+0.334X2+0.305X3-0.125X4+0.041X5+0.587X6-0.455X7-0.430X8。其中，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7和X8分別為Zn、P、Ca、Mn、Se、Mg、Fe和Cu的標(biāo)準(zhǔn)化含量。主成分得分和對(duì)應(yīng)的權(quán)重相乘的總和構(gòu)建出綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，具體函數(shù)公式：綜合得分=0.327×Y1+0.215×Y2+0.200×Y3；其中，Y1、Y2和Y3為各主成分得分。根據(jù)綜合得分公式，計(jì)算得出10個(gè)品種（系）紫云英花8種礦物質(zhì)含量的綜合得分。結(jié)果表明（表7）：10個(gè)紫云英種質(zhì)資源中因子主成分1（Y1）得分最高的是‘寧波大橋’和‘湘紫1號(hào)’，說明其Zn、P含量較高；主成分2（Y2）得分最高的是‘桂紫7號(hào)’，說明其Mn、Se含量較高；主成分3（Y3）得分最高的是‘湘紫1號(hào)’，說明其Mg含量較高。綜合得分由高到低依次為‘湘紫1號(hào)’＞‘弋江紫’＞‘84（8）7-1-1’＞‘寧波大橋’＞‘m83yiJ’＞‘湘紫4號(hào)’＞‘閩紫7號(hào)’＞‘桂紫7號(hào)’＞‘B4000-2’＞‘桂早紫1號(hào)’。由此可知，紫云英花中礦物質(zhì)含量具有明顯的種質(zhì)差異性，這為紫云英作為花茶飲品使用品種選育提供了依據(jù)。

表7 10個(gè)品種紫云英花礦物質(zhì)的綜合得分

3 討論和結(jié)論

此次試驗(yàn)結(jié)果表明10份紫云英種質(zhì)資源花的礦物質(zhì)含量差異明顯，其含量排序?yàn)殁}（Ca）＞磷（P）＞鎂（Mg）＞鐵（Fe）＞錳（Mn）＞鋅（Zn）＞銅（Cu）＞硒（Se）。綜合分析表明，Zn、P、Mn、Se、Mg是紫云英花的代表性元素，品質(zhì)得分高到低為‘湘紫1號(hào)’＞‘弋江紫’＞‘84（8）7-1-1’＞‘寧波大橋’＞‘m83yiJ’＞‘湘紫4號(hào)’＞‘閩紫7號(hào)’＞‘桂紫7號(hào)’＞‘B4000-2’＞‘桂早紫1號(hào)’。

礦物質(zhì)在增強(qiáng)人體免疫系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。研究表明：K、Ca、Mg元素在人體內(nèi)可拮抗鈉，使血管舒張，在保護(hù)人體心血管，預(yù)防心臟病等方面具有積極作用；Fe元素參與血紅細(xì)胞中血紅蛋白和肌紅蛋白的合成；Zn元素對(duì)增強(qiáng)人體的免疫功能必不可少；Mn元素能夠提高血液的凝血功能，減低血管通透性；Se具有抗氧化、延緩衰老、防治心腦血管疾病、保護(hù)肝臟與抗癌等重要作用[16-17]。試驗(yàn)測(cè)定不同種質(zhì)資源紫云英花中8種礦物質(zhì)的含量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)10份紫云英花中的Ca、P、Mg、Fe、Cu、Zn、Mn元素含量豐富，Mg、P、Fe、Cu、Zn為弱變異，Ca、Mn、Se為中等變異。由主成分分析結(jié)果可知，紫云英花的代表性元素為Zn、P、Mn、Se、Mg，其含量分別為50.87～65.47，4 786.67～5 796.67，50.10～81.70，0.02～0.16和1 956.67～2 173.33 mg/kg。其中：Zn元素明顯高于玫瑰花（23.28 mg/kg）[18]、金花茶（14.50 mg/kg）[19]；P元素高于金花茶（2 410 mg/kg）[19]；Mn元素高于玫瑰花（56.35 mg/kg）[20]、茉莉花（29.16 mg/kg）[3]；Mg元素高于菊花茶（832.12 mg/kg）[21]、與茉莉花（2 401 mg/kg）[3]和玫瑰花（2 200 mg/kg）[20]含量相似；Se元素高于金花茶（0.049 mg/kg）[22]和絞股藍(lán)茶（0.083 mg/kg）[23]。由此可見，紫云英花具有茶用價(jià)值，實(shí)際生產(chǎn)上可根據(jù)不同營養(yǎng)需求針對(duì)性使用。

依據(jù)植物體內(nèi)礦物質(zhì)含量是受由環(huán)境、基因型及其相互作用共同影響[24]，在相同的土壤條件和種植管理水平下，不同紫云英種質(zhì)資源礦物質(zhì)含量表現(xiàn)出明顯差異。其中：‘湘紫1號(hào)’Ca、Mg、P和Cu含量最高，‘寧波大橋’Fe和Zn含量最高，‘弋江籽’品系Mn含量最高；‘桂紫7號(hào)’Se含量最高。說明種質(zhì)資源間的礦物質(zhì)含量差異主要受種質(zhì)基因型的影響，與石玉濤等[25]、時(shí)鵬濤等[26]關(guān)于不同茶樹品種礦物質(zhì)含量的研究結(jié)果一致。

分析礦物質(zhì)之間的相關(guān)性，可以明確不同礦物質(zhì)之間的互作關(guān)系，還可為田間施肥和品種性狀的改良提供參考[15]。通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，紫云英花中不同礦物質(zhì)間相關(guān)性較強(qiáng)，Cu-P呈極顯著正相關(guān)（α=0.01），Ca-Fe、Mg-Cu呈顯著正相關(guān)（α=0.05）。說明這些礦物質(zhì)含量之間存在協(xié)同累積效應(yīng)，可能是各礦物質(zhì)在土壤中的活化條件相似或是轉(zhuǎn)運(yùn)子對(duì)利息的協(xié)同吸收和運(yùn)輸有關(guān)[25]。

富硒茶是特色茶葉產(chǎn)品的開發(fā)熱點(diǎn)，紫云英是公認(rèn)的富硒作物，對(duì)硒元素有一定的富集和轉(zhuǎn)化能力，并且花對(duì)硒的集聚能力強(qiáng)于葉和莖[8,27-28]。若噴施外源硒，可使紫云英植株硒含量增長42.2%～92.2%，最高可達(dá)10 mg/kg[35]。試驗(yàn)中，10個(gè)紫云英種質(zhì)資源花中硒含量為0.02～0.16 mg/kg，雖尚未達(dá)到茶用富硒含量的國家標(biāo)準(zhǔn)≥0.25 mg/kg[38]，但高于金花茶（Se含量0.049 mg/kg）[30]和絞股藍(lán)茶（Se含量0.083 mg/kg）[29]，由此表明紫云英花具有很好的富硒功能產(chǎn)品開發(fā)潛力。據(jù)蔡天軍[30]統(tǒng)計(jì)：紫云英可制作花茶75 kg/hm2，產(chǎn)值15 000元/hm2；富硒花莖茶150 kg/hm2，產(chǎn)值9 000元/hm2。作為花茶來開發(fā)利用，可有效提高紫云英的綜合利用價(jià)值。