八個(gè)海棠品種葉片營(yíng)養(yǎng)成分與抗氧化活性分析

海棠(Malus spp.)為薔薇科蘋(píng)果屬(Malus Mill.)的落葉喬木或者小喬木，大部分品種具有極強(qiáng)的適應(yīng)性和抗逆性[1]，是干旱貧瘠地區(qū)的重要建群種和生態(tài)樹(shù)。雖然海棠的主要用途是觀賞，但因其花、葉和果實(shí)中含有豐富的生物活性和營(yíng)養(yǎng)成分[2-4]，海棠已成為食物加工、營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)品和藥物開(kāi)發(fā)的重要資源之一。海棠具有顯著的抗氧化能力，果實(shí)富含豐富的黃酮類(lèi)化合物，已成為研究黃酮類(lèi)化合物生物合成分子機(jī)制的有價(jià)值模型[5]。以海棠果實(shí)為原料開(kāi)發(fā)的相關(guān)產(chǎn)品如蘋(píng)果酒、醋、果汁等深受消費(fèi)者歡迎[6]。海棠葉片營(yíng)養(yǎng)豐富，除了豐富的酚類(lèi)化合物和黃酮，還含有多種人體所需的蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、維生素、鈣、磷、鐵、鎂等礦質(zhì)元素。海棠葉片常被制成茶飲和飲料[7]，其中以海棠葉作為茶飲在三峽地區(qū)已有幾百年歷史[8]。同時(shí)，海棠的多種藥理活性在藥用保健方面也有很大開(kāi)發(fā)前景[9]。從海棠葉片和果實(shí)中分離得到的二氫查耳酮類(lèi)化合物對(duì)多種人類(lèi)癌細(xì)胞具有顯著的抗癌活性[10-11]。隨著對(duì)海棠功能性成分的深入研究，海棠副產(chǎn)品加工的開(kāi)發(fā)利用已逐漸引起人們的重視，副產(chǎn)品不但可應(yīng)用于了食品、醫(yī)藥和天然化妝品行業(yè)，同時(shí)也可以變廢為寶，減少資源的浪費(fèi)，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。

我國(guó)海棠栽培歷史悠久，資源豐富[12]。近幾年對(duì)海棠的研究取得了一定的成果，主要集中在海棠種質(zhì)資源、新品種選育和抗氧化活性等方面，而在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)利用方面的研究仍局限在傳統(tǒng)的“海棠四品”(湖北海棠、西府海棠、垂絲海棠和貼梗海棠)中[13]，致使大部分優(yōu)良海棠品種的葉、花朵和果實(shí)的價(jià)值沒(méi)有充分利用而被廢棄在田間。海棠品種間的葉片營(yíng)養(yǎng)成分與抗氧化活性之間存在一定差異[2,14]，為探究葉片營(yíng)養(yǎng)成分和抗氧化活性較高的海棠品種，本試驗(yàn)選取河南省鞏義市廣泛栽植的8種海棠為試驗(yàn)材料，對(duì)其葉片主要營(yíng)養(yǎng)成分、礦物元素和抗氧化活性進(jìn)行分析，旨在為海棠葉片的合理開(kāi)發(fā)和充分利用提供理論依據(jù)。同時(shí)，研究結(jié)果也可為研究海棠品種的理化特性提供重要信息，為提高海棠的價(jià)值和選擇優(yōu)良的海棠基因型進(jìn)行商業(yè)栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本試驗(yàn)研究區(qū)位于河南省鞏義市，材料選自于大峪溝鎮(zhèn)的千畝海棠基地。選取的具體品種為垂絲海棠(M.halliana)、西府海棠(Malus.micromalus)、“沂蒙甜茶”(‘Sweet tea’)、“凱爾斯”(‘Kelsy’)、“冬紅”(‘Winter red’)、“絢麗”(‘Radiant’)、“紅麗”(‘Red splendor’)和“世標(biāo)1號(hào)”(‘Shibiao 1’)，共8個(gè)海棠品種。供試材料均為7年生海棠成樹(shù)，樹(shù)體無(wú)病蟲(chóng)害，生長(zhǎng)良好。每個(gè)品種隨機(jī)選擇3株，于2019年9月下旬采集1年生枝新梢頂部往下第4片葉，在實(shí)驗(yàn)室流水沖洗干凈，105 ℃、30 min殺青，80 ℃、48 h 烘干，密封包裝，常溫放置備用。

1.2 儀器與設(shè)備

UV-2600 紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，日本島津公司；OGS100 烘箱、MIRCOCL 17R 離心機(jī)、iCAP 7200 HS Duo 電感耦合等離子發(fā)射光譜儀、Multiskan GO 1510 全波長(zhǎng)酶標(biāo)儀，美國(guó)Thermo公司；DHG-9035A 鼓風(fēng)干燥機(jī)，上?；厶﹥x器制造有限公司；FP6431 火焰光度計(jì)，上海儀電分析儀器有限公司；AX205DR 天平，METTLER TOLEDO；DK-S24 水浴鍋，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；JXFSTPRP-CL 冷凍研磨儀，上海凈信實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 營(yíng)養(yǎng)成分含量的測(cè)定

海棠葉片可溶性糖含量采用蒽酮硫酸的方法進(jìn)行測(cè)定[15]。海棠葉片可溶性蛋白含量測(cè)定采用牛血清蛋白法[16]；氨基酸含量參考CHEN等[17]的方法；粗纖維含量的測(cè)定按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5009.10—2003的具體方法進(jìn)行；礦質(zhì)元素的含量參照GB 5009.268—2016的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 抗氧化活性物質(zhì)的測(cè)定

海棠葉片總酚含量、類(lèi)黃酮和自由基清除能力選取試劑盒進(jìn)行測(cè)定，試劑盒來(lái)自于蘇州科銘生物技術(shù)有限公司。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 2010和SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和相關(guān)性分析，所有樣品均進(jìn)行3次重復(fù)，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式進(jìn)行表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 海棠葉片形態(tài)

如圖1所示,8個(gè)栽培海棠品種葉片形態(tài)有較大差異，顏色以綠色為主色，“絢麗”和垂絲海棠的綠色較淺，“凱爾斯”、“冬紅”和“紅麗”的顏色較深，而西府海棠葉片的顏色最深。海棠葉片大小因品種不同差異顯著，葉片最大的是“沂蒙甜茶”，葉面積達(dá)到32.42 cm2，比最小葉片垂絲海棠的葉面積大180%；“冬紅”葉面積稍小于“沂蒙甜茶”，面積為26.15 cm2。

表1 八個(gè)海棠品種葉面積數(shù)據(jù) 單位：cm2

Table 1 The data of leaf area in eight crabapple cultivars

注：不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)(下同)

圖1 不同海棠品種葉片形態(tài)
Fig.1 The morphology in leaves of different crabapple cultivars

2.2 海棠葉片營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量

2.2.1 葉片可溶性糖含量

可溶性糖是植物內(nèi)部重要的有機(jī)物，在茶品中也是主要的水浸出物之一。不同海棠品種葉片可溶性糖的含量呈現(xiàn)顯著差異(表2)，其中含量最高的是“世標(biāo)1號(hào)”，其次是“冬紅”和西府海棠，三者平均含量達(dá)到87.93 mg/g；“沂蒙甜茶”和“凱爾斯”可溶性糖的含量有所降低；“絢麗”的含量達(dá)到最低，其次是垂絲海棠和“紅麗”，最低的含量平均是37.37 mg/g，比最高組含量低57.50%。

2.2.2 葉片可溶性蛋白含量

本研究中海棠葉片的平均可溶性蛋白含量為262.83 mg/g，品種間存在顯著差異。“世標(biāo)1號(hào)”的含量最高，達(dá)到338.86 mg/g；其次是“冬紅”和西府海棠；葉片可溶性蛋白的含量最低的是絢麗海棠，僅有182.83 mg/g。8種海棠葉片的可溶性蛋白含量排序?yàn)椋骸敖k麗”<“紅麗”<“凱爾斯”<“沂蒙甜茶”<垂絲海棠<西府海棠<“冬紅”<“世標(biāo)1號(hào)”，含量最低的“絢麗”比含量最高的“世標(biāo)1號(hào)”低84.34%。

2.2.3 葉片氨基酸含量

根據(jù)表2可知，8個(gè)品種海棠葉片均含有氨基酸，平均含量為70.26 mg/g，氨基酸的總量最低為57.13 mg/g，最高為88.78 mg/g，其中“冬紅”的總氨基酸含量最高，“絢麗”的最低?！岸t”的氨基酸含量比8個(gè)海棠葉片的平均值高26.40%，比最低的“絢麗”高55.40%。不同海棠品種葉片中氨基酸組成達(dá)到顯著差異(P<0.05)。

表2 海棠葉片營(yíng)養(yǎng)成分比較分析 單位：mg/g

Table 2 Comparative analysis of nutraceutical compounds in crabapple leaves

2.2.4 礦質(zhì)元素含量

海棠葉片含有十分豐富的礦質(zhì)元素(圖2)。在測(cè)定的3種常量元素中，Mg和K的含量稍低，Ca的含量相對(duì)較高。Mg的含量為4.00～7.57 g/kg，其中“紅麗”的Mg含量最高，其次是“冬紅”，“絢麗”葉片的Mg含量最低。K的含量變化為5.98～9.37 g/kg，含量最高的是“沂蒙甜茶”，其次是“凱爾斯”，含量最低的是垂絲海棠。Ca含量位于13.23～22.11 g/kg，“凱爾斯”和“冬紅”含量最高，約為22 g/kg，“絢麗”含量最低。微量元素的測(cè)定表明，海棠葉片含有豐富的Fe元素，供試的8種海棠葉片平均含F(xiàn)e量為247.35 mg/kg，含量最高的為“沂蒙甜茶”，其次為“世標(biāo)1號(hào)”和“冬紅”，含量最低的為西府海棠。Mn的含量比Fe含量低，其含量為29.28～72.54 mg/kg，含量最高的為“世標(biāo)1號(hào)”，含量最低的為“沂蒙甜茶”。與Fe和Mn相比，Zn和Cu的含量相對(duì)較低。Zn的含量在8.22～14.87 mg/kg，“冬紅”的Zn含量最高，“絢麗”的Zn含量最低。Cu含量為7.6～9.44 mg/kg，“世標(biāo)1號(hào)”的Cu含量最高，最低的是“絢麗”。

圖2 海棠葉片礦質(zhì)元素的含量分析
Fig.2 Analysis of mineral element contents in the leaves of crabapples
注：數(shù)據(jù)柱上不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)(下同)

2.2.5 葉片的礦質(zhì)元素與營(yíng)養(yǎng)成分相關(guān)性分析

對(duì)海棠葉片的礦質(zhì)元素與營(yíng)養(yǎng)成分(可溶性糖、可溶性蛋白和氨基酸)進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，大部分的礦物元素與可溶性糖及可溶性蛋白的相關(guān)性都沒(méi)有達(dá)到顯著水平(表3)。海棠葉片礦質(zhì)元素Cu的含量與可溶性糖含量成負(fù)相關(guān)，并達(dá)到顯著水平，相關(guān)系數(shù)0.580。礦物元素和可溶性蛋白之間的相關(guān)性并沒(méi)有達(dá)到顯著水平；大部分礦物質(zhì)元素則和氨基酸的含量相關(guān)性均達(dá)到顯著水平，其中氨基酸與大部分礦質(zhì)元素都有顯著的正相關(guān)，但Fe與氨基酸的含量則有顯著的負(fù)相關(guān)。

表3 海棠葉片礦物元素與主要營(yíng)養(yǎng)成分的相關(guān)性分析
Table 3 The correlation of mineral elements and main nutritional components of crabapple

注：*表示在0.05水平上達(dá)到顯著相關(guān)；**表示在0.01水平上達(dá)到顯著相關(guān)(下同)

2.3 葉片抗氧化活性物質(zhì)

2.3.1 葉片類(lèi)黃酮與總酚的含量

8種海棠葉片類(lèi)黃酮的平均含量為48.34 mg/g，總體含量為37.46～58.27 mg/g(圖3)。類(lèi)黃酮含量最高的品種為“冬紅”，比8種供試海棠的平均值高20.53%，比最低含量的“絢麗”高55.54%；垂絲海棠葉片類(lèi)黃酮的含量也較高，僅比“冬紅”低3.17 mg/g，比8種供試海棠的平均值高13.97%，比最低含量的“絢麗”高47.07%。

圖3 八個(gè)海棠品種類(lèi)黃酮和總酚含量的比較
Fig.3 Comparative contents of flavonoids and total phenols in eight crabapple cultivars

8種海棠葉片的總酚含量平均為94.95 mg/g，其含量范圍為70.66～133.49 mg/g，且不同海棠品種之間葉片的總酚含量存在顯著差異(P<0.05)。“冬紅”葉片的總酚含量顯著高于其他種類(lèi)，其含量是8種海棠葉片的總酚均值的1.41倍，是最低含量“絢麗”的1.89倍；垂絲海棠的總酚含量雖然低于“冬紅”16.72%，但仍明顯高于其他品種，其含量是8種海棠葉片總酚平均值的1.17倍，是最低品種“絢麗”含量的1.57倍。

2.3.2 自由基清除能力

抗氧化能力常用清除DPPH自由基和ABTS陽(yáng)離子自由基的能力來(lái)評(píng)價(jià)。本研究中，供試的海棠品種清除DPPH自由基與ABTS陽(yáng)離子自由基的能力均較強(qiáng)(圖4)。海棠葉片DPPH自由基的清除率為86.20%～92.79%，品種之間存在顯著差異(P<0.05)：葉片中DPPH自由基的清除能力最強(qiáng)的是“冬紅”和垂絲海棠，都達(dá)到90%以上；“沂蒙甜茶”和“絢麗”葉片中DPPH自由基的清除能力較弱，分別是86.20%和87.25%。8種海棠葉片ABTS陽(yáng)離子自由基的清除率為79.47%～92.71%，在不同海棠品種之間差異顯著(P<0.01)：其中垂絲海棠和“冬紅”葉片的ABTS陽(yáng)離子自由基清除能力較強(qiáng)，清除率均大于90%；“絢麗”和“世標(biāo)1號(hào)”葉片中ABTS陽(yáng)離子自由基的清除能力最弱，清除率僅為79%。

2.3.3 海棠葉片類(lèi)黃酮含量、總酚含量與抗氧化活性的相關(guān)性分析

海棠葉片的類(lèi)黃酮含量、總酚含量、DPPH自由基清除力和ABTS陽(yáng)離子自由基清除力呈現(xiàn)顯著正相關(guān)(表4)。類(lèi)黃酮與總酚含量、ABTS陽(yáng)離子自由基和DPPH自由基清除能力顯著正相關(guān)，其中與總酚含量和ABTS陽(yáng)離子自由基清除能力相關(guān)系數(shù)達(dá)到極顯著水平(P<0.01)?？偡雍颗cDPPH自由基清除力和ABTS陽(yáng)離子自由基清除力都呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.600和0.580。ABTS陽(yáng)離子自由基與DPPH自由基清除力之間呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)是0.619。

圖4 海棠葉片清除DPPH和ABTS陽(yáng)離子自由基清除的能力
Fig.4 Activity of DPPH and ABTS cationic radical-scavenging in crabapple leaves

表4 類(lèi)黃酮含量、總酚含量和抗氧化活性相關(guān)性分析
Table 4 The correlation of flavonoids, total phenols and antioxidant activity

2.4 海棠葉片品質(zhì)性狀與抗氧化活性的主成分分析

對(duì)海棠葉片的12個(gè)指標(biāo)的主成分分析發(fā)現(xiàn)(表5)，主成分特征值大于1的共有4個(gè)，累計(jì)方差的貢獻(xiàn)率為94.15%，可代表海棠葉片大部分指標(biāo)的信息。第1主成分特征值是5.653，貢獻(xiàn)率是47.11%，其中氨基酸和常量元素(Mg、K、Ca)在第1主成分中有較高載荷，且載荷均為正值。第2主成分的特征值為3.407，貢獻(xiàn)率是28.39%，其中可溶性蛋白、總酚和類(lèi)黃酮在第2主成分中具有較高的載荷，載荷均為正值。第3主成分的特征值為1.139，貢獻(xiàn)率為9.49%，其中Fe、Zn和Cu在第3主成分有較高的正載荷。第4主成分的特征值為1.098，貢獻(xiàn)率為9.154%，其中可溶性糖和Mn在第3主成分具有較高載荷，且載荷均為正值。根據(jù)主成分綜合模型得出8種海棠葉片品質(zhì)成分的綜合評(píng)價(jià)，其葉片營(yíng)養(yǎng)成分和抗氧化活性的綜合得分排序?yàn)椋捍菇z海棠<西府海棠<“沂蒙甜茶”<“絢麗”<“世標(biāo)1號(hào)”<“紅麗”<“凱爾斯”<“冬紅”。

表5 八種海棠葉片營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和抗氧化性能主成分分析
Table 5 Principal component analysis of nutraceutical compounds and antioxidant properties of eight crabapple cultivars

3 結(jié)論

栽培海棠因品種不同其葉片的營(yíng)養(yǎng)成分都有顯著差異。糖類(lèi)物質(zhì)是茶湯重要呈味物質(zhì)之一，在一定程度上能削減苦澀味[18]。本研究中，西府海棠、“冬紅”和“世標(biāo)1號(hào)”葉片的可溶性糖的含量都大于 80 mg/g，這對(duì)于海棠茶葉總體口感將有一定的改善作用。本研究中“世標(biāo)1號(hào)”海棠葉片可溶性蛋白的含量為338.86 mg/g，“冬紅”總氨基酸含量為88.78 mg/g，這與王海英等[4]研究認(rèn)為海棠葉片氨基酸和蛋白質(zhì)的含量豐富的研究結(jié)果一致。海棠葉片蛋白質(zhì)含量豐富，可促使其作為新型植物蛋白源，提供較高的營(yíng)養(yǎng)成分[19]。本次試驗(yàn)所選的8種海棠葉片皆具有非常豐富的常量元素及微量元素。Ca和Fe都是人體內(nèi)最重要的礦物元素；但兩者元素又是人類(lèi)膳食中最易缺乏的重要營(yíng)養(yǎng)素之一?！皠P爾斯”和“冬紅”的Ca元素含量達(dá)到22 g/kg，“沂蒙甜茶”的Fe元素含量高達(dá)291 mg/kg，高于湖北海棠葉片的Ca和Fe元素的含量[8]?！皠P爾斯”和“冬紅”葉片可以作為補(bǔ)充Ca元素的良好來(lái)源，“沂蒙甜茶”葉片可以作為補(bǔ)充Fe元素的良好來(lái)源。海棠葉片如此豐富的礦質(zhì)元素和營(yíng)養(yǎng)成分，為功能與保健型天然綠色產(chǎn)品重新開(kāi)辟了新的途徑。

類(lèi)黃酮和總酚不僅是植物代謝中具有抗性作用的重要次生物質(zhì)[20-21]，而且在抗衰老、抗氧化和降血脂等方面皆具有一定作用[22-23]，該指標(biāo)的含量是評(píng)價(jià)植物營(yíng)養(yǎng)和保健功能的重要指標(biāo)[24]。海棠葉片的類(lèi)黃酮及總酚含量因品種不同有顯著差異，早期研究在湖北海棠、王族海棠和雪球海棠等栽培品種中都發(fā)現(xiàn)葉片含有豐富的酚類(lèi)物質(zhì)[2,14]。本研究中8種海棠葉片類(lèi)黃酮的含量為37.46～58.27 mg/g，平均為48.34 mg/g；總酚含量為70.66～133.49 mg/g，平均為94.95 mg/g，其中“冬紅”的含量最高。這一結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)海棠葉片有望開(kāi)發(fā)成功能性食品或者可作為提取天然黃酮和總酚的原料。多酚的含量往往與自由基清除能力呈現(xiàn)正相關(guān)，同時(shí)在藥理方面也具有較強(qiáng)活性[25]。本研究發(fā)現(xiàn)8種海棠葉片去除DPPH自由基和ABTS陽(yáng)離子自由基的效果均較強(qiáng)，其中“冬紅”和垂絲海棠葉片清除DPPH自由基與ABTS陽(yáng)離子自由基能力皆達(dá)到90%以上，可進(jìn)行抗氧化與抗衰老相關(guān)的海棠葉片新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。

總之，本文中的8種供試海棠葉片中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和抗氧化活性物質(zhì)都含量較高，在食用和藥用方面皆具有重要價(jià)值，是非常值得開(kāi)發(fā)利用的珍貴山區(qū)植物資源。同時(shí)，本研究結(jié)果對(duì)海棠葉片藥用價(jià)值和生理保健功能具有積極意義。