甘蔗品種蔗汁礦物質元素含量分析

樊麗娜，何慧怡，勞方業，陳勇生，余構彬，齊永文

（廣東省科學院生物工程研究所/國家糖業檢測檢驗中心，廣州 510316）

0 引言

甘蔗是一種重要的糖料作物，蔗汁中含有蔗糖、果糖、葡聚糖、氨基酸以及鐵、鈣、磷、錳、鋅等人體必需的微量元素，具有豐富的營養價值[1-3]。以蔗汁與檸檬[4]、百香果[5]、白茅根[6]、馬蹄[7]等多種植物開發出了一系列產品。但是，不同甘蔗品種蔗汁中的糖、氨基酸、礦物質元素等品質性狀上具有顯著差異，影響蔗汁的加工性能。楊翠鳳等[8]對18份甘蔗種質的品質性狀進行了分析，蔗汁中蔗糖分最低的為7.4%，最高的為17.42%，二者相差了1.35 倍。揭平權等[9]對24 份甘蔗種質研究表明，甘蔗中的氨基酸含量介于0.1%～0.6%，含量最高的品種是最低品種的6倍。趙勇等[3]對11份甘蔗種質中的鐵、鋅、硒進行檢測，不同甘蔗品種蔗汁中Fe、Zn和Se平均含量存在顯著差異，且變異廣泛，變異系數為21.89%～41.45%。楊華峰[10]采用頂空-固相微萃?。℉SSPME）與氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）的方法，分析了‘桂糖00-122’、‘新臺糖22 號’、‘粵糖00-236’等6個甘蔗品種蔗汁中的揮發性化合物，共檢測出醇類、醛酮類、酯類、萜烯類、酸類和硫化物等揮發性化合物40種。6 個甘蔗品種蔗汁中的揮發性化合物含量為22.54～108.48 mg/L，不同品種間的差異達到4.8 倍。已有研究表明，不同甘蔗品種的蔗汁在營養元素含量上存在著豐富的遺傳變異，因此，可根據不同產品的加工需求選擇合適的品種。

廣東是我國重要的食品及飲料工業區域，也是我國重要的甘蔗主產區，甘蔗年種植面積在13 萬hm2以上，蔗汁作為原料已經廣泛應用到多種涼茶類飲料之中[11-12]。韶關市翁源縣地處粵北地區，是傳統的甘蔗種植區域，本研究對來自廣東翁源蔗區的12 個主栽品種在鐵、鋅、硒、鎂、鈣等重要礦物質元素上的含量進行分析，分析當地品種在微量元素上的含量分布，為蔗汁在飲料及相關產品的開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料共包括12 份廣東地區的主栽甘蔗品種，分別為‘粵糖00-236’、‘新臺糖22 號’、‘粵糖09-13’、‘粵糖94-128’、‘粵糖08-196’、‘粵糖93-159’、‘粵糖03-393’、‘粵選1 號’、‘贛14’、‘粵引8 號’、‘YCE07-71’、‘Badila’。試驗材料種植于韶關市翁源縣東三村（北緯24.319°，東經113.975°）。在12 月份甘蔗成熟期統一取樣，每個品種每次取6株混合榨汁，從混合蔗汁中取50 mL進行礦物質含量分析，3次重復。

1.2 試驗方法

甘蔗汁中礦物質元素檢測參考劉維明等[13]方法進行，先將甘蔗汁搖勻，用錐形瓶稱量10 g，加入硝酸5 mL，置于電熱板上加熱，待冒煙時適時晃動甘蔗汁。如發現蔗汁變得粘稠時，加入2 mL 硝酸，并不時晃動，直到蔗汁變得澄清透明，冷卻后以超純水定容至50 mL。以超純水做空白對照。采用ICP-MS 7700x 電感耦合等離子體質譜儀（美國Agilent Technologies公司）測定Ca、Mg、S、Si、Fe、Zn、Se、Co、Mo等元素含量。

1.3 數據統計

采用Excel 2013對試驗數據進行整理,利用SPSS 13.0進行元素間的含量相關分析與聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同甘蔗品種中中量礦物質元素含量

試驗結果（表1）表明，12 個甘蔗品種Ca、Mg、S、Si 四種礦物質元素含量皆表現出顯著的遺傳多樣性，不同品種間具有較大差別。其中在Mg 元素上，12 個品種的平均含量為44.34 mg/kg。果蔗品種‘Badila’的含量最高為68.96 mg/kg，其次為‘粵糖00-236’和‘粵糖08-196’，Mg含量分別為60.04 mg/kg和58.70 mg/kg，含量最低的為甘蔗品系‘粵糖09-13’，含量為30.39 mg/kg。

表1 不同甘蔗種質的Mg、Si、Ca、S 元素含量分析（mg/kg）Table 1 The elements contents of Mg,Si,Ca and S in different sugarcane varieties

12 個品種蔗汁中Si 平均含量為26.58 mg/kg，其中果蔗品種‘Badila’的含量最高為41.93 mg/kg，其次為‘粵引8 號’（33.21 mg/kg）和‘新臺糖22 號’（32.07 mg/kg），含量較低的為‘粵糖09-13’（17.24 mg/kg）、‘YCE07-71’（18.28 mg/kg）、‘粵糖94-128’（19.68 mg/kg）。甘蔗蔗汁中的Ca 含量高于Mg 和Si 的含量，平均含量為58.40 mg/kg，品種之間的差別非常顯著，Ca 含量高的3 個品種依次為‘粵糖08-196’、果蔗品種‘Badila’、‘粵糖00-236’，含量較低的品種為‘新臺糖22 號’、‘粵糖93-159’；含量最高的品種‘粵糖08-196’（117.25 mg/kg）是含量最低品種‘新臺糖22號’（25.80 mg/kg）的4.5 倍。甘蔗蔗汁中的S含量較其他元素高很多，所有品種的含量都在100 mg/kg 以上，含量較高的3 個品種是‘粵糖00-236’、‘新臺糖22 號’、‘粵糖09-13’。含量較低的3個品種是‘YCE07-71’、‘粵選1號’、果蔗‘Badila’。

2.2 不同甘蔗品種的微量元素含量

測定了12 個品種蔗汁Fe、Zn、Se、Co、Mo 五種微量元素的含量（表2）。其中Fe、Zn 的平均含量在0.1 mg/kg 以上，Se、Co、Mo 三種元素的含量在0.1 mg/kg 以下。Fe 含量較高的3 個品種依次為‘粵糖08-196’、‘粵糖00-236’、果蔗品種‘Badila’，這3個品種的Fe含量都在1.0 mg/kg以上；含量較低的品種為‘粵糖93-159’、‘贛14’、‘新臺糖22 號’。Zn 含量較高的品種為‘粵選1 號’、‘粵糖93-159’、‘粵糖00-236’，含量都在0.5 mg/kg以上，含量較低的品種為果蔗品種‘Badila’、‘新臺糖22號’、‘粵糖94-128’。

表2 不同甘蔗種質的Fe、Zn、Co、Se、Mo 元素含量分析（μg/kg）Table 2 The elements contents of Fe,Zn,Co,Se and Mo in different sugarcane accessions

12個品種的蔗汁中Se平均含量為50.9 μg/kg，‘粵糖60’、‘粵引8號’、‘粵糖94-128’的含量最高，分別為71.0、64.6、58.4 μg/kg，‘粵糖09-13’、‘YCE07-71’和果蔗‘Badila’的Se 含量較低，果蔗‘Badila’的Se 含量為17.2 μg/kg，只有‘粵糖03-393’的24.2%，品種間差異極為顯著。甘蔗品種Co、Mo的含量都在3.0 μg/kg 左右，其中Co含量較高的品種為‘YCE07-71’、‘粵選1號’、果蔗‘Badila’。Mo含量較高的品種為‘粵糖09-13’、‘粵糖94-128’、‘粵糖00-236’和‘粵糖08-196’。

2.3 不同甘蔗品種礦物質元素的相關性

對12個甘蔗品種礦物質元素含量進行了相關性分析，不同元素間的相關性存在著顯著差別，Ca、Mg、Fe三種元素的含量呈顯著正相關（表3），其他元素之間的相關性都沒有達到顯著水平?？傮w看來，礦物質元素Mg、Si、Ca、S、Fe、Zn 之間大部分是正相關，只有Zn 和Si之間是負相關，而且負相關系數很低（-0.084）沒有達到顯著水平。低微量元素Co、Se、Mo 和其他含量較高的微量元素以及中量元素之間往往是負相關關系，如Co 和Fe、Ca 外，和其他7 種元素都是負相關；Se 和S、Zn 是正相關，和其他8 種元素都是負相關；Mo 和Mg、Ca、S、Zn是正相關，和其他4種元素都是負相關。

表3 不同礦物質元素含量間的相關性分析Table 3 Correlation analysis of different mineral element contents

2.4 不同甘蔗品種礦物質元素含量的聚類分析

根據礦物質元素含量，采用系統聚類法，用歐式距離可變類平均法對12 個品種進行聚類分析（圖1），結果表明12 個品種可分為4 類，其中‘贛14’、‘粵糖03-393’、‘粵糖93-159’和‘粵選1 號’聚為1 類；‘粵糖08-196’、‘粵糖09-13’、‘新臺糖22號’、‘粵引8號’聚為一類；‘YCE07-17’和‘粵糖00-236’單獨聚為一類。

圖1 基于礦物質元素含量的甘蔗品種聚類分析Fig. 1 Cluster analysis of sugarcane varieties based on mineral element content

如表4 所示，在4 個類群中，第四類的Mg、Ca、S、Fe、Zn、Se、Mo 七種元素含量都是最高，屬于高含礦物質元素的品種。第3 類在Mg、Si、S、Mo 四種元素的含量都最低，其他元素含量與第1 和第2 類的平均值相當，屬于低礦物質元素含量的品種。第1類和第2類都包含了多個品種，屬于中富含礦物質元素的品種。

表4 各類群9種礦物質元素含量（mg/kg）Table 4 Contents of nine elements in different groups（mg/kg）

3 討論與結論

蔗汁既是常用的飲料工業原料之一，也可作為飲品直接食用[6,14-15]。甘蔗蔗汁中的礦物質元素含量與其加工性能和產品的質量有一定的關系，不同的加工用途對品種的要求也不相同[16-18]，分析甘蔗蔗汁礦物質含量對于蔗汁產品的加工與開發有重要的指導意義。本研究對廣東地區種植的‘粵糖00-236’、‘新臺糖22號’、‘粵糖09-13’等12個甘蔗品種在Mg、Si、Ca、S、Fe、Zn、Se、Co、Mo九種元素的含量進行分析，結果表明蔗汁含有豐富的礦物質元素，Mg、Si、Ca、S 四種元素的含量都在10 mg/kg 以上，而且，Ca、Mg、Fe 三種元素含量之間達到了顯著正相關水平，說明甘蔗對這幾種元素具有協同吸收的效應，而且這種效應受到遺傳控制。

本研究鑒定出在礦物質元素含量上具有高吸收能力的品種，如高Mg 和Ca 含量的品種均為果蔗品種‘Badila’、‘粵糖00-236’和‘粵糖08-196’；高Se 含量的品種為‘粵糖03-393’、‘粵引8 號’和‘粵糖94-128’。果蔗品種‘Badila’是以鮮食為主的甘蔗品種[19]，本研究發現果蔗品種‘Badila’在Mg、Si、Ca、Fe 等元素上都具有較高的含量，皆排在試驗品種的第一位或者第二位，而Se元素的含量為所有品種最低。果蔗‘Badila’之所以能夠幾十年來一直成為最主要的鮮食品種，可能跟其在這些有益元素上的含量有關?！甕CE07-71’是以甘蔗近緣屬植物斑茅與甘蔗栽培種雜交選育而來的一個新品種，本研究發現該品種在礦物質中除Co外含量皆較低，不適宜飲料加工用途?？傊?，本研究通過對12 個甘蔗品種的9 種礦物質含量分析，揭示了不同品種的蔗汁在礦物質含量上的差異，本項研究今后可為根據飲料加工特性選擇合適甘蔗品種提供重要的參考。