不同綠豆品種的芽用特性評價及其專用品種篩選

呂重陽，張曉燕，黃 璐，薛晨晨，袁星星，陳 新

(1.南京財經大學食品科學與工程學院，江蘇南京 210023；2.江蘇省農業科學院經濟作物研究所/江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點實驗室，江蘇南京210014)

綠豆(VignaradiateL.)在中國已有2 000多年的栽培史，是我國種植的主要食用豆之一。綠豆營養豐富，是飲食中蛋白質、生物活性物質、礦物質和維生素等的優質來源[1]。綠豆芽菜是綠豆種子在一定條件下萌發形成的可供食用的芽苗類蔬菜，是我國的傳統蔬菜，也是日益受到青睞的“活體蔬菜”和功能食品。越來越多的研究表明，與綠豆種子相比，綠豆芽菜中的維生素C、酚類化合物、黃酮類化合物、有機酸和氨基酸等營養物質含量顯著提高，從而具有更高的營養價值[2]。近年來，國內外在綠豆芽菜營養成分的保健功效方面開展了大量研究，普遍認為飲食中添加綠豆芽菜有助于預防慢性病、神經退行性疾病等[3]，因此綠豆芽菜是健康飲食的重要組成部分。此外，在新冠疫情的大流行背景下，蔬菜類農產品的生產經營面臨著交通物流不便和銷售遲滯等難題，綠豆芽菜的生產具有生產周期短、生產不受季節限制、對生產場所的要求可塑性強和產出效率高等特點，經濟效益顯著，市場前景廣闊。因此，生產優質綠豆芽菜對保障蔬菜供應、提高膳食優質營養及促進經濟效益具有重要意義。

近年來，隨著生活水平的提高，人們對于營養健康和功能食品的關注不斷增加[4-5]，更加注重豆類芽菜的外觀品質、營養品質和食品安全性等[6-7]。通過品種篩選獲得芽用特性優良的豆芽專用品種是生產優質綠豆芽菜的關鍵環節之一。目前已經開展了芽用豆類品種篩選的相關研究，其中，大豆芽菜專用品種篩選的研究較多。如王慧等研究了17份大豆材料籽粒與大豆芽菜的生物產量及營養成分等芽用特性，并對大豆與大豆芽菜的營養成分進行了相關性分析[8]。李振華等研究了大豆籽粒大小對大豆芽菜營養品質的影響[9]。肖伶俐等對不同大豆品種的芽用特性進行了比較，篩選出芽用特性優良的大豆材料4份[10]?？涤穹驳葘?2個大豆材料的種皮特性、百粒質量、種子生理特點及芽用特性進行了測定，綜合篩選出3份綜合性狀優良的芽用大豆品種[11]。然而，目前關于芽用綠豆品種篩選的報道較少，且前人對綠豆芽用特性的研究多以單項指標來衡量，難以客觀反映芽用特性[12-14]。此外，綠豆芽菜的芽用特性指標較多，主要包括：可食率、下胚軸長、下胚軸直徑等外觀及生長指標，和可溶性糖含量、酚類物質含量等營養品質指標。如何合理分析這些指標并對不同綠豆品種的芽用特性進行綜合評價是亟待解決的問題。大量研究表明，利用主成分分析、隸屬函數分析等多元統計方法對作物耐逆性、農產品品質差異等特性進行綜合評價是一種較全面、有效的評價方法[15-17]，如在大豆芽菜的研究中，在分析11個主栽大豆品種的芽用特性的基礎上，利用隸屬函數等方法綜合評定篩選出了適宜豆芽生產且富含異黃酮的大豆材料1份[18]。然而綠豆芽菜方面的相關研究尚未見報道。

為篩選出芽用特性優良的綠豆品種，本研究測定了67份綠豆種質的芽用特性，利用多元統計方法對不同綠豆品種的芽用特性指標進行了綜合評價，初步建立了綠豆芽用特性的綜合評價體系，并據此對供試綠豆材料的芽用特性進行綜合排序，篩選出了適宜生產綠豆芽菜的綠豆品種，以期為綠豆芽用品種資源的發掘和豆芽生產專用優質綠豆品種的選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的67份綠豆材料均來自江蘇省農業科學院經濟作物研究所，品種名稱及產地信息見表1，種子收獲后保存于4 ℃。

挑選大小一致、健康飽滿的綠豆種子，加入體積分數為1%的次氯酸鈉溶液浸泡消毒15 min，隨后采用超純水沖洗種子3遍直至溶液pH值為中性。將消毒后的綠豆種子平鋪至豆芽機(DYJ-S6108雙層豆芽機)的育苗盤中孵育，在25 ℃下恒溫培養，在處理后 4 d 取樣，經真空冷凍干燥后用研磨儀(GallopGrinder-48/96)粉碎并存于-20 ℃，用于營養功能品質指標的測定。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗時間和地點 本試驗時間為2020年8月至2021年6月，地點為江蘇省南京市。

1.2.2 生長指標的測定 分別采用直尺和游標卡尺測量下胚軸長和下胚軸直徑，采用萬分之一天平測定可食鮮質量和全株鮮質量，將樣品置于105 ℃殺青15 min后，80 ℃烘干至恒質量，測定全株干質量。以上所有指標均重復10次。

可食率=可食鮮質量/全株鮮質量×100%；

含水率=(全株鮮質量-全株干質量)/全株鮮質量×100%。

1.2.3 營養品質和功能品質指標的測定 采用福林酚法[19]測定總酚含量，以沒食子酸(gallic acid)當量計算，單位為mg/g(以干質量計，下同)；采用氯化鋁法[19]測定類黃酮含量，以蕓香苷當量計，單位為mg/g；采用考馬斯亮藍法[20]測定可溶性蛋白含量；采用蒽酮法[21]測定可溶性糖含量；參考文獻[22]的方法測定類胡蘿卜素含量，以β-胡蘿卜素當量計；參考文獻[23]等的方法測定DPPH自由基清除能力和ABTS自由基清除能力。以上所有指標的測定均重復3次。

1.3 數據分析

利用Excel 2016軟件進行數據整理，采用SPSS26.0軟件進行方差分析、主成分分析及隸屬函數分析等。試驗結果采用“平均值±標準差”表示，所有差異顯著性分析均基于α=0.05水平。利用主成分分析法和模糊數學法對綠豆芽菜的芽用特性進行綜合評價。在計算綠豆芽菜的芽用特性隸屬值時，使用公式(1)對其進行數值化處理，分別利用公式(2)和公式(3)計算各綜合指標的權重系數和綜合評價值，之后采用加權求和的方法按照公式(4)計算出綠豆芽用特性綜合指標值(sprouts quality index，SQI)。

表1 參試綠豆品種名稱和產地

f(Xi)=(Xi-Xi，min)/(Xi，max-Xi，min)，i=1，2，3，…，n。

(1)

式中：f代表隸屬函數值；Xi表示第i個指標值；Xi，max表示第i個指標的最大值；Xi，min表示第i個指標的最小值。隸屬函數值越大，表示綠豆芽菜品質越高，其對應的綠豆品種更適宜應用于生產綠豆芽菜。

(2)

式中：wi表示第i個主成分的權重系數，即其在所有指標中的重要程度；pi代表第i個主成分的貢獻率。

Ci=ZYi，i=1，2，3，4。

(3)

式中：Ci表示第i個主成分的綜合指標值；Z為主成分分析中載荷矩陣系數；Yi為f(Xi)經標準化處理后的值。

(4)

式中：Ci、wi分別表示第i個主成分的綜合指標值和權重系數。

2 結果與分析

2.1 不同品種綠豆芽菜的外觀及生長特性分析

由表2、表3可知，不同品種綠豆芽菜的下胚軸長、下胚軸直徑的差異較大，下胚軸長和下胚軸直徑大于平均值的種質分別占56.72%和58.21%。下胚軸長的變幅在38.43～93.14 mm之間，平均為69.15 mm，變異系數為19.34%。其中，周口2016綠豆芽菜的下胚軸顯著高于其他品種。下胚軸直徑變化范圍為1.50～2.51 mm，平均為2.19 mm，變異系數為9.88%，其中，吉綠14號綠豆芽菜的下胚軸直徑顯著高于其他品種。與李振華等研究相比，本研究測得的下胚軸長偏大、下胚軸直徑偏小，這可能是由培養環境及品種差異造成的[24]。不同品種綠豆芽菜的含水率變化范圍為80.15%～93.34%，平均為86.32%，品種間變異系數較小，僅為3.24%，其中，蘇綠7號綠豆芽菜的含水率最高，93.34%。供試綠豆芽菜的可食鮮質量變化范圍為0.17～0.48 g，平均為0.32 g，品種間變異系數為19.97%，這可能與不同芽菜根部組織生長速度不一致有關。不同品種綠豆芽菜的可食率差異性較小，變異系數僅為2.18%，其中吉綠10號綠豆芽菜的可食率最高，為94%。

表2 不同品種綠豆芽菜的生長指標分析

表2(續)

表3 不同品種綠豆芽菜芽用特性的變異分析

2.2 不同品種綠豆芽菜的營養功能品質分析

2.2.1 不同品種綠豆芽菜的功能性成分分析 酚類物質是植物體內最重要的一類次生代謝物質之一，且種類繁多。大量研究表明，酚類物質具有多種保健作用和藥理功能，如清除自由基、抗氧化、抗誘變、抑制腫瘤、提高毛細血管通透性等，并且表現出高效、低毒、高生物利用率等優點[3]。已有研究從綠豆種子和綠豆芽菜中鑒定出12種酚酸物質[25]，且不同種皮色的綠豆其總黃酮含量不同[26]。本研究發現，67份綠豆芽菜的總酚含量差異較大，變化范圍為4.04～10.86 mg/g，平均含量為 7.31 mg/g，品種間變異系數為17.49%。其中，有32份綠豆芽菜的總酚含量在平均值以上，35份綠豆芽菜的總酚含量低于平均值。此外，由4可知，蘇綠7號綠豆芽菜的總酚含量最高(10.86 mg/g)。Xue等研究表明，綠豆芽菜中總酚含量最高為5.79 mg/g[27]，而Huang等報道綠豆芽菜的總酚含量為0.63 mg/g[28]，這可能與提取方法、取樣時間及品種間差異性有關。黃酮類化合物是綠豆和綠豆芽菜中的主要生物活性成分之一[29]。不同品種綠豆芽菜的總黃酮含量存在較大差異，品種間變異系數較大，為40.10%，其中，蘇綠7號綠豆芽菜類黃酮含量為2.35 mg/g，顯著高于其他品種。以上結果表明，蘇綠7號綠豆芽菜的功能性成分含量較高。酚類物質具有抗氧化、抗腫瘤、預防或減少疾病的發生等功效，研究表明豆類是酚類的重要來源[30]。目前，國內對綠豆芽菜抗氧化性能的研究多聚焦在單一品種或與其他豆科植物做比較研究，而針對不同綠豆萌發后抗氧化性能差異的報道較少。本研究中以DPPH、ABTS自由基清除率2個指標作為綠豆芽菜抗氧化能力評價指標。由表4可知，67份綠豆芽菜的DPPH、ABTS自由基清除率存在顯著差異。受試品種綠豆芽菜的DPPH、ABTS自由基清除率變化范圍分別為79.12%～96.42%、58.56%～98.70%。參試67份綠豆芽菜的DPPH自由基清除率均較高，變異系數為3.41%，平均含量為90.78%，其中，G137綠豆芽菜的DPPH自由基清除率最高，為96.42%，是芽菜DPPH清除率最低的G308綠豆芽菜的1.22倍，且兩者之間達顯著差異水平。蘇綠1號和蘇綠7號綠豆芽菜的DPPH、ABTS自由基清除率均顯著高于其他品種，表明蘇綠1號、蘇綠7號適宜生產高抗氧化能力的綠豆芽菜。

類胡蘿卜素是由葉黃素、玉米黃質、番茄紅素等組成的一類生物活性化合物，具有良好的抗氧化能力，食用富含類胡蘿卜素的食物可以降低心血管疾病、癌癥和其他退行性疾病的發病率[31]。有研究報道，豌豆芽苗菜成熟后類胡蘿卜素含量為 0.372 mg/g，綠豆萌發6 d后類胡蘿卜素含量達 36.55 μg/g[32]。但綠豆芽菜類胡蘿卜素含量在不同品種間的差異還未被報道。由表3、表4可知，不同品種綠豆芽菜的類胡蘿卜素含量存在較大差異，平均含量為10.76 μg/g，變異系數達32.52%。類胡蘿卜素含量大于平均含量的品種占38.81%，其中，泰引2015004綠豆芽菜類胡蘿卜素含量最高，為17.94 μg/g，是類胡蘿卜素含量最低的品綠132-17綠豆芽菜的4.39倍，且兩者之間的差異達到極顯著水平。

2.2.2 不同品種綠豆芽菜的基本營養成分分析 研究表明，萌發有利于提高綠豆的蛋白質含量及加工特性同時有利于大分子亞基的水解和多肽的生成[33]，從而提高其營養價值。據報道，不同芽菜中可溶性蛋白含量不同，蘿卜芽苗菜中可溶性蛋白含量約8 g/kg(以鮮質量計)，大豆芽菜中約15 g/kg(以鮮質量計)，綠豆芽菜中約10 g/kg(以鮮質量計)，南瓜芽菜中約25 g/kg(以鮮質量計)[34]。本研究發現，不同品種綠豆形成的芽菜可溶性蛋白含量有較大差異，且有些品種之間達到顯著差異水平。參試綠豆芽菜的可溶性蛋白含量均值為13.58 mg/g，其中，蘇綠7號綠豆芽菜可溶性蛋白含量為 17.26 mg/g，顯著高于其他品種(表4)。

表4 不同品種綠豆芽菜的營養品質分析

表4(續)

熊先清發現，綠豆經50 mg/L Zn2+溶液浸種 8 h 并水培96 h，其可溶性糖含量達6.62 mg/kg(以鮮質量計)[35]；譚仁豪發現，綠豆萌發7 d后可溶性糖含量達到 0.505 mg/g(以鮮質量計)[36]。然而，不同品種綠豆芽菜間可溶性糖含量差異的研究較少。本研究發現，不同品種綠豆芽菜可溶性糖含量存在較大差異，變化范圍在23.97～79.52 mg/g內，平均含量為48.46 mg/g，變異系數為26.59%。

2.3 綠豆芽菜的芽用品質綜合評價

2.3.1 主成分分析 對67份綠豆芽菜的13個芽用特性指標進行主成分分析，依據特征值>1的原則提取了前4個主成分，分別為特征值、方差貢獻率、累計方差和貢獻率。由表5可知，4個主成分的特征值分別為3.520、2.340、1.700和1.330，4個主成分的方差貢獻率分別為24.114%、17.915%、14.959%和11.435%。其中，第一主成分的方差貢獻率最大，代表了綠豆芽菜芽用品質特性原始信息量的24.114%，是最重要的主成分，其余主成分對應的方差貢獻率依次減少，表示其重要性呈減弱趨勢。這4個主成分的累計貢獻率達到68.420%，即這4個主成分能代表原有的13個芽用特性指標的大部分原始信息。因此，接下來用這4個獨立的綜合指標代替原有的13個單項指標對綠豆芽菜的芽用特性進行綜合評價。由表5可知，決定第一主成分的主要指標是可食鮮質量、全株鮮質量和下胚軸直徑，因此可稱其為“產量因子”。決定第二主成分的指標是總酚含量、ABTS清除能力、類胡蘿卜素含量，因此，可把第二主成分稱為“功能性品質因子”。決定第三主成分的指標主要是可溶性糖、可溶性蛋白含量，因此可把第三主成分稱為“基本營養品質因子”。決定第四主成分的指標主要是下胚軸長，因此可稱其為“外觀因子”。

將4個獨立的綜合指標分別用C1、C2、C3、C4表示。由表5可知，它們對應的擬合方程分別如下，其中，Y1～Y13分別表示將綠豆芽菜13個芽用特性指標的原始值先用隸屬函數處理，再經過標準化處理之后的值。

表5 不同品種綠豆芽菜芽用特性指標的主成分

C1=0.006Y1-0.018Y2+0.113Y3+0.076Y4+0.06Y5-0.014Y6-0.152Y7-0.25Y8-0.045Y9+0.267Y10+0.279Y11+0.277Y12-0.098Y13；

C2=0.389Y1+0.116Y2+0.161Y3+0.355Y4+0.058Y5+0.119Y6+0.274Y7+0.1Y8-0.026Y9+0.115Y10-0.021Y11-0.008Y12+0.116Y13；

C3=-0.115Y1+0.187Y2-0.186Y3-0.052Y4-0.031Y5+0.086Y6+0.077Y7+0.159Y8+0.623Y9-0.33Y10+0.2Y11+0.187Y12-0.146Y13；

C4=-0.006Y1+0.187Y2-0.186Y3-0.052Y4-0.031Y5+0.086Y6-+0.077Y7+0.159Y8+0.623Y9-0.33Y10+0.2Y11+0.187Y12-0.146Y13。

2.3.2 隸屬函數分析和權重的確定 根據不同品種綠豆芽菜的主成分分析結果，由表6、表7可知，分別利用公式(1)～(3)計算每種綠豆芽菜芽用特性指標的隸屬函數值、權重系數和綜合指標值。4個綜合指標的權重分別為0.352、0.262、0.219和0.167，表明第1個綜合指標的貢獻率最高，其他綜合指標的貢獻率依次減小。由表6可知，每個品種綠豆芽菜的隸屬函數值存在差異。在綜合指標C1條件下，M341綠豆芽菜的f(X1)最大(1.000)，表明其在“產量因子”指標下的表現最好。依據f(X1)值篩選出“產量因子”指標下排名前10的品種為南陽大綠豆、遼綠9B02、吉綠11、同11445、品綠2014、開封青籽綠豆、渝綠9號、蘇綠1號、吉綠14號和泰國KP002。類似地分析綜合指標，分別得到在“功能性成分因子”“基本營養品質因子”和“外觀因子”下排名前10的綠豆品種(圖1)。其中，產量、基本營養品質與外觀品質均較好的品種為南陽大綠豆，產量、功能性成分與外觀品質均較好的品種為蘇綠1號，而基本營養成分、功能性成分與外觀品質均較好的品種為周口2016。

表6 不同品種綠豆芽菜芽用特性的綜合指標值

表7 不同品種綠豆芽菜芽用特性的隸屬函數值

2.3.3 綜合評價 結合權重系數，利用公式(4)計算不同品種綠豆芽菜的芽用特性綜合指標值即SQI值，并根據其大小對受試綠豆芽菜的芽用特性進行排序，結果(表8)表明，受試的67份綠豆種質中南陽大綠豆綠豆芽菜的芽用特性綜合指標值最高，其芽用特性排名第一，而皖綠234綠豆芽菜的芽用特性綜合指標值最低，其芽用特性排名最末。排名前10的綠豆品種依次為南陽大綠豆、蘇綠1號、保定1028、蘇綠7號、四川大籽綠豆、河南302、泰引2015004、化西2019、周口2016和泰國KP006。

表8 不同品種綠豆芽菜芽用特性的綜合評價值及排序

2.3.4 回歸分析及芽用特性指標的選擇 為篩選出可靠的芽用特性鑒定指標并建立評價綠豆芽菜特性的數學模型，以芽用特性綜合指標值(SQI值)為因變量，以各單項指標的隸屬函數值為自變量，用逐步回歸法建立了最優回歸方程：SQI=-0.066+0.580EF+0.301SP+0.306TPC-0.138DPPH+0.111HL(R2=0.964，P=0.001 3)。由方程的確定系數R2和P值可知，該方程可較好地評估不同綠豆品種芽用特性綜合指標值。由方程可知，13個單項指標中的可食鮮質量(EF)、可溶性蛋白含量(SP)、總酚含量、DPPH自由基清除率(DPPH)和下胚軸長(HL)等5個指標對綠豆芽用特性有顯著影響。所以只需測定上述5個指標，并利用該方程評估其SQI值就可以較好地對不同綠豆品種的芽用特性進行評估。

3 結論

本研究對67份綠豆芽菜的外觀及生長特性、功能性成分和基本營養成分等芽用特性指標進行了測定，并通過主成分分析、隸屬函數法等對綠豆芽菜的芽用品質進行了綜合評價。篩選出了產量、功能性成分、基本營養成分與外觀品質特性較好的品種各10份，可作為優質芽用綠豆新品種選育的親本材料。同時，通過綜合評價SQI值篩選出了南陽大綠豆、蘇綠1號、保定1028、蘇綠7號和化西2019等芽用特性優異的綠豆品種10份，可直接用于綠豆芽菜的生產。此外，建立了綠豆芽用特性綜合指標值評價的數學模型，并提出可食鮮質量、可溶性蛋白含量、總酚含量、DPPH自由基清除率和下胚軸長等5個指標可作為綠豆芽用特性的鑒定指標。本研究結果可為豆芽專用綠豆品種的發掘和優質芽用綠豆品種的選育提供材料資源。