我国小豆种质资源营养与加工品质多样性分析与评价

Diversity Analysis and Evaluation of Nutritional and Processing Qualities of Adzuki Bean Germplasm Resources in China

摘要

研究以15个地区450份小豆样品为试验材料，通过变异分析、相关分析和聚类分析对小豆的营养和加工品质进行综合评价。结果表明，450份小豆样品的淀粉含量、蛋白质含量、脂肪含量分别为36.12~54.90、18.42~28.03、0.32~0.97 g/100 g，总多酚含量、总黄酮含量和出沙率分别为17.76~53.07、1.37~31.47 mg/g和55.50%~76.86%；变异系数（CV）分别为5.14%、6.93%、22.36%、19.59%、22.69%和5.54%。不同品种间小豆的营养品质和加工品质存在显著差异，冀红1105反-5-4-1-2的小豆淀粉含量最高（50.25 g/100 g），同红7号的蛋白质含量最高（24.72 g/100 g），品红2020-4-7-2的总多酚含量最高（34.55 mg/g），龙11-203的总黄酮含量最高（19.16 mg/g），唐红201509-12和H1007的脂肪含量最高（0.59 g/100 g），冀红352（CK1）的出沙率最高（70.76%）。对不同地区的小豆营养品质和加工品质进行分析，结果显示，赤峰地区的小豆样品以高淀粉为主要特征；保定、太原、石家庄、沈阳、重庆和毕节地区的小豆样品以高蛋白为主要特征；唐山、石家庄、沈阳、呼和浩特和毕节地区的小豆样品以高总多酚为主要特征；唐山、哈尔滨、齐齐哈尔、榆林和呼和浩特地区的小豆样品以高总黄酮为主要特征；石家庄地区的小豆样品以高脂肪为主要特征；长春、榆林和呼和浩特地区的小豆样品以高出沙率为主要特征。研究结果明晰了不同品种及产地的特征优势，可助力高品质小豆的选育与加工。

Abstract

In this study, 450 adzuki bean samples from 15 different regions were used as test materials, and a comprehensive evaluation of the nutritional and processing qualities of adzuki beans was made through analysis of variance, correlation analysis, and cluster analysis. The results showed that the ranges of starch content, protein content, fat content, total polyphenol content, total flavonoid content, and bean paste rate of all 450 tested samples of adzuki beans were 36.12-54.90 g/100 g, 18.42-28.03 g/100 g, 0.32-0.97 g/100 g, 17.76-53.07 mg/g, 1.37-31.47 mg/g, and 55.50%-76.86%, respectively, the coefficient of variation(CV) was 5.14%, 6.93%, 22.36%, 19.59%, 22.69%, and 5.54%, respectively. In addition, the study found that there were also significant differences in the nutritional and processing qualities of adzuki beans among different varieties, Jihong 1105 Reverse-5-4-1-2 had the highest starch content(50.25 g/100 g), Tonghong 7 had the highest protein content(24.72 g/100 g), Pinhong 2020-4-7-2 had the highest total polyphenol content(34.55 mg/g), Long 11-203 had the highest total flavonoid content(19.16 mg/g), Tanghong 201509-12 and H1007 had the highest fat content(0.59 g/100 g), and Jihong 352(CK1) had the highest bean paste rate(70.76%). Furthermore, the nutritional and processing qualities of adzuki beans from different regions were studied and analyzed. The results showed that the adzuki bean samples in the Chifeng region were mainly characterized by high starch content; the adzuki bean samples in Baoding, Taiyuan, Shijiazhuang, Shenyang, Chongqing, and Bijie regions were mainly characterized by high protein content; the adzuki bean resources in Tangshan, Shijiazhuang, Shenyang, Hohhot, and Bijie regions were mainly characterized by high total polyphenol content; the adzuki bean samples in Tangshan, Harbin, Qiqihar, Yulin, and Hohhot regions were mainly characterized by high total flavonoid content; the adzuki bean samples in the Shijiazhuang region were mainly characterized by high fat content; and the adzuki bean samples in Changchun, Yulin, and Hohhot regions were mainly characterized by high bean paste rate. The results of this study clarified the characteristic advantages of different varieties and production regions, and could provide support for the breeding and processing of high‑quality adzuki beans.

Graphical abstract

关键词

小豆 / 营养品质 / 加工品质 / 多样性分析

Key words

adzuki beans / nutritional quality / processing quality / diversity analysis

小豆，又称红豆、赤豆等，属于豆科蝶形花亚科菜豆族豇豆属的1年生草本植物^[1]，含有丰富的淀粉、蛋白质、膳食纤维、多种维生素和矿物质^[2]。小豆中还含有多种生物活性物质，如多酚、多糖、黄酮、植物甾醇、色素、无机盐、单宁、植酸以及其他豆类缺乏的三萜皂苷等成分^[3]。中医上认为，小豆具有清热解毒、消肿除湿、活血润肤的作用，现代医学也证实，小豆及其生物活性物质有助于抗氧化、抗炎和降血糖等^[4]。《中国膳食指南（2022）》推荐居民每日摄入50~150 g全谷物及杂豆，以优化膳食结构。随着居民健康意识的提高，以小豆为原料开发的健康食品越来越受到消费者的欢迎^[5]。因此，市场对高营养品质、加工特性好的小豆原料的需求度也随之增加。

小豆作为我国第四大粮食作物，在全国范围内广泛种植，尤其集中在华北、东北和黄河及长江中下游地区，主要种植省份包括河南、河北、北京、天津、山东、山西、陕西及东北三省，其中，黑龙江是我国小豆第一大产区。调查数据显示，截至2022年，我国小豆种植面积达159 200 hm²，产量为24万t^[6]。我国培育小豆品种繁多，1965—2019年间，科研单位育成超过125个小豆品种，包括中红、晋小豆、吉红、冀红等系列^[7]。研究发现，小豆农艺性状、营养和加工等综合品质受到品种及栽培环境影响^[8]。近年来，小豆种植区域还在不断扩大，品种也更加多样化。武小霞等^[9]研究发现，黑龙江省内不同品种及地区的小豆种质资源的农艺性状存在显著差异，126份小豆品种的单株产量、单株荚数、成熟荚色、粒形、株高和百粒质量等农艺性状的变异系数在9.31%~58.18%。张必达^[10]对不同品种小豆的农艺性状、营养和加工品质进行综合评价，结果表明，籽粒大小、可溶性蛋白和淀粉含量以及出沙率在不同品种间存在显著差异。不同产区的同一小豆品种由于生育期气温差异，也会影响其蛋白质积累^[1]。为了进一步指导我国优质小豆品种的亲本选育工作，研究者采用关联分析和聚类分析等方法对小豆资源进行类群划分。王述民等^[11]对149份中国小豆种质资源进行农艺性状综合评价，采用聚类分析将其分为2个大群6个小类，并从中筛选出9份优良的种质资源；姜翠棉等^[12]对19份小豆种质资源的9个主要产量性状进行灰色关联分析，找出了综合性能最好、加权关联度高的品种。然而，目前关于小豆营养品质类群划分的研究报道较少，这影响了高营养品质和加工品质小豆的选育与栽培工作。

本研究收集了我国15个地区450份小豆样品，对其基本营养成分包括蛋白质、淀粉、脂肪、总多酚、总黄酮和出沙率进行测定，通过变异分析和聚类分析，明确不同地区小豆的营养特征和不同品种的营养和加工品质优势，以期为高品质小豆品种的选育提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料共450份小豆样品，分别来自长春、唐山、哈尔滨、南宁、保定、太原、石家庄、榆林、沈阳、呼和浩特、齐齐哈尔、重庆、北京、赤峰和毕节15个地区，以及龙11-203、龙11-805、H1016、H1007、182-320、195-609、辽红08704-05、辽红08706-12、赤红3号、品红2020-21-12-8-11、品红2020-4-7-2、品红2019-3-3-1、品红2019-22-14-12、冀红0921反4-1-3-3-4、冀红1105反5-4-1-2、保红201432-8、保红201429-8、唐红201301-2、唐红201509-12、同红6号、同红7号、苏红17-606、陇红3号、贵红2号、贵红3号、桂红20-9-1、桂红20-21-1、冀红352（CK1）、吉红14号（CK2）和保红947（CK3）共30个小豆品种。

1.2 试验试剂和设备

福林酚试剂、甲醇溶液和乙醇溶液购于上海麦克林生化科技股份有限公司，甲基红指示剂、溴甲酚绿指示剂和亚甲基蓝指示剂购于赛默飞世尔科技公司，没食子酸标准溶液和芦丁标准溶液购于西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司，碳酸钠、氢氧化钠、石油醚、硫酸钾、氯化铝和亚硝酸钠等均为分析纯（国药集团化学试剂有限公司）。

所用仪器包括旋风式样品磨（CT410，上海瑞玢国际贸易有限公司）、全自动凯氏定氮仪（KDY 9830，海能未来技术集团股份有限公司）、自动指示旋光仪（WZZ-2S，上海精密仪器仪表有限公司）、离心机（TDL-5A，上海安亭科学仪器厂）、旋转蒸发仪（LC-RE-52A，上海力辰仪器科技有限公司）、真空冷冻干燥机（TFB-1B-95+，湖南湘仪博医康科技有限公司）和全波长酶标分析仪（HBS-SCANY，南京德铁生物科技有限公司）等。

1.3 试验方法

1.3.1 小豆的粉碎

称取50 g的小豆样品，采用旋风式样品磨进行粉碎，得到小豆粉末。

1.3.2 营养成分测定

淀粉含量采用旋光法^[13]测定；蛋白质含量参考GB 5009.5—2016测定；脂肪含量参考GB 5009.6—2016索氏抽提法测定。

1.3.3 出沙率测定

出沙率是根据SIKORA等^[14]的方法并进行略微修改进行测定的。称取10 g小豆（N₁），加入30 mL蒸馏水，置于45 ℃下浸泡4 h。此后，样品在常压热水锅炉中蒸制45 min。蒸制完成后，将小豆捣碎过0.354 mm筛，并用蒸馏水反复清洗糊状物。将得到的沉淀物在80 ℃的鼓风干燥箱中干燥48 h，得到干豆沙的质量（N₂）。

出沙率=N₂/N₁×100%（1）

1.3.4 总多酚、总黄酮测定

总多酚含量采用福林酚法^[15]测定；总黄酮含量采用分光光度法^[16]测定。称取一定量小豆粉末样品，加入70%的乙醇溶液（1∶20，g/mL），经2次超声离心合并上清液得到储备液，定容至10 mL待测。总多酚的含量测定采用没食子酸标准溶液作标准曲线。取1 mL待测液，加入1 mL福林酚试剂，2 mL 7.5%的Na₂CO₃溶液，并用70%乙醇定容至10 mL，在室温下静置避光反应2 h后，离心（3 000 r/min，10 min），取上清液于765 nm处测定吸光度。总黄酮含量的测定用芦丁标准溶液作标准曲线。吸取1 mL待测液，分别加入5%的亚硝酸钠溶液、10%的氯化铝溶液和4%的氢氧化钠溶液，用70%乙醇定容至10 mL并静置一段时间，于510 nm处测定吸光度。总多酚、总黄酮含量测定结果均采用小豆粉干质量计算。

1.4 数据处理

所有试验均重复3次，采用Excel 2013对小豆蛋白质、淀粉、脂肪、总多酚、总黄酮和出沙率6个指标的表型数据进行初步整理，结果用“平均值±标准偏差”表示。利用SPSS 16.0进行方差分析及聚类分析，利用GraphPad Prism 9和Chi plot进行绘图。

2 结果与分析

2.1 我国小豆样品营养品质和加工品质整体分析

450份受试小豆样品的营养品质和加工品质分析结果如表1所示。

由表1可知，小豆样品的淀粉含量为36.12~54.90 g/100 g，平均值为49.15 g/100 g；蛋白质含量为18.42~28.03 g/100 g，平均值为23.39 g/100 g；总多酚含量为17.76~53.07 mg/g，平均值为32.57 mg/g；总黄酮含量为1.37~31.47 mg/g，平均值为15.69 mg/g；脂肪含量为0.32~0.97 g/100 g，平均值为0.55 g/100 g；出沙率为55.50%~76.86%，平均值为68.99%。

在450份受试小豆样品中，营养品质和加工品质的变异系数介于5.14%~22.69%。其中，总黄酮含量的变异系数最大，表明小豆的总黄酮含量稳定性较低，离散程度较大，不同地区和不同品种小豆在总黄酮含量上存在差异。

2.2 不同品种小豆样品营养品质和加工品质差异分析

从表2可以看出，在淀粉含量方面，冀红1105反-5-4-1-2的淀粉含量最高，达到50.25 g/100 g；而同红7号的淀粉含量最低，为47.39 g/100 g。蛋白质含量方面，同红7号的蛋白质含量最高，为24.72 g/100 g；而冀红1105反-5-4-1-2的蛋白质含量最低，为22.72 g/100 g。总多酚含量方面，品红2020-4-7-2的含量最高，为34.55 mg/g；而保红947（CK3）的含量最低，为29.78 mg/g。总黄酮含量方面，龙11-203的含量最高，为19.16 mg/g；而冀红0921反-4-1-3-3-4的含量最低，为14.15 mg/g。脂肪含量方面，唐红201509-12和H1007的含量最高，均为0.59 g/100 g；赤红3号的含量最低，为0.50 g/100 g。小豆出沙率方面，冀红352（CK1）的出沙率最高，为70.76%；同红7号的出沙率最低，为66.58%。

通过对比数据发现，同一品种在不同地区栽培时，在营养品质和加工品质方面也表现出明显的差异。特别是龙11-203的总黄酮含量变异系数最高，达到了31.99%。因此，本研究对不同地区间小豆样品的营养品质和加工品质差异进行了进一步的分析。

2.3 不同地区小豆样品营养品质和加工品质差异分析

从表3可以看出，15个不同地区的小豆样品在淀粉含量、蛋白质含量、总多酚含量、总黄酮含量、脂肪含量和出沙率方面有显著差异，分别展现出各自独有的特点。长春和哈尔滨地区的小豆以其高出沙率和低蛋白质含量为特征；唐山和齐齐哈尔地区的小豆则以高总黄酮含量和低蛋白质含量为特征；南宁地区的小豆以低出沙率为主要特征；保定、太原、石家庄、沈阳、重庆和毕节地区的小豆以高蛋白含量和低淀粉含量为主要特征；北京地区的小豆以高沙出率和低总多酚含量为特征；赤峰地区的小豆以高淀粉、高蛋白和低出沙率为主要特征；而榆林和呼和浩特地区的小豆则以高淀粉、高总黄酮含量、高出沙率和低脂肪含量为主要特征。

15个地区小豆淀粉含量的变异系数为2.53%~7.79%，变异系数由大到小排序为哈尔滨>北京>毕节>赤峰>重庆>呼和浩特>太原>沈阳>石家庄>南宁>长春>榆林>唐山>保定>齐齐哈尔；15个地区小豆蛋白质含量的变异系数为2.37%~6.99%，变异系数由大到小排序为榆林>北京>呼和浩特>齐齐哈尔>哈尔滨>赤峰>唐山=重庆>沈阳>毕节>长春>石家庄>南宁>太原>保定；15个地区小豆总多酚含量的变异系数为4.89%~19.85%，变异系数由大到小排序为重庆>保定>哈尔滨>石家庄>沈阳>长春>榆林>齐齐哈尔>唐山>北京>太原>赤峰>南宁>毕节>呼和浩特；15个地区小豆总黄酮含量的变异系数为11.38%~46.33%，变异系数由大到小排序为毕节>南宁>北京>长春>重庆>保定>哈尔滨>呼和浩特>榆林>唐山>赤峰>太原>石家庄>沈阳>齐齐哈尔；15个地区小豆脂肪含量的变异系数为9.63%~24.10%，变异系数由大到小排序为太原>保定>哈尔滨>长春>毕节>北京>沈阳>齐齐哈尔>唐山>赤峰>南宁>榆林>呼和浩特>重庆>石家庄；15个地区小豆出沙率的变异系数为2.20%~7.14%，变异系数由大到小排序为赤峰>毕节>南宁>唐山>太原>保定>北京>榆林>石家庄>长春>哈尔滨>重庆>齐齐哈尔>沈阳>呼和浩特。表明我国15个地区的450份小豆样品营养品质与加工品质变异较大，可为高品质小豆育种工作提供理论支持。

2.4 不同地区小豆样品相关性状的聚类分析

对小豆样品的营养品质按照不同地区进行聚类分析（图1~6），可以将15个地区分为低（Ⅰ）、中（Ⅱ）、高（Ⅲ）3个类群。根据小豆的淀粉含量对地区进行聚类分析，第Ⅰ类是哈尔滨地区，平均淀粉含量为45.70 g/100 g，为低淀粉含量地区；第Ⅱ类包括长春、南宁、保定、太原、石家庄、沈阳、重庆、北京和毕节，平均淀粉含量为48.62 g/100 g，属于中淀粉含量地区；第Ⅲ类包括唐山、榆林、呼和浩特、齐齐哈尔和赤峰，平均淀粉含量为50.78 g/100 g，属于高淀粉含量地区。根据蛋白质含量对地区聚类分析，第Ⅰ类是齐齐哈尔地区，平均蛋白质含量为20.10 g/100 g，属于低蛋白质含量地区；第Ⅱ类包括长春、唐山、哈尔滨、南宁、北京和榆林地区，平均蛋白质含量为22.65 g/100 g，属于中蛋白质含量地区；第Ⅲ类包括保定、太原、石家庄、沈阳、呼和浩特、重庆、赤峰和毕节地区，平均蛋白质含量为24.34 g/100 g，属于高蛋白质含量地区。依据总多酚含量分析，第Ⅰ类是保定和北京地区，平均总多酚含量为23.83 mg/g，属于低总多酚含量地区；第Ⅱ类包括长春、哈尔滨、南宁、太原、榆林、齐齐哈尔、重庆和赤峰地区，平均总多酚含量为31.59 mg/g，属于中总多酚含量地区；第Ⅲ类包括唐山、石家庄、沈阳、呼和浩特和毕节地区，平均总多酚含量为37.62 mg/g，属于高总多酚含量地区。依据总黄酮含量分析，第Ⅰ类是长春、南宁、保定、北京和赤峰地区，平均总黄酮含量为14.40 mg/g，属于低总黄酮含量地区；第Ⅱ类是毕节地区，平均总黄酮含量为15.22 mg/g，属于中总黄酮含量地区；第Ⅲ类包括唐山、哈尔滨、太原、石家庄、榆林、沈阳、呼和浩特、齐齐哈尔和重庆地区，平均总黄酮含量为16.46 mg/g，属于高总黄酮含量地区。依据脂肪含量分析，第Ⅰ类是榆林和呼和浩特地区，平均脂肪含量为0.42 g/100 g，属于低脂肪含量地区；第Ⅱ类包括长春、唐山、哈尔滨、南宁、保定、太原、沈阳、齐齐哈尔、重庆、北京、赤峰和毕节地区，平均脂肪含量为0.55 g/100 g，属于中脂肪含量地区；第Ⅲ类是石家庄地区，平均脂肪含量为0.82 g/100 g，属于高脂肪含量地区。依据出沙率分析，第Ⅰ类是南宁和赤峰地区，平均出沙率为64.59%，属于低出沙率地区；第Ⅱ类包括唐山、保定、太原和毕节地区，平均出沙率为67.81%，属于中出沙率地区；第Ⅲ类包括长春、哈尔滨、石家庄、榆林、沈阳、呼和浩特、齐齐哈尔、重庆和北京地区，平均出沙率为70.50%，属于高出沙率地区。此外，本试验对每种营养成分聚类分析所得到的3个类群的数据分布及均值进一步分析表明（图7），不同类群间均存在显著或极显著差异，进一步明晰了不同地区小豆样品的营养品质和加工品质的突出特点。

3 结论与讨论

小豆种质资源营养与加工品质多样性的研究对小豆新品种的选育具有重要的意义。15个地区的小豆蛋白质含量变异幅度为18.42~28.03 g/100 g。同时，研究发现不同地区种植的小豆样品的蛋白质含量也具有显著差异，这也证实了不同地区的气象因子（如降水量、日照时间、昼夜温差）会影响小豆的生育期，而生育期长的小豆品种蛋白质含量高，进一步证实了气象因子会影响小豆的蛋白质积累^[17-18]。不同品种的小豆蛋白质含量不同，表明小豆品种选育工作对提高其蛋白质含量是至关重要的；此外，研究表明，强光地区也可以增加蛋白质含量^[19-20]。董伟欣等^[21]研究发现，日照长度对小豆淀粉的形成有一定的影响，在小豆初花后短日照处理可使淀粉含量降低。本研究中450份小豆样品具有丰富的多样性，能够为小豆品质改良和新品种的选育提供重要的参考价值。

当前，聚类分析被广泛应用于对小豆种质资源的遗传多样性研究中，是评价具有理想性状育种群体的有效方法^[22]。本研究对15个地区450份小豆样品的5个营养品质和1个加工品质进行了聚类分析，将每个指标按照地区分为高、中、低三大类群，不同类群之间存在明显差异。对不同地区的小豆营养品质和加工品质进行分析，赤峰地区的小豆样品以高淀粉为主要特征；保定、太原、石家庄、沈阳、重庆和毕节地区的小豆样品以高蛋白为主要特征；唐山、石家庄、沈阳、呼和浩特和毕节地区的小豆样品以高总多酚为主要特征；唐山、哈尔滨、齐齐哈尔、榆林和呼和浩特地区的小豆样品以高总黄酮为主要特征；石家庄地区的小豆样品以高脂肪为主要特征；长春、榆林和呼和浩特地区的小豆样品以高出沙率为主要特征。研究结果还发现，不同品种间小豆的营养品质和加工品质存在显著差异，冀红1105反-5-4-1-2的小豆淀粉含量最高，同红7号的蛋白质含量最高，品红2020-4-7-2的总多酚含量最高，龙11-203的总黄酮含量最高，唐红201509-12和H1007的脂肪含量最高，冀红352（CK1）的出沙率最高。研究结果明晰了不同品种及产地的特征优势，可助力高品质小豆的选育与加工。

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基金资助

国家食用豆产业技术体系(CARS-08-G20)

中国农业科学院作物种质资源抗逆和品质性状评价创新团队(01-ICS-02)

河南省科技攻关计划(242102110082)