Comprehensive Nutritional Evaluation and Essential Oil Type Analysis of 14 Purple Perilla frutescens Lines
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摘要: 为筛选优质药食兼用型紫叶紫苏资源，本研究对源于贵州、湖南、山西和黑龙江的14个紫叶紫苏品系（编号C01~C14）叶片的基本营养品质、主要活性成份和微量矿物质含量进行了测定，并利用因子分析和系统聚类分析对紫苏叶营养品质进行评价，同时分析了各紫苏叶片的精油型。结果显示，不同紫苏的粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、可溶性蛋白、总游离氨基酸和可溶性糖含量依次为12.87~19.52、2.07~4.19、6.59~9.84 g/100 g、0.99~2.49、0.17~1.57、28.90~61.54 g/kg，黄酮、总酚和维生素C等活性物质含量分别为13.28~24.35 g/kg、59.26~99.18 mg/kg、1.16~8.17 mg/100 g。Fe、Zn、Mn和Cu四种矿物质含量依次为13.96~27.86、5.60~8.94、4.63~19.74和0.52~2.61 mg/kg。因子分析显示，紫叶紫苏叶片营养成分可以提取出“糖和矿质元素”、“活性物质”、“蛋白质”和“脂肪”4个公因子，综合品质表现最优的为C05，其次为C12、C11、C06和C10。利用系统聚类分析将14份紫苏划分为“高糖高矿物质组”、“高脂高蛋白高活性成分组”和“高纤维低营养组”，分别包含8、3和3份紫苏。精油含量检测和成份分析显示，14份紫苏精油含量为0.25%~1.09%，精油型分为富含L-紫苏醛的PA型、富含肉豆蔻醚的PP-m型、主含香薷酮的非典型EK+型以及富含1-(2-呋喃基)-1,4-戊二酮的MP型等4种类型，分别包含7、1、2和4份紫苏。综合评价后得出C05品质最佳，且为精油含量丰富的PA型紫苏，可作为药食兼用型紫苏加以利用。Abstract: In order to screen Perilla resources suitable for both medicine and food, basic nutritional quality, main active components and mineral content were determined in 14 purple Perilla frutescens lines (No.C01~C14), which were collected from Guizhou, Hunan, Shanxi and Heilongjiang provinces. The nutritional quality of Perilla leaves was evaluated by factor analysis and systematic cluster analysis. In addition, the essential oil types of the Perilla lines were also analyzed. The results showed that the content of crude protein, crude fat, crude fiber, soluble protein, total free amino acids and soluble sugar were 12.87~19.52, 2.07~4.19, 6.59~9.84 g/100 g, 0.99~2.49, 0.17~1.57 and 28.90~61.54 g/kg, respectively. The contents of flavonoids, total phenols and vitamin C were 13.28~24.35 g/kg, 59.26~99.18 mg/kg and 1.16~8.17 mg/100 g. The content of Fe, Zn, Mn and Cu was 13.96~27.86, 5.60~8.94, 4.63~19.74 and 0.52~2.61 mg/kg, respectively. Factor analysis showed that the four common factors of ''sugar and mineral elements'', ''active substances'', ''protein'' and ''fat'' could be extracted from the multitudinous nutrient factors of Perilla leaves. The best comprehensive quality performance was C05, followed by C12, C11, C06 and C10. Cluster analysis indicated that 14 Perilla lines could be divided into three groups, they were ''high-sugar and high-mineral group'', ''high-fat and high-protein and high-active ingredient group'' and ''high-fiber and low-nutrition group'', including 8, 3 and 3 lines correspondingly. The essential oil detection and composition analysis showed that the content of essential oil ranged from 0.25% to 1.09% in 14 Perilla lines. The chemotype of essential oil of 14 Perilla lines could be divided into four types: PA type (rich in L-perillaldehyde), pp-m type (rich in 1,3-benzodioxole, 4-methoxy-6-(2-propenyl)-), atypical EK+type (mainly containing elsholtzia ketone) and MP type (rich in 1-(furan-2-yl)-4-methylpentan-1-one), including 7, 1, 2 and 4 Perilla lines respectively. After comprehensive evaluation, it was concluded that C05 was the best line in quality and was also rich in PA-type essential oil, which could be developed into both medicine and food.
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Keywords:
- Perilla /
- purple leaves /
- quality evaluation /
- factor analysis /
- cluster analysis
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紫苏（Perilla frutescens （L.） Britt.），唇形科紫苏属一年生草本植物的统称，是我国传统中药植物，具有发汗散寒，行气解毒的作用。紫苏也是著名的药食同源植物，我国汉代以来就多有将紫苏嫩叶用来生食、做汤或用做调味的记载[1]。紫苏叶片含有人体必需的多种氨基酸、矿物质等营养物质[2]，以及精油[3]、酚类[4]、黄酮[5]、维生素C（Vitamin C，VC）[6]等活性成分，具有抑菌[7]、抗炎[8]、抗过敏[9]、抗肿瘤[10]等功效，对消化系统、心血管系统、神经系统也有一定的积极作用[11]。
紫叶紫苏是指叶片面绿背紫或双面紫色的紫苏[12]，古称“苏”，与之相对的是叶片颜色为绿色的紫苏，即“白苏”，古称“荏”。多项研究表明，紫叶紫苏在药用和营养价值方面均具有一定的优势。如洪涌等[13]研究发现紫苏叶粗蛋白含量、粗纤维含量显著高于白苏，而粗脂肪含量显著低于白苏。王仙萍等[2]研究显示药用紫苏叶片（“紫苏”）的钙、铁和硒等重要的营养元素均高于油用紫苏（白苏），并认为其作为食用菜蔬的营养价值更高。上官海燕等[5]发现紫苏黄酮含量略高于白苏。与绿色紫苏叶相比，紫苏叶的重要营养代谢产物更丰富，具有更强的抗氧化活性[14]。此外，紫苏叶具有独特的芳香气味，含有萜类、芳香类等挥发性物质[15]。日本学者根据紫苏精油的主要成分将紫苏分为PA型（主含紫苏醛、柠檬烯）、PK型（主含紫苏酮）、PL型（主含紫苏烯）、EK型（主含香薷酮）、C型（主含反式柠檬醛）以及以芳香类化合物为主的PP型（细分为3种：主含肉豆蔻醚的PP-m型，主含莳萝油脑、肉豆蔻醚的PP-dm型和主含榄香素、肉豆蔻醚的PP-em型）、PT型（主含薄荷烯酮）等7种精油型[16-17]。中国药典规定，药材紫苏叶的特征具有“两面紫色或上表面绿色，下表面紫色”[18]，即为紫叶紫苏；并明确紫苏叶挥发油的特征成分为紫苏醛[18]。赵淑平等[15]的研究发现双紫叶紫苏精油主要成分为紫苏醛，而白苏精油的主要成分多为紫苏酮。然而，目前国内紫苏的资源鉴定、品种选育和开发利用，多针对于油用型紫苏或白苏。如欧巧明等[19]对159份油用紫苏16个农艺和品质性状进行鉴定和评价，筛选出了一批高产及种子品质优异的紫苏种质。近年来，报道的紫苏新品系或品种龙紫苏1号[20]、贵苏1号[21]、贵苏3号[22]等均为油用型紫苏。为了促进紫叶紫苏作为一种药食同源植物进行开发利用，本文对14份紫叶紫苏叶片的粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、矿物质等营养品质，以及可溶性蛋白、游离氨基酸、可溶性糖、黄酮、酚类、VC等含量进行了检测，通过因子分析、系统聚类分析，建立了紫叶紫苏综合品质评价体系，并对其精油主要成份进行了分析，从而为优质紫叶紫苏的筛选和利用提供参考。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
14份紫叶紫苏 材料编号依次为C01~C14，其中C01收集自贵州省黔南州三都县，C02~C06来自黑龙江省科学院，C09和C14来源于贵州省黔东南州从江县，C08和C13分别收集自山西省临汾市乡宁县和湖南省邵阳市新邵县，C07、C10、C12由网上购买获得。14份紫叶紫苏颜色分为背紫面绿（包含）、背紫面紫绿和双面紫色3种，其中C06、C14叶片背紫面绿，C01、C02、C08和C11叶片背紫面紫绿，其余8份为双面紫色。C13和C14叶片皱缩，为回回苏变种[23]。所有材料均经过3代以上系统选育，为表型稳定一致的品系；正己烷 色谱纯，美国Mreda公司；一水合没食子酸 纯度≥98.5%，上海源叶生物科技有限公司；亮氨酸 纯度≥99.0%，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；牛血清蛋白BSA 纯度≥97.0%，美国Roche公司；芦丁 纯度≥95%，北京沃凯生物科技有限公司；蔗糖（纯度≥98.5%）、抗坏血酸（纯度≥99.7%） 国药集团化学试剂有限公司；其余试剂 均为国产分析纯。
Evolution 220紫外-可见分光光度计、iCAP 7200 HS Duo电感耦合等离子发射光谱仪 美国Thermo Fisher公司；KQ-800DE超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；i-Pure Pro2超纯水仪 杭州泽南科技有限公司；SZCL-2型数显智能控温磁力搅拌器 巩义市予华仪器有限责任公司；Centrifuge 5430R高速冷冻离心机 德国艾本德公司；B-260恒温水浴锅 上海亚荣生化仪器厂；ATX224R分析天平 日本岛津公司；DHG-9240A电热恒温鼓风干燥箱、SXL-1008T程控箱式电炉 上海精宏实验设备有限公司；R-100旋转蒸发仪 瑞士Buchi公司；JK-CFD-6E粗脂肪测定仪 上海精学科学仪器有限公司；F5800纤维素分析仪、SPH120消解仪、KN520凯氏定氮仪 济南阿尔瓦仪器有限公司；Titrette 50 mL/4760161数字瓶口滴定器 德国Brand公司；SpectraMax 190全波长酶标仪 美国Molecular Devices公司；SM精密恒温电热板 北京科伟永兴仪器有限公司；S433D全自动氨基酸分析仪 德国Sykam公司；7890B_5977A色谱-质谱联用仪 美国Agilent公司。
1.2 实验方法
1.2.1 材料种植
14份材料种植于贵阳市花溪区金竹镇贵州省农业科学院油料研究所试验地，试验地土质为黄壤土，肥力中等。试验时间为2021年3月至10月。紫苏采用育苗移栽方式进行种植，播种时间为3月30日，移栽时间为5月3日。移栽时以2.5 m开厢，采用随机区组排列，每材料种植10行，安排3次重复。移栽时每667 m2施用复合肥20 kg。紫苏生长季节管理按常规进行。
1.2.2 营养成分分析
1.2.2.1 基本营养成分分析
取成长旺期健康生长的完全叶鲜样进行各品质分析。粗蛋白含量：采用硫酸-催化剂消解，凯氏定氮法进行测定[24]；粗脂肪含量：采用无水乙醚溶解，索氏抽提法进行测定[25]；粗纤维含量：采用范式洗涤法测定[26]；可溶性蛋白含量：采用考马斯亮蓝比色法测定[27]，以牛血清蛋白BSA为标准品，测得的标准曲线为y=193.3970x−0.4605（R2=0.9998），式中，x表示样品在595 nm下的吸光度值，y表示可溶性蛋白含量，μg。样品中蛋白质含量以牛血清蛋白BSA当量表示（g/kg）；游离氨基酸总量：采用茚三酮显色法测定[28]，以亮氨酸为标准品，测得的标准曲线为y=73.7320x−0.1312（R2=0.9995），式中，x表示样品在580 nm下的吸光度值，y表示亮氨酸含量，μg。样品中游离氨基酸总量以亮氨酸当量表示（g/kg）；可溶性总糖含量：采用蒽酮法测定[29]，以蔗糖为标准品，测得蔗糖的标准曲线为y=223.5702x+1.8390（R2=0.9996），式中，x表示样品在630 nm下的吸光度值，y表示蔗糖含量，μg。样品中可溶性糖含量以蔗糖当量表示（g/kg）。
1.2.2.2 总酚含量测定
采用福林-酚比色法测定[30]，即称取0.1 g试样，加入20 mL蒸馏水，沸水浴30 min，提取总酚，取出后冷却，定容至25 mL，过滤备用；同时制备0、10、20、30、40、50 mg/L浓度的一水合没食子酸。取1 mL滤液或一水合没食子酸标准溶液。分别加1 mL福林酚显色剂、3 mL 7.5%碳酸钠溶液，反应液体积定容至25 mL，混匀，室温显色30~60 min，在765 nm处测定其吸光度值。测得一水合没食子酸的标准曲线为y=164.3607x+0.5815（R2=0.9996），式中，x表示吸光值，y表示总酚含量，μg。样品中总酚含量以一水合没食子酸当量表示（mg/kg）。
1.2.2.3 黄酮含量测定
采用分光光度法测定[31]，即称取样品0.2 g，用20 mL 60%乙醇回流提取，共2次，合并滤液，旋转蒸发，再用60%乙醇定容至25 mL。取样品溶液3 mL或0.528 mg/mL芦丁对照品溶液0、0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.6 mL，各加入2.0 mL 60%乙醇、0.5 mL NaNO2，放置6 min后再加入0.5 mL 10% Al（NO3）3溶液，摇匀，放置6 min后加入4 mL 4% NaOH，用60%乙醇定容至10 mL，摇匀，放置15 min，在510 nm处测定吸光度。测得芦丁的标准曲线为y=1636.4349x–5.1729（R2=0.9996），式中，x表示吸光值，y表示芦丁含量，μg。样品中黄酮含量以芦丁当量表示（g/kg）。
1.2.2.4 维生素C含量测定
采用2,6-二氯靛酚滴定法测定[32]，即首先利用1 mL 1 mg/L抗坏血酸标准溶液测定2,6-二氯靛酚溶液（由52 mg碳酸氢钠、200 mL蒸馏水、50 mg 2,6-二氯靛酚配制而成）的滴定度。然后取20 g样品，加20 mL草酸研磨成浆，定容至100 mL，摇匀过滤。吸取10 mL提取稀释液，用标定过的2,6-二氯靛酚溶液进行滴定，并设置空白对照。维生素C含量计算：
维生素C含量(mg/100g)=(V−V0)×T×Am×100 式中：V表示试样滴定所需2,6-二氯靛酚溶液的体积，mL；V0表示空白滴定所需2,6-二氯靛酚溶液的体积，mL；T表示滴定度，mg/mL；A表示分取倍数；m表示试样质量，g。
1.2.2.5 微量元素含量测定
用硝酸消解，电感耦合等离子体发射光谱法测定[33]，即称取2.0 g鲜样于聚四氟乙烯消解罐内，加5 mL硝酸浸泡过夜，盖好内外盖，放入恒温箱，依次经过80 ℃ 1~2 h、120 ℃ 1~2 h、160 ℃ 4 h进行加热，冷却至室温后，开盖继续加热，将酸挥发干净，然后将消化液用1%硝酸洗入25 mL容量瓶，并定容至刻度线，混匀备用。将样品消解液上机分析，根据元素的特征谱线波长定性，待测元素谱线信号强度与元素浓度成正比进行定量分析。
1.2.3 精油成分分析
1.2.3.1 精油提取
利用水蒸气蒸馏法提取紫苏挥发油，将采集的紫苏叶阴干净选，粉碎成末，准确称取50.000 g于圆底烧瓶，加入蒸馏水500 mL，连接挥发油提取器及回流装置提取5 h，用移液枪将挥发油小心收集于小棕色瓶。样品放置−4 ℃冰箱待用。检测前取50 μL精油溶于950 μL正己烷，充分混匀，准备上样。精油得率计算：
W(%)=W1−W0W0×100 式中：W表示精油得率，%；W0表示棕色瓶初始重量，g；W1表示棕色瓶和精油总重量，g。
1.2.3.2 成分检测
GC色谱柱：19091S-433（30 m×0.25 mm×0.10 μm）；载气：He；流速：1 mL/min；分流比1:20。程序升温：进样口温度200 ℃，起始温度70 ℃，保持3 min；然后以5 ℃/min升到150 ℃，保留2 min；再以10 ℃/min升到220 ℃，保留5 min[34]。MS电离能量：70 eV；离子源温度：230 ℃；四极杆温度：150 ℃；电子倍增电压1000 V；溶剂延迟5 min；质谱条件：扫描范围30~500 amu，全扫描[34]。采用峰面积归一化法确定组分的相对含量，通过检索NIST14化学工作站标准质谱图库，鉴定组分的化学结构。
1.3 数据处理
所有数据都通过3次试验重复获得。利用G3336-60065_MassHunter Qualitative Anaylsis DA Software B.06.00软件进行气相-质谱数据提取与统计分析；利用Excel 2010进行数据处理；利用DPS统计分析软件（v17.10）进行因子分析和系统聚类分析。
2. 结果与分析
2.1 营养品质
如表1所示，14份紫叶紫苏的粗蛋白平均含量为16.85 g/100 g，介于12.87~19.52 g/100 g之间，以C12含量最高，而以C02含量最低。粗脂肪平均含量2.83 g/100 g，介于2.07~4.19 g/100 g之间，以C06最高，而以C11含量最低。粗纤维平均含量为7.90 g/100 g，介于6.59~9.84 g/100 g之间，以C13最高，而以C11含量最低。可溶性蛋白平均含量1.56 g/kg，介于0.99~2.49 g/kg之间，以C05最高，而以C01含量最低。总游离氨基酸平均含量0.69 g/kg，介于0.17~1.57 g/kg之间，以C06最高，是含量最低的C13的9.3倍。可溶性糖平均含量52.35 g/kg，介于28.90~61.54 g/kg之间，以C04最高，而以C14含量最低。黄酮平均含量17.07 g/kg，介于13.28~24.35 g/kg之间，以C05最高，而以C01含量最低。总酚平均含量78.19 mg/kg，介于59.26~99.18 mg/kg之间，以C11最高，而以C14含量最低。VC平均含量为2.91 mg/100 g，介于1.16~8.17 mg/100 g，以C06最高，是含量最低的C03的7.1倍。综上，C12粗蛋白含量最高、黄酮和VC中等偏高，可做作为高蛋白药食产品开发原材料；C06粗脂肪含量、总游离氨基酸和VC含量最高；C05可溶性蛋白和黄酮含量均最高；C04可溶性糖最高；C11总酚含量最高、粗纤维含量最低，且可溶性糖、黄酮、VC含量均中等偏高，可作为提取酚类物质的原材料以及功能性食品开发；C13粗纤维含量最高、总游离氨基酸最低，营养品质稍差。
表 1 不同紫叶紫苏叶片基本营养成分和活性物质含量Table 1. Contents of basic nutrients and active substances in different purple Perilla frutescens lines材料编号 粗蛋白
（g/100 g）粗脂肪
（g/100 g）粗纤维
（g/100 g）可溶性蛋白
（g/kg）总游离氨基酸
（g/kg）可溶性糖
（g/kg）黄酮
（g/kg）总酚
（mg/kg）VC
（mg/100 g）C01 13.10±0.04 2.70±0.01 8.10±0.04 0.99±0.04 0.38±0.02 61.47±0.53 13.28±0.68 74.13±0.57 1.35±0.13 C02 12.87±0.07 3.92±0.01 7.57±0.05 1.22±0.10 0.49±0.02 57.16±0.66 15.18±0.69 72.69±0.42 1.39±0.14 C03 15.72±0.04 2.76±0.01 6.84±0.06 1.39±0.04 0.53±0.01 55.25±0.91 16.05±0.58 75.10±0.48 1.16±0.19 C04 15.16±0.07 3.28±0.02 7.63±0.02 1.73±0.06 0.68±0.01 61.54±0.30 17.12±0.83 87.73±0.34 1.22±0.29 C05 18.02±0.01 3.54±0.02 7.47±0.02 2.49±0.15 1.14±0.03 53.31±0.43 24.35±0.79 91.84±0.15 2.34±0.17 C06 18.48±0.04 4.19±0.02 8.50±0.03 1.62±0.06 1.57±0.01 48.89±0.27 19.46±0.73 73.91±0.17 8.17±1.27 C07 17.29±0.04 3.01±0.03 7.90±0.01 1.32±0.04 0.57±0.01 54.21±0.42 13.47±0.39 74.96±0.34 1.32±0.17 C08 16.84±0.07 2.35±0.01 8.30±0.01 1.38±0.08 0.67±0.01 59.47±0.75 14.76±0.47 69.44±0.09 1.22±0.13 C09 17.59±0.04 2.28±0.02 8.09±0.01 1.59±0.04 1.10±0.03 58.60±0.74 14.98±0.56 72.77±0.36 5.43±0.48 C10 17.25±0.07 2.75±0.03 6.89±0.01 1.91±0.06 0.48±0.01 58.90±0.65 17.30±0.79 81.85±0.65 4.07±0.48 C11 18.90±0.04 2.07±0.01 6.59±0.01 2.15±0.03 1.39±0.01 53.32±0.41 23.08±0.71 99.18±0.60 6.42±1.72 C12 19.52±0.04 2.13±0.02 7.70±0.01 1.51±0.11 0.34±0.01 43.04±0.28 18.43±0.14 75.87±0.30 3.73±1.66 C13 16.10±0.07 2.18±0.01 9.84±0.01 1.24±0.04 0.17±0.01 38.86±0.19 16.53±0.56 85.87±0.14 1.19±0.08 C14 19.07±0.04 2.41±0.02 9.18±0.01 1.37±0.01 0.20±0.01 28.90±0.42 15.01±0.48 59.26±2.43 1.70±0.08 注：数据以平均值±标准误表示；表2同。 2.2 微量元素
铁（Fe）、锌（Zn）、锰（Mn）、铜（Cu）是紫苏叶片中主要的微量矿质营养元素[4]。如表2显示，14份材料叶片Fe、Zn、Mn和Cu的平均含量依次为21.64、7.37、10.72和1.96 mg/kg。其中Fe元素含量介于13.96~27.86 mg/kg，含量最高的为C03，是含量最低的C12的2.0倍；Zn元素含量介于5.60~8.94 mg/kg，含量最高的为C05，是含量最低的C14的1.6倍；Mn元素含量介于4.63~19.74 mg/kg，含量最高的为C10，是含量最低的C14的4.3倍；Cu元素含量介于0.52~2.61 mg/kg，含量最高的为C02，是含量最低的C14的5.0倍。其中C03的Fe元素含量最高，其他3种元素中等偏高；C05的Zn元素含量最高，Mn和Cu中等偏高；C10的Mn元素含量最高，Zn和Cu含量中等偏高；C02的Cu元素含量最高，Fe和Zn含量中等偏高；而C14的Zn、Mn和Cu均为最低。可见，C02、C03、C05、C10等紫苏叶中的微量矿质元素较为丰富，而C14的矿质元素营养较为匮乏。
表 2 不同紫叶紫苏品系矿物质含量（mg/kg）Table 2. Mineral content in different purple Perilla frutescens lines (mg/kg)材料编号 Fe Zn Mn Cu C01 27.64±0.98 8.19±0.07 11.99±0.09 2.00±0.07 C02 23.63±0.13 8.05±0.03 8.46±0.22 2.61±0.09 C03 27.86±0.48 7.70±0.07 12.13±0.33 2.05±0.06 C04 27.68±0.51 8.09±0.11 9.43±0.31 2.37±0.05 C05 20.84±0.07 8.94±0.13 13.00±0.30 2.56±0.06 C06 18.97±0.33 6.53±0.07 10.81±0.13 1.59±0.05 C07 16.51±0.19 6.87±0.13 8.64±0.02 2.14±0.02 C07 18.82±0.32 8.02±0.11 10.92±0.17 2.42±0.09 C08 21.41±0.39 6.74±0.06 8.91±0.26 2.12±0.06 C09 23.62±0.54 7.53±0.09 14.43±0.31 2.46±0.05 C10 21.22±0.36 8.17±0.08 19.74±0.13 2.03±0.08 C11 17.08±0.56 6.67±0.03 10.10±0.16 2.05±0.04 C12 13.96±0.23 6.86±0.02 7.60±0.19 1.11±0.04 C13 19.38±0.36 6.15±0.03 7.87±0.07 1.55±0.05 C14 20.80±0.55 5.60±0.03 4.63±0.10 0.52±0.01 2.3 紫苏品质因子分析
2.3.1 公因子提取
对紫苏叶片9种基本营养成分和活性物质以及4种矿物质进行因子分析，经KMO和Bartlett检验，KMO=0.4830，P=0.004。由表3可知，前4个因子的特征值大于1，分别为4.71、3.94、1.23和1.02，累计贡献率为83.80%，保留了原始数据的大部分信息，故提取4个因子进行后续分析。因子1贡献率为30.27%，主要代表粗纤维、可溶性糖、Fe、Zn 、Mn、Cu等指标，主要反映“糖和矿质元素”等营养品质。因子2贡献率为22.22%，主要代表可溶性蛋白、黄酮和总酚，主要反映“活性物质”等营养品质。因子3贡献率为19.52%，主要代表粗蛋白、总游离氨基酸和VC，主要反映“蛋白质”品质。因子4贡献率为11.79%，主要代表粗脂肪，主要反映“脂肪”品质。
表 3 因子载荷矩阵Table 3. Factor load matrix指标 因子1 因子2 因子3 因子4 粗蛋白 −0.42 0.34 0.65 −0.40 粗纤维 −0.71 −0.39 −0.14 0.10 粗脂肪 0.14 0.03 0.09 0.92 总游离氨基酸 0.23 0.38 0.74 0.39 可溶性蛋白 0.20 0.84 0.38 0.00 可溶性糖 0.92 −0.02 −0.05 0.20 黄酮 −0.06 0.90 0.36 0.10 总酚 0.28 0.86 −0.01 −0.03 VC 0.01 0.16 0.94 0.04 Fe 0.51 −0.34 −0.45 0.31 Zn 0.81 0.22 −0.27 0.27 Mn 0.82 0.06 0.29 −0.13 Cu 0.80 0.20 −0.15 0.36 特征值 4.71 3.94 1.23 1.02 方差贡献率（%） 30.27 22.22 19.52 11.79 累计贡献（%） 30.27 52.49 72.01 83.80 2.3.2 因子得分和排名
如表4，在第一公因子中，14个品系因子得分介于−2.17~1.45，以C10最高，其次为C09、C01和C03，得分依次为0.98、0.83和0.75，明显大于其他品系，说明这些紫苏品系含有相对丰富的可溶性糖和Fe、Zn、Mn、Cu矿质元素，而含有较低的粗纤维。在第二因子中，C05和C11得分分别为2.27和1.80，明显大于其他品系（得分−1.15~0.60），说明这2个品系的可溶性蛋白以及黄酮和总酚等含量相对较高。在第三因子中，各品系因子得分介于−1.15~2.33，以C06最高，其次为C09和C11（得分分别为1.23和0.99），说明这些品系含有较高的粗蛋白、游离氨基酸和VC。在第四因子中，C06和C02得分最高，分别为1.94和1.66，其次为C05和C04，得分分别为0.95和0.85，这4个品系因子得分明显高于其余品系（得分−1.34~0.08），表明其含有更丰富的粗脂肪。利用表3中每个因子的方差贡献率作为权重，计算各品系四个因子的综合得分，结果如表4显示，综合得分以C05最高，为0.65，其次为C12，得分为0.52， 得分较高的还有C11、C06和C10，分值依次为0.41、0.35和0.26，得分最低为C14和C15，分别为−0.65和−0.91。综上，C05可溶性蛋白、粗脂肪、黄酮和总酚等含量丰富，综合品质最佳，C12粗蛋白含量高，且富含黄酮和VC，而C11总酚含量高，并含有较多的可溶性糖、黄酮和VC，三者可作为菜用或功能性食品开发；C06含有丰富的粗蛋白、粗脂肪、游离氨基酸和VC含量，而C10含有丰富的可溶性糖和矿物质，两者均适合菜用。
表 4 不同紫苏品系因子得分及综合品质得分Table 4. Factor scores and comprehensive quality scores of different purple Perilla frutescens lines编号 因子1 因子2 因子3 因子4 综合得分 C05 0.27 2.27 −0.25 0.95 0.65 C12 0.09 1.80 0.99 −0.86 0.52 C11 1.45 0.01 0.59 −1.20 0.41 C06 −0.76 −0.48 2.33 1.94 0.35 C10 0.98 −0.97 1.23 −0.50 0.26 C04 0.46 0.60 −1.07 0.85 0.17 C03 0.75 −0.35 −0.58 −0.26 0.00 C02 0.22 −0.43 −0.95 1.66 −0.02 C08 0.28 −0.43 −0.24 −0.05 −0.06 C01 0.83 −1.15 −0.90 0.08 −0.17 C09 0.02 −0.69 −0.14 −0.37 −0.22 C13 −0.96 0.35 0.26 −1.34 −0.32 C14 −1.44 0.27 −1.15 −0.44 −0.65 C15 −2.17 -0.78 −0.11 −0.46 −0.91 2.4 精油成分分析
紫苏精油类型复杂，其生理活性也不尽相同[35-38]。为此本文也对14份紫叶紫苏的精油成份进行了分析，如表5，14份紫苏精油的干物质含量介于0.25%~1.09%，除了C12和C14外，其余品系挥发油含量均高于0.40%，达到中国药典规定的标准[18]。主要化学物质包括1-（2-呋喃基）-1,4-戊二酮、L-紫苏醛、香薷酮、石竹烯、肉豆蔻醚等12种主要化合物（含量>5%），占检出总物质含量的67.9%~92.5%。共同含有的化学物质为1-（2-呋喃基）-1,4-戊二酮（1.7%~69.8%）、紫苏醛（0.4%~49.8%）、石竹烯（9.3%~20.7%）和反式-α-香柑油烯（8.5%~15.9%），而含量在不同材料中差异较大。其中，紫苏醛为中国药典规定的特征成分[18]。
表 5 不同紫叶紫苏品系精油主要化学成分及含量（%）Table 5. Chemical constituents and contents of essential oils from different purple Perilla frutescens lines (%)主要成分 C01 C02 C03 C04 C05 C06 C07 C08 C09 C10 C11 C12 C13 C14 D-柠檬烯 5.6 6.9 / 0.4 1.8 / 1.7 / 5.0 / 0.2 0.3 / 3.0 香薷酮 / / 11.7 / / / / / 0.8 / 0.7 14.0 2.8 / 1-（2-呋喃基）-1,4-戊二酮 1.7 7.9 57.2 57.7 6.6 25.9 24.4 12.7 4.2 69.8 45.0 2.9 3.8 4.8 trans-Shisool 0.7 / / / 6.1 0.4 6.0 / 1.6 / 0.3 0.4 / 2.0 L-紫苏醛 37.4 42.5 1.4 0.7 27.1 3.2 29.9 1.2 42.4 0.4 2.4 2.2 49.8 33.1 β-去氢香薷酮 / / 1.1 0.4 / / / / / / 10.2 8.3 / / 石竹烯 14.1 15.9 9.3 11.6 15.4 10.4 12.5 14.3 15.1 9.9 11.6 11.0 20.7 14.2 反式-α-香柑油烯 15.9 11.0 8.5 11.5 12.2 10.1 11.4 13.9 9.9 9.6 12.9 9.5 15.4 11.8 肉豆蔻醚 / / / / 4.7 0.8 0.5 46.8 1.9 / / / / 0.6 石竹烯氧化物 / / 1.0 1.2 5.2 2.9 2.6 0.6 1.1 0.7 / 3.9 / 3.0 芹菜脑 / / / / / 14.1 / / / / / / / 1.1 2-烯丙基-6-甲基苯酚 / / / / / / / / / / / 25.4 / / 合计（%） 75.4 84.2 90.2 83.6 79.1 67.9 88.9 89.5 82.0 90.4 83.5 77.9 92.5 73.7 精油型 PA PA EK+ MP PA MP PA PP-m PA MP MP EK+ PA PA 精油得率（%） 0.58 0.49 1.07 0.49 0.56 0.48 0.72 0.59 0.71 1.09 0.53 0.25 0.99 0.25 注：数值为3次检测的平均值，均以百分含量表示；“/”表示未检测到该物质。 根据不同材料精油中的主要化学物质，14份材料可被分为富含L-紫苏醛的PA型、富含肉豆蔻醚的PP-m型、主含香薷酮的非典型EK（EK+型）以及富含1-（2-呋喃基）-1,4-戊二酮（1-（Furan-2-yl）-4-methylpentan-1-one，MP）的MP型四种类型。其中，1-（2-呋喃基）-1,4-戊二酮在国内紫苏精油成分分析中也有报道[39]，但MP型尚未明确划分为紫苏的一种精油类型。紫苏精油的新类型在其他研究中也有报道，如Zhang等[40]曾报道紫苏含有AL（apiol）和DEK（dehydroelsholtzia ketone）等新的精油型，郭佳琪等[41]也第一次报道了以倍半萜成分为主PS（S为sesquiterpene 简写）型。第一类PA型紫苏中包含了C01、C02、C05、C07、C09以及两个回回苏变种C13和C14等7个品系，与前人报道的紫叶紫苏（尤其是叶片两面紫色）和回回苏以PA型为主的结果基本一致[42]。7个品系中L-紫苏醛的含量为27.1%~42.5%，以C13含量最高，C05含量最低。该类型紫苏精油中柠檬烯含量最高为C02，为6.9%，而国内报道的PA型紫苏中柠檬烯最高可达28%[43]。此外，C07含有24.4% 1-（2-呋喃基）-1,4-戊二酮；第二类PP-m型包含C08一个品系， 其肉豆蔻醚含量为46.8%，此外还含有12.7% 1-（2-呋喃基）-1,4-戊二酮、14.3%石竹烯和13.9%反式-α-香柑油烯。第三类EK+型，包含C03和C12两个材料，分别含有11.7%和14.0%的香薷酮。而C03含有57.2%的1-（2-呋喃基）-1,4-戊二酮，也可归为第四类MP型。C12含有25.4% 2-甲基-6-（2-丙烯基）-苯酚，该物质在其余13种紫苏中均未检测到，在以往紫苏精油成分的报道中也鲜有报道。第四类MP型，包含C04、C06、C10和C11等材料，主成分1-（2-呋喃基）-1,4-戊二酮的含量依次为57.7%、25.9%、69.8%和45.0%。此外，C06中含有14.1%芹菜脑，该物质另外只在C14中检测到（1.1%）。C11中检测到10.2% β-去氢香薷酮，该物质在C12中也较为丰富，而在其他材料中未检测到或含量极低（C03和C04分别为1.1%和0.4%）。通过上述分析，C01、C02、C05、C07、C09和C13等6个品系精油类型和精油含量均达到中国药典规定的标准[18]，可初步选用为药用型紫苏。
2.5 聚类分析
以13个营养指标进行聚类分析，如图1所示，当欧式距离为5.4686时，14份紫苏材料可分为3大类，如图1所示，第I类包含8个材料，分别为C01、C02、C03、C04、C07、C08、C09和C10，该类可溶性糖平均含量58.33 g/kg，Fe、Zn、Mn和Cu平均含量依次23.98、7.81和12.00和2.26 mg/kg，均为3类中最高，因此为“高糖、高矿物质组”。该组的精油型包含PA型（C01、C02、C07和C09）、EK+型（C03）、MP型（C04、C10和C11）和PP-m型（C08）；第II类包含3个材料，分别为C05、C06和C11，该类粗蛋白和粗脂肪平均含量分别为18.47和3.27 g/100 g，总游离氨基酸、可溶性蛋白、黄酮和总酚平均含量依次为1.37、2.09、22.29和88.31 g/kg，VC平均含量5.64 mg/100 g，均为3类中最高，可概括为“高脂、高蛋白、高活性成分组”。该组的精油型包含PA型（C05）和MP型（C06和C11）；第III类包含3个材料，分别为C12、C13和C14，该类粗纤维平均含量最高，为8.90 g/100 g，而粗脂肪（8.90 g/100 g）、总游离氨基酸（0.24 g/kg）、可溶性蛋白（1.37 g/kg）、可溶性糖（36.93 g/kg）、总酚（73.67 g/kg）、Fe（18.05 mg/kg）、Zn（6.20 mg/kg）、Mn（6.70 mg/kg）和Cu（1.06 mg/kg）等其他营养品质平均含量均为最低，可称为“高纤维、低营养组”。该组的精油型包含PA型（C13和C14）和EK+型（C12）。因此，第I类中的C01等8份紫苏可作为高糖、高矿物质的菜用型紫苏加以利用；第II类中C05、C06和C11可作为高脂、高蛋白、高活性物质的菜用型紫苏进行利用；同时结合精油型可选择C05作为药食兼用型紫苏。
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图 1 14份紫叶紫苏品质的系统聚类分析Figure 1. Systematic cluster analysis on the quality of 14 purple Perilla frutescens lines3. 结论
对14份紫叶紫苏的基本营养成分、活性物质、矿物质和精油成份等多个指标进行检测与分析，结果显示C12的粗蛋白含量最高，C06的粗脂肪、总游离氨基酸和VC含量最高，C05的可溶性蛋白、黄酮和Zn含量最高，C04的可溶性糖和Fe含量最高，C11的总酚含量最高，C10的Mn含量最高，C02的Cu含量最高。通过因子分析得出，C05综合品质最佳，C12、C11、C06和C10综合品质优良。系统聚类分析可将14份紫苏分为“高糖高矿物质组”、“高脂高蛋白高活性成分组”和“高纤维低营养组”三类，与因子分析结果基本一致，综合因子得分前5位的C05、C06和C11属于“高脂高蛋白高活性成分组”，C10属于“高糖高矿物质组”。精油成份分析显示，14份紫苏的精油型有PA型、PP-m型、EK+型和MP型4种，其中PA型紫苏有7份，且C01、C02、C05、C07、C09和C13精油含量达到药典规定标准，并以C13精油含量最高（0.99%）。综上，C05叶片综合营养品质最佳，且为精油含量丰富的PA型紫苏，可作为药食兼用型紫苏加以开发；C12、C11和C06和C10等营养品质突出，可作为菜用，其中C11总酚、黄酮等活性物质丰富，适合用于功能性食品开发。此外，还可以根据其他具体使用目的，选择高可溶性糖（C04）、高矿物质（C02等）、高精油含量（C13）等相应品系进行利用。本研究筛选出了适合食用以及药食兼用的紫苏品系，后续将对各材料产量进行考察，并对其配套栽培技术加以研究。
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图 1 14份紫叶紫苏品质的系统聚类分析
Figure 1. Systematic cluster analysis on the quality of 14 purple Perilla frutescens lines
表 1 不同紫叶紫苏叶片基本营养成分和活性物质含量
Table 1 Contents of basic nutrients and active substances in different purple Perilla frutescens lines
材料编号 粗蛋白
（g/100 g）粗脂肪
（g/100 g）粗纤维
（g/100 g）可溶性蛋白
（g/kg）总游离氨基酸
（g/kg）可溶性糖
（g/kg）黄酮
（g/kg）总酚
（mg/kg）VC
（mg/100 g）C01 13.10±0.04 2.70±0.01 8.10±0.04 0.99±0.04 0.38±0.02 61.47±0.53 13.28±0.68 74.13±0.57 1.35±0.13 C02 12.87±0.07 3.92±0.01 7.57±0.05 1.22±0.10 0.49±0.02 57.16±0.66 15.18±0.69 72.69±0.42 1.39±0.14 C03 15.72±0.04 2.76±0.01 6.84±0.06 1.39±0.04 0.53±0.01 55.25±0.91 16.05±0.58 75.10±0.48 1.16±0.19 C04 15.16±0.07 3.28±0.02 7.63±0.02 1.73±0.06 0.68±0.01 61.54±0.30 17.12±0.83 87.73±0.34 1.22±0.29 C05 18.02±0.01 3.54±0.02 7.47±0.02 2.49±0.15 1.14±0.03 53.31±0.43 24.35±0.79 91.84±0.15 2.34±0.17 C06 18.48±0.04 4.19±0.02 8.50±0.03 1.62±0.06 1.57±0.01 48.89±0.27 19.46±0.73 73.91±0.17 8.17±1.27 C07 17.29±0.04 3.01±0.03 7.90±0.01 1.32±0.04 0.57±0.01 54.21±0.42 13.47±0.39 74.96±0.34 1.32±0.17 C08 16.84±0.07 2.35±0.01 8.30±0.01 1.38±0.08 0.67±0.01 59.47±0.75 14.76±0.47 69.44±0.09 1.22±0.13 C09 17.59±0.04 2.28±0.02 8.09±0.01 1.59±0.04 1.10±0.03 58.60±0.74 14.98±0.56 72.77±0.36 5.43±0.48 C10 17.25±0.07 2.75±0.03 6.89±0.01 1.91±0.06 0.48±0.01 58.90±0.65 17.30±0.79 81.85±0.65 4.07±0.48 C11 18.90±0.04 2.07±0.01 6.59±0.01 2.15±0.03 1.39±0.01 53.32±0.41 23.08±0.71 99.18±0.60 6.42±1.72 C12 19.52±0.04 2.13±0.02 7.70±0.01 1.51±0.11 0.34±0.01 43.04±0.28 18.43±0.14 75.87±0.30 3.73±1.66 C13 16.10±0.07 2.18±0.01 9.84±0.01 1.24±0.04 0.17±0.01 38.86±0.19 16.53±0.56 85.87±0.14 1.19±0.08 C14 19.07±0.04 2.41±0.02 9.18±0.01 1.37±0.01 0.20±0.01 28.90±0.42 15.01±0.48 59.26±2.43 1.70±0.08 注：数据以平均值±标准误表示；表2同。 
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表 2 不同紫叶紫苏品系矿物质含量（mg/kg）
Table 2 Mineral content in different purple Perilla frutescens lines (mg/kg)
材料编号 Fe Zn Mn Cu C01 27.64±0.98 8.19±0.07 11.99±0.09 2.00±0.07 C02 23.63±0.13 8.05±0.03 8.46±0.22 2.61±0.09 C03 27.86±0.48 7.70±0.07 12.13±0.33 2.05±0.06 C04 27.68±0.51 8.09±0.11 9.43±0.31 2.37±0.05 C05 20.84±0.07 8.94±0.13 13.00±0.30 2.56±0.06 C06 18.97±0.33 6.53±0.07 10.81±0.13 1.59±0.05 C07 16.51±0.19 6.87±0.13 8.64±0.02 2.14±0.02 C07 18.82±0.32 8.02±0.11 10.92±0.17 2.42±0.09 C08 21.41±0.39 6.74±0.06 8.91±0.26 2.12±0.06 C09 23.62±0.54 7.53±0.09 14.43±0.31 2.46±0.05 C10 21.22±0.36 8.17±0.08 19.74±0.13 2.03±0.08 C11 17.08±0.56 6.67±0.03 10.10±0.16 2.05±0.04 C12 13.96±0.23 6.86±0.02 7.60±0.19 1.11±0.04 C13 19.38±0.36 6.15±0.03 7.87±0.07 1.55±0.05 C14 20.80±0.55 5.60±0.03 4.63±0.10 0.52±0.01
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表 3 因子载荷矩阵
Table 3 Factor load matrix
指标 因子1 因子2 因子3 因子4 粗蛋白 −0.42 0.34 0.65 −0.40 粗纤维 −0.71 −0.39 −0.14 0.10 粗脂肪 0.14 0.03 0.09 0.92 总游离氨基酸 0.23 0.38 0.74 0.39 可溶性蛋白 0.20 0.84 0.38 0.00 可溶性糖 0.92 −0.02 −0.05 0.20 黄酮 −0.06 0.90 0.36 0.10 总酚 0.28 0.86 −0.01 −0.03 VC 0.01 0.16 0.94 0.04 Fe 0.51 −0.34 −0.45 0.31 Zn 0.81 0.22 −0.27 0.27 Mn 0.82 0.06 0.29 −0.13 Cu 0.80 0.20 −0.15 0.36 特征值 4.71 3.94 1.23 1.02 方差贡献率（%） 30.27 22.22 19.52 11.79 累计贡献（%） 30.27 52.49 72.01 83.80
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表 4 不同紫苏品系因子得分及综合品质得分
Table 4 Factor scores and comprehensive quality scores of different purple Perilla frutescens lines
编号 因子1 因子2 因子3 因子4 综合得分 C05 0.27 2.27 −0.25 0.95 0.65 C12 0.09 1.80 0.99 −0.86 0.52 C11 1.45 0.01 0.59 −1.20 0.41 C06 −0.76 −0.48 2.33 1.94 0.35 C10 0.98 −0.97 1.23 −0.50 0.26 C04 0.46 0.60 −1.07 0.85 0.17 C03 0.75 −0.35 −0.58 −0.26 0.00 C02 0.22 −0.43 −0.95 1.66 −0.02 C08 0.28 −0.43 −0.24 −0.05 −0.06 C01 0.83 −1.15 −0.90 0.08 −0.17 C09 0.02 −0.69 −0.14 −0.37 −0.22 C13 −0.96 0.35 0.26 −1.34 −0.32 C14 −1.44 0.27 −1.15 −0.44 −0.65 C15 −2.17 -0.78 −0.11 −0.46 −0.91
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表 5 不同紫叶紫苏品系精油主要化学成分及含量（%）
Table 5 Chemical constituents and contents of essential oils from different purple Perilla frutescens lines (%)
主要成分 C01 C02 C03 C04 C05 C06 C07 C08 C09 C10 C11 C12 C13 C14 D-柠檬烯 5.6 6.9 / 0.4 1.8 / 1.7 / 5.0 / 0.2 0.3 / 3.0 香薷酮 / / 11.7 / / / / / 0.8 / 0.7 14.0 2.8 / 1-（2-呋喃基）-1,4-戊二酮 1.7 7.9 57.2 57.7 6.6 25.9 24.4 12.7 4.2 69.8 45.0 2.9 3.8 4.8 trans-Shisool 0.7 / / / 6.1 0.4 6.0 / 1.6 / 0.3 0.4 / 2.0 L-紫苏醛 37.4 42.5 1.4 0.7 27.1 3.2 29.9 1.2 42.4 0.4 2.4 2.2 49.8 33.1 β-去氢香薷酮 / / 1.1 0.4 / / / / / / 10.2 8.3 / / 石竹烯 14.1 15.9 9.3 11.6 15.4 10.4 12.5 14.3 15.1 9.9 11.6 11.0 20.7 14.2 反式-α-香柑油烯 15.9 11.0 8.5 11.5 12.2 10.1 11.4 13.9 9.9 9.6 12.9 9.5 15.4 11.8 肉豆蔻醚 / / / / 4.7 0.8 0.5 46.8 1.9 / / / / 0.6 石竹烯氧化物 / / 1.0 1.2 5.2 2.9 2.6 0.6 1.1 0.7 / 3.9 / 3.0 芹菜脑 / / / / / 14.1 / / / / / / / 1.1 2-烯丙基-6-甲基苯酚 / / / / / / / / / / / 25.4 / / 合计（%） 75.4 84.2 90.2 83.6 79.1 67.9 88.9 89.5 82.0 90.4 83.5 77.9 92.5 73.7 精油型 PA PA EK+ MP PA MP PA PP-m PA MP MP EK+ PA PA 精油得率（%） 0.58 0.49 1.07 0.49 0.56 0.48 0.72 0.59 0.71 1.09 0.53 0.25 0.99 0.25 注：数值为3次检测的平均值，均以百分含量表示；“/”表示未检测到该物质。
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