不同品种软枣猕猴桃品质指标的主成分分析

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(锦州医科大学食品科学与工程学院,辽宁锦州 121001)

软枣猕猴桃(Actinidiaarguta)别名圆枣子、奇异莓、软枣莓,为侧膜胎座目,猕猴桃科,猕猴桃属,软枣猕猴桃种,落叶藤本植物[1-3],是一种体表无毛,清洗即食的新型水果,在我国分布广泛,适于生长在气候凉爽湿润,水分充足的地方[4-5]。它富含多种营养成分,其中维生素C含量极其丰富,具有清热降火、延缓衰老、改善血液循环、治疗溃疡病等作用[6-8]。

目前,国内对软枣猕猴桃的研究主要集中在栽植技术、组织培养、贮藏保鲜等方面,如黄圆博等[9]以腐叶土为基质利用硬质扦插、绿枝扦插、嫁接等技术培养软枣猕猴桃果苗的成活率;崔雪艳[10]通过植物组织培养,对软枣猕猴桃的快速繁殖进行研究;焦中高等[11]采用UV-C辐射处理对软枣猕猴桃的贮藏期进行研究。国外对软枣猕猴桃的研究主要集中在品种选育、人工栽培等,如新西兰已培育出一些软枣猕猴桃品种[12],美国和智力把软枣猕猴桃作为“baby-kiwi”出口到日本销售[13],而且软枣猕猴桃在日本得到了开发利用,片冈等[14]对软枣猕猴桃的多倍体变异性进行了研究。此外，Li Xia等[15]对软枣猕猴桃果实的抗炎性进行了研究。Myma等[16]用高效液相法测定了软枣猕猴桃中的抗坏血酸及有机酸等成分。如今国内外软枣猕猴桃品种丰富,但收获期集中在9月,贮藏期短,对各品种软枣猕猴桃产品的开发利用研究较少[17-18]。

为满足软枣猕猴桃的市场需求,增强人们对软枣猕猴桃的进一步了解,通过比较不同品种软枣猕猴桃的外观品质、营养成分等指标,分析不同品种果实的品质差异,采用主成分分析法对同一栽培地中8个品种软枣猕猴桃的单果重、色差值、果型指数、可溶性固形物、可滴定酸、维生素C、叶绿素、游离酚、结合酚、游离型黄酮、结合型黄酮、游离型1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)、结合型DPPH清除率等进行系统分析,通过分析各个品种软枣猕猴桃的品质特性,为软枣猕猴桃进一步的品质改良、合理选择和开发利用提供研究基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

软枣猕猴桃 品种分别为野生、LD133、LD241、桓优一号、金香玉、腾龙、小龙二、大龙二,均在2017年9月1日采于辽宁省丹东市软枣猕猴桃种植基地；无水乙醇、丙酮 分析纯,天津市大茂化学试剂厂;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼、福林酚试剂、草酸、标准抗坏血酸、酚酞 天津市福晨化学试剂厂;邻苯二甲酸氢钾、碳酸钙粉、碳酸钠、硝酸铝、亚硝酸钠、氢氧化钠 天津市天新精细化工开发中心;2,6-二氯酚靛酚 阜阳曼林生物技术有限公司。

Anke TGL-16G高速台式离心机 上海安亭科学仪器厂;SHA-B水浴恒温振荡器 金坛市科析仪器有限公司;MIR-254-PC低温恒温培养箱 日本松下;JYL-C020九阳料理机 九阳股份有限公司;JA1003N电子天平、可读式游标卡尺 上海精密科学仪器有限公司;CR-400型色差仪 日本美能达公司;WYT-4型手持糖度计 中外合资中友光学仪器有限公司;UV-5100紫外可见分光光度计 上海元析仪器有限公司;DK-98-1型电热恒温水浴锅 天津市泰斯特仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 原料处理 将新鲜采摘的软枣猕猴桃去梗、洗净,用滤纸除去果实表面的水分,从8个品种软枣猕猴桃中分别选取100个,每个品种尽量选取大小均匀和硬度相近的果实,使不同品种的软枣猕猴桃各具代表性,立即对其进行外观品质测定,其余分别用九阳料理机研磨打浆,置于-80 ℃的超低温冰箱中保存备用。

1.2.2 不同品种软枣猕猴桃外观品质指标的测定

1.2.2.1 单果重 电子天平称量,随机选取20个果实,随机选取3次,每个果实称量2次并求其平均值;1.2.2.2 色度 测量果实赤道中部及两测的L*、a*、b*值。求饱和度c、色调角h、色度(GIRG)。

1.2.2.3 果型指数 可读式游标尺测量果实的横径和纵径。

1.2.3 不同品种软枣猕猴桃营养指标测定 可溶性固形物(TSS)测定、叶绿素测定、维生素C测定、可滴定酸测定均参照《果蔬采后生理生化实验指导》中的测定方法进行测定[19]。

1.2.4 不同品种软枣猕猴桃供试品溶液制备 称取软枣猕猴桃匀浆10.0 g,加80%乙醇25 mL[20],4 ℃ 300 W超声处理1 h,4 ℃恒温浸提12 h,在4 ℃ 20000 r/min下离心20 min,取上清液,相同提取条件下,将剩余残渣提取3次,合并上清液[21],置于100 mL容量瓶中,作为测定游离型黄酮、游离酚、游离型DPPH自由基清除率的供试品溶液。

将20 mL 2 mol/L的氢氧化钠溶液加入上述剩余残渣中,25 ℃恒温振荡3 h,用2 mol/L 盐酸溶液调至中性,抽滤,取滤液并用蒸馏水定容于100 mL的容量瓶中[22],作为测定结合型黄酮、结合酚、结合型DPPH自由基清除率的供试品溶液。

1.2.5 不同品种软枣猕猴游离酚和结合酚含量的测定 游离酚(dissociate total phenol,DTP)和结合酚(combine total phenol,CTP)含量测定:参照张金宏和王振宇等方法[23-24],得线性回归方程为y=83.5x-0.0095(R2=0.9994),测定结果以每克软枣猕猴桃果实中所含的没食子酸当量(mg gallic acid equivalent/g,mg GAE/g)表示。

1.2.6 不同品种软枣猕猴桃黄酮含量的测定 游离型总黄酮(dissociate total flavone,DTF)和结合型总黄酮(combinetotalflavone,JTF)含量测定:参照孟庆焕等方法[25],得线性回归方程为y=0.01x+0.0019(R2=0.9997),测定结果以每克软枣猕猴桃果浆中芦丁当量(mg rutin equivalent/g,mg GAE/mL)表示。

1.2.7 不同品种软枣猕猴桃DPPH自由基清除率的测定 游离型DPPH自由基清除率和结合型DPPH自由基清除率测定:参照闫琳娜的方法[26],根据DPPH自由基清除率公式计算。

式中:A1为提取液与DPPH溶液反应后的吸光度;A2为DPPH乙醇溶液的吸光度;A3为提取液与无水乙醇反应后的吸光度。

1.3 软枣猕猴桃品质指标的主成分分析

采用主成分分析法对8种软枣猕猴桃中13项品质指标进行分析,其中包括单果重、色度值、果型指数、可溶性固形物、维生素C、可滴定酸、叶绿素、游离酚、结合酚、游离型总黄酮、结合型总黄酮、游离型DPPH自由基清除率、结合型DPPH自由基清除率,通过分析软枣猕猴桃中主成分分析法的特征值和贡献率,再综合累计贡献率,对软枣猕猴桃的品质指标进行系统评价[27-29]。

1.4 数据处理

实验数据采用WPS表格软件建立数据库,用SPSS Statistic 17.0软件对软枣猕猴桃的品质指标进行主成分分析[30]。

2 结果与分析

2.1 软枣猕猴桃品质指标的测定结果

8种软枣猕猴桃的13项品质指标的测定结果见表1。由表1可知,不同品种的软枣猕猴桃在13个品质指标中存在着差异,变异系数最大的是维生素C含量,其数值为0.37,变异系数最小的是可溶性固形物含量,其数值为0.11。综上所述,软枣猕猴桃品种间各项品质指标变异系数均有差异,表明各品种之间的品质存在差异。虽单个品质指标的变异系数并不大,但综合13个品质指标后,差异较为明显。

表1 8种软枣猕猴桃的品质指标Table 1 The quality indexes of Actinidia arguta from 8 varieties

2.2 软枣猕猴桃品质指标的主成分分析

2.2.1 数据标准化 软枣猕猴桃的13种品质指标的单位不同,量程大小不一,需对13种品质指标的原始数值进行标准化处理,处理后可避免不同单位和量程不一的影响。处理后数据见表2。

表2 13个品质指标的标准化数据Table 2 The standardized data for 13 quality evaluation indexes

2.2.2 主成分分析 由表3可知,特征值大于1的主成分有四个,且这四个成分的方差贡献率之和在90%以上,即代表性大,其余成分的特征值均趋于平坦且数值小于1,即代表性小。软枣猕猴桃中前四个主成分的方差贡献率分别为36.645%、28.613%、16.887%、9.508%。累积方差贡献率为91.652%,也可看出四个主成分的显著代表性。

表3 各品种软枣猕猴桃品质主成分的方差贡献率Table 3 The variance contribution rates of principal component to the quality characteristics of Actinidia arguta

由表4可知,采用主成分分析法中具有Kaiser 标准化的正交旋转法。旋转后,四个主成分互不关联,各自都具有代表性。所以选用四个主成分来代替原有13个成分对软枣猕猴桃进行分析,旨在不影响综合评价软枣猕猴桃品质的基础上,降低其工作量。

表4 软枣猕猴桃成分得分协方差矩阵Table 4 Covariance matrix of component score of Actinidia arguta

由图1可知软枣猕猴桃中不同营养指标对主成分的影响,其中游离型和结合型DPPH自由基清除率、游离型和结合型黄酮、维生素C、叶绿素对成分的影响较大。

图1 软枣猕猴桃旋转空间中的成分图Fig.1 The rotated space component of kiwi fruit

表5为软枣猕猴桃品质指标的主成分载荷矩阵,它可反映各主成分对软枣猕猴桃品质的影响程度。由表5可知,对第一主成分产生正向影响的品质指标有结合型DPPH自由基清除率、游离型DPPH自由基清除率、游离型黄酮、维生素C、叶绿素。其中,结合型DPPH自由基清除率载荷数最大,数值为0.891,其次为游离型DPPH自由基清除率,数值为0.889。载荷较高但对第一主成分产生负向影响的理化指标有可滴定酸,其数值为-0.572。第一主成分大时,正向影响最大,DPPH自由基清除率载荷数为0.891,结合型黄酮和维生素C的载荷数分别为0.812、0.707。因为结合型DPPH自由基清除率、游离型DPPH自由基清除率、黄酮类、维生素C等都属于抗氧化性物质,因此第一主成分含量高的软枣猕猴桃种类具有极强的抗氧化特性,抗氧化性物质够消除过多的氧化自由基,对于许多自由基引起的及老化相关疾病都能够预防。

表5 软枣猕猴桃品质指标的主成分载荷矩阵Table 5 The loading matrix of four principal components

对第二主成分产生负向影响的理化指标有结合酚、结合型黄酮、游离酚,对第二主成分负向影响最大的是结合酚,载荷数为-0.912。结合型黄酮和游离酚的载荷数依次为-0.681、-0.644。第二主成分大时,可滴定酸的含量值会相应增大,而结合酚、结合型黄酮、游离酚这三个指标值会减小。第二主成分正向影响中,以可滴定酸的载荷数最大,可滴定酸的含量与pH成正相关,选取酸度适宜的软枣猕猴桃,可用于食品的加工、发酵等。如益生性乳酸菌适宜生长的pH范围在4.0～6.7之间[22],可从酸度适宜的软枣猕猴桃中,通过富集培养提取其益生菌乳酸菌,并用于自身发酵,从而得到一种新型的益生性乳酸菌果浆饮料。

对第三主成分产生较大正向影响的理化指标有TSS和果型指数,载荷数分别为0.954、0.807。对第三主成分产生较大负向影响的理化指标有游离型黄酮和结合型黄酮,载荷数分别为-0.405、-0.387,第三主成分大时,TSS值和果型指数值也相应增大,而游离型黄酮和结合型黄酮的含量值均会减小。第三主成分正向影响大的成分以可溶性固形物含量最为突出,载荷数最大,可溶性固形物含量高的软枣猕猴桃,营养成分也非常丰富,口感优越,适于食用及制造果脯、果酒等加工型产品。

对第四主成分中产生正向影响最大的品质指标是色度值。说明第四主成分大时,色度值也大。色泽是影响消费者购买欲的重要因素。在市面上,色泽饱满、颜色鲜亮的果实更能引起消费者的购买欲。可通过人工培育,如杂交育种、诱变育种等方式，选育出营养丰富且更加美观的软枣猕猴桃。

可得4个函数表达式:

Z1=0.408X1+0.407X2+0.395X3+0.324X4+0.316X5-0.224X6-0.001X7+0.173X8+0.216X9-0.262X10+0.073X11+0.262X12+0.283X13

Z2=0.170X1+0.166X2+0.025X3+0.251X4-0.334X5+0.473X6-0.395X7+0.386X8-0.353X9+0.324X10-0.042X11-0.042X12+0.077X13

Z3=0.157X1+0.158X2-0.274X3+0.027X4+0.009X5+0.077X6+0.078X7-0.261X8-0.005X9+0.289X10+0.645X11+0.545X12+0.006X13

Z4=-0.183X1-0.193X2-0.068X3+0.398X4-0.274X5-0.014X6+0.032X7-0.287X8+0.386X9+0.266X10-0.159X11-0.038X12+0.604X13

Z1、Z2、Z3、Z4分别代表第一、第二、第三、第四,四个主成分的特征向量权重值。

4个表达式中,X1为结合型DPPH自由基清除率、X2为游离型DPPH自由基清除率、X3为游离型黄酮、X4为维生素C、X5为叶绿素、X6为结合酚、X7为单果重、X8为结合型黄酮、X9为游离酚、X10为可滴定酸、X11为可溶性固形物、X12为果型指数、X13为色差值。由方差贡献率和主成分函数表达式求综合评价函数可得:F=0.37Z1+0.29Z2+0.17Z3+0.10Z4。

根据主成分综合批评函数值可知8个品种的软枣猕猴桃的综合得分和排序结果(表6),综合得分在前二位的软枣猕猴桃是 LD241和大龙二。

表6 8个品种软枣猕猴桃主成分因子得分Table 6 Scores of the principal component factor from 8 varieties of Actinidia arguta

根据表5可知,对第一主成分的正向影响最为显著的指标有结合型DPPH自由基清除率和游离型DPPH自由基清除率。由表1可知,结合型DPPH自由基清除率和游离型DPPH自由基清除率含量排在前二位的软枣猕猴桃是大龙二和LD241,因此,大龙二和LD241这二个品种的软枣猕猴桃在第一主成分上得分最高。综合表6,可知大龙二和LD241得分排前二位且第一主成分的方差贡献率最大,因此,这两种软枣猕猴桃的综合评价也在前二位。

虽然野生型软枣猕猴桃结合型DPPH自由基清除率和游离型DPPH自由基清除率含量排在第四位,但其结合酚、结合型黄酮及可滴定酸含量较高,即第二主成分的正向影响较大,因此,野生型软枣猕猴桃在主成分因子得分中位于第三。

LD133的游离型DPPH自由基清除率和结合型DPPH自由基清除率的抗氧化性低,且对第一主成分负向影响大的成分含量高,代表对第一主成分的正向影响小,负向影响大,因此LD133果的主成分因子得分最低。综合得分也最低,位于所有软枣猕猴桃的最后一位。

3 结论

通过测定8个不同品种软枣猕猴桃的外观品质指标及营养含量指标,比较了辽宁省丹东市8个不同主栽品种软枣猕猴桃的品质差异,虽然单个品质指标差异并不明显,可能是与利用自然变异选择突变株有关,这种选育方式降低了软枣猕猴桃品种间的遗传多样性,但综合差异较为明显。通过主成分分析法,可将各个品种的软枣猕猴桃的差异性品质指标进行分类,由此可知,大龙二和LD241这两种软枣猕猴桃的抗氧化性物质含量丰富,可提取出其有效性抗氧化物成分,用于抗氧化活性的深入探讨及功能性食品的研究。LD241软枣猕猴桃的色泽饱满,颜色鲜亮,加强了消费者的购买欲。通过主成分分析法,可提高8个品种软枣猕猴桃的合理利用率,根据需求选取不同品种的软枣猕猴桃进行分类加工利用。为获得品质优良、差异显著及多用途的猕猴桃品种,可采用杂交育种、诱变育种及转基因育种等方法。