草莓汁中糖酸组成分析及在掺假鉴别中的应用

李佳秀,张春岭,刘 慧,陈大磊,刘杰超,焦中高

(中国农业科学院郑州果树研究所,河南郑州 450009)

草莓为蔷薇科草莓属多年生草本植物,其成熟果实含水量高、皮薄、组织娇嫩、肉软多汁,易受微生物浸染,货架期短,不耐贮运,因此常被加工成草莓汁、草莓浆、草莓酱、草莓罐头等产品,以缓解草莓供应期短、上市集中的压力,减少采后损失,并为消费者提供多样化选择[1]。其中,草莓汁因其色泽鲜艳、营养价值高而深受市场欢迎,成为草莓深加工的主导产品。关于草莓汁的加工已有较多研究,但主要集中于加工工艺条件及其对草莓汁理化特性和贮藏性的影响[2-7],关于草莓汁的糖酸组成以及掺假鉴别则未见报道。

表1 供试掺假样品及编号Table 1 Numbers of tested adulterate samples

可溶性糖和有机酸是果汁中主要的营养成分和风味物质,其组成与含量是影响果汁口感、滋味、风味及稳定性的重要因素[8-11]。对果汁中可溶性糖、有机酸的组成与含量进行分析不仅有助于了解果汁的营养与风味特征,而且可利用果汁的糖、酸组成特征对果汁种类及掺假行为进行区分和鉴别。Navarro等[12]采用毛细管区带电泳法对苹果、葡萄、柑橘、橙、菠萝等5种果汁中的可溶性糖含量,发现不同种类果汁中各种可溶性糖的比例存在明显差异,因此可利用不同可溶性糖含量的比值结合化学计量学分析对果汁种类及掺入葡萄汁的橙汁、菠萝汁进行区分;苏光明等[13]通过分析苹果汁和掺假苹果汁中有机酸的组成与含量,利用二元逻辑回归分析建立判别模型,用于掺假苹果汁的鉴别;通过测定葡萄汁中的山梨醇含量可以判别其中是否掺加苹果汁[14];利用有机酸组成及含量结合化学计量学分析也可实现苹果、葡萄、柑橘、橙、菠萝等5种果汁的区分[15]。Nikolaou等[16]通过分析希腊鲜橙汁中有机酸和可溶性糖的组成还实现了对不同产地的区分。

本研究采用高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC)对不同品种草莓果汁中的可溶性糖和有机酸组成与含量进行分析,以了解草莓汁的糖酸组成特征及品种的影响,在此基础上通过对模拟掺假草莓汁的糖酸组成分析结合化学计量学方法探索其在草莓汁掺假鉴别中的应用效果,以期为草莓汁的质量控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

草莓 采自中国农业科学院郑州果树研究所草莓资源圃,共10个品种,分别为丰香(CM1)、甘露(CM2)、京藏香(CM3)、京醇香(CM4)、南方红颜(CM5)、宁玉(CM6)、甜查理(CM7)、章姬(CM8)、紫金香玉(CM9)、佐贺清香(CM10),每个品种在成熟期采收1次,果实采收后立即运抵实验室,剔除病虫害果、腐烂果,选取大小、着色基本一致的果实供制汁用;果胶酶(>40 PA/mg)德国DSM公司;棉子糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨醇、草酸、酒石酸、奎宁酸、苹果酸、莽草酸、乳酸、柠檬酸、富马酸 纯度98%以上,美国Sigma公司;EDTA二钠钙 分析纯,美国Aladdin公司;磷酸 分析纯,天津市致远化学试剂有限公司;磷酸氢二铵 分析纯,天津市科密欧化学试剂有限公司。

1525高效液相色谱仪(配有2707自动进样器、2414示差折光检测器、2998二极管阵列检测器)美国Waters公司;九阳料理机 九阳股份有限公司;L-550离心机 湖南湘仪离心机仪器有限公司;砂芯过滤装置 津腾实验设配有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 草莓汁制备 按照以下工艺制备草莓汁:

草莓果实→去萼片→打浆→灭酶(沸水浴,5 min)→冷却→加果胶酶酶解(0.1%,50 ℃,40 min)→冷却→离心(4000 r/min,10 min)→过滤→草莓汁

制得的草莓汁贮存于-80 ℃超低温冰箱,分析前取出2 mL加水定容至10 mL,用0.22 μm微孔滤膜过滤。

1.2.2 模拟掺假 草莓汁中分别掺加20%、40%、60%、80%、100%的梨汁、苹果汁、桃汁和杏汁作为伪品,样品编号见表1,用于掺假测试的苹果汁、梨汁、桃汁和杏汁的糖酸组成见表2。

1.2.3 可溶性糖组成分析 HPLC法[17],以棉子糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨醇为标准品采用外标法测定草莓汁中可溶性糖的组成与含量。色谱条件为:Waters Sugar-pak1(6.5×300 mm)色谱柱,流动相50 mg/L EDTA二钠钙溶液,流速0.5 mL/min,柱温80 ℃,样品池温度30 ℃,进样体积10 μL。

1.2.4 有机酸组成分析 HPLC法[18],以草酸、酒石酸、奎宁酸、苹果酸、莽草酸、乳酸、柠檬酸、富马酸为标准品采用外标法测定草莓汁中有机酸的组成与含量。色谱条件为:Ultimate® AQ-C18(4.6 mm×250 mm,5 μm)色谱柱,流动相为0.02 mol/L磷酸氢二铵溶液(磷酸调pH为2.4),流速1.0 mL/min,柱温30 ℃,进样体积10 μL,检测波长210 nm。

1.2.5 数据处理 每一试验均进行3次重复,采用SPSS 22.0软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种草莓果汁中可溶性糖的组成与含量

表2 用于掺假测试的梨汁、苹果汁、桃汁和杏汁的糖酸组成Table 2 Compositions of soluble sugars and organic acids in pear,apple,peach and apricot juice for adulteration test

表3 不同品种草莓果汁中可溶性糖的组成与含量Table 3 Composition and contents of soluble sugars in strawberry juices of different varieties

注:同一列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。草莓果汁中的可溶性糖主要由蔗糖、葡萄糖和果糖组成,棉子糖、山梨醇均未检出。由表3可见,不同品种草莓果汁中蔗糖、葡萄糖、果糖及总可溶性糖含量均存在较大差异,变异系数分别为54.53%、11.50%、11.60%和18.15%。供试的10个品种中,南方红颜草莓汁中蔗糖含量最高,而其它品种草莓汁中均以果糖含量为最高,其次为葡萄糖,蔗糖含量相对较低。说明原料品种对草莓果汁中可溶性糖的组成与含量存在较大影响。这与Lerceteau等[19]对草莓果实的研究结果相一致。在所有供试草莓汁中,果糖含量均略高于葡萄糖,而且不同品种草莓果汁中葡萄糖与果糖的比值差异较小,变异系数仅为1.48%,说明草莓汁中葡萄糖与果糖的比值受品种的影响较小,因此可以作为草莓汁质量评定和掺假鉴别的一个重要指标。高海燕等[20]在对不同品种梨汁的研究中也发现,梨汁中葡萄糖、果糖含量及其之间的比值受品种影响较小,因此可作为判断梨原汁质量优劣和真伪的重要指标。

2.2 不同品种草莓果汁中有机酸的组成与含量

草莓果汁中的有机酸主要由苹果酸、柠檬酸和富马酸组成,草酸、酒石酸、奎宁酸、莽草酸、乳酸均未检出。由表4可见,不同品种草莓果汁中苹果酸、柠檬酸、富马酸、总有机酸含量及柠檬酸与苹果酸之间的比值均存在较大差异,其变异系数分别为24.21%、20.33%、42.95%、14.10%和34.67%。说明原料品种对草莓果汁中有机酸的组成与含量存在较大影响。供试的10个品种的草莓汁中,有机酸组成均以柠檬酸含量为最高,占草莓汁中检测到总有机酸含量的62.39%～82.73%,其次为苹果酸,占16.22%～37.51%,富马酸含量很少,仅占0.05%～0.17%。Lerceteau等[19]在对草莓果实的研究中也发现草莓中主要有机酸为柠檬酸和苹果酸,而且柠檬酸含量远高于苹果酸,但没有检测到富马酸。研究表明,樱桃果汁中有机酸组成以苹果酸为主,苹果汁、梨汁、桃汁中含有奎宁酸,而且苹果酸含量一般高于柠檬酸,表现出与草莓汁不同的有机酸组成特征,因此可以利用有机酸组成分析来辨别草莓汁与其他果汁[18]。

表4 不同品种草莓果汁中有机酸的组成与含量Table 4 Composition and contents of organic acids content in strawberry juices of different varieties

注:同一列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

表5 不同品种草莓汁中可溶性糖、有机酸组分的相关性Table 5 Correlations among soluble sugars and organic acids of different raspberry juices

注:*相关性显著(P<0.05);**相关性极显著(P<0.01)。2.3 相关性分析

对不同品种草莓汁中可溶性糖、有机酸组分进行相关性分析,结果见表5。总可溶性糖含量与蔗糖、葡萄糖、果糖含量均呈显著正相关或极显著正相关,说明这三种糖均为草莓汁中重要的可溶性糖组分,也与草莓汁中各种糖的分布情况相符。总有机酸含量与柠檬酸含量极显著正相关(r=0.926,P<0.01),这与柠檬酸在草莓汁总有机酸含量中所占的比例大相符合。总可溶性糖与总有机酸、总可溶性糖与柠檬酸、蔗糖与柠檬酸、葡萄糖与富马酸、果糖与富马酸、葡萄糖与果糖之间均呈显著正相关或极显著正相关,说明草莓中可溶性糖和有机酸组分的代谢调控存在一定的关联性。Lerceteau等[19]在对草莓果实的研究中也有类似发现。

2.4 掺假鉴别

2.4.1 主成分分析 按照1.3.2方法制备模拟掺假果汁,分析其中的可溶性糖和有机酸组成,与10个草莓原果汁的分析结果一起组成数据矩阵,用SPSS 22.0软件进行主成分分析,提取特征值大于1的主成分,共得到4个主成分,累计方差贡献率为94.377%(表6)。其中,前两个主成分方差贡献率分别为41.905%和28.804%,根据各样品在这两个主成分上的得分作图,得到得分图(图1)。10个草莓原汁样品集中分布于得分图的第四象限,其它掺假样品均可以与草莓原汁区分开,而且掺假比例越高,在得分图中距离草莓原汁越远,区分效果也越好。这说明利用可溶性糖和有机酸组成结合主成分分析可以辨别草莓果汁中掺加苹果汁、梨汁、桃汁、杏汁等掺假行为。

2.4.2 线性辨别分析 线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA)也是一种常用的分类方法,在食品真伪鉴别中得到广泛应用[21-22]。将10个草莓原果汁以及20个掺假样品的可溶性糖和有机酸分析数据用SPSS 22.0软件进行线性辨别分析,得到4个典型辨别函数,其中前两个典型辨别函数方差贡献率分别为60.2%和29.1%,根据这两个典型辨别函数计算各样品的得分并作图,得到线性辨别图(图2)。在试验条件下,所有掺假样品都可与草莓原汁区分开来,草莓原汁与掺假样品的分组准确率为100%。但在不同掺假样品的分组中,掺加桃汁的样品和掺加杏汁的样品各有1个分组错误(表7),这可能是由于桃汁和杏汁的可溶性糖和有机酸组成比较接近,导致掺假样品相似度较高而难以区分,但这不影响草莓汁与掺加桃汁和杏汁等掺假样品之间的区分。说明利用可溶性糖和有机酸组成结合线性辨别分析可以辨别草莓果汁中掺加苹果汁、梨汁、桃汁、杏汁等掺假行为。这也与主成分分析结果相一致。但由于本研究只涉及10个不同品种的草莓果汁,其他因素是否会影响区分效果,还需要进一步加大样本量来进行试验验证。

表6 主成分的特征值及其贡献率Table 6 Eigenvalues and cumulative proportion of principal components

表7 判别分析结果Table 7 Results of discriminant analysis

图1 主成分分析的得分图Fig.1 Score plots obtained fromthe principal component analysis

注:LW:掺加梨汁的样品;PW:掺加苹果汁的样品;XW:掺加杏汁的样品;TW:掺加桃汁的样品。

图2 草莓原汁及其掺假样品的线性辨别图Fig.2 Linear discriminant analysis ofstrawberry juices with adulterates

3 结论

草莓汁中可溶性糖主要由蔗糖、葡萄糖和果糖组成,有机酸主要是柠檬酸和苹果酸,富马酸很少。不同品种草莓果汁中各种可溶性糖和有机酸的含量存在较大差异,但在所有品种草莓果汁中果糖含量均略高于葡萄糖,而且其比值受品种影响较小,可作为草莓汁质量评定和掺假鉴别的一个重要指标。

通过分析草莓原汁及其掺假样品中可溶性糖和有机酸组成,结合主成分分析和线性辨别分析等模式识别方法,可以实现对草莓果汁与掺加梨汁、苹果汁、杏汁和桃汁等掺假样品的区分,而且掺假量越大,识别效果越好。根据草莓果汁可溶性糖和有机酸组成特征,结合化学计量学分析,对于掺假草莓果汁具有较好的区分效果,可用于草莓果汁掺假鉴定和质量控制。