黑果腺肋花楸果汁产品品质分析与综合评价体系的建立

李海波，王淑娟，杨亚平，郭栋卫，鲍诗晗，兰天，孙翔宇，马婷婷*

（1.山西潞安石圪节智华生物科技有限公司，山西长治 046299）（2.西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西杨凌 712100）（3.西北农林科技大学葡萄酒学院，陕西杨凌 712100）

不老莓，又称野樱莓，学名黑果腺肋花楸（Aronia melanocarpa(Michx.)Ell.），属于蔷薇科腺肋花楸属落叶灌木，果实为紫黑色浆果，是一种集食用、药用、园林和生态等价值于一体的珍贵经济树种[1,2]。黑果腺肋花楸原产于北美洲东部，1989 年由辽宁省干旱地区造林研究所首次引种到我国，在吉林、辽宁、山东、山西等地均有种植，至今已有较丰富的种植资源[3]。

黑果腺肋花楸在欧美各国被誉为“超级浆果”，其果实中富含各类生物活性物质，多酚、黄酮、花青素含量在所有已知植物中最高[4]。已有研究表明，黑果腺肋花楸在抗氧化、抑菌、抗炎、降低心血管疾病风险、预防及治疗糖尿病等方面均发挥着积极作用[5-9]。虽然黑果腺肋花楸鲜果保健功能优越，但由于其酸类物质及单宁含量过高，口感较为酸涩，消费者因不熟悉该类口感而对其接受度较低。将黑果腺肋花楸加工为各类食品，可显著改善其口感。因而，黑果腺肋花楸的深加工显得尤为重要。

据统计，目前全球黑果腺肋花楸加工产品共计279 种，共分布于33 个国家，涵盖39 种不同的食品品种，主要应用于果酒、啤酒、果酱、果汁、果茶、沙拉、冰激凌、焙烤食品、食品着色剂以及膳食补充剂等[10]。2018 年9 月12 日，我国国家卫生健康委员会审查通过黑果腺肋花楸成为新食品原料[11]。近年来，国内也涌现出多家黑果腺肋花楸加工企业，加工产品覆盖果酒、啤酒、果汁、保健品等多个品类，黑果腺肋花楸加工产业也具有相当广阔的市场前景和巨大的发展潜力。然而，与国际相比，国内黑果腺肋花楸相关研究和产品开发程度仍处于较低水平，亟需相关的理论依据和科研成果提供支撑。

目前，我国黑果腺肋花楸果汁类食品的加工生产尚处于初级阶段，其市场也刚刚起步。对于市面上大量涌出的黑果腺肋花楸果汁类食品，尚且缺乏针对性的监管和控制，也没有建立起科学合理的品质评价体系。此外，黑果腺肋花楸相关产品普遍价格高昂。因此，模糊的品质认知和高昂的价格，是消费者选购黑果腺肋花楸果汁类食品两个最大的阻碍。

本研究拟以市售黑果腺肋花楸果汁类食品为研究对象，通过分析其感官品质、理化品质、营养成分及抗氧化能力等指标，综合感官价值与营养价值，建立黑果腺肋花楸果汁产品品质分析与综合评价体系，并使用该体系对市售黑果腺肋花楸果汁产品进行评价，以期为黑果腺肋花楸果汁类食品的开发利用提供数据基础与理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

经前期调研，选择销量较高的14 种市售黑果腺肋花楸果汁类产品为样品，样品具体信息如表1 所示。

表1 14 种市售黑果腺肋花楸果汁类产品Table 1 14 kinds of commercial Aronia melanocarpa juices

福林酚：浓度1 N，北京索莱宝科技有限公司；没食子酸：纯度≥98%，sigma；儿茶素：纯度≥98%，sigma；2,4,6-三吡啶基三嗪（TPTZ 试剂）：纯度≥98%，上海源叶科技有限公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH 试剂）：纯度＞97.0%，梯希爱化成工业发展有限公司；6-羟基-2,5,7,8-四甲基色烷-2-羧酸（trolox）：浓度≥98%，上海源叶科技有限公司；其余试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

PAL-1 手持糖度仪，日本爱拓公司；雷磁phs-3e pH 计，上海仪电科学仪器股份有限公司；TGL-16G离心机，上海安亭科学仪器厂；Centrifuge 5804R 冷冻离心机，德国艾本德公司；UV2800 紫外分光光度计，上海尤尼柯仪器有限公司；Ci760003040489 色度仪，上海爱色丽色彩科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 感官品评

选择14 位具有感官品评经验的西北农林科技大学食品学院师生组成感官品评小组，经培训后按照表2 标准对样品进行感官品评。

表2 市售黑果腺肋花楸果汁类产品感官评价表Table 2 Sensory evaluation table of commercial Aronia melanocarpa juices

1.3.2 理化指标测定

TSS：使用ATAGO PAL-1 手持糖度仪进行测定。

pH：使用雷磁phs-3e pH 计进行测定。

悬浮稳定性：参考Zhu等人[12]的方法并稍作修改。取10 mL 样品在5000 r/min 转速条件下离心10 min，取上清液待测。分别取3 mL 样品与上清液，以去离子水作为空白，测定其在660 nm 处的吸光值，记为A0和A1。悬浮稳定性R 计算方法如下式：

可滴定酸：参考GB/T 12456-2008[13]酸碱滴定法。

总糖：使用斐林试剂滴定法。将样品于8000 r/min条件下离心10 min 后，取一定体积于100 mL 容量瓶中，加入5 mL 50%(V/V)HCl 和一定量的蒸馏水，于68±1 ℃水解15 min，流水冷却，用200 g/L NaOH 中和至中性后定容。取斐林试剂A、B 液各5 mL 于250 mL 三角瓶中，加入50 mL 蒸馏水，和5 mL 样品水解液，摇匀，加热至沸腾并在沸腾状态下用5 g/L 标准葡萄糖标液滴定，当溶液的蓝色将消失呈红色时，加入2 滴亚甲基兰指示剂，继续滴定至蓝色消失，记录消耗5 g/L 标准葡萄糖溶液的体积V1。此外，取斐林试剂A、B 液各5 mL 于250 mL 三角瓶中，加入50 mL蒸馏水，摇匀，加热至沸腾并在沸腾状态下用5 g/L标准葡萄糖溶液滴定，当溶液的蓝色将消失呈红色时，加入2 滴指示剂，继续滴定至蓝色消失，记录标定斐林试剂消耗5 g/L 标准葡萄糖溶液的体积V2。

式中：

c——标准葡萄糖溶液浓度，为5 g/L；

V1——滴定样品消耗的葡标液体积；

V2——滴定斐林试剂消耗的葡标液体积；

Df——稀释倍数；

V0——取样体积，为5 mL。

1.3.3 色度测定

取适量样品，8000 r/min 离心10 min 后，取上层清液，用1 cm 玻璃比色杯盛装，使用10 mm 通光孔、色度仪全透射模式测定样品的L*、a*、b*、C*、h°值。

1.3.4 酚类物质含量测定

样品准备：将样品于8000 r/min 离心10 min，取上清液稀释至一定倍数待测。

总酚含量：使用福林酚比色法，参考Li 等[14]的方法并稍作修改。取稀释后上清液0.2 mL，加入2 mL 10倍稀释后的福林酚溶液，混匀后加入1.8 mL 7.5%的Na2CO3溶液，混匀避光放置1 h 后于765 nm 处测定吸光度值。配制浓度分别为为10 mg/L、20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L、200 mg/L 的没食子酸标准溶液，按照上述实验方法建立标准曲线。结果以没食子酸当量表示。

总黄酮含量：使用NaNO2-Al(NO3)3比色法，参考Wen 等[15]的方法并稍作修改。取5 mL 稀释后上清液于试管中，加入0.3 mL 5% NaNO2溶液，混匀避光静置6 min，加入0.3 mL 10% Al(NO3)3溶液，混匀避光静置6 min，加入2 mL 1.0 mol/L NaOH 溶液，用30%乙醇定容至10 mL，避光静置15 min，于510 nm 处测吸光度值。配制浓度分别为5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L 的儿茶素标准溶液，按照上述实验方法建立标准曲线。结果以儿茶素当量表示。

总花色苷含量：使用pH 示差法，参考刘树勋等人[16]的方法并稍作修改。取一定体积样品于两支试管中，分别加入pH 1.0 和pH 4.5 的缓冲液定容至5 mL，避光稳定15 min，于分光光度计520 nm、700 nm 处测定吸光度值。

计算方法如下：

式中：

MW——二甲花翠素葡萄糖苷分子量493.5；

Df——稀释倍数；

ε——二甲花翠素葡萄糖苷的消光系数28000。

缩合单宁含量：使用酸化香草醛法，参考王储炎等[17]的方法并稍作修改。取稀释后上清液0.5 mL，加入2.5 mL 3%的香草醛-甲醇溶液，混匀后加入2.5 mL 30%的硫酸-甲醇溶液，30 ℃避光反应20 min 后于500 nm 处测定吸光度值。配制浓度分别为为10 mg/L、20 mg/L、40 mg/L、80 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L 的儿茶素标准溶液，按照上述实验方法建立标准曲线。单宁含量以儿茶素当量表示。

1.3.5 抗氧化能力测定

样品准备：将样品于8000 r/min 离心10 min，取上清液稀释至一定倍数待测。

FRAP 铁离子还原能力：参考I.F.等[18]的的方法并稍作修改。取0.25 mL 稀释后上清液和8 mL TPTZ工作液于试管中，混合均匀，于37 ℃水浴反应15 min后，测定其在593 nm 处的吸光值。配制浓度分别为0.1 mmol/L、0.2 mmol/L、0.4 mmol/L、0.6 mmol/L、0.8 mmol/L、1 mmol/L 的trolox 标准溶液，按照上述实验方法建立标准曲线。FRAP 铁离子还原能力以trolox 当量表示。

DPPH 自由基清除能力：参考Ouyang 等[19]的方法并稍作修改。取0.25 mL 稀释后上清液和4 mL DPPH 溶液于试管中，混合均匀，避光反应30 min，于517 nm 处测定其吸光度值。配制浓度分别为0.1 mmol/L、0.2 mmol/L、0.4 mmol/L、0.6 mmol/L、0.8 mmol/L、1 mmol/L 的trolox 标准溶液，按照上述实验方法建立标准曲线。DPPH 自由基清除能力以trolox当量表示。

1.4 数据分析

测定数据采用SPSS 21.0 软件进行方差分析、聚类分析及主成分分析。聚类分析采用The Ward 系统聚类法，聚类距离为欧氏平方距离，主成分分析及聚类分析前先将数据进行无量纲化处理。

2 结果与讨论

2.1 市售黑果腺肋花楸果汁类产品感官评价结果

对感官评价结果进行主成分分析，发现前两个主成分累计方差贡献率达到94.35%，即前两个主成分即可解释原有变量包含的绝大部分信息。由图1a 可知，主成分1 包括风味、酸甜度和口感，是反应样品入口后感官品质指标，因此，主成分1 可以命名为味觉主成分；主成分2 包括组织形态与色泽，反映样品外观优劣，可以命名为视觉主成分。

图1 市售黑果腺肋花楸果汁类产品感官品评结果Fig.1 Sensory evaluation results of commercial Aronia melanocarpa juices

根据样品主成分得分图，再结合聚类分析，可以通过感官品评将14 种样品分为3 类。S1 包括L-45%、K-G-100%、G-M-c；S2 包括J-100%、G-D-c；S3 包括K-1-20%、K-1-30%、K-1-40%、K-1-50%、K-2-30%、C-10%、ZH-20%、ZH-30%、ZH-40%。S1与S2 类产品包括100%果汁、发酵果汁与浓缩口服液，在味觉感官方面表现较差，这是由于黑果腺肋花楸原浆含量过高，无法消除原料中较强的酸涩味导致的。然而，S1 视觉感官在三类产品中表现最优。S3 组包括所有果汁饮料，通过使用甜味剂、酸味剂进行复配，使产品拥有最佳的味觉感官，同时，其感官总分在三类产品中最高，达到70 分以上。因此，在所有类型的黑果腺肋花楸产品中，果汁饮料是消费者接受度最高。

表3 市售黑果腺肋花楸果汁类产品感官指标主成分特征值及方差贡献率Table 3 Principal component eigenvalue and variance contribution rate of sensory indexes of commercial Aronia melanocarpajuices

2.2 市售黑果腺肋花楸果汁类产品色度测定结果

样品色度测定结果如图2 所示。由图2a 可知，所有样品a*值均大于0，表明样品为红色色调，样品a*值在4.72～39.24 之间，最大值是K-2-30%，最小值是K-1-20%。所有样品b*值均大于0，表明样品为黄色色调，其中G-D-c 为最大值55.77，G-M-c 为最小值1.74。所有样品的a*、b*值均表现出显著差异。

图2 市售黑果腺肋花楸果汁类产品色度测定结果Fig.2 The chromaticity of commercial Aronia melanocarpa juices

将所有样品的L*值绘制在明度轴上，如图2b 所示，其中色斑颜色即自然观察条件下的样品颜色。由图2b 可知，14 种样品L*差异较大，但都小于70，因此黑果腺肋花楸产品明度均较暗，光泽度相对较差。L*基本呈现随原浆浓度降低二增加的趋势，其中K-1-20% L*值最大，为66.62，G-M-c L*最小，为1.34。

黑果腺肋花楸果汁产品a*、b*、L*值均与红葡萄酒相近[20-21]，故可以使用红葡萄酒色泽描述词汇对黑果腺肋花楸果汁产品进行评价，如宝石红、紫红、瓦红、砖红等。如图1d 所示，S3 色泽得分最高，三种产品G-M-c、K-G-100%及L-45%在图2a 中分布于紫红及宝石红色区，故紫红色与宝石红色的黑果腺肋花楸果汁更符合消费者喜好，这也与红葡萄酒表现出相似性[22]。

将色度指标与感官品评中的色泽得分进行相关性分析，计算Pearson 相关系数，结果如图3 所示。由图3 可知，h°与色泽感官得分呈显著负相关关系，Pearson 系数为-0.63（p＜0.05）。h°表示色度角，更靠近0 °表示接近紫红色色调，越受消费者喜爱。

图3 市售黑果腺肋花楸产品色度参数与色泽感官得分相关性热图Fig.3 Heat map of correlation between chromaticity parameters and color sensory scores of commercial Aronia melanocarpa juices

2.3 市售黑果腺肋花楸果汁类产品理化指标测定结果

市售黑果腺肋花楸果汁类产品理化指标测定结果如表4 所示。其中糖酸比为总糖均值与总酸均值之比值，固酸比为TSS 均值与总酸均值之比值。由表4 可知，S1、S2 总糖含量位于63.34～162.68 g/L 范围内，总酸含量最低5.91 g/L，最高8.45 g/L，二者总酸、总糖含量均较高。S3 产品糖酸比可高达52.75，在三类产品中最高。S1 悬浮稳定性为63.39%～89.21%，ZH系列果汁饮料悬浮稳定性为69.90%～82.39%。除上述样品外，其余样品悬浮稳定性表现均较差，甚至低于一些浊汁产品[23]，此类产品混浊且表现出轻微分层现象，严重影响消费者感官印象。

表4 市售黑果腺肋花楸果汁类产品理化指标测定结果Table 4 Determination of physicochemical indexes of commercial Aronia melanocarpa juices

将理化指标与酸甜度感官得分进行相关性分析，计算Pearson 相关系数，结果如图4 所示。由图4 可知，TSS与酸甜度感官得分显著正相关，Pearson 系数为0.58（p＜0.05）；总酸和糖酸比与酸甜度感官得分极显著相关，Pearson 系数分别为-0.81、0.68（p＜0.05）。表明总酸越低、TSS与糖酸比越高，样品的消费者接受度越高。

图4 市售黑果腺肋花楸果汁类产品理化指标与酸甜度感官得分相关性热图Fig.4 Heat map of correlation between physicochemical indexes and sweetness and acidity sensory scores of commercial Aronia melanocarpa juices

将悬浮稳定性与组织状态感官得分进行相关性分析，Pearson 系数极显著，为0.75（p＜0.05）。

2.4 市售黑果腺肋花楸果汁类产品酚类物质含量测定结果

市售黑果腺肋花楸果汁类产品酚类物质含量测定结果如表5 所示。由表5 可知，样品酚类物质含量基本随黑果腺肋花楸原浆添加量的增加而增大，且差异较大。在所有产品中，G-M-c与G-D-c 酚类物质含量较高，总酚含量可高达6169.12 及18971.93 μg/mL（以没食子酸计），二者都属于浓缩口服液产品，其果汁含量极高（＞100%）。而在感官表现最优的果汁饮料产品S3 中，总酚含量为100.64～189.25 μg/mL（以没食子酸计）的ZH 系列产品酚类物质含量较高，且优于与其黑果腺肋花楸原浆添加量类似的K 系列产品。

表5 市售黑果腺肋花楸果汁类产品酚类物质含量测定结果Table 5 Determination of phenolic compounds in commercial Aronia melanocarpa juices

在14 种黑果腺肋花楸果汁类产品中，花色苷含量普遍低于黄酮含量，L-45%中花色苷占总酚比例最高，仅为5.59%，而K-2-30%则未检出花色苷。然而已有研究表明[24]，黑果腺肋花楸果实中花色苷约占总酚含量25%，且远高于黄酮类化合物含量，与黑果腺肋花楸果汁产品的实验结果有一定差异。这说明黑果腺肋花楸果汁的加工工艺造成了花青素类化合物的较高损失，如何优化工艺条件以提高花青素保留率是黑果腺肋花楸果汁产业亟待解决的关键问题之一。

2.5 市售黑果腺肋花楸果汁类产品抗氧化能力测定结果

市售黑果腺肋花楸果汁类产品抗氧化能力测定结果如表6 所示。抗氧化能力测定结果与酚类物质含量测定结果类似，即浓缩口服液G-M-c与G-D-c 抗氧化能力最强FRAP 抗氧化能力分别为46.51 及112.39 mmol trolox equiv/L，DPPH 抗氧化能力分别为30.77及119.63 mmol trolox equiv/L。果汁饮料中ZH 系列产品抗氧化能力最强，其FRAP 抗氧化能力分别为2.59～5.59 mmol trolox equiv/L，DPPH 抗氧化能力分别为0.87～2.62 mmol trolox equiv/L。

表6 市售黑果腺肋花楸果汁类产品抗氧化能力测定结果Table 6 Determination of antioxidant capacity of commercial Aronia melanocarpajuices

褚大可等[25]研究了14 种市售果汁的抗氧化活性，发现柠檬汁抗氧化能力最强，其FRAP 抗氧化能力为3.26 mmol trolox/L，DPPH 抗氧化能力为13.61 mmol Vc/L，低于大部分黑果腺肋花楸果汁产品，因此，黑果腺肋花楸果汁产品具有极高的营养价值。

2.6 市售黑果腺肋花楸果汁类产品品质指标主成分分析

2.6.1 市售黑果腺肋花楸果汁类产品品质指标的确定与数据的无量纲化处理

测定获得了14 种市售黑果腺肋花楸产品的色度、理化、酚类物质含量、抗氧化能力共18 项品质指标数据。从色度指标L*、a*、b*、C*、h°中筛选出与色泽感官得分显著相关，且变异系数大于10 的h°进行下一步分析；从理化指标pH、TSS、悬浮稳定性、总糖、总酸、糖酸比、固酸比中筛选出与酸甜度、组织状态感官得分相关性显著，且变异系数大于10 的TSS、总酸、糖酸比、悬浮稳定性进行下一步分析。

酚类物质含量指标与抗氧化能力指标变异系数均大于10，因此均选入进行下一步分析。

综上，选取h°、TSS、总酸、糖酸比、悬浮稳定性、总酚、总黄酮、花色苷、缩合单宁、FRAP、DPPH共11 项品质指标数据，进行无量纲化处理后，再进行黑果腺肋花楸果汁类产品品质指标主成分分析。

2.6.2 市售黑果腺肋花楸果汁类产品主成分分析得分及综合评价

主成分分析的目的之一就是利用原变量间相关性较强这一特点，降低原变量数据维数，用较少的因素来描述多种指标或因素之间的关系[26]。由表7 可知，前4 个主成分累计方差贡献率达91.88%，即一个4 因素模型可解释91.88%的数据，因此选定前4 个主成分来对黑果腺肋花楸果汁类产品品质进行评价。

表7 市售黑果腺肋花楸果汁类产品品质指标主成分特征值及方差贡献率Table 7 Principal component eigenvalue and variance contribution rate of quality indexes of commercial Aronia melanocarpa juices

由表8 可知，在第一主成分中，总酸、黄酮及缩合单宁载荷权数较大，为主要评价指标；在第二主成分中，h°、FRAP、DPPH 为主要指标；糖酸比在第三主成分中载荷较高；悬浮稳定性在第三及第四主成分中载荷较高。第一主成分主要反映样品的酚类物质含量，第二主成分包含样品的抗氧化能力信息，第三及第四主成分则主要反映样品的感官品质。

表8 市售黑果腺肋花楸果汁类产品品质指标主成分分析载荷矩阵Table 8 Principal component analysis load matrix for quality index of commercial Aronia melanocarpa juices

综上，h°、总酸、糖酸比、悬浮稳定性、黄酮、缩合单宁、FRAP、DPPH 为评价黑果腺肋花楸果汁类产品品质的主要指标。

将各指标变量的主成分载荷除以主成分相对应的特征值开平方根[27-28]，得到4 个主成分中每个指标所对应的系数，即特征向量，以特征向量为权重可以构建4 个主成分的表达式：

上述表达式中，Z1-Z4表示四个主成分；X1-X11分别表示h°、TSS、总酸、糖酸比、悬浮稳定性、黄酮、总酚、花色苷、缩合单宁、FRAP、DPPH。以每个主成分相对应的方差贡献率作为权重，通过每一指标标准化后数值与相应指标的权重线性加权求和，得到黑果腺肋花楸果汁类产品品质评价函数：F=0.53Z1+0.25Z2+0.08Z3+0.06Z4。根据该函数，计算出了14 种黑果腺肋花楸果汁类产品的综合得分值(F)和总排名结果见表9。

表9 市售黑果腺肋花楸果汁类产品品质综合评价及排名Table 9 Comprehensive evaluation and ranking of the quality of commercial Aronia melanocarpajuices

由表9 可知，浓缩口服液及100%果汁产品由于营养价值优势而在所有产品中排名靠前；ZH 系列果汁饮料则由于同时兼顾感官品质与营养价值，在果汁饮料中排名靠前。

3 结论

本文通过测定现有较高销量的14 种黑果腺肋花楸果汁类产品的感官相关指标及理化指标，采用主成分分析法，建立黑果腺肋花楸果汁产品品质分析与综合评价体系，并使用该体系对市售黑果腺肋花楸果汁产品进行评价。通过主成分分析对黑果腺肋花楸产品品质进行综合评价，前4 个主成分方差累计贡献率达到91.88，h°（0.56）、总酸（0.90）、糖酸比（0.54）、悬浮稳定性（0.48）、黄酮（0.82）、缩合单宁（0.82）、FRAP（0.57）、DPPH（0.70）在前四个主成分中载荷权数较大，被确定为黑果腺肋花楸果汁类产品的特征评价指标。总体而言，浓缩口服液及100%果汁产品由于营养价值优势而在所有产品中排名靠前；ZH 系列果汁饮料则由于同时兼顾感官品质与营养价值，在果汁饮料中排名靠前。因此，本研究建立了黑果腺肋花楸果汁产品品质分析与综合评价体系，并使用该体系对市售黑果腺肋花楸果汁产品进行评价；首次提供了14 份黑果腺肋花楸产品的感官品质、理化指标及营养价值指标评价数据，并且采用化学计量学的方法探讨了黑果腺肋花楸产品的品质特征，对于黑果腺肋花楸产业的健康发展具有重要意义。