基于主成分分析和聚类分析的蓝莓品质综合评价

许文静，陈昌琳，邓 莎,3，刘怡君，吕远平,3,

（1.四川大学轻工科学与工程学院，四川成都 610065；2.四川省农业科学院经济作物育种栽培研究所，四川成都 610300；3.四川大学健康食品科学评价体系研究中心，四川成都 610065）

蓝莓（Vacciniumspp.）又名越橘，是杜鹃花科越橘属植物，已被全球公认为是一种能促进健康的重要饮食来源，近年来其产量和消费量均大幅增加[1]。蓝莓营养丰富，富含花青素、多酚、黄酮等天然抗氧化物，可用于对抗某些人类癌症、调节血糖水平、降低器官氧化应激、调节肠道菌群、调节炎症反应以及改善儿童认知表现等[2−4]。

随着蓝莓产量的增加，不同品种蓝莓的形态特征、质地组成和营养特性各不相同，导致种植者难以科学地选择栽培品种；同时消费者对蓝莓的要求更加具体，表现在外观品质（果实大小、色泽、质构）、香气滋味（糖、酸、挥发性风味物质）及营养功能（花青素、总酚）上。目前，国内外对蓝莓品质的评价研究多集中在营养指标、抗氧化能力分析上，对品种间差异及加工适应性的研究稍有不足。如刘笑宏等[5]对胶东地区4 个品种蓝莓的11 个理化指标及芳香物质进行分析，但缺少质构及色差等指标分析；温靖等[6−8]探讨了7 个蓝莓品种的品质特性，充分分析了其感官品质、理化指标及抗氧化能力，但欠缺对蓝莓氨基酸组成的分析。

目前对山东、广东等地区的引种蓝莓研究较多，因此，本文测定了四川地区6 个蓝莓品种的感官形态、色泽质构、营养功能指标、氨基酸组成及风味物质含量等指标，全面评价蓝莓的综合品质，同时利用主成分分析[9]和聚类分析[10]等方法进行比较分类，能客观有效的反映品种间差异，对品种选育、市场推广和采后加工具有生产指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

供试6 个蓝莓品种（莱格西、绿宝石、密斯梯、蓝雨、布里吉塔、园蓝） 四川省农业科学院经济作物育种栽培研究所。经原料验收，果实大小一致、无病、虫害，部分贮藏于4 ℃用于感官形态品质指标及水分含量测定，部分置于−20 ℃贮藏备用；DNS（二硝基水杨酸） 厦门海标科技有限公司；2-辛醇上海麦克林生化科技有限公司；没食子酸、芦丁、福林酚、盐酸、硫酸、氯化钾 成都市科隆化学品有限公司；以上试剂均为分析纯。

CM-5 型色度色差仪 日本柯尼卡美能达；TAXT plus 型质构仪 英国SMS；A300 全自动氨基酸分析仪 德国曼默博尔；QP2010SE 气相色谱质谱联用仪 日本岛津。

1.2 实验方法

1.2.1 不同品种蓝莓感官品质测定 单果重：每个品种随机选取30 个果实，称重后计算单果重，重复测定3 次[6]；果形指数：每个品种随机选取20 个果实用游标卡尺测量横径与纵径，重复测定3 次，果形指数=纵径/横径[7]；色度：采用色度色差仪测定不同品种蓝莓L*、a*、b*值，平行测12 次；质构：采用TPA（全质构测试）分析，测定时样品果柄处向上，平行测定15 次。使用直径75 mm（P36R）圆形探头，仪器参数设置为测前速度0.5 mm/s，测试速度1 mm/s，测后速度0.5 mm/s，压缩程度30%，2 次压缩停顿时间为5 s，触发力5 g[11]。

1.2.2 不同品种蓝莓营养功能指标测定 水分含量：采用GB 5009.3-2016《食品中水分的测定》第一法直接干燥法测定；可溶性固形物（total soluble solid，TSS）含量：参照NY/T 2637-2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的测定 折射仪法》测定；总酸含量：采用GB 12456-2021《食品中总酸的测定》第二法pH计电位滴定法测定；还原糖含量：依照GB 5009.7-2016《食品中还原糖的测定》进行测定；可溶性糖含量：采用NY/T 2742-2015《水果及制品可溶性糖的测定3,5-二硝基水杨酸比色法》测定。

花青素含量：采用pH 示差法[12−13]测定：即1 g蓝莓研磨后加入12 mL 80%甲醇振荡提取20 min后6000 r/min 离心15 min 得提取液。分别取1 mL提取液于2 支25 mL 具塞试管中，分别用pH 为1.0 和4.5 的缓冲溶液定容至10 mL，在40 ℃水浴锅中平衡50 min 后测定535、700 nm 吸光度值计算花青素含量，以矢车菊素-3-O-葡萄糖苷计。

总酚含量：采用Folin-Ciocalteu 法[14]测定，即1 g蓝莓加入4 mL 70%乙醇研磨后转入离心管中70 ℃水浴提取10 min，4200 r/min 离心15 min 后收集上清液至10 mL 容量瓶，残渣反复提取至刻度。取1 mL 提取液于10 mL 棕色容量瓶中，分别加入1 mL福林酚试剂、3 mL 7.5% Na2CO3后定容，避光显色1 h 后测定760 nm 吸光度值，以没食子酸为标准品，结果以没食子酸当量表示（mg/g）。

黄酮含量：参考邵盈盈[15]的方法进行测定，以芦丁为标准品，结果以芦丁当量表示（mg/g）。

1.2.3 不同品种蓝莓游离氨基酸组成测定 采用氨基酸自动分析仪测定游离氨基酸含量，样品前处理依据GB 30987-2020《植物中游离氨基酸的测定》进行，分离柱为阳离子交换树脂2619（4.6 mm×60 mm，3 μm），柱温57 ℃，反应柱温度135 ℃，检测波长570、440 nm，缓冲溶液流速0.40 mL/min，茚三酮流速0.35 mL/min，进样量20 μL[16]。

1.2.4 不同品种蓝莓挥发性风味物质分析 采用顶空固相微萃取和气相色谱-质谱联用仪对6 个品种蓝莓进行香气检测与分析。根据Ke 等[17]的处理方法并加以改动：称取研磨后的蓝莓5 g 于20 mL 顶空瓶中，加入0.1 g NaCl 与15 μL 内标物质（40 mg/L 2-辛醇）后密封。样品先在40 ℃下平衡20 min，再将填充有65 μm PDMS/DVB 材料的萃取头插入顶空瓶中萃取30 min，最后插入GC 进样口，解析3 min，以2-辛醇为内标对风味物质进行定量分析。

GC 条件：参照吴林等[18]的方法稍作修改，色谱柱DB-5MS（30 m×250 μm，0.25 μm），进样口温度250 ℃，色谱柱起始温度50 ℃，升温程序为以50 ℃保持2 min，以5 ℃/min 升至100 ℃保持5 min；8 ℃/min升至180 ℃保持4 min；15 ℃升至230 ℃保留2 min。载气为高纯He，流量1.0 mL/min。MS 条件：离子源温度200 ℃，接口温度250 ℃；离子源：EI；电子能量：70 eV；扫描范围：35～625 amu。

1.3 数据处理

所有数据以平均值±标准差表示，采用SPSS 26软件对数据进行Duncan’s 差异显著性分析，P＜0.05时显著；通过SPSS 26 软件进行主成分分析、聚类分析；采用Origin 2018 软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同品种蓝莓感官形态指标比较

2.1.1 不同品种蓝莓单果质量、横径、纵径、果形指数比较 由表1 可知，蓝莓果实单果重为0.85～2.06 g，高于2.00 g 的有莱格西和布里吉塔，果实较重；单果质量最轻的为蓝雨，仅为0.85 g，且各品种间差异显著（P＜0.05）。判定果实形状的直观标准是果形指数，通常果形指数在0.6～0.8 为扁圆形，0.8～0.9 为圆形，0.9～1.0 为椭圆形或圆锥形，1.0 以上为长圆形[19]。蓝雨果实小且呈椭圆形，园蓝则为圆形代表，其余品种皆为扁圆形，这主要受蓝莓遗传基因的影响。由单果质量和横、纵径可判断出布里吉塔和莱格西属于大果型蓝莓，密斯梯、蓝雨和园蓝为中小果形蓝莓。

表1 不同品种蓝莓形态指标比较Table 1 Comparison of morphological indexes of different varieties of blueberries

2.1.2 不同品种蓝莓色度比较 颜色是食品重要的外观指标之一，色差仪中L*值表示样品的明暗度，a*值表示红绿度，b*值表示黄蓝度[20]。不同品种蓝莓色度参数见表2，莱格西、绿宝石L*值较高，说明这两个品种果皮明亮度高，与其余品种差异显著（P＜0.05）。a*值密斯梯最大（1.74），b*值绿宝石最小（−6.10）。所有品种蓝莓a*值均大于0，说明果皮颜色偏红，b*值均小于0，表明蓝莓颜色偏蓝，整体呈现明亮的蓝紫色。

表2 不同品种蓝莓色度比较Table 2 Comparison of chroma of different blueberries

2.1.3 不同品种蓝莓质构比较 由表3 可知，不同品种蓝莓硬度在408.37～805.67 g 范围内，莱格西与绿宝石硬度相当，与其余品种间差异显著（P＜0.05）。弹性代表蓝莓受到挤压后在一段时间内恢复原形的能力[21]，可以理解为蓝莓在第一次咬合后与第二次咬合间恢复的高度。蓝莓的弹性除绿宝石外，其余品种差异不大；蓝雨和莱格西的胶粘性最大，分别为296.48 N和280.33 N，最小的为布里吉塔（151.96 N）；咀嚼性反映蓝莓果实对咀嚼的持续抵抗力，蓝雨的咀嚼性最大，咀嚼韧性好，脆而不烂，其次为莱格西，最小为布里吉塔。

表3 不同品种蓝莓质构比较Table 3 Texture comparison of different blueberry varieties

2.2 不同品种蓝莓营养功能指标比较

2.2.1 水分、可溶性固形物（TSS）、还原糖、可溶性糖及总酸含量比较 由表4 可知，6 个品种蓝莓水分含量为80.83%～88.11%。园蓝的TSS、可溶性糖含量最高；最低的为蓝雨，其TSS 和可溶性糖含量仅有园蓝的70%和71%。园蓝的总酸含量最低（0.45%），布里吉塔、密斯梯、莱格西之间差异不显著（P＞0.05）。园蓝的糖酸比最高（28.23），莱格西、绿宝石、布里吉塔糖酸比接近，蓝雨果实糖酸比最低。从水分含量、可溶性糖和总酸含量来看，初步认为除蓝雨外其余品种高糖低酸、高水分含量[22]，都可以作为鲜食品种销售。

2.2.2 花青素、总酚及黄酮含量比较 从表5 可知，园蓝和蓝雨的花青素含量较高，分别为2.09 mg/g、1.36 mg/g，与其余品种蓝莓差异显著（P＜0.05），这与园蓝和蓝雨相对较厚的果皮有关，果皮中含有大量的花青素。园蓝的总酚和黄酮含量最高；总酚最低的为布里吉塔，仅有园蓝的28%，黄酮含量最少的为蓝雨仅有0.33 mg/g。蓝雨果实较小，糖酸比较低，鲜食销售优势不大，但功能成分花青素、总酚含量可观，更适宜加工。

2.3 不同品种蓝莓游离氨基酸组成分析

不同品种蓝莓游离氨基酸组成及含量见表6。6 个品种蓝莓共检测出18 种游离氨基酸，其中，包含苏氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、赖氨酸6 种人体必需氨基酸，缺乏甲硫氨酸与色氨酸。不同蓝莓品种氨基酸组成相似，但含量差异较大，这与严红光等[23]的研究结果相似。游离氨基酸总量含量最多的为密斯梯（435.720 mg/100 g），布里吉塔和绿宝石游离氨基酸总量低于200 mg/100 g，仅有密斯梯的46%和28%。检测出的18 种氨基酸中含量比较高的有Glu、Ala、GABA、Lys、Arg、Pro，含量较低的为Gly、Ile、Phe、Leu。有研究指出氨基酸的生物合成途径在果蔬和食用菌中完全不同，且其代谢途径的转录表达调控水平导致了代谢系统的稳定差异[24]，不同蓝莓品种氨基酸含量差异可能与其遗传差异、氨基酸代谢途径中酶活力差异相关。

表6 不同品种蓝莓游离氨基酸组成Table 6 Free amino acid composition of different blueberries

根据游离氨基酸呈味的特点，参考侯娜等[25]和刘伟等[26]的分类并稍作修改，将所检测出的氨基酸分为5 类：鲜味氨基酸（Asp、Glu、Gly、Ala、Lys）、甜味氨基酸（Ser、Thr、His、Pro）、芳香族氨基酸（Tyr、Phe）、苦味氨基酸（Arg、Val、Leu、Ile）和其他（Asn、GABA、（Cys）2）。由图1 可知，不同品种蓝莓呈味氨基酸差异较大：相较于其他呈味氨基酸，蓝雨和园蓝的苦味氨基酸含量丰富；绿宝石和密斯梯的甜味氨基酸含量较多；布里吉塔所含鲜味、甜味、苦味氨基酸含量基本持平；莱格西则含有较多的鲜味氨基酸。

图1 不同蓝莓游离氨基酸滋味特征Fig.1 Flavor characteristics of free amino acids in different blueberries

2.4 不同品种蓝莓挥发性风味分析

不同品种蓝莓的挥发性风味成分见表7。6 个品种蓝莓共检测73 种挥发性风味成分，其中，园蓝、绿宝石分别检测出36、35 种香气成分，莱格西和蓝雨检测出31 种香气成分，布里吉塔和密斯梯分别检测出23、26 种香气成分，不同品种蓝莓香气成分的类别和含量差异较大。挥发性风味成分总量及种类最多的为园蓝（14604.72 ng/g），其次为绿宝石（7052.68 ng/g），莱格西香气成分总量最低，仅有园蓝的11%。

表7 不同品种蓝莓挥发性风味物质组成（ng/g）Table 7 Composition of volatile flavor compounds in different varieties of blueberries (ng/g)

续表 7

结合表7 和图2 可见，6 个品种蓝莓共检测出12 种醇类物质，园蓝中醇类物质最为丰富，主要含有芳樟醇、2,6-壬二烯醇、alpha-松油醇等物质，赋予蓝莓果香气息的同时表现出玫瑰木香气又似甜瓜香气。布里吉塔果实独有桉叶油醇，具有清香的植物香气[27]。在检测出的10 种醛类物质里，布里吉塔和绿宝石中醛类物质含量较高，主要含有苯甲醛、反-2-辛烯醛、壬醛、反,顺-2,6-壬二烯醛和癸醛等化合物，呈现苦杏仁气味及绿叶清香，6 个品种蓝莓均含有癸醛，表现出柑橘清样香气。绿宝石、密斯梯中萜烯类化合物较多，主要含有罗勒烯、月桂烯、萜品油烯、1-石竹烯等。萜类化合物广泛存在于浆果果实中，由于其具有较高的沸点而表现出较稳定的香气[28]。莱格西和园蓝酯类物质种类较多（8 种），园蓝、蓝雨和绿宝石的酯类含量较高，主要含有月桂酸甲酯、丙烯酸2-乙基己酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯和癸酸甲酯等香气成分，使得蓝莓具有典型的果香。除甲基壬基甲酮、香叶基丙酮外，莱格西、蓝雨、绿宝石和密斯梯还含有2-壬酮，在蓝莓果香和植物香的基础上增添了甜香和青香。

图2 蓝莓香气成分比例Fig.2 Proportion of aroma components in blueberry

2.5 不同品种蓝莓感官营养品质指标、游离氨基酸、挥发性风味化合物主成分及聚类分析

2.5.1 不同品种蓝莓主成分分析 对6 个品种蓝莓感官品质、游离氨基酸及挥发性风味化合物含量等20 个指标进行主成分分析，结果如表8 所示。提取出3 个主成分，累计贡献率达89.223%，能解释绝大部分变量信息。主成分载荷矩阵可以表达出变量对相应主成分的影响程度[29]。由表9 可知，对第一主成分产生正向影响的为糖酸比、TSS、花青素、总酚、黄酮含量，具有较高的载荷权数，产生负向影响的为总酸。第二主成分主要代表果形指数、游离氨基酸含量、胶粘性和咀嚼性，为正相关。第三主成分反映蓝莓色泽，与L*值呈正相关，b*值呈负相关。将三个主成分的得分记为F1、F2、F3，以3 组主成分相应的特征值除以特征值总和作为权重数，建立主成分综合得分模型：F综=0.50×F1+0.31×F2+0.19×F3，得分情况见表10。6 种蓝莓的综合评分由高到低依次为：园蓝、蓝雨、莱格西、绿宝石、密斯梯、布里吉塔。

表8 主成分特征值及累计贡献率Table 8 Principal component characteristic values and cumulative contribution rate

表9 主成分载荷表Table 9 Principal component load table

表10 不同品种蓝莓主成分评分和综合评分Table 10 Principal component score and comprehensive score of different blueberries

2.5.2 不同品种蓝莓聚类分析 采用聚类分析法对20 个品质指标进行R 型聚类，对蓝莓6 个品种进行Q 型聚类，结果见图3 和图4。由图3 可知，当距离为20 时，可将蓝莓的品质指标分为三大类：第1 类为氨基酸含量、果形指数、硬度、咀嚼性、胶粘性等指标；第2 类指标为糖酸比、黄酮、花青素、总酚、TSS、风味化合物含量、弹性、还原糖、总糖、L*值；第3 类指标为水分含量、总酸、a*、b*及单果重。结合主成分载荷表9 可知，第2 类指标对应第1 主成分的正载荷量，即指标值与综合模型评分呈正相关。结合相关文献[30−31]，确定蓝莓品质的核心指标包括糖酸比、黄酮、花青素、硬度、咀嚼性、胶粘性等。

图3 不同品种蓝莓R 型聚类谱系图Fig.3 R-type cluster pedigree diagram of different blueberry varieties

图4 为不同品种蓝莓Q 型聚类谱系图,可以将蓝莓分为三类。第一聚类包括蓝雨、布里吉塔、密斯梯、绿宝石，这四个品种水分含量丰富，可溶性固形物含量较高，总酸含量中等，同时花青素、总酚含量较高，属于鲜食加工皆可的品种。其中，蓝雨果实较小，商品性差，但高花青素含量使其更适宜被作为提取色素的原料利用。第二聚类为莱格西，其果实为扁圆形，属于中大型果实；高糖酸比、高硬度，是适宜鲜食和贮藏的蓝莓品种。第三聚类为园蓝，果实呈圆形，硬度适中，高糖酸比，抗氧化物质含量最高，鲜食的优势突出。

图4 不同品种蓝莓Q 型聚类谱系图Fig.4 Q-type cluster pedigree diagram of different blueberry varieties

3 结论

科学的选择栽培品种对于果农来说至关重要，同时加工品种的选择影响产品深加工的品质；消费者也可以根据自身需求选择喜好的蓝莓品种。6 个品种蓝莓在单果重、糖酸比、花青素和总酚含量方面差异显著，布里吉塔果实较大，但糖酸比较低，园蓝和蓝雨花青素、总酚含量较高。主成分分析综合得分排名前三的品种依次为园蓝、蓝雨、莱格西，结合聚类分析筛选出蓝莓品质核心指标为：糖酸比、黄酮、花青素、硬度、咀嚼性、胶粘性。根据Q 型聚类分析可以将品种归为三类，第一聚类包括蓝雨、布里吉塔、密斯梯、绿宝石，属于鲜食加工皆可的品种，但蓝雨果实小且果皮厚，商品性差，但花青素含量高，可以作为提取色素原料利用或加工高花青素产品，更适合加工利用。第二聚类为莱格西，适宜鲜食。第三聚类为园蓝，适宜鲜食；其高糖酸比，高营养功能物质含量，更受消费者喜爱，可以进一步扩大其种植面积。本研究筛选出适宜加工的蓝莓品种，后续可以对蓝莓深加工及其花青素提取利用深入研究。