复合型涂膜剂对莲雾保鲜效果主成分分析综合评价

尹青春，杨穗珊，潘永波，肖 璇，王承业，陈春泉，邓 浩

（1.海南省农业科学院农产品加工设计研究所，海南省热带果蔬冷链研究重点实验室，海南 海口 570100；2.海南省食品检验检测中心，国家市场监管重点实验室（热带果蔬质量与安全），海南 海口 570311）

莲雾（Syzygium samarangenese）又名洋蒲桃、甜雾等[1]。原产于马来半岛，我国台湾最早引入，在海南、广东、广西、福建等省份也相继引种成功[2]。莲雾富含酚酸、有机酸等[3-4]，采收后呼吸强度大、水分损失快、呼吸代谢旺盛和极不耐贮藏[5]。此外，当莲雾成熟后，贮运过程中薄果皮极易受到物理损伤和滋生腐败微生物，极大降低了其商业价值[6]。

涂膜剂能有效减少水果水分流失和抑制腐败微生物生长，低毒化学抑菌成分的涂膜剂已应用于莲雾保鲜。刘千等[7]使用2.5 μmol/L硝普钠对莲雾涂膜处理，VC含量和质量损失率等变化程度要小于对照组。Khandaker等[8]用质量浓度10 mg/L萘乙酸处理莲雾果实，可维持其可溶性固形物含量和硬度，保持较好品质。杨波等[9]研究发现用低含量（1 g/kg）香芹酚环糊精包合物处理莲雾，能有效抑制微生物生长，但过高含量（2 g/kg）会对莲雾产生药害，导致莲雾品质下降。综上，萘乙酸等低毒化学成份的涂膜剂虽然有一定的抑菌保鲜效果，但过高浓度会对莲雾品质产生不利影响，而且过量食用还存在一定食品安全风险。壳聚糖作为一种天然的抗菌涂膜剂近年来备受瞩目[10-13]，能在水果表面形成一层薄膜起到保鲜作用。单一菌种的乳酸菌发酵液与壳聚糖的涂膜剂在樱桃番茄[14]、鸡蛋[15]保鲜中已成功应用。但是，单一保鲜剂处理效果往往不够显著，而复合型保鲜剂相关研究较少[16]。

因此，本实验选择3种安全的乳酸菌，将其发酵液和壳聚糖复配，制备3种复合型涂膜剂，并将其应用于莲雾保鲜。由于评价果蔬贮藏品质的指标多样，独立分析某一或某些相关指标往往缺乏系统性，难以全面直观地反映整体差异情况[17]。因此，在对莲雾贮藏过程中关键品质指标逐个分析的基础上，结合主成分分析（principal components analysis，PCA）法，经降维处理，将8个关键指标浓缩为2个主成分，建立相关数学模型，最后通过综合得分评价3种涂膜剂的保鲜效果。本研究结果可为莲雾贮运保鲜和品质控制研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

本实验所用莲雾品种为‘黑金刚’，购于海口市南北水果批发市场。挑选无损伤、大小相近莲雾用于实验。

抗坏血酸（纯度≥98.7%） 美国BePure公司；果糖（纯度≥99.4%） 中国计量科学研究院；壳聚糖（脱乙酰化度90%、相对分子质量约104） 上海阿拉丁生化科技有限公司；冰醋酸 广州化学试剂厂；甘油广东光华科技股份有限公司；婴儿双歧杆菌、动物双歧杆菌、乳酸链球菌 北京北纳创联生物技术研究院；MRS、MC培养基 广东环凯生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

ACQUITY H UPLC®CLASS超高效液相色谱仪（带二极管阵列检测器） 美国Waters公司； 1260液相色谱仪（带蒸发光检测器） 美国Agilent公司；Centrifuge 5804 R高速离心机 德国Eppendorf公司；FNV-55数显糖度计 河南绥净环保科技有限公司；NY-30SX漩涡混合仪 常州恩培仪器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 乳酸菌发酵液的制备

乳酸链球菌使用MRS培养基在37 ℃下培养，婴儿双歧杆菌、动物双歧杆菌使用MC培养基在37 ℃下培养，菌种活化3 代后，再扩大化培养18 h，3 000 r/min离心15 min，取上清液备用。

1.3.2 复合型微生物涂膜剂的配制

复配液A的配制：将3种乳酸菌上清液按表1中的体积比混合。

复配液B的配制：在50 ℃下将质量分数1.5%壳聚糖和体积分数0.1%甘油溶于1 L体积分数1%乙酸溶液中，冷却备用。

复合型乳酸菌涂膜剂的配制：将复配液A和复配液B按体积比3∶7混合备用。

表1 复合型涂膜剂配方Table 1 Formulations of coating

1.3.3 莲雾涂膜

将每组10 kg莲雾分别放入水中（作为对照（CK）组）和3种涂膜剂中浸泡2 min，晾干，然后于20 ℃下贮藏10 d，每2 d测定一次品质指标。

1.3.4 品质指标的测定

通过肉眼观察，将表面腐烂面积10%以下定为好果，好果率计算如公式（1）所示。

每组选用20个果，每2 d称质量一次，失水率计算如公式（2）所示。

式中：m0为第0天莲雾质量/g；m为待测莲雾质量/g。

可溶性固形物质量分数测定方法根据NY/T 2637—2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的测定 折射仪法》。

可滴定酸质量分数测定：称取经搅拌均匀的莲雾试样2.0 g加入纯水，定容至50 mL，加入0.2 g活性炭，旋涡混合10 min，滤纸过滤。取20 mL上清液，加入2 滴质量浓度1 mg/mL酚酞后，用0.01 mol/L NaOH标准溶液滴定至微红色，30 s不褪色，记录NaOH消耗量。可滴定酸质量分数计算如公式（3）所示。

式中：V为样品提取液总体积/mL；VS为滴定时所取滤液体积/mL；c为NaOH滴定液浓度/（mol/L）；V1为滴定滤液消耗的NaOH溶液体积/mL；V0为滴定蒸馏水消耗的NaOH溶液体积/mL；m为样品质量/g；f为柠檬酸折算系数（0.064 g/mmol）。

VC含量测定采用GB 5009.86—2016《食品中抗坏血酸的测定》的高效液相色谱法。

果糖、葡萄糖含量测定采用GB 5009.8—2016《食品安全国家标准 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖的测定》的高效液相色谱法。

柠檬酸含量测定采用GB 5009.157—2016《食品安全国家标准 食品有机酸的测定》的超高效液相色谱法。

1.4 数据处理与分析

每个样品重复测量3 次，实验数据采用SPSS 22.0软件进行统计分析，按照邓肯氏新复极差法进行组间比较，P＜0.05表示差异显著；使用OriginPro 2019b软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 复合型涂膜剂对莲雾贮藏品质的影响

2.1.1 复合型涂膜剂对莲雾综合品质指标的影响

如图1A、B所示，在贮藏期间伴随失水率上升，莲雾的好果率逐渐降低。从第2天开始，使用3种涂膜剂莲雾的好果率均显著高于CK组（P＜0.05）。其中，涂膜剂3保鲜效果最好，在莲雾贮藏第10天好果率达95%，比CK组高45%。CK组第10天有近50%莲雾出现腐烂、凹陷等变质现象，涂膜剂1和涂膜剂2对莲雾好果率的影响无显著差异（P＞0.05）。莲雾果实水分含量较高，比表面积大，易发生严重失水现象[18]。如图1B所示，贮藏期间各组莲雾失水现象明显。从第4天开始，使用涂膜剂莲雾的失水率均较CK组显著降低（P＜0.05）；贮藏第10天，经涂膜剂1、2、3处理莲雾的失水率分别为14.87%、13.81%、15.64%，均显著小于同期CK组（P＜0.05）。壳聚糖作为一种广谱型抗菌剂，可以抑制多种细菌、真菌的生长[19]，形成的薄膜还可以阻隔空气，使莲雾的呼吸代谢和水分散失被抑制，减缓莲雾组织衰老[20]。除此之外，乳酸链球菌生长过程中会产生乳酸链球菌素，婴儿双歧杆菌和动物双歧杆菌会产生乳酸、丁酸等抑菌成分，各代谢物相互作用与壳聚糖产生叠加抑菌效果，但混合比例不同对莲雾综合保鲜效果差异明显。近年来，大量研究表明乳酸菌的次级代谢产物对霉菌、细菌等具有广泛的抑菌效果[21-23]。因此，涂膜剂处理的莲雾好果率明显提高，失水率明显降低。

图1 涂膜剂对莲雾好果率（A）、失水率（B）、可溶性固形物质量分数（C）、可滴定酸质量分数（D）的影响Fig. 1 Effects of coatings on marketable fruit percentage (A), water loss rate (B), total soluble solids content (C), and titratable acid content (D) of wax apples

可溶性固形物包括糖和有机酸等，是决定果实风味的重要因子[24]。如图1C所示，CK组莲雾在贮藏期间可溶性固形物质量分数不断增加，涂膜剂处理能够减缓其增加幅度。从第6天开始，使用涂膜剂3处理莲雾中的可溶性固形物质量分数保持在最低水平，显著低于同期CK组（P＜0.05），第10天其可溶性固形物质量分数为1.344%，比第0天增长了0.08%，较同期CK组下降了0.28%，变化幅度最小。张福平等[25]认为莲雾采后初期其他营养物质如淀粉、蛋白质等转化为糖类，促使可溶性固形物含量在贮藏期间呈上升趋势，这与本研究结果一致，说明涂膜剂能较好地减少莲雾中营养物质分解，抑制了可溶性固形物含量上升。

可滴定酸常作为水果品质的重要评价指标[26-27]。由图1D可以看出，可滴定酸质量分数在贮藏期间和可溶性固形物质量分数一样，呈连续增长趋势。第10天时，CK组莲雾的可滴定酸质量分数上升至2.54%，较第0天增长了48.54%，而使用涂膜剂3的莲雾较第0天仅增长了12.28%。使用涂膜剂2的莲雾在第10天时可滴定酸质量分数降幅明显，并与CK组和涂膜剂1组差异显著（P＜0.05）。推测与涂膜剂2组莲雾一直保持最低的失水率有关，在第10天失水最少，对有机酸的浓缩效应较弱。刘千等[5]研究发现涂膜剂处理莲雾可以有效减缓可溶性固形物和可滴定酸含量增加，与本研究结果一致。水作为果实中营养物质的溶剂，CK组莲雾在贮藏期间失水严重，导致糖酸类溶质逐渐浓缩、可溶性固形物和可滴定酸质量分数持续增加。而涂膜剂在莲雾表面形成薄膜降低了失水率，从而抑制了可溶性固形物及可滴定酸含量增加，最终表现为好果率更高。

2.1.2 复合型涂膜剂对莲雾营养品质指标的影响

VC是重要的营养物质，普遍存在于各种水果中，也是衡量保鲜效果的重要指标[25]。VC是果实内非酶类自由基清除剂，在红毛丹[28]、芒果[29]等热带水果贮藏过程中呈现明显下降趋势，是能够较好反映水果品质劣变的表征指标。如图2A所示，各组莲雾中VC含量都呈现先迅速下降后又缓慢回升的变化趋势，CK组莲雾在贮藏前6 d VC含量下降幅度最大。从第4天开始，使用涂膜剂莲雾的VC含量均显著高于同期CK组（P＜0.05），其中效果最好的是涂膜剂3。在贮藏第10天，CK组VC含量仅为1.14 mg/kg，较第0天下降了69.27%；使用涂膜剂3可明显延缓VC含量降低，在贮藏第10天其VC含量为3.01 mg/kg，较第0天下降了18.87%，比同期CK组高164.04%。

图2 涂膜剂对莲雾VC（A）、果糖（B）、葡萄糖（C）、柠檬酸（D）含量的影响Fig. 2 Effects of coatings on vitamin C (A), fructose (B), glucose (C),and citric acid (D) contents of wax apples

葡萄糖、果糖作为呼吸作用的重要能源物质，是水果中大量存在的糖[30]。如图2B、C所示，CK组莲雾贮藏过程中果糖含量和葡萄糖含量都有较大的波动，均在第6天时含量最低，可能是活跃的呼吸代谢造成了糖类物质大量消耗。3种涂膜剂均能减少葡萄糖、果糖含量在贮藏过程中的变化幅度。使用涂膜剂3的莲雾经10 d贮藏，葡萄糖、果糖含量较第0天分别降低了10.91%、5.84%。相比而言，CK组莲雾经10 d贮藏，葡萄糖、果糖含量较第0天分别增长了70.17%和42.78%，增幅较大。柠檬酸是莲雾的主要有机酸之一[21]，也是可滴定酸的主要成分。如图2D所示，贮藏后期CK组柠檬酸含量下降明显；贮藏第10天时，使用3种涂膜剂莲雾的柠檬酸含量较同期CK组显著高13.20%、31.51%和33.93%（P＜0.05）；使用涂膜剂3的莲雾贮藏第10天其柠檬酸含量比第0天CK组增长8.00%，增幅最大；说明涂膜剂处理莲雾中有机酸分解被抑制，这对维持良好的品质具有重要作用。

综上，与CK组相比，涂膜剂处理莲雾的4种综合品质指标和4种营养指标都更好。涂膜剂3处理莲雾在贮藏第10天好果率达95%，比CK组高45%，其他各项指标更稳定，表现出最好的保鲜效果，但涂膜剂1和涂膜剂2的保鲜效果无法综合判断。此外，莲雾中各品质指标会相互联系，相互影响，8个品质指标间协同作用需进一步探明。

2.2 复合型涂膜剂保鲜效果PCA分析

2.2.1 各指标均一化处理和主成分的提取

为综合评价3种不同涂膜保鲜剂对莲雾贮藏品质的影响，将以上8个指标进行PCA。首先将8个指标作为变量X进行均一化处理，即X＝（原始值-平均值）/标准偏差。最终使8个指标的平均值为0，标准偏差为1，消除了各指标不同数量级和量纲的影响。各指标均一化结果如表2所示。然后，按照PCA降维的思路，将8个指标划分为若干个主成分。选择特征值大于等于1，贡献率较大的2个主成分（表3），PC1特征值为4.300、方差贡献率为53.755%，PC2特征值1.285、方差贡献率为16.059%。以上2个主成分代表了8个指标69.814%的变量信息，能综合反映各指标的整体变化情况。

表2 各指标均一化值Table 2 Normalized values of quality indexes

表3 主成分特征值和累计方差贡献率Table 3 Eigenvalues and cumulative variance contribution rates of principal components

2.2.2 基于PCA品质指标变化

经主成分提取，PC1和PC2累计方差贡献率为69.814%，说明主要变异来自于这两个主成分。因此，根据各品质指标在PC1和PC2上的得分绘制二维散点图。如图3所示，失水率、可滴定酸质量分数、可溶性固形物质量分数、果糖含量、葡萄糖含量都在PC1的[0，1]区间，说明以上5个指标与PC1呈正相关。其中，失水率与可滴定酸质量分数、葡萄糖含量与果糖含量的载荷相近，说明两两之间有相互协同作用；柠檬酸含量、VC含量、好果率在PC2的[0，1]区间，说明以上3个指标与PC2呈正相关。

将贮藏期间4 组莲雾的品质指标分数映射图3中，可以看出CK组除第0天外，第2～10天均在第4象限，与涂膜剂处理的莲雾明显分离，且第10天对PC1贡献最大，说明CK组莲雾品质发生已明显变化，可滴定酸质量分数、失水率、可溶性固形物质量分数、果糖、葡萄糖含量的增加对变化贡献较大。第0天在第3象限，除了CK组外，经3种涂膜剂处理莲雾前8 d的得分都聚集在第0天周围，说明这3种涂膜剂都具有较好的保鲜效果，能维持各品质指标的稳定。值得注意的是，涂膜剂3处理莲雾的得分始终与第0天一样分布在PC1的[-1，0]区间，且紧密聚集在第0天周围，说明其保鲜效果最好。涂膜剂2处理莲雾从第6天起均处于PC1的[0，1]区间，且偏离第0天较远，说明莲雾各品质指标与第0天相比已明显变化；涂膜剂1处理莲雾前8 d紧密聚集在第0天周围，各品质指标变化较小，第10天在PC1的[0，1]区间，且偏离第0天较远，说明莲雾从第10天各品质指标发生急剧变化。

图3 PCA得分载荷图Fig. 3 PCA score loading plot

2.2.3 基于数学模型和综合得分分析品质指标变化

为了更加直观地展示3种涂膜剂处理莲雾贮藏过程中品质的整体变化，构建线性方程并计算综合得分，通过包含绝大部分品质指标信息的综合得分来评价保鲜效果。首先，由8个因子的特征向量为系数，构建了前2个主成分的线性方程，如式（4）～（5）所示。

然后，将2个主成分的方差贡献率作为系数代入，得到综合评价得分总方程，如式（6）所示。

最后，将表2中8 组莲雾指标的均一化值代入以上公式，得到综合得分。如图4所示，第0天莲雾综合得分为-0.53，CK组莲雾在第4天综合得分开始由负转正，说明品质发生明显劣变，第10天达到最大值1.49，说明劣变已非常严重。使用3种涂膜剂都能明显减少综合得分的增加，其中使用涂膜剂3的莲雾在贮藏期间综合得分增长最缓慢，始终在临界值0附近，故表现出最好的保鲜效果。使用涂膜剂1和涂膜剂3的莲雾在前8 d综合得分都低于临界值0，且比较接近，说明保鲜效果相近。但第10天开始，使用涂膜剂1的综合得分急剧增大，说明莲雾品质开始迅速劣变。使用涂膜剂2的莲雾第4天综合得分由负转正，但比CK组得分低，说明有一定保鲜效果，但维持品质稳定时间较短。综上判断，保鲜效果的排序为涂膜剂3＞涂膜剂1＞涂膜剂2＞CK组。

图4 不同涂膜剂处理的莲雾贮藏期间品质综合得分Fig. 4 Comprehensive scores of wax apples treated with different coatings during storage

3 结 论

本实验对比了3种复合型涂膜剂对莲雾的保鲜效果。结果表明，由乳酸菌培养液（V（乳酸链球菌）∶V（婴儿双歧杆菌）∶V（动物双歧杆菌）＝1∶2∶2）和壳聚糖配制的涂膜剂3保鲜效果最好。使用该涂膜剂的莲雾在贮藏第10天好果率达95%，比CK组高45%。各品质指标也更稳定，使用涂膜剂3处理的莲雾经10 d贮藏后，其可溶性固形物质量分数、可滴定酸质量分数、柠檬酸含量较第0天分别增加了0.08%、12.28%、8.00%；VC、葡萄糖、果糖含量分别降低了18.87%、10.91%、5.84%，变化最小。进一步进行PCA和建立数学模型，结果表明，失水率与可滴定酸质量分数、葡萄糖含量与果糖含量的载荷相近，两两之间有相互协同作用。第0天莲雾综合得分为-0.53，涂膜剂处理能减少综合得分的增长。涂膜剂3处理的莲雾贮藏期间综合得分一直在临界值0附近，再次验证了其保鲜效果最好。本研究结果可为莲雾采后保鲜和品质综合评价提供参考。