不同品種軟棗獼猴桃品質指標的主成分分析

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(錦州醫科大學食品科學與工程學院,遼寧錦州 121001)

軟棗獼猴桃(Actinidiaarguta)別名圓棗子、奇異莓、軟棗莓,為側膜胎座目,獼猴桃科,獼猴桃屬,軟棗獼猴桃種,落葉藤本植物[1-3],是一種體表無毛,清洗即食的新型水果,在我國分布廣泛,適于生長在氣候涼爽濕潤,水分充足的地方[4-5]。它富含多種營養成分,其中維生素C含量極其豐富,具有清熱降火、延緩衰老、改善血液循環、治療潰瘍病等作用[6-8]。

目前,國內對軟棗獼猴桃的研究主要集中在栽植技術、組織培養、貯藏保鮮等方面,如黃圓博等[9]以腐葉土為基質利用硬質扦插、綠枝扦插、嫁接等技術培養軟棗獼猴桃果苗的成活率;崔雪艷[10]通過植物組織培養,對軟棗獼猴桃的快速繁殖進行研究;焦中高等[11]采用UV-C輻射處理對軟棗獼猴桃的貯藏期進行研究。國外對軟棗獼猴桃的研究主要集中在品種選育、人工栽培等,如新西蘭已培育出一些軟棗獼猴桃品種[12],美國和智力把軟棗獼猴桃作為“baby-kiwi”出口到日本銷售[13],而且軟棗獼猴桃在日本得到了開發利用,片岡等[14]對軟棗獼猴桃的多倍體變異性進行了研究。此外，Li Xia等[15]對軟棗獼猴桃果實的抗炎性進行了研究。Myma等[16]用高效液相法測定了軟棗獼猴桃中的抗壞血酸及有機酸等成分。如今國內外軟棗獼猴桃品種豐富,但收獲期集中在9月,貯藏期短,對各品種軟棗獼猴桃產品的開發利用研究較少[17-18]。

為滿足軟棗獼猴桃的市場需求,增強人們對軟棗獼猴桃的進一步了解,通過比較不同品種軟棗獼猴桃的外觀品質、營養成分等指標,分析不同品種果實的品質差異,采用主成分分析法對同一栽培地中8個品種軟棗獼猴桃的單果重、色差值、果型指數、可溶性固形物、可滴定酸、維生素C、葉綠素、游離酚、結合酚、游離型黃酮、結合型黃酮、游離型1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)、結合型DPPH清除率等進行系統分析,通過分析各個品種軟棗獼猴桃的品質特性,為軟棗獼猴桃進一步的品質改良、合理選擇和開發利用提供研究基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

軟棗獼猴桃 品種分別為野生、LD133、LD241、桓優一號、金香玉、騰龍、小龍二、大龍二,均在2017年9月1日采于遼寧省丹東市軟棗獼猴桃種植基地；無水乙醇、丙酮 分析純,天津市大茂化學試劑廠;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼、福林酚試劑、草酸、標準抗壞血酸、酚酞 天津市福晨化學試劑廠;鄰苯二甲酸氫鉀、碳酸鈣粉、碳酸鈉、硝酸鋁、亞硝酸鈉、氫氧化鈉 天津市天新精細化工開發中心;2,6-二氯酚靛酚 阜陽曼林生物技術有限公司。

Anke TGL-16G高速臺式離心機 上海安亭科學儀器廠;SHA-B水浴恒溫振蕩器 金壇市科析儀器有限公司;MIR-254-PC低溫恒溫培養箱 日本松下;JYL-C020九陽料理機 九陽股份有限公司;JA1003N電子天平、可讀式游標卡尺 上海精密科學儀器有限公司;CR-400型色差儀 日本美能達公司;WYT-4型手持糖度計 中外合資中友光學儀器有限公司;UV-5100紫外可見分光光度計 上海元析儀器有限公司;DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料處理 將新鮮采摘的軟棗獼猴桃去梗、洗凈,用濾紙除去果實表面的水分,從8個品種軟棗獼猴桃中分別選取100個,每個品種盡量選取大小均勻和硬度相近的果實,使不同品種的軟棗獼猴桃各具代表性,立即對其進行外觀品質測定,其余分別用九陽料理機研磨打漿,置于-80 ℃的超低溫冰箱中保存備用。

1.2.2 不同品種軟棗獼猴桃外觀品質指標的測定

1.2.2.1 單果重 電子天平稱量,隨機選取20個果實,隨機選取3次,每個果實稱量2次并求其平均值;1.2.2.2 色度 測量果實赤道中部及兩測的L*、a*、b*值。求飽和度c、色調角h、色度(GIRG)。

1.2.2.3 果型指數 可讀式游標尺測量果實的橫徑和縱徑。

1.2.3 不同品種軟棗獼猴桃營養指標測定 可溶性固形物(TSS)測定、葉綠素測定、維生素C測定、可滴定酸測定均參照《果蔬采后生理生化實驗指導》中的測定方法進行測定[19]。

1.2.4 不同品種軟棗獼猴桃供試品溶液制備 稱取軟棗獼猴桃勻漿10.0 g,加80%乙醇25 mL[20],4 ℃ 300 W超聲處理1 h,4 ℃恒溫浸提12 h,在4 ℃ 20000 r/min下離心20 min,取上清液,相同提取條件下,將剩余殘渣提取3次,合并上清液[21],置于100 mL容量瓶中,作為測定游離型黃酮、游離酚、游離型DPPH自由基清除率的供試品溶液。

將20 mL 2 mol/L的氫氧化鈉溶液加入上述剩余殘渣中,25 ℃恒溫振蕩3 h,用2 mol/L 鹽酸溶液調至中性,抽濾,取濾液并用蒸餾水定容于100 mL的容量瓶中[22],作為測定結合型黃酮、結合酚、結合型DPPH自由基清除率的供試品溶液。

1.2.5 不同品種軟棗獼猴游離酚和結合酚含量的測定 游離酚(dissociate total phenol,DTP)和結合酚(combine total phenol,CTP)含量測定:參照張金宏和王振宇等方法[23-24],得線性回歸方程為y=83.5x-0.0095(R2=0.9994),測定結果以每克軟棗獼猴桃果實中所含的沒食子酸當量(mg gallic acid equivalent/g,mg GAE/g)表示。

1.2.6 不同品種軟棗獼猴桃黃酮含量的測定 游離型總黃酮(dissociate total flavone,DTF)和結合型總黃酮(combinetotalflavone,JTF)含量測定:參照孟慶煥等方法[25],得線性回歸方程為y=0.01x+0.0019(R2=0.9997),測定結果以每克軟棗獼猴桃果漿中蘆丁當量(mg rutin equivalent/g,mg GAE/mL)表示。

1.2.7 不同品種軟棗獼猴桃DPPH自由基清除率的測定 游離型DPPH自由基清除率和結合型DPPH自由基清除率測定:參照閆琳娜的方法[26],根據DPPH自由基清除率公式計算。

式中:A1為提取液與DPPH溶液反應后的吸光度;A2為DPPH乙醇溶液的吸光度;A3為提取液與無水乙醇反應后的吸光度。

1.3 軟棗獼猴桃品質指標的主成分分析

采用主成分分析法對8種軟棗獼猴桃中13項品質指標進行分析,其中包括單果重、色度值、果型指數、可溶性固形物、維生素C、可滴定酸、葉綠素、游離酚、結合酚、游離型總黃酮、結合型總黃酮、游離型DPPH自由基清除率、結合型DPPH自由基清除率,通過分析軟棗獼猴桃中主成分分析法的特征值和貢獻率,再綜合累計貢獻率,對軟棗獼猴桃的品質指標進行系統評價[27-29]。

1.4 數據處理

實驗數據采用WPS表格軟件建立數據庫,用SPSS Statistic 17.0軟件對軟棗獼猴桃的品質指標進行主成分分析[30]。

2 結果與分析

2.1 軟棗獼猴桃品質指標的測定結果

8種軟棗獼猴桃的13項品質指標的測定結果見表1。由表1可知,不同品種的軟棗獼猴桃在13個品質指標中存在著差異,變異系數最大的是維生素C含量,其數值為0.37,變異系數最小的是可溶性固形物含量,其數值為0.11。綜上所述,軟棗獼猴桃品種間各項品質指標變異系數均有差異,表明各品種之間的品質存在差異。雖單個品質指標的變異系數并不大,但綜合13個品質指標后,差異較為明顯。

表1 8種軟棗獼猴桃的品質指標Table 1 The quality indexes of Actinidia arguta from 8 varieties

2.2 軟棗獼猴桃品質指標的主成分分析

2.2.1 數據標準化 軟棗獼猴桃的13種品質指標的單位不同,量程大小不一,需對13種品質指標的原始數值進行標準化處理,處理后可避免不同單位和量程不一的影響。處理后數據見表2。

表2 13個品質指標的標準化數據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的主成分有四個,且這四個成分的方差貢獻率之和在90%以上,即代表性大,其余成分的特征值均趨于平坦且數值小于1,即代表性小。軟棗獼猴桃中前四個主成分的方差貢獻率分別為36.645%、28.613%、16.887%、9.508%。累積方差貢獻率為91.652%,也可看出四個主成分的顯著代表性。

表3 各品種軟棗獼猴桃品質主成分的方差貢獻率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 標準化的正交旋轉法。旋轉后,四個主成分互不關聯,各自都具有代表性。所以選用四個主成分來代替原有13個成分對軟棗獼猴桃進行分析,旨在不影響綜合評價軟棗獼猴桃品質的基礎上,降低其工作量。

表4 軟棗獼猴桃成分得分協方差矩陣Table 4 Covariance matrix of component score of Actinidia arguta

由圖1可知軟棗獼猴桃中不同營養指標對主成分的影響,其中游離型和結合型DPPH自由基清除率、游離型和結合型黃酮、維生素C、葉綠素對成分的影響較大。

圖1 軟棗獼猴桃旋轉空間中的成分圖Fig.1 The rotated space component of kiwi fruit

表5為軟棗獼猴桃品質指標的主成分載荷矩陣,它可反映各主成分對軟棗獼猴桃品質的影響程度。由表5可知,對第一主成分產生正向影響的品質指標有結合型DPPH自由基清除率、游離型DPPH自由基清除率、游離型黃酮、維生素C、葉綠素。其中,結合型DPPH自由基清除率載荷數最大,數值為0.891,其次為游離型DPPH自由基清除率,數值為0.889。載荷較高但對第一主成分產生負向影響的理化指標有可滴定酸,其數值為-0.572。第一主成分大時,正向影響最大,DPPH自由基清除率載荷數為0.891,結合型黃酮和維生素C的載荷數分別為0.812、0.707。因為結合型DPPH自由基清除率、游離型DPPH自由基清除率、黃酮類、維生素C等都屬于抗氧化性物質,因此第一主成分含量高的軟棗獼猴桃種類具有極強的抗氧化特性,抗氧化性物質夠消除過多的氧化自由基,對于許多自由基引起的及老化相關疾病都能夠預防。

表5 軟棗獼猴桃品質指標的主成分載荷矩陣Table 5 The loading matrix of four principal components

對第二主成分產生負向影響的理化指標有結合酚、結合型黃酮、游離酚,對第二主成分負向影響最大的是結合酚,載荷數為-0.912。結合型黃酮和游離酚的載荷數依次為-0.681、-0.644。第二主成分大時,可滴定酸的含量值會相應增大,而結合酚、結合型黃酮、游離酚這三個指標值會減小。第二主成分正向影響中,以可滴定酸的載荷數最大,可滴定酸的含量與pH成正相關,選取酸度適宜的軟棗獼猴桃,可用于食品的加工、發酵等。如益生性乳酸菌適宜生長的pH范圍在4.0～6.7之間[22],可從酸度適宜的軟棗獼猴桃中,通過富集培養提取其益生菌乳酸菌,并用于自身發酵,從而得到一種新型的益生性乳酸菌果漿飲料。

對第三主成分產生較大正向影響的理化指標有TSS和果型指數,載荷數分別為0.954、0.807。對第三主成分產生較大負向影響的理化指標有游離型黃酮和結合型黃酮,載荷數分別為-0.405、-0.387,第三主成分大時,TSS值和果型指數值也相應增大,而游離型黃酮和結合型黃酮的含量值均會減小。第三主成分正向影響大的成分以可溶性固形物含量最為突出,載荷數最大,可溶性固形物含量高的軟棗獼猴桃,營養成分也非常豐富,口感優越,適于食用及制造果脯、果酒等加工型產品。

對第四主成分中產生正向影響最大的品質指標是色度值。說明第四主成分大時,色度值也大。色澤是影響消費者購買欲的重要因素。在市面上,色澤飽滿、顏色鮮亮的果實更能引起消費者的購買欲。可通過人工培育,如雜交育種、誘變育種等方式，選育出營養豐富且更加美觀的軟棗獼猴桃。

可得4個函數表達式:

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分別代表第一、第二、第三、第四,四個主成分的特征向量權重值。

4個表達式中,X1為結合型DPPH自由基清除率、X2為游離型DPPH自由基清除率、X3為游離型黃酮、X4為維生素C、X5為葉綠素、X6為結合酚、X7為單果重、X8為結合型黃酮、X9為游離酚、X10為可滴定酸、X11為可溶性固形物、X12為果型指數、X13為色差值。由方差貢獻率和主成分函數表達式求綜合評價函數可得:F=0.37Z1+0.29Z2+0.17Z3+0.10Z4。

根據主成分綜合批評函數值可知8個品種的軟棗獼猴桃的綜合得分和排序結果(表6),綜合得分在前二位的軟棗獼猴桃是 LD241和大龍二。

表6 8個品種軟棗獼猴桃主成分因子得分Table 6 Scores of the principal component factor from 8 varieties of Actinidia arguta

根據表5可知,對第一主成分的正向影響最為顯著的指標有結合型DPPH自由基清除率和游離型DPPH自由基清除率。由表1可知,結合型DPPH自由基清除率和游離型DPPH自由基清除率含量排在前二位的軟棗獼猴桃是大龍二和LD241,因此,大龍二和LD241這二個品種的軟棗獼猴桃在第一主成分上得分最高。綜合表6,可知大龍二和LD241得分排前二位且第一主成分的方差貢獻率最大,因此,這兩種軟棗獼猴桃的綜合評價也在前二位。

雖然野生型軟棗獼猴桃結合型DPPH自由基清除率和游離型DPPH自由基清除率含量排在第四位,但其結合酚、結合型黃酮及可滴定酸含量較高,即第二主成分的正向影響較大,因此,野生型軟棗獼猴桃在主成分因子得分中位于第三。

LD133的游離型DPPH自由基清除率和結合型DPPH自由基清除率的抗氧化性低,且對第一主成分負向影響大的成分含量高,代表對第一主成分的正向影響小,負向影響大,因此LD133果的主成分因子得分最低。綜合得分也最低,位于所有軟棗獼猴桃的最后一位。

3 結論

通過測定8個不同品種軟棗獼猴桃的外觀品質指標及營養含量指標,比較了遼寧省丹東市8個不同主栽品種軟棗獼猴桃的品質差異,雖然單個品質指標差異并不明顯,可能是與利用自然變異選擇突變株有關,這種選育方式降低了軟棗獼猴桃品種間的遺傳多樣性,但綜合差異較為明顯。通過主成分分析法,可將各個品種的軟棗獼猴桃的差異性品質指標進行分類,由此可知,大龍二和LD241這兩種軟棗獼猴桃的抗氧化性物質含量豐富,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討及功能性食品的研究。LD241軟棗獼猴桃的色澤飽滿,顏色鮮亮,加強了消費者的購買欲。通過主成分分析法,可提高8個品種軟棗獼猴桃的合理利用率,根據需求選取不同品種的軟棗獼猴桃進行分類加工利用。為獲得品質優良、差異顯著及多用途的獼猴桃品種,可采用雜交育種、誘變育種及轉基因育種等方法。