乳酸鈣對仔姜低溫貯藏期間品質影響的多變量分析

付云云，蔣 成，張 靜，王鵬霖，姜林君，廖 麗，孔 燕，閆小倩，陳安均*

（四川農業大學食品學院，四川 雅安 625000）

姜（Zingiber officinaleRoscoe）是世界范圍內廣泛種植的根莖類蔬菜及香辛調味料[1]。根據采收成熟度的不同又可分為鮮食的仔姜、作為調味品的老姜及作種的種姜[2]。仔姜由于外皮幼嫩、纖維素含量低、水分含量高這些原因導致其在貯藏過程中易發生失水、腐爛、遭受微生物侵染等[3]。近年來，鈣處理在采后果蔬保鮮方面的應用研究取得了一些成果。如用鈣處理草莓可減緩果實硬度和VC含量的降低，抑制微生物的繁殖[4]，降低冬棗果實的呼吸強度，推遲后熟，維持細胞壁、細胞膜結構與功能的穩定[5]，采后鈣處理已成功地應用于減少蘋果、桃、馬鈴薯等多種果蔬的腐爛[6]。鈣可以直接抑制真菌孢子的萌發和生長，或者間接影響胞外酶的活力而降低病原引起的果實的腐爛，而且可以加固果實的細胞壁，增強果實對病原物侵染的抵抗力[7]；但將其應用于仔姜保鮮還鮮有報道。

目前，國內外已有利用生物統計方法探究果實品質與特征指標關系的報道。Voon等[8]應用主成分分析方法研究了榴蓮在低溫貯藏過程中揮發性成分的變化；Ehsani-Moghaddam等[9]運用通徑分析法探討了蘋果貯藏后熟過程中的品質變化；何欣萌等[10]利用多變量分析方法探討了4 種減壓條件對藍莓果實品質的影響。本研究中影響仔姜果實品質的因素主要包括腐爛率、硬度、脆度等，這些影響因子之間的綜合效應反映了果實的品質特征，然而目前鮮見多變量分析在仔姜采后貯藏期間品質變化中的應用。本研究主要運用單因素方差分析、主成分分析、相關性分析、通徑分析4 種方法，探討3 種不同質量濃度的乳酸鈣處理對采后仔姜品質變化的影響，以期為仔姜貯藏保鮮技術提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

仔姜為白口姜，采收自四川省樂山市五通橋區。

香草醛、6-姜酚、蕓香葉甘、沒食子酸（均為色譜純）北京索萊寶科技有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

DEBAC05697高效液相色譜儀（high performance liquid chromatography，HPLC） 美國Agilent公司；ES1035A型分析天平 上海信衡電子有限公司；FL-803A臭氧發生器 深圳市飛立電器科技公司；SC-390/412保鮮柜 海爾股份有限公司；UV-1800PC分光光度計 上海美譜達儀器有限公司；DZKW-D-4恒溫水浴鍋 上海一恒科技有限責任公司；CS-100S色差儀杭州彩普科技有限公司；TA.XT Plus質構儀 英國Stable Micro Systems公司。

1.3 方法

1.3.1 處理方法

挑選新鮮、無腐爛、大小和成熟度基本一致的仔姜，采用200 mg/m3臭氧殺菌處理20 min后，分別用0.6（A組）、0.9（B組）、1.2 g/100 mL（C組）的乳酸鈣處理15 min，對照組（CK）用清水處理15 min，處理后自然風干，放于盛有相對濕度為85%～90%沙土的塑料盒內，15 ℃預冷12 h后，在（11±1）℃下進行貯藏，每組處理均重復3 次，每7 d取樣一次。

1.3.2 指標測定

1.3.2.1 腐爛率的測定

采用觀察法記錄仔姜腐爛數和總數，腐爛率按公式（1）計算。

1.3.2.2 硬度和脆度的測定

將仔姜切成厚度均勻的姜塊（2 cmh1 cmh1 cm），參考劉繼[2]的方法使用質構儀測定硬度和脆度，探頭直徑為5 mm，刺入速率為1.8 mm/s，刺入深度0.4 mm，每次測定3 次，取其平均值作為測定結果。

1.3.2.3 色差值的測定

參考Huang Hua等[11]的方法使用色差儀測定仔姜L*、a*、b*值。貯藏后與貯藏前的顏色變化用ΔE*表示，按公式（2）計算。

式中：L0、a0、b0分別表示貯藏前果實的色澤值。

1.3.2.4 總酚含量的測定

采用福林-酚法測定仔姜總酚的含量[12]。

1.3.2.5 總黃酮含量的測定

參照李會端等[13]的方法測定總黃酮含量。

1.3.2.6 姜辣素含量的測定

姜辣素含量的測定參考廖欽洪等[14]的方法，并略有改動。取經冷凍干燥粉碎后過150 目篩的姜粉1 g，加入15 mL、體積分數72%的乙醇溶液浸提，55 ℃浸提1 h，過濾后得樣品供試液，精確吸取樣品供試液0.5 mL，以體積分數72%的乙醇溶液定容至10 mL，在278 nm波長處測定吸光度。以不同質量濃度的香草醛溶液繪制姜辣素測定的標準曲線。

1.3.2.7 6-姜酚含量的測定

仔姜中6-姜酚的提取參考Yang Yanfang等[15]的方法，并略有修改，稱取經冷凍干燥至恒質量的仔姜片，粉碎后，過150 目篩，稱取1.5 g仔姜粉，加入50 mL甲醇超聲提取1 h后，6 000 r/min離心15 min，收集上清液，將殘渣在超聲提取一次，離心合并兩次上清液，蒸發至干，加入10 mL甲醇復溶，過0.22 μm濾膜，濾液用來測定仔姜中6-姜酚的含量。

6-姜酚含量的測定參考王麗[16]和寧二娟[17]等的方法，并略有改動。使用HPLC進行測定，色譜柱：ZORBAX Eclipse Plus C18（4.6 mmh250 mm，5 μm）。流動相為體積分數0.1%甲酸水溶液（A）-乙腈（B），按表1進行梯度洗脫，流速1.0 mL/min，檢測波長280 nm，柱溫30 ℃，進樣量10 μL。6-姜酚的含量通過標準曲線進行定量，6-姜酚含量以mg/g表示。

表 1 流動相梯度洗脫程序Table 1 Gradient elution program of mobile phase

1.3.2.8 過氧化物酶和多酚氧化酶的測定

過氧化物酶（peroxidase，POD）、多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）的測定參考曹建康等[18]的方法。以每克鮮質量果蔬樣品粗酶提取液在470 nm波長處每10 s吸光度增加0.001時為1 個POD活力單位（U）；以每克鮮質量果蔬樣品粗酶提取液在420 nm波長處每10 s吸光度增加0.001時為1 個PPO活力單位（U）。

1.4 數據統計與分析

實驗數據采用SPSS 20.0軟件進行方差分析、主成分分析、相關性分析和通徑分析，P＜0.05為差異顯著。采用Origin Pro 8.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 乳酸鈣處理對仔姜貯藏期間品質的影響

如表2所示，對照組仔姜在貯藏初期硬度為27.38 N，作為根莖類蔬菜，仔姜在貯藏過程中硬度呈先上升后下降的趨勢，與其他葉類蔬菜[19]不同。至貯藏末期硬度大小順序為A＞B＞C＞CK，且各實驗組差異顯著（P＜0.05），說明乳酸鈣處理可以有效延緩仔姜貯藏期間硬度的降低。脆度也是仔姜貯藏過程中的一個重要感官指標，能反映仔姜的食用品質，仔姜脆度在貯藏過程中也呈現先升高后降低的現象，貯藏末期各實驗組中A組的脆度最高，比對照組高12.17%。果實腐爛率也隨貯藏時間的延長而增加，在貯藏末期，A、B、C 3 個處理組的腐爛率為對照組的66.68%、41.67%、58.33%，且各實驗組差異顯著（P＜0.05）。仔姜貯藏期間ΔE*值隨貯藏時間的延長逐漸增加，貯藏末期ΔE*大小順序為C＞CK＞A＞B。POD、PPO活力與果實的顏色密切相關，在貯藏期間POD、PPO活力整體呈現先升高后降低的現象，CK組POD活力在第14天達到最高，且乳酸鈣處理組POD活力始終高于CK組。PPO活力在7 d或14 d時達到最大，14 d后對照組POD活力顯著低于乳酸鈣處理組。

作為植物豐富的次生代謝產物黃酮與總酚，其含量與果實的成熟衰老過程密切相關[20]。由表2可知，隨著貯藏時間的延長，總酚含量先升高后降低，總黃酮含量波動性上升。貯藏過程中二者含量的變化與外界逆境脅迫有關，當遭受外界脅迫時，二者均會被誘導產生來提高機體的抗氧化能力[21]。在14 d時，C組的總酚含量最高，說明此時期的C組果實抗氧化能力最高，品質較好。6-姜酚作為生姜中起主要活性作用的姜辣素[22]，其含量在貯藏過程中先升高后降低，有研究表明，生姜在貯藏過程中姜酚會脫水轉化成一系列相應的姜腦類同系物[23]；在貯藏末期，各處理組6-姜酚含量依次為A＞C＞B＞CK，且各處理組差異顯著（P＜0.05）。

表 2 貯藏期仔姜各指標的測定結果Table 2 Quality indicators of baby ginger rhizome during storage

2.2 仔姜貯藏期間各品質指標主成分分析及綜合評價模型的建立

將不同處理、不同貯藏時間仔姜的各指標進行主成分分析，結果見表3。在所有的主成分構成中，CK、A、B組的仔姜信息主要集中在前3 個主成分PC1、PC2、PC3，且各組前3 個主成分的累積貢獻率均超過90%，因此設定這3 個主成分能夠代表對CK、A、B組仔姜數據的信息特征。C組的仔姜信息主要集中在前兩個主成分PC1、PC2，前兩個主成分的累積貢獻率大于85%。因此選擇第一組成份（PC1）、第二組成分（PC2）及第三主成分（PC3）作為仔姜果實各指標的評價的綜合指標。

表 3 主成分的特征值、方差貢獻率和累積方差貢獻率Table 3 Eigenvalues, contribution and cumulative contribution to total variance for principal components

由于各組提取的PC1、PC2及PC3已經基本保留了所有指標的原有信息，累積貢獻率均超過85%且特征值均大于1，因此可以用3 個變量Y1、Y2和Y3代替原來的10 個指標（其中X1～X10均為標準化后的變量），則得到表4的線性組合。

表 4 各組果實品質的綜合特征向量Table 4 Integrated eigenvectors for fruit quality of all groups

以各組的PC1、PC2和PC3對應的特征值占所提取的3 個組成分的總的特征值之和的比例（α1、α2和α3）作為權重，以Y1、Y2和Y3作為特征向量因子，構建綜合評價模型，得到綜合評價指標（即綜合得分）F＝α1Y1+α2Y2+α3Y3，F值越大，說明仔姜的綜合品質越好；由該公式及表2中的數據可以計算得出各組仔姜貯藏品質的綜合得分，結果見圖1。各組仔姜的綜合得分均隨貯藏時間的延長而降低，且乳酸鈣處理組在仔姜貯藏期間綜合得分一直為正值，其中A組仔姜的綜合得分在貯藏末期為最高，說明處理A可以較好地保持仔姜的品質。各組仔姜的綜合得分在14 d以后迅速下降，對照組在35 d時綜合得分已經小于0，C組在貯藏28～35 d時仔姜品質綜合得分下降迅速，因此說明此時果實的品質已嚴重下降，不再適用于貯藏。

圖 1 仔姜貯藏品質綜合評價Fig. 1 Comprehensive quality evaluation of baby ginger rhizome during storage

2.3 仔姜貯藏期間各品質指標相關性分析結果

表 5 品質指標間相關性分析Table 5 Correlation analysis among different quality indexes

對仔姜的10 個指標做相關性分析，結果見表5。果實腐爛率與ΔE*呈顯著正相關（r＝0.946），說明隨著仔姜腐爛率提高，果實色澤變化增加，腐爛率與其他指標相關性均不顯著。果實的硬度與脆度呈顯著性正相關（r＝0.846，P＜0.05），硬度、脆度與PPO活力均呈顯著性負相關，相關系數分別為-0.883、-0.824，說明果實硬度與果實脆度具有一致的變化趨勢，果實硬度與脆度的變化與PPO活性的變化趨勢相反。同時，仔姜貯藏過程中的總酚含量與6-姜酚含量呈極顯著性正相關（r＝0.946），與其他指標相關性均不顯著。

2.4 通徑分析結果

將仔姜的各項指標對腐爛率做線性回歸分析，得到線性回歸方程為Y＝-36.689+1.179X1+0.981X2+1.900X3-1.564X4-2.189X5+0.798X6-0.027X7+4.485X8+0.076X9。其中X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9分別代表硬度、脆度、ΔE*、總酚含量、總黃酮含量、姜辣素含量、6-姜酚含量、POD活力、PPO活力。各個因變量及它們之間的相互作用與仔姜腐爛率的相關系數R＝0.961，決定系數R2＝0.872，線性回歸方程F假設檢驗的結果為17.601，P＜0.01，說明該方程具有極顯著意義，進一步作通徑分析。

表 6 以腐爛率為因變量的通徑分析Table 6 Path analysis using decay incidence as dependent variable

由表6可知，各指標對仔姜腐爛率的直接通徑系數由大到小依次為ΔE*、總酚含量、POD活力、硬度、姜辣素含量、脆度、總黃酮含量、PPO活力、6-姜酚含量。說明ΔE*對腐爛率正直接作用最高，且POD活力對腐爛率產生的間接作用是通過ΔE*的直接作用產生。硬度與POD活力對腐爛率有正直接作用，且脆度與ΔE*對腐爛率產生的間接作用是通過硬度與POD活力的直接作用產生。總酚、總黃酮與6-姜酚對腐爛率有較大的負直接作用，同時，PPO活力對腐爛率起負直接作用，但作用效果較低。

3 討 論

鈣是細胞壁的組成成分，能夠在細胞壁中的半乳糖醛酸和附近的果膠之間形成鈣橋，在細胞壁中起到橋梁作用[24]，同時可以增強果實對病原菌的抵抗能力[25]。單因素方差分析結果表明，乳酸鈣處理可以顯著降低仔姜低溫貯藏中的腐爛率，這與Luna-Guzmán等[26]研究經鈣處理過的哈密瓜不易滋生微生物結果一致。同時，貯藏35 d后經鈣處理的仔姜硬度與對照組相比差異顯著，這與Aguayo等[25]的研究結果一致。經乳酸鈣處理后的POD、PPO活力均高于對照組，而Barbagallo等[27]研究發現，鈣處理茄子后，茄子在貯藏過程中PPO活力低于對照組。這種差異產生的原因還需進一步研究。

本研究使用主成分分析法對個品質指標進行了降維處理，以特征值大于1為提取因子的標準，以各自對應特征值的比例為權重建立果實綜合評價模型。結果表明，經乳酸鈣處理后的仔姜在貯藏過程中F值明顯高于對照組，盡管如此，但經乳酸鈣處理14 d后的仔姜F值急劇下降，說明乳酸鈣處理前期對仔姜的品質保持效果顯著，但不利于長期貯藏。

由相關性分析結果可知，腐爛率與ΔE*值呈現正相關效應，這說明貯藏期間仔姜腐爛率與仔姜顏色的變化較為同步。通徑分析是相關分析的繼續，在多元回歸的基礎上將相關系數加以分解，通過直接通徑系數、間接通徑系數及總通徑系數分別表示某一變量對因變量的作用效果[28]。腐爛率是果蔬貯藏的最為重要指標，故本研究以腐爛率為因變量進行通徑分析。結果表明，ΔE*、硬度、總酚含量與POD活力對腐爛率的直接通徑系數較大，而其他因子主要通過這四者對腐爛率產生較強的間接作用。綜上，乳酸鈣主要通過延緩仔姜貯藏期間硬度的下降、色差值的變化及POD活性的升高來延緩仔姜的腐爛，從而延緩果實品質劣變。