沙子空心李果實營養品質的主成分分析和綜合評價

李剛鳳，李洪艷，張紹陽，高榮美，段蕭燕，吳仕敏，李瑞琳

(銅仁學院，貴州 銅仁，554300)

沙子空心李(PrunussalicinaLindl. cv ‘Shazi Kongxinli’，以下簡稱空心李)，于每年7月中下旬成熟，表皮呈黃綠色并浮有一層銀白色果粉，單果重約30 g，果肉與果核分離呈淺綠色，肉質細膩多汁，食用時有清脆蜜甜爽口之感，是貴州省沿河土家族自治縣(以下簡稱沿河縣)的地方特色精品水果，享有“李中茅臺”之美譽，2006年獲得國家地理標志產品保護，是沿河縣農業的特色產業和扶貧攻堅的重點產業[1-2]。目前沙子空心李的加工產品的相關報道較少，張紹陽等[3]研究了低糖沙子空心李果脯的最佳工藝，其采用木糖醇代替常用的白砂糖進行沙子空心李果脯的研究，為沙子空心李的進一步開發利用提供新渠道；李剛鳳等[4]研制出空心李果汁麻辣牛肉干，將空心李果汁加入到傳統的牛肉干中，果香與肉香結合豐富了牛肉干的風味，進一步擴大了沙子空心李的深加工與利用；而關于沙子空心李營養成分、生物活性成分等測定方面報道較少。

目前，有關學者利用主成分分析和綜合評價法對水果品質的研究越來越多，MILOSEVIC等[5]利用主成分分析對43種歐洲李和12種丹森李的果實品質和表型性狀進行了研究；LI等[6]應用多元方差分析、典型變量分析、主成分分析、偏最小二乘和線性判別分析研究3個桃品種的物理特性對品種之間的差異進行定量和定性分析；PESTANA等[7]利用主成分分析法來評價柑橘果實品質；KATYA等[8]研究了8個早熟杏品種的品質性狀、生化性質、抗輻射能力和羥基肉桂酸，并且表明主成分分析可以根據品種的品質和生化特性建立品種之間的相似性。本研究選擇空心李的6份果實樣品，檢測其營養物質、生物活性成分和氨基酸組分的含量，評價其氨基酸組分，并基于主成分分析完成各樣品果實營養品質的綜合評價，為今后切實有效評判空心李的果實營養品質提供研究參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗所選用空心李的6份果實樣品(每份重量不少于2 kg，表1)均采自于貴州省銅仁市沿河縣沙子街道，其成熟度均為商品成熟(即九成熟到九成半熟，果實呈明顯的黃綠色而且有明顯彈性，食用時果實風味濃郁)。

表1 本試驗空心李果實樣品主要信息Table 1 Main information of tested fruit samples of Shazi Kongxinli

1.2 儀器與設備

糖度計(APAL-1型)，北京多維網訊科技有限公司；紫外可見分光光度計(Alpha-1860A型)，上海譜元儀器有限公司；高速離心機(TG16K-II型)，長沙東旺試驗儀器有限公司；電熱恒溫鼓風干燥箱(DHG-9070A型)，常州普天儀器制造有限公司；數顯恒溫水浴鍋(HH-2型)，國華電器有限公司；循環水式多用真空泵(SHB-Ⅲ型)，北京科偉永興儀器有限公司；多功能電磁爐(C21-PK2106型)，美的生活電器制造有限公司；電子天平(AL204型)，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；超聲波清洗器(S69200HE型)，上海冠特超聲儀器有限公司；高效液相色譜系統(Agilent 1100)，美國Agilent公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 營養成分測定方法

可溶性蛋白質測定參照G-250考馬斯亮藍法[9]；可溶性固形物采用APAL-1型糖度計檢測[10]；可溶性糖和可滴定酸，分別采用蒽酮比色法[11]和GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定中酸堿滴定法》。每份樣品每個指標進行3次平行重復檢測。

VC含量測定參照GB5009.86—2016《食品安全國家標準食品中抗壞血酸的測定》中2,6-二氯靛酚滴定法；黃酮測定以蘆丁為標準樣品，配制標準溶液后經顯色處理于570 nm處測定吸光度值并繪制標準曲線，樣品溶液測定同上[12]；采用沒食子酸標準樣品作為參照，通過福林酚法測定多酚含量，經配制好的沒食子酸標準溶液在760 nm處測定吸光度[13]。每份樣品每個指標進行3次平行重復檢測。

1.3.3 氨基酸含量測定方法及分析

樣品氨基酸的含量的測定參照JY/T019—1996《氨基酸分析方法通則》、參照GB/T5009.124—2003《食品中氨基酸的測定》。且稱取樣品1.0 g于燒杯中加入10 mL 5%三氯乙酸沉淀2 h。吸取10 mL樣液于離心管中，10 000 r/min離心15 min。取2 mL的上清液調pH至2左右定容，用0.45 μm微膜過濾至樣品杯中，之后在放入色譜柱。

1.3.4 氨基酸評分法

將測試所得沙子空心李蛋白質氨基酸含量與標準模式下此蛋白質氨基酸含量進行比值計算，所得結果記為氨基酸比值(ratio of amino acid, RAA)，RAA計算如公式(1)所示[14]:

(1)

1.3.5 氨基酸比值系數

氨基酸比值系數(ratio coefficient of amino acid, RC)是指與模式蛋白氨基酸相當量的一份食物氨基酸的比值。經過計算RC值，可明確看出食物中氨基酸含量與模式氨基酸的偏離程度。如果所得RC>1，表明該EAA相對過剩，反之則表明該EAA相對缺乏。同時具有最小RC值的EAA，為此食物的第一限制氨基酸。RC計算如公式(2)所示[15]:

(2)

1.3.6 氨基酸比值系數分

一是水利建設投資再創新高，重點水利項目建設全面加快。截至2013年11月，國家下達兵團的各類中央水利建設項目投資333 308萬元，較2012年同期增加77 335萬元，增幅為30.2%。其中中央投資257 648萬元，增幅為17.2%。水利建設投資的增長確保了水利工程建設速度的全面加快。中哈霍爾果斯河友誼聯合引水樞紐工程全面完工，烏勒昆烏拉斯圖河水資源配置及186團節水改造工程、多浪水庫除險加固工程已基本完工，瑪納斯河肯斯瓦特水利樞紐工程已完成全部任務的80%。2013年國家下達兵團的水利建設項目95%已開工，通過采取綜合舉措，水利投資計劃執行進度較2012年大幅度躍升。

氨基酸比值系數分(score of RC, SRC)用于評價蛋白質的營養價值意義，如果食物蛋白質氨基酸組成與模式蛋白質一致，則EAA的SRC值接近100，說明該EAA在物料氨基酸的生理價值貢獻方面成效顯著，該食物的蛋白質相對營養價值越高。計算公式如公式(3)所示[16]:

SRC=100-SRD×100

(3)

式中：SRD為RC的相對標準偏差。

1.3.7 數據處理與分析

采用SPSS 17.0與Excel進行試驗數據處理，并完成主成分分析(principal component anlysis, PCA)[17]。

2 結果與分析

2.1 空心李果實營養成分含量分析

由表2可知，6份空心李果實樣品之間營養成分存在一定的差異性(P<0.05)。Kxl-1、Kxl-5與Kxl-2、Kxl-3、Kxl-4之間可溶性蛋白質存在顯著性差異；6種沙子空心李的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸存在顯著性差異，其中可溶性固形物含量Kxl-2最高、Kxl-6最低，分別為(14.54±0.12) %和(12.49±0.08)%，可溶性糖含量Kxl-1最高、Kxl-4最低，分別為(10.98±0.08)%和(6.15±0.08)%，可滴定酸含量Kxl-2最高、Kxl-6最低，分別為(0.390±0.020)%和(0.218±0.012)%。通過綜合性評價，6種沙子空心李中Kxl-1、Kxl-2、Kxl-5所含可溶性蛋白質、可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸含量相對較高，品質相對較好。沙子空心李與李曉亮[18]研究的歐李相比，沙子空心李的可溶性糖和可滴定酸含量與歐李比相對較高，蛋白質含量差異不大；與王貴平等[19]研究的李新品種“金紅”相比，沙子空心李的可滴定酸、可溶性蛋白、可溶性固形物含量均比“金紅”李的含量高；與安佰義等[20]研究的20種李果實相比，沙子空心李的可滴定酸和可溶性固形物含量均偏高。由此可說明沙子空心李口感相對歐李果實更酸甜可口。

表2 本試驗6份沙子空心李果實樣品的營養成分Table 2 Nutritional compositions of testedsix species of Shazi Kongxinli

注：同一列數據中上標標有完全不同小寫字母的數據之間呈顯著性差異(P<0.05)(下同)

2.2 空心李果實中生物活性成分分析

由表3可知，6種沙子空心李之間生物活性成分存在一定的差異性(P<0.05)。Kxl-4與Kxl-2、Kxl-5之間VC含量存在顯著性差異，其中Kxl-4最高、Kxl-5最低，含量分別為(1.75±0.08) mg/100g和(1.15±0.06) mg/100g； 6種空心李之間總酚含量存在顯著性差異，其中Kxl-2最高、Kxl-1最低，含量分別為(0.80±0.01) mg/100g和(0.53±0.02) mg/100g；曲霜[21]對118份抗寒李果實進行了研究，其中測得VC含量為0.037～0.310 mg/100g，與之相比，空心李VC含量比前者測定的抗寒李果實的VC含量高；夏樂晗等[22]研究了13種李子的內外品質的差異，13種李子的VC含量在1.71～9.89 mg/100g，平均含量為4.36 mg/100g；總酚含量在76.51～237.73 mg/100g，平均含量為164.13 mg/100g，與之相比，空心李的VC和總酚含量均低于前者研究的13個品種的李子。造成果實營養物質含量不一的因素有很多，如品種不同、生長環境不同以及測量的操作方法不一致等。Kxl-2、Kxl-5、Kxl-6之間黃酮含量存在顯著性差異，Kxl-1、Kxl-4、Kxl-6之間差異不顯著。導致6種空心李中活性成分不相同的原因主要由于6種空心李的處理方式、培育方式、采摘地點各不相同。總酚是具有抗氧化活性的重要成分，VC、黃酮為非酶類清除劑自由基，具有抗氧化、美白、延緩衰老、抑菌等作用[23-24]，需從食物中獲取。因此，沿河沙子空心李可作為人們補充生物活性成分的水果之一。

表3 本試驗6份沙子空心李果實樣品的生物活性成分含量Table 3 Bioactive components contents of testedsix species of Shazi Kongxinli

2.3 空心李果實中氨基酸組成與含量分析

氨基酸是構成動物營養所需蛋白質的基本物質，其種類又是體現不同食物風味的重要呈味物質。由表4可知，不同空心李中均檢測出17種氨基酸，色氨酸(Trp)除外，人體必需氨基酸7種，非必需氨基酸10種。6種不同類型的空心李中Kxl-3的天冬氨酸和谷氨酸的含量均最高，共2.530 g/100g，隨后根據Kxl-5、Kxl-4、Kxl-6、Kxl-2、Kxl-1順序，谷氨酸和天冬氨酸含量逐漸減小，而谷氨酸和天冬氨酸屬于鮮味氨基酸，表明Kxl-3風味比較明顯，其余5種沙子空心李風味次之，相較于馬慶華等[25]研究的九龍山野生歐李果肉中所含有的鮮味氨基酸總量(1.34 g/100g)要高；相較于李曉亮[18]研究的歐李所含有鮮味氨基酸總量(153.05 mg/100g)高很多，表明空心李的風味比九龍山野生歐李和歐李的風味強。除此之外谷氨酸是腦組織生長代謝中的首要氨基酸，參與多種生理活性物質的合成，在大腦、肌肉、肝臟等組織代謝過程中發揮解毒作用，還可保護肝臟。Kxl-3氨基酸總量為4.687 g/100g，必需氨基酸總量為1.119 g/100g，非必需氨基酸總量為3.568 g/100g。Kxl-3中WEAA/WTAA為23.87%，WEAA/WNEAA為31.36%，Kxl-4中WEAA/WTAA為37.01%，WEAA/WNEAA為58.76%，由數據分析可知，6種沙子空心李中WEAA/WTAA均低于40%，未達到推薦的WEAA/WTAA含量，已有研究表明蛋白質中氨基酸組成WEAA/WTAA為40%左右時其營養品質較佳，所以6種沙子空心李不能作為蛋白質的良好來源。WEAA/WIVEAA比值應達60%，而6種沙子空心李中只有Kxl-4接近該標準，其余5種均低于60%，根據WEAA/WNEAA營養價值排序為Kxl-4>Kxl-1>Kxl-3>Kxl-2>Kxl-5>Kxl-6。通過各氨基酸含量進行綜合評價得知，Kxl-3能給人們帶來更好的鮮味感，而基于人體所必需氨基酸含量來看，Kxl-4更適合人們食用。

表4 沙子空心李氨基酸組成與含量分析 單位：g/100g

注：WEAA，必需氨基酸總量；WHEAA，半必需氨基酸總量；WNEAA，非必需氨基酸總量；WDAA，鮮味氨基酸總量；WTAA，氨基酸總量；*表示必需氨基酸；△表示鮮味氨基酸

2.4 空心李果實中必需氨基酸組成分析

氨基酸平衡理論認為待測蛋白質的氨基酸組成比例與WHO/FAO模式越接近，其蛋白質營養價值越高。由表5可知，6種沙子空心李所含蘇氨酸、亮氨酸和異亮氨酸均小于推薦模式中相應氨基酸分值；對于纈氨酸，樣品6接近推薦模式，而樣品1較低于推薦量；但樣品1中蛋氨酸+胱氨酸分值接近且稍高于推薦模式，其余樣品均較低；樣品3中苯丙氨酸+酪氨酸分值較高于推薦量，樣品4中賴氨酸分值過高于推薦量。通過綜合分析6種沙子空心李必需氨基酸組成情況，其與推薦的WHO/FAO模式中必需氨基酸分值相差較遠且相對不均衡。因此，6種沙子空心李均不能單獨作為補充必需氨基酸的物質。

表5 沙子空心李中必需氨基酸與WHO/FAO氨基酸 模式比較Table 5 Comparison of essential amino acids and WHO/FAO amino acid pattern spectra of Shazi Kongxinli

2.5 沙子空心李RAA、RC及SRC評分

根據6種沙子空心李氨基酸的含量及比例計算出RAA、RC、SRC，可直觀評價其營養價值。由表6可知，6種沙子空心李中，Kxl-1第一限制性氨基酸為纈氨酸，RC值為0.333；Kxl-2、Kxl-3、Kxl-5、Kxl-6的第一限制性氨基酸為賴氨酸，RC值分別0.380、0.381、0.435、0.386，Kxl-4第一限制性氨基酸為蛋氨酸+胱氨酸、RC值為0.395。另外，6種沙子空心李中除Kxl-1的限制性氨基酸纈氨酸、Kxl-2的第一二限制性氨基酸賴氨酸和蛋氨酸+胱氨酸、Kxl-3的限制性氨基酸賴氨酸、Kxl-4的限制性氨基酸蛋氨酸+胱氨酸以及Kxl-5與Kxl-6的第一二限制性氨基酸賴氨酸和蛋氨酸+胱氨酸外，其余各氨基酸的RC值都接近于1或大于1，其中只有Kxl-1的蛋氨酸+胱氨酸、Kxl-3的苯丙氨酸+酪氨酸以及Kxl-4的賴氨酸過大于1。有相關研究證明，不僅氨基酸含量不足會影響蛋白質營養價值，氨基酸含量過剩也會影響蛋白質營養價值[26]。6種沙子空心李的第一二限制性氨基酸含量普遍偏低，根據蛋白質互補理論，沙子空心李可與蛋白含量較高的動物食物結合食用，以提高其食用價值。

SRC越接近100，表示SRC越集中，其營養價值越高；反之，若SRC越小，表示蛋白質的營養價值越低。6種沙子空心李的SRC值介于38.84～64.14之間，平均值為54.31。SRC值超過50的沙子空心李有Kxl-1、Kxl-2、Kxl-5及Kxl-6，其中Kxl-5含量較高，達64.14，說明以上沙子空心李蛋白營養價值較均衡，易被人體吸收，具有廣闊的開發利用前景。

表6 空心李中必需氨基酸的RAA、RC、SRC分析Table 6 RAA, RC and SRC of 6 kinds of essential amino acids of Shazi Kongxinli

2.6 空心李果實營養成分間的相關性分析

由表7可知，6種沙子空心李的營養成分指標之間有正相關也有負相關，且多數相關系數的絕對值大于0.3，表明各指標之間有較強的相關性。可溶性蛋白與可溶性糖呈顯著正相關，與黃酮呈顯著負相關；可溶性固形物與總酚呈顯著正相關，與可滴定酸呈高度顯著正相關；可滴定酸與總酚呈顯著正相關，與總氨基酸呈顯著負相關；VC與總酚呈顯著負相關。

表7 沙子空心李營養成分相關性分析Table 7 Correlation analysis of nutritional components of Shazi Kongxinli

注：*表示P<0.05水平下的顯著相關；**表示P<0.01水平下的顯著性，相關系數臨界值，α=0.05時，r=0.576；α=0.01時，r=0.708

2.7 空心李營養品質主成分分析和綜合評價

主成分分析(principal component anlysis, PCA)能對多個指標進行綜合性分析，是一種通過線性變換將多個變量維數降為幾個有代表性的變量，且所含信息互不重復，從而用簡化的數據反映原始數據的多元統計分析方法[27]。將6種沙子空心李的8個成分指標進行主成分分析，由表8可知，經PCA提取的8個主成分中只有前3個主成分的特征值大于1，其中第1主成分的特征值為3.509，方差貢獻率為43.866%，是重要的主成分，第2、3主成分的特征值依次降低，方差貢獻率分別為24.67%和18.569%，前3個主成分累積方差貢獻率達到87.105%，基本反映了6種沙子空心李成分指標的大部分初始信息，因此，選用前3個具有代表性的主成分作為6種沙子空心李營養品質分析的有效成分[28]。

表8 主成分分析解釋總變量Table 8 Principal component analysis explains total variables

主成分載荷矩陣反映了6種沙子空心李中各品質指標在各主分矩陣中的影響力大小，其數值反映原變量對因子影響的大小，正負代表變化方向的差別[29]。由表9可知，在第1主成分中載荷較高的有可溶性蛋白、VC、總酚，其載荷值分別為0.947、0.880、0.862，與第1主成分呈高度正相關，載荷較高且有負向影響的為黃酮，即第1主成分越大時，可溶性蛋白、VC、總酚、黃酮含量越高，則決定第1主成分的主要指標為可溶性蛋白、VC、總酚、黃酮；第2主成分中總氨基酸載荷較高，且有正向影響，載荷值為0.878，載荷較高且有負向影響的指標為可溶性固形物，載荷值為-0.712，故判定影響第2主成分的主要指標為總氨基酸、可溶性固形物；第3主成分中可溶性糖有較高載荷且呈高度正相關，載荷值為0.928，載荷較高且有負向影響的為可滴定酸，則判定可溶性糖、可滴定酸為第3主成分主要指標。

表9 主成分分析旋轉后的成分載荷矩陣Table 9 Component load matrix after rotation of principal component analysis

按綜合評價函數計算出6種沙子空心李的綜合得分及排名，綜合分值>0.7品質較好，綜合分值在0.4～0.7為中等品質，綜合分值<0.4為低等品質[20]。由表10可知，Kxl-1、Kxl-2綜合分值分別為2.819和1.286，且大于0.7，故品質較好，其余4種空心李(Kxl-3、Kxl-4、Kxl-5、Kxl-6)綜合分值均低于0.4，說明其品質相對較差。因此，通過綜合分值評估得知，排名前列、品質較好的沿河沙子空心李為Kxl-1、Kxl-2。

表10 六種沙子空心李綜合因子得分及排名Table 10 Six kinds of Shazi Kongxinli comprehensive factor score and ranking

3 結論

對6種沙子空心李所含營養成分及生物活性成分進行差異性分析表明，7個指標在不同品種間存在不同程度的差異，其中可滴定酸、可溶性固形物、可溶性糖、總酚在不同品種間存在顯著性差異，并且各項指標之間的相關性較強；對6種沙子空心所含李氨基酸來看，均有17種氨基酸，但各必需氨基酸含量都相對較低，有的遠低于FAO/WHO推薦模式，且各樣品的第一限制性氨基酸含量均較低，所以空心李并不能單獨作為補充必需氨基酸的食物，可根據蛋白質互補理論進行合理搭配。通過與其他李子進行比較分析，沙子空心李所含可溶性糖、可滴定酸及可溶性固形物等含量相對較高，具有廣闊的開發應用前景。

試驗通過主成分分析對6種空心李的品質指標進行綜合和簡化，從8個指標中提取的3個主成分的累計貢獻率達87.105%，反映了果實營養品質絕大部分的原始信息，決定第1主成分主要是可溶性蛋白、VC、總酚、黃酮，決定第2主成分主要是總氨基酸、可溶性固形物，決定第3主成分主要是可溶性糖、可滴定酸，這3個主成分可代替8個品質指標進行分析。運用綜合評價方法客觀反映了不同果實的品質指標綜合情況，經主成分分析排列比較，品質特征優劣的排列順序為Kxl-1>Kxl-2>Kxl-4>Kxl-5>Kxl-6>Kxl-3，Kxl-1、Kxl-2綜合分值均大于0.7，且Kxl-1綜合分值達0.7的4倍，說明品質更優，這與沙子空心李的處理、培育方式以及采摘地點等有關，具體原因有待進一步研究。