基于主成分分析和聚類分析的藍莓品質綜合評價

許文靜，陳昌琳，鄧 莎,3，劉怡君，呂遠平,3,

（1.四川大學輕工科學與工程學院，四川成都 610065；2.四川省農業科學院經濟作物育種栽培研究所，四川成都 610300；3.四川大學健康食品科學評價體系研究中心，四川成都 610065）

藍莓（Vacciniumspp.）又名越橘，是杜鵑花科越橘屬植物，已被全球公認為是一種能促進健康的重要飲食來源，近年來其產量和消費量均大幅增加[1]。藍莓營養豐富，富含花青素、多酚、黃酮等天然抗氧化物，可用于對抗某些人類癌癥、調節血糖水平、降低器官氧化應激、調節腸道菌群、調節炎癥反應以及改善兒童認知表現等[2?4]。

隨著藍莓產量的增加，不同品種藍莓的形態特征、質地組成和營養特性各不相同，導致種植者難以科學地選擇栽培品種；同時消費者對藍莓的要求更加具體，表現在外觀品質（果實大小、色澤、質構）、香氣滋味（糖、酸、揮發性風味物質）及營養功能（花青素、總酚）上。目前，國內外對藍莓品質的評價研究多集中在營養指標、抗氧化能力分析上，對品種間差異及加工適應性的研究稍有不足。如劉笑宏等[5]對膠東地區4 個品種藍莓的11 個理化指標及芳香物質進行分析，但缺少質構及色差等指標分析；溫靖等[6?8]探討了7 個藍莓品種的品質特性，充分分析了其感官品質、理化指標及抗氧化能力，但欠缺對藍莓氨基酸組成的分析。

目前對山東、廣東等地區的引種藍莓研究較多，因此，本文測定了四川地區6 個藍莓品種的感官形態、色澤質構、營養功能指標、氨基酸組成及風味物質含量等指標，全面評價藍莓的綜合品質，同時利用主成分分析[9]和聚類分析[10]等方法進行比較分類，能客觀有效的反映品種間差異，對品種選育、市場推廣和采后加工具有生產指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試6 個藍莓品種（萊格西、綠寶石、密斯梯、藍雨、布里吉塔、園藍） 四川省農業科學院經濟作物育種栽培研究所。經原料驗收，果實大小一致、無病、蟲害，部分貯藏于4 ℃用于感官形態品質指標及水分含量測定，部分置于?20 ℃貯藏備用；DNS（二硝基水楊酸） 廈門海標科技有限公司；2-辛醇上海麥克林生化科技有限公司；沒食子酸、蘆丁、福林酚、鹽酸、硫酸、氯化鉀 成都市科隆化學品有限公司；以上試劑均為分析純。

CM-5 型色度色差儀 日本柯尼卡美能達；TAXT plus 型質構儀 英國SMS；A300 全自動氨基酸分析儀 德國曼默博爾；QP2010SE 氣相色譜質譜聯用儀 日本島津。

1.2 實驗方法

1.2.1 不同品種藍莓感官品質測定 單果重：每個品種隨機選取30 個果實，稱重后計算單果重，重復測定3 次[6]；果形指數：每個品種隨機選取20 個果實用游標卡尺測量橫徑與縱徑，重復測定3 次，果形指數=縱徑/橫徑[7]；色度：采用色度色差儀測定不同品種藍莓L*、a*、b*值，平行測12 次；質構：采用TPA（全質構測試）分析，測定時樣品果柄處向上，平行測定15 次。使用直徑75 mm（P36R）圓形探頭，儀器參數設置為測前速度0.5 mm/s，測試速度1 mm/s，測后速度0.5 mm/s，壓縮程度30%，2 次壓縮停頓時間為5 s，觸發力5 g[11]。

1.2.2 不同品種藍莓營養功能指標測定 水分含量：采用GB 5009.3-2016《食品中水分的測定》第一法直接干燥法測定；可溶性固形物（total soluble solid，TSS）含量：參照NY/T 2637-2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定 折射儀法》測定；總酸含量：采用GB 12456-2021《食品中總酸的測定》第二法pH計電位滴定法測定；還原糖含量：依照GB 5009.7-2016《食品中還原糖的測定》進行測定；可溶性糖含量：采用NY/T 2742-2015《水果及制品可溶性糖的測定3,5-二硝基水楊酸比色法》測定。

花青素含量：采用pH 示差法[12?13]測定：即1 g藍莓研磨后加入12 mL 80%甲醇振蕩提取20 min后6000 r/min 離心15 min 得提取液。分別取1 mL提取液于2 支25 mL 具塞試管中，分別用pH 為1.0 和4.5 的緩沖溶液定容至10 mL，在40 ℃水浴鍋中平衡50 min 后測定535、700 nm 吸光度值計算花青素含量，以矢車菊素-3-O-葡萄糖苷計。

總酚含量：采用Folin-Ciocalteu 法[14]測定，即1 g藍莓加入4 mL 70%乙醇研磨后轉入離心管中70 ℃水浴提取10 min，4200 r/min 離心15 min 后收集上清液至10 mL 容量瓶，殘渣反復提取至刻度。取1 mL 提取液于10 mL 棕色容量瓶中，分別加入1 mL福林酚試劑、3 mL 7.5% Na2CO3后定容，避光顯色1 h 后測定760 nm 吸光度值，以沒食子酸為標準品，結果以沒食子酸當量表示（mg/g）。

黃酮含量：參考邵盈盈[15]的方法進行測定，以蘆丁為標準品，結果以蘆丁當量表示（mg/g）。

1.2.3 不同品種藍莓游離氨基酸組成測定 采用氨基酸自動分析儀測定游離氨基酸含量，樣品前處理依據GB 30987-2020《植物中游離氨基酸的測定》進行，分離柱為陽離子交換樹脂2619（4.6 mm×60 mm，3 μm），柱溫57 ℃，反應柱溫度135 ℃，檢測波長570、440 nm，緩沖溶液流速0.40 mL/min，茚三酮流速0.35 mL/min，進樣量20 μL[16]。

1.2.4 不同品種藍莓揮發性風味物質分析 采用頂空固相微萃取和氣相色譜-質譜聯用儀對6 個品種藍莓進行香氣檢測與分析。根據Ke 等[17]的處理方法并加以改動：稱取研磨后的藍莓5 g 于20 mL 頂空瓶中，加入0.1 g NaCl 與15 μL 內標物質（40 mg/L 2-辛醇）后密封。樣品先在40 ℃下平衡20 min，再將填充有65 μm PDMS/DVB 材料的萃取頭插入頂空瓶中萃取30 min，最后插入GC 進樣口，解析3 min，以2-辛醇為內標對風味物質進行定量分析。

GC 條件：參照吳林等[18]的方法稍作修改，色譜柱DB-5MS（30 m×250 μm，0.25 μm），進樣口溫度250 ℃，色譜柱起始溫度50 ℃，升溫程序為以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。載氣為高純He，流量1.0 mL/min。MS 條件：離子源溫度200 ℃，接口溫度250 ℃；離子源：EI；電子能量：70 eV；掃描范圍：35～625 amu。

1.3 數據處理

所有數據以平均值±標準差表示，采用SPSS 26軟件對數據進行Duncan’s 差異顯著性分析，P＜0.05時顯著；通過SPSS 26 軟件進行主成分分析、聚類分析；采用Origin 2018 軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同品種藍莓感官形態指標比較

2.1.1 不同品種藍莓單果質量、橫徑、縱徑、果形指數比較 由表1 可知，藍莓果實單果重為0.85～2.06 g，高于2.00 g 的有萊格西和布里吉塔，果實較重；單果質量最輕的為藍雨，僅為0.85 g，且各品種間差異顯著（P＜0.05）。判定果實形狀的直觀標準是果形指數，通常果形指數在0.6～0.8 為扁圓形，0.8～0.9 為圓形，0.9～1.0 為橢圓形或圓錐形，1.0 以上為長圓形[19]。藍雨果實小且呈橢圓形，園藍則為圓形代表，其余品種皆為扁圓形，這主要受藍莓遺傳基因的影響。由單果質量和橫、縱徑可判斷出布里吉塔和萊格西屬于大果型藍莓，密斯梯、藍雨和園藍為中小果形藍莓。

表1 不同品種藍莓形態指標比較Table 1 Comparison of morphological indexes of different varieties of blueberries

2.1.2 不同品種藍莓色度比較 顏色是食品重要的外觀指標之一，色差儀中L*值表示樣品的明暗度，a*值表示紅綠度，b*值表示黃藍度[20]。不同品種藍莓色度參數見表2，萊格西、綠寶石L*值較高，說明這兩個品種果皮明亮度高，與其余品種差異顯著（P＜0.05）。a*值密斯梯最大（1.74），b*值綠寶石最小（?6.10）。所有品種藍莓a*值均大于0，說明果皮顏色偏紅，b*值均小于0，表明藍莓顏色偏藍，整體呈現明亮的藍紫色。

表2 不同品種藍莓色度比較Table 2 Comparison of chroma of different blueberries

2.1.3 不同品種藍莓質構比較 由表3 可知，不同品種藍莓硬度在408.37～805.67 g 范圍內，萊格西與綠寶石硬度相當，與其余品種間差異顯著（P＜0.05）。彈性代表藍莓受到擠壓后在一段時間內恢復原形的能力[21]，可以理解為藍莓在第一次咬合后與第二次咬合間恢復的高度。藍莓的彈性除綠寶石外，其余品種差異不大；藍雨和萊格西的膠粘性最大，分別為296.48 N和280.33 N，最小的為布里吉塔（151.96 N）；咀嚼性反映藍莓果實對咀嚼的持續抵抗力，藍雨的咀嚼性最大，咀嚼韌性好，脆而不爛，其次為萊格西，最小為布里吉塔。

表3 不同品種藍莓質構比較Table 3 Texture comparison of different blueberry varieties

2.2 不同品種藍莓營養功能指標比較

2.2.1 水分、可溶性固形物（TSS）、還原糖、可溶性糖及總酸含量比較 由表4 可知，6 個品種藍莓水分含量為80.83%～88.11%。園藍的TSS、可溶性糖含量最高；最低的為藍雨，其TSS 和可溶性糖含量僅有園藍的70%和71%。園藍的總酸含量最低（0.45%），布里吉塔、密斯梯、萊格西之間差異不顯著（P＞0.05）。園藍的糖酸比最高（28.23），萊格西、綠寶石、布里吉塔糖酸比接近，藍雨果實糖酸比最低。從水分含量、可溶性糖和總酸含量來看，初步認為除藍雨外其余品種高糖低酸、高水分含量[22]，都可以作為鮮食品種銷售。

2.2.2 花青素、總酚及黃酮含量比較 從表5 可知，園藍和藍雨的花青素含量較高，分別為2.09 mg/g、1.36 mg/g，與其余品種藍莓差異顯著（P＜0.05），這與園藍和藍雨相對較厚的果皮有關，果皮中含有大量的花青素。園藍的總酚和黃酮含量最高；總酚最低的為布里吉塔，僅有園藍的28%，黃酮含量最少的為藍雨僅有0.33 mg/g。藍雨果實較小，糖酸比較低，鮮食銷售優勢不大，但功能成分花青素、總酚含量可觀，更適宜加工。

2.3 不同品種藍莓游離氨基酸組成分析

不同品種藍莓游離氨基酸組成及含量見表6。6 個品種藍莓共檢測出18 種游離氨基酸，其中，包含蘇氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、賴氨酸6 種人體必需氨基酸，缺乏甲硫氨酸與色氨酸。不同藍莓品種氨基酸組成相似，但含量差異較大，這與嚴紅光等[23]的研究結果相似。游離氨基酸總量含量最多的為密斯梯（435.720 mg/100 g），布里吉塔和綠寶石游離氨基酸總量低于200 mg/100 g，僅有密斯梯的46%和28%。檢測出的18 種氨基酸中含量比較高的有Glu、Ala、GABA、Lys、Arg、Pro，含量較低的為Gly、Ile、Phe、Leu。有研究指出氨基酸的生物合成途徑在果蔬和食用菌中完全不同，且其代謝途徑的轉錄表達調控水平導致了代謝系統的穩定差異[24]，不同藍莓品種氨基酸含量差異可能與其遺傳差異、氨基酸代謝途徑中酶活力差異相關。

表6 不同品種藍莓游離氨基酸組成Table 6 Free amino acid composition of different blueberries

根據游離氨基酸呈味的特點，參考侯娜等[25]和劉偉等[26]的分類并稍作修改，將所檢測出的氨基酸分為5 類：鮮味氨基酸（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）。由圖1 可知，不同品種藍莓呈味氨基酸差異較大：相較于其他呈味氨基酸，藍雨和園藍的苦味氨基酸含量豐富；綠寶石和密斯梯的甜味氨基酸含量較多；布里吉塔所含鮮味、甜味、苦味氨基酸含量基本持平；萊格西則含有較多的鮮味氨基酸。

圖1 不同藍莓游離氨基酸滋味特征Fig.1 Flavor characteristics of free amino acids in different blueberries

2.4 不同品種藍莓揮發性風味分析

不同品種藍莓的揮發性風味成分見表7。6 個品種藍莓共檢測73 種揮發性風味成分，其中，園藍、綠寶石分別檢測出36、35 種香氣成分，萊格西和藍雨檢測出31 種香氣成分，布里吉塔和密斯梯分別檢測出23、26 種香氣成分，不同品種藍莓香氣成分的類別和含量差異較大。揮發性風味成分總量及種類最多的為園藍（14604.72 ng/g），其次為綠寶石（7052.68 ng/g），萊格西香氣成分總量最低，僅有園藍的11%。

表7 不同品種藍莓揮發性風味物質組成（ng/g）Table 7 Composition of volatile flavor compounds in different varieties of blueberries (ng/g)

續表 7

結合表7 和圖2 可見，6 個品種藍莓共檢測出12 種醇類物質，園藍中醇類物質最為豐富，主要含有芳樟醇、2,6-壬二烯醇、alpha-松油醇等物質，賦予藍莓果香氣息的同時表現出玫瑰木香氣又似甜瓜香氣。布里吉塔果實獨有桉葉油醇，具有清香的植物香氣[27]。在檢測出的10 種醛類物質里，布里吉塔和綠寶石中醛類物質含量較高，主要含有苯甲醛、反-2-辛烯醛、壬醛、反,順-2,6-壬二烯醛和癸醛等化合物，呈現苦杏仁氣味及綠葉清香，6 個品種藍莓均含有癸醛，表現出柑橘清樣香氣。綠寶石、密斯梯中萜烯類化合物較多，主要含有羅勒烯、月桂烯、萜品油烯、1-石竹烯等。萜類化合物廣泛存在于漿果果實中，由于其具有較高的沸點而表現出較穩定的香氣[28]。萊格西和園藍酯類物質種類較多（8 種），園藍、藍雨和綠寶石的酯類含量較高，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-戊二醇二異丁酸酯和癸酸甲酯等香氣成分，使得藍莓具有典型的果香。除甲基壬基甲酮、香葉基丙酮外，萊格西、藍雨、綠寶石和密斯梯還含有2-壬酮，在藍莓果香和植物香的基礎上增添了甜香和青香。

圖2 藍莓香氣成分比例Fig.2 Proportion of aroma components in blueberry

2.5 不同品種藍莓感官營養品質指標、游離氨基酸、揮發性風味化合物主成分及聚類分析

2.5.1 不同品種藍莓主成分分析 對6 個品種藍莓感官品質、游離氨基酸及揮發性風味化合物含量等20 個指標進行主成分分析，結果如表8 所示。提取出3 個主成分，累計貢獻率達89.223%，能解釋絕大部分變量信息。主成分載荷矩陣可以表達出變量對相應主成分的影響程度[29]。由表9 可知，對第一主成分產生正向影響的為糖酸比、TSS、花青素、總酚、黃酮含量，具有較高的載荷權數，產生負向影響的為總酸。第二主成分主要代表果形指數、游離氨基酸含量、膠粘性和咀嚼性，為正相關。第三主成分反映藍莓色澤，與L*值呈正相關，b*值呈負相關。將三個主成分的得分記為F1、F2、F3，以3 組主成分相應的特征值除以特征值總和作為權重數，建立主成分綜合得分模型：F綜=0.50×F1+0.31×F2+0.19×F3，得分情況見表10。6 種藍莓的綜合評分由高到低依次為：園藍、藍雨、萊格西、綠寶石、密斯梯、布里吉塔。

表8 主成分特征值及累計貢獻率Table 8 Principal component characteristic values and cumulative contribution rate

表9 主成分載荷表Table 9 Principal component load table

表10 不同品種藍莓主成分評分和綜合評分Table 10 Principal component score and comprehensive score of different blueberries

2.5.2 不同品種藍莓聚類分析 采用聚類分析法對20 個品質指標進行R 型聚類，對藍莓6 個品種進行Q 型聚類，結果見圖3 和圖4。由圖3 可知，當距離為20 時，可將藍莓的品質指標分為三大類：第1 類為氨基酸含量、果形指數、硬度、咀嚼性、膠粘性等指標；第2 類指標為糖酸比、黃酮、花青素、總酚、TSS、風味化合物含量、彈性、還原糖、總糖、L*值；第3 類指標為水分含量、總酸、a*、b*及單果重。結合主成分載荷表9 可知，第2 類指標對應第1 主成分的正載荷量，即指標值與綜合模型評分呈正相關。結合相關文獻[30?31]，確定藍莓品質的核心指標包括糖酸比、黃酮、花青素、硬度、咀嚼性、膠粘性等。

圖3 不同品種藍莓R 型聚類譜系圖Fig.3 R-type cluster pedigree diagram of different blueberry varieties

圖4 為不同品種藍莓Q 型聚類譜系圖,可以將藍莓分為三類。第一聚類包括藍雨、布里吉塔、密斯梯、綠寶石，這四個品種水分含量豐富，可溶性固形物含量較高，總酸含量中等，同時花青素、總酚含量較高，屬于鮮食加工皆可的品種。其中，藍雨果實較小，商品性差，但高花青素含量使其更適宜被作為提取色素的原料利用。第二聚類為萊格西，其果實為扁圓形，屬于中大型果實；高糖酸比、高硬度，是適宜鮮食和貯藏的藍莓品種。第三聚類為園藍，果實呈圓形，硬度適中，高糖酸比，抗氧化物質含量最高，鮮食的優勢突出。

圖4 不同品種藍莓Q 型聚類譜系圖Fig.4 Q-type cluster pedigree diagram of different blueberry varieties

3 結論

科學的選擇栽培品種對于果農來說至關重要，同時加工品種的選擇影響產品深加工的品質；消費者也可以根據自身需求選擇喜好的藍莓品種。6 個品種藍莓在單果重、糖酸比、花青素和總酚含量方面差異顯著，布里吉塔果實較大，但糖酸比較低，園藍和藍雨花青素、總酚含量較高。主成分分析綜合得分排名前三的品種依次為園藍、藍雨、萊格西，結合聚類分析篩選出藍莓品質核心指標為：糖酸比、黃酮、花青素、硬度、咀嚼性、膠粘性。根據Q 型聚類分析可以將品種歸為三類，第一聚類包括藍雨、布里吉塔、密斯梯、綠寶石，屬于鮮食加工皆可的品種，但藍雨果實小且果皮厚，商品性差，但花青素含量高，可以作為提取色素原料利用或加工高花青素產品，更適合加工利用。第二聚類為萊格西，適宜鮮食。第三聚類為園藍，適宜鮮食；其高糖酸比，高營養功能物質含量，更受消費者喜愛，可以進一步擴大其種植面積。本研究篩選出適宜加工的藍莓品種，后續可以對藍莓深加工及其花青素提取利用深入研究。