復合型涂膜劑對蓮霧保鮮效果主成分分析綜合評價

尹青春，楊穗珊，潘永波，肖 璇，王承業，陳春泉，鄧 浩

（1.海南省農業科學院農產品加工設計研究所，海南省熱帶果蔬冷鏈研究重點實驗室，海南 海口 570100；2.海南省食品檢驗檢測中心，國家市場監管重點實驗室（熱帶果蔬質量與安全），海南 ?？?570311）

蓮霧（Syzygium samarangenese）又名洋蒲桃、甜霧等[1]。原產于馬來半島，我國臺灣最早引入，在海南、廣東、廣西、福建等省份也相繼引種成功[2]。蓮霧富含酚酸、有機酸等[3-4]，采收后呼吸強度大、水分損失快、呼吸代謝旺盛和極不耐貯藏[5]。此外，當蓮霧成熟后，貯運過程中薄果皮極易受到物理損傷和滋生腐敗微生物，極大降低了其商業價值[6]。

涂膜劑能有效減少水果水分流失和抑制腐敗微生物生長，低毒化學抑菌成分的涂膜劑已應用于蓮霧保鮮。劉千等[7]使用2.5 μmol/L硝普鈉對蓮霧涂膜處理，VC含量和質量損失率等變化程度要小于對照組。Khandaker等[8]用質量濃度10 mg/L萘乙酸處理蓮霧果實，可維持其可溶性固形物含量和硬度，保持較好品質。楊波等[9]研究發現用低含量（1 g/kg）香芹酚環糊精包合物處理蓮霧，能有效抑制微生物生長，但過高含量（2 g/kg）會對蓮霧產生藥害，導致蓮霧品質下降。綜上，萘乙酸等低毒化學成份的涂膜劑雖然有一定的抑菌保鮮效果，但過高濃度會對蓮霧品質產生不利影響，而且過量食用還存在一定食品安全風險。殼聚糖作為一種天然的抗菌涂膜劑近年來備受矚目[10-13]，能在水果表面形成一層薄膜起到保鮮作用。單一菌種的乳酸菌發酵液與殼聚糖的涂膜劑在櫻桃番茄[14]、雞蛋[15]保鮮中已成功應用。但是，單一保鮮劑處理效果往往不夠顯著，而復合型保鮮劑相關研究較少[16]。

因此，本實驗選擇3種安全的乳酸菌，將其發酵液和殼聚糖復配，制備3種復合型涂膜劑，并將其應用于蓮霧保鮮。由于評價果蔬貯藏品質的指標多樣，獨立分析某一或某些相關指標往往缺乏系統性，難以全面直觀地反映整體差異情況[17]。因此，在對蓮霧貯藏過程中關鍵品質指標逐個分析的基礎上，結合主成分分析（principal components analysis，PCA）法，經降維處理，將8個關鍵指標濃縮為2個主成分，建立相關數學模型，最后通過綜合得分評價3種涂膜劑的保鮮效果。本研究結果可為蓮霧貯運保鮮和品質控制研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

本實驗所用蓮霧品種為‘黑金剛’，購于?？谑心媳彼l市場。挑選無損傷、大小相近蓮霧用于實驗。

抗壞血酸（純度≥98.7%） 美國BePure公司；果糖（純度≥99.4%） 中國計量科學研究院；殼聚糖（脫乙?；?0%、相對分子質量約104） 上海阿拉丁生化科技有限公司；冰醋酸 廣州化學試劑廠；甘油廣東光華科技股份有限公司；嬰兒雙歧桿菌、動物雙歧桿菌、乳酸鏈球菌 北京北納創聯生物技術研究院；MRS、MC培養基 廣東環凱生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

ACQUITY H UPLC?CLASS超高效液相色譜儀（帶二極管陣列檢測器） 美國Waters公司； 1260液相色譜儀（帶蒸發光檢測器） 美國Agilent公司；Centrifuge 5804 R高速離心機 德國Eppendorf公司；FNV-55數顯糖度計 河南綏凈環?？萍加邢薰荆籒Y-30SX漩渦混合儀 常州恩培儀器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 乳酸菌發酵液的制備

乳酸鏈球菌使用MRS培養基在37 ℃下培養，嬰兒雙歧桿菌、動物雙歧桿菌使用MC培養基在37 ℃下培養，菌種活化3 代后，再擴大化培養18 h，3 000 r/min離心15 min，取上清液備用。

1.3.2 復合型微生物涂膜劑的配制

復配液A的配制：將3種乳酸菌上清液按表1中的體積比混合。

復配液B的配制：在50 ℃下將質量分數1.5%殼聚糖和體積分數0.1%甘油溶于1 L體積分數1%乙酸溶液中，冷卻備用。

復合型乳酸菌涂膜劑的配制：將復配液A和復配液B按體積比3∶7混合備用。

表1 復合型涂膜劑配方Table 1 Formulations of coating

1.3.3 蓮霧涂膜

將每組10 kg蓮霧分別放入水中（作為對照（CK）組）和3種涂膜劑中浸泡2 min，晾干，然后于20 ℃下貯藏10 d，每2 d測定一次品質指標。

1.3.4 品質指標的測定

通過肉眼觀察，將表面腐爛面積10%以下定為好果，好果率計算如公式（1）所示。

每組選用20個果，每2 d稱質量一次，失水率計算如公式（2）所示。

式中：m0為第0天蓮霧質量/g；m為待測蓮霧質量/g。

可溶性固形物質量分數測定方法根據NY/T 2637—2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定 折射儀法》。

可滴定酸質量分數測定：稱取經攪拌均勻的蓮霧試樣2.0 g加入純水，定容至50 mL，加入0.2 g活性炭，旋渦混合10 min，濾紙過濾。取20 mL上清液，加入2 滴質量濃度1 mg/mL酚酞后，用0.01 mol/L NaOH標準溶液滴定至微紅色，30 s不褪色，記錄NaOH消耗量?？傻味ㄋ豳|量分數計算如公式（3）所示。

式中：V為樣品提取液總體積/mL；VS為滴定時所取濾液體積/mL；c為NaOH滴定液濃度/（mol/L）；V1為滴定濾液消耗的NaOH溶液體積/mL；V0為滴定蒸餾水消耗的NaOH溶液體積/mL；m為樣品質量/g；f為檸檬酸折算系數（0.064 g/mmol）。

VC含量測定采用GB 5009.86—2016《食品中抗壞血酸的測定》的高效液相色譜法。

果糖、葡萄糖含量測定采用GB 5009.8—2016《食品安全國家標準 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測定》的高效液相色譜法。

檸檬酸含量測定采用GB 5009.157—2016《食品安全國家標準 食品有機酸的測定》的超高效液相色譜法。

1.4 數據處理與分析

每個樣品重復測量3 次，實驗數據采用SPSS 22.0軟件進行統計分析，按照鄧肯氏新復極差法進行組間比較，P＜0.05表示差異顯著；使用OriginPro 2019b軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 復合型涂膜劑對蓮霧貯藏品質的影響

2.1.1 復合型涂膜劑對蓮霧綜合品質指標的影響

如圖1A、B所示，在貯藏期間伴隨失水率上升，蓮霧的好果率逐漸降低。從第2天開始，使用3種涂膜劑蓮霧的好果率均顯著高于CK組（P＜0.05）。其中，涂膜劑3保鮮效果最好，在蓮霧貯藏第10天好果率達95%，比CK組高45%。CK組第10天有近50%蓮霧出現腐爛、凹陷等變質現象，涂膜劑1和涂膜劑2對蓮霧好果率的影響無顯著差異（P＞0.05）。蓮霧果實水分含量較高，比表面積大，易發生嚴重失水現象[18]。如圖1B所示，貯藏期間各組蓮霧失水現象明顯。從第4天開始，使用涂膜劑蓮霧的失水率均較CK組顯著降低（P＜0.05）；貯藏第10天，經涂膜劑1、2、3處理蓮霧的失水率分別為14.87%、13.81%、15.64%，均顯著小于同期CK組（P＜0.05）。殼聚糖作為一種廣譜型抗菌劑，可以抑制多種細菌、真菌的生長[19]，形成的薄膜還可以阻隔空氣，使蓮霧的呼吸代謝和水分散失被抑制，減緩蓮霧組織衰老[20]。除此之外，乳酸鏈球菌生長過程中會產生乳酸鏈球菌素，嬰兒雙歧桿菌和動物雙歧桿菌會產生乳酸、丁酸等抑菌成分，各代謝物相互作用與殼聚糖產生疊加抑菌效果，但混合比例不同對蓮霧綜合保鮮效果差異明顯。近年來，大量研究表明乳酸菌的次級代謝產物對霉菌、細菌等具有廣泛的抑菌效果[21-23]。因此，涂膜劑處理的蓮霧好果率明顯提高，失水率明顯降低。

圖1 涂膜劑對蓮霧好果率（A）、失水率（B）、可溶性固形物質量分數（C）、可滴定酸質量分數（D）的影響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機酸等，是決定果實風味的重要因子[24]。如圖1C所示，CK組蓮霧在貯藏期間可溶性固形物質量分數不斷增加，涂膜劑處理能夠減緩其增加幅度。從第6天開始，使用涂膜劑3處理蓮霧中的可溶性固形物質量分數保持在最低水平，顯著低于同期CK組（P＜0.05），第10天其可溶性固形物質量分數為1.344%，比第0天增長了0.08%，較同期CK組下降了0.28%，變化幅度最小。張福平等[25]認為蓮霧采后初期其他營養物質如淀粉、蛋白質等轉化為糖類，促使可溶性固形物含量在貯藏期間呈上升趨勢，這與本研究結果一致，說明涂膜劑能較好地減少蓮霧中營養物質分解，抑制了可溶性固形物含量上升。

可滴定酸常作為水果品質的重要評價指標[26-27]。由圖1D可以看出，可滴定酸質量分數在貯藏期間和可溶性固形物質量分數一樣，呈連續增長趨勢。第10天時，CK組蓮霧的可滴定酸質量分數上升至2.54%，較第0天增長了48.54%，而使用涂膜劑3的蓮霧較第0天僅增長了12.28%。使用涂膜劑2的蓮霧在第10天時可滴定酸質量分數降幅明顯，并與CK組和涂膜劑1組差異顯著（P＜0.05）。推測與涂膜劑2組蓮霧一直保持最低的失水率有關，在第10天失水最少，對有機酸的濃縮效應較弱。劉千等[5]研究發現涂膜劑處理蓮霧可以有效減緩可溶性固形物和可滴定酸含量增加，與本研究結果一致。水作為果實中營養物質的溶劑，CK組蓮霧在貯藏期間失水嚴重，導致糖酸類溶質逐漸濃縮、可溶性固形物和可滴定酸質量分數持續增加。而涂膜劑在蓮霧表面形成薄膜降低了失水率，從而抑制了可溶性固形物及可滴定酸含量增加，最終表現為好果率更高。

2.1.2 復合型涂膜劑對蓮霧營養品質指標的影響

VC是重要的營養物質，普遍存在于各種水果中，也是衡量保鮮效果的重要指標[25]。VC是果實內非酶類自由基清除劑，在紅毛丹[28]、芒果[29]等熱帶水果貯藏過程中呈現明顯下降趨勢，是能夠較好反映水果品質劣變的表征指標。如圖2A所示，各組蓮霧中VC含量都呈現先迅速下降后又緩慢回升的變化趨勢，CK組蓮霧在貯藏前6 d VC含量下降幅度最大。從第4天開始，使用涂膜劑蓮霧的VC含量均顯著高于同期CK組（P＜0.05），其中效果最好的是涂膜劑3。在貯藏第10天，CK組VC含量僅為1.14 mg/kg，較第0天下降了69.27%；使用涂膜劑3可明顯延緩VC含量降低，在貯藏第10天其VC含量為3.01 mg/kg，較第0天下降了18.87%，比同期CK組高164.04%。

圖2 涂膜劑對蓮霧VC（A）、果糖（B）、葡萄糖（C）、檸檬酸（D）含量的影響Fig. 2 Effects of coatings on vitamin C (A), fructose (B), glucose (C),and citric acid (D) contents of wax apples

葡萄糖、果糖作為呼吸作用的重要能源物質，是水果中大量存在的糖[30]。如圖2B、C所示，CK組蓮霧貯藏過程中果糖含量和葡萄糖含量都有較大的波動，均在第6天時含量最低，可能是活躍的呼吸代謝造成了糖類物質大量消耗。3種涂膜劑均能減少葡萄糖、果糖含量在貯藏過程中的變化幅度。使用涂膜劑3的蓮霧經10 d貯藏，葡萄糖、果糖含量較第0天分別降低了10.91%、5.84%。相比而言，CK組蓮霧經10 d貯藏，葡萄糖、果糖含量較第0天分別增長了70.17%和42.78%，增幅較大。檸檬酸是蓮霧的主要有機酸之一[21]，也是可滴定酸的主要成分。如圖2D所示，貯藏后期CK組檸檬酸含量下降明顯；貯藏第10天時，使用3種涂膜劑蓮霧的檸檬酸含量較同期CK組顯著高13.20%、31.51%和33.93%（P＜0.05）；使用涂膜劑3的蓮霧貯藏第10天其檸檬酸含量比第0天CK組增長8.00%，增幅最大；說明涂膜劑處理蓮霧中有機酸分解被抑制，這對維持良好的品質具有重要作用。

綜上，與CK組相比，涂膜劑處理蓮霧的4種綜合品質指標和4種營養指標都更好。涂膜劑3處理蓮霧在貯藏第10天好果率達95%，比CK組高45%，其他各項指標更穩定，表現出最好的保鮮效果，但涂膜劑1和涂膜劑2的保鮮效果無法綜合判斷。此外，蓮霧中各品質指標會相互聯系，相互影響，8個品質指標間協同作用需進一步探明。

2.2 復合型涂膜劑保鮮效果PCA分析

2.2.1 各指標均一化處理和主成分的提取

為綜合評價3種不同涂膜保鮮劑對蓮霧貯藏品質的影響，將以上8個指標進行PCA。首先將8個指標作為變量X進行均一化處理，即X＝（原始值-平均值）/標準偏差。最終使8個指標的平均值為0，標準偏差為1，消除了各指標不同數量級和量綱的影響。各指標均一化結果如表2所示。然后，按照PCA降維的思路，將8個指標劃分為若干個主成分。選擇特征值大于等于1，貢獻率較大的2個主成分（表3），PC1特征值為4.300、方差貢獻率為53.755%，PC2特征值1.285、方差貢獻率為16.059%。以上2個主成分代表了8個指標69.814%的變量信息，能綜合反映各指標的整體變化情況。

表2 各指標均一化值Table 2 Normalized values of quality indexes

表3 主成分特征值和累計方差貢獻率Table 3 Eigenvalues and cumulative variance contribution rates of principal components

2.2.2 基于PCA品質指標變化

經主成分提取，PC1和PC2累計方差貢獻率為69.814%，說明主要變異來自于這兩個主成分。因此，根據各品質指標在PC1和PC2上的得分繪制二維散點圖。如圖3所示，失水率、可滴定酸質量分數、可溶性固形物質量分數、果糖含量、葡萄糖含量都在PC1的[0，1]區間，說明以上5個指標與PC1呈正相關。其中，失水率與可滴定酸質量分數、葡萄糖含量與果糖含量的載荷相近，說明兩兩之間有相互協同作用；檸檬酸含量、VC含量、好果率在PC2的[0，1]區間，說明以上3個指標與PC2呈正相關。

將貯藏期間4 組蓮霧的品質指標分數映射圖3中，可以看出CK組除第0天外，第2～10天均在第4象限，與涂膜劑處理的蓮霧明顯分離，且第10天對PC1貢獻最大，說明CK組蓮霧品質發生已明顯變化，可滴定酸質量分數、失水率、可溶性固形物質量分數、果糖、葡萄糖含量的增加對變化貢獻較大。第0天在第3象限，除了CK組外，經3種涂膜劑處理蓮霧前8 d的得分都聚集在第0天周圍，說明這3種涂膜劑都具有較好的保鮮效果，能維持各品質指標的穩定。值得注意的是，涂膜劑3處理蓮霧的得分始終與第0天一樣分布在PC1的[-1，0]區間，且緊密聚集在第0天周圍，說明其保鮮效果最好。涂膜劑2處理蓮霧從第6天起均處于PC1的[0，1]區間，且偏離第0天較遠，說明蓮霧各品質指標與第0天相比已明顯變化；涂膜劑1處理蓮霧前8 d緊密聚集在第0天周圍，各品質指標變化較小，第10天在PC1的[0，1]區間，且偏離第0天較遠，說明蓮霧從第10天各品質指標發生急劇變化。

圖3 PCA得分載荷圖Fig. 3 PCA score loading plot

2.2.3 基于數學模型和綜合得分分析品質指標變化

為了更加直觀地展示3種涂膜劑處理蓮霧貯藏過程中品質的整體變化，構建線性方程并計算綜合得分，通過包含絕大部分品質指標信息的綜合得分來評價保鮮效果。首先，由8個因子的特征向量為系數，構建了前2個主成分的線性方程，如式（4）～（5）所示。

然后，將2個主成分的方差貢獻率作為系數代入，得到綜合評價得分總方程，如式（6）所示。

最后，將表2中8 組蓮霧指標的均一化值代入以上公式，得到綜合得分。如圖4所示，第0天蓮霧綜合得分為-0.53，CK組蓮霧在第4天綜合得分開始由負轉正，說明品質發生明顯劣變，第10天達到最大值1.49，說明劣變已非常嚴重。使用3種涂膜劑都能明顯減少綜合得分的增加，其中使用涂膜劑3的蓮霧在貯藏期間綜合得分增長最緩慢，始終在臨界值0附近，故表現出最好的保鮮效果。使用涂膜劑1和涂膜劑3的蓮霧在前8 d綜合得分都低于臨界值0，且比較接近，說明保鮮效果相近。但第10天開始，使用涂膜劑1的綜合得分急劇增大，說明蓮霧品質開始迅速劣變。使用涂膜劑2的蓮霧第4天綜合得分由負轉正，但比CK組得分低，說明有一定保鮮效果，但維持品質穩定時間較短。綜上判斷，保鮮效果的排序為涂膜劑3＞涂膜劑1＞涂膜劑2＞CK組。

圖4 不同涂膜劑處理的蓮霧貯藏期間品質綜合得分Fig. 4 Comprehensive scores of wax apples treated with different coatings during storage

3 結 論

本實驗對比了3種復合型涂膜劑對蓮霧的保鮮效果。結果表明，由乳酸菌培養液（V（乳酸鏈球菌）∶V（嬰兒雙歧桿菌）∶V（動物雙歧桿菌）＝1∶2∶2）和殼聚糖配制的涂膜劑3保鮮效果最好。使用該涂膜劑的蓮霧在貯藏第10天好果率達95%，比CK組高45%。各品質指標也更穩定，使用涂膜劑3處理的蓮霧經10 d貯藏后，其可溶性固形物質量分數、可滴定酸質量分數、檸檬酸含量較第0天分別增加了0.08%、12.28%、8.00%；VC、葡萄糖、果糖含量分別降低了18.87%、10.91%、5.84%，變化最小。進一步進行PCA和建立數學模型，結果表明，失水率與可滴定酸質量分數、葡萄糖含量與果糖含量的載荷相近，兩兩之間有相互協同作用。第0天蓮霧綜合得分為-0.53，涂膜劑處理能減少綜合得分的增長。涂膜劑3處理的蓮霧貯藏期間綜合得分一直在臨界值0附近，再次驗證了其保鮮效果最好。本研究結果可為蓮霧采后保鮮和品質綜合評價提供參考。