不同品種和成熟度藍莓理化特性的主成分分析評價

謝躍杰，王仲明，王 強，張忠明，熊政委，吳洪斌*

（1.重慶第二師范學院生物與化學工程學院，重慶 400067；2.甘肅農業(yè)大學食品科學與工程學院，甘肅 蘭州 737100；3.新疆農墾科學院農產(chǎn)品加工研究所，新疆 石河子 832000）

不同品種和成熟度藍莓理化特性的主成分分析評價

謝躍杰1，王仲明1，王 強1，張忠明2，熊政委1，吳洪斌3,*

（1.重慶第二師范學院生物與化學工程學院，重慶 400067；2.甘肅農業(yè)大學食品科學與工程學院，甘肅 蘭州 737100；3.新疆農墾科學院農產(chǎn)品加工研究所，新疆 石河子 832000）

藍莓的品種和成熟度對其色澤、品質、理化成分及其生理功能的意義重大。本實驗研究了4 個具有代表性的藍莓品種（‘安娜’、‘巴爾德溫’、‘園藍’和‘巨藍’）及其3 個成熟度（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）對其感官品質、理化特性、功效成分和抗氧化活性的影響，并通過主成分分析法（principal component analysis，PCA）研究藍莓不同品種及成熟度與所分析指標之間的關聯(lián)性。研究發(fā)現(xiàn)，藍莓的品種和成熟度對其理化特性影響程度不同，并且藍莓品種對VC含量和抗氧化活性的影響大于成熟度的影響；PCA散點圖中的品種聚類揭示了各藍莓歸屬。從營養(yǎng)成分和生理功能角度出發(fā)，‘安娜’和‘巴爾德溫’品種是最佳的加工和提取活性成分用栽培品種。本研究為藍莓品種選育和加工利用提供了理論依據(jù)。

藍莓；品種；成熟度；理化特性；總酚；抗氧化；主成分分析

藍莓（Vaccinium corymbosum L.），又名越橘、甸果，屬于杜鵑花科（Ericaceae）越橘屬（Vaccinium）多年生落葉或常綠灌木植物，分布于亞寒帶、溫帶及亞熱帶[1]。據(jù)國際藍莓協(xié)會（International Blueberry Organization，IBO）統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在過去的10 年內，全球藍莓的栽培面積以平均每年20%～30%的速度遞增，2016年，全球藍莓總產(chǎn)量62.972萬 t；全球藍莓栽培的總面積已由2005年的4.2萬 hm2發(fā)展到目前的7.73萬 hm2，增加了84%。中國藍莓栽培起步于20世紀80年代中期，21世紀初才開始推廣，目前栽培面積被認定為3 499 hm2，發(fā)展速度很快[2-4]。藍莓果實中富含花青素、多酚、黃酮類化合物、多糖、維生素、礦物質等，具有增強人體免疫力、抗氧化、抗癌、防止腦神經(jīng)老化、抗心血管疾病、抗衰老等多種生理活性功能，在食品、化妝品、藥品等領域有著廣闊的應用前景[5-6]，被世界糧農組織推薦為五大健康水果之一。

藍莓果實除鮮銷之外，還用于加工成產(chǎn)品和天然提取物，如藍莓酒、飲料、果醬、果脯、酸奶以及配料添加物等。色澤、香氣、功效成分及其抗氧化能力是評價藍莓果實品質的重要指標，色澤主要受花色苷、多酚等成分影響，品質及口感主要受色素、總酸、可溶性固形物及其比例影響[7]。藍莓活性成分主要受栽培品種、生長環(huán)境、成熟階段、采后貯藏條件和其他因素影響[8-11]。

目前，藍莓因其巨大的市場價值和營養(yǎng)價值被認為是最富有綜合價值的漿果之一；近年來，市場對于高品質藍莓需求量巨大。但迄今為止，關于品種和成熟度對藍莓色澤、理化成分及功能品質影響的報道較為鮮見。因此，為評價藍莓果實鮮食及加工適應性，對具有代表性的4 個品種的藍莓品質特性進行分析。通過比較分析不同品種和成熟度（早、中、晚，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）藍莓的感官品質、理化指標、功效成分及抗氧化活性，評價不同品種和成熟度藍莓間的品質差異性。并采用主成分分析（principal component analysis，PCA）方法分析了藍莓品種和成熟度對其理化特性的影響，對藍莓品種的選育及采后加工具有指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藍莓品種為兔眼藍莓和高叢藍莓。高叢藍莓：‘安娜’（Anna，A）；兔眼藍莓：‘巴爾德溫’（Baldwin，B）、‘園藍’（Gardenblue，G）和‘巨藍’（Plolific，P）；早、中、晚成熟期（分別表示為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）果實分別于2016年6月初、7月初和8月初采摘于藍莓種植農戶基地（實驗采用完全隨機設計，共選取3 株生長健壯、長勢一致的5 年生樹用來采摘藍莓）。

兒茶素、焦性沒食子酸、矢車菊素-3-葡萄糖苷、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-d i p h e n y l-2-picrylhydrazyl，DPPH）、L-抗壞血酸；福林-酚、水溶性VE（6-hydroxy-2,5,7,8-tetramethylchroman-2-carboxylic acid，Trolox）、對二甲氨基肉桂醛（p-dimethylaminocinnamaldehyde，p-DMACA）、乙腈（色譜純） 美國Spectrum公司；其他化學試劑均為國產(chǎn)分析純；所用水為雙蒸水。

1.2 儀器與設備

JYL-C012料理機 九陽股份有限公司；高壓均質機 上海申鹿均質機有限公司；DHG-9240A電熱恒溫鼓風干燥箱、DK-8D三孔電熱恒溫水槽 上海齊欣科學儀器有限公司；WY025W手持數(shù)顯糖度計 遼寧栢益儀器銷售有限公司；PHS-3C型pH計 上海儀電科學儀器股份有限公司；CR-400型色差儀 日本美能達公司；CT3-10型質構儀 美國Brookfield公司；UV-2450紫外-可見分光光度計、高效液相色譜儀 日本島津公司。

1.3 方法

1.3.1 藍莓原料預處理

藍莓的取樣根據(jù)GB/T 8855—2008《新鮮水果和蔬菜取樣方法》[12]，不同品種藍莓果實被采摘后用保鮮盒分裝并放于4 ℃保溫箱中，第2天運回。剔除傷果，選擇大小、色澤均勻的新鮮果實，測量其品質指標；清洗晾干后裝袋密封，-18 ℃速凍保存，測定理化指標。

1.3.2 不同品種及成熟度藍莓果實的感官品質、理化指標測定

按照每個品種和成熟度隨機取20 個藍莓果實（下同），測量其赤道線上分布均勻的3個部位的L*值、a*值；隨機取10 個藍莓果實，取各果實赤道線上2 個對稱部位測定硬度[13]；藍莓果實打漿，用手持數(shù)顯糖度計測定可溶性固形物（total soluble solid，TSS）含量[14]，用pH計測定pH值；可滴定酸（titratable acidity，TA）質量濃度測定參照GB/T 12456—2008《食品中總酸的測定方法》[15]；固酸比為果汁的TSS值與TA值之比；VC含量測定參考GB 5009.86—2003《蔬菜、水果及其制品中總抗壞血酸的測定》[16]。

1.3.3 不同品種及成熟度藍莓果實總酚、總類黃酮、總黃烷-3-醇、花色苷、原花青素的測定

對于酚類物質的含量測定，前處理方法均為：取20 g藍莓果漿，加入200 mL體積分數(shù)80%乙醇，超聲提取25 min后，于4 ℃、5 000 r/min條件下離心20 min，上清液于-4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

總酚含量測定采用Folin-Ciocalteu法測定[17]：以焦性沒食子酸乙醇溶液（10～150 mg/L）做標準曲線，總酚含量以每100 g新鮮樣品含有的沒食子酸（gallic acid，GA）當量表示（mg GAE/100 g）。

總類黃酮含量采用三氯化鋁比色法測定[18]，總類黃酮含量以每100 g新鮮樣品含有的兒茶素（catechin，CT）當量表示（mg CTE/100 g）。

總黃烷-3-醇含量采用p-DMACA法測定[19]，總黃烷-3-醇含量以每100 g新鮮樣品含有CT當量表示（mg CTE /100 g）。

花色苷含量采用pH值示差法測定[20]，花色苷含量以每100 g新鮮樣品含有矢車菊素-3-葡萄糖苷（cyanidin-3-glucoside，CG）當量表示（mg CGE /100 g）。

原花青素含量采用香草醛-鹽酸法測定[21]，原花青素含量以每100 g新鮮樣品含有CT當量表示（mg CTE/100 g）。

1.3.4 不同品種及成熟度藍莓果實抗氧化活性測定

1.3.4.1 鐵離子還原能力的測定

鐵離子還原能力（ferric reducing antioxidant power assay，F(xiàn)RAP）的測定參考Benziei等[22]的方法。取100 μL藍莓果漿，加入1.8 mL 2,4,6-三(2-吡啶基)三嗪（2,4,6-tris(2-pyridyl)-s-triazine，TPTZ）工作液（由0.3 mol/L 25 mL醋酸鹽緩沖液（pH 3.6）、10 mmol/L 2.5 mL TPTZ溶液、2.5 mL 20 mmol/L FeCl3溶液組成），混勻后37 ℃反應15 min，于593 nm波長處測定吸光度A593nm，A593nm越高，表明還原Fe3+的能力越強；結果以mmol Trolox /100 g表示。

1.3.4.2 DPPH自由基清除能力的測定

參考Liu Lixiang等[23]方法進行，將4 mL的DPPH乙醇溶液（DPPH用95%乙醇配制成10－4mol/L的溶液）與500 μL藍莓果漿混勻后，于517 nm波長處測定吸光度A517nm，結果以mmol Trolox/100 g表示。

1.3.4.3 羥自由基清除能力的測定

參照李曉英等[24]的方法并略有修改。在比色管中依次加入10 mmol/L的FeSO4和1 mL 10 mmol/L水楊酸，再加入藍莓果漿1 mL，最后加1 mL 8.8 mmol/L H2O2，37 ℃反應30 min，以蒸餾水作參比，在510 nm波長處測吸光度，并同時做不加顯色劑的樣品空白，結果以mmol Trolox/100 g表示。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

實驗數(shù)據(jù)以 ±s表示（n＝3），用Duncan法進行差異顯著性檢驗（p＜0.05），Origin 8.0軟件進行作圖。

對不同品種及成熟度藍莓的感官品質（L*值、a*值、硬度）、理化指標（TSS含量、pH值、TA質量濃度、固酸比、VC含量）、功效成分（總酚、總類黃酮、總黃烷-3-醇、花色苷和原花青素）含量和抗氧化活性（FRAP、DPPH自由基清除能力和羥自由基清除能力）數(shù)據(jù)進行標準化處理，采用SAS 8.2軟件中PRINCOMP過程對數(shù)據(jù)進行PCA。

2 結果與分析

2.1 不同品種及成熟度藍莓的感官品質和理化特性

表1 不同品種及成熟度藍莓的色澤及硬度Table 1 Color and fi rmness of four cultivars of blueberry fruits at three harvesting dates

果實的色澤（L*值、a*值）和硬度是衡量其品質和新鮮度的重要指標[25]，L*值表示果實的亮度，a*值表示果實中呈色物質的紅綠偏向。由表1可知，不同品種及成熟度藍莓感官品質存在差異。不同品種藍莓L*值分布在29.45～35.73之間，所測4 個品種的藍莓a(chǎn)*值均分布在0.78～2.55，并且均為正值；其中L*平均值和a*平均值最大的均為‘安娜’，L*平均值最小的為‘巴爾德溫’，a*平均值最小的為‘巨藍’；不同成熟度的‘園藍’、‘巨藍’品種L*值無顯著性差異（P＞0.05），僅‘巴爾德溫’品種a*值呈現(xiàn)不斷增加的趨勢。由此可見，不同品種藍莓L*值和a*值差別較大。而對于硬度而言，隨著成熟度的增加，不同品種藍莓均呈現(xiàn)增加的趨勢。

表2表明，不同品種及成熟度藍莓果實營養(yǎng)價值有一定差異。不同品種的藍莓TSS含量：‘園藍’＞‘巴爾德溫’＞‘巨藍’＞‘安娜’；pH值差異不顯著（P＞0.05）；不同品種的藍莓TA質量濃度：‘安娜’＞‘巴爾德溫’＞‘巨藍’＞‘園藍’。隨著果實成熟度的增加，TSS含量和pH值逐漸增加，TA質量濃度和VC含量降低。此外，藍莓品種‘安娜’、‘巴爾德溫’、‘園藍’和‘巨藍’的VC含量平均值分別為（86.01±2.12）、（71.08±0.66）、（52.03±5.54）、（68.34±0.82）mg /100 g，僅‘巴爾德溫’和‘巨藍’的VC含量差異不顯著（P＞0.05）；而各品種的3 個成熟度對應的VC含量分布更加集中，說明藍莓品種對VC含量的影響明顯大于成熟度的影響。

表2 不同品種及成熟度藍莓的理化特性Table 2 Physicochemical properties of four cultivars of blueberry fruits at three harvesting dates

2.2 不同品種及成熟度藍莓的功效成分

表3 不同品種和成熟度藍莓的功效成分含量及其抗氧化活性Table 3 Active constituents and antioxidant activity of four cultivars of blueberry fruits at three harvesting dates

由表3可知，‘安娜’品種的總酚、總類黃酮、總黃烷-3-醇含量最高；‘巴爾德溫’中花色苷和‘巨藍’中原花青素含量最高；并且隨著成熟度的增加，所測功效成分含量均大致呈現(xiàn)增加的趨勢。不同品種藍莓總酚分布在207.43～334.75 mg GAE/100 g之間；‘園藍’總酚、總黃烷-3-醇、花色苷和原花青素含量均最低，‘巨藍’總類黃酮含量最低。不同品種藍莓營養(yǎng)價值有一定差異，綜合各營養(yǎng)指標得出，‘安娜’品種抗氧化物質含量豐富，可作為加工與提取用品種開發(fā)。

2.3 不同品種及成熟度藍莓的抗氧化活性

圖1 不同品種及成熟度藍莓抗氧化活性Fig. 1 Antioxidant capacity of four cultivars of blueberry fruits at three harvesting dates

國內外研究發(fā)現(xiàn)，藍莓多酚類物質具有抗氧化、抗衰老、清除自由基、改善人體機能等廣泛的生理功能[2-6]，藍莓抗氧化能力及其生理功能主要來源于多酚類化合物和VC[26-27]。因藍莓抗氧化活性成分含量較高，藍莓中抗氧化成分及其活性已成為食品與農業(yè)化學的研究焦點。如圖1所示，在3 個成熟階段，F(xiàn)RAP、DPPH自由基清除能力和羥自由基清除能力最強的均是‘安娜’，在第Ⅲ成熟階段，最弱的均是‘巨藍’；對于羥自由基清除能力而言，‘巨藍’的3個成熟度樣品之間差異最大?！材取?個成熟度中，第Ⅲ成熟階段的總酚、總黃烷-3-醇和原花青素含量最高，且顯著高于其他成熟階段（p＜0.05）；在所有樣品中，‘安娜’的總酚和總黃烷-3-醇含量顯著高于同一成熟度的其他品種（p＜0.05），說明總酚和總黃烷-3-醇對藍莓的抗氧化性貢獻最大?！蜖柕聹亍目寡趸脚c‘安娜’接近，明顯優(yōu)于其他2 個品種。此外，如圖1可見，4 個藍莓品種對抗氧化活性的影響明顯大于各個成熟度的影響。

2.4 統(tǒng)計分析結果

表4 主成分特征值和方差貢獻率Table 4 Eigenvalues and variance contribution rates of fi rst three principal components

圖2 不同品種及成熟度藍莓理化特性的PCA結果Fig. 2 PCA scatter plots for four cultivars of blueberry fruits at three harvesting dates

PCA可以用于解釋和分析多維樣品之間的差異，進一步獲取具有大量錯綜復雜關系的樣品的關鍵綜合分析因子[28-30]。本實驗通過對不同品種及成熟度藍莓的相關數(shù)據(jù)進行PCA，根據(jù)特征值大于1的原則提取了3 個主成分，由表4可見，這3 個主成分反映了原始數(shù)據(jù)提供信息總量的90.19%；其中PC1和PC2反映了原始數(shù)據(jù)提供信息總量的79.71%。因此，將這2 個主成分作為評價所采集樣品質量的綜合變量。圖2A為不同品種（‘安娜’、‘巴爾德溫’、‘園藍’和‘巨藍’）及成熟度（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）藍莓理化特性的主成分PC1/PC2散點圖，不同品種（‘安娜’、‘巴爾德溫’、‘園藍’和‘巨藍’）及成熟度（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）藍莓聚成4 類；圖2B為草莓PCA的理化特性與PC1/PC2相關性分布散點圖。PC1和PC2是兩個主坐標成分，PC1表示盡可能最大解釋數(shù)據(jù)變化的主坐標成分，PC2為解釋余下的變化度中占比例最大的主坐標成分，PC3等依次類推。由圖2可見，感官特性和普通理化指標聚于下方（F指標除外），而功效成分指標聚于上方；進一步說明藍莓色澤（即成熟度）與抗氧化性一致（聚于左下側）?！材取贩N的活性成分和抗氧化性最佳，而‘巴爾德溫’總酚和總黃烷-3-醇含量較高。基于以上分析，從營養(yǎng)成分和生理功能角度出發(fā)，‘安娜’和‘巴爾德溫’品種是最佳的加工和提取活性成分用栽培品種。

3 結 論

實驗研究了4 個具有代表性的藍莓品種（‘安娜’、‘巴爾德溫’、‘園藍’和‘巨藍’）及其3 個成熟度（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）對其感官品質（L*值、a*值、硬度）、理化指標（可溶性固形物、pH值、可滴定酸、固酸比、VC含量）、功效成分（總酚、總類黃酮、總黃烷-3-醇、花色苷和原花青素）和抗氧化活性（FRAP、DPPH自由基清除能力和羥自由基清除能力）的影響，并通過PCA進行綜合分析，結果揭示了‘安娜’和‘巴爾德溫’品種是最佳的加工和提取活性成分用栽培品種；對于具體的栽培育種或者深加工而言，需要從具體的營養(yǎng)成分和抗氧化功能角度對藍莓品種和成熟度進行選擇。

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Assessment of the Differences in Physical, Chemical and Phytochemical Properties of Different Blueberry Cultivars Harvested at Different Dates Using Principal Component Analysis

XIE Yuejie1, WANG Zhongming1, WANG Qiang1, ZHANG Zhongming2, XIONG Zhengwei1, WU Hongbin3,*
(1. College of Biological and Chemical Engineering, Chongqing University of Education, Chongqing 400067, China;2. College of Food Science and Engineering, Gansu Agricultural University, Lanzhou 737100, China; 3. Institute of Agro-Food Science and Technology, Xinjiang Academy of Agricultural And Reclamation Science, Shihezi 832000, China)

Dif f erent blueberry cultivars and maturity are important for blueberry color, quality, phytochemical components and physiological functions. The sensory quality, phytochemical properties, antioxidant activity and phytochemical components of four dif f erent blueberry cultivars (‘Anna’, ‘Baldwin’, ‘Gardenblue’ and ‘Plolif i c’) harvested at three dif f erent dates (Ⅰ, Ⅱ and Ⅲ) were investigated. The correlations of the investigated parameters with cultivar and maturity were investigated by the statistical approach of principal component analysis (PCA). Results indicated that both cultivar and harvesting date af f ected the analyzed parameters and cultivar had a more signif i cant ef f ect on VC content and antioxidant activity. PCA scatter plots showed that the blueberry samples could be clearly classified. From both nutritional and physiological points of view, ‘Anna’ and ‘Baldwin’ were the best cultivars for processing and the extraction of active phytochemicals. These results can provide a theoretical guideline for the breeding, processing and application of blueberry.

blueberry; cultivars; maturity; physicochemical properties; total polyphenol; antioxidant; principal component analysis (PCA)

10.7506/spkx1002-6630-201723016

TS201.2

A

1002-6630（2017）23-0094-06

謝躍杰, 王仲明, 王強, 等. 不同品種和成熟度藍莓理化特性的主成分分析評價[J]. 食品科學, 2017, 38(23): 94-99.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201723016. http://www.spkx.net.cn

XIE Yuejie, WANG Zhongming, WANG Qiang, et al. Assessment of the differences in physical, chemical and phytochemical properties of different blueberry cultivars harvested at different dates using principal component analysis[J]. Food Science, 2017,38(23): 94-99. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201723016. http://www.spkx.net.cn

2017-03-20

新疆建設兵團工業(yè)科技攻關項目（2015AB030）；重慶市五大功能區(qū)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團隊支持計劃項目（201618793）

謝躍杰（1985—），男，講師，博士，研究方向為食品化學。E-mail：569619120@qq.com

*通信作者：吳洪斌（1980—），男，副研究員，碩士，研究方向為果蔬農產(chǎn)品加工。E-mail：woo2007@foxmail.com