乳酸鈣對(duì)仔姜低溫貯藏期間品質(zhì)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(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，四川 雅安 625000）

姜（Zingiber officinaleRoscoe）是世界范圍內(nèi)廣泛種植的根莖類蔬菜及香辛調(diào)味料[1]。根據(jù)采收成熟度的不同又可分為鮮食的仔姜、作為調(diào)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?qū)е缕湓谫A藏過程中易發(fā)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(yīng)用研究取得了一些成果。如用鈣處理草莓可減緩果實(shí)硬度和VC含量的降低，抑制微生物的繁殖[4]，降低冬棗果實(shí)的呼吸強(qiáng)度，推遲后熟，維持細(xì)胞壁、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能的穩(wěn)定[5]，采后鈣處理已成功地應(yīng)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(fā)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(shí)的腐爛，而且可以加固果實(shí)的細(xì)胞壁，增強(qiáng)果實(shí)對(duì)病原物侵染的抵抗力[7]；但將其應(yīng)用于仔姜保鮮還鮮有報(bào)道。

目前，國內(nèi)外已有利用生物統(tǒng)計(jì)方法探究果實(shí)品質(zhì)與特征指標(biāo)關(guān)系的報(bào)道。Voon等[8]應(yīng)用主成分分析方法研究了榴蓮在低溫貯藏過程中揮發(fā)性成分的變化；Ehsani-Moghaddam等[9]運(yùn)用通徑分析法探討了蘋果貯藏后熟過程中的品質(zhì)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(duì)藍(lán)莓果實(shí)品質(zhì)的影響。本研究中影響仔姜果實(shí)品質(zhì)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(yīng)反映了果實(shí)的品質(zhì)特征，然而目前鮮見多變量分析在仔姜采后貯藏期間品質(zhì)變化中的應(yīng)用。本研究主要運(yùn)用單因素方差分析、主成分分析、相關(guān)性分析、通徑分析4 種方法，探討3 種不同質(zhì)量濃度的乳酸鈣處理對(duì)采后仔姜品質(zhì)變化的影響，以期為仔姜貯藏保鮮技術(shù)提供一定的理論依據(jù)。

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(qū)。

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(shè)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(fā)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(jì) 上海美譜達(dá)儀器有限公司；DZKW-D-4恒溫水浴鍋 上海一恒科技有限責(zé)任公司；CS-100S色差儀杭州彩普科技有限公司；TA.XT Plus質(zhì)構(gòu)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(duì)照組（CK）用清水處理15 min，處理后自然風(fēng)干，放于盛有相對(duì)濕度為85%～90%沙土的塑料盒內(nèi)，15 ℃預(yù)冷12 h后，在（11±1）℃下進(jìn)行貯藏，每組處理均重復(fù)3 次，每7 d取樣一次。

1.3.2 指標(biāo)測定

1.3.2.1 腐爛率的測定

采用觀察法記錄仔姜腐爛數(shù)和總數(shù)，腐爛率按公式（1）計(jì)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(zhì)構(gòu)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(jié)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(jì)算。

式中：L0、a0、b0分別表示貯藏前果實(shí)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(huì)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(dòng)。取經(jīng)冷凍干燥粉碎后過150 目篩的姜粉1 g，加入15 mL、體積分?jǐn)?shù)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?jǐn)?shù)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(zhì)量濃度的香草醛溶液繪制姜辣素測定的標(biāo)準(zhǔn)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(jīng)冷凍干燥至恒質(zhì)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?jiān)诔曁崛∫淮危x心合并兩次上清液，蒸發(fā)至干，加入10 mL甲醇復(fù)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(dòng)。使用HPLC進(jìn)行測定，色譜柱：ZORBAX Eclipse Plus C18（4.6 mmh250 mm，5 μm）。流動(dòng)相為體積分?jǐn)?shù)0.1%甲酸水溶液（A）-乙腈（B），按表1進(jìn)行梯度洗脫，流速1.0 mL/min，檢測波長280 nm，柱溫30 ℃，進(jìn)樣量10 μL。6-姜酚的含量通過標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行定量，6-姜酚含量以mg/g表示。

表 1 流動(dòng)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(zhì)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(shí)為1 個(gè)POD活力單位（U）；以每克鮮質(zhì)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(shí)為1 個(gè)PPO活力單位（U）。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析、主成分分析、相關(guān)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(jié)果與分析

2.1 乳酸鈣處理對(duì)仔姜貯藏期間品質(zhì)的影響

如表2所示，對(duì)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?yàn)锳＞B＞C＞CK，且各實(shí)驗(yàn)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(gè)重要感官指標(biāo)，能反映仔姜的食用品質(zhì)，仔姜脆度在貯藏過程中也呈現(xiàn)先升高后降低的現(xiàn)象，貯藏末期各實(shí)驗(yàn)組中A組的脆度最高，比對(duì)照組高12.17%。果實(shí)腐爛率也隨貯藏時(shí)間的延長而增加，在貯藏末期，A、B、C 3 個(gè)處理組的腐爛率為對(duì)照組的66.68%、41.67%、58.33%，且各實(shí)驗(yàn)組差異顯著（P＜0.05）。仔姜貯藏期間ΔE*值隨貯藏時(shí)間的延長逐漸增加，貯藏末期ΔE*大小順序?yàn)镃＞CK＞A＞B。POD、PPO活力與果實(shí)的顏色密切相關(guān)，在貯藏期間POD、PPO活力整體呈現(xiàn)先升高后降低的現(xiàn)象，CK組POD活力在第14天達(dá)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(shí)達(dá)到最大，14 d后對(duì)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(chǎn)物黃酮與總酚，其含量與果實(shí)的成熟衰老過程密切相關(guān)[20]。由表2可知，隨著貯藏時(shí)間的延長，總酚含量先升高后降低，總黃酮含量波動(dòng)性上升。貯藏過程中二者含量的變化與外界逆境脅迫有關(guān)，當(dāng)遭受外界脅迫時(shí)，二者均會(huì)被誘導(dǎo)產(chǎn)生來提高機(jī)體的抗氧化能力[21]。在14 d時(shí)，C組的總酚含量最高，說明此時(shí)期的C組果實(shí)抗氧化能力最高，品質(zhì)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(huì)脫水轉(zhuǎn)化成一系列相應(yīng)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(biāo)的測定結(jié)果Table 2 Quality indicators of baby ginger rhizome during storage

2.2 仔姜貯藏期間各品質(zhì)指標(biāo)主成分分析及綜合評(píng)價(jià)模型的建立

將不同處理、不同貯藏時(shí)間仔姜的各指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見表3。在所有的主成分構(gòu)成中，CK、A、B組的仔姜信息主要集中在前3 個(gè)主成分PC1、PC2、PC3，且各組前3 個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率均超過90%，因此設(shè)定這3 個(gè)主成分能夠代表對(duì)CK、A、B組仔姜數(shù)據(jù)的信息特征。C組的仔姜信息主要集中在前兩個(gè)主成分PC1、PC2，前兩個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)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(shí)各指標(biāo)的評(píng)價(jià)的綜合指標(biāo)。

表 3 主成分的特征值、方差貢獻(xiàn)率和累積方差貢獻(xiàn)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(jīng)基本保留了所有指標(biāo)的原有信息，累積貢獻(xiàn)率均超過85%且特征值均大于1，因此可以用3 個(gè)變量Y1、Y2和Y3代替原來的10 個(gè)指標(biāo)（其中X1～X10均為標(biāo)準(zhǔn)化后的變量），則得到表4的線性組合。

表 4 各組果實(shí)品質(zhì)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(duì)應(yīng)的特征值占所提取的3 個(gè)組成分的總的特征值之和的比例（α1、α2和α3）作為權(quán)重，以Y1、Y2和Y3作為特征向量因子，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型，得到綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)（即綜合得分）F＝α1Y1+α2Y2+α3Y3，F(xiàn)值越大，說明仔姜的綜合品質(zhì)越好；由該公式及表2中的數(shù)據(jù)可以計(jì)算得出各組仔姜貯藏品質(zhì)的綜合得分，結(jié)果見圖1。各組仔姜的綜合得分均隨貯藏時(shí)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(zhì)。各組仔姜的綜合得分在14 d以后迅速下降，對(duì)照組在35 d時(shí)綜合得分已經(jīng)小于0，C組在貯藏28～35 d時(shí)仔姜品質(zhì)綜合得分下降迅速，因此說明此時(shí)果實(shí)的品質(zhì)已嚴(yán)重下降，不再適用于貯藏。

圖 1 仔姜貯藏品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)Fig. 1 Comprehensive quality evaluation of baby ginger rhizome during storage

2.3 仔姜貯藏期間各品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果

表 5 品質(zhì)指標(biāo)間相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis among different quality indexes

對(duì)仔姜的10 個(gè)指標(biāo)做相關(guān)性分析，結(jié)果見表5。果實(shí)腐爛率與ΔE*呈顯著正相關(guān)（r＝0.946），說明隨著仔姜腐爛率提高，果實(shí)色澤變化增加，腐爛率與其他指標(biāo)相關(guān)性均不顯著。果實(shí)的硬度與脆度呈顯著性正相關(guān)（r＝0.846，P＜0.05），硬度、脆度與PPO活力均呈顯著性負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.883、-0.824，說明果實(shí)硬度與果實(shí)脆度具有一致的變化趨勢，果實(shí)硬度與脆度的變化與PPO活性的變化趨勢相反。同時(shí)，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(guān)（r＝0.946），與其他指標(biāo)相關(guān)性均不顯著。

2.4 通徑分析結(jié)果

將仔姜的各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)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(gè)因變量及它們之間的相互作用與仔姜腐爛率的相關(guān)系數(shù)R＝0.961，決定系數(shù)R2＝0.872，線性回歸方程F假設(shè)檢驗(yàn)的結(jié)果為17.601，P＜0.01，說明該方程具有極顯著意義，進(jìn)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(biāo)對(duì)仔姜腐爛率的直接通徑系數(shù)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(duì)腐爛率正直接作用最高，且POD活力對(duì)腐爛率產(chǎn)生的間接作用是通過ΔE*的直接作用產(chǎn)生。硬度與POD活力對(duì)腐爛率有正直接作用，且脆度與ΔE*對(duì)腐爛率產(chǎn)生的間接作用是通過硬度與POD活力的直接作用產(chǎn)生。總酚、總黃酮與6-姜酚對(duì)腐爛率有較大的負(fù)直接作用，同時(shí)，PPO活力對(duì)腐爛率起負(fù)直接作用，但作用效果較低。

3 討 論

鈣是細(xì)胞壁的組成成分，能夠在細(xì)胞壁中的半乳糖醛酸和附近的果膠之間形成鈣橋，在細(xì)胞壁中起到橋梁作用[24]，同時(shí)可以增強(qiáng)果實(shí)對(duì)病原菌的抵抗能力[25]。單因素方差分析結(jié)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(jīng)鈣處理過的哈密瓜不易滋生微生物結(jié)果一致。同時(shí)，貯藏35 d后經(jīng)鈣處理的仔姜硬度與對(duì)照組相比差異顯著，這與Aguayo等[25]的研究結(jié)果一致。經(jīng)乳酸鈣處理后的POD、PPO活力均高于對(duì)照組，而Barbagallo等[27]研究發(fā)現(xiàn)，鈣處理茄子后，茄子在貯藏過程中PPO活力低于對(duì)照組。這種差異產(chǎn)生的原因還需進(jìn)一步研究。

本研究使用主成分分析法對(duì)個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了降維處理，以特征值大于1為提取因子的標(biāo)準(zhǔn)，以各自對(duì)應(yīng)特征值的比例為權(quán)重建立果實(shí)綜合評(píng)價(jià)模型。結(jié)果表明，經(jīng)乳酸鈣處理后的仔姜在貯藏過程中F值明顯高于對(duì)照組，盡管如此，但經(jīng)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(duì)仔姜的品質(zhì)保持效果顯著，但不利于長期貯藏。

由相關(guān)性分析結(jié)果可知，腐爛率與ΔE*值呈現(xiàn)正相關(guān)效應(yīng)，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(guān)分析的繼續(xù)，在多元回歸的基礎(chǔ)上將相關(guān)系數(shù)加以分解，通過直接通徑系數(shù)、間接通徑系數(shù)及總通徑系數(shù)分別表示某一變量對(duì)因變量的作用效果[28]。腐爛率是果蔬貯藏的最為重要指標(biāo)，故本研究以腐爛率為因變量進(jìn)行通徑分析。結(jié)果表明，ΔE*、硬度、總酚含量與POD活力對(duì)腐爛率的直接通徑系數(shù)較大，而其他因子主要通過這四者對(duì)腐爛率產(chǎn)生較強(qiáng)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(shí)品質(zhì)劣變。