巫山脆李營養(yǎng)品質評價

郝麒麟，陳媛，黃先智，丁曉雯*

1(西南大學 食品科學學院，重慶,400716)2(西南大學科技處，重慶,400716)

李子屬于薔薇科李屬植物，又名嘉慶子、玉皇子等，在我國約有三千多年的種植栽培歷史[1]。李子在我國的大部分地區(qū)均有栽培，全世界共有50多個變種，我國主要栽培的是中國李、歐洲李、美洲李等9個種，約100多個品種[1]。據(jù)世界糧農(nóng)組織統(tǒng)計，2017年，我國李子的種植面積198.7萬公頃，占全球的75.8%，產(chǎn)量達680.4萬t，占全球總和的57.8%，均位列世界第一[2]。重慶地處長江中上游，氣候溫和濕潤，地理條件適宜，已有上千年的李子栽種歷史，目前重慶的李子種植面積7.63萬公頃，產(chǎn)量為52.3萬t，是重慶第二大水果[2]。巫山脆李是由青脆李品種經(jīng)長期的自然馴化培育而成，因其脆甜可口、汁多味香而深受廣大消費者喜愛。目前關于李子的研究主要集中在活性成分功能探究[3-4]、保鮮貯藏[5-6]等方面，在品質評價方面的報道較少[7-8]，且評價指標不夠全面。在前期工作中，選出巫山脆李硬度、水分、可溶性固形物等13個指標評價脆李果實品質，本研究主要選擇測定巫山脆李維生素、礦質元素、可溶性蛋白質、主要抗氧化活性物質相關指標。開展巫山脆李營養(yǎng)品質評價為體現(xiàn)巫山脆李的特色、營養(yǎng)品質、提高巫山脆李知名度和經(jīng)濟效益具有重要參考價值。

主成分分析法(principal compinent analysis，PCA)是在損失較少信息的前提下把多個指標轉化為幾個綜合指標，使降維后的綜合指標信息互不相關[9-10]。目前PCA廣泛應用于水果品質評價，如王佳豪等[11]采用PCA分析評價“羊角脆”類甜瓜果實品質，并選出硬度、總糖、肉食率、果實縱徑和可滴定酸為評價“羊角脆”類甜瓜果實品質的核心指標；鄭麗靜等[12]采用PCA選出總酸、固酸比和可溶性固形物作為評價蘋果風味的主要指標，并對蘋果樣本進行風味分級；謝國芳等[13]采用PCA與聚類分析法評價貴州不同產(chǎn)地不同品種藍莓的品質，選出適宜各產(chǎn)地栽種的藍莓品種，并對不同品種藍莓在加工、鮮食等品質方面進行劃分。PCA在水果品質評價方面的應用為水果品種優(yōu)選、品質優(yōu)劣分級等提供了重要參考。本研究以重慶巫山5個脆李主要種植區(qū)域的55份脆李為研究對象，分析測定VC、可溶性蛋白、γ-氨基丁酸等15個營養(yǎng)指標，通過PCA評價并比較5個種植區(qū)域脆李的營養(yǎng)品質，為巫山脆李產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

巫山縣為亞熱帶季風性濕潤氣候，年均氣溫18.4 ℃，年均降水量1 041 mm，氣候溫和，降水充足[14]。5個區(qū)域為重慶巫山脆李主要種植區(qū)域，管理條件基本一致，按照海拔高度依次記為：G區(qū)域(采15份樣本，海拔范圍300～400 m，)、Q區(qū)域(采15份樣本，海拔范圍350～400 m，)、P區(qū)域(采5份樣本，海拔范圍550～700 m)、S區(qū)域(采10份樣本，海拔范圍800～900 m)、L區(qū)域(采10份樣本，海拔范圍850～1 000 m)；G與Q區(qū)域位于巫山西部，地處長江沿岸，P區(qū)域位于巫山西部，地處長江沿岸，S與L區(qū)域位于巫山西南部，地形起伏較大，屬于典型的喀斯特地貌。在重慶市巫山縣科學委員會的協(xié)助下，于2018年7月巫山脆李成熟期，隨機采摘無病害、完整的脆李果實樣本55份，將脆李樣本清洗干凈后，自然晾干表面水分，去核、打碎，置于-20 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

抗壞血酸、2,6-二氯靛酚、γ-氨基丁酸，上海源葉生物科技有限公司；β-胡蘿卜素、VB1、VB2、蘆丁、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH)、2,4,6-三(2-吡啶基)-1,3,5三嗪(2,4,6-Tri(2-pyridyl)-s-triazien，TPTZ)、2,2′-聯(lián)氮雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二銨鹽(2,2′-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid ammonium salt，ABTS)，北京索萊寶科技有限公司；沒食子酸、福林酚、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚，上海麥克林生化科技有限公司；甲醇、正己烷均為色譜純級，美國Sigma公司；其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設備

752型紫外可見分光光度計,上海菁華科技儀器有限公司；Epoch2型酶標儀,美國基因有限公司；LC20A型高效液相色譜儀，日本島津公司。

1.3 實驗方法

VC采用2,6-二氯靛酚滴定法[15]測定、可溶性蛋白采用考馬斯亮藍染色法[16]測定；Ca、Fe、Zn、Se分別參照國標[17-20]測定；多酚采用福林酚試劑比色法[21]測定，結果用沒食子酸當量表示，即mgGAE/100g；黃酮參照白東海[22]方法測定，結果用蘆丁當量表示，即mgRE/100g；DPPH自由基清除能力、ABTS自由基清除能力、鐵離子還原能力(ferric reducing antioxidant power，F(xiàn)RAP)參照陸俊等[23]方法測定，抗氧化活性用μmolVC/g表示。

β-胡蘿卜素：采用高效液相色譜法測定[24]。測定條件為：C18柱、流速1.0 mL/min、柱溫35 ℃、進樣體積10 μL、檢測波長450 nm、流動相V(甲醇)∶V(正己烷)=85∶15。

VB1、VB2：采用高效液相色譜-熒光檢測器檢測[25]。測定條件：C18柱、流速1.0 mL/min、柱溫30 ℃、進樣體積10 μL、流動相0.05 mol/LV(乙酸鈉)∶V(甲醇)=60∶40、VB1激發(fā)波長375 nm，發(fā)射波長435 nm；VB2激發(fā)波長462 nm，發(fā)射波長522 nm。

1.4 數(shù)據(jù)處理

每項指標均重復測定3次以上，結果用X±SD表示，采用Excel 2016和SPSS 21.0軟件對測定結果進行統(tǒng)計分析和差異顯著性分析，采用PCA評價巫山脆李營養(yǎng)品質。

2 結果與分析

2.1 不同種植區(qū)域巫山脆李營養(yǎng)指標狀況

巫山5個種植區(qū)域的脆李營養(yǎng)指標分析結果如表1所示。

表1 巫山不同種植區(qū)域脆李營養(yǎng)指標比較Table 1 Comparison of nutritional indexes of plums in different growing area of Wushan

由表1可知，巫山不同種植區(qū)域的脆李營養(yǎng)品質存在一定差異，各評價指標的變異系數(shù)都大于10%，其中Se含量變異系數(shù)高達59.00%，說明離散程度大。巫山脆李的VC含量為(5.51±0.93)～(5.89±0.76) mg/100g，各區(qū)域間差異不顯著(P>0.05)。巫山脆李VC平均含量5.62 mg/100g，與邱利娜等[8]測得巴山脆李、王秋玉等[26]測得北京地區(qū)種植的歐李中的含量相當；巫山脆李VB1、VB2含量分別介于(0.015±0.007)～(0.043±0.010) mg/100g、(0.015±0.002)～(0.026±0.006) mg/100g，Q區(qū)域脆李的VB1、VB2含量都顯著高于其他4個區(qū)域的(P<0.05)。巫山脆李VB1、VB2平均含量分別是0.028 mg/100g、0.022 mg/100g，高于芒果、龍眼等水果中的含量[24]；β-胡蘿卜素含量為(0.222±0.077)～(0.330±0.087) mg/100g，G、Q區(qū)域脆李的β-胡蘿卜素含量顯著高于其他3個區(qū)域的(P<0.05)。巫山脆李β-胡蘿卜素平均含量0.283 mg/100 g，高于葡萄、荔枝等水果中的含量[27]。

巫山脆李Ca含量為(156.90±26.40)～(184.99±40.52) mg/kg，Q區(qū)域的脆李Ca含量顯著高于S、L區(qū)域的，與其他2個區(qū)域的差異不顯著，巫山脆李Ca平均含量174.02 mg/kg低于歐李中的含量[25-28]；Fe含量為(1.54±0.41)～(2.44±0.94) mg/kg，G區(qū)域的脆李Fe含量顯著高于P和S區(qū)域的，與其他2個區(qū)域的差異不顯著；Zn含量是(0.35±0.22)～(0.65±0.34) mg/kg，L區(qū)域脆李的Zn含量顯著高于Q和P區(qū)域的(P<0.05)，與其他2個區(qū)域的差異不顯著；Se含量是(1.73±0.80)～(2.83±1.60) μg/kg，Q區(qū)域的脆李Se含量顯著高于其他4個區(qū)域的(P<0.05)。Fe、Zn、Se平均含量分別為2.02 mg/kg、0.50 mg/kg、2.15 μg/kg，與新疆引種歐李中的含量相當[26]。

巫山脆李可溶性蛋白含量為(1.14±0.21)～(1.58±0.18) g/kg，P區(qū)域的脆李可溶性蛋白含量顯著高于其他4個區(qū)域的(P<0.05)，巫山脆李可溶性蛋白平均含量為1.25 g/kg，低于溫靜等[29]測得成都種植的歐李中的含量；γ-氨基丁酸含量為(17.82±2.82)～(32.98±4.31) mg/100g，S區(qū)域的脆李γ-氨基丁酸含量顯著高于其他4個區(qū)域的(P<0.05)。巫山脆李γ-氨基丁酸平均含量為26.44 mg/100g，高于蔡愈杭等[30]測得河北種植的歐李中的含量。

巫山脆李多酚含量為(151.30±28.66)～(175.11±40.08) mgGAE/100 g，G區(qū)域脆李的多酚含量顯著高于L區(qū)域的(P<0.05)，與其他3個區(qū)域的差異不顯著(P>0.05)；巫山脆李黃酮含量為(31.56±13.04)～(56.14±16.38) mgRE/100 g，S區(qū)域脆李的黃酮含量顯著高于Q和L區(qū)域的(P<0.05)，與其他2個區(qū)域的差異不顯著。多酚平均含量168.46 mgGAE/100g、黃酮平均含量46.96 mg RE/100 g，在SAHAMISHIRAAZI等[31]測得的178種李子中多酚、黃酮含量范圍內，與CHUN等[32]測得11種歐李中的中多酚、黃酮含量相當。

DPPH自由基清除力、ABTS自由基清除力和FRAP值3個指標反映巫山脆李的抗氧化活性，在測定結果中，DPPH自由基清除力測得巫山脆李的抗氧化活性數(shù)值遠高于ABTS自由基清除力、FRAP自由基清除力測得數(shù)值。不同區(qū)域間的脆李抗氧化活性存在一定差異，DPPH自由基清除力測得G區(qū)域脆李的抗氧化活性顯著高于其他4個區(qū)域的(P<0.05)；ABTS自由基清除力測得G、Q區(qū)域脆李的抗氧化活性顯著高于其他3個區(qū)域的(P<0.05)；FRAP自由基清除力測得P區(qū)域脆李的抗氧化活性顯著高于G、Q、L區(qū)域的(P<0.05)。在評價巫山脆李的抗氧化活性時，3種評價方法因原理不同而測定結果有差異，但巫山不同區(qū)域脆李的抗氧化活性具有一定趨勢性：G、Q區(qū)域脆李的多酚含量相對高于其他3個區(qū)域的，DPPH自由基清除力和ABTS自由基清除力測得G、Q區(qū)域脆李抗氧化活性較高，說明多酚可能在巫山脆李的抗氧化活性中貢獻較大[33]。

總的來說，G區(qū)域的脆李主要是β-胡蘿卜素、Fe和多酚含量高，Q區(qū)域的脆李主要是VB1、VB2、Ca、和Se含量高，P區(qū)域的脆李的VC和可溶性蛋白含量高，S區(qū)域的脆李γ-氨基丁酸和黃酮含量高；L區(qū)域的脆李Zn含量高?？梢钥闯觯珿、Q區(qū)域的脆李所含較高水平的營養(yǎng)指標多于P、S和L區(qū)域，其營養(yǎng)品質相對較好。

2.2 PCA法分析巫山脆李營養(yǎng)指標

由于巫山脆李各營養(yǎng)指標之間存在量綱和數(shù)量級差異，為避免彼此影響，參照KAVDIR等[34]、傅隆生等[35]的方法，對所測定55份巫山脆李樣本的原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，使得各指標的評價值處于相同數(shù)量級，再進行后續(xù)的統(tǒng)計分析。對不同種植區(qū)域巫山脆李的15個營養(yǎng)指標進行主成分分析，結果如表2、表3和圖1所示。

圖1 巫山脆李營養(yǎng)指標的主成分載荷Fig.1 Principal component load of nutritional index of Wushan plums

表2 巫山脆李營養(yǎng)指標主成分特征值與方差貢獻率Table 2 Principal component eigenvalue and cumulative variance rate of nutritional indexes of Wushan plums

表3 巫山脆李營養(yǎng)指標主成分分析旋轉成分矩陣Table 3 Rotated component matrix of principal component analysis of nutritional indexes of Wushan plums

參考相關標準[10]，由表2可知，依據(jù)主成分特征值大于1提取出6個主成分，它們的方差貢獻率依次為19.323%、15.038%、11.666%、9.834%、8.543%和7.927%，累計方差貢獻率達72.331%，反映了原始評價指標72.331%的信息。將巫山脆李的15個營養(yǎng)評價指標降維綜合成6個相對獨立的綜合性評價因子，已達到降維的目的[10]。

主成分載荷矩陣反應的是各評價指標對主成分負荷的作用大小與方向，將各指標在主成分中載荷值的絕對值大于0.5的指標組合成綜合性指標[10]。由表3與圖1可知，PC1主要綜合了VB1和VB22個指標，方差貢獻率19.323%，它們在PC1中的載荷值分別是0.839、0.804，都與PC1成正相關，說明VB1、VB2含量越高，PC1載荷越大。VB1、VB2是人體所需的水溶性維生素，對人體消化和新陳代謝的調節(jié)有著重要作用[24]。巫山脆李中VB1和VB2的含量相近，VB1在PC1中的載荷值比VB2高，說明VB1對PC1的影響較大，因此選擇VB1代表PC1。

PC2綜合了多酚、黃酮、可溶性蛋白和β-胡蘿卜素4個指標，貢獻率為15.038%，它們在PC2中的載荷值分別是0.845、0.656、0.518和0.507，都與PC2成正相關，說明多酚、黃酮、可溶性蛋白和β-胡蘿卜素含量越高，PC2載荷越大。多酚、黃酮具有抗氧化、抗炎、降脂等生理作用，具有較高的保健效用[20-21]；可溶性蛋白是果蔬營養(yǎng)品質評價中一項重要的指標，不僅與果蔬的生長發(fā)育、抗逆性等有關，而且具有降糖、降脂、抗氧化等功效[36]；β-胡蘿卜素是人體VA的重要來源，是一種抗氧化劑，具有抗癌、提高機體免疫力等功效[37]。由于多酚在PC2中的載荷值高于其他3個指標的，說明多酚對PC2的影響較大，因此選擇多酚代表PC2。

PC3綜合了Fe、Ca、Zn、Se四個指標，貢獻率為11.666%，它們在PC3中的載荷值分別是0.700、0.666、0.646和0.596，都與PC3成正相關，說明Fe、Ca、Zn、Se含量越高，PC3載荷越大。Ca、Fe、Zn、Se等礦質元素是人體不可或缺的重要營養(yǎng)成分，有效維護和平衡機體的正常運轉。由于Fe在PC3中的載荷值高于其他3個指標的，說明Fe對PC3的影響較大，因此選擇Fe代表PC3。

PC4綜合了ABTS自由基清除力與DPPH自由基清除力2個指標，方差貢獻率為9.834%，它們在PC4中的載荷值分別是0.693、0.687，都與PC4成正相關，ABTS與DPPH自由基清除力2個指標是反映抗氧化活性的常用指標，ABTS與DPPH自由基清除力越高，脆李的抗氧化活性越強，PC4載荷越大。由于ABTS自由基清除力在PC4中的載荷值高于DPPH自由基清除力的，說明ABTS自由基清除力對PC4影響較大，因此選擇ABTS自由基清除力代表PC4。

PC5綜合了γ-氨基丁酸和FRAP值2個指標，方差貢獻率為8.543%，它們在PC5中的載荷值分別是0.775、0.551，都與PC5成正相關，γ-氨基丁酸是一種非蛋白質氨基酸，具有降血壓、穩(wěn)定神經(jīng)等功能效用[38]；FRAP值是反映抗氧化活性的常用指標之一，γ-氨基丁酸含量越高，F(xiàn)RAP值越大，PC5載荷越大。由于γ-氨基丁酸在PC5中的載荷值高于FRAP值的，說明γ-氨基丁酸對PC5影響比FRAP值大，因此選擇γ-氨基丁酸代表PC5。

PC6只包含VC1個指標，方差貢獻率為7.927%，它在PC6中的載荷值是0.859，與PC6成正相關，說明VC含量越高，PC6載荷越大。VC廣泛存在于新鮮果蔬中，能有效預防壞血病、保持機體正常運行，是人體必需的重要維生素之一[39]，選擇VC代表PC6。

綜合上述分析表明，評價巫山脆李營養(yǎng)品質的6個核心指標分別是：VB1、多酚、Fe、ABTS自由基清除力、γ-氨基丁酸和VC。

通過PCA分析得到巫山脆李營養(yǎng)評價指標得分系數(shù)矩陣如表4所示。

表4 巫山脆李營養(yǎng)評價成分得分系數(shù)矩陣Table 4 Component score matrix of nutritional indexes of Wushan plums

主成分得分系數(shù)為負表示低于標準化數(shù)據(jù)的總體均值，為正則表示高于標準化數(shù)據(jù)的總體均值[10]。根據(jù)巫山脆李營養(yǎng)評價指標在主成分中的得分系數(shù)矩陣，建立各主成分因子得分方程如下：

Z1=-0.074X1+0.406X2+0.440X3+0.163X4+0.046X5-0.195X6-0.077X7-0.272X8-0.012X9+0.060X10-0.059X11-0.049X12-0.032X13+0.203X14+0.034X15；

Z2=-0.054X1-0.130X2+0.052X3+0.272X4+0.040X5-0.119X6+0.081X7+0.113X8+0.231X9+0.070X10+0.424X11+0.291X12+0.173X13-0.029X14-0.106X15；

Z3=-0.080X1+0.035X2-0.041X3-0.312X4+0.394X5-0.095X6-0.391X7+0.372X8+0.077X9-0.211X10+0.044X11-0.063X12+0.067X13-0.044X14+0.067X15；

Z4=-0.012X1+0.002X2-0.177X3-0.020X4+0.011X5+0.471X6+0.182X7+0.157X8-0.003X9-0.073X10+0.018X11-0.037X12+0.439X13+0.360X14+0.102X15；

Z5=0.035X1+0.053X2+0.036X3-0.347X4+0.077X5-0.096X6-0.097X7-0.180X8-0.016X9+0.293X10-0.130X11+0.245X12+0.202X13+0.062X14+0.529X15；

Z6=0.689X1-0.036X2-0.127X3+0.074X4-0.167X5-0.199X6-0.022X7+0.027X8+0.341X9-0.223X10-0.088X11-0.133X12+0.055X13+0.063X14+0.166X15；

以各成分的方差貢獻率為權數(shù)，建立巫山脆李品質綜合評價模型：

C=19.323%Z1+15.038%Z2+11.666%Z3+8.543%Z4+7.927%Z5,

根據(jù)該方程得到表5。

表5 巫山不同種植區(qū)域脆李營養(yǎng)品質得分情況Table 5 Nutritional quality scores of plums in different growing areas of Wushan

將標準化處理后的營養(yǎng)指標數(shù)據(jù)帶入品質評價模型方程，分數(shù)越高表示樣本的營養(yǎng)綜合品質越好[40]。將巫山脆李營養(yǎng)品質PC1與PC2分別作為X、Y軸制得主成分因子得分圖，由圖2可知，5個區(qū)域的脆李營養(yǎng)品質得分分布較分散，在一定程度上反映了5個區(qū)域的脆李品質存在一定差異，結合表5可知，巫山5個種植區(qū)域的脆李營養(yǎng)品質由高到低依次是：Q區(qū)域>G區(qū)域>P區(qū)域>S區(qū)域>L區(qū)域。

圖2 巫山不同區(qū)域脆李營養(yǎng)品質得分圖Fig.2 Principal component scores of nutritional quality of plums in different areas of Wushan

3 討論與結論

李子營養(yǎng)豐富，含有蛋白質、多種維生素和礦質元素等物質，且汁多味美，具有生津止渴等效用[1]。在不同地域、生長環(huán)境、品種等條件下，李子的營養(yǎng)成分含量及品質會存在一定差異，因獨特口感、滋味、營養(yǎng)成分等而各具特色[7-8,26,28]。在本研究中，巫山5個種植區(qū)域的脆李品質存在差異，G、Q區(qū)域的脆李所含較高水平的營養(yǎng)指標多于P、S和L區(qū)域，其營養(yǎng)品質相對較好?？偟膩碚f，巫山脆李品質整體較好，不僅營養(yǎng)豐富，而且含有VC、多酚、黃酮、β-胡蘿卜素等多種抗氧化物質，具有一定清除自由基能力，具有較好的保健功能。

通過PCA，將評價巫山脆李營養(yǎng)品質的15個評價指標降維成6個綜合性指標，進一步選出VB1、多酚、Fe、ABTS自由基清除力、γ-氨基丁酸和VC6個核心指標評價巫山脆李營養(yǎng)品質。通過因子得分方程，得到巫山5個種植區(qū)域的脆李營養(yǎng)品質由高到低排序為：Q區(qū)域>G區(qū)域>P區(qū)域>S區(qū)域>L區(qū)域，即處于低海拔(300～400 m)的G和Q區(qū)域的脆李營養(yǎng)品質比中海拔(550～700 m)的P區(qū)域和高海拔(800～1 000 m)的S、L區(qū)域的好。研究表明，果實生長發(fā)育及品質主要與樹體本身生長狀況有關，也受外界條件等因素影響。其中，海拔是一個重要的影響因素，海拔的變化影響著光照強度、氣溫、氣壓等氣候環(huán)境變化，從而影響植物的生長，影響果實的營養(yǎng)品質[41-42]，說明海拔是影響巫山脆李營養(yǎng)品質的重要因素之一。因此，在管理條件基本一致的前提下，發(fā)展巫山脆李種植以選擇低海拔地區(qū)較為合適，政府和企業(yè)可進一步開發(fā)優(yōu)選出適宜高海拔種植的高品質脆李資源，進而提高巫山脆李綜合品質，提高農(nóng)戶與脆李企業(yè)的收益。