血脂干預型復合蘋果汁果實品種篩選與果汁品質評價

吳 霞 孟掉琴 岳田利 魏建平 高振鵬*

（1 西北農林科技大學食品科學與工程學院 陜西楊凌712100 2 國家楊凌農業(yè)綜合試驗工程技術研究中心 陜西楊凌712100 3 農業(yè)部農產品質量安全風險評估實驗室（楊凌）陜西楊凌712100）

隨著人民生活水平的提高， 不合理的飲食習慣和不健康的生活方式導致的慢性疾病和亞健康人群越來越多[1-2]，其中高血脂癥是一種常見的慢性代謝性疾病， 它是導致心腦血管疾病以及糖尿病等疾病發(fā)生的直接因素之一[3]。對于慢性疾病患者和亞健康人群而言，改變生活方式、飲食習慣和食用干預型普通食品代替?zhèn)鹘y(tǒng)的藥物治療已成為食品科技工作者研究的熱點。目前，具有血脂干預效用的天然原料及果蔬的研究報道有很多[4-6]，一些果品已被開發(fā)成降脂類功能食品[7]，例如山楂?？蒲泄ぷ髡咛岢隹梢愿鶕系奶匦詫⑵胀ㄊ称烽_發(fā)成干預或預防某些綜合代謝性疾病的特殊醫(yī)學用途食品[8]。

中國是蘋果種植面積和產量最大的國家，其中陜西是中國最大的蘋果生產省[9-10]。 蘋果中含有豐富的多酚類物質， 研究人員深入研究蘋果中多酚單體的生理特性， 證明蘋果多酚可降低心血管疾病的風險[11-12]。其中，蘋果多酚單體成分綠原酸、兒茶素、 表兒茶素及根皮苷對高血脂癥狀的緩解具有顯著作用[13-16]。主成分分析法及熱圖法在作物品種篩選以及品質評價等方面具有較強優(yōu)勢，目前被廣泛應用于生產中[17-20]。

近年來提取植物中具有降血脂作用的功能性成分及開發(fā)天然降血脂保健食品成為科學工作者們關注的熱點之一[21]。 目前尚未發(fā)現利用多酚單體篩選蘋果品種， 開發(fā)血脂干預型蘋果制品的研究報道[22]。 為了開發(fā)血脂干預型復合蘋果汁，本研究對20 種蘋果汁中的10 種多酚單體及理化指標進行主成分分析和聚類分析， 根據多酚單體成分含量篩選具有較好血脂干預功效的蘋果品種并評價其果汁品質， 旨在推動營養(yǎng)干預型蘋果深加工產品的開發(fā)， 為今后開展果汁血脂干預功效評價提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

20 個栽培面積較大的蘋果品種（購于楊凌市場），其中粉紅女士、瑞陽、黃元帥、瑞雪、新紅星、秦冠、國光、澳洲青蘋、金世紀、長富、喬納金、短富、紅將軍、玉華、嘎啦產自陜西；阿克蘇富士，產自新疆；昭通丑蘋果，產自云南；印度青，產自山東；花牛，產自甘肅；王林，產自河北。

多酚標準品：兒茶素、表兒茶素、綠原酸、香草酸、對香豆酸、沒食子酸、咖啡酸、阿魏酸、根皮苷、金絲桃苷， 純度均為98%以上， 美國Sigma-Aldrich 公司。

氫氧化鈉、葡萄糖、次甲基藍、鄰苯二甲酸氫鉀等（分析純），西安化學試劑廠；乙腈、甲醇、乙酸（色譜級），美國Sigma-Aldrich 公司。

1.2 儀器與設備

UV-1700 型紫外-可見分光光度計，日本島津公司；雷磁PHS-3C 型pH 計，上海儀電科學儀器股份有限公司；WYT-4 型阿貝折射儀， 泉州中友光學儀器有限公司；LC-15C 高效液相色譜儀，日本Shimadzu 公司；GP2000-2 榨汁機，南通金橙機械有限公司；RotavaporR-200 旋轉蒸發(fā)儀， 瑞士Buchi 公司。

1.3 試驗與方法

1.3.1 蘋果前處理

1）挑選蘋果 挑選成熟度適宜、無病蟲害且具有該品種典型特征的果實；

2）清洗 去除蘋果上的傷疤，洗去蘋果表面上的灰塵雜物；

3）榨汁 將蘋果切塊，使用榨汁機壓榨；

4）酶解及澄清 加入果膠酶 （450 mg/L）酶解，酶解溫度45 ℃，水浴2 h，抽濾，得到澄清蘋果汁。

1.3.2 多酚單體的測定

1）多酚成分的提取 取20 mL 蘋果汁樣品，用1 mol/L 氫氧化鈉和1 mol/L 鹽酸溶液分別調節(jié)樣品pH 值至7.0 和2.0， 每次加入20 mL 乙酸乙酯，萃取3 次。 合并有機相，35 ℃旋蒸至干，加入10 mL 甲醇復溶，0.22 μm 濾膜過濾備用[23]。

2）色譜條件 采用Agilent 5 TC C18色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）。 流動相A： 2%乙酸溶液；流動相B：含0.5%乙酸的乙腈-水溶液（1∶1 V/V）。 洗脫程序：流動相B 的體積分數變化如下：0～50 min， 由10%增至55%，50～60 min 由55%增至100%，60～65 min， 由100%減至10%， 平衡10 min。 柱溫：30 ℃； 流速：0.8 mL/min； 進樣量：20 μL。檢測波長：黃烷-3-醇類及二氫查耳酮類280 nm，羥基肉桂酸類320 nm[24]。

1.3.3 基本指標的測定 可溶性固形物（SSC）的測定：折射儀法；pH 值的測定： pH 計；色值的測定：以蒸餾水為參比，測定波長440 nm 處的透光率； 透光率的測定： 以蒸餾水為參比， 測定波長625 nm 處的透光率；總糖（TSS）含量測定：斐林試劑滴定法；可滴定酸（TA）測定：酸堿滴定法；固酸比（RTT）：可溶性固形物與可滴定酸的比值；糖酸比（RST）：總糖與可滴定酸的比值[25]。

1.4 數據分析

采用SPSS18.0 軟件對數據進行描述性統(tǒng)計、相關性分析及主成分分析，用HemI 1.0.3 繪制熱圖。

2 結果與分析

2.1 血脂干預型蘋果品種的篩選

2.1.1 蘋果中多酚單體的分析 對粉紅女士、阿克蘇、秦冠、國光、富士等20 種蘋果中的多酚單體成分進行分析，結果如表1 所示。

由表1 可知， 不同蘋果品種多酚單體含量離散程度較大， 變異系數均在0.5 以上， 其中香草酸、表兒茶素的變異系數大于1，說明這2 種多酚單體在不同蘋果品種間的含量差異極顯著。 綠原酸、表兒茶素是蘋果中主要的多酚單體物質，也是具有血脂干預效用的主要功能成分[26-27]。分析發(fā)現20 個蘋果品種中，新紅星、花牛作為元帥系代表品種[28]，表兒茶素含量高，分別為9.02 mg/L 和8.92 mg/L；不同品種蘋果綠原酸的離散度適中，其中秦冠的含量最高（115.92 mg/L），其次是阿克蘇（97.56 mg/L）， 而澳洲青蘋的綠原酸含量較少，這與前人[29]研究結果一致。 在20 個蘋果品種中，兒茶素和根皮苷含量普遍較低， 且不同蘋果品種間的含量變異系數較小。

2.1.2 基于主成分分析法篩選蘋果品種 依據具有血脂干預功效的多酚單體物質綠原酸、 表兒茶素、兒茶素和根皮苷，采用主成分分析法篩選蘋果品種，試驗結果如表2，3 所示，PC1 和PC2 得分圖如圖1 所示。

由表2 可知，前3 個主成分的特征值大于1，其方差貢獻率分別為36.324% ，22.211% ，12.906%，累計貢獻率為71.411%，說明這3 個主成分綜合了蘋果多酚單體的絕大部分信息。 由表3 可知，PC1 正載荷量較高的是兒茶素、香草酸、表兒茶素、 金絲桃苷和根皮苷， 即樣品得分越偏向PC1 正向區(qū)間， 蘋果汁中兒茶素和香草酸等的含量越高；PC2 正載荷量較高的是綠原酸、 咖啡酸、阿魏酸，即樣品得分越偏向PC2 正向區(qū)間，果汁中綠原酸和咖啡酸等的含量越高；PC3 正載荷量較高的是沒食子酸和對香豆酸， 即樣品得分越偏向PC3 正向區(qū)間， 果汁中沒食子酸和對香豆酸的含量越高。

表1 20 種蘋果多酚組分分析Table 1 Analysis of polyphenols in 20 kinds of apple

表2 10 個主成分方差累計貢獻率Table 2 Variance proportion of 10 PCAs

表3 成分矩陣Table 3 Composition matrix

由圖1 可知，阿克蘇、澳洲青蘋、新紅星、花牛、昭通和紅將軍分布在PC1 的正向區(qū)間，說明這幾個品種中兒茶素、 表兒茶素和根皮苷等功效成分的含量較高，其中阿克蘇中的含量最高；秦冠、玉華、 紅將軍、 嘎啦和國光分布在PC2 的正向區(qū)間，說明這幾個品種中綠原酸、對香豆酸和阿魏酸等功效成分的含量較高， 其中秦冠的綠原酸含量最高；粉紅女士、印度青、王林等分布在PC1 的負向， 說明這幾個品種中沒食子酸和對香豆酸的含量較高。

2.1.3 熱圖及聚類分析 對經過標準化的多酚數據進一步表征及聚類分析，結果如圖2 所示。

圖1 不同品種蘋果得分圖Fig.1 Scores plot of different apple varieties

由圖2 和表1 可知， 蘋果汁中綠原酸的含量與其它多酚單體的含量相比普遍較高。 綠原酸列中，秦冠以及阿克蘇的區(qū)域為亮橘色，說明這2 個蘋果品種中綠原酸含量較高。兒茶素列中，澳洲青蘋區(qū)域呈紅色，即其兒茶素含量最高，阿克蘇和秦冠呈黃綠色，兒茶素含量在所有品種中排在前位。表兒茶素列中，顏色變化較不明顯，新紅星、花牛、昭通和阿克蘇顏色較淺，說明表兒茶素含量較高。根皮苷區(qū)域顏色均無顯著變化，即20 種蘋果汁中的含量都較低。 此方法分析結果與主成分分析結果一致。

圖2 基于多酚的熱圖及系統(tǒng)樹狀圖Fig.2 Heat map associated with dendrogram based on the polyphenols

由圖2 可知，依據多酚組分對20 種蘋果汁進行層次聚類分析。 20 種蘋果被分為4 組：第1 組由金絲桃苷和根皮苷含量較高的粉紅女士、 昭通和阿克蘇組成； 第2 組由沒食子酸與對香豆酸含量較高的瑞陽、長富、王林、短富和印度青組成；第3 組由表兒茶素、 兒茶素和金絲桃苷含量較高的新紅星、花牛和澳洲青蘋組成；第4 組為黃元帥、瑞雪、秦冠等剩余9 個品種，此組綠原酸和咖啡酸含量較高， 聚類分析結果與主成分分組結果基本保持一致。 結合主成分分析、 熱圖與聚類分析可知，阿克蘇和秦冠中綠原酸含量最高，且其表兒茶素、兒茶素、根皮苷含量也在20 個品種中位居前列。

2.2 不同品種蘋果汁品質評價

2.2.1 蘋果汁理化指標的比較 為了評價20 種蘋果果汁品質，分析了其理化指標，如表4 所示。同時分析了20 種蘋果汁理化指標的相關性，結果見表5。

由表4 可知， 不同蘋果品種果汁的可溶性固形物、pH、透光率、色值等基本理化指標存在較大差異。其中色值、可滴定酸、總酚、固酸比和糖酸比的變異系數較大，均在0.35 以上；不同蘋果品種間果汁的可溶性固形物、 透光率和總糖離散度較小，變異系數分別為0.13，0.18，0.11；蘋果汁的pH值變化范圍為3.20～4.31， 其變異系數最小為0.07。

2.2.2 基于主成分分析的蘋果汁品質評價 在分析篩選20 種蘋果的多酚單體的同時，采用主成分分析法評價果汁品質，如表5～7 所示。

由表5 可知， 前3 個主成分特征值大于1 且累計貢獻率達85%以上，貢獻率分別為49.897%，22.592%，14.167%， 較好地反映了蘋果汁品質信息。由表6 可知，主成分1 載荷量較高的是pH、色值、透光率、可滴定酸、糖酸比和固酸比，主成分2載荷量較高的是可溶性固形物和含糖量， 主成分3 載荷量較高的是總酚含量。

由表7 可知，PC1 得分越高，其可滴定酸含量越低，色值和透光率越高?？傻味ㄋ岷枯^高的蘋果品種最適宜制汁，秦冠排在第12 位，說明其制汁性能較好。PC2 得分越高，蘋果汁中可溶性固形物及含糖量較高， 可溶性固形物及含糖量代表了蘋果汁營養(yǎng)物質含量，阿克蘇排在第2 位。PC3 得分越高，蘋果汁中總酚含量越高，以多酚含量為依據篩選得到秦冠總酚含量高于大多數蘋果品種，排在第7 位。綜合考慮，以多酚為依據篩選出的秦冠和阿克蘇，其果汁品質也較好。

3 結論

以具有血脂干預功效的綠原酸、兒茶素、表兒茶素和根皮苷的含量為依據，通過主成分分析法、熱圖的繪制和聚類分析法篩選并評價蘋果品種及其果汁品質，得到以下結論：

表4 20 種蘋果汁理化指標Table 4 Physiochemical indexes of 20 kinds of apple juice

表5 9 個主成分方差貢獻率Table 5 Variance contribution rate of 9 PCAs

表6 成分矩陣Table 6 Component matrix

表7 蘋果主成分因子得分Table 7 Principal component score of apples

1）20 種蘋果中多酚單體的含量存在較大差異，其中綠原酸是蘋果汁中主要的多酚單體物質。秦冠和阿克蘇中綠原酸的含量最高， 并且這2 種蘋果的兒茶素、表兒茶素和根皮苷含量在20 種蘋果中排在前列。以多酚單體為依據，篩選出秦冠和阿克蘇是血脂干預功效較好的2 種蘋果。

2）20 種蘋果汁的理化指標存在較大差異，通過主成分分析法綜合評價， 確定秦冠和阿克蘇的果汁品質居前列。