李 靖,李曉鳳,劉乙甫,李 緣,王曉瓊,畢秀芳,李明元
(西華大學食品與生物工程學院,四川成都 610039)
桑葚(Mulberry)為??疲∕oraceae)落葉喬木桑樹(Morus albaLinn.)的聚花果[1],有“中華果王”之美譽[2],果實酸甜可口且低熱量,營養(yǎng)價值極高,富含維生素、礦物質(zhì)、酚類物質(zhì)、花色苷、有機酸等人體所需的營養(yǎng)物質(zhì),具有良好的抗氧化、抗微生物、抗高血糖、抗高脂血癥、抗炎、抗癌作用[3]。因此,桑葚具備很高的開發(fā)和利用價值,可將桑葚加工成桑葚酒、桑葚醋、桑葚果汁、桑葚果脯、桑葚果醬、桑葚果干、桑葚果粉等產(chǎn)品,其提取物也可用于生產(chǎn)保健食品與膳食補充劑[4]。
相關研究表明果蔬本身的理化性質(zhì)會對其鮮食質(zhì)量和加工產(chǎn)品的品質(zhì)造成影響,水果的大小、顏色、可溶性固形物含量和總酸含量對消費者的選擇有直接影響,消費者們通常更傾向于購買果實飽滿、色澤光亮的水果[5];而汁液足、出汁易、含糖量高、糖酸適宜、果味濃郁的品種更適宜生產(chǎn)果汁與果酒[6?7]。目前國內(nèi)關于桑葚品質(zhì)對加工方式影響已有部分研究,李長城等[8]針對采用模糊隸屬函數(shù)法針對吐魯番地區(qū)桑葚品種進行研究,選出4種優(yōu)良品種;喬健等[9]采用主成分分析法(principal component analysis,PCA)和聚類分析(cluster analysis,CA)針對湛江地區(qū)桑葚資源進行研究,認為總黃酮、總酚、矢車菊素等含量可以作為桑葚的營養(yǎng)評價指標。然而,不同地區(qū)的“光、水、氣、熱、肥”等環(huán)境因素會對果蔬的生長及其次生代謝產(chǎn)物的合成與積累有重要影響[10],因此針對不同地區(qū)的桑葚品種評價十分重要,本研究對四川省主要栽種的五個桑葚品種(紅果2號、嘉陵30號、云桑2號、蜀椹1號、無核大十)果實的基本品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)進行了比較,分析了各品質(zhì)指標間的相關性,并對主要品質(zhì)指標進行了主成分分析和系統(tǒng)聚類分析,對5個桑葚品種的不同利用性進行了綜合評價,并根據(jù)評價結果提供其加工生產(chǎn)的方向,同時為進一步完善桑葚品質(zhì)評價體系、桑葚的加工和開發(fā)利用提供理論參考。
云桑2號、無核大十、蜀椹1號、嘉陵30號、紅果2號(每種7.5 kg) 購買于四川省資陽市樂至縣;氫氧化鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈉、亞硝酸鈉、氯化鋁、氯化鉀、乙酸鈉、硫酸銅、硫酸鉀、磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉 分析純,天津致遠化學試劑有限公司;草酸、PVPP、無水乙醚、硫酸、鹽酸、鄰苯二酚、愈創(chuàng)木酚 分析純,成都科龍化工試劑廠;福林酚試劑(1 mol/L)、2,6-二氯靛酚鈉鹽(高純≥97%)、抗壞血酸標準品(高純≥97%)、沒食子酸標品(高純≥97%) 上海源葉生物科技有限公司。
JYL-C93T榨汁機 濟南九陽股份有限公司;UV-2008紫外分光光度計 上海舜宇恒平科學儀器有限公司;PHS-320酸度計 成都世紀方舟科技有限公司;WF32-16 mm色差儀 深圳市威福光電科技有限公司;手持式糖度計 日本愛拓公司;5810R臺式冷凍離心機 艾本德Eppendorf公司;BSA224SCW萬分之一天平 賽多利斯儀器有限公司;BCD-649WE冰箱 青島海爾股份有限公司;BPG-9240A精密鼓風干燥箱 上海一恒科技有限公司;TD-5M低速離心機 四川蜀科儀器有限公司;SOX406全自動脂肪測定儀 山東海能科技有限公司。
1.2.1 樣品的處理 所購買桑葚果實均為無病害、無腐敗變質(zhì)的8~9成熟鮮果,按品種采收分裝運回實驗室,各取2.5 kg置于4 ℃冷藏保存,一周內(nèi)使用,其余放置于超低溫冰箱?70 ℃下冷凍保存等待測定。
1.2.2 顏色的測定 將25 g的桑葚榨汁,得到的漿液在在黑暗條件下使用色差儀進行測定。其中L*代表明暗度,L*大表示桑葚漿液顏色偏亮,L*小表示漿液顏色偏暗;a*代表紅綠色,a*大表示偏紅,a*小表示偏綠;b*代表黃藍色,b*大表示偏黃,b*小表示偏藍。
1.2.3 理化指標測定
1.2.3.1 單果質(zhì)量 采取直接稱量法,隨機抽取桑葚鮮果30粒,電子天平稱取重量(精確至0.01 g),計算平均質(zhì)量;重復6次。
1.2.3.2 pH 稱取新鮮桑葚50 g洗凈晾干,榨汁機破碎打漿,量取20 mL桑葚汁置于燒杯中,pH計校正后測定樣品pH。
1.2.3.3 出汁率 將200 g新鮮桑葚果完全破碎后,4000 r/min離心10 min得到桑果漿液。出汁率按如下公式計算:
1.2.3.4 可溶性固形物 取上述桑葚漿液1~2滴,室溫下使用手持式糖度計測定可溶性固形物(Total soluble solid,TSS)含量,蒸餾水調(diào)零,結果以°Bx表示。
1.2.3.5 水分測定 參考標準GB 5009.3-2016[11]采用直接干燥法測定桑葚中的水分含量。
1.2.3.6 灰分測定 參考標準GB 5009.4-2016[12]采用測定桑葚的總灰分。
1.2.3.7 可滴定酸 參考標準GB 12456-2021[13]中的pH電位滴定法,100 g桑葚榨汁機破碎打漿,稱取25 g漿液加入約50 mL 80 ℃蒸餾水混勻,沸水浴30 min后取出并冷卻至室溫,用無二氧化碳蒸餾水定容至250 mL,過濾收集濾液,取40 mL樣液用0.1 mol/L NaOH溶液滴定,滴定終點為pH8.2,蒸餾水做空白對照??傻味ㄋ岷堪匆韵鹿接嬎悖?/p>
式中:C為NaOH濃度,mol/L;m為樣品質(zhì)量,g;V1為樣液消耗NaOH體積,mL;V0為空白對照消耗NaOH體積,mL;K為檸檬酸折算系數(shù),K=0.07;F為稀釋倍數(shù)。
1.2.3.8 脂肪含量的測定 參照GB 5009.6-2016[14]采用索氏抽提法。
1.2.3.9 總糖和還原糖的測定 參考標準GB 5009.7-2016[15]中的直接滴定法。
1.2.3.10 總酚含量的測定 參照李巨秀等[16]的福林酚法測定總酚含量,并稍作修改。精確移取0、0.25、0.50、0.75、1.00、1.25、1.50 mL的100 μg/mL沒食子酸標準溶液于25 mL的容量瓶中,加入3.0 mL的福林酚試劑,搖勻靜置30 s后再加入6.0 mL 12%Na2CO3溶液,混勻后用蒸餾水定容至25 mL,在25 ℃下避光放置2 h,在760 nm處測量吸光度。結果以標準溶液濃度(μg/mL)為橫坐標,吸光度為縱坐標繪制標準曲線,獲得回歸方程y=0.128x+0.1035(R2=0.9991)。取5 g榨汁機搗碎的桑葚勻漿,加入20 mL的60%乙醇提取2 h,再加入30 mL 60%乙醇稀釋過濾,用蒸餾水定容至500 mL。取1.0 mL稀釋后的樣品按上述方法測定其吸光值,總酚含量以每克桑葚中沒食子酸當量表示,單位mg/g。
1.2.4 活性成分測定
1.2.4.1 VC含量的測定 參考標準GB 5009.86-2016[17]中的2,6-二氯靛酚滴定法。
1.2.4.2 花色苷含量的測定 花色苷含量測定參考王行等[18]的pH示差法略作改動。取1.0 g桑葚勻漿,分別加入9 mL的pH1.0的0.2 mol/L氯化鉀緩沖溶液和pH4.5的1 mol/L乙酸鈉緩沖溶液,充分混勻后在4 ℃冰箱中靜置提取2 h,用酶標儀在510和700 nm波長下測定其吸光度。桑葚汁中花色苷含量計算公式如下:
式中:吸光度值為A,A=(A510?A700)pH1.0?(A510?A700)pH4.5;Df為稀釋倍數(shù);MW=499.2,矢車菊-3-葡萄糖苷的分子量;V為1.0 g桑葚勻漿體積,mL;ε為矢車菊-3-葡萄糖苷的摩爾消光系數(shù),26900;L為比色皿厚度,cm;m為樣品質(zhì)量,g。
1.2.4.3 多酚氧化酶和過氧化物酶活性測定 多酚氧化酶(Polyphenol oxidase, PPO)測定參考Cao等[19]的方法,稍作修改。取5 mL桑葚勻漿,加入5 mL 0.2 mol/L pH6.5的磷酸緩沖液(含1% PVPP),均質(zhì)1 min,再放在4 ℃冰箱里遮光浸取1 h,取出后在4 ℃下以10000 r/min離心20 min,取上清液作為粗酶液。向試管中加入3 mL 0.2 mol/L pH6.5含有0.1 mol/L鄰苯二酚的磷酸緩沖液,加粗酶液0.4 mL,充分混勻后用酶標儀在470 nm處測定其吸光值,每10 s測一個吸光值,連續(xù)記錄60 s,每分鐘內(nèi)吸光度變化0.1個單位定義為1個PPO酶活性單位(U)。
過氧化物酶(Peroxidase, POD)測定方法參考劉洪等[20],向試管中加入3 mL 1.0%愈創(chuàng)木酚和0.2 mL 1.5%過氧化氫,加入0.2 mL粗酶液,迅速搖勻后,倒入比色皿中,于470 nm波長下測定吸光值,每20 s記錄一次吸光度值,連續(xù)記錄100 s。每分鐘內(nèi)吸光度變化0.1個單位定義為1個POD酶活性單位(U)。
采用SPSS Statistics 26.0軟件對主要品質(zhì)指標進行顯著性分析、相關性分析和系統(tǒng)聚類分析,主成分分析采用Origin 2019附帶的PCA插件進行。其中顯著性分析用鄧肯方差分析后用字母標記法標注結果,a、b、c等表示組間差異顯著(P<0.05)。實驗數(shù)據(jù)為平均值±標準差,每個指標測定平行3次,重復兩次取平均值。
由表1可知,除蜀椹1號的L*值最低(11.02),其他四種桑葚的L*值無顯著性差異(P>0.05),表明蜀椹外觀顏色較其它品種暗沉。5種桑葚的a*值除嘉陵30號外差異均不明顯,表明嘉陵30號紅色較淺。5種桑葚的b*值差異不明顯。以上結果說明5種桑葚的外觀色澤差異較小。云桑2號的L*值和a*值最高,分別為16.26和1.59,表示云桑2號的顏色更亮更偏向紅色,而蜀椹1號的L*值最低,b*則最高,與其他品種的桑葚存在顯著性差異(P<0.05),分別為11.02和?0.24,表示其顏色相對其它品種更淺,而消費者通常更傾向于購買顏色更加鮮艷飽滿的品種。
表1 不同品種桑葚的顏色比較Table 1 Color comparison of different varieties of mulberry
5種桑葚的理化指標比較結果如表2所示。各個品質(zhì)指標在不同果桑品種間均呈明顯差異。
表2 不同品種桑葚理化指標的比較Table 2 Comparison of physicochemical indexes of different varieties of mulberry
單果質(zhì)量是反映果實外觀品質(zhì)的重要指標之一,5種桑葚中云桑2號單果質(zhì)量顯著高于其他品種(P<0.05),高達3.49 g;蜀椹單果質(zhì)量最低,為1.60 g。出汁率是衡量果實是否適用于工業(yè)化果汁生產(chǎn)的重要指標之一,出汁率高的桑葚品種更適合用于果汁生產(chǎn)[21],5種桑葚品種出汁率在55.73%~68.51%之間,無核大十、紅果2號、嘉陵30號的出汁率位列前三,出汁率均高于60%,其中無核大十的出汁率最高,出汁率的差異推測是由品種差異引起的,也有可能跟果實生長的天氣、溫度和濕度有關[22]。在水分含量上,嘉陵30號、紅果2號、無核大十分列前三,與出汁率結果相符,其中嘉陵30號水分含量最高,達到88.18%。
可溶性固形物(TSS)是由糖和酸等多種成分組成的混合物,其含量決定了鮮食水果風味品質(zhì)的優(yōu)劣[23],對桑葚果實的營養(yǎng)價值、風味口感等方面有重要影響。5種桑葚中無核大十的TSS最高,為12.33°Bx,云桑2號TSS位列第二,為12.07°Bx,二者無顯著性差異(P>0.05),蜀椹1號TSS最低,為9.47°Bx。含糖量是影響果酒、果汁等產(chǎn)品品質(zhì)的指標,同時總糖含量在影響果實風味方面也起著重要作用。5種桑葚中,總糖、還原糖含量較高的品種為蜀椹1號、云桑2號與無核大十,紅果2號總糖、還原糖含量最低,此結果與王香君等的研究相同[24],目前研究推斷這種差異由主要由品種差異所引起,同時也可能是土壤條件差異導致。
在合適的酸度下,果汁、果膏、果干等加工產(chǎn)品會有好的口感[25?27]。有研究表明pH低于3,口感會很酸[28],5種桑葚pH均大于4,其中紅果2號、云桑2號與無核大十pH較高,蜀椹1號pH較低;各個桑葚品種總酸含量依次是云桑2號>嘉陵30號>蜀椹1號>無核大十>紅果2號,云桑2號顯著高于其他桑葚品種(P<0.05),總酸達到了10.25 mg/100 g。
5種桑葚品種中云桑2號的灰分含量最高(0.80%),這代表其比其它品種有更多的礦物質(zhì),其余四種桑葚的灰分含量則無顯著差異(P>0.05);脂肪含量則表現(xiàn)出顯著差異(P<0.05),也推測是由品種差異造成,蜀椹1號的脂肪含量達0.042%,顯著高于其他品種(P<0.05),灰分含量較低(0.58%),有文獻表明,桑葚脂肪酸多為多不飽和脂肪酸,其中亞油酸含量較高,可作為潛在的亞油酸資源[29?30],這為蜀椹的開發(fā)利用提供了潛在思路。
2.3.1 不同桑葚品種的VC含量比較 桑葚果實中VC含量豐富,有研究表明黑桑椹果實的VC含量高于草莓、橘子等富含VC的水果[4,31]。由表3可知,四川地區(qū)5種桑葚果實VC含量范圍為0.32~0.77 mg/g,品種間差異較大,除無核大十與嘉陵30號無顯著性差異(P>0.05)外,各個品種間都存在顯著差異(P<0.05)。VC含量最高的是云桑2號(0.77 mg/g),其次為蜀椹1號(0.56 mg/g),紅果2號(0.44 mg/g),VC含量低的為無核大十(0.32 mg/g)、嘉陵30號(0.32 mg/g)。這表明云桑2號鮮食能獲得更多的VC,對于清除體內(nèi)自由基、延緩皮膚的衰老、美白皮膚、增強抵抗力等有更強的作用。
2.3.2 不同桑葚品種的總酚含量比較 由表3可以看出桑葚的總酚含量為1.85~4.36 mg/g,其中云桑2號總酚含量最高(4.36 mg/g),蜀椹1號的含量最低(1.85 mg/g)。紅果2號與蜀椹1號之間無顯著性差異(P>0.05),其余品種間皆存在顯著性差異(P<0.05)。多酚化合物具有清除自由基、抗動脈硬化、降血脂、防止衰老和腫瘤等功能,研究桑葚中的多酚化合物對提高桑葚經(jīng)濟價值,增加桑產(chǎn)業(yè)的附加值有一定的推動作用[16]。因此,云桑2號適宜作為保健品開發(fā)的備選果桑品種,極具發(fā)展前途。
表3 不同桑葚品種的VC、總酚、花色苷、PPO和PODTable 3 VC, total phenol, anthocyanin, PPO and POD of different varieties of mulberry
2.3.3 不同桑葚品種的花色苷含量比較 花色苷是構成果實顏色的主要色素之一,也是桑葚中的重要抗氧化成分,由于花色苷能有效清除自由基,并有可能作為各種疾病的膳食調(diào)節(jié)劑,桑葚花色苷開發(fā)利用也成為近期研究的熱點[32?33]。Aramwit等研究表明,不同顏色桑葚果實總花色苷含量差異顯著,果實顏色越深花色苷含量越高[34]。由表3可知,桑葚果實花色苷含量范圍為0.61~1.05 mg/g。除蜀椹1號與嘉陵30號間無顯著性差異(P>0.05)外,其余品種相互之間皆有顯著性差異(P<0.05);其中紅度值較高的云桑2號花色苷含量最高(1.05 mg/g),具有較高開發(fā)價值;紅果2號花色苷含量最低(0.61 mg/g)。
2.3.4 不同桑葚品種的PPO、POD含量比較 酶促褐變對果蔬在加工保鮮過程中的品質(zhì)有重大影響[35],PPO與POD是其中的主要相關酶類[36],由表3可以看出,蜀椹1號的PPO活力與其余四個品種存在顯著性差異(P<0.05),其PPO活力最強。POD活力則表現(xiàn)為無核大十與其余四個品種有顯著性差異(P<0.05),其POD活力最強。有研究表明,果蔬酶促褐變與PPO及POD酶活性呈明顯正相關[37]。蜀椹和無核大十較高的PPO或POD活性可能引起加工后更容易發(fā)生褐變,不利于產(chǎn)品的品質(zhì),需要對加工產(chǎn)品進行護色處理,抑制酶促褐變。
采用二項正態(tài)分布置信檢測方法對每一項指標進行置信檢測,采用Pearson相關系數(shù)分析桑葚主要品質(zhì)參數(shù)間的相關性,結果見表4。單果質(zhì)量與總酸、總酚和花色苷呈極顯著正相關(P<0.01),和可溶性固形物(TSS)呈顯著正相關(P<0.05),這表明果實質(zhì)量的增加有利于果實總酚、總酸、花色苷的積累,影響果實可溶性固形物的含量??偡优cVC和花色苷呈極顯著正相關(P<0.01),這表明桑葚果實總酚含量高的品種,其花色苷和VC含量也相對較高?;ㄉ张ca*值呈極顯著正相關(P<0.01),說明花色苷含量的高低影響桑葚果實呈現(xiàn)的顏色,花色苷含量越高,桑葚果實越偏向紅色。
表4 桑葚主要品質(zhì)特征指標相關性分析Table 4 Correlation analysis among major quality parameters of different varieties of mulberry
將5個桑葚品種的18個品質(zhì)指標轉化為18個成分,根據(jù)各主成分的特征值和貢獻率進行主成分提取。5種桑葚品種主成分分析得分圖如圖1所示,三個主成分(PC1、PC2、PC3)的方差貢獻率分別為47.3%、33.2%、12.2%,累計方差貢獻率達到92.7%,能夠代表所有指標的絕大部分信息。綜合反映5個桑葚品種的果實品質(zhì)特性,可以作為桑葚選優(yōu)、評價的綜合指標。
圖1 不同桑葚品種主成分分析得分二維圖(a)和三維圖(b)Fig.1 2D score plot (a) and 3D score plot (b) of the principle component analysis of different mulberry varieties
因子載荷值反映桑葚品種各個指標對主成分載荷的相對大小和影響的方向,數(shù)值反映原變量對因子影響的大小,正負代表變化方向的差別。5種桑葚品種載荷值分析結果見表5。
將主成分載荷矩陣(表5)中的數(shù)值除以各主成分相對應的特征值開平方根,得到各主成分系數(shù)矩陣,根據(jù)系數(shù)矩陣構建主成分與各品質(zhì)指標的線性關系式,其中X1~X18分別表示單果重量、出汁率、TSS、pH、L*、a*、b*、總糖、還原糖、總酸、水分、灰分、總酚、脂肪、VC、花色苷、PPO及POD,方程如下:
表5 主成分荷載矩陣Table 5 Principal component load matrix
由表5可得,PC1與花色苷、總酚、灰分、TSS、單果重顯著相關,與總酸有較強的相關性,PC2與出汁率、VC、a*有較強的相關性,PC3與POD有較強的相關性。得分圖(圖1)中每個點代表一個桑葚品種的一個樣本,由圖1b可得,5個桑葚品種樣本的區(qū)分效果較好;從圖1a可得,紅果2號、無核大十與嘉陵30號PC2得分比較接近,說明二者在出汁率、VC和a*等指標上數(shù)值相近,云桑2號與蜀椹得分相較其他品種差異較大,說明二者與其他桑葚品種品質(zhì)差異較大。
以3個主成分的得分及以每個主成分的貢獻率作為權重得到主成分綜合模型:P綜=0.510PC1+0.358PC2+0.132PC3,根據(jù)以上公式計算主成分分值和綜合評價分值,結果如表6所示。
表6 不同桑葚品種品質(zhì)預測評價結果Table 6 Quality prediction and evaluation results of different varieties of mulberry
由表6可知,各品種的綜合主成分值各不相同,綜合得分排序為:云桑2號>無核大十>蜀椹1號>嘉陵30號>紅果2號,喬宇等[38]指出,品種的綜合主成分分值越高,說明該品種的綜合品質(zhì)越好。云桑2號桑葚分值最高,為2.86,說明其品質(zhì)最好,最具有推廣、開發(fā)價值。其余4個品種分值均為負數(shù),其中紅果2號的分值最低,為?1.80。
根據(jù)桑葚主要品質(zhì)指標,采用SPSS Statistics 26.0軟件Pearson相關性方法對5個桑葚品種進行系統(tǒng)聚類分析,得到聚類樹狀圖。如圖2所示,在距離為10的情況下,可將5個桑葚品種分聚為3類,其中紅果2號、嘉陵30號以及無核大十分為Ⅰ類,該類群體中水分含量和出汁率均高于其他兩個類別;Ⅰ類又可以分成兩個亞類:紅果2號與嘉陵30為一個亞類;無核大十為另一個亞類;與Ⅰ類的另一亞類相比,無核大十在出汁率、可溶性固形物、總糖、還原糖、總酚、花色苷方面更加突出。5種桑葚Ⅱ類與Ⅲ類分別為云桑2號和蜀椹1號。Ⅱ類的特點在于花色苷含量、總酚含量、VC含量以及總酸含量高,營養(yǎng)價值較高;Ⅲ類的特點在于果實小、出汁率低、總糖含量高、PPO酶活高,pH相對較低。
圖2 不同品種桑葚聚類分析Fig.2 Cluster analysis of different mulberry varieties
本研究對四川地區(qū)五個不同品種桑葚的基本品質(zhì)及營養(yǎng)成分進行分析,結果可得,不同品種的單果質(zhì)量、出汁率、TSS、脂肪、總糖、VC、花色苷和總酚存在明顯差異,而這些品質(zhì)間的差異直接影響桑葚的加工方式。并且由主成分分析可以得出,桑葚品種的單果重量、出汁率、TSS、總酚以及花色苷含量等對于桑葚的深加工有著尤其突出的影響。通過對綜合基本品質(zhì)與營養(yǎng)成分分析比較,以及主成分分析和系統(tǒng)聚類分析的結果顯示,可以看出云桑2號綜合評分最高,其單果質(zhì)量最大、顏色黑亮、外觀最好,同時擁有較為合適的pH與較高的含糖量,最高的多酚含量、花色苷含量和VC含量,因此,云桑2號最具有開發(fā)價值,適宜作為保健品開發(fā)的備選果桑品種,但由于其含水量、出汁率相對較低,不是適合果酒、果汁類開發(fā)的桑葚品種,適合用于生產(chǎn)桑葚果醬、果膏、果干等。無核大十、紅果2號與嘉陵30號優(yōu)于其含水量、出汁率高的特點,最適宜加工為果汁類產(chǎn)品,同時,由于無核大十總糖、還原糖含量高,總酸含量相對較低的特點,其也適宜果酒生產(chǎn)或作為鮮食品種。蜀椹1號果實小、pH低、糖含量高但出汁率低,可用于果干、果醬加工。