不同品種軟棗獼猴桃品質(zhì)指標(biāo)的主成分分析

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(錦州醫(yī)科大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧錦州 121001)

軟棗獼猴桃(Actinidiaarguta)別名圓棗子、奇異莓、軟棗莓,為側(cè)膜胎座目,獼猴桃科,獼猴桃屬,軟棗獼猴桃種,落葉藤本植物[1-3],是一種體表無毛,清洗即食的新型水果,在我國分布廣泛,適于生長在氣候涼爽濕潤,水分充足的地方[4-5]。它富含多種營養(yǎng)成分,其中維生素C含量極其豐富,具有清熱降火、延緩衰老、改善血液循環(huán)、治療潰瘍病等作用[6-8]。

目前,國內(nèi)對軟棗獼猴桃的研究主要集中在栽植技術(shù)、組織培養(yǎng)、貯藏保鮮等方面,如黃圓博等[9]以腐葉土為基質(zhì)利用硬質(zhì)扦插、綠枝扦插、嫁接等技術(shù)培養(yǎng)軟棗獼猴桃果苗的成活率;崔雪艷[10]通過植物組織培養(yǎng),對軟棗獼猴桃的快速繁殖進(jìn)行研究;焦中高等[11]采用UV-C輻射處理對軟棗獼猴桃的貯藏期進(jìn)行研究。國外對軟棗獼猴桃的研究主要集中在品種選育、人工栽培等,如新西蘭已培育出一些軟棗獼猴桃品種[12],美國和智力把軟棗獼猴桃作為“baby-kiwi”出口到日本銷售[13],而且軟棗獼猴桃在日本得到了開發(fā)利用,片岡等[14]對軟棗獼猴桃的多倍體變異性進(jìn)行了研究。此外，Li Xia等[15]對軟棗獼猴桃果實的抗炎性進(jìn)行了研究。Myma等[16]用高效液相法測定了軟棗獼猴桃中的抗壞血酸及有機(jī)酸等成分。如今國內(nèi)外軟棗獼猴桃品種豐富,但收獲期集中在9月,貯藏期短,對各品種軟棗獼猴桃產(chǎn)品的開發(fā)利用研究較少[17-18]。

為滿足軟棗獼猴桃的市場需求,增強人們對軟棗獼猴桃的進(jìn)一步了解,通過比較不同品種軟棗獼猴桃的外觀品質(zhì)、營養(yǎng)成分等指標(biāo),分析不同品種果實的品質(zhì)差異,采用主成分分析法對同一栽培地中8個品種軟棗獼猴桃的單果重、色差值、果型指數(shù)、可溶性固形物、可滴定酸、維生素C、葉綠素、游離酚、結(jié)合酚、游離型黃酮、結(jié)合型黃酮、游離型1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)、結(jié)合型DPPH清除率等進(jìn)行系統(tǒng)分析,通過分析各個品種軟棗獼猴桃的品質(zhì)特性,為軟棗獼猴桃進(jìn)一步的品質(zhì)改良、合理選擇和開發(fā)利用提供研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

軟棗獼猴桃 品種分別為野生、LD133、LD241、桓優(yōu)一號、金香玉、騰龍、小龍二、大龍二,均在2017年9月1日采于遼寧省丹東市軟棗獼猴桃種植基地；無水乙醇、丙酮 分析純,天津市大茂化學(xué)試劑廠;1,1-二苯基-2-三硝基苯肼、福林酚試劑、草酸、標(biāo)準(zhǔn)抗壞血酸、酚酞 天津市福晨化學(xué)試劑廠;鄰苯二甲酸氫鉀、碳酸鈣粉、碳酸鈉、硝酸鋁、亞硝酸鈉、氫氧化鈉 天津市天新精細(xì)化工開發(fā)中心;2,6-二氯酚靛酚 阜陽曼林生物技術(shù)有限公司。

Anke TGL-16G高速臺式離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠;SHA-B水浴恒溫振蕩器 金壇市科析儀器有限公司;MIR-254-PC低溫恒溫培養(yǎng)箱 日本松下;JYL-C020九陽料理機(jī) 九陽股份有限公司;JA1003N電子天平、可讀式游標(biāo)卡尺 上海精密科學(xué)儀器有限公司;CR-400型色差儀 日本美能達(dá)公司;WYT-4型手持糖度計 中外合資中友光學(xué)儀器有限公司;UV-5100紫外可見分光光度計 上海元析儀器有限公司;DK-98-1型電熱恒溫水浴鍋 天津市泰斯特儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料處理 將新鮮采摘的軟棗獼猴桃去梗、洗凈,用濾紙除去果實表面的水分,從8個品種軟棗獼猴桃中分別選取100個,每個品種盡量選取大小均勻和硬度相近的果實,使不同品種的軟棗獼猴桃各具代表性,立即對其進(jìn)行外觀品質(zhì)測定,其余分別用九陽料理機(jī)研磨打漿,置于-80 ℃的超低溫冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 不同品種軟棗獼猴桃外觀品質(zhì)指標(biāo)的測定

1.2.2.1 單果重 電子天平稱量,隨機(jī)選取20個果實,隨機(jī)選取3次,每個果實稱量2次并求其平均值;1.2.2.2 色度 測量果實赤道中部及兩測的L*、a*、b*值。求飽和度c、色調(diào)角h、色度(GIRG)。

1.2.2.3 果型指數(shù) 可讀式游標(biāo)尺測量果實的橫徑和縱徑。

1.2.3 不同品種軟棗獼猴桃營養(yǎng)指標(biāo)測定 可溶性固形物(TSS)測定、葉綠素測定、維生素C測定、可滴定酸測定均參照《果蔬采后生理生化實驗指導(dǎo)》中的測定方法進(jìn)行測定[19]。

1.2.4 不同品種軟棗獼猴桃供試品溶液制備 稱取軟棗獼猴桃勻漿10.0 g,加80%乙醇25 mL[20],4 ℃ 300 W超聲處理1 h,4 ℃恒溫浸提12 h,在4 ℃ 20000 r/min下離心20 min,取上清液,相同提取條件下,將剩余殘渣提取3次,合并上清液[21],置于100 mL容量瓶中,作為測定游離型黃酮、游離酚、游離型DPPH自由基清除率的供試品溶液。

將20 mL 2 mol/L的氫氧化鈉溶液加入上述剩余殘渣中,25 ℃恒溫振蕩3 h,用2 mol/L 鹽酸溶液調(diào)至中性,抽濾,取濾液并用蒸餾水定容于100 mL的容量瓶中[22],作為測定結(jié)合型黃酮、結(jié)合酚、結(jié)合型DPPH自由基清除率的供試品溶液。

1.2.5 不同品種軟棗獼猴游離酚和結(jié)合酚含量的測定 游離酚(dissociate total phenol,DTP)和結(jié)合酚(combine total phenol,CTP)含量測定:參照張金宏和王振宇等方法[23-24],得線性回歸方程為y=83.5x-0.0095(R2=0.9994),測定結(jié)果以每克軟棗獼猴桃果實中所含的沒食子酸當(dāng)量(mg gallic acid equivalent/g,mg GAE/g)表示。

1.2.6 不同品種軟棗獼猴桃黃酮含量的測定 游離型總黃酮(dissociate total flavone,DTF)和結(jié)合型總黃酮(combinetotalflavone,JTF)含量測定:參照孟慶煥等方法[25],得線性回歸方程為y=0.01x+0.0019(R2=0.9997),測定結(jié)果以每克軟棗獼猴桃果漿中蘆丁當(dāng)量(mg rutin equivalent/g,mg GAE/mL)表示。

1.2.7 不同品種軟棗獼猴桃DPPH自由基清除率的測定 游離型DPPH自由基清除率和結(jié)合型DPPH自由基清除率測定:參照閆琳娜的方法[26],根據(jù)DPPH自由基清除率公式計算。

式中:A1為提取液與DPPH溶液反應(yīng)后的吸光度;A2為DPPH乙醇溶液的吸光度;A3為提取液與無水乙醇反應(yīng)后的吸光度。

1.3 軟棗獼猴桃品質(zhì)指標(biāo)的主成分分析

采用主成分分析法對8種軟棗獼猴桃中13項品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析,其中包括單果重、色度值、果型指數(shù)、可溶性固形物、維生素C、可滴定酸、葉綠素、游離酚、結(jié)合酚、游離型總黃酮、結(jié)合型總黃酮、游離型DPPH自由基清除率、結(jié)合型DPPH自由基清除率,通過分析軟棗獼猴桃中主成分分析法的特征值和貢獻(xiàn)率,再綜合累計貢獻(xiàn)率,對軟棗獼猴桃的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)評價[27-29]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實驗數(shù)據(jù)采用WPS表格軟件建立數(shù)據(jù)庫,用SPSS Statistic 17.0軟件對軟棗獼猴桃的品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析[30]。

2 結(jié)果與分析

2.1 軟棗獼猴桃品質(zhì)指標(biāo)的測定結(jié)果

8種軟棗獼猴桃的13項品質(zhì)指標(biāo)的測定結(jié)果見表1。由表1可知,不同品種的軟棗獼猴桃在13個品質(zhì)指標(biāo)中存在著差異,變異系數(shù)最大的是維生素C含量,其數(shù)值為0.37,變異系數(shù)最小的是可溶性固形物含量,其數(shù)值為0.11。綜上所述,軟棗獼猴桃品種間各項品質(zhì)指標(biāo)變異系數(shù)均有差異,表明各品種之間的品質(zhì)存在差異。雖單個品質(zhì)指標(biāo)的變異系數(shù)并不大,但綜合13個品質(zhì)指標(biāo)后,差異較為明顯。

表1 8種軟棗獼猴桃的品質(zhì)指標(biāo)Table 1 The quality indexes of Actinidia arguta from 8 varieties

2.2 軟棗獼猴桃品質(zhì)指標(biāo)的主成分分析

2.2.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 軟棗獼猴桃的13種品質(zhì)指標(biāo)的單位不同,量程大小不一,需對13種品質(zhì)指標(biāo)的原始數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,處理后可避免不同單位和量程不一的影響。處理后數(shù)據(jù)見表2。

表2 13個品質(zhì)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)Table 2 The standardized data for 13 quality evaluation indexes

2.2.2 主成分分析 由表3可知,特征值大于1的主成分有四個,且這四個成分的方差貢獻(xiàn)率之和在90%以上,即代表性大,其余成分的特征值均趨于平坦且數(shù)值小于1,即代表性小。軟棗獼猴桃中前四個主成分的方差貢獻(xiàn)率分別為36.645%、28.613%、16.887%、9.508%。累積方差貢獻(xiàn)率為91.652%,也可看出四個主成分的顯著代表性。

表3 各品種軟棗獼猴桃品質(zhì)主成分的方差貢獻(xiàn)率Table 3 The variance contribution rates of principal component to the quality characteristics of Actinidia arguta

由表4可知,采用主成分分析法中具有Kaiser 標(biāo)準(zhǔn)化的正交旋轉(zhuǎn)法。旋轉(zhuǎn)后,四個主成分互不關(guān)聯(lián),各自都具有代表性。所以選用四個主成分來代替原有13個成分對軟棗獼猴桃進(jìn)行分析,旨在不影響綜合評價軟棗獼猴桃品質(zhì)的基礎(chǔ)上,降低其工作量。

表4 軟棗獼猴桃成分得分協(xié)方差矩陣Table 4 Covariance matrix of component score of Actinidia arguta

由圖1可知軟棗獼猴桃中不同營養(yǎng)指標(biāo)對主成分的影響,其中游離型和結(jié)合型DPPH自由基清除率、游離型和結(jié)合型黃酮、維生素C、葉綠素對成分的影響較大。

圖1 軟棗獼猴桃旋轉(zhuǎn)空間中的成分圖Fig.1 The rotated space component of kiwi fruit

表5為軟棗獼猴桃品質(zhì)指標(biāo)的主成分載荷矩陣,它可反映各主成分對軟棗獼猴桃品質(zhì)的影響程度。由表5可知,對第一主成分產(chǎn)生正向影響的品質(zhì)指標(biāo)有結(jié)合型DPPH自由基清除率、游離型DPPH自由基清除率、游離型黃酮、維生素C、葉綠素。其中,結(jié)合型DPPH自由基清除率載荷數(shù)最大,數(shù)值為0.891,其次為游離型DPPH自由基清除率,數(shù)值為0.889。載荷較高但對第一主成分產(chǎn)生負(fù)向影響的理化指標(biāo)有可滴定酸,其數(shù)值為-0.572。第一主成分大時,正向影響最大,DPPH自由基清除率載荷數(shù)為0.891,結(jié)合型黃酮和維生素C的載荷數(shù)分別為0.812、0.707。因為結(jié)合型DPPH自由基清除率、游離型DPPH自由基清除率、黃酮類、維生素C等都屬于抗氧化性物質(zhì),因此第一主成分含量高的軟棗獼猴桃種類具有極強的抗氧化特性,抗氧化性物質(zhì)夠消除過多的氧化自由基,對于許多自由基引起的及老化相關(guān)疾病都能夠預(yù)防。

表5 軟棗獼猴桃品質(zhì)指標(biāo)的主成分載荷矩陣Table 5 The loading matrix of four principal components

對第二主成分產(chǎn)生負(fù)向影響的理化指標(biāo)有結(jié)合酚、結(jié)合型黃酮、游離酚,對第二主成分負(fù)向影響最大的是結(jié)合酚,載荷數(shù)為-0.912。結(jié)合型黃酮和游離酚的載荷數(shù)依次為-0.681、-0.644。第二主成分大時,可滴定酸的含量值會相應(yīng)增大,而結(jié)合酚、結(jié)合型黃酮、游離酚這三個指標(biāo)值會減小。第二主成分正向影響中,以可滴定酸的載荷數(shù)最大,可滴定酸的含量與pH成正相關(guān),選取酸度適宜的軟棗獼猴桃,可用于食品的加工、發(fā)酵等。如益生性乳酸菌適宜生長的pH范圍在4.0～6.7之間[22],可從酸度適宜的軟棗獼猴桃中,通過富集培養(yǎng)提取其益生菌乳酸菌,并用于自身發(fā)酵,從而得到一種新型的益生性乳酸菌果漿飲料。

對第三主成分產(chǎn)生較大正向影響的理化指標(biāo)有TSS和果型指數(shù),載荷數(shù)分別為0.954、0.807。對第三主成分產(chǎn)生較大負(fù)向影響的理化指標(biāo)有游離型黃酮和結(jié)合型黃酮,載荷數(shù)分別為-0.405、-0.387,第三主成分大時,TSS值和果型指數(shù)值也相應(yīng)增大,而游離型黃酮和結(jié)合型黃酮的含量值均會減小。第三主成分正向影響大的成分以可溶性固形物含量最為突出,載荷數(shù)最大,可溶性固形物含量高的軟棗獼猴桃,營養(yǎng)成分也非常豐富,口感優(yōu)越,適于食用及制造果脯、果酒等加工型產(chǎn)品。

對第四主成分中產(chǎn)生正向影響最大的品質(zhì)指標(biāo)是色度值。說明第四主成分大時,色度值也大。色澤是影響消費者購買欲的重要因素。在市面上,色澤飽滿、顏色鮮亮的果實更能引起消費者的購買欲。可通過人工培育,如雜交育種、誘變育種等方式，選育出營養(yǎng)豐富且更加美觀的軟棗獼猴桃。

可得4個函數(shù)表達(dá)式:

Z1=0.408X1+0.407X2+0.395X3+0.324X4+0.316X5-0.224X6-0.001X7+0.173X8+0.216X9-0.262X10+0.073X11+0.262X12+0.283X13

Z2=0.170X1+0.166X2+0.025X3+0.251X4-0.334X5+0.473X6-0.395X7+0.386X8-0.353X9+0.324X10-0.042X11-0.042X12+0.077X13

Z3=0.157X1+0.158X2-0.274X3+0.027X4+0.009X5+0.077X6+0.078X7-0.261X8-0.005X9+0.289X10+0.645X11+0.545X12+0.006X13

Z4=-0.183X1-0.193X2-0.068X3+0.398X4-0.274X5-0.014X6+0.032X7-0.287X8+0.386X9+0.266X10-0.159X11-0.038X12+0.604X13

Z1、Z2、Z3、Z4分別代表第一、第二、第三、第四,四個主成分的特征向量權(quán)重值。

4個表達(dá)式中,X1為結(jié)合型DPPH自由基清除率、X2為游離型DPPH自由基清除率、X3為游離型黃酮、X4為維生素C、X5為葉綠素、X6為結(jié)合酚、X7為單果重、X8為結(jié)合型黃酮、X9為游離酚、X10為可滴定酸、X11為可溶性固形物、X12為果型指數(shù)、X13為色差值。由方差貢獻(xiàn)率和主成分函數(shù)表達(dá)式求綜合評價函數(shù)可得:F=0.37Z1+0.29Z2+0.17Z3+0.10Z4。

根據(jù)主成分綜合批評函數(shù)值可知8個品種的軟棗獼猴桃的綜合得分和排序結(jié)果(表6),綜合得分在前二位的軟棗獼猴桃是 LD241和大龍二。

表6 8個品種軟棗獼猴桃主成分因子得分Table 6 Scores of the principal component factor from 8 varieties of Actinidia arguta

根據(jù)表5可知,對第一主成分的正向影響最為顯著的指標(biāo)有結(jié)合型DPPH自由基清除率和游離型DPPH自由基清除率。由表1可知,結(jié)合型DPPH自由基清除率和游離型DPPH自由基清除率含量排在前二位的軟棗獼猴桃是大龍二和LD241,因此,大龍二和LD241這二個品種的軟棗獼猴桃在第一主成分上得分最高。綜合表6,可知大龍二和LD241得分排前二位且第一主成分的方差貢獻(xiàn)率最大,因此,這兩種軟棗獼猴桃的綜合評價也在前二位。

雖然野生型軟棗獼猴桃結(jié)合型DPPH自由基清除率和游離型DPPH自由基清除率含量排在第四位,但其結(jié)合酚、結(jié)合型黃酮及可滴定酸含量較高,即第二主成分的正向影響較大,因此,野生型軟棗獼猴桃在主成分因子得分中位于第三。

LD133的游離型DPPH自由基清除率和結(jié)合型DPPH自由基清除率的抗氧化性低,且對第一主成分負(fù)向影響大的成分含量高,代表對第一主成分的正向影響小,負(fù)向影響大,因此LD133果的主成分因子得分最低。綜合得分也最低,位于所有軟棗獼猴桃的最后一位。

3 結(jié)論

通過測定8個不同品種軟棗獼猴桃的外觀品質(zhì)指標(biāo)及營養(yǎng)含量指標(biāo),比較了遼寧省丹東市8個不同主栽品種軟棗獼猴桃的品質(zhì)差異,雖然單個品質(zhì)指標(biāo)差異并不明顯,可能是與利用自然變異選擇突變株有關(guān),這種選育方式降低了軟棗獼猴桃品種間的遺傳多樣性,但綜合差異較為明顯。通過主成分分析法,可將各個品種的軟棗獼猴桃的差異性品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分類,由此可知,大龍二和LD241這兩種軟棗獼猴桃的抗氧化性物質(zhì)含量豐富,可提取出其有效性抗氧化物成分,用于抗氧化活性的深入探討及功能性食品的研究。LD241軟棗獼猴桃的色澤飽滿,顏色鮮亮,加強了消費者的購買欲。通過主成分分析法,可提高8個品種軟棗獼猴桃的合理利用率,根據(jù)需求選取不同品種的軟棗獼猴桃進(jìn)行分類加工利用。為獲得品質(zhì)優(yōu)良、差異顯著及多用途的獼猴桃品種,可采用雜交育種、誘變育種及轉(zhuǎn)基因育種等方法。