桑椹品質(zhì)評(píng)價(jià)因子的分析研究

趙珮 黃傳書 唐小平 劉 艷 雷 霆 何佳洋 張明海

(1.重慶市蠶業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院，重慶 400700；2.重慶市農(nóng)技推廣站，重慶 400020；3.重慶三峽農(nóng)科院，重慶 404155)

近年來(lái)，“立桑為業(yè)，綜合發(fā)展”成為蠶桑產(chǎn)業(yè)供給結(jié)構(gòu)調(diào)整的趨勢(shì)，其中果桑產(chǎn)業(yè)發(fā)展尤為迅速[1]。目前為止，中國(guó)已有10多個(gè)省、區(qū)(市)廣泛引種栽培果桑[2]，果桑栽植面積已達(dá)1.5萬(wàn)hm2，其中具有較大利用價(jià)值的果桑資源有60余份[3]。因此，系統(tǒng)地開展桑椹品質(zhì)特性分析和綜合評(píng)價(jià)，建立桑椹品質(zhì)評(píng)價(jià)體系對(duì)于果桑優(yōu)良品種選育、桑椹食品保健品的開發(fā)及果桑產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義[4]。有關(guān)桑椹品質(zhì)指標(biāo)的研究已有較多報(bào)道，但涉及的品種都較少[4-6]，基于較大樣本量的概率統(tǒng)計(jì)的指標(biāo)研究尚未見報(bào)道。因子分析方法主要是減少變量個(gè)數(shù)，即將多個(gè)指標(biāo)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)，聚類分析則將一批樣品或變量按其在性質(zhì)上的親疏程度進(jìn)行分類[7]，這些方法已成為果品品質(zhì)評(píng)價(jià)研究的重要手段[7-14]。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)桑椹10個(gè)綜合測(cè)定指標(biāo)的水平分析、因子分析及聚類分析，研究桑椹指標(biāo)之間的關(guān)系，分析影響桑椹品質(zhì)的指標(biāo)及其權(quán)重，為果桑評(píng)價(jià)體系的科學(xué)分級(jí)及桑椹品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)體系的建立提供基礎(chǔ)研究。

1 材料與方法

1.1 樣品材料

1.1.1 樣品桑園條件

樣品全部采自重慶市蠶科院果桑品種比較試驗(yàn)園，按照株距×行距為2.00m×1.33m栽植，每667m2留條數(shù)5500條左右，肥水及病蟲害防控等管理全部一致，桑園較平整，光照充足、強(qiáng)度一致。

1.1.2 樣品采摘

2017年從重慶市蠶科院果桑品種比較試驗(yàn)園采摘果桑品種38個(gè)(表1)，每個(gè)品種分別采5株，每株從四周到中間采摘位于枝條中段的桑椹，成熟度參照《CBT 29572-2013桑椹(桑果)》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，采摘后立即用保鮮冰盒分裝。

1.1.3 樣品保存

將所采摘樣品及時(shí)送回實(shí)驗(yàn)室，根據(jù)測(cè)定內(nèi)容分別保存，用于測(cè)定可溶性固形物、還原糖、總酸、果膠、多酚和花色苷含量的桑椹，于-40℃冷凍保存；用于測(cè)定粗蛋白、灰分、多糖和黃酮含量的桑椹，在50℃烘干、粉碎過(guò)60 篩目后于4℃貯存。

1.2 儀器與設(shè)備

K9860型全自動(dòng)凱氏定氮儀(海能儀器生產(chǎn))、UV1800型紫外可見分光光度計(jì)[翱藝儀器(上海)有限公司]、PAL-1型手持便攜式折光儀(日本愛(ài)宕)、TG16-WS臺(tái)式離心機(jī)(湖南湘儀)、KU-20-B型超純水機(jī)(重慶潤(rùn)達(dá)康健)。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 品質(zhì)因子測(cè)定

(1)常規(guī)物質(zhì)測(cè)定：可溶性固形物測(cè)定按NY/T2637-2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測(cè)定-折射儀法》[15]，還原糖含量測(cè)定按NY/T2742-2015《水果及制品可溶性糖的測(cè)定3,5-二硝基水楊酸比色法》[16]，總酸測(cè)定按GB/T 12456-2008《食品中總酸的測(cè)定》[17]，粗蛋白含量測(cè)定按GB 5009.5-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》[18]，灰分含量測(cè)定按GB 5009.4-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測(cè)定》[19]，多酚含量測(cè)定按李巨秀的福林—酚比色法[20]。

糖酸比=還原糖/總酸。

固酸比=可溶性固形物/總酸。

(2)黃酮含量測(cè)定

參考孔美蘭[21]的響應(yīng)面優(yōu)化超聲波提取桑椹酒渣總黃酮方法。

稱取2g的桑椹粉置于100mL錐形瓶中，加入50.00%乙醇溶液30mL搖勻，在80℃下超聲波提取40min，離心后用50.00%乙醇定容至50mL，作為待測(cè)液。準(zhǔn)確吸待測(cè)液1mL于25mL的容量瓶中，按照蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線方法測(cè)定吸光度，計(jì)算樣品總黃酮的量。

(3)花色苷含量測(cè)定

參考楊兆艷[22]的pH示差法測(cè)定桑椹紅色素中花青素含量方法。

稱取10g鮮桑果，研磨成勻漿，按物料比1.0∶9.8加入酸化甲醇，41℃超聲100W提取39min。真空抽濾(250mL抽濾瓶+100mm漏斗)，定容于100mL。移取2份花色苷提取液(每份2.5mL)，分別用pH1.0和pH4.5的緩沖液定容至25mL，60min后均在520nm和700nm處測(cè)定吸光值。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

用DPS 17.10統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 測(cè)定指標(biāo)的水平分析

2.1.1 測(cè)定指標(biāo)的變異性分析

供試果桑品種的測(cè)定指標(biāo)數(shù)據(jù)，詳見表2。

對(duì)表2資料進(jìn)行水平分析, 其中變異系數(shù)越大，表明桑椹品種間此指標(biāo)的差異越大。結(jié)果，糖酸比、固酸比、總酸、花色苷和還原糖的變異系數(shù)接近甚至超過(guò)50%，其最大值與最小值分別相差20.19倍、13.20倍、5.17倍、17.58倍和7.38倍；蛋白質(zhì)、多酚、黃酮和可溶性固形物的變異系數(shù)均在30%左右，其最大值與最小值分別相差3.87倍、2.53倍、2.55倍和3.16倍；灰分的變異系數(shù)在20.00%左右，其最大值與最小值相差2.71倍，詳見表3。

表1 供試果桑品種名稱和引種(原產(chǎn))地

續(xù)表2 38個(gè)供試果桑品種指標(biāo)測(cè)定表

表3 10項(xiàng)桑椹測(cè)定指標(biāo)的變異情況

將表2各測(cè)定指標(biāo)由小到大等間距分組(軟件默認(rèn))，采用DPS軟件對(duì)各指標(biāo)數(shù)據(jù)擬合進(jìn)行頻次分析。結(jié)果表明，所有分析數(shù)據(jù)均符合農(nóng)業(yè)研究中常見的抽樣分布，概率值P≥0.05，其中，可溶性固形物、多酚和灰分含量符合正態(tài)分布，糖酸比含量符合對(duì)數(shù)正態(tài)分布，總酸、黃酮和蛋白質(zhì)含量符合韋布分布，花色苷含量符合伽馬分布，還原糖、固酸比含量符合貝塔分布，詳見圖1。

2.1.2 桑椹各測(cè)定指標(biāo)間的相關(guān)性

對(duì)表2資料進(jìn)行相關(guān)性分析,固酸比、糖酸比、可溶性固形物和還原糖含量?jī)蓛芍g呈極顯著正相關(guān)，其中固酸比和糖酸比的相關(guān)系數(shù)最高R=0.9007，還原糖和可溶性固形物的相關(guān)系數(shù)為0.8207，糖酸比與還原糖、可溶性固形物的相關(guān)系數(shù)均較高，R分別為0.8110、0.7176；固酸比與可溶性固形物、還原糖的相關(guān)系數(shù)分別為0.7476和0.5996。除還原糖和蛋白質(zhì)，總酸含量與其余指標(biāo)均呈顯著或極顯著正相關(guān)。多酚、黃酮和花色苷含量?jī)蓛芍g呈極顯著正相關(guān)，多酚和花色苷、黃酮的R分別為0.6678、0.5959，黃酮和花色苷的相關(guān)系數(shù)為0.5293?；曳趾瓦€原糖、可溶性固形物、糖酸比和固酸比均呈極顯著負(fù)相關(guān)，R分別為-0.7604、-0.7028、-0.7358和-0.6165，詳見表4。

2.2 測(cè)定指標(biāo)的因子分析

因子分析，主要是根據(jù)變量相關(guān)性的大小分組，使得同組內(nèi)的變量之間相關(guān)性(共性)較高，不同組的變量相關(guān)性較低，且要求變量間的關(guān)系是線性相關(guān)的，主要目的是減少變量個(gè)數(shù)，統(tǒng)計(jì)學(xué)上稱為降維；并為綜合指標(biāo)提供可供參考的變量的權(quán)重[23]。

圖1 桑椹測(cè)定指標(biāo)的分布頻次圖

變 量可溶性固形物還原糖糖酸比固酸比總酸多酚黃酮花色苷蛋白質(zhì)還原糖0.8207??糖酸比0.7176??0.8110??固酸比0.7476??0.5996??0.9007??總 酸-0.3989?-0.2421-0.6146??-0.7650??多 酚0.26270.3818?0.14960.00710.3304?黃 酮-0.1255-0.0534-0.2130-0.29480.6386??0.5959??花色苷0.24500.3293?0.0803-0.04690.4147??0.6678??0.5293??蛋白質(zhì)-0.3330?-0.3541?-0.1839-0.1141-0.11760.0939-0.12570.0042灰 分-0.7028??-0.7604??-0.7358??-0.6165??0.3499?-0.12830.1627-0.17600.2434

按因子分析要求，對(duì)桑椹的10個(gè)測(cè)定指標(biāo)(變量)進(jìn)行相關(guān)性分析，所有變量都至少與一個(gè)其他變量線性相關(guān)，說(shuō)明這些變量適合進(jìn)行因子分析。對(duì)桑椹的10項(xiàng)測(cè)定指標(biāo)進(jìn)行因子分析(因子估計(jì)方法采用主成分法，旋轉(zhuǎn)方法采用不旋轉(zhuǎn))。結(jié)果表明，總方差的83.27%貢獻(xiàn)來(lái)自于前3個(gè)因子，即前3個(gè)因子所包含的信息占總體信息量的83.27%，且每個(gè)因子的方差貢獻(xiàn)率均大于5.00%，其中，因子1的方差貢獻(xiàn)率44.83%，代表性指標(biāo)糖酸比、固酸比、可溶性固形物、還原糖；其次是灰分，可定義為綜合風(fēng)味因子；因子2的方差貢獻(xiàn)率為27.13%，主要指標(biāo)是花色苷、多酚、黃酮，可定義為功能因子；第3因子的方差貢獻(xiàn)率為11.32%，代表性指標(biāo)為蛋白質(zhì)，可定義為營(yíng)養(yǎng)因子，詳見表5。

在因子1中，糖酸比的權(quán)重最大，即糖酸比作為綜合風(fēng)味因子代表性最好，故剔除同等意義的固酸比。綜合風(fēng)味因子與灰分含量呈負(fù)相關(guān)，這與相關(guān)性分析中灰分與還原糖、糖酸比、可溶性固形物和固酸比極顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)果一致(見表4)，同時(shí)灰分含量的權(quán)重遠(yuǎn)沒(méi)有糖酸比權(quán)重大，故剔除灰分指標(biāo)。

綜上，綜合風(fēng)味因子簡(jiǎn)化為糖酸比、可溶性固形物和還原糖，功能因子簡(jiǎn)化為花色苷、多酚和黃酮，營(yíng)養(yǎng)因子為蛋白質(zhì)。

2.3 測(cè)定指標(biāo)的聚類分析

由桑椹測(cè)定指標(biāo)的因子分析可知，綜合風(fēng)味因子和功能因子所包含信息占總信息的71.96%，

表5 桑椹測(cè)定指標(biāo)的因子分析結(jié)果

因此，以這兩個(gè)因子的指標(biāo)(糖酸比、可溶性固形物、還原糖、多酚、黃酮、花色苷)及總酸為參數(shù)，采用K-均值法進(jìn)行動(dòng)態(tài)聚類，將38個(gè)樣品可聚為5類，詳見表6。

表6 桑椹品質(zhì)聚類分析

聚類分析結(jié)果表明，第一類和第二類分別有15個(gè)和8個(gè)品種，這兩類的可溶性固形物相差不大，第一類桑椹的還原糖含量較第二類高25.38%，但是總酸含量是第二類桑椹的2.07倍，因此糖酸比較第二類稍低；另外，第一類桑椹的多酚、黃酮和花色苷較第二類桑椹分別高49.97%、42.85%和81.74%。綜合比較，第一類桑椹品種顏色較深，功能成分較豐富，糖酸比接近1，口感酸甜適中，適用于鮮食，代表品種為大十、嘉陵30、倫敦109、苗61和2000-3等。第二類桑椹顏色較淺，功能成分含量較低，糖酸比稍高，口感較甜，考慮鮮食或加工，代表品種為紅果1號(hào)、嘉陵40號(hào)、和陜西甜桑等。第三類共有9個(gè)品種，其可溶性固形物含量、還原糖含量和糖酸比最高，分別為13.43%、9.21%和3.11，干物質(zhì)較多、且口感偏甜，可考慮干制或鮮食，代表品種為德果一號(hào)、保坎61和中桑5801等。第四類共5個(gè)品種，可溶性固形物、還原糖、糖酸比均較低，多酚、黃酮和花色苷的含量也較低，顏色偏紅，風(fēng)味不佳且功能物質(zhì)含量較少，考慮加工用，如陜西抗寒、四季果桑等。第五類只有1個(gè)品種，即紫金6號(hào)，其花色苷、黃酮和多酚的含量最高，分別為3.29mg·g-1、22.25mg·g-1、20.19mg·g-1；可溶性固形物含量(5.00%)和糖酸比(0.29)較測(cè)定的所有桑椹品種低，屬深色品種、功能物質(zhì)最豐富，但口感酸，適合釀酒、果醋的加工，同時(shí)考慮藥用和功能食品的開發(fā)。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

通過(guò)分析，各指標(biāo)均服從農(nóng)業(yè)研究中常見的抽樣分布，且概率值P≥0.05表明抽樣的合理性。分析結(jié)果：(1)桑椹花色苷、糖酸比、固酸比、總酸和還原糖的變異系數(shù)較大，接近甚至超過(guò)50.00%；蛋白質(zhì)、多酚、黃酮和可溶性固形物的變異系數(shù)均在30.00%左右；灰分的變異系數(shù)最小。(2)固酸比、糖酸比、可溶性固形物和還原糖含量?jī)蓛芍g均呈極顯著正相關(guān)，多酚、黃酮和花色苷含量?jī)蓛芍g呈極顯著正相關(guān)；除還原糖和蛋白質(zhì)，總酸含量與其余指標(biāo)均呈顯著或極顯著正相關(guān)；灰分和還原糖、可溶性固形物、糖酸比和固酸比均呈極顯著負(fù)相關(guān)。(3)綜合風(fēng)味因子的方差貢獻(xiàn)率最高，其次是功能因子，最后是營(yíng)養(yǎng)因子。通過(guò)綜合分析果桑品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)簡(jiǎn)化為8個(gè)即可溶性固形物、還原糖、總酸、糖酸比、花色苷、多酚、黃酮和蛋白質(zhì)。(4) 以綜合風(fēng)味因子、功能因子和總酸為參數(shù)，將所測(cè)的38個(gè)果桑品種進(jìn)行聚類分析，分為5類。綜合比較，第一類果桑品種糖酸比接近1.00，酸甜適中，適合鮮食或加工，代表品種為大十和嘉陵30號(hào)；第二類果桑品種糖酸比為1.79，口感較甜，適合鮮食或加工，代表品種為嘉陵40號(hào)和陜西甜桑；第三類果桑品種可溶性固形物、糖酸比均最高，干物質(zhì)含量高且口感偏甜，適合鮮食、干制，代表品種為德果一號(hào)和中桑5801；第四類各指標(biāo)表現(xiàn)均較低，風(fēng)味不佳且功能物質(zhì)含量較少，考慮加工用，代表品種為陜西抗寒和四季果桑。第五類1個(gè)品種，即紫金6號(hào)，雖然可溶性固形物和糖酸比最低，但是功能物質(zhì)含量突出，適合釀酒、果醋的加工，同時(shí)考慮藥用和功能食品的開發(fā)。

3.2 討論

(1)變異分析表明，反應(yīng)桑椹外觀顏色的花色苷和與風(fēng)味口感密切相關(guān)的糖酸比、固酸比、總酸和還原糖變異幅度較大，接近或超過(guò)50.00%，這有利于桑椹指標(biāo)分級(jí)研究的開展，且應(yīng)首先進(jìn)行桑椹風(fēng)味指標(biāo)的分級(jí)評(píng)價(jià)；這在因子分析和聚類分析結(jié)果中也得到印證，因子分析中表明綜合風(fēng)味因子的權(quán)重最大，而聚類分析中每類桑椹的糖酸比差別較為明顯。

(2)聚類分析表明果桑品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)的必要性，但由于本實(shí)驗(yàn)研究選取的參數(shù)較多，聚類分析中果桑品種分類較為籠統(tǒng)，尤其是風(fēng)味評(píng)價(jià)上不夠具體，有待今后研究完善。

(3)本研究指標(biāo)還不夠全面系統(tǒng)，如對(duì)加工性狀、栽培性狀、理化指標(biāo)(如色澤、出汁率和VC等)等缺乏調(diào)查測(cè)定，后續(xù)有待進(jìn)一步擴(kuò)展深入，盡可能建立更加合理、客觀、全面的果桑栽培、桑椹品質(zhì)及加工等綜合評(píng)價(jià)體系，為果桑產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供更加科學(xué)的理論依據(jù)。