兩種越橘類色素品質(zhì)評價分析研究

何青科，劉漾倫,2，劉 慧，李 宏，周 穎

（1.湖南省產(chǎn)商品質(zhì)量檢驗研究院，食品安全監(jiān)測與預警湖南省重點實驗室，湖南長沙 410017；2.湖南農(nóng)業(yè)大學，湖南長沙 410125）

歐洲越橘（VacciniummyrtillusLinn.）和紅豆越橘（Vacciniumvitis-idaeaLinn.）為常見的用于著色劑原料的越橘品種。歐洲越橘和紅豆越橘（俗稱中國越橘）同屬于越橘屬，均富含天然活性成分，能提取出含量豐富的花色苷作為色素的主要成分，具有抗氧化、抗菌、抗炎、抗癌等多種功效[1-3]。目前，已有研究人員對這2 種越橘提取物中的成分、功能進行研究，但對這2 種色素的主要成分含量和關(guān)鍵品質(zhì)進行相關(guān)性的研究較少[4]。

主成分分析是一種無監(jiān)督模式識別的多維數(shù)據(jù)分析方法，旨在將大量數(shù)據(jù)由可能存在相關(guān)性的變量轉(zhuǎn)換成幾組線性不相關(guān)的主成分。主成分分析可將所有的指標分類，按對結(jié)果的影響程度分組，并反映原來變量的信息。在食品質(zhì)量控制中主要用于品種鑒別分析、特征數(shù)據(jù)挖掘、品質(zhì)綜合評價等，主成分分析常與其他統(tǒng)計方法結(jié)合應用[5]。

本試驗分別以歐洲越橘和紅豆越橘為原料的41批次越橘色素為研究對象，開展營養(yǎng)成分、元素含量、特征性指標的檢測研究，比較檢驗數(shù)據(jù)的差異，對所有檢驗結(jié)果進行主成分分析及偏最小二乘法判別分析，以期獲取能代表越橘色素品質(zhì)的主要因素和區(qū)分原料品種的關(guān)鍵要素。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

氫氧化鈉、95%乙醇、檸檬酸、磷酸氫二鈉、硝酸（65%）、硝酸鋁、醋酸鉀、苯酚、濃硫酸、溴甲酚綠指示劑、亞甲基藍指示劑和葡萄糖，均為分析純，上海國藥集團化學試劑有限公司；維生素C，蘆丁，銅、鋅、鐵、鈣、鎂、鉀標準溶液，上海安譜實驗科技股份有限公司；以歐洲越橘為原料的越橘色素，以紅豆越橘為原料的越橘色素，購于湖南康隆生物科技股份有限公司。

1.2 儀器與設備

ME204E 電子分析天平，梅特勒-托利多精密儀器有限公司；945066 數(shù)顯型多管旋渦混合器，美國Talboys 公司；7900ICP-MS 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國Agilent 公司；UV-10 紫外可見分光光度計，上海元析儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 pH 值的測定

稱取試樣1.0 g，用三級水溶解后，置于100 mL容量瓶中，用三級水定容，用酸度計測定pH 值。

1.3.2 常規(guī)理化指標的測定

水分、灰分、脂肪、蛋白質(zhì)、維生素C、元素和總黃酮含量的測定分別參照《食品安全國家標準食品中水分的測定》（GB 5009.3—2016）、《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》（GB 5009.4—2016）、《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》（GB 5009.6—2016）、《食品安全國家標準 食品中蛋白質(zhì)的測定》（GB 5009.5—2016）、《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》（GB 5009.86—2016）、《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》（GB 5009.268—2016）、《出口食品中總黃酮的測定》（SN/T 4592—2016）測得，總糖含量參照文獻[6]測得。

1.3.3 色價的測定

參照《食品安全國家標準 食品添加劑 越橘紅》（GB 1886.364—2022）測定。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 23 對試驗數(shù)據(jù)進行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 主成分分析

對41 批次越橘色素主要成分指標進行主成分分析，結(jié)果見表1。前4 個主成分的累積貢獻率為80.798%，基本可包含所測定的15 個指標的大部分信息。選取前4 個主成分對這2 種提取物進行綜合評價。第1 主成分貢獻率為47.993%，決定其大小的為灰分、維生素C、鋅、蛋白質(zhì)、鈣、總黃酮、鐵、鎂、總糖含量；第2 主成分貢獻率為13.729%，決定其大小的為銅、總糖、色價含量；第3 主成分貢獻率為11.852%，決定其大小的為水分、鉀、脂肪含量；第4 主成分貢獻率為7.224%，決定其大小的為鉀、pH值含量，采用這4 個因子可有效解釋原有變量80%以上的信息。

2.2 成分PCA 圖分析

第一主成分PC1、第二主成分PC2 分別包含了原來信息量的47.99%、13.73%。PC1 是最能解釋多維數(shù)據(jù)矩陣方差的變量，PC2 為解釋方差的第二最佳變量。PCA 的分圖常被用來反映品種與品質(zhì)指標之間的關(guān)系，從圖1 能夠直觀看出各越橘品種與PC1 和PC2的關(guān)聯(lián)性，歐洲越橘色素落在PC1 正向區(qū)間（第一象限和第四象限），紅豆越橘色素落在PC1 負向區(qū)間（第二象限和第三象限），說明這2 種主成分包含的信息可以有效將這2 個品種區(qū)分開。有11 批次歐洲越橘色素落在了第一主成分和第二主成分的正向區(qū)間，表明這些色素維生素C、鋅、蛋白質(zhì)、鈣、總黃酮、鐵、鎂、總糖和銅含量較高，且色價較高，說明其功能成分花青素含量相對較高，品質(zhì)較為優(yōu)良。

圖1 主成分PC1 、PC2 的分圖

2.3 正交偏最小二乘法判別分析

為了更好地進行數(shù)據(jù)可視化和后續(xù)分析，采用正交偏最小二乘法判別分析方法對結(jié)果進行分析，繪制了以歐洲越橘和紅豆越橘為原料的色素評分圖，進一步展示2 個品種間的差異。由圖2 可看出，以紅豆越橘為原料的色素樣品主要分布在PC1 左側(cè)，以歐洲越橘為原料的色素樣品分布在PC1 右側(cè)，兩組樣本在主成分坐標軸上分離較好。評分模型的預估參數(shù)有R2X、R2Y、Q2，其中R2X、R2Y 分別代表所建立模型對X 和Y 的解釋率，Q2表示模型的預測能力，這3 個指標越接近于1，模型的穩(wěn)定性越好。由參數(shù)可知，R2X、R2Y、Q2的值分別是0.466、0.969、0.965，表明模型穩(wěn)定性可靠，2 種越橘差異有統(tǒng)計學意義。

圖2 正交偏最小二乘法判別分析結(jié)果

以變量權(quán)重重要性排序（Variable Importance in Projection，VIP）作為標準，系統(tǒng)評估了15 種指標對區(qū)分以紅豆越橘和歐洲越橘為原料的2 種色素的貢獻程度。如圖3 所示，排名前8 的為灰分、鋅、維生素C、鈣、黃酮類化合物、蛋白質(zhì)、鎂和鐵，越橘屬下種類繁多，分布于北半球溫帶、亞熱帶，美洲、亞洲的熱帶山區(qū)，植物學性狀和特有的營養(yǎng)資源各有不同，本文的研究結(jié)果為今后的進一步鑒別工作提供了研究思路。

圖3 基于OPLS-DA 模型分析的VIP 值柱形圖

3 結(jié)論

本文通過檢測以歐洲越橘和紅豆越橘為原料的越橘色素，探究了2 類色素元素的常規(guī)理化和特征性指標含量的異同。通過主成分分析，獲得了能代表所有變量80%以上信息的4 個因子，主成分貢獻率分別為47.993%、13.729%、11.852%、7.224%。歐洲越橘依次落在PC1 正向區(qū)間，紅豆越橘依次落在PC1 負向區(qū)間，說明這2 種主成分包含的信息可以有效地將這2 個品種區(qū)分開。通過正交偏最小二乘法得到灰分、鋅、維生素C 為區(qū)分這2 種色素的主要指標。今后可進一步擴展檢測指標范圍，深度挖掘以2 種不同越橘品種為原料的色素鑒別因素。