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        血脂干預(yù)型復(fù)合蘋果汁果實品種篩選與果汁品質(zhì)評價

        2020-09-01 02:54:34孟掉琴岳田利魏建平高振鵬
        中國食品學(xué)報 2020年8期
        關(guān)鍵詞:蘋果汁阿克蘇兒茶素

        吳 霞 孟掉琴 岳田利 魏建平 高振鵬*

        (1 西北農(nóng)林科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院 陜西楊凌712100 2 國家楊凌農(nóng)業(yè)綜合試驗工程技術(shù)研究中心 陜西楊凌712100 3 農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)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(xí)慣和不健康的生活方式導(dǎo)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(dǎo)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(xí)慣和食用干預(yù)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(yù)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。科研工作者提出可以根據(jù)原料的特性將普通食品開發(fā)成干預(yù)或預(yù)防某些綜合代謝性疾病的特殊醫(yī)學(xué)用途食品[8]。

        中國是蘋果種植面積和產(chǎn)量最大的國家,其中陜西是中國最大的蘋果生產(chǎn)省[9-10]。 蘋果中含有豐富的多酚類物質(zhì), 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(fēng)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(zhì)評價等方面具有較強優(yōu)勢,目前被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)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(xué)工作者們關(guān)注的熱點之一[21]。 目前尚未發(fā)現(xiàn)利用多酚單體篩選蘋果品種, 開發(fā)血脂干預(yù)型蘋果制品的研究報道[22]。 為了開發(fā)血脂干預(yù)型復(fù)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(biāo)進行主成分分析和聚類分析, 根據(jù)多酚單體成分含量篩選具有較好血脂干預(yù)功效的蘋果品種并評價其果汁品質(zhì), 旨在推動營養(yǎng)干預(yù)型蘋果深加工產(chǎn)品的開發(fā), 為今后開展果汁血脂干預(yù)功效評價提供依據(jù)。

        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(chǎn)自陜西;阿克蘇富士,產(chǎn)自新疆;昭通丑蘋果,產(chǎn)自云南;印度青,產(chǎn)自山東;花牛,產(chǎn)自甘肅;王林,產(chǎn)自河北。

        多酚標(biāo)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(xué)試劑廠;乙腈、甲醇、乙酸(色譜級),美國Sigma-Aldrich 公司。

        1.2 儀器與設(shè)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(xué)儀器股份有限公司;WYT-4 型阿貝折射儀, 泉州中友光學(xué)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(zhuǎn)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(diào)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(fù)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(shù)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(biāo)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(shù)據(jù)分析

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

        2 結(jié)果與分析

        2.1 血脂干預(yù)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(jié)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(shù)均在0.5 以上, 其中香草酸、表兒茶素的變異系數(shù)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(zhì),也是具有血脂干預(yù)效用的主要功能成分[26-27]。分析發(fā)現(xiàn)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(jié)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(shù)較小。

        2.1.2 基于主成分分析法篩選蘋果品種 依據(jù)具有血脂干預(yù)功效的多酚單體物質(zhì)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(jié)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(jīng)過標(biāo)準化的多酚數(shù)據(jù)進一步表征及聚類分析,結(jié)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(jié)果與主成分分析結(jié)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(jù)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(jié)果與主成分分組結(jié)果基本保持一致。 結(jié)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(zhì)評價

        2.2.1 蘋果汁理化指標(biāo)的比較 為了評價20 種蘋果果汁品質(zhì),分析了其理化指標(biāo),如表4 所示。同時分析了20 種蘋果汁理化指標(biāo)的相關(guān)性,結(jié)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(biāo)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(shù)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(shù)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(shù)最小為0.07。

        2.2.2 基于主成分分析的蘋果汁品質(zhì)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(zhì),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(zhì)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。可滴定酸含量較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(zhì)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(jù)篩選得到秦冠總酚含量高于大多數(shù)蘋果品種,排在第7 位。綜合考慮,以多酚為依據(jù)篩選出的秦冠和阿克蘇,其果汁品質(zhì)也較好。

        3 結(jié)論

        以具有血脂干預(yù)功效的綠原酸、兒茶素、表兒茶素和根皮苷的含量為依據(jù),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(zhì),得到以下結(jié)論:

        表4 20 種蘋果汁理化指標(biāo)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(zhì)。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(jù),篩選出秦冠和阿克蘇是血脂干預(yù)功效較好的2 種蘋果。

        2)20 種蘋果汁的理化指標(biāo)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(zhì)居前列。

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