不同包装膜处理杏鲍菇品质的主成分分析与综合评价

谢丽源,郑林用,彭卫红,唐　杰,黄忠乾,谭　伟,甘炳成

(四川省农业科学院土壤肥料研究所，四川成都 610066)



不同包装膜处理杏鲍菇品质的主成分分析与综合评价

谢丽源,郑林用,彭卫红,唐杰,黄忠乾,谭伟,甘炳成*

(四川省农业科学院土壤肥料研究所，四川成都 610066)

本文采用主成分分析法对气密性和阻隔性不同的包装膜包装处理下杏鲍菇品质的影响进行定量分析,建立综合评价函数,以此筛选最佳包装材料。结果表明,9个生理生化检测指标进行主成分分析可简化为2个主成分,累积方差贡献率为83.203%,能够较好地反映原始数据的信息;综合主成分分析显示,不同包装膜处理杏鲍菇的综合品质得分从高到低为:高压低密度聚乙烯(LDPE)>聚丙烯(OPP)>低压高密度聚乙烯(HDPE)>聚乙烯(PE)>乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)>未包装(CK)。由此可见,包装膜有利于杏鲍菇贮藏保鲜,且LDPE包装材料的保鲜效果最佳。

杏鲍菇,包装膜,主成分分析,品质,综合评价

杏鲍菇富含蛋白质、多糖、维生素、氨基酸、甾醇等营养物质,具有降血压血脂、降低胆固醇、抗动脉粥样硬化,能刺激抗体形成、增强人体免疫力,发挥防癌抗癌的作用,而且对脂肪肝、急性肝炎、心肌梗塞、脑梗塞、某些肿瘤均具有良好的预防和治疗作用[1-3]。近年来,随着市场需求的增加以及工厂化栽培模式的推广,杏鲍菇的产量大幅度提升,而杏鲍菇的采后贮运也愈来愈成为其产业发展亟需解决的问题。自发气调包装为主的保鲜法结合低温贮藏是理想的贮藏食用菌的方法,它通过塑料薄膜包裹,借助呼吸作用来降低膜内氧气含量,并通过薄膜交换气体调节氧气与二氧化碳的比例,是一种简便易行,效果较好的保鲜方法,但是不同的包装膜针对不同的食用菌有一定适用性,因此选择适用的包装保鲜材料对于研究食用菌保鲜具有重要意义。

主成分分析法(principal component analysis,PCA)也称主分量分析,是一种通过降维技术,根据贡献率的大小用少数几个具有代表性的综合指标代替多个原始变量,化繁为简的常用多元统计分析方法。主成分分析能够在最大限度地保留原始数据信息的基础上,对高维变量进行综合和简化,并且能够客观地确定各个指标的权重,避免了主观随意性,有一定的优越性[4-7],目前,主成分分析法在食品中已被广泛应用[8-10]。

本实验采用5种气密性、透明度、阻隔性不同的保鲜膜贮藏杏鲍菇,对杏鲍菇品质影响进行量化,通过对影响杏鲍菇品质的理化指标进行主成分分析,建立综合评价函数,以期筛选最佳包装保鲜膜材料,为延长杏鲍菇货架期起到一定的指导作用。

1　材料与方法

1.1材料与仪器

供试材料为工厂化栽培的新鲜杏鲍菇采自成都榕珍菌业有限公司。采摘标准为12～15 cm长度杏鲍菇,挑选菇体完整,色泽洁白、表面光洁、未开伞、无病虫害、无机械损伤、大小一致的子实体,采后立即运送至四川省农业科学院微生物研究中心。

5 种保鲜膜(聚丙烯(oiented polypropylene film,OPP)、乙烯-乙酸乙烯共聚物(ethylene vinyl acetate,EVA)、聚乙烯(polyethylene,PE)、高压低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)、低压高密度聚乙烯(high density polyethylene,HDPE))均购自成都包装材料中心,规格为300 mm×300 mm,厚度为0.05 mm。

葡萄糖、浓硫酸、考马斯亮蓝G250、牛血清蛋白、硫代巴比妥酸、三氯乙酸、氮蓝四唑、聚乙烯吡咯烷酮、核黄素、邻苯二胺、甲硫氨酸、邻苯二酚均为分析纯,购于成都市长征化玻有限公司。

紫外分光光度计UV1240日本岛津仪器公司;GLI66-Ⅱ高速离心机上海安亭科学仪器厂;HH.S11-Ni6-列六孔恒温水浴锅北京长安科学仪器厂;ALC-Z10.3电子天平北京赛多利斯天平有限公司。

1.2测定指标和方法

1.2.1样品处理各选取1朵杏鲍菇分别放入OPP、EVA、PE、LDPE、HDPE 5 种保鲜包装袋中,扎紧袋口,同时设置不包装处理为对照(CK),放入4 ℃,相对湿度为85%的环境中贮藏,每个处理组重复3 次,每3 d测定一次各种品质指标,共测定15 d。测定指标包括VC、可溶性糖、可溶性蛋白质、丙二醛(malondialdehyde,MDA)、多酚氧化酶(polyphenol,PPO)、过氧化物酶(peroxidase,POD)、超氧化物歧化酶(superoxide Dismutase,SOD)、过氧化氢酶(catalase,CAT)、质量损失率。

1.2.2可溶性糖含量的测定称取1.0 g杏鲍菇样品组织置于研磨中,倒入液氮研磨均匀,加少量蒸馏水研磨匀浆,转入20 mL具塞试管中,加入5～10 mL蒸馏水,薄膜封口,沸水中煮沸提取30 min,冷却、过滤,将残渣回收到试管中,加入10 mL蒸馏水,重复沸水浴提取10 min,冷却、过滤、洗涤,将两次滤液收集于100 mL容量瓶中并定容至刻度。吸取10 mL提取液于100 mL容量瓶中并定容至刻度。取1.0 mL稀释液于具塞刻度试管中,加入1.0 mL蒸馏水,1.0 mL 0.09 g/mL苯酚溶液,摇匀,再加入5.0 mL的浓硫酸,充分振荡后在室温下反应30 min,在波长490 nm处比色测定其吸光度,通过葡萄糖标准曲线计算样品中的可溶性糖含量(mg/g)。

1.2.3可溶性蛋白质含量的测定称取1.0 g杏鲍菇样品组织,加5 mL蒸馏水研磨成浆,于4 ℃、12000× g离心20 min,吸取提取液1.0 mL于5 mL容量瓶中并用蒸馏水定容至刻度,取1.0 mL稀释液放入具塞刻度试管中,加入5 mL考马斯亮蓝G-250试剂,充分混合,放置2 min后在波长595 nm处比色测定其吸光度,记录光密度OD值,并通过标准曲线计算待测样品中可溶性蛋白质的含量(mg/g)。

1.2.4VC含量的测定称取剪碎混匀的杏鲍菇5.0 g,加入5 mL 1%盐酸匀浆,转移至25 mL容量瓶中,稀释定容。离心(12000×g)10 min后,取0.2 mL上清液,加入盛有0.2 mL 10%盐酸的10 mL容量瓶中,定容后以蒸馏水为空白,在243 nm处用紫外分光光度计测定吸光值,根据标准曲线,计算VC含量(μg/g)。

1.2.5MDA含量的测定采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法[11]。取杏鲍菇样品组织1 g,加入2 mL 10 g/100 mL三氯乙酸(TCA),研磨后转移至离心管,再加入8 mL TCA洗涤研钵一并转移至离心管。匀浆离心后取上清液2 mL(参比用10 g/100 mL TCA代替),加入2 mL 6 mg/mL TBA溶液,混匀于沸水浴上反应15 min,迅速冷却后再离心(12000×g)10 min,分别取上清液测定OD450、OD532和OD600值。

MDA含量(nmol/g)=6.45(OD532-OD600)-0.56 OD450/V(Vs·M)

式中:V为提取液体积(mL);M为杏鲍菇组织鲜质量(g);Vs为测定时取样品提取液体积/mL。

1.2.6SOD活性测定氮蓝四唑(NBT)法[12-13]。称取剪碎混匀的菇肉1.0 g,加入1 mL预冷的0.05 mol/L pH7.8磷酸缓冲液(内含1%聚乙烯吡咯烷酮),在冰浴上研磨成匀浆,加缓冲液使终体积为5 mL后,于4 ℃ 12000×g离心15 min,上清液即为SOD粗提液。用0.05 mL提取液,分别加入1.5 mL 0.05 mol/L pH7.8磷酸缓冲液,0.3 mL 130 mmol/L-甲硫氨酸(Met)溶液,0.3 mL 750 μmol/L氮蓝四唑(NBT)溶液,0.3 mL 100μmol/L EDTA-Na2溶液,0.3 mL 20 μmol/L核黄素溶液及0.25 mL蒸馏水,2支对照以缓冲液代替酶液,混匀后一支对照管置暗处,其他各管于4000 Lx日光灯下反应20 min,置暗处终止反应。反应结束后,以不照光的对照管作空白,分别在560 nm下测定其他各管的吸光度,计算SOD活性。以每min 抑制NBT光化还原的50%为1个SOD酶活力单位(U)。

式中:A0为光照对照管的吸光度;AE为样品管的吸光度;V为样品提取液液总体积(mL);Vs为测定时样品用量(mL);M为样品鲜质量(g),t为光照时间(min)。

1.2.7POD活性测定采用愈创木酚法[11],取杏鲍菇2.0 g,加入4倍体积的0.05 mol/L、pH7.0的磷酸缓冲液(PBS)(含1%PVPP),冰浴研磨10 min后,于4 ℃ 下12000×g,离心10 min,上清液即为粗酶液。取50 mL 100 mmol/L pH7.0,加入19 μL愈创木酚,加热搅拌,溶解冷却后加入28 μL 30% H2O2制成反应液,取50 μL酶液与2 mL POD反应液,1 mL 0.2 mol/L PBS,在470 nm处测定吸光度,每30 s测定一次,共测3 min。以反应体系每克样品每分钟吸光度(A)变化0.01为一个酶活力单位(U),结果以U/g表示。

1.2.8PPO活性测定取0.2%的邻苯二酚溶液2.1 mL,加0.8 mL的0.1 mol/L、pH7.0的磷酸缓冲液,再加入0.1 mL的粗酶液(方法同POD),在420 nm处测定吸光度,每10 s记录1次,共记录3 min,以初始直线段的斜率(ΔOD/t)计算酶活力[13]。以反应体系每克样品每分钟吸光度变化0.001为一个酶活力单位(U),结果以U/g表示。

表1　不同包装膜处理对杏鲍菇品质和生理指标的影响

续表

X:平均值±标准误差(Mean±Standard Error);邓肯氏多重比较(Duncan’s new multiple range test),标注不同小写字母表示0.05水平显著性差异。

表2　主成分方差分析

1.2.9CAT活性测定取2.0 g杏鲍菇组织样品,在冰浴条件下用2.0 mL 0.1 mol/L pH7.5 PBS研磨,匀浆后转入离心管中,用该缓冲液3 mL洗涤研钵一并转移至离心管内,于4 ℃下12000×g,离心,上清液为粗酶液。取0.2 mL上清液,加入1.5 mL、0.05 mol/L、pH7.0磷酸缓冲液和0.3 mL 0.3% H2O2,加入后立即计时,并在240 nm处测吸光度[13]。以反应体系每克样品每分钟吸光度变化0.001为一个酶活力单位(U),结果以U/g表示。

1.2.10失重率测定采用称重法称量每组平行样品,分别记录贮藏前菇体质量和不同贮藏期菇体的质量。

式中:m1为取样时质量(g);m为样品初始质量(g)。

1.2.11数据统计数据采用SPSS 17.0软件进行主成分分析(PCA),计算相关系数矩阵,主成分特征值、累积贡献率及主成分综合得分等。

2　结果与分析

2.1标准曲线制作

采用苯酚-硫酸法[11],以标准葡萄糖为标准品,制作可溶性糖标准曲线,得到方程y=0.0086x+0.0089,R2=0.9952;采用考马斯亮蓝G-250法[14],以标准牛血清白蛋白为标准品,制作蛋白质标准曲线,得到方程y=0.0039x+0.9581,R2=0.9999;采用紫外快速测定法[15],以VC作为标准品,制作VC标准曲线,得到方程y=0.0451x+0.0035,R2=0.9998。

2.2不同包装材料对杏鲍菇品质和生理指标的影响

4 ℃贮藏条件下,各种保鲜膜和CK相比不同程度的抑制了杏鲍菇贮藏期间的PPO活性和MDA含量上升趋势,延缓了可溶性蛋白、VC和可溶性糖含量下降,同时保持较高的SOD活性、CAT活性和POD活性(表1)。从表1可知,贮藏15 d,HDPE和LDPE包装膜处理VC含量显著高于(p<0.05)其他包装材料和CK;HDPE、EVA、OPP、PE包装膜处理可溶性蛋白含量显著高于(p<0.05)LDPE和CK,且彼此间没有达到显著性差异(p>0.05);LDPE和OPP包装膜处理可溶性糖含量显著优于(p<0.05)其余包装,而二者间差异性不显著;LDPE和OPP包装膜处理MDA含量显著低于(p<0.05)EVA、HDPE、PE和CK;OPP、LDPE、HDPE膜包装处理SOD活性显著高于(p<0.05)EVA、PE和CK;LDPE膜包装POD活性高于(p<0.05)其他包装膜;LDPE薄膜包装和其他包装材料相比有助于保持PPO的低活性,从而减弱由PPO引起的组织褐变;包装处理CAT活性显著(p<0.05)高于CK,各包装膜处理CAT活性没有显著性差异(p>0.05);薄膜包装具有较好的保湿作用,可以有效抑制杏鲍菇的采后失水(p<0.05),其中以HDPE和LDPE的保湿效果较好。综合来看,LDPE包装膜效果最佳,OPP和HDPE其次,EVA和PE最差,为了精确的判断不同包装膜的保鲜效果,需要进一步通过主成分分析进行综合评价。

2.3不同保鲜膜处理杏鲍菇品质主成分分析及综合评价

2.3.1不同膜处理杏鲍菇品质变化的主成分分析本实验通过SPSS 17.0对5个包装膜处理下杏鲍菇的9个品质和生理指标进行主成分分析,得到各主成分的特征值、方差贡献率、累积方差贡献率(表2)。从表2可知特征值大于1的共2个主成分,总方差83.203%的贡献率来自前2个主成分,其方差贡献率依次为53.781%和29.422%,说明2个主成分反映了原始变量的绝大部分信息。因此杏鲍菇品质指标由初始的9个降到2个不相关的主成分,成功达到了降维目的。

由表3可知,可溶性蛋白、MDA、VC、POD、PPO、失重率在第1主成分上有较高载荷,说明第1主成分主要反映了这6个指标的信息,其中,蛋白质、VC、POD、PPO在正坐标处具有较高载荷,MDA、失重率在负坐标处载荷较高;可溶性糖、SOD、CAT在第2主成分正坐标处载荷较高,说明主要反映了可溶性糖、SOD、CAT这3个成分指标的信息。而在主成分矩阵中,检测值的绝对值反映了对主成分贡献率的大小,绝对值越大,则贡献率也越大。比较第一主成分中贡献率大小为VC>PPO>MDA>POD>可溶性蛋白>失重率;而第二主成分中贡献率比较结果为CAT>SOD>可溶性糖。

表3　成分载荷矩阵

图1更加直观地显示了各主成分主要提取的信息和各指标之间的相关性,不同变量在散点图中的分布位置取决于其在各主成分中的载荷系数。每一个主成分都代表一个独立的综合变量,在每个主成分中位置相近的指标正相关,呈180°分布的指标呈现负相关,而距离远且呈90°分布的指标不相关,距离象限分界线较远的指标对主成分的贡献更大。图1可知,第一主成分所提取的指标主要位于图1的左侧和右侧,距离垂直象限分界线较远,而距离垂直象限越远,对主成分贡献越大,同时,可溶性蛋白、VC和POD,以及MDA、PPO和失重率距离较近,而这两组指标呈180°分布,说明,对第一主成分贡献大小为VC>PPO>MDA>POD>可溶性蛋白>失重率;第二主成分主要提取了CAT、SOD、可溶性糖,这三项指标距离水平象限分界线较远,说明这三项指标对第二主成分贡献较大,且距离水平象限分界线距离大小反映对主成分贡献大小,对第二主成分贡献大小为CAT>SOD>可溶性糖。因此,本文所选取的两个主成分有效地提取了原9个指标。

图1　9个品质和生理指标的主成分散点图Fig.1　Scatter plot of 9 quality indexes

2.3.2杏鲍菇品质的综合评价用两个主成分对不同包装膜处理的杏鲍菇品质进行综合评价,计算主成分得分及综合得分。以两个主成分F1、F2做线性组合,并以每个主成分的方差贡献率作为权数建立综合评价函数:

F=(53.781%F1+29.422%F2)/83.203%

其中F1:第1主成分得分,F2:第2主成分得分,总因子F得分越高,表明品质越好。

图2可知,随着贮藏时间延长,杏鲍菇综合得分均呈下降趋势,在杏鲍菇贮藏的每个阶段,保鲜膜处理综合得分均高于不包装对照CK,且在贮藏15 d,不同保鲜膜处理得分依次为LDPE(-0.120)>OPP(-0.350)>HDPE(-0.370)>PE(-0.895)>EVA(-0.940)>CK(-2.22),说明LDPE对杏鲍菇贮藏作用最佳,随后依次为OPP、HDPE、PE,EVA贮藏效果最差。

图2　不同包装膜处理对杏鲍菇综合品质的影响Fig.2　Effect of different fresh-keeping films on comprehensive quality of P. eryngii

3　结论

本文分析了不同包装膜处理下杏鲍菇品质差异,并对采摘后杏鲍菇可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、VC含量、MDA含量、PPO活性、POD活性、CAT活性、SOD活性、失重率等9个指标进行主成分分析,建立综合评价函数,得到每个处理的最终综合得分,并以此筛选最佳包装膜。结论如下:

通过主成分分析有效地提取了前两个主成分,累积方差贡献率达到83.203%,能够代表原来9个品质指标的绝大部分信息,具有很好的代表性;其中,第一主成分方差贡献率为53.781%,第二主成分方差贡献率为29.422%。

可溶性蛋白、MDA、VC、POD、PPO、失重率在第1主成分上有较高载荷,可溶性糖、SOD、CAT在第2主成分载荷较高;第一主成分贡献率大小VC>PPO>MDA>POD>可溶性蛋白>失重率;而第二主成分中贡献率比较结果为CAT>SOD>可溶性糖。

用2个主成分对不同包装保鲜膜处理的杏鲍菇品质进行综合评价,计算主成分得分及综合得分,建立了综合评价函数:F=(53.781% F1+29.422% F2)/83.203%

通过主成分分析的评价模型得到不同包装膜处理杏鲍菇的综合品质得分从高到低为:LDPE>OPP>HDPE>PE>EVA>CK,说明包装保鲜膜在不同程度上延缓了贮藏期间杏鲍菇的品质劣变。

由此可见,保鲜膜包装处理有利于杏鲍菇贮藏,LDPE包装材料处理杏鲍菇品质最佳,而本文所建立的综合评价方法可以用于食用菌产品品质的量化和排序,为其品质评价提供了更加科学和直观的依据。

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Principal component analysis and comprehensive evaluation on quality ofPleurotuseryngiipackaged by different preservative films

XIE Li-yuan,ZHENG Lin-yong,PENG Wei-hong,TANG Jie,HUANG Zhong-qian,TAN Wei,GAN Bing-cheng*

(Institute of Soil and Fertilizer,Sichuan Academy of Agricultural Sciences,Chengdu 610066,China)

In this paper,the effect of fresh-keeping film on quality ofP.eryngiiwere analyzed by principal component analysis method,and assessment model was established,by which the best packaging materials was screened. The results showed that 9 traits were consolidated into 2 principal components which accounted for 83.203% of total variation. Comprehensive principal component analysis showed that the order of comprehensive quality ofP.eryngiiunder different fresh-keeping film was LDPE>OPP>HDPE>PE>EVA>CK. Thus,the packaging film was conductive to mushroom preservation,and LDPE was the best for preservation.

Pleurotuseryngii;fresh-keeping film;principal component analysis;quality;comprehensive evaluation

2015-11-02

谢丽源(1977-)，女，博士，副研究员，研究方向：农产品加工，E-mail：xieliyuan77@163.com 。

甘炳成(1968-)，男，硕士，研究员，研究方向：食用菌贮藏加工，E-mail：bgan918@sohu.com。

国家科技支撑计划课题(2013BAD16B00)，国家现代食用菌产业技术体系项目(CARS24)，省财政现代农业技术创新与示范专项(2014CXSF-029)。

TS284.2

A

1002-0306(2016)13-0238-07

10.13386/j.issn1002-0306.2016.13.040