桑椹品质评价因子的分析研究

赵珮 黄传书 唐小平 刘 艳 雷 霆 何佳洋 张明海

(1.重庆市蚕业科学技术研究院，重庆 400700；2.重庆市农技推广站，重庆 400020；3.重庆三峡农科院，重庆 404155)

近年来，“立桑为业，综合发展”成为蚕桑产业供给结构调整的趋势，其中果桑产业发展尤为迅速[1]。目前为止，中国已有10多个省、区(市)广泛引种栽培果桑[2]，果桑栽植面积已达1.5万hm2，其中具有较大利用价值的果桑资源有60余份[3]。因此，系统地开展桑椹品质特性分析和综合评价，建立桑椹品质评价体系对于果桑优良品种选育、桑椹食品保健品的开发及果桑产业发展具有重要意义[4]。有关桑椹品质指标的研究已有较多报道，但涉及的品种都较少[4-6]，基于较大样本量的概率统计的指标研究尚未见报道。因子分析方法主要是减少变量个数，即将多个指标化为少数几个综合指标，聚类分析则将一批样品或变量按其在性质上的亲疏程度进行分类[7]，这些方法已成为果品品质评价研究的重要手段[7-14]。本试验通过对桑椹10个综合测定指标的水平分析、因子分析及聚类分析，研究桑椹指标之间的关系，分析影响桑椹品质的指标及其权重，为果桑评价体系的科学分级及桑椹品质综合评价体系的建立提供基础研究。

1 材料与方法

1.1 样品材料

1.1.1 样品桑园条件

样品全部采自重庆市蚕科院果桑品种比较试验园，按照株距×行距为2.00m×1.33m栽植，每667m2留条数5500条左右，肥水及病虫害防控等管理全部一致，桑园较平整，光照充足、强度一致。

1.1.2 样品采摘

2017年从重庆市蚕科院果桑品种比较试验园采摘果桑品种38个(表1)，每个品种分别采5株，每株从四周到中间采摘位于枝条中段的桑椹，成熟度参照《CBT 29572-2013桑椹(桑果)》标准执行，采摘后立即用保鲜冰盒分装。

1.1.3 样品保存

将所采摘样品及时送回实验室，根据测定内容分别保存，用于测定可溶性固形物、还原糖、总酸、果胶、多酚和花色苷含量的桑椹，于-40℃冷冻保存；用于测定粗蛋白、灰分、多糖和黄酮含量的桑椹，在50℃烘干、粉碎过60 筛目后于4℃贮存。

1.2 仪器与设备

K9860型全自动凯氏定氮仪(海能仪器生产)、UV1800型紫外可见分光光度计[翱艺仪器(上海)有限公司]、PAL-1型手持便携式折光仪(日本爱宕)、TG16-WS台式离心机(湖南湘仪)、KU-20-B型超纯水机(重庆润达康健)。

1.3 测定方法

1.3.1 品质因子测定

(1)常规物质测定：可溶性固形物测定按NY/T2637-2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的测定-折射仪法》[15]，还原糖含量测定按NY/T2742-2015《水果及制品可溶性糖的测定3,5-二硝基水杨酸比色法》[16]，总酸测定按GB/T 12456-2008《食品中总酸的测定》[17]，粗蛋白含量测定按GB 5009.5-2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》[18]，灰分含量测定按GB 5009.4-2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》[19]，多酚含量测定按李巨秀的福林—酚比色法[20]。

糖酸比=还原糖/总酸。

固酸比=可溶性固形物/总酸。

(2)黄酮含量测定

参考孔美兰[21]的响应面优化超声波提取桑椹酒渣总黄酮方法。

称取2g的桑椹粉置于100mL锥形瓶中，加入50.00%乙醇溶液30mL摇匀，在80℃下超声波提取40min，离心后用50.00%乙醇定容至50mL，作为待测液。准确吸待测液1mL于25mL的容量瓶中，按照芦丁标准曲线方法测定吸光度，计算样品总黄酮的量。

(3)花色苷含量测定

参考杨兆艳[22]的pH示差法测定桑椹红色素中花青素含量方法。

称取10g鲜桑果，研磨成匀浆，按物料比1.0∶9.8加入酸化甲醇，41℃超声100W提取39min。真空抽滤(250mL抽滤瓶+100mm漏斗)，定容于100mL。移取2份花色苷提取液(每份2.5mL)，分别用pH1.0和pH4.5的缓冲液定容至25mL，60min后均在520nm和700nm处测定吸光值。

1.4 统计分析

用DPS 17.10统计软件进行数据处理及分析。

2 结果与分析

2.1 测定指标的水平分析

2.1.1 测定指标的变异性分析

供试果桑品种的测定指标数据，详见表2。

对表2资料进行水平分析, 其中变异系数越大，表明桑椹品种间此指标的差异越大。结果，糖酸比、固酸比、总酸、花色苷和还原糖的变异系数接近甚至超过50%，其最大值与最小值分别相差20.19倍、13.20倍、5.17倍、17.58倍和7.38倍；蛋白质、多酚、黄酮和可溶性固形物的变异系数均在30%左右，其最大值与最小值分别相差3.87倍、2.53倍、2.55倍和3.16倍；灰分的变异系数在20.00%左右，其最大值与最小值相差2.71倍，详见表3。

表1 供试果桑品种名称和引种(原产)地

续表2 38个供试果桑品种指标测定表

表3 10项桑椹测定指标的变异情况

将表2各测定指标由小到大等间距分组(软件默认)，采用DPS软件对各指标数据拟合进行频次分析。结果表明，所有分析数据均符合农业研究中常见的抽样分布，概率值P≥0.05，其中，可溶性固形物、多酚和灰分含量符合正态分布，糖酸比含量符合对数正态分布，总酸、黄酮和蛋白质含量符合韦布分布，花色苷含量符合伽马分布，还原糖、固酸比含量符合贝塔分布，详见图1。

2.1.2 桑椹各测定指标间的相关性

对表2资料进行相关性分析,固酸比、糖酸比、可溶性固形物和还原糖含量两两之间呈极显著正相关，其中固酸比和糖酸比的相关系数最高R=0.9007，还原糖和可溶性固形物的相关系数为0.8207，糖酸比与还原糖、可溶性固形物的相关系数均较高，R分别为0.8110、0.7176；固酸比与可溶性固形物、还原糖的相关系数分别为0.7476和0.5996。除还原糖和蛋白质，总酸含量与其余指标均呈显著或极显著正相关。多酚、黄酮和花色苷含量两两之间呈极显著正相关，多酚和花色苷、黄酮的R分别为0.6678、0.5959，黄酮和花色苷的相关系数为0.5293。灰分和还原糖、可溶性固形物、糖酸比和固酸比均呈极显著负相关，R分别为-0.7604、-0.7028、-0.7358和-0.6165，详见表4。

2.2 测定指标的因子分析

因子分析，主要是根据变量相关性的大小分组，使得同组内的变量之间相关性(共性)较高，不同组的变量相关性较低，且要求变量间的关系是线性相关的，主要目的是减少变量个数，统计学上称为降维；并为综合指标提供可供参考的变量的权重[23]。

图1 桑椹测定指标的分布频次图

变 量可溶性固形物还原糖糖酸比固酸比总酸多酚黄酮花色苷蛋白质还原糖0.8207∗∗糖酸比0.7176∗∗0.8110∗∗固酸比0.7476∗∗0.5996∗∗0.9007∗∗总 酸-0.3989∗-0.2421-0.6146∗∗-0.7650∗∗多 酚0.26270.3818∗0.14960.00710.3304∗黄 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∗∗蛋白质-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，对桑椹的10个测定指标(变量)进行相关性分析，所有变量都至少与一个其他变量线性相关，说明这些变量适合进行因子分析。对桑椹的10项测定指标进行因子分析(因子估计方法采用主成分法，旋转方法采用不旋转)。结果表明，总方差的83.27%贡献来自于前3个因子，即前3个因子所包含的信息占总体信息量的83.27%，且每个因子的方差贡献率均大于5.00%，其中，因子1的方差贡献率44.83%，代表性指标糖酸比、固酸比、可溶性固形物、还原糖；其次是灰分，可定义为综合风味因子；因子2的方差贡献率为27.13%，主要指标是花色苷、多酚、黄酮，可定义为功能因子；第3因子的方差贡献率为11.32%，代表性指标为蛋白质，可定义为营养因子，详见表5。

在因子1中，糖酸比的权重最大，即糖酸比作为综合风味因子代表性最好，故剔除同等意义的固酸比。综合风味因子与灰分含量呈负相关，这与相关性分析中灰分与还原糖、糖酸比、可溶性固形物和固酸比极显著负相关的结果一致(见表4)，同时灰分含量的权重远没有糖酸比权重大，故剔除灰分指标。

综上，综合风味因子简化为糖酸比、可溶性固形物和还原糖，功能因子简化为花色苷、多酚和黄酮，营养因子为蛋白质。

2.3 测定指标的聚类分析

由桑椹测定指标的因子分析可知，综合风味因子和功能因子所包含信息占总信息的71.96%，

表5 桑椹测定指标的因子分析结果

因此，以这两个因子的指标(糖酸比、可溶性固形物、还原糖、多酚、黄酮、花色苷)及总酸为参数，采用K-均值法进行动态聚类，将38个样品可聚为5类，详见表6。

表6 桑椹品质聚类分析

聚类分析结果表明，第一类和第二类分别有15个和8个品种，这两类的可溶性固形物相差不大，第一类桑椹的还原糖含量较第二类高25.38%，但是总酸含量是第二类桑椹的2.07倍，因此糖酸比较第二类稍低；另外，第一类桑椹的多酚、黄酮和花色苷较第二类桑椹分别高49.97%、42.85%和81.74%。综合比较，第一类桑椹品种颜色较深，功能成分较丰富，糖酸比接近1，口感酸甜适中，适用于鲜食，代表品种为大十、嘉陵30、伦敦109、苗61和2000-3等。第二类桑椹颜色较浅，功能成分含量较低，糖酸比稍高，口感较甜，考虑鲜食或加工，代表品种为红果1号、嘉陵40号、和陕西甜桑等。第三类共有9个品种，其可溶性固形物含量、还原糖含量和糖酸比最高，分别为13.43%、9.21%和3.11，干物质较多、且口感偏甜，可考虑干制或鲜食，代表品种为德果一号、保坎61和中桑5801等。第四类共5个品种，可溶性固形物、还原糖、糖酸比均较低，多酚、黄酮和花色苷的含量也较低，颜色偏红，风味不佳且功能物质含量较少，考虑加工用，如陕西抗寒、四季果桑等。第五类只有1个品种，即紫金6号，其花色苷、黄酮和多酚的含量最高，分别为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)较测定的所有桑椹品种低，属深色品种、功能物质最丰富，但口感酸，适合酿酒、果醋的加工，同时考虑药用和功能食品的开发。

3 结论与讨论

3.1 结论

通过分析，各指标均服从农业研究中常见的抽样分布，且概率值P≥0.05表明抽样的合理性。分析结果：(1)桑椹花色苷、糖酸比、固酸比、总酸和还原糖的变异系数较大，接近甚至超过50.00%；蛋白质、多酚、黄酮和可溶性固形物的变异系数均在30.00%左右；灰分的变异系数最小。(2)固酸比、糖酸比、可溶性固形物和还原糖含量两两之间均呈极显著正相关，多酚、黄酮和花色苷含量两两之间呈极显著正相关；除还原糖和蛋白质，总酸含量与其余指标均呈显著或极显著正相关；灰分和还原糖、可溶性固形物、糖酸比和固酸比均呈极显著负相关。(3)综合风味因子的方差贡献率最高，其次是功能因子，最后是营养因子。通过综合分析果桑品质评价指标简化为8个即可溶性固形物、还原糖、总酸、糖酸比、花色苷、多酚、黄酮和蛋白质。(4) 以综合风味因子、功能因子和总酸为参数，将所测的38个果桑品种进行聚类分析，分为5类。综合比较，第一类果桑品种糖酸比接近1.00，酸甜适中，适合鲜食或加工，代表品种为大十和嘉陵30号；第二类果桑品种糖酸比为1.79，口感较甜，适合鲜食或加工，代表品种为嘉陵40号和陕西甜桑；第三类果桑品种可溶性固形物、糖酸比均最高，干物质含量高且口感偏甜，适合鲜食、干制，代表品种为德果一号和中桑5801；第四类各指标表现均较低，风味不佳且功能物质含量较少，考虑加工用，代表品种为陕西抗寒和四季果桑。第五类1个品种，即紫金6号，虽然可溶性固形物和糖酸比最低，但是功能物质含量突出，适合酿酒、果醋的加工，同时考虑药用和功能食品的开发。

3.2 讨论

(1)变异分析表明，反应桑椹外观颜色的花色苷和与风味口感密切相关的糖酸比、固酸比、总酸和还原糖变异幅度较大，接近或超过50.00%，这有利于桑椹指标分级研究的开展，且应首先进行桑椹风味指标的分级评价；这在因子分析和聚类分析结果中也得到印证，因子分析中表明综合风味因子的权重最大，而聚类分析中每类桑椹的糖酸比差别较为明显。

(2)聚类分析表明果桑品质评价指标分级的必要性，但由于本实验研究选取的参数较多，聚类分析中果桑品种分类较为笼统，尤其是风味评价上不够具体，有待今后研究完善。

(3)本研究指标还不够全面系统，如对加工性状、栽培性状、理化指标(如色泽、出汁率和VC等)等缺乏调查测定，后续有待进一步扩展深入，尽可能建立更加合理、客观、全面的果桑栽培、桑椹品质及加工等综合评价体系，为果桑产业健康发展提供更加科学的理论依据。