我国柑橘类水果种植面积和产量均居世界第一,包括柑、橘、橙、柚四大类[1],湖南是柑橘类水果主产区,2019年种植面积3.99×105 hm2、产量560.5万t,均居全国第二[2]。在全球范围内,大约2/3的果汁市场被柑橘类果汁占据,但我国柑橘类果汁发展相对滞后,80%以上橙汁依赖进口,浓缩橙汁年均进口8万t左右,占果汁进口总量的70%以上[3]。
柑橘汁的品质优劣与原料密切相关。目前柑橘产业发展存在鲜食品种过剩、加工品种不足的问题。开展不同柑橘类水果品种制汁适宜性评价研究有利于促进柑橘汁产业的健康发展。目前,对柑橘品种的研究主要是柑橘果实的营养品质分析[4-6],在制汁适宜性方面,则多采用主成分分析(principal component analysis,PCA)对品种进行评价。舒楠等[7]用PCA法将柑橘制汁品质分为大小、功能、加工、营养、颜色5个因子,利用各因子得分筛选适宜品种。王靓钰等[8]根据指标对每个主成分的贡献率计算柑橘汁品质综合得分,对品种进行筛选。果汁加工过程中柠檬苦素等苦味物质的产生,也是阻碍柑橘汁发展的要因之一[9],但在前人柑橘制汁评价中并未涵盖此项指标。此外,风味是重要的品质评价指标,但在前人研究中仅有成传香等[10],将风味与其他制汁品质共同分析,且仅研究了3种柑橘的品质差异,并未建立起适用于柑橘制汁品质的评价模型。
本研究对夏橙、血橙、崀丰脐橙、冰糖橙、沃柑、椪柑、温州蜜橘7个柑橘类品种的常规理化指标、柠檬苦素类似物含量进行了测定,同时采用顶空固相微萃取-气相色谱质谱(head space-solid phase microextraction-gas chromatography - mass spectrometry,HS-SPME-GC-MS)联用法对其香气成分进行分析,并采用PCA、层次分析法、“合理-满意度”多维价值理论分析进行综合评价,筛选出评价的关键指标,建立制汁适宜性评价模型,旨在为地方柑橘主栽品种的制汁加工适宜性提供理论依据,提升湖南柑橘果汁加工产业竞争力。
原料均在最佳食用成熟期进行采集,避免采有病、过小或未成熟的果实,并且在柑橘树的各部位采样。取样后立即进行预冷,并在4 ℃左右贮藏运输,当日进行鲜榨。具体产地及采摘时间为:夏橙,产自永州市江永县(5月中旬);血橙,产自怀化市麻阳县(12月下旬);崀丰脐橙,产自邵阳市新宁县(11月下旬);冰糖橙,产自怀化市麻阳县(12月上旬);沃柑,产自永州市零陵区(2月下旬);椪柑,产自湘西自治州泸溪县(11月下旬);温州蜜橘,产自邵阳市洞口县(11月中旬)。
福林-酚试剂,美国Sigma公司;橙皮苷、柚皮苷、甜橙黄酮、新橙皮苷、香风草苷、柚皮素、橙皮素,美国Chroma Dex公司;柠檬苦素、诺米林,成都德思特生物技术有限公司。
手动锥形榨汁机,余姚市菲儿浦电器有限公司;ColorQuestXE型全自动色度分析仪,美国HunterLab公司;Acquity超高效液相色谱仪,美国Waters公司;7890A-5975C型GC-MS联用仪,美国Agilent公司。
1.3.1 榨汁及检测操作要点
选择成熟度良好的柑橘原料,清洗后用手动锥形榨汁机切半压汁,离心后将柑橘汁进行分装,在-30 ℃ 的冰箱内保存,用于指标的测定。
1.3.2 理化指标测定
1.3.2.1 出汁率
随机选择30~40个柑橘鲜果,称重记录鲜果质量。榨汁后,收集榨出的全部果汁,称重并记录果汁质量。按公式(1)计算出汁率:
出汁率
(1)
式中:m1为果汁质量,g;m2为鲜果质量,g。
1.3.2.2 基本理化指标
可溶性固形物含量用手持式糖度仪测定;色度采用色差仪测定;可滴定酸含量采用GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定 电位滴定法》测定;总糖:将非还原糖水解为还原糖后,使用3,5-二硝基水杨酸比色法测定,以葡萄糖计[11];总黄酮含量参照李绮丽等[12]的方法测定,以芦丁当量表示(mg/L);总酚含量采用福林-肖卡法[13]测定,以没食子酸当量表示(mg/L)。固酸比为可溶性固形物与对应的柑橘汁可滴定酸的比值。
1.3.2.3 黄酮类化合物含量
采用超高效液相色谱(ultra performance liquid chromatography,UPLC)法[14]测定。准确吸取5 mL样品参考文献[12]的方法进行预处理。
UPLC条件:色谱柱:ACQUITY UPLC BEH C18分析柱(2.1 mm×100 mm,1.7 μm);流动相:0.2%(体积分数)乙酸水溶液(A)和甲醇(B);流速0.3 mL/min;柱温35 ℃,进样量3.0 μL,检测波长:甜橙黄酮、川皮苷、橘皮素为330 nm,其余为283 nm。梯度洗脱条件:0~8 min,40%流动相A;8~25 min,70%流动相A;25~27 min,70%~40%流动相A;27~32 min,40%流动相A。根据保留时间和紫外可见光谱定性,外标法定量。
1.3.2.4 柠檬苦素和诺米林含量
采用UPLC法测定[15]。样品预处理:准确吸取5 mL果汁于10 mL的容量瓶中,加乙腈定容混匀,超声提取30 min,取上清液,过0.22 μm滤膜待测。
UPLC条件:色谱柱:Waters Acquity UPLC BEH C18键合柱(150 mm×2.1 mm,1.7 μm);流动相:V(乙腈)∶V(水)=45∶55;流速0.2 mL/min;进样量2 μL;柱温35 ℃;检测波长215 nm;等度洗脱。柠檬苦素、诺米林标准品质量浓度梯度为5、10、25、50、100、200 mg/L,每个浓度重复3次。柠檬苦素、诺米林标准曲线方程分别为:y=5 895.1x-2 834.7,R2=0.999;y=4 246.4x+9 687.9,R2=0.997。
1.3.3 香气物质测定
1.3.3.1 样品处理和萃取条件
参照胡小琴等[16]的方法。
1.3.3.2 色谱和质谱条件
色谱条件:色谱柱:DB-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 μm);载气(He)流速1.0 mL/min;进样口温度250 ℃,进样量1 μL,不分流进样。升温程序:40 ℃保持3 min,以2 ℃/min升至160 ℃,以5 ℃/min升至190 ℃,再以20 ℃/min升至260 ℃,保持2 min;质谱条件:离子源EI;能量70 eV;离子源温度230 ℃;四极杆温度150 ℃;接口温度250 ℃;质谱扫描范围40~500 amu。
1.3.3.3 定性和定量分析
参考文献[17]采用GC-MS分析定性,以2-辛醇内标法定量。
1.3.4 感官评价
参考T/CBIA 006—2019《非浓缩还原果汁 橙汁》中的感官要求,以外观与色泽、香气、滋味为感官检测指标,评价标准见表1,邀请20名专业人员组成感官评定小组对不同柑橘汁进行感官评定。
表1 柑橘汁感官评价标准
Table 1 The sensory evaluation criteria for citrus juice
项目品评标准分值/分果汁澄清透亮 颜色深浅适中6~10外观与色泽果汁颜色较浑浊或较浅1~5有浓郁果香味11~15果香较为明显6~10香气果香味过浓甜或较淡1~5滋味优雅,酸甜适口16~20酸甜可口,较浓水果味11~15滋味甜酸味偏淡适口,苦味不明显6~10过甜过酸 或苦味明显1~5
1.3.5 果汁品质评价方法
应用PCA,依据累计贡献率确定品质评价因素的个数,采用聚类分析法确定相应个数的核心指标。运用层次分析法构建判断矩阵确定指标权重,并进行一致性检验[18]。采用“合理-满意度”多维价值理论进行柑橘汁品质的综合评价,并与感官评价结果进行比较,验证评价模型。“合理-满意度”即人们对品种表现出来的综合品质满意的程度,对于测定值越大则该项品质越好的指标,满意度得分按公式(2)计算,对于测定值越小则该项品质越好的指标,满意度得分按公式(3)计算。各品种的综合“合理-满意度”按公式(4)计算,得分越高,说明该品种品质越好。
(2)
(3)
式中:M(bi),样品该指标满意度;bi,样品测定值;max(bi),此指标最大测定值;min(bi),此指标最小测定值。
V=∑Wi×Mi
(4)
式中:V,“合理-满意度”综合得分;Wi,指标权重;Mi,样品满意度。
1.3.6 实验数据的统计和分析
采用SPSS 26.0对样品(n=3)进行数据分析,PCA得分图、热图由Origin 2018软件分析绘制。
由表2可知,不同品种柑橘汁理化指标存在较大差异。出汁率是反映品种制汁适宜性的重要指标,不同品种出汁率变化范围为37.48%~52.46%,夏橙的出汁率最高为52.46%,冰糖橙最低为37.48%。色度是评价果汁质量的重要指标之一。不同品种柑橘汁b*均为正值,表示果汁色泽均趋于黄色,其中,冰糖橙的b*值最大,即冰糖橙黄色较其他品种更显著。a*值最大的为血橙,与其他品种差异显著(P<0.05),因其果肉色泽呈现棕红色。L*值的变异系数10.20%,明显小于a*值和b*值的变异系数120.57%、102.50%,不同品种的呈色差异性主要取决于a*、b*值。总糖、可溶性固形物、总酸、固酸比等指标反映果汁的酸甜度。由表2可知,可溶性固形物含量差异小,为10.30~14.33 °Brix;不同品种间可滴定酸含量差异较大,温州蜜橘最高达到11.05 g/L,椪柑最低为1.70 g/L;总糖为5.11%~14.67%,夏橙含糖量较低,血橙含糖量最高。椪柑和冰糖橙的固酸比较高,分别为61.02、53.86,温州蜜橘的固酸比最低,为11.62。总黄酮、总酚是柑橘中重要的功能活性成分,具有抗氧化、抗癌、抗炎、抗癌和抗过敏等作用,是评价柑橘营养保健功能的重要指标[19]。不同品种间的总酚含量差异较小,椪柑含量最高为473.19 mg/L;血橙、冰糖橙、崀丰脐橙中总黄酮含量较高,分别为511.41、293.96、272.16 mg/L。
表2 不同柑橘品种的理化指标
Table 2 Physical and chemical quality of different citrus varieties
编号品种出汁率/%L*a*b*DE*可溶性固形物/°Brix总糖/%总酸/(g·L-1)固酸比总酚/(mg·L-1)总黄酮/(mg·L-1)1夏橙52.4629.65±0.07d-0.30±0.06c0.35±0.09f63.98±0.07d14.33±0.06a5.11±0.03g6.14±0.24b23.39±1.02d451.48±1.39b112.06±1.79g2血橙47.8426.38±0.02g3.59±0.06a1.06±0.05g67.42±0.02a11.90±0.00d14.67±0.01a4.83±0.26d24.68±1.31d423.55±5.55cde511.41±6.69a3崀丰脐橙48.8228.28±0.07f-0.88±0.06e4.70±0.14b65.39±0.07b12.87±0.12c6.05±0.03f5.24±0.10c24.56±0.55d434.97±2.77c272.16±2.89c4冰糖橙37.4836.17±0.10a-1.09±0.08f8.17±0.03a57.78±0.10g12.77±0.06c9.41±0.01b2.37±0.08f53.86±2.01b428.46±5.39cde293.96±2.52b5沃柑45.0930.39±0.04c-0.49±0.13d2.11±0.09d63.21±0.03e13.63±0.06b8.93±0.00c4.32±0.14e31.60±1.03c432.08±1.24cd203.83±2.84f6椪柑47.5129.36±0.07e-0.04±0.11b1.96±0.03e64.25±0.07c10.30±0.10e7.01±0.02d1.70±0.16g61.02±5.65a473.19±2.67a217.27±2.85e7温州蜜橘43.2633.41±0.08b-0.28±0.14c3.36±0.11c60.21±0.08f12.83±0.12c6.74±0.01e11.05±0.16a11.62±0.27e421.96±8.79de246.77±3.60d变异系数/%9.8110.20120.57102.504.859.684.8536.7351.7444.2057.09
注:DE*表示综合色差值;同列不同字母表示组间差异显著(P<0.05)(下同)
不同品种柑橘汁中黄酮类化合物组成及含量如表3所示,芸香柚皮苷、橙皮苷、新橙皮苷和香风草苷是柑橘汁中主要的类黄酮,占类黄酮的90%以上,其中芸香柚皮苷含量最高,均值达到120.07 mg/L,冰糖橙和崀丰脐橙的含量显著高于其他品种;其次是橙皮苷含量较高,均值为97.63 mg/L左右,在血橙、崀丰脐橙、沃柑中含量较高;新橙皮苷含量均值为21.43 mg/L,温州蜜橘的含量最高;香风草苷含量均值为18.46 mg/L,崀丰脐橙含量最高,这几类物质在椪柑中含量均较少。柚皮素、甜橙黄酮、川陈皮素、桔皮素这4种类黄酮化合物的含量相对较少,其中柚皮素、桔皮素变异系数较大,分别为249.65%、251.37%。此外,仅在崀丰脐橙和冰糖橙中检测出柚皮素,仅在椪柑中检测到桔皮素,而7个品种均未检出柚皮苷、橙皮素。
表3 柑橘汁的类黄酮含量
Table 3 Contents of flavonoids in citrus juice
编号品种芸香柚皮苷/(mg·L-1)橙皮苷/(mg·L-1)新橙皮苷/(mg·L-1)香风草苷/(mg·L-1)柚皮素/(mg·L-1)甜橙黄酮/(mg·L-1)川陈皮素/(mg·L-1)桔皮素/(mg·L-1)柚皮苷/(mg·L-1)橙皮素/(mg·L-1)1夏橙40.35±0.16c77.25±6.85d38.33±14.09b7.34±0.70e ND0.82±0.71b1.85±0.16abNDNDND2血橙121.21±5.36b126.15±9.32a23.08±2.65c11.22±2.24 deND1.42±0.19ab1.15±0.01abNDNDND3崀丰脐橙220.33±0.26a125.63±0.57a13.76±0.39c47.82±5.96a6.46±0.24a0.91±0.13b1.24±0.07abNDNDND4冰糖橙222.07±1.29a102.44±0.77c0.26±0.02d19.54±1.02c0.03±0.06b1.22±0.16ab0.42±0.72bNDNDND5沃柑98.63±0.72b114.11±1.43b0.71±0.46d25.69±0.17b ND1.65±0.18ab0.82±1.43abNDNDND6椪柑14.21±0.07c30.72±0.50eND2.42±0.08fND1.85±0.21a2.35±0.20a1.170±0.073aNDND7温州蜜橘123.72±40.37b107.11±4.01bc73.85±9.16a15.20±1.67cdND1.01±0.88a1.98±1.32aNDNDND变异系数/%64.1933.13122.9378.19249.6541.8366.19251.37
注:ND表示未检出
柠檬苦素和诺米林是引起橙汁“后苦味”的主要物质,柑橘果汁中含量超过阈值(6 mg/L),则苦味明显,不宜作为饮料加工原料[9]。因此,柑橘制汁品质评价中柠檬苦素、诺米林含量尤为重要。由图1可知,柠檬苦素含量在不同品种间差异显著,血橙中含量最高,为18.44 mg/L,沃柑最低,含量为0.97 mg/L,除血橙外,均低于阈值。诺米林含量变化幅度为0.00~4.68 mg/L,在血橙中含量最高,崀丰脐橙中未检出。
图1 柑橘果汁中柠檬苦素和诺米林的含量
Fig.1 The content of limonin and nomilin in citrus juice
注:不同小写字母表示柠檬苦素含量差异性显著(P<0.05), 不同大写字母表示诺米林含量差异性显著(P<0.05)
2.2.1 不同品种柑橘汁香气成分分析
通过对7种果汁的挥发性香气成分分析,共检测出60种挥发性成分,包括15种烯烃类、13种酯类、9种醛类、8种酮类、7种芳香族化合物、6种醇类、1种酸类还有1种醚类,夏橙、椪柑、崀丰脐橙、血橙、夏橙、冰糖橙中有酯类、醛类、酮类、烯烃类、醇类和芳香族化合物,仅在血橙汁和冰糖橙汁中检测到了酸类,温州蜜橘中酮类未检出,7种柑橘汁中各类香气物质的总含量差异如图2所示。
图2 柑橘果汁各类香气物质含量
Fig.2 Various aroma components and relative contents of citrus juice
所有挥发性化合物的聚类热图能够更直观地显示不同柑橘品种的挥发性物质含量差异。如图3所示,椪柑中多种挥发性成分含量高于其他品种,如酮类化合物(β-紫罗酮、反式二氢香芹酮、4′-甲基苯乙酮),醛类化合物(苯甲醛、3,4-二甲基苯甲醛),烯烃类化合物(α-蒎烯、D-柠檬烯、γ-松油烯)、麝香草酚甲醚等。温州蜜橘中4-萜品醇、香芹酚、杜松烯、罗勒烯、异丁香烯含量较高。崀丰脐橙中酯类(辛酸己酯、辛酸正丁酯、己酸己酯)、醇类[环丁醇、(9E,12Z)-9,12-十四碳二烯-1-醇]、烃类[(+)-喇叭烯、α-律草烯]、α-紫罗酮等含量较高。冰糖橙的优葛缕酮、2,4-癸二烯醛、1-甲基-4-(1-甲基乙烯基)苯、β-丁香烯、叶醛等风味物质含量较高。沃柑中含量较高的挥发性物质有(-)-Α-荜澄茄油烯、醋酸辛酯、乙酸香叶酯、2,4-二甲基苯乙烯。血橙中香芹酮、3-苯丙酸乙酯、4-仲丁基苯酚含量较高,夏橙中香柏酮、正己酸乙酯、香树烯、巴伦西亚橘烯、3-羟基己酸乙酯含量较高。4-萜品醇、芳樟醇、β-月桂烯、D-柠檬烯是在多个品种中含量均较高的挥发性成分,仅崀丰脐橙中未检测到4-萜品醇,冰糖橙中未检测到芳樟醇,其余成分为共有成分。4-萜品醇、芳樟醇在温州蜜桔、冰糖橙、夏橙中含量较高,β-月桂烯、D-柠檬烯在椪柑、沃柑、崀丰脐橙中含量较高。
每个品种的果汁样品中都含有多种其独有的挥发性香气成分。夏橙有4种独特的香气物质,分别为香树烯、正己酸乙酯、3-羟基己酸乙酯、香柏酮。血橙有3种独特的香气物质,分别为3-苯丙酸乙酯、香芹酮、4-仲丁基苯酚。崀丰脐橙特有的香气物质最多,达9种,分别为环丁醇、(9E,12Z)-9,12-十四碳二烯-1-醇、α-紫罗酮、(+)-喇叭烯、α-律草烯、辛酸己酯、乙酸橙花酯、己酸己酯、辛酸正丁酯,表明其香气最为特别。沃柑有(-)-Α-荜澄茄油烯、醋酸辛酯、乙酸香叶酯、醋酸辛酯、乙酸香叶酯共计5独特的香气物质。椪柑有6种独特的香气物质,分别为紫苏醇、二氢香芹酮、反式4′-甲基苯乙酮、3,4-二甲基苯甲醛、麝香草酚甲醚、麝香草酚。冰糖橙有5种独特的香气物质,分别为2,6,6-三甲基-2,4-环庚二烯-1-酮、优葛缕酮、β-环柠檬醛、2,4-癸二烯醛、β-丁香烯。温州蜜橘有香芹酚、罗勒烯、异丁香烯共3种特有的香气物质。
图3 挥发性化合物含量的聚类热图
Fig.3 Cluster heat map of volatile compound content
2.2.2 挥发性香气物质的香气活力值(odour activity value,OAV)分析
通常认为,样品中的主体香气仅由一部分OAV>1的香气物质组成,且OAV越高,其对样品香气的整体贡献也就越大,而OAV<1的物质只起协香作用[20]。为确定不同柑橘品种中的主体香气物质,根据香气物质的定量结果及查询文献[21-22]得到的香气阈值,计算出7种柑橘汁的主体香气及其OAV(表4)。OAV>1的香气成分共有20种,主要是酮类、醛类、烯烃类。其中,具有花香、甜橙香、青草香的D-柠檬烯在7个不同品种中都有较高的OAV,均>200,椪柑中OAV>1 000。此外,各品种间的特征香气存在差异,夏橙中OAV较高的是4-萜品醇、芳樟醇、伞花烃、辛酸乙酯、正乙酸乙酯,可以呈现出花香、菠萝香、甜橙香,血橙中辛酸乙酯、4-萜品醇OAV较高,赋予品种花香及菠萝香、梨香等果香。崀丰脐橙中OAV较高的物质有D-柠檬烯、辛酸乙酯、α-紫罗酮,使该品种具有苹果香、梨香,且α-紫罗酮为其独有的特征香气。冰糖橙中OAV较高的物质4-萜品醇、辛酸乙酯、叶醛。沃柑中4-萜品醇、辛酸乙酯OAV较高。椪柑气味活性值大于1的香气成分较多,主要是α-紫罗酮、4′-甲基苯乙酮、伞花烃、4-萜品醇、芳樟醇,其中4′-甲基苯乙酮OAV>1 000,对样品香气会产生极显著的影响。温州蜜橘中4-萜品醇、芳樟醇、壬醛、伞花烃OAV较高。由此可知,7个柑橘品种不仅含有柑橘的主体香气成分,而且有各自特有的香气成分。
表4 柑橘果汁中挥发性物质的OAV
Table 4 OAV of volatile substance in citrus juice
序号香气物质阈值/(μg·L-1)香气描述[23-24]OAV夏橙血橙崀丰冰糖橙沃柑椪柑温州蜜橘C14-萜品醇5花香23.086.09-10.6112.0328.0188.15C2芳樟醇15铃兰香16.024.451.5901.8924.1754.02C3α-松油醇250紫丁香花香0.17---0.10.642.54C4香柏酮1柑橘果香83.57------C5α-紫罗酮0.5紫罗兰香气--7.23----C6β-紫罗兰酮1紫罗兰香气----5.34109.92-C74'-甲基苯乙酮0.027山楂子花香、蜂蜜、草莓香-----1 008.38-C8叶醛40青香、醛香、果香、辛香、脂肪香-0.640.475.58---C9正己醛25草香、水果香-1.420.072.20.22--C10壬醛1柑橘香、青草香、花香--5.466.91--26.43C11紫苏醛60柑橘香、辛香、木香------1.5C12癸醛7甜香、花香、柑橘香0.8800.6600.823.553.41C13β-环柠檬醛5果香、花香--1.122.79---C14D-柠檬烯15花香、甜橙香、青草香261.37251.51374.42205.51315.681 626.78314.02C15α-蒎烯33松木、树脂香-0.170.1400.293.590.43C16γ-松油烯200柑橘香-----6.481.38C17伞花烃7.2花香12.14----77.2520.7C18辛酸乙酯2菠萝香、白兰地酒香、梨香18.7223.1510.7710.3318.98--C19正己酸乙酯5曲香、菠萝香21.83------C202,4-二叔丁基苯酚41柠檬香1.670.38--0.370.821.19
注:-表示未检出
2.3.1 主成分分析
如表5所示,前6个主成分的累计方差贡献率达到93.48%,说明前6个主成分可反映原始变量的绝大部分信息。由PCA得分(图4)可知:每个样品的(3个)独立重复结果相对接近,表明样品之间的可重复性。由表5、表6可知,第1主成分包含了原来信息量的31.919%,与α-蒎烯、桔皮素、4′-甲基苯乙酮、β-紫罗兰酮、D-柠檬烯、伞花烃含量有明显的正相关性,与橙皮苷高度负相关,载荷值绝对值均大于0.8。第2主成分包含了原信息量的22.934%,与总酸、新橙皮苷、紫苏醛、4-萜品醇、α-松油醇有明显的正相关性,与总糖、甜橙黄酮、诺米林含量有明显的负相关性。第3主成分包含了原信息量的15.291%,与芸香柚皮苷、叶醛、β-环柠檬醛含量有明显的正相关性,与出汁率、香柏酮、正己酸乙酯有高度的负相关性,第4主成分包含了原信息量的11.051%,与诺米林、总糖、总黄酮、柠檬苦素明显正相关,与出汁率、总酚、香风草苷、柚皮素、α-紫罗酮明显负相关。第5、6主成分各包含了原信息量的8.269%、4.016%,表明了剩余指标信息。
表5 主成分的特征值和贡献率
Table 5 Characteristic value and contribution rate of principal components
主成分特征值方差贡献率/%累计贡献率/%112.12931.91931.91928.71522.93454.85335.81015.29170.14344.19911.05181.19453.1428.26989.46461.5264.01693.480
图4 不同柑橘果汁的PCA得分图
Fig.4 PCA score plot of different citrus juice
表6 柑橘汁品质指标的主成分载荷矩阵
Table 6 Principal component load matrix of citrus juice quality indexes
指标PC1PC2PC3PC4PC5PC6出汁率0.2330.0780.808-0.3470.3420.067可溶性固形物-0.6620.3950.248-0.415-0.288-0.257DE*0.114-0.2680.7400.0380.5930.053总糖-0.297-0.4430.1760.8130.034-0.002总酸-0.2140.9370.0590.1400.193-0.007固酸比0.475-0.709-0.366-0.066-0.3340.041总酚0.807-0.2520.173-0.429-0.1140.112总黄酮-0.317-0.3440.0470.7700.3230.267芸香柚皮苷-0.748-0.142-0.537-0.0150.2050.193橙皮苷-0.8980.098-0.0160.2120.339-0.102新橙皮苷-0.0520.9230.1400.2060.0290.208香风草苷-0.600-0.079-0.301-0.4310.566-0.019柚皮素-0.307-0.104-0.137-0.5310.7070.270甜橙黄酮0.379-0.467-0.1340.3010.093-0.525川陈皮素0.6050.3770.201-0.0510.1280.228桔皮素0.929-0.306-0.114-0.0250.0570.056柠檬苦素-0.113-0.2990.5480.6990.1780.235诺米林0.245-0.3830.4680.6440.1600.1834-萜品醇0.3270.865-0.2440.251-0.0810.022芳樟醇0.4800.805-0.1550.2180.0270.110α-松油醇0.3050.842-0.3030.2740.0690.037香柏酮-0.0490.1670.753-0.207-0.4150.333α-紫罗酮-0.382-0.211-0.339-0.4650.4540.402β-紫罗兰酮0.925-0.316-0.112-0.0100.0710.0284'-甲基苯乙酮0.927-0.305-0.113-0.0270.0560.057叶醛-0.385-0.381-0.5670.094-0.5150.273正己醛-0.448-0.474-0.2860.430-0.3650.248壬醛-0.0830.757-0.5310.2290.0980.064紫苏醛0.0700.875-0.3280.3180.096-0.006癸醛0.7440.476-0.2310.0290.127-0.005β-环柠檬醛-0.437-0.367-0.643-0.158-0.2880.347D-柠檬烯0.920-0.271-0.115-0.0480.1530.058α-蒎烯0.943-0.249-0.1430.0300.1210.001γ-松油烯0.937-0.124-0.1820.0510.0860.050伞花烃0.890-0.097-0.1930.0870.1040.043辛酸乙酯-0.526-0.3080.6200.070-0.074-0.255正己酸乙酯-0.0420.1680.713-0.201-0.4090.3832,4-二叔丁基苯酚0.4020.6400.448-0.114-0.3420.115
2.3.2 柑橘汁理化指标的聚类分析
采用欧式平方距离法对38项指标进行系统聚类,如图5所示。依据PCA结果,聚类时将指标聚为六类。即桔皮素、4-甲基苯乙酮、β-紫罗兰酮、D-柠檬烯、α-蒎烯、γ-松油烯、伞花烃、总酚、固酸比、川陈皮素、癸醛、甜橙黄酮聚为第一类;总酸、新橙皮苷、4-萜品醇、松油醇、芳樟醇、壬醛、紫苏醛聚为第二类;叶醛、β-环柠檬醛、正己醛、香风草苷、柚皮素、α-紫罗酮、芸香柚皮苷、橙皮苷聚为第三类;总糖、总黄酮、柠檬苦素、诺米林聚为第四类;可溶性固形物、辛酸乙酯聚为第五类;出汁率、DE*值、香柏酮、正己酸乙酯、2,4-二叔丁基苯酚聚为第六类。聚为一类的指标具有较高的相关性,可以选择更重要的一个指标作为代表,以此将38项理化指标进行简化。在前人研究中[7-8],均认为固酸比、可溶性固形物、出汁率对柑橘制汁品质较为重要。因此综合主成分分析与聚类分析,同时考虑到生产实际中的指导意义,将柑橘制汁的品质指标简化为固酸比、新橙皮苷、可溶性固形物、出汁率、香风草苷、柠檬苦素,以此反映柑橘制汁综合品质。
图5 柑橘汁品质评价指标的聚类谱系图
Fig.5 Cluster spectrum of quality evaluation factors of citrus juice
2.3.3 柑橘制汁核心指标的权重确定
采用筛选出的6个核心指标对柑橘汁进行综合评价。邀请专家根据各指标对果汁品质的影响程度,依据1~9标度法构造判断矩阵(表7)。计算判断矩阵的最大特征根λmax为6.156 5,对该矩阵利用一致性指标CI=(λmax-n)/(n-1),一致性比率CR=CI/RI进行一致性检验,该矩阵阶数n=6时,其对应的随机一致性标准值RI=1.24,经计算CR=0.025 2,CR<0.1,表明该判断矩阵一致性较好。计算各指标相对于柑橘汁综合品质的权重,固酸比和出汁率权重均为0.395,其对制汁影响最为重要。可溶性固形物权重为0.123,柠檬苦素权重最小为0.012,表明其对制汁品质的影响相对较小。
表7 柑橘汁品质评价指标判断矩阵
Table 7 Judgment matrix of quality evaluation index of citrus juice
指标固酸比出汁率可溶性固形物香风草苷新橙皮苷柠檬苦素权重固酸比1135570.395出汁率1135570.395可溶性固形物1/31/313350.123香风草甘1/51/51/31130.037新橙皮苷1/51/51/31130.037柠檬苦素1/71/71/51/31/310.012λmax=6.156 5
2.3.4 柑橘汁品质合理满意度综合评价
对柑橘汁品质而言,在一定范围内固酸比、出汁率、可溶性固形物、香风草苷、新橙皮苷含量的数值越大越好,因此采用公式(2)计算其满意度,柠檬苦素越小越好,则采用公式(3)计算;将利用层次分析法计算出的核心指标的不同权重,代入公式(4),得到综合得分计算公式“Y=0.395×M(固酸比)+0.395×M(出汁率)+0.123×M(可溶性固形物)+0.037×M(香风草苷)+0.037×M(新橙皮苷)+0.012×M(柠檬苦素) ”,由此算出柑橘果汁的综合品质得分及其排名。由表8可知,综合排序为椪柑>夏橙>崀丰脐橙>沃柑>血橙>冰糖橙>温州蜜橘,此结果与感官评价排序结果高度正相关(相关系数R2=0.929 8),且本法评价相对于感官评价指标更加丰富,在柑橘制汁适宜性评价上更具准确性。
表8 柑橘果汁品质的合理满意度评价得分及排名
Table 8 Reasonable satisfaction evaluation score and ranking of citrus juice quality
品种固酸比出汁率可溶性固形物香风草苷新橙皮苷柠檬苦素总分排名感官评价排序椪柑10.6700000.8650.67011夏橙0.238110.1080.5190.9040.64723崀丰脐橙0.2620.7570.63610.1860.9770.53732沃柑0.4040.5080.8260.5120.0110.49444血橙0.2650.6920.3970.1940.31300.44655冰糖橙0.85500.6120.3770.0030.9910.44066温州蜜橘00.3860.6280.28210.9960.28977
层次分析法、“合理-满意度”理论的发展是本文进行综合制汁品质评价的基础。层次分析法可以根据专家意见,通过判断矩阵的构建,将主观感觉数量化,得到评价因子的相对权重,比其他权重赋予方法更为合理[18]。“合理-满意度”评价不需要对数据进行处理和转化,只需根据权重,计算出综合满意度,即完成分析评价过程。品种得分越高,说明其越符合生产要求,简单明了。此方法在梨、桃、酸枣品质评价、罗望子[25]种质筛选中都有应用,但在柑橘制汁评价中还未见到相关研究。本研究将层次分析和合理满意度分析相结合,得分结果表明,椪柑具有最优的固酸比,且综合评分最高,夏橙出汁率、可溶性固形物含量最高,沃柑柠檬苦素含量最少,崀丰脐橙各指标得分中等偏佳,各方面品质较为均衡。表明“合理-满意度”能清晰直观地反映不同柑橘品种制汁的特异性,也能有效筛选出综合制汁优势明显的品种。
本研究所采用的是湖南地区主栽培的7个品种,且未考虑气候对原料的影响,在今后的研究中,可以增加品种数量,并连续3年测定柑橘制汁的相关指标,使评价结果更加准确。此外,本研究采用的层次分析与“合理-满意度”结合的品质评价方法,在国内外柑橘制汁方面研究较少,今后可采用其他方法建立柑橘制汁适宜性评价体系,对比出更好、更科学的评价方法。
本研究对7个柑橘品种的理化指标、代表性苦味物质含量以及挥发性香气成分进行分析,旨在筛选出关键评价指标,建立柑橘制汁适宜性评价体系,为柑橘制汁品种的选择提供理论依据。结果表明,不同品种柑橘汁理化指标存在显著性差异,其中桔皮素、柚皮素、新橙皮苷含量差异较大,变异系数分别是251.37%、249.65%、122.93%,而出汁率、可溶性固形物、总糖含量差异较小,变异系数分别为9.81%、9.68%、4.85%。
7个品种中共检测出60种挥发性香气成分,其中15种烯烃类、13种酯类、9种醛类、8种酮类、7种芳香族化合物、6种醇类、1种酸类物质,1种醚类,仅在血橙汁和冰糖橙汁中检测到了酸类,温州蜜橘中未检测到酮类,4-萜品醇、芳樟醇、β-月桂烯、D-柠檬烯是柑橘汁的主体香气成分,椪柑、温州蜜橘和崀丰脐橙中γ-松油烯、D-柠檬烯、α-蒎烯、伞花烃等烯烃类物质含量较高,风味更佳。
PCA能较为准确地评价样品的综合品质,通过PCA,提取了6个主成分,累计方差贡献率达93.48%,能够代表柑橘品质的综合信息,结合聚类分析,将品质指标简化为6个代表性指标:固酸比、出汁率、可溶性固形物、香风草苷、新橙皮苷、柠檬苦素;最后通过“合理-满意度”多维价值理论分析进行综合评价,得到柑橘汁品质评价模型:Y=0.395×M(固酸比)+0.395×M(出汁率)+0.123×M(可溶性固形物)+0.037×M(香风草苷)+0.037×M(新橙皮苷)+0.012×M(柠檬苦素)。结果表明,制汁适宜性排序为椪柑>夏橙>崀丰脐橙>沃柑>血橙>冰糖橙>温州蜜橘,这一结论与感官评价结果具有高度正相关性。兼顾成本及品质需求,也可将多种柑橘果汁进行复配提升品质。综上,本研究分析了7种柑橘的制汁适应性,并提供了直观的柑橘品质评价,可为柑橘汁加工企业选择适宜的原料提供理论依据。
[1] 郭文武, 叶俊丽, 邓秀新.新中国果树科学研究70年:柑橘[J].果树学报, 2019, 36(10):1 264-1 272.
GUO W W,YE J L,DENG X X.Fruit scientific research in New China in the past 70 years:Citrus[J].Journal of Fruit Science, 2019, 36(10):1 264-1 272.
[2] 肖奕伟. 湖南柑橘品牌建设初探[J].湖南农业科学, 2018(7):109-112.
XIAO Y W.Preliminary study on the construction of citrus brand in hunan[J].Hunan Agricultural Sciences, 2018(7):109-112.
[3] USDA Foreign Agricultural Service.Citrus:World markets and trade [EB/OL].[2020-01-23 ].http:// www.fas.usda.gov / re- port.Asp.
[4] 肖南, 银秋玲, 刘艳珍, 等.贺州市不同脐橙果肉品质的评价与比较[J].江西农业学报, 2019, 31(5):91-95.
XIAO N, YIN Q L, LIU Y Z, et al.Evaluation and comparison of sarcocarp quality of different navel oranges in Hezhou city[J].Acta Agriculturae Jiangxi, 2019, 31(5):91-95.
[5] 李勋兰, 洪林, 杨蕾, 等.11个柑橘品种果实营养成分分析与品质综合评价[J].食品科学, 2020, 41(8):228-233.
LI X L, HONG L, YANG L, et al.Analysis of nutritional components and comprehensive quality evaluation of citrus fruit from eleven varieties[J].Food Science, 2020, 41(8):228-233.
[6] 唐帅, 易自力, 李娜, 等.冰糖橙果实品质综合评价量化模型的建立及应用[J].果树学报, 2018, 35(7):889-897.
TANG S, YI Z L, LI N, et al.A quantitative model for the comprehensive evaluation of the fruit quality of the Bingtang sweet orange[J].Journal of Fruit Science, 2018, 35(7):889-897.
[7] 舒楠, 付复华, 李涛, 等.湖南不同产区脐橙品种制汁适宜性分析[J].食品与发酵工业, 2020, 46(23):139-146.
SHU N, FU F H, LI T, et al.Suitability analysis of navel orange varieties for juice processing in different producing areas of Hunan province[J].Food and Fermentation Industries, 2020, 46(23):139-146.
[8] 王靓钰, 夏其乐, 陈剑兵, 等.基于主成分分析的不同品种柑橘制汁适应性研究[J].果树学报, 2019, 36(4):504-513.
WANG J Y, XIA Q L, CHEN J B, et al.Study on suitability of different citrus varieties of for juice manufacturing based on principal component analysis[J].Journal of Fruit Science, 2019, 36(4):504-513.
[9] 沈勇根,朱凤妮,卢剑青,等.宽皮柑橘品质特性及加工适性研究进展[J].江西农业大学学报, 2017, 39(4):669-677.
SHEN Y G, ZHU F N, LU J Q, et al.Advances in research on quality characters and processing eligibility of citrus reticulata[J].Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensis, 2017, 39(4):669-677.
[10] 成传香,王鹏旭,贾蒙,等.三个中国主栽宽皮柑橘品种制汁品质评价[J].食品与发酵工业,2019, 45(24):173-178.
CHENG C X, WANG P X, JIA M, et al.Evaluation of juice-making quality of three main Chinese Mandarin (citrus reticulate) varieties[J].Food and Fermentation Industries, 2019, 45(24):173-178.
[11] 高文军, 李卫红, 王喜明, 等.3,5-二硝基水杨酸法测定蔓菁中还原糖和总糖含量[J].中国药业, 2020, 29(9):113-116.
GAO W J, LI W H, WANG X M, et al.Determination of reducing sugar and total sugar in turnip by 3,5-dinitrosalicylic acid colorimetry[J].China Pharmaceuticals, 2020, 29(9):113-116.
[12] 李绮丽, 孙俊杰, 单杨, 等.不同柑橘品种全果制汁适宜性分析[J].食品科学, 2019, 40(13):36-44.
LI Q L, SUN J J, SHAN Y, et al.Suitability evaluation of different citrus varieties for whole fruit juice processing[J].Food Science, 2019, 40(13):36-44.
[13] CHAVAN J J, JAGTAP U B, GAIKWAD N B, et al.Total phenolics, flavonoids and antioxidant activity of Saptarangi (Salacia chinensis L.) fruit pulp[J].Journal of Plant Biochemistry and Biotechnology, 2013, 22(4):409-413.
[14] 杨水芝, 周长富, 龚碧涯, 等.湖南野生酸橙株系的品质分析及评价[J].食品工业科技, 2017, 38(16):43-49.
YANG S Z, ZHOU C F, GONG B Y, et al.Quality analysis and evaluation of Citrus aurantium L.wild strains from Hunan province[J].Science and Technology of Food Industry, 2017, 38(16):43-49.
[15] 孟鹏, 郑宝东.超高效液相色谱法快速并同时检测金柑中柠檬苦素和诺米林[J].中国食品学报, 2013, 13(2):177-181.
MENG P, ZHENG B D.Study on rapid simultaneous determination of limonin and nomilin in kumquat using ultra-performance liquid chromatography[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2013, 13(2):177-181.
[16] 胡小琴, 刘伟, 许弯, 等.不同酵母对脐橙果酒品质的影响[J].食品工业科技, 2021, 42(5):1-10;25.
HU X Q, LIU W, XU W, et al.Effect of different yeasts on the quality of navel orange wine[J].Science and Technology of Food Industry, 2021, 42(5):1-10;25.
[17] LIN X, WANG Q K, HU X P, et al.Evaluation of different Saccharomyces cerevisiae strains on the profile of volatile compounds in pineapple wine[J].Journal of Food Science and Technology, 2018, 55(10):4 119-4 130.
[18] 匡立学, 聂继云, 李银萍, 等.中国不同地区‘富士’苹果品质评价[J].中国农业科学, 2020, 53(11):2 253-2 263.
KUANG L X, NIE J Y, LI Y P, et al.Quality evaluation of ‘Fuji’ apples cultivated in different regions of China[J].Scientia Agricultura Sinica, 2020, 53(11):2 253-2 263.
[19] ZOU Z, XI W P, HU Y, et al.Antioxidant activity of citrus fruits[J].Food Chemistry, 2016, 196:885-896.
[20] ZHANG W L, CHEN T T, TANG J M, et al.Tracing the production area of citrus fruits using aroma-active compounds and their quality evaluation models[J].Journal of the Science of Food and Agriculture, 2020, 100(2):517-526.
[21] 金润楠, 李子函, 赵开丽, 等.基于气质联用的不同产地温州蜜柑香气成分比较分析[J].食品与发酵工业, 2020, 46(2):252-260.
JIN R N, LI Z H, ZHAO K L, et al.A comparative analysis of aroma components of satsuma mandarin from different producing areas based on HS-SPME-GC-MS[J].Food and Fermentation Industries, 2020, 46(2):252-260.
[22] 周琦, 易鑫, 欧阳祝, 等.气质联用结合多元分析法比较甜橙汁与宽皮柑橘汁的香气成分差异[J].食品与发酵工业, 2021, 47(1):250-258.
ZHOU Q, YI X, OUYANG Z, et al.Comparing the difference of aroma components in sweet orange juice and mandarin juice using GC-MS coupled with multivariate analysis[J].Food and Fermentation Industries, 2021, 47(1):250-258.
[23] XIAO Z B, WU Q Y, NIU Y W, et al.Characterization of the key aroma compounds in five varieties of mandarins by gas chromatography-olfactometry, odor activity values, aroma recombination,and omission analysis[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2017, 65(38):8 392-8 401.
[24] FENG S, SUH J H, GMITTER F G, et al.Differentiation between flavors of sweet orange (Citrus sinensis) and mandarin (Citrus reticulata)[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2018, 66(1):203-211.
[25] 赵琼玲, 张梦寅, 瞿文林, 等.合理-满意度法筛选优良罗望子种质资源[J].南方农业学报, 2017, 48(5):774-779.
ZHAO Q L, ZHANG M Y, QU W L, et al.Tamarindus indica L.germplasm resources screening using rationalization-satisfaction method[J].Journal of Southern Agriculture, 2017, 48(5):774-779.