刺梨作为蔷薇科蔷薇属多年生落叶灌木缫丝花的果实,广泛分布于中国西南地区,富含维生素C、多糖、黄酮、多酚、三萜类物质等多种活性成分,是名副其实的“营养库”。此外,刺梨果实已被证实具有抗氧化、抗凋亡、防辐射、抑制癌细胞增殖、抗炎[1]等活性功效,这些卓越特性使刺梨成为功能性食品与保健品开发的理想原料,可应用于现代食品、营养品和化妆品行业,以开发具有潜在健康益处的功能性产品。

贵州省作为刺梨主产区,已将刺梨产业打造为地方特色农业和脱贫攻坚的重要支柱。刺梨果实鲜食味香、肉脆、略酸、带涩。因此,刺梨产品以初加工为主,附加值不高,结构单一,且研究应用基础薄弱,限制了其产品开发,导致刺梨产品同质化严重、市场竞争力较弱[2]。因此,有必要根据其品种和产区特性开发和利用更多的种质资源,以期满足不同产区主栽品种确定及不同产品开发原料需求。

刺梨果实受不同地区海拔、气候、土壤等因素影响,其营养成分与功能特性存在显著差异。当前对刺梨品质的研究呈现零散、片面的特点,多数聚焦于单一品种,单一成分或单一层面,且并未涉及加工适应性分析。例如,陈钰祺等[3]对贵州省贵阳和毕节6种不同成熟度及海拔地区“贵农5号”刺梨果实营养活性成分进行分析,发现五成熟刺梨果实的活性成分含量显著高于成熟果实,而海拔地区对刺梨果实品质的影响较小。杨艳琳等[4]探讨了11个地区刺梨果籽多糖的品质特征,研究发现贵州不同地区野生刺梨果籽多糖的品质差异明显,各具特征,但研究对象局限于果籽部分。俞露等[5]对贵州22个地区刺梨的基本营养成分(如可溶性固形物、可滴定酸、维生素C等)进行分析,发现有4个地区刺梨果实综合品质较好,且果实品质与海拔存在紧密联系。然而,基于不同产区、不同品种的栽培和野生型刺梨果实的理化性质、营养及抗氧化特性差异探讨其加工导向的研究目前相对匮乏。现有评价指标与加工脱节,难以指导加工端优化工艺参数,制约了贵州刺梨加工产品的品质升级与市场竞争力提升。

相关性分析、主成分分析(principal component analysis,PCA)和聚类分析这3种分析方法在多品种、多指标的综合评价领域中得到了广泛应用,已应用于核桃[6]、海棠[7]、坚果[8]等的研究。基于此,本研究在刺梨前期研究基础上,采集了贵州贵阳、六盘水、毕节、黔南等地91份刺梨果实,从理化特性、营养特性和抗氧化能力等方面开展研究,通过分析不同产区和品种刺梨果实的理化特性、营养特性和抗氧化能力,明确不同刺梨之间的品质差异,并通过相关性分析探索品质指标之间的关联性,开展PCA综合评价与聚类研究,以确定不同品种、产地刺梨果实的加工适应性,为刺梨产业的健康、可持续发展提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 实验材料

刺梨果实于2024年8～9月分别采自贵州省内贵阳市、六盘水市、安顺市、都匀市等地,共91个刺梨样品。详细信息见表1,最具代表性的刺梨果实外观和剖面图如图1所示。

1.2 实验方法

1.2.1 原料预处理

在8月下旬至9月中旬选择九成熟、无病虫害、无机械损伤、外观完整的刺梨果实进行收集采收,贮藏于(1±1) ℃冷库中,去头剪尾,从果实中间位置切开,除去内部的籽,液氮冻干并打碎成粉末状,贮藏于-30 ℃的冰箱,待测总多酚、总黄酮含量和抗氧化能力等。

1.2.2 外观形态的测定

果皮色泽测定采用色差仪从赤道处测定刺梨果实果皮的L*、a*、b*值,每种刺梨果实随机选取10个样本进行测定。单果质量测定由电子天平称量每个果实样品鲜重,取其平均值。横纵径的测定利用数显游标卡尺测量,横径测定于果实赤道部位,纵径测定于果实顶端至果柄基部。果形指数由纵径除以横径得到。出汁率测定,分别对榨汁前刺梨果实质量及榨汁后果汁质量进行称重,并以刺梨果汁占刺梨果实总重百分比作为各品种刺梨的出汁率。

1.2.3 可溶性固形物的测定

可溶性固形物含量由手持式折光仪法测定。随机挑选刺梨果实挤压出汁,取0.5 mL于糖酸一体机上测定,重复测定3次取平均值。

1.2.4 可滴定酸的测定

参考陈屏昭等[9]的方法稍作修改。称取0.5 g样品,加入约5 mL无CO2的水,混合均匀,置于沸水浴中煮沸30 min,取出,冷却至室温,用无CO2的水定容至10 mL,收集滤液用于测定。取3 mL样液,加入2～4滴酚酞指示液,用0.01 mol/L NaOH标准滴定溶液滴定至微红色且30 s内不褪色,重复滴定3次取平均值。

1.2.5 固酸比的测定

固酸比为可溶性固形物总含量与可滴定酸含量的比值。

1.2.6 还原糖的测定

参考石小玉等[10]的方法稍作修改。准确称取均匀样品0.5 g加入蒸馏水5 mL,混合成浆,置于85 ℃水浴45 min,冷却后过滤,滤液用于还原糖测定。测定时取提取液0.3 mL、蒸馏水1.5 mL和3,5-二硝基水杨酸试剂1.5 mL于具塞试管,经摇匀后在沸水浴中加热5 min取出,冷却至室温,用蒸馏水定容至5 mL后混匀,在波长540 nm处测定其吸光值。以葡萄糖标准溶液绘制标准曲线。

1.2.7 总黄酮的测定

参考林宝妹等[11]的方法采用亚硝酸钠-氯化铝反应体系并稍作修改;准确称取0.5 g刺梨粉,加入体积分数为60%的乙醇溶液3 mL,在40 ℃超声波2 h后,于4 000 r/min离心20 min,取上清液于5 mL容量瓶定容至5 mL获得提取液。取提取液0.5 mL加入10 mL刻度试管,加50 g/L NaNO2溶液0.15 mL,摇匀后放置6 min,加入100 g/L Al(NO3)3溶液0.15 mL,摇匀后放置6 min,加入1.5 mol/L NaOH溶液2.0 mL,再加体积分数为60%的乙醇至5 mL,摇匀后放置10 min,于512 nm的波长下测其吸光度值。以儿茶素为标准溶液绘制标准曲线。

1.2.8 总多酚的测定

参考林宝妹等[11]的方法采用福林酚分光光度法,提取方法与总黄酮一致,取提取液0.3 mL加1.5 mL稀释2倍的福林酚试剂,反应30 s后加 0.3 mL 120 g/L Na2CO3溶液,摇匀,用体积分数为60%乙醇溶液定容至5 mL,在25 ℃下避光放置2 h,于波长760 nm处测定吸光度值。以标准没食子酸溶液绘制标准曲线。

1.2.9 抗坏血酸的测定

参考Sindhu等[12]的三氯乙酸磷酸-氯化铁显色法。取0.1 g样品,加入50 g/L三氯乙酸溶液4 mL,超声波提取20 min,离心15 min得到上清液作为样品液。取0.04 mL样品液加入50 g/L三氯乙酸溶液1.96 mL,无水乙醇1 mL混合摇匀,加体积分数为0.4%的磷酸-乙醇溶液0.5 mL、5 g/L红菲啰啉-乙醇溶液1.0 mL、0.3 g/mL氯化铁-乙醇溶液0.5 mL混合均匀,于波长534 nm处测定其吸光度值。

1.2.10 抗氧化能力的测定

1.2.10.1 总还原力的测定

参考李全秀等[13]的方法采用铁氰化钾法测定样品的还原力,称取刺梨样品0.1 g定容至10 mL,提取方法与总黄酮相同,反应体系为0.025 mL提取液加入体积分数为70%乙醇溶液0.275 mL、0.3 mL Na3PO4缓冲液(pH=6.6)和10 g/L铁氰化钾0.3 mL,摇匀混合后于50 ℃水浴锅中反应20 min后急速冷却,加入0.3 mL 100 g/L三氯乙酸溶液,加蒸馏水定容至5 mL,3 000 r/min离心10 min,取上清液2.5 mL,加入1 g/L FeCl3溶液0.5 mL,混匀,10 min后于波长700 nm处测定其吸光度值。以维生素E为标准溶液绘制标准曲线。

1.2.10.2 DPPH自由基清除能力

参考Wu等[14]的方法稍做修改。称取刺梨样品0.1 g定容至10 mL,提取方法与总黄酮相同,反应体系分别取1 mL提取液(有时适当稀释)和体积分数为70%乙醇(作为空白对照)加入DPPH溶液3 mL中,充分混合后,置于黑暗处37 ℃反应30 min,测其在515 nm处的吸光度值,用体积分数为70%的乙醇溶液作为空白对照,以1 mL提取液与3 mL体积分数为70%乙醇溶液减去提取液的干扰。以维生素E为标准溶液绘制标准曲线。

1.2.10.3 铁离子还原/抗氧化能力(ferric reducing antioxidant power,FRAP)测定

参考Coco等[15]的方法稍作修改,称取刺梨样品0.1 g定容至10 mL,提取方法与总黄酮相同,向反应体系提取液中加入70%乙醇定容至1 mL,随后加入4 mL工作液[pH=3.6的醋酸钠缓冲液、20 nmol/L的FeCl3溶液和10 nmol/L的2,4,6-三(2-吡啶基)-1,3,5-三嗪溶液按体积比10∶1∶1混合得到],充分混匀后置于37 ℃恒温水浴锅中保温10 min。以醋酸钠缓冲液作为空白调零液,在593 nm波长下测定反应液的吸光度值。以维生素E为标准溶液绘制标准曲线。

1.2.10.4 ABTS阳离子自由基清除能力测定

参照Schaich等[16]的方法稍作修改,称取刺梨样品0.1 g定容至10 mL,提取方法和总黄酮一致,反应体系分别取1.0 mL提取液和1.0 mL体积分数为70%乙醇与5 mL的工作液(38.4 mg ABTS和66.284 mg过硫酸钾混合装在10 mL棕色容量瓶中,取0.2 mol/L磷酸缓冲液10 mL溶解,再避光放置12～16 h得到)混合,反应5 min后,以硫酸盐缓冲液为空白对照在734 nm测其吸光度值(分别记为A和A0),以维生素E为标准溶液绘制标准曲线。

1.3 数据分析

使用Excel 2010统计处理各项实验数据,使用SPSS Statistics 23.0计算标准差,进行PCA建立综合评价模型;使用Origin V 23.0完成相关性热图、聚类分析图的绘制。各组试验至少重复3次,结果以“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 不同刺梨果实的外观形态差异

不同刺梨样本间整体色泽无显著差异,然而,AS的L*值(64.31±4.79)最高,表明AS刺梨果皮明亮度较高;JCL的a*值(16.52±3.03)最高,颜色最红;ZY刺梨果皮的颜色最黄(b*值最高,48.56±3.16)。人工种植的刺梨果实单果质量显著高于大部分野生刺梨,其中DY-21的质量[(25.50±5.09)g]与其他品种差异显著(图2)。进一步分析发现,野生刺梨单果普遍偏小的主要原因可能与野生植株长期处于自然生长状态,缺乏人工栽培条件下的水肥调控、修剪整形等精细化管理措施,营养供给与生长发育调控不足有关;其次是野外种群中多数植株较小,且为首次进入结果期(初挂果),树体营养积累有限,生殖生长能力尚未达到最佳状态,导致果实发育受阻、单果质量偏低。果形指数是判定果实形状的直观标准。本研究中大多数刺梨果实的果形相近,其中JCL(1.11±0.10)、GY-1(1.14±0.10)刺梨果形与其他刺梨有显著差异。出汁率可直接影响原料的转化率,本研究中JCL、DY-49的出汁率相较于其他刺梨要低些,剩余刺梨出汁率差异较小,表明刺梨出汁率较为均衡(图3-a和图3-b)。

2.2 不同刺梨果实的生理特性差异

根据不同刺梨果实之间的理化性质、营养和抗氧化特性差异热图,筛选出色差L*值、a*值、b*值、单果质量、横纵径固酸比最大、可溶性固形物、可滴定酸、还原糖、黄酮、多酚、抗坏血酸含量最高、总还原力及自由基清除能力最强的优选个体;并依据指标属性将其划分为色差、外观形态、生理特性、营养特性及抗氧化能力5类,通过堆积图分别展示不同优选个体在各类品质指标上的具体分布差异(图3-a～图3-e),为后续品质评价与优选个体筛选提供更精准的可视化依据。

可溶性固形物含量是评价果蔬成熟度及品质的重要指标之一,由游离或结合形式的还原糖和非还原糖组成[17],与果实的甜度密切相关。研究结果表明,JCL刺梨果实可溶性固形物含量[(19.34±1.84)%]显著高于其他刺梨资源。还原糖含量在不同刺梨资源间相对均衡,JCL中还原糖含量[(51.65±3.38)%]显著高于其他刺梨资源。刺梨中可滴定酸的含量对其风味有很大的影响。其中JCL[(1.98±0.03)%]和ZL[(1.94±0.16)%]可滴定酸含量显著高于其他刺梨资源。固酸比影响果实的风味,固酸比越高,果实风味愈佳[7]。91种刺梨资源中,DY-28和DY-31的固酸比差异较为突出显著,其中固酸比最大的是DY-28(16.37±0.84),高于其他刺梨资源,分析其食用风味较佳(图2和图3-c)。

2.3 不同刺梨果实的营养特性差异

黄酮类物质为刺梨果重要的功能性成分,具备抗炎、抗氧化、抗病毒和防治动脉硬化等功效[18]。LPS-2、LPS-3所测黄酮含量与其他刺梨资源差异显著,其中LPS-3的黄酮含量最多[(39.32±1.22) mg/100 g];酚类化合物广泛存在于自然界中,具有较强的清除自由基能力,在临床上有抗氧化、抗炎、提高免疫力、抗急性肺损伤等作用[19]。AG、DY-34、DY-57刺梨资源果实总酚含量与其他刺梨差异显著,其中DY-57多酚含量最多[(28.59±1.16) g/kg]。维生素C(抗坏血酸)是人体必需的一种微量营养成分[20],参与机体复杂的代谢过程,提高抵抗力,人体不能自行合成维生素C,只能靠从外界食物中获取。所测刺梨果实维生素C含量最高的是ZY[42.96±1.27) g/kg](图2和图3-d)。

2.4 不同刺梨果实的抗氧化活性差异

不同刺梨资源抗氧化活性有所差异,本研究选取总还原力、DPPH自由基清除能力、ABTS阳离子自由基清除能力、FRAP值4个指标来衡量不同刺梨果实抗氧化活性强弱,后三者以Trolox作为对照体系量化刺梨果实中抗氧化物质的抗氧化能力。ZY、YYC、DY-32的总还原力相对较强,JCL、GY3、AS、DY-11、DY-26、DY-44、DS-2总还原力相对较弱,其中总还原力最强的是DY-32[(2.72±0.12)mol/kg]。ZY、DY-15、DY-37、DY-42的DPPH自由基清除能力相对较强,其中最强的是ZY[(40.92±2.08)mol Trolox/g],DY-14、DY-15的ABTS阳离子自由基清除能力相对较强,其中最强的是DY-15[(493.49±11.99)mmol Trolox/g],WA、MZJ、AL、DY-17、DY-53的FRAP值相对较高,其中最高的是DY-17[(1.58±0.13)mmol TE/g](图2和图3-e)。

2.5 刺梨果实不同品质指标之间的相关性分析

采用Pearson相关系数对91份刺梨果实的19个品质指标进行相关性分析。结果表明,可溶性固形物、可滴定酸、抗坏血酸、总还原力与L*值呈负相关,与b*值呈正相关,即刺梨果实色泽越暗,颜色越黄,表明可溶性固形物、可滴定酸、抗坏血酸是刺梨呈金黄色的主要成分,且呈现出较高的总还原力。出汁率与单果质量呈正相关,而可溶性固形物与单果重呈负相关,表明刺梨果实的出汁率取决于其果实质量,但相对应的可溶性固形物含量更低,刺梨特征性酸涩味可能更足。可滴定酸与可溶性固形物呈正相关(r=0.41,P<0.01),这个结果与已有研究结果[21]相悖,分析可能是样本混杂着不同品种不同产地的资源,不同刺梨品种的糖酸积累节奏差异大,高糖低酸、低糖高酸品种混在一起,对整体相关性结果产生了一定影响。还原糖含量与果形指数、可溶性固形物呈正相关(r=0.27,P=0.05;r=0.30,P=0.01),而与出汁率呈负相关(r=-0.30,P<0.01),即果形指数越大,则其所含还原糖越多,表明刺梨果实的还原糖含量可由果形指数判断;黄酮、多酚与还原糖呈正相关(r=0.23,P=0.05;r=0.24,P=0.05);抗坏血酸与可溶性固形物呈正相关(r=0.38,P<0.01);总还原力,DPPH自由基清除能力与抗坏血酸含量呈正相关(r=0.42,P<0.01;r=0.37,P<0.01),抗坏血酸含量越多,总还原力和DPPH自由基清除能力越强,表明总还原力和DPPH自由基清除能力取决于抗坏血酸含量;ABTS阳离子自由基清除能力与黄酮、还原力呈正相关(r=0.37,P<0.01;r=0.42,P<0.01),黄酮含量越高,则ABTS阳离子自由基清除能力越强,表明ABTS阳离子自由基清除能力取决于黄酮含量(图4)。

2.6 不同刺梨果实PCA

对刺梨果实的理化、营养与抗氧化特性数据进行PCA降维分析,将多个指标转化成几个代表指标进行分析,从而提高结果的准确性。对这19项指标的原始数据进行数据标准化处理后,通过PCA对特征值>1的主成分进行提取。将表1中91份刺梨资源的19个综合品质指标数据进行PCA,Kaiser-Meyer-Olkin检验(KMO)和Bartlett检验结果得到,KMO为0.56,达到大于0.5的标准;显著性为0.00,小于显著水平0.05,适合使用PCA方法。特征值>1的主成分有7个,累计方差贡献率达到72.71%,这表明提取到的7个主成分可反映刺梨果实品质的大部分信息,可作为刺梨品质评价的综合指标(表2)。第1主成分特征值为3.43,方差贡献率18.07%,主要反应了L*值、b*值、可溶性固形物、可滴定酸、抗坏血酸、总还原力等品质。第2主成分特征值为2.69,贡献率为14.18%,反映单果质量、横径、出汁率、还原糖等品质。第3主成分贡献率为12.27%,反映了单果质量、横径、纵径、ABTS阳离子自由基清能力等品质。第4主成分贡献率为9.57%,反映固酸比和黄酮等品质。第5主成分贡献率为7.18%;第6主成分贡献率为6.09%,反映FRAP值,第7主成分贡献率为5.35%,反映了多酚等品质(表2)。综上可知,L*值、b*值、单果质量、果实横纵径及出汁率、可溶性固形物、可滴定酸、固酸比、还原糖、黄酮、多酚含量、抗坏血酸、自由基清除能力等是评价刺梨果实品质的重要指标。

2.7 不同刺梨果实的综合评分

由于7个主成分的方差贡献率不同,因此在进行综合评价时,利用主成分载荷矩阵中各项数据除以开完根号后的主成分对应特征值(表2),得到7个主成分各种指标对应的特征向量,以特征向量为权重构建7个主成分的函数表达式[21]:

F1=-0.40X1+0.15X2+0.40X3+0.03X4+0.02X5+0.15X6+0.20X7-0.16X8+0.33X9+0.34X10+0.02X12+0.04X13-0.03X14+0.35X15+0.35X16+0.24X17+0.14X18+0.17X19

F2=-0.08X1-0.24X2+0.12X3+0.38X4+0.38X5+0.16X6-0.22X7+0.35X8-0.36X9-0.29X11-0.36X12-0.05X13-0.16X14+0.03X15+0.18X16+0.10X17+0.10X18+0.13X19

F3=0.03X1+0.25X2-0.04X3+0.36X4+0.38X5+0.47X6+0.23X7+0.10X9+0.14X10+0.05X11+0.29X12-0.18X13-0.06X14-0.13X15-0.18X16-0.21X17-0.36X18-0.11X19

F4=0.15X1-0.15X2-0.06X3+0.03X4-0.07X5+0.09X6+0.22X7+0.10X8+0.17X9-0.33X10+0.52X11-0.28X12-0.39X13-0.32X14+0.19X15+0.25X17-0.11X18+0.17X19

F5=0.38X1+0.23X2-0.36X3-0.05X4+0.13X5+0.22X6+0.24X7-0.05X8-0.08X9-0.05X10-0.01X11+0.14X12+0.41X13-0.23X14-0.10X15+0.23X16+0.22X17+0.39X18+0.19X19

F6=0.08X1+0.26X2-0.01X3+0.04X4+0.17X5-0.14X6-0.12X7-0.16X8+0.02X9-0.23X10+0.12X11-0.26X12-0.06X13+0.18X14+0.34X15+0.09X16-0.13X17+0.34X18-0.63X19

F7=-0.11X1-0.21X2+0.18X3+0.12X4+0.20X5+0.11X6+0.03X7+0.04X8-0.10X9-0.35X10+0.36X11+0.18X12+0.39X13+0.57X14-0.01X15-0.04X16+0.23X17-0.08X18+0.10X19

根据提取的7个主成分所对应的方差贡献率和累计贡献率(表2),建立综合得分模型:F综合=0.18F1+0.14F2+0.12F3+0.10F4+0.07F5+0.06F6+0.05F7,利用该模型计算91份刺梨资源综合得分并进行排序(表3)。结果表明,贵农5号排名均较靠前,不同品种的刺梨品质有一定差异,不同产地的同一品种的刺梨品质也各有差异,可能与土地和人工培育方式有一定关联。排名前3的资源分别为ZY、GY2、DY-1,说明在这3个品种91份刺梨资源中其各项指标表现优异。有58份刺梨资源来自同1个地方,而DY-1品质却优于其他资源,甚至优于大部分人工栽培的刺梨资源,因此分析DY-1品质优异与其遗传特性有关。根据综合得分得出具有优势的优质种质资源,野生刺梨果实在自然条件下可以达到甚至超越人工培植的刺梨果实品质性状,若在同样栽培条件下,优势性状可能会更加突出。

2.8 不同刺梨果实的分类初探

聚类分析是一种利用距离远近将数据分为若干类别的数据处理方法,同一类别的样本特征相似,不同类别的样本相似度较低。为了解不同贵州刺梨的加工适应性,对91种刺梨果实的19个指标进行聚类分析(图5)。

类群1包含49种刺梨,分别是:DY-26、JCL、DY-31、DS-4、DY-30、DS-5、DY-25、DY-18、DY-54、DY-38、DY-37、DY-51、MT7、DS-1、DS-3、DY-58、DY-55、DY-34、DY-37、DY-39、DY-35、DY33、DY-32、DY-24、DS-2、DY-36、DY-41、AL、LPS-1、LL、MSK、AS、DY-21、DY-7、DS、AG、DY-29、DY-28、DY-57、DY-56、DY-12、DY-6、DY-44、DY-45、DS2、BJS、WA、SC、PL,这一类群质量、出汁率、固酸比、还原糖、多酚含量较高。结合主成分表3前40的刺梨资源进行分析得出:DY-(21、23、27、28、29、30、31、32、33、34、36、38)、DS-(3、4、5)、PL、SC、WA、BJS、MSK、LL食用品质较好,加工适用性较广,但刺梨果实及其原汁直接食用口感不佳,因此适合与其他原料混合加工成多种类型产品,如果糕、糖果、果茶、果脯等,成为新型休闲健康食品。

类群2包含39种刺梨,分别是:ZY、DY-48、DY-43、DY-16、LPS-3、GY-2、DY-47、DY-13、DY-9、DY-4、DY-20、DY-46、XS-1、YYC、LPS-2、XS2、MT-5、MZJ、DY-23、XS、DY-40、DY-17、DY-3、DY-1、DY-2、GY-3、GY-1、DY-42、DY-10、DF、DY-49、DY-22、DY-8、DY-52、DY-53、DY-50、DY-11、DY-5、JC,这一类群黄酮和抗坏血酸含量较高,结合主成分综合排名表3前40的刺梨资源进行分析得出:LPS-2、LPS-3、DY-1、DY-2、DY-3、DY-22、DY-40、DY-42、DY-43、JC、DF、MZJ、XS5、MT5、XS2、ZY、GY1、GY2、GY3、XS营养保健品质较好,由于黄酮、抗坏血酸等多种活性成分,具有显著的抗氧化、抑菌及美白功效,适用于加工成保健品及药品类,美容护肤类的功能性产品。

类群3包含3种刺梨,分别是:DY-15、DY-19、DY-14,这一类自由基清除能力较强,其中ABTS阳离子自由基清除能力显著高于其他类,适合用于高附加值(如抗氧化剂)类产品的开发与应用。

3 结论与讨论

刺梨作为一种营养与药用价值俱高的功能性水果,其鲜果因口感酸涩、采收期短及贮藏性差等问题,限制了直接消费,目前主要以加工产品如果汁、酵活液和果脯等形式进行开发利用。加工不仅能改善刺梨的食用口感,保留和提升其风味与营养,也是推动贵州刺梨产业发展的关键路径。然而,当前刺梨产业面临产品同质化严重、品类单一及区域定位模糊等挑战,制约了产业升级[22]。因此,基于原料特性进行精准加工,是提升产品附加值和市场竞争力的重要方向。目前,刺梨研究多聚焦于活性成分与农艺性状,加工导向的系统研究仍较薄弱。贵州复杂的地形与气候条件形成了多样化的生态小环境,孕育了丰富的刺梨种质资源,也为不同产地和品种刺梨的品质分化提供了条件。

本研究通过对贵州多个地区91份刺梨样品的理化特性、营养成分及抗氧化活性进行系统评估,发现不同品种及产地的刺梨在多项品质指标上均存在显著差异,部分样品在特定指标上表现出相似性。PCA显示,ZY、GY2与DY-1在综合评分中位居前列,表明其在多项品质指标上表现优异,具备良好的外观性状、营养价值及抗氧化能力,其中DY-1作为潜力种质,具有进一步选育和开发的价值。这些品种的优良表现可能与其生长的土壤环境密切相关。李祥等[23]研究表明,刺梨果实中多糖、维生素C及总黄酮等成分含量受土壤因子的显著影响,因此上述品种优异品质的形成,很可能源于其生长区域土壤养分条件的优越性。尽管贵农5号在单指标热图中表现不突出,但在综合品质评价中整体靠前,说明其在多指标协同方面具备优势,适宜作为综合型加工产品的原料来源。值得注意的是,不同产地的贵农5号样品在品质上仍存在差异,可能与产地间的环境因子(如海拔、温度、土壤pH及肥力条件)密切相关。王朋强等[24]指出,合理施用硝硫基复合肥与硼肥有助于提高刺梨产量并改善其维生素C、总黄酮与多酚含量;熊洁等[25]认为微酸土壤环境(pH 5.5～6.5)更适宜刺梨生长,而本研究中部分样品产地土壤偏碱性,推测适当高pH可能对果实糖酸组成及营养品质具有积极调控作用。此外,同一地区不同品种刺梨的品质差异主要受遗传背景控制,说明基因型是决定刺梨资源品质特征的核心因素。

聚类分析将全部样品划分为3个类群:类群1(如DY-30、DY-32、DY-33等)单果质量大、出汁率高、固酸比及还原糖、多酚含量较高,食用品质优良,加工适应性强;类群2(包括ZY、GY2、DY-1等)在抗坏血酸、黄酮等营养成分含量及自由基清除能力方面表现突出,适合开发为保健食品及相关功能产品;类群3(如DY-14、DY-15、DY-19等)则显示出较强的抗氧化潜力,可作为天然抗氧化剂开发的优选原料。尽管聚类结果与主成分综合排名存在一定差异,但均反映了刺梨资源间的品质特征分化,为后续加工用途的分类指导提供了依据。

需要指出的是,本研究采集的刺梨样本灌木树龄不尽一致,而树龄对果实成分积累及抗氧化能力具有调控作用,因此未来应加强对相同树龄条件下刺梨品质稳定性的系统研究。此外,当前工作主要集中于原料品质分析,尚未延伸至实际加工产品的品质评估,所涵盖的营养功能成分亦有限。后续应在扩大成分监测范围的基础上,结合聚类分析结果开展定向加工试验,并对连续3～5年的加工品进行跟踪评估,以提升品质评价的准确性与实用性。目前,国内外对刺梨的研究仍以成分解析为主,加工适宜性研究相对缺乏,亟需从原料—加工—产品全链条角度深化刺梨资源的高值化利用研究。

综上所述,刺梨的品质特性受到品种、产地环境、土壤条件及树龄等因素的共同影响,其加工利用应基于品质优势进行类别化引导。例如,DY系列(21、23、27～34、36、38)、DS系列(3～5)及PL、SC、WA、BJS、MSK、LL等样品,出汁率高、糖酸协调,适宜开发果糕、糖果、果茶和果脯等混合型休闲食品;而LPS-2、LPS-3、DY系列(1-3、22、40、42、43)以及JC、DF、MZJ、XS5、MT5、XS2、ZY、GY1～GY3、XS等样品,营养功能成分含量高,适于用于保健品、药品及美容护肤类功能产品开发;DY-14、DY-15、DY-19等样品则抗氧化活性突出,可作为天然抗氧化剂的优质原料。本研究结果为贵州刺梨资源的分级利用与产业可持续发展提供了理论支撑与实践参考。

参考文献

[1] 王祝, 王娜娜, 全文选, 等.蔷薇属食用果的活性成分、药理作用及产品开发进展[J].食品科学, 2025, 46(21):53-62.Wang Z, Wang N N, Quan W X, et al.Recent advances in bioactive compounds, pharmacological actions, and product development of major edible Rosa fruits[J].Food Science, 2025, 46(21):53-62.

[2] Yang Q Q, Zhang D, Farha A K, et al.Phytochemicals, essential oils, and bioactivities of an underutilized wild fruit Cili (Rosa roxburghii)[J].Industrial Crops and Products, 2020, 143:111928.

[3] 陈钰祺, 徐玉娟, 林羡, 等.不同成熟度及海拔地区刺梨果实营养活性成分比较[J].食品安全质量检测学报, 2021, 12(24):9556-9564.Chen Y Q, Xu Y J, Lin X, et al.Comparisons of nutritional and bioactive components of Rosa roxburghii fruits of different maturities, altitudes and regions[J].Journal of Food Safety and Quality Inspection, 2021, 12(24):9556-9564.

[4] 杨艳琳, 李文彬, 陈义烽, 等.贵州不同地区野生刺梨果籽多糖品质特征研究[J].食品安全质量检测学报, 2025, 16(7):181-189.Yang Y L, Li W B, Chen Y F, et al.Quality characteristics of wild Rosa roxbunghii seeds polysaccharides sourced from different regions of Guizhou province[J].Journal of Food Safety and Quality Inspection, 2025, 16(7):181-189.

[5] 俞露, 赵芷, 张文欣, 等.贵州不同地区刺梨的综合品质对比分析[J].现代食品科技, 2021, 37(9):169-178.Yu L, Zhao Z, Zhang W X, et al.Comparative comprehensive quality analysis of Rosa roxburghii fruit from different regions in Guizhou province[J].Modern Food Science and Technology, 2021, 37(9):169-178.

[6] 张鹏, 杨旭昆, 米艳华, 等.云南不同品种核桃果实品质分析与综合评价[J].食品工业科技, 2024, 45(14):245-252.Zhang P, Yang X K, Mi Y H, et al.Fruit quality analysis and comprehensive evaluation of different varieties walnuts and pecan in Yunnan[J].Science and Technology of Food Industry, 2024, 45(14):245-252.

[7] 李文静, 刘一心, 陈明堃, 等.14种海棠果实品质分析及综合评价[J].食品科学, 2024, 45(16):121-130.Li W J, Liu Y X, Chen M K, et al.Quality analysis and comprehensive evaluation of 14 varieties of crabapples[J].Food Science, 2024, 45(16):121-130.

[8] 杜丽娟, 陶汝青, 周葵, 等.不同品种澳洲坚果的矿物质、氨基酸、多酚含量及抗氧化活性分析及品质评价[J].食品工业科技, 2025, 46 (19):273-286.Du L J, Tao R Q, Zhou K, et al.Quality assessment and comparative analysis of mineral, amino acid, polyphenol and antioxidant activity in different varieties of macadamia nuts[J].Science and Technology of Food Industry, 2025, 46(19):273-286.

[9] 陈屏昭, 杜红波, 秦燕芬, 等.果蔬品含酸量测定方法的改进及其应用[J].浙江农业科学, 2013 (4):451-453;456.Chen P Z, Du H B, Qin Y F, et al.Improvement and application of determination method for acid content in fruits and vegetables[J].Journal of Zhejiang Agricultural Sciences, 2013 (4):451-453;456.

[10] 石小玉, 谢国芳, 王先彬, 等.外源乙烯对“贵长”猕猴桃货架品质的影响[J].食品工业, 2018, 39(6):74-76.Shi X Y, Xie G F, Wang X B, et al.Effect of exogenous ethylene on the shelf quality of ‘Guichang’ kiwifruit[J].The Food Industry, 2018, 39(6):74-76.

[11] 林宝妹, 张帅, 洪佳敏, 等.马齿苋不同溶剂提取物的抗氧化活性[J].食品工业, 2020, 41 (3):141-145.Lin B M, Zhang S, Hong J M, et al.Antioxidant activities of different solvent extracts from Portulaca oleracea L.[J].Food Industry, 2020, 41(3):141-145.

[12] Sindhu S, Lakshmipathy K, Lithiyal R, et al.Comparing ultraviolet and photocatalytic disinfection techniques and their synergistic effects on pesticide presence and quality parameters in grapes[J].Future Postharvest and Food, 2025, 1(1):201-210.

[13] 李全秀, 雷英, 雷晔.密蒙花多酚的提取及其抗氧化活性研究[J].中国食品工业, 2024 (10):136-138.Li Q X, Lei Y, Lei Y.Study on extraction and antioxidant activity of polyphenols from Buddleja officinalis Maxim.[J].China Food Industry, 2024 (10):136-138.

[14] Wu J H, Zhang Y, Qiu R, et al.Effects of tea addition on antioxidant capacity, volatiles and sensory quality of beer[J].Food Chemistry:X, 2024, 21:101193.

[15] Coco M G, Vinson J A.Analysis of popcorn (Zea mays L.var.Everta) for antioxidant capacity and total phenolic content[J].Antioxidants, 2019, 8(1):22.

[16] Schaich K M, Tian X, Xie J.Hurdles and pitfalls in measuring antioxidant efficacy:A critical evaluation of ABTS, DPPH, and ORAC assays[J].Journal of Functional Foods, 2015, 14:111-125.

[17] Geraldi M V, Betim Cazarin C B, DIAS-AUDIBERT F L, et al.Influence of high isostatic pressure and thermal pasteurization on chemical composition, color, antioxidant properties and sensory evaluation of jabuticaba juice[J].LWT, 2021, 139:110548.

[18] G, tirbu I,Leoplold N, et al.Chemical structure, sources and role of bioactive flavonoids in cancer prevention:A review[J].Plants, 2022, 11(9):1117.

[19] Yang Z Y, Chen G Y.Inhibition of proliferation and induction of apoptosis in prostatic carcinoma DU145 cells by polysaccharides from Yunnan Rosa roxburghii Tratt.[J].Molecules, 2024, 29(7):1575.

[20] Wang L T, Lyu M J, An J Y, et al.Botanical characteristics, phytochemistry and related biological activities of Rosa roxburghii Tratt.fruit, and its potential use in functional foods:A review[J].Food &Function, 2021, 12(4):1432-1451.

[21] 孙博位, 王梦琦, 秦红艳, 等.88份软枣猕猴桃种质资源果实品质分析与综合评价[J].果树学报, 2025, 42(4):765-774.Sun B W, Wang M Q, Qin H Y, et al.Comprehensive evaluation of fruit quality of 88 accessions of Actinidia arguta germplasm resources based on principal component analysis and correlation analysis[J].Journal of Fruit Science, 2025, 42(4):765-774.

[22] 李靖, 王嘉祥, 陈欢, 等.超高压与热杀菌对刺梨汁贮藏期品质影响的比较[J].食品科学, 2022, 43(15):101-108.Li J, Wang J X, Chen H, et al.Comparison of the effects of ultra-high pressure and thermal processing on quality changes of Rosa roxburghii juice during storage[J].Food Science, 2022, 43(15):101-108.

[23] 李祥, 任燕燕, 金晶, 等.野生刺梨果实品质特征及营养成分与生长土壤关系分析[J].安徽农学通报, 2024, 30(20):28-32.Li X, Ren Y Y, Jin J, et al.Analysis of the quality characteristics and nutritional components of wild Rosa roxburghii fruits and their relationship with growing soil[J].Anhui Agricultural Science Bulletin, 2024, 30(20):28-32.

[24] 王朋强, 鲁敏.硝硫基复合肥配施硼肥对刺梨产量和品质的影响[J].中国农业文摘-农业工程, 2025, 37(5):36-41.Wang P Q, Lu M.Effects of combined application of nitro-sulfur-based compound fertilizer and boron fertilizer on yield and quality of Rosa roxburghii Tratt.[J].Chinese Agricultural Abstracts-Agricultural Engineering, 2025, 37(5):36-41.

[25] 熊洁, 高媛.刺梨栽培丰产技术及丰产效果初探[J].贵州林业科技, 2010, 38(4):51-54.Xiong J, Gao Y.High-yielding cultivation technique of Rosa roxburghii Tratt.[J].Guizhou Forestry Science and Technology, 2010, 38(4):51-54.

Evaluation of processing characteristics of different Cili fruits based on multivariate statistical analysis

LU Xuexue, LI Fenglin, YANG Feiyan, XIE Guofang*

(School of Liquor and Food Engineering, Guizhou Industry Research Institute of Cili, Guizhou University, Guiyang 550025, China)

ABSTRACT This study systematically investigated the differences in processing characteristics of Cili (Rosa roxburghii) fruits from different varieties and geographical origins in Guizhou Province, aiming to provide a theoretical basis for the classification and high-value utilization of Cili resources.A total of 91 cultivated and wild Cili samples were collected from Guiyang, Liupanshui, Bijie, Qiannan, and other areas in Guizhou.Their physicochemical indices, nutritional qualities, and antioxidant activities were systematically determined, followed by a comprehensive evaluation using principal component analysis (PCA) and cluster analysis (CA).The results indicated significant differences (P<0.05) in all measured indices among Cili from different varieties and origins.Specifically, the Anshun Jincili exhibited the highest total soluble solids and titratable acid contents, while the Cili from Zunyi showed the most prominent vitamin C content.PCA revealed that the Cili from Zunyi, Thornless Cili from Guiyang, and Wild-1 from Duyun possessed superior overall quality.CA classified the 91 germplasm resources into three distinct categories.Based on the characteristics of each category, targeted processing strategies were proposed:Category Ⅰ (e.g., DY-32, DY-33), with balanced quality, is suitable for developing leisure foods such as fruit cakes and fruit teas.Category Ⅱ (e.g., ZY, GY2), rich in active components, is appropriate for producing health products and functional cosmetics.Category Ⅲ (e.g., DY-14, DY-15, DY-19), with strong antioxidant activity, is ideal for processing into natural antioxidants.This study confirms the necessity of classification-based processing by variety and origin to promote the precise, high-quality development of the Cili industry in Guizhou.

Key words Guizhou Cili;processing properties;geographical origin;quality assessment;cluster analysis

第一作者：本科生(谢国芳教授为通信作者,E-mail:gfxie@gzu.edu.cn)

基金项目：贵州省大学生创新创业训练项目(gzusc2024103);贵州大学自然科学专项(特岗)科研基金项目(贵大特岗合字(2022)59号);贵州省科技厅科技创新平台建设项目(黔科合平台JSZX[2025]006)

收稿日期：2025-11-17,改回日期:2026-01-10

DOI：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.045202

引用格式：陆雪雪,李凤淋,杨飞艳,等.基于多元统计分析的不同刺梨加工适宜性评价[J].食品与发酵工业,2026,52(17):324-335.LU Xuexue, LI Fenglin, YANG Feiyan, et al.Evaluation of processing characteristics of different Cili fruits based on multivariate statistical analysis[J].Food and Fermentation Industries,2026,52(17):324-335.