枸杞(Lycium bararum L.)为茄科枸杞属,多年生、多分枝、多棘刺落叶灌木[1]。《本草纲目》中记载,枸杞子甘平而润,性滋补、能补肾、润肺、生精、益气,乃中药上品。现代科学研究表明,枸杞中含有多糖、多酚、生物碱、类胡萝卜素等活性成分[2],具有抗衰老[3],抑制癌细胞增殖活性[4],增强机体免疫力[5]等作用。
根据枸杞原浆地方标准DBS64/008—2022与团体标准T/NGA 001—2025《枸杞鲜果原浆》,枸杞原浆是以枸杞鲜果为唯一原料,经清洗、破碎、护色、打浆、胶磨、均质、杀菌、无菌灌装等工艺制成的可发酵、但未发酵的可直接饮用或是作为中间产品再次加工的浑浊型浆液制品。枸杞制浆能够有效缓解夏季鲜果制干压力,已成为枸杞产业发展最快的领域,产能已达1.5万t以上。宁夏是枸杞原浆的原产地和主产地,市场占有率达75%以上。
食品中滋味与气味是重要的感官品质,常见的分析方法有感官评价、电子鼻智能检测、GC-MS技术[6],其中,电子鼻作为一种智能无损检测技术[7],以其高灵敏度、速度快、成本低以及很少或没有样品制备的优势脱颖而出,利用气敏传感器阵列对挥发性气味物质的响应来识别简单和复杂气味信息,实现了气味的客观化表达,使气味成为可以量化的指标,从而进行系统化与科学化的气味监测、鉴别、判断和分析。如刘振平等[8]利用电子鼻技术,对全国6个主要产地的红花椒进行风味成分测定和分析,实现了汉源花椒与其他不同产地红花椒样品的准确鉴别和汉源花椒的掺杂鉴别,为汉源花椒的中国国家地理标志产品保护、质量控制和产地溯源提供了新的技术参考。SARNO等[9]利用电子鼻检测7种肉类混合物,成功鉴别掺假牛肉,该方法适用于肉类纯度鉴定、清真食品认证。研究表明利用电子鼻技术可以成功分离藏红花和掺假红花,并通过反向传播人工神经网络证实了结果[10]。SHEN等[11]利用电子鼻技术结合多元统计分析可以成功区分掺有浓缩汁的鲜榨橙汁,预测准确率达91.7%,为确定果汁的来源和过程控制提供了一种快速、低成本的工具。有研究利用电子鼻检测不同贮藏时间后绿茶的香气,通过线性判别分析成功区分存贮时间[12]。LI等[13]采用电子鼻检测不同地区的枸杞样品,结合多元统计分析建立了识别模型,准确识别中宁枸杞。田玲丽[14]利用电子鼻技术检测5个干燥阶段的枸杞样品,发现5个干燥阶段的香气成分在传感器上存在显著差异,且枸杞散发的气味强度随着干燥时间的延长总体上升。以上研究表明,电子鼻技术已在包括枸杞在内的多个食品领域得到了广泛应用,通过电子鼻测定和数据分析能够实现产品品种区分、产地溯源、掺假判别等,为利用电子鼻技术进行不同品种、不同原料枸杞原浆/浆的气味差异分析奠定了理论基础。
本研究通过开展不同原料的枸杞原浆/浆的品质差异研究,探究不同品种枸杞原浆、掺兑枸杞干果复水浆以及不同放置时间的陈年枸杞干果复水所制枸杞浆(陈年干果复水浆)的品质差异,结合主成分分析、聚类分析、费歇尔判别及正交偏最小二乘法判别分析(orthogonal partial least squares discriminant analysis,OPLS-DA),明确品质差异主要因素,为完善枸杞原浆质量控制标准体系及规范枸杞原浆生产提供理论依据。
硫酸、四氢呋喃、二氯甲烷、苯酚,天津大茂化学试剂有限公司;蒽酮,国药集团化学试剂有限公司;硝酸铝,上海麦克林生化科技股份有限公司;无水乙醇、NaOH,天津市北联精细化学品开发有限公司;无水硫酸钠,天津市光复科技发展有限公司。所用水溶液均使用去离子水制备。
SJ-3F型pH计,上海仪电科学仪器股份有限公司;PAL-1便携式数显折光仪,日本ATAGO公司;紫外-2600分光光度计,日本京都岛津公司;R-300旋转蒸发仪,瑞士步琦有限公司;PEN-3型便携式电子鼻,德国AIRSENSE公司。
1.3.1 样品收集
不同品种枸杞原浆中所用鲜果为宁夏地区广泛栽培的6个枸杞品种:宁杞1号、宁杞5号、宁杞7号、宁杞10号、宁杞14-02、宁杞7-8,均采自宁夏中宁天景山基地,采样时间为7月,保持枸杞成熟度一致。不同品种枸杞分别编号为LB1、LB5、LB7、LB10、LB14-02、LB7-8。
干鲜掺兑枸杞浆中所用干果为当年份采收后经热风烘干的多品种混合枸杞干果,所用鲜果为当年采收的多品种混合枸杞鲜果,均由宁夏农林科学院枸杞科学研究所提供。
陈年枸杞干果复水浆中所用干果为当年采收后经热风烘干的宁杞7号枸杞干果,于常温干燥环境中常规放置,分别放置1、2、3年,由宁夏农林科学院枸杞科学研究所提供。
对照果浆为胡萝卜果浆、橙汁、西瓜汁,银川新华联超市。
1.3.2 样品制备
枸杞原浆制备工艺流程:采摘的枸杞鲜果挑拣除去烂果、霉果,清水冲洗后破碎,打浆,胶体磨研磨细化后高压均质,经巴氏杀菌(70~75 ℃,20 min)后进行无菌灌装得到最终成品,如图1所示。
图1 枸杞原浆制备工艺流程
Fig.1 Process flow for preparing Lycium barbarum L.original pulp
枸杞干果复水浆制备工艺流程:称取适量干枸杞,清水冲洗,根据“4斤枸杞鲜果出1斤干果”的枸杞制干生产经验,以料液比1∶4(g∶mL)的加入纯净水浸泡20~30 min后打浆,胶体磨研磨细化后高压均质,经巴氏杀菌(70~75 ℃,20 min)后进行无菌灌装得到最终成品,如图2所示。
图2 枸杞干果复水浆制备工艺流程
Fig.2 Process flow for preparing dried Lycium bararum L.pulp
干-鲜掺兑枸杞浆制备:根据上述工艺将枸杞原浆与枸杞干果复水浆,按照1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3、8∶2、9∶1(体积比,下同)掺兑,制得不同比例干-鲜掺兑枸杞浆样品。
1.3.3 理化指标测定
1.3.3.1 可溶性固形物测定
使用手持式糖度计测定样品可溶性固形物,每个样品测定3次。
1.3.3.2 pH值测定
pH计测定样品pH值,每个样品平行测定3次。
1.3.3.3 总糖含量测定
参照曹建康等[15]的方法,采用蒽酮-硫酸法在490 nm下用紫外分光光度计检测枸杞原浆/复水浆中总糖含量。以葡萄糖为标准品得到标准曲线y=0.007 1x-0.000 3(R2=0.999 1),根据标准曲线计算葡萄糖浓度,计算样品中总糖含量(mg/g,以葡萄糖含量计)。
1.3.3.4 总黄酮含量测定
参照曹建康等[15]的方法,采用硝酸铝显色法在420 nm下用紫外分光光度计检测枸杞原浆/复水浆中总黄酮含量。以芦丁为标准品得到标准曲线y=12.145x-0.091 4(R2=0.994 6),根据标准曲线计算葡萄糖浓度,计算样品中总糖含量。计算样品中总黄酮的含量(μg/g,以芦丁含量计)。
1.3.3.5 多糖含量测定
参照曹建康等[15]的方法,采用苯酚硫酸法在490 nm下用紫外分光光度计检测枸杞原浆/复水浆中多糖含量。以葡萄糖为标准品得到标准曲线y=0.013 4x+0.071 4(R2=0.999 5),根据标准曲线计算葡萄糖浓度,计算样品中多糖的含量(mg/g,以葡萄糖含量计)。
1.3.3.6 总类胡萝卜素测定
参考禄璐等[16]方法,在450 nm下用紫外分光光度计检测枸杞原浆/复水浆中总类胡萝卜素的含量。以玉米黄素双棕榈酸酯为标准品得到标准曲线y=0.087x+0.000 5(R2=0.997 3),根据标准曲线计算玉米黄素双棕榈酸酯浓度,计算样品中总类胡萝卜素含量(μg/g,以玉米黄素双棕榈酸酯含量计)。
1.3.3.7 电子鼻测定
参考禄璐等[16]方法并稍做改动。仪器校准,持续通入600 s洁净空气以清除仪器内部残留气体,确保系统基线稳定。随后将检测探针置于待测样本上方连续监测120 s,延滞时间为1 080 s,载气为洁净的空气,流速为150 mL/min,待挥发性有机分子充分扩散至传感器阵列后获取响应值。检测系统配置的10个金属传感器(表1)可识别不同挥发性化合物类别,各通道采集数据时选取特征峰值为有效响应值,该数值与对应气味物质的浓度呈现显著正相关。结合电子鼻仪器自带的Winmuster软件导出数据。
表1 电子鼻传感器信息
Table 1 Sensor performance of electronic nose
序号传感器名称功能特点1W1C对芳香类成分、苯类灵敏2W5S对氮氧化合物灵敏3W3C对芳香类成分、氨类灵敏4W6S对氢化物灵敏5W5C对短链芳烃芳香类化合物灵敏6W1S对甲基类化合物灵敏7W1W对含硫的有机化合物和萜烯类灵敏8W2S对醇类、醛酮类化合物灵敏9W2W对含硫、含氯的有机化合物灵敏10W3S对脂肪族烷烃类化合物灵敏
实验重复3次,采用Origin 2021、SPSS 23.0对实验数据进行单因素方差分析、相关性分析,采用 Rversion 3.6.3进行数据可视化分析,pheatmap包(v1.0.12)绘制聚类热图,SIMCA 14.0进行OPLS-DA,实验结果均表示为“平均值±标准差”,P<0.05表示差异显著。
2.1.1 不同枸杞品种(鲜果)对枸杞原浆主要营养指标影响
以具有代表性的6个枸杞主栽品种鲜果为原料制备枸杞原浆,其主要营养指标差异如图3所示,枸杞总糖是评价枸杞原浆品质的重要基础指标,6个枸杞原浆样品总糖含量为113.03~129.26 mg/g,品种间的差异并不显著;枸杞多糖是枸杞中最重要的生物活性成分之一,具有抗肿瘤、抗氧化、调节血糖等多种功效[17],不同品种的枸杞原浆多糖含量存在显著差异(P<0.05),含量范围在4.08~7.26 mg/g,LB7-8样品中多糖含量相对较高。黄酮广泛存在于自然界植物及浆果中,其作为枸杞的次生代谢物具有抗炎、保护心血管、降低血脂等作用[18],6个原浆样品的黄酮含量存在显著性差异(P<0.05),LB1(70.85 μg/g)黄酮含量显著高于其他品种,LB7、LB10含量相对较低,2个样品间无显著差异。类胡萝卜素是枸杞主要呈色物质和重要功效成分,具有抗肿瘤、改善视力、预防心脑血管疾病等作用[19],其组成与含量变化直接影响枸杞原浆的色泽、营养及功效作用,枸杞原浆中类胡萝卜素含量为619.16~709.94 μg/g,其中LB1、LB5样品含量显著高于其他品种,LB7、LB10、LB14-02中含量差异并不明显。相关研究表明,果汁的质量会因品种而异,如不同品种火龙果汁的总酚、总黄酮含量存在显著差异[20];不同品种的黑醋栗果汁中糖、有机酸、酚类物质的含量与特征均有差异,呈现出化学多样性[21]。综上,枸杞品种对枸杞原浆中多糖、黄酮、类胡萝卜素含量影响较大,但对总糖无显著影响。
A-总糖;B-多糖;C-黄酮;D-总类胡萝卜素
图3 不同品种枸杞原浆其主要营养成分含量
Fig.3 The main nutrient efficacy of different varieties of Lycium barbarum L.original pulp
注:不同小写字母表示显著性差异(P<0.05)。
不同品种枸杞鲜果制备的枸杞原浆气味组成如图4所示,6种不同品种枸杞鲜果制备的枸杞原浆样品气味轮廓一致,但响应强度存在差异,说明枸杞品种会对原浆风味产生影响。这与其他研究结论一致:ZHOU等[22]利用HPLC-MS技术检测不同品种和产地枸杞中的挥发性化合物,共鉴定出63种挥发性化合物,研究结果表明,不同品种和产地枸杞的挥发性化合物种类和数量存在显著差异。而其他果浆风味物质也同浆果品种密切相关,成传香[23]以13个品种柑橘汁为试验对象,采用固相微萃取技术结合GC-MS技术进行测定,发现柑橘汁整体香气轮廓相似,但不同品种柑橘汁香气物质的含量和种类仍存在差异。潘葳等[24]对同一栽培地点、同一时期、成熟度一致的5个品种百香果的营养成分及香气成分进行定性定量分析,发现不同品种香气成分类别基本一致但种类及含量差异明显。同时有研究表明[22,25],枸杞的特征气味主要取决于其挥发性成分的比例和含量,而这主要由枸杞子的品种和产地决定,相同产区的不同枸杞品种挥发性成分具有一定差异,以上研究均与本文相互印证。此外,6个样品在W5S、W1S、W1W、W2S、W2W传感器上的响应值明显高于其他传感器,表明原浆中氮氧化合物类、甲基类、硫化氢类物、醇类、芳香类物质含量丰富。其中W1C、W3C、W6S、W5C传感器响应值相近,气味差异主要体现在W1S、W1W、W2S传感器,且W1S、W2S传感器响应值差异最大,说明不同品种枸杞鲜果制备样品的气味差异主要体现在含甲基类、醇类物质丰度上。这与多数利用电子鼻技术对果浆类进行气味识别与评价的研究结论相似,既W1W、W1S和W2S在气味识别和评价中发挥重要作用。赵海娟等[26]基于电子鼻技术对中国李的整体气味分布研究中发现,W1W的响应值最高,其次是W1S和W5S,这3个传感器分别对硫化氢类、甲基类、氮氧化物类挥发性物质的成分敏感。如梁锦等[27]采用电子鼻技术对12种猕猴桃果汁进行了测定和分析,发现样品对传感器的反应信号强度不同,挥发性风味物质差异明显可以显著区分,主要的挥发性物质为无机硫化物、甲基类、氮氧化物和芳香醇类等。
图4 以不同品种枸杞鲜果制备的枸杞原浆气味轮廓图
Fig.4 Odor composition of original fruit original pulp of different varieties of Lycium barbarum L.
随着干果复水浆掺兑比例的不断提高,pH值为4.93~4.99,呈现小幅波动;可溶性固形物含量则呈现持续下降趋势,从枸杞原浆的21.23%逐步降至干果复水浆的16.97%,不同比例样品均呈现显著性差异(P<0.05);总糖含量显著上升,从92.20 mg/g增至145.36 mg/g,且干果复水浆组显著高于其他组别;多糖含量为2.25~3.49 mg/g,枸杞原浆与干果复水浆含量较高,随着干果复水浆掺兑比例的提高,整体呈现先升高后降低的趋势;在掺兑的样品中,黄酮含量随干果复水浆比例增加而增大,枸杞原浆与干果复水浆无显著性差异。有报道称,热风干燥得到的枸杞干的总酚含量、总黄酮和自由基清除能力均高于新鲜枸杞,碱液浸泡处理可适当提高总酚和总酮的含量,提高干果的抗氧化性能[28]。这与结论中黄酮含量的变化规律相对应:当干果复水浆掺兑比例达到7∶3(体积比)时,样品中黄酮含量高于枸杞原浆含量。总类胡萝卜素含量为818.01~915.10 μg/g,随干果复水浆掺兑比例增大呈现上升趋势。整体而言,干-鲜掺兑比例变化对枸杞浆的可溶性固形物、总糖、多糖、黄酮、总类胡萝卜素含量均具有显著影响,尤其是随掺兑干果复水浆比例增加,可溶性固形物含量显著降低(P<0.05),总糖含量显著升高(P<0.05),总类胡萝卜素含量显著升高(P<0.05)。
表2 不同干鲜比调配的枸杞浆品质指标
Table 2 Quality indexes of Lycium barbarum L.pulp with different dry and fresh ratio
样品(干鲜比,mL∶mL)pH可溶性固形物/%总糖含量/(mg/g)多糖含量/(mg/g)黄酮含量/(μg/g)总类胡萝卜素/(μg/g)枸杞原浆(混合品种枸杞鲜果)4.98±0.00a21.23±0.05a92.20±0.68k3.24±1.19b67.56±2.69a818.01±40.03h1∶94.93±0.01d20.73±0.05b97.28±0.24j2.69±0.73c50.75±1.28c820.72±26.08h2∶84.99±0.00a20.50±0.00c102.85±0.22i2.60±1.55d56.68±3.13b835.43±14.47g3∶74.94±0.01c19.90±0.00d108.11±0.20h3.08±0.71b54.52±4.73c847.14±18.81f4∶64.93±0.01d19.63±0.05e113.95±0.21j3.18±0.61b56.38±3.14b854.85±17.29e5∶54.94±0.01c19.07±0.05g121.38±1.20f2.25±0.77e62.44±3.03b866.15±14.07d6∶44.96±0.01b19.27±0.05f123.60±0.63e2.73±1.30c66.55±3.26a879.46±16.38c7∶34.96±0.01b18.20±0.00h128.30±0.15d2.72±0.39c73.39±4.24a881.79±15.62b8∶24.98±0.01a17.67±0.05i131.27±1.23c2.82±0.63c72.64±3.21a898.68±19.27a9∶14.96±0.01b17.30±0.00j134.70±0.56b2.66±0.75c76.57±3.09a907.94±22.16a干果复水浆4.97±0.02a16.97±0.05k145.36±0.42a3.49±1.15a76.66±3.30a915.10±15.67a
注:同列间不同小写字母表示显著性差异(P<0.05)(下表同)。
枸杞原浆、枸杞原浆中掺兑不同比例枸杞干果复水浆及枸杞干果复水浆的气味轮廓图如图5所示,11个样品的气味轮廓一致,在W5S、W1S、W1W、W2S传感器上样品的响应值高于其他传感器,与枸杞原浆样品气味组成相似,但W1W、W5S传感器上样品响应值存在明显差异,尤其是随着掺兑干果复水浆比例增大,W1W传感器响应值逐步增大。据报道,枸杞干果的挥发性成分中含氮物质如6-甲基-6-硝基庚烷-2-酮会使W5S传感器的响应值发生较大变化[29];醛类物质如己醛和2,6,6-三甲基-1、3-环己二烯-1-羧醛、1-辛烯-3-醇和2,3-丁二酮等含量较高会使W2S和W1S传感器的响应值变化;此外在枸杞干果中检测出10种萜烯类化合物,均会使W1W传感器的响应值产生反应,以上所有这些挥发性化合物的变化都是通过电子鼻检测得出。
图5 枸杞原浆中掺兑不同比例干果浆样品的气味轮廓图
Fig.5 Different varieties of dry and fresh ratio deployment of Lycium barbarum L.pulp odor composition
这与实验结果相对应,即在枸杞原浆中掺兑干果复水浆后氮氧化合物与硫化物增加,与枸杞原浆产生明显差异。结果表明,掺兑干果复水浆的样品与枸杞原浆在W1W传感器上的响应值存在较大差异,并呈现一定的规律性。
如表3所示,以当季枸杞干果和放置1、2、3年的陈年枸杞干果分别复水制浆,枸杞浆样品pH值为4.71~4.88,可溶性固形物为27.10%~27.87%,变异系数小。总糖含量为95.46~175.72 mg/g,其中当季干果制浆样品的总糖含量最高(175.72 mg/g),放置3年的枸杞干果制浆样品总糖含量最低(95.46 mg/g)且干果放置时间越久,对应枸杞浆样品含量越低。黄酮含量变化趋势与多糖相似,即随放置时间延长含量显著降低,放置3年的枸杞干果制浆样品中黄酮含量最低为56.81 μg/g,比当季干果制浆样品的黄酮含量降低25%,与刘玲玲[30]、程竹林[31]研究结论相似,即枸杞多糖、黄酮随枸杞干果贮藏时间延长呈下降趋势,且不同贮藏年份样品之间存在差异。枸杞浆中类胡萝卜素含量随干果放置时间延长呈显著下降(P<0.05),变异系数为43%,其中放置3年的枸杞干果制浆样品(204.79 μg/g)中类胡萝卜素含量显著低于当季(915.10 μg/g),随着枸杞干果放置时间延长,放置1、2、3年的枸杞干果制浆后总类胡萝卜素含量分别下降了25%、36%、78%,枸杞干果存放时间越长,其类胡萝卜素含量越低。这可能是因为枸杞干果在贮藏过程中会出现走油、变色等情况,导致成分降解,品质显著劣变[32]。
表3 不同放置时间的陈年枸杞干果制备的枸杞浆品质指标
Table 3 Quality indexes of Lycium bararum L.pulp prepared from aged driedy fruits in different years
指标放置3年放置2年放置1年当季干果浆均值标准偏差变异系数/%pH4.82±0.01b4.88±0.01a4.71±0.02c4.83±0.02b4.810.072可溶性固形物/%27.37±0.85a27.87±0.34a27.10±0.00a27.73±0.05a27.520.301总糖/(mg/g)95.46±1.27d156.91±4.34c162.40±0.89b175.72±4.00a147.6230.8821多糖/(mg/g)2.08±0.07d2.44±0.02c2.89±0.04b3.43±0.33a2.710.5033黄酮/(μg/g)56.81±0.95d60.48±0.73c66.01±1.20b75.66±0.71a64.747.1019总类胡萝卜素/(μg/g)204.79±14.84d589.85±14.61c686.21±9.06b915.10±15.67a598.98256.4243
陈年干果复水制浆样品气味轮廓如图6所示,样品气味轮廓相似,但W5S、W1W和W2S传感器上样品响应值明显高于其他传感器且不同样品间差异较大,随干果放置时间延长,样品W1W传感器响应值增大,即含硫化物丰度增加。这可能是由于枸杞干果在贮藏过程中,由于类胡萝卜素成分、C18脂肪酸的ω5基团等成分的氧化、水解,导致气味发生了变化[33]。TIAN等[29]利用电子鼻检测存在贮藏年份差异的枸杞干果样品,建立了描述电子鼻传感器信号与干果贮藏年限之间关系的模型,发现枸杞干果的气味会随贮藏年份而变化,这与实验结果相对应,即放置3年的枸杞干果复水制浆样品的W1S、W1W、W2S传感器响应值均大于其他枸杞干果复水浆样品。
图6 以不同贮藏时间的枸杞干果制浆其样品气味轮廓图
Fig.6 Odour profiles of dried Lycium bararum L.pulp samples with different storage times
2.4.1 基于气味的主成分、聚类分析
由于不同干-鲜比例掺兑枸杞浆样品气味差异较大,且初步呈现一定的规律性,即随干果复水浆掺兑比例增大,样品W1W传感器响应值增大,因此针对枸杞原浆、不同干-鲜比例掺兑枸杞浆、陈年干果复水浆的气味数据进行主成分分析,明确存在显著差异的气味指标。如图7-A所示,第1主成分PC1占比达69.5%,PC2占比达24.0%,枸杞原浆样品与其他2组样品疏离,分组明显,不同比例的干-鲜掺兑枸杞浆样品介于枸杞原浆和陈年干果复水浆之间。主成分分析载荷图(图7-B)反映不同通道对枸杞浆气味的贡献程度,图中W2S、W1W、W2W、W3C传感器响应值在PC1轴截距较大,即以上通道对枸杞浆气味贡献较大。
A-得分图;B-载荷图
图7 基于气味的主成分分析
Fig.7 Odour-based principal component analysis
对18个枸杞浆样品的气味数据进行聚类分析,如图8所示,以枸杞为原料制备的样品气味相近,但干-鲜掺兑枸杞浆与陈年枸杞干果复水浆聚为一类,枸杞原浆自为一类。陈年干果复水浆、干-鲜掺兑枸杞浆样品与枸杞原浆在W5S、W1S、W1W、W2S、W2W传感器上响应值存在差异,特别是W1W传感器响应值差异较大。
图8 枸杞浆气味组成聚类热图
Fig.8 Lycium barbarum pulp odour composition clustering heat map
注:LB系列为不同品种的枸杞鲜果制备的枸杞原浆样品;1∶9~9∶1(mL/mL)为枸杞原浆中掺兑不同比例干果复水浆样品;D1-D4为当季枸杞干果、放置1、2、3年的枸杞干果分别复水制浆样品。
2.4.2 基于气味数据的判别函数分析
采用逐步判别法对影响枸杞浆气味的敏感指标进行逐步判别筛选,进一步验证气味指标是否可以作为判别掺兑干果浆的关键指标。现将枸杞浆样品分为三类,一类为不同品种枸杞原浆、二类为不同干-鲜比例掺兑枸杞浆、三类为陈年枸杞干果复水浆,三类样品各通道的响应值如表4所示,在此数据基础上,采用费歇尔判别法进行逐步判别分析。
表4 样品气味响应值及分类
Table 4 Sample odour response values and classification
样品气味响应值W1CW5SW3CW6SW5CW1SW1WW2SW2WW3S类别LB10.2494.0550.5051.1240.61610.04312.0858.5015.6081.428一类LB50.2434.3620.4951.1320.60510.77313.3389.5125.8051.545一类LB70.2524.2610.5051.1170.6149.23113.5408.7205.5631.486一类LB100.2753.9110.5351.0970.6438.46612.7757.6645.2851.395一类LB7-80.3063.4100.5711.0830.6787.51211.7396.7504.8881.339一类LB14-020.3703.0560.6351.0780.7395.6888.6245.4403.9291.286一类1∶90.3677.8130.5031.2120.5924.53213.0694.6413.6791.360二类2∶80.3897.2160.5281.1700.6154.46914.2234.6233.6011.357二类3∶70.3446.2720.5361.2140.6054.29814.7514.9063.8251.385二类4∶60.3606.6730.5111.1720.6153.65115.5554.1823.3621.341二类5∶50.35910.1720.5211.2590.6024.05616.8974.3573.4541.271二类6∶40.3866.2640.5101.2480.5855.47016.2415.6594.2111.247二类7∶30.3777.5960.5251.0350.6175.25916.6395.4924.0091.311二类8∶20.3447.0740.5401.2370.5935.00916.8495.5394.1041.297二类9∶10.3767.3460.5381.1390.6195.47617.1465.8194.0251.966二类D10.306 5.621 0.496 1.151 0.561 5.964 16.325 8.962 4.873 1.357 三类D20.3064.5020.4991.1530.5615.91017.4219.0024.8651.326三类D30.3715.5430.5501.1460.6045.12919.1427.4114.6201.288三类D40.2577.1420.4441.1860.5097.59925.25811.1876.0341.384三类
注:类别中“一类”为枸杞原浆;“二类”为不同干-鲜比例掺兑枸杞浆样品;“三类”D系列样品为当季枸杞干果、放置1、2、3年的枸杞干果分别复水制浆样品。
分析结果如表5所示,本次分析中使用了2个典型判别式函数,第1个判别函数方差贡献率为96.7%,正则相关性为0.999,说明此函数可以解译96.7%的样品信息,利用该函数能够对绝大部分样品类别进行判别;当利用第1个判别函数对样本类别无法作出明确判断时,可使用第2个判别函数,从2个判别函数的累积方差贡献率为100%可知,当把2个判别函数联合起来使用时,可以完成对所有样品类别的判断。
表5 基于气味的典型判别式的函数特征值
Table 5 Functional eigenvalues of the typical odor-based discrimination formula
函数特征值方差贡献率/%累积贡献率/%正则相关性1450.94296.796.70.999215.3443.3100.00.969
表6为判别函数的检验结果,Wilks的Lambda值为0.000,说明类别之间差异显著;显著性水平为0.000(<0.01),认为判别函数1是极显著的。对上述判别函数1利用Wilks的Lambda检验,结果表明,函数1有效,可以用于判别不同枸杞浆样品分组。
表6 基于Wilks的 Lambda检验
Table 6 The Lambda-test based on the Wilks
函数检验Wilks’ Lambda卡方自由度显著性1到20.000102.435200.00020.06132.13090.000
针对三类样品:一类为对照组,即枸杞原浆(6个),二类为枸杞原浆中掺兑干果浆的样品(9个),三类为枸杞干果复水浆样品(4个),利用上述判别函数对样品进行分组,结果由表7可知,一类6个样品全部判别正确,二类9个样品全部判别正确,三类4个样品全部判别正确,判别正确率为100%。
表7 使用判别函数对样品进行分类的结果a
Table 7 Results of classifying samples using discriminant functions
指标样品类别预测组成员123合计16006预测个数20909初始300441100.00.00.0100.0正确率/%20.0100.00.0100.030.00.0100.0100.0
注:a,已对初始分组案例中的100.0%个进行了正确分类。
样品分组的情况如图9所示,不同类别的所有样本点都集中在各组中心值周围,且聚集效果较好,能清晰地区分各组别,表明费歇尔判别分析具有较高的可靠性,基于气味数据建立的判别函数可以用于不同枸杞浆样品的分类,验证了气味响应值可作为筛分不同枸杞浆样品的关键指标。
图9 基于典型判别函数的区域图
Fig.9 Area map based on typical discriminant function
2.4.3 基于气味数据建立OPLS-DA模型
上述通过主成分分析和逐步判别分析,表明气味响应值可以作为筛分不同枸杞浆样品的关键指标。为进一步明确响应值对不同枸杞浆样品气味的贡献程度,利用OPLS-DA模型,筛分不同枸杞浆气味差异的主要指标。
OPLS-DA是一种基于多因变量(X)对多自变量(Y)的回归建模方法,最大特点是可以去除自变量X中与分类变量Y无关的数据变异,使分类信息主要集中在1个主成分中,从而使模型变得简单且易于解释。在模型中,R2Y和Q2是至关重要的2个评价参数,其中,R2Y表示对自变量Y的解释能力,Q2表示模型的预测能力,且两者的值越接近1.0,则模型可信度越高。结果表明,R2Y和Q2分别为0.979和0.826,模型具有良好的解释度和拟合度。枸杞原浆、干-鲜掺兑枸杞浆、枸杞干果复水浆及其他果浆4组样品呈现组内聚拢,组间疏离,被很好地分区开,表明枸杞浆的气味轮廓相似,不同原料的枸杞浆可以被有效区分。为了进一步验证模型的可靠性,采用置换检验进行验证。通过置换检验(200次),结果如图10所示,Q2在y轴上的截距为负值,表明模型不存在过度拟合。载荷图可以定性评价各指标对分类的影响程度,变量(X)离分类(Y)的距离越近则表明该变量判断分类归属越重要,如图10所示,气味响应值差异使不同原料制备的枸杞浆与其他果浆样品被很好地分类(Y),W1W传感器响应值对掺兑枸杞干果复水浆的样品敏锐,W2C和W5S对判别其他果浆敏锐。变量投影重要性(variable importance in projection,VIP)是定量衡量变量对分类的影响程度的指标,VIP值越大表明变量对样本分类的影响作用越大,VIP值从大到小依次为:W6S>W5S>W1S>W1W>W2W>W3S>W5C>W1C>W3C>W2S,其中,W6S、W5S、W1S、W1W这4个传感器响应值的VIP值均大于1.0,表明这4个指标对不同原料枸杞浆的分类影响较大。后续可利用气相色谱-离子迁移谱及GC-MS技术,深入解析主要传感器对应的关键挥发性物质。
A-OPLS-DA得分图;B-置换检验图;C-载荷图;D-VIP值图
图10 基于气味的OPLS-DA
Fig.10 Odour-based OPLS-DA
以枸杞鲜果为唯一原料制成的枸杞原浆其功效成分含量与品种相关,气味特征一致;在干-鲜混合浆体系中,随当季干果浆添加比例增大,可溶性固形物含量显著降低,总糖含量、类胡萝卜素含量和W1W传感器(含硫化合物)的响应值显著提高;以陈年枸杞干果为唯一原料复水制浆,与当季干果复水浆相比,放置1、2、3年干果所制枸杞浆,其类胡萝卜素含量分别下降25%、36%、78%,W1W传感器响应值逐渐增大。本文结合主成分分析和费歇尔判别分析法,验证了气味响应值可作为区分三类样品(枸杞原浆、干-鲜掺兑枸杞浆、陈年干果复水浆)的关键指标,基于OPLS-DA进而得出判别枸杞干果复水浆的敏感指标为W1W传感器响应值,为完善枸杞原浆质量标准体系构建提供理论依据。
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