沙子空心李果实营养品质的主成分分析和综合评价

李刚凤，李洪艳，张绍阳，高荣美，段萧燕，吴仕敏，李瑞琳

(铜仁学院，贵州 铜仁，554300)

沙子空心李(PrunussalicinaLindl. cv ‘Shazi Kongxinli’，以下简称空心李)，于每年7月中下旬成熟，表皮呈黄绿色并浮有一层银白色果粉，单果重约30 g，果肉与果核分离呈浅绿色，肉质细腻多汁，食用时有清脆蜜甜爽口之感，是贵州省沿河土家族自治县(以下简称沿河县)的地方特色精品水果，享有“李中茅台”之美誉，2006年获得国家地理标志产品保护，是沿河县农业的特色产业和扶贫攻坚的重点产业[1-2]。目前沙子空心李的加工产品的相关报道较少，张绍阳等[3]研究了低糖沙子空心李果脯的最佳工艺，其采用木糖醇代替常用的白砂糖进行沙子空心李果脯的研究，为沙子空心李的进一步开发利用提供新渠道；李刚凤等[4]研制出空心李果汁麻辣牛肉干，将空心李果汁加入到传统的牛肉干中，果香与肉香结合丰富了牛肉干的风味，进一步扩大了沙子空心李的深加工与利用；而关于沙子空心李营养成分、生物活性成分等测定方面报道较少。

目前，有关学者利用主成分分析和综合评价法对水果品质的研究越来越多，MILOSEVIC等[5]利用主成分分析对43种欧洲李和12种丹森李的果实品质和表型性状进行了研究；LI等[6]应用多元方差分析、典型变量分析、主成分分析、偏最小二乘和线性判别分析研究3个桃品种的物理特性对品种之间的差异进行定量和定性分析；PESTANA等[7]利用主成分分析法来评价柑橘果实品质；KATYA等[8]研究了8个早熟杏品种的品质性状、生化性质、抗辐射能力和羟基肉桂酸，并且表明主成分分析可以根据品种的品质和生化特性建立品种之间的相似性。本研究选择空心李的6份果实样品，检测其营养物质、生物活性成分和氨基酸组分的含量，评价其氨基酸组分，并基于主成分分析完成各样品果实营养品质的综合评价，为今后切实有效评判空心李的果实营养品质提供研究参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验所选用空心李的6份果实样品(每份重量不少于2 kg，表1)均采自于贵州省铜仁市沿河县沙子街道，其成熟度均为商品成熟(即九成熟到九成半熟，果实呈明显的黄绿色而且有明显弹性，食用时果实风味浓郁)。

表1 本试验空心李果实样品主要信息Table 1 Main information of tested fruit samples of Shazi Kongxinli

1.2 仪器与设备

糖度计(APAL-1型)，北京多维网讯科技有限公司；紫外可见分光光度计(Alpha-1860A型)，上海谱元仪器有限公司；高速离心机(TG16K-II型)，长沙东旺试验仪器有限公司；电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9070A型)，常州普天仪器制造有限公司；数显恒温水浴锅(HH-2型)，国华电器有限公司；循环水式多用真空泵(SHB-Ⅲ型)，北京科伟永兴仪器有限公司；多功能电磁炉(C21-PK2106型)，美的生活电器制造有限公司；电子天平(AL204型)，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；超声波清洗器(S69200HE型)，上海冠特超声仪器有限公司；高效液相色谱系统(Agilent 1100)，美国Agilent公司。

1.3 试验方法

1.3.1 营养成分测定方法

可溶性蛋白质测定参照G-250考马斯亮蓝法[9]；可溶性固形物采用APAL-1型糖度计检测[10]；可溶性糖和可滴定酸，分别采用蒽酮比色法[11]和GB/T 12456—2008《食品中总酸的测定中酸碱滴定法》。每份样品每个指标进行3次平行重复检测。

VC含量测定参照GB5009.86—2016《食品安全国家标准食品中抗坏血酸的测定》中2,6-二氯靛酚滴定法；黄酮测定以芦丁为标准样品，配制标准溶液后经显色处理于570 nm处测定吸光度值并绘制标准曲线，样品溶液测定同上[12]；采用没食子酸标准样品作为参照，通过福林酚法测定多酚含量，经配制好的没食子酸标准溶液在760 nm处测定吸光度[13]。每份样品每个指标进行3次平行重复检测。

1.3.3 氨基酸含量测定方法及分析

样品氨基酸的含量的测定参照JY/T019—1996《氨基酸分析方法通则》、参照GB/T5009.124—2003《食品中氨基酸的测定》。且称取样品1.0 g于烧杯中加入10 mL 5%三氯乙酸沉淀2 h。吸取10 mL样液于离心管中，10 000 r/min离心15 min。取2 mL的上清液调pH至2左右定容，用0.45 μm微膜过滤至样品杯中，之后在放入色谱柱。

1.3.4 氨基酸评分法

将测试所得沙子空心李蛋白质氨基酸含量与标准模式下此蛋白质氨基酸含量进行比值计算，所得结果记为氨基酸比值(ratio of amino acid, RAA)，RAA计算如公式(1)所示[14]:

(1)

1.3.5 氨基酸比值系数

氨基酸比值系数(ratio coefficient of amino acid, RC)是指与模式蛋白氨基酸相当量的一份食物氨基酸的比值。经过计算RC值，可明确看出食物中氨基酸含量与模式氨基酸的偏离程度。如果所得RC>1，表明该EAA相对过剩，反之则表明该EAA相对缺乏。同时具有最小RC值的EAA，为此食物的第一限制氨基酸。RC计算如公式(2)所示[15]:

(2)

1.3.6 氨基酸比值系数分

一是水利建设投资再创新高，重点水利项目建设全面加快。截至2013年11月，国家下达兵团的各类中央水利建设项目投资333 308万元，较2012年同期增加77 335万元，增幅为30.2%。其中中央投资257 648万元，增幅为17.2%。水利建设投资的增长确保了水利工程建设速度的全面加快。中哈霍尔果斯河友谊联合引水枢纽工程全面完工，乌勒昆乌拉斯图河水资源配置及186团节水改造工程、多浪水库除险加固工程已基本完工，玛纳斯河肯斯瓦特水利枢纽工程已完成全部任务的80%。2013年国家下达兵团的水利建设项目95%已开工，通过采取综合举措，水利投资计划执行进度较2012年大幅度跃升。

氨基酸比值系数分(score of RC, SRC)用于评价蛋白质的营养价值意义，如果食物蛋白质氨基酸组成与模式蛋白质一致，则EAA的SRC值接近100，说明该EAA在物料氨基酸的生理价值贡献方面成效显著，该食物的蛋白质相对营养价值越高。计算公式如公式(3)所示[16]:

SRC=100-SRD×100

(3)

式中：SRD为RC的相对标准偏差。

1.3.7 数据处理与分析

采用SPSS 17.0与Excel进行试验数据处理，并完成主成分分析(principal component anlysis, PCA)[17]。

2 结果与分析

2.1 空心李果实营养成分含量分析

由表2可知，6份空心李果实样品之间营养成分存在一定的差异性(P<0.05)。Kxl-1、Kxl-5与Kxl-2、Kxl-3、Kxl-4之间可溶性蛋白质存在显著性差异；6种沙子空心李的可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸存在显著性差异，其中可溶性固形物含量Kxl-2最高、Kxl-6最低，分别为(14.54±0.12) %和(12.49±0.08)%，可溶性糖含量Kxl-1最高、Kxl-4最低，分别为(10.98±0.08)%和(6.15±0.08)%，可滴定酸含量Kxl-2最高、Kxl-6最低，分别为(0.390±0.020)%和(0.218±0.012)%。通过综合性评价，6种沙子空心李中Kxl-1、Kxl-2、Kxl-5所含可溶性蛋白质、可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸含量相对较高，品质相对较好。沙子空心李与李晓亮[18]研究的欧李相比，沙子空心李的可溶性糖和可滴定酸含量与欧李比相对较高，蛋白质含量差异不大；与王贵平等[19]研究的李新品种“金红”相比，沙子空心李的可滴定酸、可溶性蛋白、可溶性固形物含量均比“金红”李的含量高；与安佰义等[20]研究的20种李果实相比，沙子空心李的可滴定酸和可溶性固形物含量均偏高。由此可说明沙子空心李口感相对欧李果实更酸甜可口。

表2 本试验6份沙子空心李果实样品的营养成分Table 2 Nutritional compositions of testedsix species of Shazi Kongxinli

注：同一列数据中上标标有完全不同小写字母的数据之间呈显著性差异(P<0.05)(下同)

2.2 空心李果实中生物活性成分分析

由表3可知，6种沙子空心李之间生物活性成分存在一定的差异性(P<0.05)。Kxl-4与Kxl-2、Kxl-5之间VC含量存在显著性差异，其中Kxl-4最高、Kxl-5最低，含量分别为(1.75±0.08) mg/100g和(1.15±0.06) mg/100g； 6种空心李之间总酚含量存在显著性差异，其中Kxl-2最高、Kxl-1最低，含量分别为(0.80±0.01) mg/100g和(0.53±0.02) mg/100g；曲霜[21]对118份抗寒李果实进行了研究，其中测得VC含量为0.037～0.310 mg/100g，与之相比，空心李VC含量比前者测定的抗寒李果实的VC含量高；夏乐晗等[22]研究了13种李子的内外品质的差异，13种李子的VC含量在1.71～9.89 mg/100g，平均含量为4.36 mg/100g；总酚含量在76.51～237.73 mg/100g，平均含量为164.13 mg/100g，与之相比，空心李的VC和总酚含量均低于前者研究的13个品种的李子。造成果实营养物质含量不一的因素有很多，如品种不同、生长环境不同以及测量的操作方法不一致等。Kxl-2、Kxl-5、Kxl-6之间黄酮含量存在显著性差异，Kxl-1、Kxl-4、Kxl-6之间差异不显著。导致6种空心李中活性成分不相同的原因主要由于6种空心李的处理方式、培育方式、采摘地点各不相同。总酚是具有抗氧化活性的重要成分，VC、黄酮为非酶类清除剂自由基，具有抗氧化、美白、延缓衰老、抑菌等作用[23-24]，需从食物中获取。因此，沿河沙子空心李可作为人们补充生物活性成分的水果之一。

表3 本试验6份沙子空心李果实样品的生物活性成分含量Table 3 Bioactive components contents of testedsix species of Shazi Kongxinli

2.3 空心李果实中氨基酸组成与含量分析

氨基酸是构成动物营养所需蛋白质的基本物质，其种类又是体现不同食物风味的重要呈味物质。由表4可知，不同空心李中均检测出17种氨基酸，色氨酸(Trp)除外，人体必需氨基酸7种，非必需氨基酸10种。6种不同类型的空心李中Kxl-3的天冬氨酸和谷氨酸的含量均最高，共2.530 g/100g，随后根据Kxl-5、Kxl-4、Kxl-6、Kxl-2、Kxl-1顺序，谷氨酸和天冬氨酸含量逐渐减小，而谷氨酸和天冬氨酸属于鲜味氨基酸，表明Kxl-3风味比较明显，其余5种沙子空心李风味次之，相较于马庆华等[25]研究的九龙山野生欧李果肉中所含有的鲜味氨基酸总量(1.34 g/100g)要高；相较于李晓亮[18]研究的欧李所含有鲜味氨基酸总量(153.05 mg/100g)高很多，表明空心李的风味比九龙山野生欧李和欧李的风味强。除此之外谷氨酸是脑组织生长代谢中的首要氨基酸，参与多种生理活性物质的合成，在大脑、肌肉、肝脏等组织代谢过程中发挥解毒作用，还可保护肝脏。Kxl-3氨基酸总量为4.687 g/100g，必需氨基酸总量为1.119 g/100g，非必需氨基酸总量为3.568 g/100g。Kxl-3中WEAA/WTAA为23.87%，WEAA/WNEAA为31.36%，Kxl-4中WEAA/WTAA为37.01%，WEAA/WNEAA为58.76%，由数据分析可知，6种沙子空心李中WEAA/WTAA均低于40%，未达到推荐的WEAA/WTAA含量，已有研究表明蛋白质中氨基酸组成WEAA/WTAA为40%左右时其营养品质较佳，所以6种沙子空心李不能作为蛋白质的良好来源。WEAA/WIVEAA比值应达60%，而6种沙子空心李中只有Kxl-4接近该标准，其余5种均低于60%，根据WEAA/WNEAA营养价值排序为Kxl-4>Kxl-1>Kxl-3>Kxl-2>Kxl-5>Kxl-6。通过各氨基酸含量进行综合评价得知，Kxl-3能给人们带来更好的鲜味感，而基于人体所必需氨基酸含量来看，Kxl-4更适合人们食用。

表4 沙子空心李氨基酸组成与含量分析 单位：g/100g

注：WEAA，必需氨基酸总量；WHEAA，半必需氨基酸总量；WNEAA，非必需氨基酸总量；WDAA，鲜味氨基酸总量；WTAA，氨基酸总量；*表示必需氨基酸；△表示鲜味氨基酸

2.4 空心李果实中必需氨基酸组成分析

氨基酸平衡理论认为待测蛋白质的氨基酸组成比例与WHO/FAO模式越接近，其蛋白质营养价值越高。由表5可知，6种沙子空心李所含苏氨酸、亮氨酸和异亮氨酸均小于推荐模式中相应氨基酸分值；对于缬氨酸，样品6接近推荐模式，而样品1较低于推荐量；但样品1中蛋氨酸+胱氨酸分值接近且稍高于推荐模式，其余样品均较低；样品3中苯丙氨酸+酪氨酸分值较高于推荐量，样品4中赖氨酸分值过高于推荐量。通过综合分析6种沙子空心李必需氨基酸组成情况，其与推荐的WHO/FAO模式中必需氨基酸分值相差较远且相对不均衡。因此，6种沙子空心李均不能单独作为补充必需氨基酸的物质。

表5 沙子空心李中必需氨基酸与WHO/FAO氨基酸 模式比较Table 5 Comparison of essential amino acids and WHO/FAO amino acid pattern spectra of Shazi Kongxinli

2.5 沙子空心李RAA、RC及SRC评分

根据6种沙子空心李氨基酸的含量及比例计算出RAA、RC、SRC，可直观评价其营养价值。由表6可知，6种沙子空心李中，Kxl-1第一限制性氨基酸为缬氨酸，RC值为0.333；Kxl-2、Kxl-3、Kxl-5、Kxl-6的第一限制性氨基酸为赖氨酸，RC值分别0.380、0.381、0.435、0.386，Kxl-4第一限制性氨基酸为蛋氨酸+胱氨酸、RC值为0.395。另外，6种沙子空心李中除Kxl-1的限制性氨基酸缬氨酸、Kxl-2的第一二限制性氨基酸赖氨酸和蛋氨酸+胱氨酸、Kxl-3的限制性氨基酸赖氨酸、Kxl-4的限制性氨基酸蛋氨酸+胱氨酸以及Kxl-5与Kxl-6的第一二限制性氨基酸赖氨酸和蛋氨酸+胱氨酸外，其余各氨基酸的RC值都接近于1或大于1，其中只有Kxl-1的蛋氨酸+胱氨酸、Kxl-3的苯丙氨酸+酪氨酸以及Kxl-4的赖氨酸过大于1。有相关研究证明，不仅氨基酸含量不足会影响蛋白质营养价值，氨基酸含量过剩也会影响蛋白质营养价值[26]。6种沙子空心李的第一二限制性氨基酸含量普遍偏低，根据蛋白质互补理论，沙子空心李可与蛋白含量较高的动物食物结合食用，以提高其食用价值。

SRC越接近100，表示SRC越集中，其营养价值越高；反之，若SRC越小，表示蛋白质的营养价值越低。6种沙子空心李的SRC值介于38.84～64.14之间，平均值为54.31。SRC值超过50的沙子空心李有Kxl-1、Kxl-2、Kxl-5及Kxl-6，其中Kxl-5含量较高，达64.14，说明以上沙子空心李蛋白营养价值较均衡，易被人体吸收，具有广阔的开发利用前景。

表6 空心李中必需氨基酸的RAA、RC、SRC分析Table 6 RAA, RC and SRC of 6 kinds of essential amino acids of Shazi Kongxinli

2.6 空心李果实营养成分间的相关性分析

由表7可知，6种沙子空心李的营养成分指标之间有正相关也有负相关，且多数相关系数的绝对值大于0.3，表明各指标之间有较强的相关性。可溶性蛋白与可溶性糖呈显著正相关，与黄酮呈显著负相关；可溶性固形物与总酚呈显著正相关，与可滴定酸呈高度显著正相关；可滴定酸与总酚呈显著正相关，与总氨基酸呈显著负相关；VC与总酚呈显著负相关。

表7 沙子空心李营养成分相关性分析Table 7 Correlation analysis of nutritional components of Shazi Kongxinli

注：*表示P<0.05水平下的显著相关；**表示P<0.01水平下的显著性，相关系数临界值，α=0.05时，r=0.576；α=0.01时，r=0.708

2.7 空心李营养品质主成分分析和综合评价

主成分分析(principal component anlysis, PCA)能对多个指标进行综合性分析，是一种通过线性变换将多个变量维数降为几个有代表性的变量，且所含信息互不重复，从而用简化的数据反映原始数据的多元统计分析方法[27]。将6种沙子空心李的8个成分指标进行主成分分析，由表8可知，经PCA提取的8个主成分中只有前3个主成分的特征值大于1，其中第1主成分的特征值为3.509，方差贡献率为43.866%，是重要的主成分，第2、3主成分的特征值依次降低，方差贡献率分别为24.67%和18.569%，前3个主成分累积方差贡献率达到87.105%，基本反映了6种沙子空心李成分指标的大部分初始信息，因此，选用前3个具有代表性的主成分作为6种沙子空心李营养品质分析的有效成分[28]。

表8 主成分分析解释总变量Table 8 Principal component analysis explains total variables

主成分载荷矩阵反映了6种沙子空心李中各品质指标在各主分矩阵中的影响力大小，其数值反映原变量对因子影响的大小，正负代表变化方向的差别[29]。由表9可知，在第1主成分中载荷较高的有可溶性蛋白、VC、总酚，其载荷值分别为0.947、0.880、0.862，与第1主成分呈高度正相关，载荷较高且有负向影响的为黄酮，即第1主成分越大时，可溶性蛋白、VC、总酚、黄酮含量越高，则决定第1主成分的主要指标为可溶性蛋白、VC、总酚、黄酮；第2主成分中总氨基酸载荷较高，且有正向影响，载荷值为0.878，载荷较高且有负向影响的指标为可溶性固形物，载荷值为-0.712，故判定影响第2主成分的主要指标为总氨基酸、可溶性固形物；第3主成分中可溶性糖有较高载荷且呈高度正相关，载荷值为0.928，载荷较高且有负向影响的为可滴定酸，则判定可溶性糖、可滴定酸为第3主成分主要指标。

表9 主成分分析旋转后的成分载荷矩阵Table 9 Component load matrix after rotation of principal component analysis

按综合评价函数计算出6种沙子空心李的综合得分及排名，综合分值>0.7品质较好，综合分值在0.4～0.7为中等品质，综合分值<0.4为低等品质[20]。由表10可知，Kxl-1、Kxl-2综合分值分别为2.819和1.286，且大于0.7，故品质较好，其余4种空心李(Kxl-3、Kxl-4、Kxl-5、Kxl-6)综合分值均低于0.4，说明其品质相对较差。因此，通过综合分值评估得知，排名前列、品质较好的沿河沙子空心李为Kxl-1、Kxl-2。

表10 六种沙子空心李综合因子得分及排名Table 10 Six kinds of Shazi Kongxinli comprehensive factor score and ranking

3 结论

对6种沙子空心李所含营养成分及生物活性成分进行差异性分析表明，7个指标在不同品种间存在不同程度的差异，其中可滴定酸、可溶性固形物、可溶性糖、总酚在不同品种间存在显著性差异，并且各项指标之间的相关性较强；对6种沙子空心所含李氨基酸来看，均有17种氨基酸，但各必需氨基酸含量都相对较低，有的远低于FAO/WHO推荐模式，且各样品的第一限制性氨基酸含量均较低，所以空心李并不能单独作为补充必需氨基酸的食物，可根据蛋白质互补理论进行合理搭配。通过与其他李子进行比较分析，沙子空心李所含可溶性糖、可滴定酸及可溶性固形物等含量相对较高，具有广阔的开发应用前景。

试验通过主成分分析对6种空心李的品质指标进行综合和简化，从8个指标中提取的3个主成分的累计贡献率达87.105%，反映了果实营养品质绝大部分的原始信息，决定第1主成分主要是可溶性蛋白、VC、总酚、黄酮，决定第2主成分主要是总氨基酸、可溶性固形物，决定第3主成分主要是可溶性糖、可滴定酸，这3个主成分可代替8个品质指标进行分析。运用综合评价方法客观反映了不同果实的品质指标综合情况，经主成分分析排列比较，品质特征优劣的排列顺序为Kxl-1>Kxl-2>Kxl-4>Kxl-5>Kxl-6>Kxl-3，Kxl-1、Kxl-2综合分值均大于0.7，且Kxl-1综合分值达0.7的4倍，说明品质更优，这与沙子空心李的处理、培育方式以及采摘地点等有关，具体原因有待进一步研究。