血脂干预型复合苹果汁果实品种筛选与果汁品质评价

吴 霞 孟掉琴 岳田利 魏建平 高振鹏*

（1 西北农林科技大学食品科学与工程学院 陕西杨凌712100 2 国家杨凌农业综合试验工程技术研究中心 陕西杨凌712100 3 农业部农产品质量安全风险评估实验室（杨凌）陕西杨凌712100）

随着人民生活水平的提高， 不合理的饮食习惯和不健康的生活方式导致的慢性疾病和亚健康人群越来越多[1-2]，其中高血脂症是一种常见的慢性代谢性疾病， 它是导致心脑血管疾病以及糖尿病等疾病发生的直接因素之一[3]。对于慢性疾病患者和亚健康人群而言，改变生活方式、饮食习惯和食用干预型普通食品代替传统的药物治疗已成为食品科技工作者研究的热点。目前，具有血脂干预效用的天然原料及果蔬的研究报道有很多[4-6]，一些果品已被开发成降脂类功能食品[7]，例如山楂。科研工作者提出可以根据原料的特性将普通食品开发成干预或预防某些综合代谢性疾病的特殊医学用途食品[8]。

中国是苹果种植面积和产量最大的国家，其中陕西是中国最大的苹果生产省[9-10]。 苹果中含有丰富的多酚类物质， 研究人员深入研究苹果中多酚单体的生理特性， 证明苹果多酚可降低心血管疾病的风险[11-12]。其中，苹果多酚单体成分绿原酸、儿茶素、 表儿茶素及根皮苷对高血脂症状的缓解具有显著作用[13-16]。主成分分析法及热图法在作物品种筛选以及品质评价等方面具有较强优势，目前被广泛应用于生产中[17-20]。

近年来提取植物中具有降血脂作用的功能性成分及开发天然降血脂保健食品成为科学工作者们关注的热点之一[21]。 目前尚未发现利用多酚单体筛选苹果品种， 开发血脂干预型苹果制品的研究报道[22]。 为了开发血脂干预型复合苹果汁，本研究对20 种苹果汁中的10 种多酚单体及理化指标进行主成分分析和聚类分析， 根据多酚单体成分含量筛选具有较好血脂干预功效的苹果品种并评价其果汁品质， 旨在推动营养干预型苹果深加工产品的开发， 为今后开展果汁血脂干预功效评价提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

20 个栽培面积较大的苹果品种（购于杨凌市场），其中粉红女士、瑞阳、黄元帅、瑞雪、新红星、秦冠、国光、澳洲青苹、金世纪、长富、乔纳金、短富、红将军、玉华、嘎啦产自陕西；阿克苏富士，产自新疆；昭通丑苹果，产自云南；印度青，产自山东；花牛，产自甘肃；王林，产自河北。

多酚标准品：儿茶素、表儿茶素、绿原酸、香草酸、对香豆酸、没食子酸、咖啡酸、阿魏酸、根皮苷、金丝桃苷， 纯度均为98%以上， 美国Sigma-Aldrich 公司。

氢氧化钠、葡萄糖、次甲基蓝、邻苯二甲酸氢钾等（分析纯），西安化学试剂厂；乙腈、甲醇、乙酸（色谱级），美国Sigma-Aldrich 公司。

1.2 仪器与设备

UV-1700 型紫外-可见分光光度计，日本岛津公司；雷磁PHS-3C 型pH 计，上海仪电科学仪器股份有限公司；WYT-4 型阿贝折射仪， 泉州中友光学仪器有限公司；LC-15C 高效液相色谱仪，日本Shimadzu 公司；GP2000-2 榨汁机，南通金橙机械有限公司；RotavaporR-200 旋转蒸发仪， 瑞士Buchi 公司。

1.3 试验与方法

1.3.1 苹果前处理

1）挑选苹果 挑选成熟度适宜、无病虫害且具有该品种典型特征的果实；

2）清洗 去除苹果上的伤疤，洗去苹果表面上的灰尘杂物；

3）榨汁 将苹果切块，使用榨汁机压榨；

4）酶解及澄清 加入果胶酶 （450 mg/L）酶解，酶解温度45 ℃，水浴2 h，抽滤，得到澄清苹果汁。

1.3.2 多酚单体的测定

1）多酚成分的提取 取20 mL 苹果汁样品，用1 mol/L 氢氧化钠和1 mol/L 盐酸溶液分别调节样品pH 值至7.0 和2.0， 每次加入20 mL 乙酸乙酯，萃取3 次。 合并有机相，35 ℃旋蒸至干，加入10 mL 甲醇复溶，0.22 μm 滤膜过滤备用[23]。

2）色谱条件 采用Agilent 5 TC C18色谱柱（250 mm×4.6 mm，5 μm）。 流动相A： 2%乙酸溶液；流动相B：含0.5%乙酸的乙腈-水溶液（1∶1 V/V）。 洗脱程序：流动相B 的体积分数变化如下：0～50 min， 由10%增至55%，50～60 min 由55%增至100%，60～65 min， 由100%减至10%， 平衡10 min。 柱温：30 ℃； 流速：0.8 mL/min； 进样量：20 μL。检测波长：黄烷-3-醇类及二氢查耳酮类280 nm，羟基肉桂酸类320 nm[24]。

1.3.3 基本指标的测定 可溶性固形物（SSC）的测定：折射仪法；pH 值的测定： pH 计；色值的测定：以蒸馏水为参比，测定波长440 nm 处的透光率； 透光率的测定： 以蒸馏水为参比， 测定波长625 nm 处的透光率；总糖（TSS）含量测定：斐林试剂滴定法；可滴定酸（TA）测定：酸碱滴定法；固酸比（RTT）：可溶性固形物与可滴定酸的比值；糖酸比（RST）：总糖与可滴定酸的比值[25]。

1.4 数据分析

采用SPSS18.0 软件对数据进行描述性统计、相关性分析及主成分分析，用HemI 1.0.3 绘制热图。

2 结果与分析

2.1 血脂干预型苹果品种的筛选

2.1.1 苹果中多酚单体的分析 对粉红女士、阿克苏、秦冠、国光、富士等20 种苹果中的多酚单体成分进行分析，结果如表1 所示。

由表1 可知， 不同苹果品种多酚单体含量离散程度较大， 变异系数均在0.5 以上， 其中香草酸、表儿茶素的变异系数大于1，说明这2 种多酚单体在不同苹果品种间的含量差异极显著。 绿原酸、表儿茶素是苹果中主要的多酚单体物质，也是具有血脂干预效用的主要功能成分[26-27]。分析发现20 个苹果品种中，新红星、花牛作为元帅系代表品种[28]，表儿茶素含量高，分别为9.02 mg/L 和8.92 mg/L；不同品种苹果绿原酸的离散度适中，其中秦冠的含量最高（115.92 mg/L），其次是阿克苏（97.56 mg/L）， 而澳洲青苹的绿原酸含量较少，这与前人[29]研究结果一致。 在20 个苹果品种中，儿茶素和根皮苷含量普遍较低， 且不同苹果品种间的含量变异系数较小。

2.1.2 基于主成分分析法筛选苹果品种 依据具有血脂干预功效的多酚单体物质绿原酸、 表儿茶素、儿茶素和根皮苷，采用主成分分析法筛选苹果品种，试验结果如表2，3 所示，PC1 和PC2 得分图如图1 所示。

由表2 可知，前3 个主成分的特征值大于1，其方差贡献率分别为36.324% ，22.211% ，12.906%，累计贡献率为71.411%，说明这3 个主成分综合了苹果多酚单体的绝大部分信息。 由表3 可知，PC1 正载荷量较高的是儿茶素、香草酸、表儿茶素、 金丝桃苷和根皮苷， 即样品得分越偏向PC1 正向区间， 苹果汁中儿茶素和香草酸等的含量越高；PC2 正载荷量较高的是绿原酸、 咖啡酸、阿魏酸，即样品得分越偏向PC2 正向区间，果汁中绿原酸和咖啡酸等的含量越高；PC3 正载荷量较高的是没食子酸和对香豆酸， 即样品得分越偏向PC3 正向区间， 果汁中没食子酸和对香豆酸的含量越高。

表1 20 种苹果多酚组分分析Table 1 Analysis of polyphenols in 20 kinds of apple

表2 10 个主成分方差累计贡献率Table 2 Variance proportion of 10 PCAs

表3 成分矩阵Table 3 Composition matrix

由图1 可知，阿克苏、澳洲青苹、新红星、花牛、昭通和红将军分布在PC1 的正向区间，说明这几个品种中儿茶素、 表儿茶素和根皮苷等功效成分的含量较高，其中阿克苏中的含量最高；秦冠、玉华、 红将军、 嘎啦和国光分布在PC2 的正向区间，说明这几个品种中绿原酸、对香豆酸和阿魏酸等功效成分的含量较高， 其中秦冠的绿原酸含量最高；粉红女士、印度青、王林等分布在PC1 的负向， 说明这几个品种中没食子酸和对香豆酸的含量较高。

2.1.3 热图及聚类分析 对经过标准化的多酚数据进一步表征及聚类分析，结果如图2 所示。

图1 不同品种苹果得分图Fig.1 Scores plot of different apple varieties

由图2 和表1 可知， 苹果汁中绿原酸的含量与其它多酚单体的含量相比普遍较高。 绿原酸列中，秦冠以及阿克苏的区域为亮橘色，说明这2 个苹果品种中绿原酸含量较高。儿茶素列中，澳洲青苹区域呈红色，即其儿茶素含量最高，阿克苏和秦冠呈黄绿色，儿茶素含量在所有品种中排在前位。表儿茶素列中，颜色变化较不明显，新红星、花牛、昭通和阿克苏颜色较浅，说明表儿茶素含量较高。根皮苷区域颜色均无显著变化，即20 种苹果汁中的含量都较低。 此方法分析结果与主成分分析结果一致。

图2 基于多酚的热图及系统树状图Fig.2 Heat map associated with dendrogram based on the polyphenols

由图2 可知，依据多酚组分对20 种苹果汁进行层次聚类分析。 20 种苹果被分为4 组：第1 组由金丝桃苷和根皮苷含量较高的粉红女士、 昭通和阿克苏组成； 第2 组由没食子酸与对香豆酸含量较高的瑞阳、长富、王林、短富和印度青组成；第3 组由表儿茶素、 儿茶素和金丝桃苷含量较高的新红星、花牛和澳洲青苹组成；第4 组为黄元帅、瑞雪、秦冠等剩余9 个品种，此组绿原酸和咖啡酸含量较高， 聚类分析结果与主成分分组结果基本保持一致。 结合主成分分析、 热图与聚类分析可知，阿克苏和秦冠中绿原酸含量最高，且其表儿茶素、儿茶素、根皮苷含量也在20 个品种中位居前列。

2.2 不同品种苹果汁品质评价

2.2.1 苹果汁理化指标的比较 为了评价20 种苹果果汁品质，分析了其理化指标，如表4 所示。同时分析了20 种苹果汁理化指标的相关性，结果见表5。

由表4 可知， 不同苹果品种果汁的可溶性固形物、pH、透光率、色值等基本理化指标存在较大差异。其中色值、可滴定酸、总酚、固酸比和糖酸比的变异系数较大，均在0.35 以上；不同苹果品种间果汁的可溶性固形物、 透光率和总糖离散度较小，变异系数分别为0.13，0.18，0.11；苹果汁的pH值变化范围为3.20～4.31， 其变异系数最小为0.07。

2.2.2 基于主成分分析的苹果汁品质评价 在分析筛选20 种苹果的多酚单体的同时，采用主成分分析法评价果汁品质，如表5～7 所示。

由表5 可知， 前3 个主成分特征值大于1 且累计贡献率达85%以上，贡献率分别为49.897%，22.592%，14.167%， 较好地反映了苹果汁品质信息。由表6 可知，主成分1 载荷量较高的是pH、色值、透光率、可滴定酸、糖酸比和固酸比，主成分2载荷量较高的是可溶性固形物和含糖量， 主成分3 载荷量较高的是总酚含量。

由表7 可知，PC1 得分越高，其可滴定酸含量越低，色值和透光率越高。可滴定酸含量较高的苹果品种最适宜制汁，秦冠排在第12 位，说明其制汁性能较好。PC2 得分越高，苹果汁中可溶性固形物及含糖量较高， 可溶性固形物及含糖量代表了苹果汁营养物质含量，阿克苏排在第2 位。PC3 得分越高，苹果汁中总酚含量越高，以多酚含量为依据筛选得到秦冠总酚含量高于大多数苹果品种，排在第7 位。综合考虑，以多酚为依据筛选出的秦冠和阿克苏，其果汁品质也较好。

3 结论

以具有血脂干预功效的绿原酸、儿茶素、表儿茶素和根皮苷的含量为依据，通过主成分分析法、热图的绘制和聚类分析法筛选并评价苹果品种及其果汁品质，得到以下结论：

表4 20 种苹果汁理化指标Table 4 Physiochemical indexes of 20 kinds of apple juice

表5 9 个主成分方差贡献率Table 5 Variance contribution rate of 9 PCAs

表6 成分矩阵Table 6 Component matrix

表7 苹果主成分因子得分Table 7 Principal component score of apples

1）20 种苹果中多酚单体的含量存在较大差异，其中绿原酸是苹果汁中主要的多酚单体物质。秦冠和阿克苏中绿原酸的含量最高， 并且这2 种苹果的儿茶素、表儿茶素和根皮苷含量在20 种苹果中排在前列。以多酚单体为依据，筛选出秦冠和阿克苏是血脂干预功效较好的2 种苹果。

2）20 种苹果汁的理化指标存在较大差异，通过主成分分析法综合评价， 确定秦冠和阿克苏的果汁品质居前列。