湖南不同产区脐橙品种制汁适宜性分析

舒楠，付复华，李涛，张群*，李绮丽*

1(湖南大学研究生院 隆平分院，湖南 长沙，410125)2(湖南省农业科学院农产品加工研究所，湖南 长沙，410125)3(果蔬贮藏加工与质量安全湖南省重点实验室，湖南 长沙，410125)4(湖南省果蔬加工与质量安全国际科技创新合作基地，湖南 长沙，410125)

我国是柑橘生产大国，2018年柑橘总栽培面积260多万hm2，总产量达到4138.1万t[1]。橙类是我国柑橘的主要品种之一，品种资源丰富，但目前仍以鲜食品种为主。据统计2018年我国橙类产量达720万t，仅有59万t用于加工[2]。湖南作为我国柑橘主产区，种植面积和产量位居全国前列，以脐橙、冰糖橙为代表的橙类种植面积约占柑橘总种植面积的34%[3]。脐橙(CitrussinensisOsb.var.brasliliensisTanaka)是芸香科柑橘属植物甜橙的一类栽培品种，含有丰富的营养物质，其中VA、VB2、Ca、Fe、糖含量以及热量高于其他橙品种，素有“柑橘之王”的美称[4]，是目前主要制汁品种。中国橙汁消费逐年增高，国内橙汁产量远不能满足需求，2018年国内浓缩橙汁消费总量9.9万t(以65 °Brix计)，从国外进口达5.6万t(以65°Brix计)[2]。我国的脐橙品种虽多，但是存在品种结构不合理，缺少加工专用品种等问题，因此开展脐橙制汁品质的研究，筛选加工专用品种势在必行。

制汁适宜性分析中单一指标不能很好地进行评定，需要将多个指标结合起来进行综合评定。主成分分析能将变量重新组合成一组新的互相无关的综合变量，并尽可能多的反映原来变量的信息，是综合评定制汁适宜性较好的方法。HUNLUN等[5]采用主成分分析法对柑桔果实性状与品种、季节的关系进行评价，发现4种南非柑桔的酚类化合物分布和抗氧化能力不同，明显受生长季节的影响。HIRRI等[6]用摩洛哥135个果汁样品的红外光谱数据进行主成分分析，对其品种进行了完全正确的分类。邓健康等[7]对全国55份苹果样品的22个重要指标进行主成分分析，筛选出适宜制汁和不适宜制汁的苹果品种。湖南地域较广，气候差异大，同一品种在不同的种植地也会出现较大的品质差异，本研究在对湖南不同产区20份脐橙样品的17项指标测定的基础上，结合数据进行显著性和主成分分析，建立脐橙制汁适宜性评价体系，为湖南不同产区脐橙制汁品种的选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 原料来源

20份脐橙样品来自湖南10个主产区，原料采摘种类、地点、时间如表1所示。

表1 20份脐橙样品信息Table 1 Information of 20 navel orange samples

1.2 仪器与试剂

手动布朗切半榨汁机，中国九阳股份有限公司；BSA 124S型精密分析天平，广州市授科仪器科技有限公司；游标卡尺，上海申韩量具有限公司；Color Quest XE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；PAL-BX/ACID1型爱拓数显糖酸度计，深圳市徳优平科技有限公司；UV-1800型紫外可见分光光度计，岛津仪器(苏州)有限公司；水浴锅，常州煜焜仪器制造有限公司。

主要试剂：抗坏血酸、没食子酸、芦丁(标准品)，酷尔化学科技(北京)有限公司；KH2PO4、H3PO4、无水乙醇(色谱纯)，成都曼斯特生物科技有限公司；福林酚、NaHCO3、乙醇、NaOH、NaNO2、Al(NO3)3、NaOH(分析纯)，国药集团化学试剂有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 脐橙鲜榨汁制备

按照GB/T 8210—2011《柑橘鲜果检验方法》[8]的方法制备鲜果汁，待用。

1.3.2 脐橙果实外观品质测定

每种样品随机抽取15个果实进行外观品质测定。果皮光滑度、果皮色泽和果形根据鲜果外表实际情况由观察者进行评定。用电子天平测定单果质量，游标卡尺测量果皮厚度、果实赤道部位的横径、果实纵径(由果顶端至蒂端)。每个品种随机选取15个鲜果，切分，对每个样品的籽粒进行计数，结果取平均值。鲜果榨汁计算出汁率，计算方法参照GB/T 8210—2011[8]，如公式(1)所示：

(1)

式中：m，样品果总质量，g；m1，样果中果皮质量，g；m2，样果中种子质量，g；m3，样果中囊瓣皮质量，g。

1.3.3 脐橙汁理化与营养品质测定

1.3.3.1 色度

采用Hunter Lab色度系统对脐橙果汁进行颜色测定，每个指标均进行3次平行测定。L*值为明度指数，L*越大，果汁颜色越亮；a*值、b*值分别为红绿度和黄蓝度[9]，a*>0时，值越大越接近红色；a*<0时，值越小越接近绿色；b*>0时，值越大越接近黄色，b*<0时，值越小越接近蓝色。

1.3.3.2 可溶性固形物和可滴定酸

参考GB/T 8210—2011[8],可溶性固形物采用手持式糖度计测定法测定，可滴定酸采用指示剂滴定法进行测定。

1.3.3.3 抗坏血酸测定

采用高效液相色谱法测定[10]。果汁样品由20 g/L偏磷酸溶液溶解，超声提取5 min后于4 000 r/min离心5 min，取上清液过0.45 μm水相滤膜待测。色谱条件：C18色谱柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；流动相A: 0.01 mol/L KH2PO4缓冲液；流动相B: 无水甲醇；洗脱条件VA∶VB=97∶3等度洗脱；柱温30 ℃；流速0.6 mL/min；检测波长210 nm；进样量10 μL。

1.3.3.4 总酚测定

总酚采用福林-酚法[11]测定。样品预处理：称取混合均匀的果汁5 g置于100 mL具塞三角瓶中，加乙醇溶液(体积分数60%,下同)50 mL，40 ℃超声提取50 min，过滤，滤液入100 mL容量瓶中;上述三角瓶中再加40 mL乙醇溶液，40 ℃超声提取20 min，过滤，合并滤液；用10 mL热乙醇溶液洗涤滤渣，滤液并于容量瓶中，冷却至室温，用乙醇溶液定容至刻度，摇匀，备用。取预处理样品0.5 mL，加入福林酚试剂反应5 min，再加入NaHCO3溶液避光放置1 h，于765 nm波长下测定吸光值，每个样品测3次。结果以每克样品中没食子酸含量(mg)表示。

1.3.3.5 总黄酮测定

参照SZDB/Z 349—2019《食品中总黄酮的测定 分光光度法》[12]进行测定，略有改动。样品预处理同1.3.3.6。吸取2.0 mL样品溶液，置于25 mL具塞比色管中，用乙醇溶液补充至5.0 mL，加1 mL NaNO2溶液，摇匀，放置6 min，加入1.5 mL Al(NO3)3溶液，摇匀，放置6 min，加入4 mL NaOH溶液，用乙醇溶液定容至刻度，摇匀，放置15 min，以不添加Al(NO3)3溶液的试样液作为空白进行校正，在波长510 nm处测定吸光度，每个样品测3次。结果以每克样品中芦丁质量(mg)表示。

1.4 数据处理

SPSS 26.0软件对数据进行均值计算、Duncan法差异显著性检验、Pearson相关性分析、主成分分析。

2 结果与讨论

2.1 果实外观品质分析

20份脐橙样品的9项外观品质指标列于表2。果皮光滑度影响果实加工，若果皮光滑，污垢或微生物难聚集，容易进行机械化清洗[13]，脐橙果皮光滑程度分为粗糙、较粗糙、较光滑、光滑4种。果皮色泽分为橙红和橙黄,果形分为近圆形和倒阔卵形。单果重变化范围131.56～354.43 g，变异系数为22.30%。果实纵径变化范围62.37～92.67 mm，变异系数为9.22%；果实横径变化范围65.53～86.47 mm，变异系数为7.62%。果皮厚度、籽粒数、出汁率反映鲜果加工制汁适宜性[14]。果皮薄、出汁率高的品种更适宜制汁[15]。果皮厚度变化范围3.83～7.00 mm，变异系数为17.84%。出汁率变化范围46.48%～56.25%，变异系数为4.65%，其中‘纽荷尔脐橙-ⅩⅤ’、‘纽荷尔脐橙-ⅩⅣ’、‘纽荷尔脐橙-Ⅺ’、‘津市脐橙’和‘纽荷尔脐橙-Ⅹ’出汁率较高，分别为53.39%、53.79%、54.52%、54.04%和56.25%。柑橘籽中含有丰富的柠檬苦素类化合物，是苦味物质的主要来源[16]，脐橙制汁过程中籽粒数越少果汁口感越好，籽粒数变化范围0.00 ～ 25.67，‘纽荷尔脐橙-Ⅲ’、‘园丰脐橙-Ⅱ’、‘津市脐橙’籽粒数分别为2.33、1.67、25.67，其余样品均为无籽。由以上分析并结合各指标的变异系数可见湖南不同产区脐橙品种外观品质差异较大。

表2 20份脐橙果实的外观品质Table 2 Appearance of 20 navel orange samples

2.2 理化和营养品质分析

对20份样品的理化和营养品质指标进行测定，结果如表3所示，L*值、a*值、b*值、可溶性固形物、可滴定酸、抗坏血酸、总酚、总黄酮含量的平均值分别是29.84、-3.83、18.52、13.73°Brix、0.89%、46.04 mg/100 g、3.02 mg/g、0.38 mg/g。不同指标间变异系数不同，其中可滴定酸和总酚变异系数相对较大，分别为37.08%、31.79%，说明不同脐橙汁可滴定酸和总酚含量差异较大。

表3 20份脐橙汁的理化和营养成分分析Table 3 Content of physicochemical and nutritional components in 20 navel orange juice samples

色度值是影响橙汁感官品质的直观因素，美国橙汁质量标准中，色泽评分占感官评价总分的40%[17]。由表3可知，‘纽荷尔脐橙-Ⅸ’L*值最大，为33.42，颜色最亮；‘纽荷尔脐橙-Ⅲ’L*值最小，为24.16，颜色最暗。a*值为-6.10～-1.36，表征其颜色偏绿；b*值为11.81～28.12，表示其颜色偏黄色，这与王靓钰等[15]的研究结果基本一致。3个色度参数中a*值的变异系数最大，为25.59%，这可能与橙汁中类胡萝卜素的含量差异有关[18]。

可溶性固形物是果蔬中所有溶于水的化合物的总称，主要有糖、单宁、有机酸和少量的色素、矿物质、维生素等[19]，橙汁中蔗糖、果糖、葡萄糖等糖类对甜度影响大[20]。‘纽荷尔脐橙-Ⅹ’可溶性固形物含量最高(15.93 °Brix)，含量最低的是‘津市脐橙’(11.10 °Brix)，这与李大志等[3]的研究结果有差异，可能与脐橙品种有关。

可滴定酸对脐橙汁的酸度有重要影响。可滴定酸含量最高的是‘园丰脐橙-Ⅱ’，为1.31%，‘纽荷尔脐橙-Ⅰ’含量最低，为0.35%，变异系数为37.08%。可滴定酸变异系数较大，说明不同脐橙品种可滴定酸含量差异大，这与李绮丽等[21]的研究结果基本一致。加工型水果要求高糖高酸，相对我国其他地区柑橘来说，如贺州脐橙[22](6个脐橙品种的可滴定酸平均含量为0.33%)，本研究所选脐橙样品可滴定酸含量高，较适宜进行加工处理。

抗坏血酸是一种高效抗氧化剂，参与生物体内重要的生物合成[23]。抗坏血酸是橙汁的重要营养指标之一，橙汁中90%以上的抗氧化活性来源于抗坏血酸[24]。橙汁中抗坏血酸含量高于其他柑橘汁[21]。‘纽荷尔脐橙-Ⅴ’抗坏血酸含量最高，为58.77 mg/100 g，‘纽荷尔脐橙-Ⅰ’抗坏血酸含量最低，为30.30 mg/100 g，与肖南等[22]的研究结果接近。

总酚和总黄酮是柑橘类水果的重要营养指标，黄酮类物质是水果多酚中的主要生物活性物质，此外，多酚类物质还包括单宁类、酚酸类、花色苷类物质。流行病学研究表明，柑橘果实的营养保健价值与其丰富的酚类物质抗氧化活性密切相关[25]。黄酮类物质在体外和体内均具有较强的抗氧化和抗炎活性，对代谢综合征的治疗有积极作用[26]。试验样品中‘纽荷尔脐橙-ⅩⅠ’总黄酮含量最高为0.60 mg/g，‘园丰脐橙-Ⅲ’、‘纽荷尔脐橙-ⅩⅢ’总黄酮含量最低，均为0.23 mg/g。‘纽荷尔脐橙-Ⅱ’总酚含量最高，为5.70 mg/g，‘园丰脐橙-Ⅲ’含量最低，为1.22 mg/g。

2.3 相关性分析

以上多项单一指标对比发现各个品种存在优劣，较难筛选适合制汁的脐橙品种，因此有必要建立一套合理的评价体系。对20份样品的外观、理化和营养品质指标进行相关性分析，相关性系数矩阵如表4所示。果皮厚度和出汁率(r=-0.683**)呈显著负相关，可见果皮越厚，出汁率越低，与前文外观指标分析一致。果实纵径与果实横径(r=0.820**)、单果重(r=0.889**)呈极显著正相关。可溶性固形物含量与抗坏血酸含量(r=0.643**)、可滴定酸含量(r=0.982**)呈极显著正相关，与王靓钰等[15]的研究结果一致。以上各指标间均表现出不同程度的相关性，数据信息有重叠现象，因此采用主成分分析对样品各指标进行综合评价。

表4 20份脐橙样品品质指标的相关系数矩阵Table 4 Correlation coefficient matrix of quality indexes in 20 navel orange samples

2.4 主成分分析

对20份脐橙样品的外观、理化和营养品质进行主成分分析，结果如表5所示，前5个主成分累积方差贡献率达到了82.514%，能够反映绝大部分原始信息。因此，选取前5个主成分作为数据分析的有效成分。

表5 主成分的特征值和贡献率Table 5 Characteristic value and contribution rate of principal components

由表5与表6可知，第1主成分包含了原来信息量的28.727%，与果实纵径、横径、单果重有明显正相关性，即在PC1坐标正向，PC1越大，果实纵径、横径、单果重越大，因此将PC1命名为大小因子。第2主成分包含了原来信息量的20.785%，与抗坏血酸含量有明显正相关性，因此将PC2命名为功能因子。第3主成分包含了原来信息量的15.404%，与出汁率有明显正相关性，将PC3命名为加工因子。第4主成分包含了原来信息量的9.830%，与总酚含量有明显正相关性，将PC4命名为营养因子。第5主成分包含了原信息量的7.768%，与b*值有明显正相关性，将PC5命名为颜色因子。

表6 脐橙品质指标的主成分载荷矩阵Table 6 Principal component load matrix of navel orange quality indexes

第1、3主成分分别包含原来信息量的28.727%和15.404%，从图1可以直观看出各脐橙品种与PC1和PC3的关系。第1区间的4个样品果实纵径、横径、单果重值较大，出汁率较高，为适宜制汁的品种。第2区间的6个样品果实纵径、横径、单果重值相对较小，但出汁率高，也是较适宜制汁品种。第3、4区间的10个样品出汁率较低，不适合制汁。因此，第1、3主成分中较好的品种为‘纽荷尔脐橙-Ⅰ’、‘纽荷尔脐橙-Ⅱ’、‘纽荷尔脐橙-Ⅴ’、‘纽荷尔脐橙-Ⅵ’、‘纽荷尔脐橙-Ⅷ’、‘纽荷尔脐橙-Ⅹ’、‘纽荷尔脐橙-ⅩⅠ’、‘纽荷尔脐橙-ⅩⅣ’、‘纽荷尔脐橙-ⅩⅤ’和‘宜章脐橙’。

图1 主成分分析PC1、PC3得分图Fig.1 PCA score plot of PC1 vs.PC3

第2、4、5主成分分别包含原来信息量的20.785%、9.830%、7.768%。从图2、图3可以直观看出各脐橙品种与PC2、PC4和PC5的关系。先对PC2和PC4组成的二维平面进行分析，第1区间的7个样品抗坏血酸、可溶性固形物、总酚含量较高。第2区间的4个样品总酚含量较高，抗坏血酸、可溶性固形物含量较低。第3区间的2个样品抗坏血酸、可溶性固形物、总酚含量均较低。第4区间的7个样品抗坏血酸、可溶性固形物含量较高，总酚含量较低。抗坏血酸、可溶性固形物、总酚均是橙汁品质的重要评价指标，因此应优先考虑这3个指标均较高的品种，第2、4主成分中较好的品种为‘纽荷尔脐橙-Ⅳ’、‘纽荷尔脐橙-Ⅴ’、‘纽荷尔脐橙-ⅩⅡ’、‘纽荷尔脐橙-Ⅸ’、‘纽荷尔脐橙-Ⅺ’、‘园丰脐橙-Ⅱ’、‘宜章脐橙’。第5主成分得分为正时，橙汁偏黄色泽性状好，应尽量选择第5主成分较大的品种。综合2、4、5主成分，得分较好的为‘纽荷尔脐橙-Ⅳ’、‘纽荷尔脐橙-Ⅴ’、‘纽荷尔脐橙-Ⅳ’和‘宜章脐橙’。

综合考虑前5个主成分，即图1第1、2区间，图3主成分得分均为正的共有品种，‘纽荷尔脐橙-Ⅴ’、‘宜章脐橙’为较适宜制汁的品种。此外，虽然‘纽荷尔脐橙-Ⅹ’第4主成分得分为负、‘纽荷尔脐橙-Ⅺ’第5主成分得分为负，但其综合得分高，且第4、5主成分方差贡献度相对较小，因此也将其列为较适宜制汁品种。

图2 主成分分析PC2、PC4得分图Fig.2 PCA score plot of PC2 and PC4

图3 主成分分析PC2、PC4、PC5得分图Fig.3 PCA score plot of PC2,PC4 and PC5

3 结论

对湖南不同地区20份脐橙样品的果实外观品质、果汁理化和营养品质进行分析，不同地区脐橙的籽粒数、可滴定酸和总酚变异系数较大，分别为382.43%、37.08%和31.79%，而果实纵径、横径和出汁率变异系数较小，分别为9.22%、7.62%和4.65%。

从相关性分析结果来看，脐橙品质指标间表现出不同程度的相关性。籽粒数与可溶性固形物含量呈显著负相关，果皮厚度和出汁率呈显著负相关，果实纵径与果实横径、单果重呈极显著正相关，可溶性固形物含量与抗坏血酸含量、可滴定酸含量呈极显著正相关，总黄酮含量与总酚含量呈正相关。

经主成分分析，提取5个主成分，第1主成分为大小因子，第2主成分为功能因子，第3主成分为加工因子，第4主成分为营养因子，第5主成分为颜色因子。这5个主成分累计方差贡献率达到82.514%，能反映原始变量的绝大部分信息。通过主成分得分图，从制汁适宜性对不同脐橙品种的品质特性进行了评价，‘纽荷尔脐橙-Ⅴ’、‘纽荷尔脐橙-Ⅹ’、‘纽荷尔脐橙-Ⅺ’、‘宜章脐橙’为较适宜制汁的品种。