蓝莓果实品质分析与评价研究进展

邹雪梅,卜庆状,张馨予,詹德江,陈 芳,王建忠

(辽宁省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所,辽宁 沈阳 110161)

蓝莓为杜鹃花科越橘属蓝浆果组多年生灌木植物,发源于北美,我国从2000 年开始广泛推广种植。 截至2020 年,我国蓝莓种植面积达6.64 万hm2,占全球总种植面积的32.28%,年产量34.72 万t,占全球总产量的25.02%,蓝莓种植面积和总产量均为全球第一[1]。 蓝莓的栽培品种多达450 种,包括高丛、兔眼和低丛蓝莓,其中,高丛蓝莓分为北方高丛、半高丛和南方高丛蓝莓,以南高丛品种选育研究最为活跃。 我国的蓝莓栽植产区主要有长白山、辽东、胶东、长江流域和云贵地区等,受各产区气候条件及市场需求影响,各产区主栽蓝莓品种各不相同,表现在北方产区品种优化趋于稳定,主要品种有‘瑞卡’、‘北陆’、‘杜克’、‘醉婆’、‘蓝丰’等,南方产区品种多样,涵盖南高丛、兔眼及少量北高丛蓝莓品种。

蓝莓果实多为蓝紫色,果肉细腻,饱满多汁,酸甜可口,果味清香,富含多种营养元素,除了富含多种糖类、氨基酸、维生素和矿物质外,还富含花色苷、绿原酸、熊果酸、鞣花酸等多种生物活性物质[2],具有改善视力、保护神经、抵御衰老、抗肿瘤、提高免疫力等保健作用[3],可以减少心血管疾病、高血压和糖尿病等慢性疾病的发病机率[4],是名副其实的健康水果,享有“黄金浆果”的美名。

蓝莓的产品形式是鲜果和加工产品,主要用于鲜销,不同品种、不同产区的蓝莓在口感和营养成分方面会有较大差异,价格相差悬殊[5]。 不同用途的蓝莓对果实品质的要求不同,蓝莓果实品质主要受品种、产地、成熟度、栽培模式、管理技术等影响[6～10]。 目前,虽然对蓝莓品质分析与评价的研究报道较多,但评价指标较为混乱,未形成系统的蓝莓品质评价指标体系,专用品种的品质评价体系尚不完善,不能有效指导地区的蓝莓生产,一定程度上制约着蓝莓产业健康发展。 本文从蓝莓的感官、加工和理化营养品质3 个方面对蓝莓果实品质分析的研究情况进行综述,总结了蓝莓果实品质综合评价的方法,以期为建立完善的蓝莓评价指标体系提供依据,为蓝莓相关标准修订、蓝莓良种选育以及蓝莓产业优化提供参考。

1 感官品质分析

蓝莓的感官品质主要包括单果质量、果实比重、果形指数、色度、质构特性和挥发性风味物质等。

蓝莓的单果质量关系到蓝莓的产量,会影响鲜食蓝莓的销售价格,单果质量大于2.5 g 的蓝莓品种较少,‘钱德勒’的平均单果质量高达3.01 g[11]。 果实比重即相对密度,蓝莓的果实比重在1 g/cm3左右[12]。 果形指数由蓝莓果实的纵径和横径的比值来代表,可以直观辨别蓝莓果实的形状,是鲜食蓝莓的主要外观品质指标,影响蓝莓整果的加工一致性,比值在0.6～0.8 之间,蓝莓是扁圆形,在0.8～0.9 之间,蓝莓是圆形或近圆形,在0.9 ～1.0之间,蓝莓是椭圆形或圆锥形,比值大于1.0,蓝莓是长圆形,各种果形的蓝莓均有分布[13],同种蓝莓果形指数的产地差异较小。 蓝莓颜色是水果重要的外观指标,会影响消费者的选择,蓝莓果实颜色由色差仪测定的色度表示,色差仪中L 值表示亮暗程度,a 值表示红绿色度,b 值表示黄蓝色度,蓝莓普遍呈现出明亮的蓝紫色[14]。

蓝莓的质构特性包括硬度、胶粘性、凝聚性、咀嚼性和回弹性等,品种间差异较大,各参数之间具有一定的相关性,其中研究较多的质构参数是硬度,果实硬度体现蓝莓的运输和贮藏性能,关系到蓝莓的成熟度和货架期,而成熟度是划分蓝莓等级的主要指标(GB/ T 27658-2011《蓝莓》)。 周江伟等利用质构仪细分研究到蓝莓果皮硬度和果肉硬度,大粒蓝金的果皮硬度和果肉硬度均最大,分别为225.29 g 和28.12 g[15]。 李瑞等利用质构仪测得蓝莓果实硬度数据,借助红外光谱仪对蓝莓进行高光谱成像,构建出的蓝莓果实硬度模型可较准确预测蓝莓果实硬度,实现蓝莓果实硬度的无损检测[16]。

挥发性香气成分是评价水果品质重要的指标,蓝莓的挥发性香气成分构成复杂,主要为醇类、醛类和酯类,香型主要为草香和果香[17],蓝莓果实挥发性香气的种类、含量及特征香气在种群内和种群间均差异显著。 检测方法有感官评价法、色谱法、质谱法以及传感器技术。 姚依林等利用顶空固相微萃取—气质联用技术分析了贵州地区4 种蓝莓的挥发性成分,‘蓝丰’蓝莓的挥发性成分种类最多,多达51 种,主要是桉叶油醇和芳樟醇,每种蓝莓又存在独特的挥发性成分,‘沃农’蓝莓烯烃类占比最高,不同于其他3 种蓝莓[18]。 魏鑫等利用电子鼻传感器对20 种蓝莓进行香气成分的测定,‘奥尼尔’蓝莓的烷烃、甲烷、硫化氢、乙醇和有机硫化物含量高于其他品种,不同品种蓝莓在硫化氢和甲烷含量上存在差异[19]。

2 加工品质分析

蓝莓果实的加工品质与产品类型、加工工艺等有关,研究较多的加工品质主要包括水分含量、出汁率、电导率和果皮质量分数等。

蓝莓果实的水分含量和出汁率是评价蓝莓酒、蓝莓饮料加工适宜性的主要参数,蓝莓果实的水分含量大于80%,品种、产地间差异较小,蓝莓的出汁率受品种、产地影响较大[20]。 蓝莓的电导率与温度和可溶性固形物相关,除了蓝莓品种的因素外,产地因素也会导致蓝莓的电导率 不 同, 安 徽 地 区 的‘ 奥 尼 尔’ 电 导 率 为1.07 μS/cm[21],而 青 岛 地 区 的‘奥 尼 尔’ 电 导 率 为2.62 μS/cm[22]。 果皮质量分数与硬度、果形指数和果实大小有关,因花色苷主要存在于水果的果皮中,果皮质量分数也决定蓝莓中花色苷的含量,对水果的运输、贮藏影响较大,是衡量蓝莓鲜食和加工用途的重要指标,果皮薄,适合鲜食,果皮厚,适合加工蓝莓果粉。

3 理化营养品质分析

蓝莓的理化营养品质主要包括可溶性固形物、糖、酸、氨基酸、维生素、矿物质元素以及总酚、总黄酮、花色苷等在内的抗氧化活性物质等。

3.1 可溶性固形物

可溶性固形物是一个统称,包含水溶性的糖、酸、维生素、矿物质等所有水溶性化合物,是衡量蓝莓鲜食口感和加工适应性的重要指标,测定方法有折射仪法和近红外光谱法。 蒋芯等通过折射仪法研究27 个蓝莓品种中可溶性固形物含量在8.34%～13.18%之间,存在品种间的差异[23]。 王珊珊等在可溶性固形物数据的基础上,通过近红外漫反射光谱技术对6 个蓝莓品种进行一阶导数光谱分析,利用主成分分析法搭建的预测模型,可准确、无损地预测蓝莓果实中的可溶性固形物含量[24]。 与可溶性固形物有关的固酸比也是评价蓝莓品质的常见指标,固酸比由可溶性固形物含量和可滴定酸的比表示,固酸比越高,蓝莓果实的成熟度越高[25]。

3.2 糖和酸

糖和酸是评价蓝莓品质的风味指标,蓝莓的酸甜口味既与糖酸含量、种类有关,也与糖酸的比例有关。 蓝莓果实的糖酸品质评价,主要涉及总糖、还原性糖、可溶性糖、总酸、有机酸以及糖酸比,测定方法有比色法、滴定法、色谱法等。 蓝莓品种不同,所含的糖酸含量和比例存在差异,研究表明,整体有机酸含量由高到低依次为北高丛、半高丛和矮丛,北高丛蓝莓有机酸含量种间差异较大,糖含量由高到低依次为兔眼蓝莓、高丛和半高丛、野生型矮丛蓝莓[26];蓝莓果实中的可溶性糖大部分是果糖和葡萄糖,且二者比例相当,是单糖积累型水果,有机酸有柠檬酸主导的柠檬酸优势型,主要存在于高丛和半高丛蓝莓品种中,也有以奎宁酸为主的奎宁酸优势型,如矮丛蓝莓‘美登’;南高丛蓝莓‘夏兰普’和‘奥尼尔’的糖酸比要高于兔眼蓝莓‘粉蓝’和‘杰兔’[27]。 吴林等通过高效液相色谱法比较云南丽江和吉林靖宇两个地区的不同蓝莓品种糖酸组成,证明了环境因素会影响蓝莓糖酸组分的积累,并且云南丽江的‘北陆’糖酸比最高,达到81.31,适合鲜食,吉林靖宇的蓝莓糖酸比均较低,适合加工成果酒、果汁等[28]。 ZHANG 等利用离子色谱仪和高相液相色谱仪,采用相关性分析和主成分分析相结合的方法得到葡萄糖、果糖和蔗糖与总糖含量呈正相关,柠檬酸含量与可滴定酸和总有机酸呈正相关,不同地区蓝莓的糖酸含量差异显著(P＜0.05),营口蓝莓比威海蓝莓具有更高的含糖量和较低含酸量[29]。

3.3 蛋白质和氨基酸

蓝莓中的粗蛋白质含量在0.38 ～0.89 g/100g 之间,品种间存在差异[30]。 蓝莓果实中含有多种氨基酸,氨基酸组成和含量因品种的不同而存在差异,测定方法有氨基酸自动分析仪法和高效液相色谱法。 严红光等通过反相高效液相色谱技术检测到6 种蓝莓果实中含有15 种氨基酸,其中包括6 种必需氨基酸[31]。

3.4 维生素

蓝莓果实富含VA、VB 族、VC、VE 等多种维生素,研究较多的是VC,VC 既是营养成分,又具有抗氧化作用,检测方法有比色法、滴定法、色谱法、质谱法。 葛翠莲等利用钼酸铵分光光度法对江西南昌种植的10 种蓝莓进行维生素C 含量测定,其含量在0.068 ～0.344 mg/g 之间,维生素C 含量在蓝莓品种中具有差异,所测品种中,‘美蓝’的维生素C 含量最丰富[32]。

3.5 矿物质

蓝莓果实富含钙、铁、锌、镁、钾、铜、锰、硒等多种矿物质元素,品种间元素含量存在差异,测定方法有滴定法、光谱法、色谱法、质谱法等。 研究表明,国标法测定野生蓝莓中铁含量高达 5.75 mg/100g, 锌含量为1.95 mg/100g,高于蓝靛果中锌和铁的含量[33]。 陈亮等利用电感耦合等离子发射光谱仪检测到蓝莓中钾、磷、钠、钙、锰元素含量较高,锌元素含量较低[34]。

3.6 抗氧化活性物质

3.6.1 总酚

酚类物质是天然次生代谢物,是生物活性化合物,可以抑制自由基,具有很强的抗氧化活性。 蓝莓果实中总酚的检测方法有比色法、高效液相色谱法等,与色谱法相比,比色法没有特异性,会因为非酚类物质的干扰而高估总酚含量。 唐柯等利用福林酚比色法测定兔眼、高丛、矮丛蓝莓的总酚含量,总酚含量在品种间存在差异,表现最为突出的是矮丛蓝莓‘美登’,为6.49 mg/g FW。 通过高效液相色谱法测定了3 个系列蓝莓中酚类物质的类别,酚酸主要为绿原酸,黄烷醇主要为芦丁,矮丛蓝莓的单体酚总量高于其他两种[35]。 此外,通过相关性分析,发现总酚含量与抗氧化能力为正相关的关系。 MUSTAFA 等建立了同时测定蓝莓、草莓及其果酱中36 种酚类化合物的高效液相色谱—串联质谱法,蓝莓果实中总酚含量高于草莓,且主要的酚类化合物为花色苷、黄酮醇和酚酸,酚类化合物的量与蓝莓的抗氧化性存在相关性[36]。

3.6.2 总黄酮

蓝莓果实中含有的黄酮类化合物有儿茶素、槲皮素、芦丁、山奈酚等,具有抗氧化、消炎、抗癌等保健作用。 总黄酮的测定方法有比色法、色谱法等。 熊颖等测得湖南地区5 种兔眼蓝莓果实中总黄酮含量在0.61 ～0.97 mg/g,其中,‘昂丝萝’的总黄酮含量最高,总黄酮与蓝莓果实清除DPPH、ABTS 自由基的能力联系较弱[37]。总黄酮与铁离子还原能力相关性更强,与蓝莓果实的抗氧化能力呈正相关[38]。

3.6.3 花青素和花色苷

蓝莓果实中花色素主要有芍药素、锦葵素、飞燕草素、矮牵牛素、矢车菊素,花色素通过糖苷键与糖基相连,生成对应的花色苷,联接的糖基主要有葡萄糖、半乳糖和阿拉伯糖[39],花色苷具有防止衰老、保护心血管、改善视力等功效。 花青素测定方法有pH 值示差法,花色苷种类测定方法有色谱法、质谱法。 韩豪等利用超高效液相色谱—三重四级杆串联质谱仪分析出陕西地区的‘灿烂’蓝莓中含有19 种花色苷,包括天竺葵素类,带半乳糖花色苷的高于葡萄糖和阿拉伯糖[40]。 张晓晓等利用高效液相色谱串联电喷雾质谱法检测到兔眼蓝莓果实中存在13种花色苷,锦葵-3-O-半乳糖苷在所有组分中占比最高。不同种植地区,花色苷的种类和含量有差异,低纬度、高海拔的种植环境更有利于蓝莓果实花色苷的积累[41]。 LI等利用高效液相色谱—离子阱质谱仪对中国4 个不同产地的6 种蓝莓进行花色苷分析,识别出13 种花色苷,同一品种在不同产地、不同年份的总花色苷含量差异较小,但不同产地的同一种蓝莓所含花色苷组分的比例存在差异,主成分分析表明可以根据花色苷组分的比例区分蓝莓品种[42]。 李颖畅等使用制备型高效液相色谱对‘圣云’蓝莓的花色苷组分进行分离,对分离出的3 个花色苷组分进行抗氧化性分析,矢车菊苷的抗脂质体过氧化能力、还原力、·OH 和DPPH 自由基清除能力均高于锦葵苷和酰化的锦葵苷,蓝莓果实花色苷的抗氧化性与花色苷的浓度和种类有关[43]。

3.7 抗氧化能力评价

蓝莓果实体外抗氧化能力的衡量参数主要有清除DPPH、ABTS、活性氧和羟自由基的能力,铁离子还原能力(FRAP),β-胡萝卜素/亚油酸法等,考虑到抗氧化活性物质、自由基及其作用机制的复杂性,通常用两种以上方法来评价抗氧化能力。 RODRIGUES 等利用ABTS、DPPH、FRAP 和β-胡萝卜素/亚油酸方法来评价10 种巴西蓝莓的抗氧化活性,品种、产地之间存在差异[44]。 施春晖等分析了6 种蓝莓的DPPH、FRAP 清除自由基的能力,品种间存在差异,二者均与花色苷含量呈显著相关,北高丛蓝莓‘埃利奥特’的抗氧化能力最高,DPPH 自由基清除率达到93.98%,FRAP 达到4.04 mmol[45]。 邹仕昱等比较了蓝莓、桑葚和红薯的抗氧化能力,在DPPH 抗氧化能力上,蓝莓强于桑葚和红薯,而在ABTS 抗氧化能力上,桑葚强于蓝莓,可能是两种抗氧化试验的机制不同[46]。

4 蓝莓果实品质综合评价方法

由于蓝莓果实品质评价指标众多,需要对多个指标综合探讨,分析出可以反映蓝莓果实总体特征的指标,目前常用的统计分析方法有主成分、聚类、相关、层次和灰色关联度分析法等,各分析方法之间可以相互结合,更加全面评价蓝莓果实的品质。

4.1 主成分分析法

主成分分析是将多个指标进行降维处理,筛选出较少指标来代表整体品质的方法。 姚会敏等分析了10 个蓝莓品种功能活性成分,提取出3 个主成分,可以体现绝大部分的原始数据信息,通过主成分分析综合评分,‘奥尼尔’在功能性成分方面得分最高,适宜功能成分的开发加工[47]。

4.2 聚类分析法

聚类分析是在不削减信息的情况下,将特征相似的对象划归到一类的方法。 欧晓华等对9 种蓝莓果实品质进行聚类分析,将其分为4 类,适宜加工果汁的‘夏普蓝’,果品质量中等的‘顶峰’,适合鲜食的‘奥尼尔’、‘园蓝’、‘独秀’以及适宜加工果脯的‘巴尔德温’、‘杰兔’、‘粉蓝’和‘灿烂’[21]。

聚类分析多与主成分分析结合评价蓝莓果实的综合品质。 许文静等通过O 型聚类、R 型聚类分析分别将6个蓝莓品种、20 个品质指标分为3 类,结合主成分分析提取出的3 个主成分,得到蓝莓果实品质的核心指标为糖酸比、黄酮、花青素、硬度、咀嚼性和胶黏性[14]。 谢国芳等对16 个蓝莓的品质数据进行聚类和主成分分析,提取6个主成分,建立了不同产地蓝莓果实品质综合评价体系[20]。

4.3 相关性分析法

相关性分析是研究变量之间的相关关系,可以对重叠指标加以简化的方法,通常与主成分分析和聚类分析结合评价。 王学瑛等利用相关性分析和主成分分析对宣城地区3 种蓝莓进行综合评价,确定总糖、维生素C、花青素、总多酚以及总黄酮指标为蓝莓果实品质的关键指标[48]。 刘艺等研究了36 种不同产地的蓝莓在色度、花青素、总黄酮、总多酚、多糖等指标之间的相关性,借助主成分分析和聚类分析方法对蓝莓果实品质综合评价,确定了花青素、总多酚和总多糖为蓝莓果实品质的代表性指标,聚类分析的结果与主成分分析的结果一致[7]。

4.4 层次分析法

层次分析法是通过判别矩阵,计算各参数的权重,将复杂的参数分解为多个层次,比较其重要性的方法。 刘丙花等比较了22 个品种蓝莓果实的品质指标,用相关性与主成分分析共同评价,确定了5 项关键指标,依据层次分析法计算关键指标的权重值,搭建数学模型求得蓝莓评价指数,得到用于鲜食和加工的蓝莓主成分组合,以此区分适用于鲜食和加工的不同蓝莓品种[13]。 层次分析也可与其他分析方法结合评价,张佳等对92 个蓝莓样品的7 项果实品质参数进行相关性分析,通过因子分析、层次分析以及聚类分析建立4 项代表性指标评分标准,将蓝莓样品分为3 个等级,实现的蓝莓果实品质的综合评价[49]。

4.5 灰色关联度分析法

灰色关联度法是用来反映变量在动态发展过程中关联程度的方法,成柯等对7 个品种蓝莓的自由基清除能力和抗氧化物含量进行关联分析,结果表明ABTS 清除自由基的能力与蓝莓中抗氧化物质的含量呈正相关,尤其是与总酚含量关联性最强,而DPPH 则无此关联,ABTS法比DPPH 法更适合评价蓝莓的抗氧化性[50]。

5 展望

虽然目前关于蓝莓果实品质分析与评价方面的研究较多,但均没有建立统一的品质分析方法及严格的评价体系,国家标准(GB/ T 27658-2011《蓝莓》)和农业标准(NY/T 3033-2016 《农产品等级规格 蓝莓》)对蓝莓进行了分级,但均只涉及外观品质等级划分,未涉及内在营养品质。 随着蓝莓产业体系的发展,建立完善的产品标准体系必不可少,今后应开发更多快速、可靠、灵敏的品质分析方法,建立全面、完善的品质分析标准,深度挖掘蓝莓特征组分,构建包含营养品质在内的蓝莓果实品质综合评价模型,建立不同蓝莓品种的指纹图谱,组建系统的蓝莓专用品种数据库,为蓝莓相关标准修订、蓝莓产业结构调整以及优质蓝莓产品开发提供理论依据。