16個蘋果品種非濃縮還原汁的理化特征分析

茍小菊，田由，郭玉蓉，楊曦，侯燕杰

（陜西師范大學食品工程與營養科學學院，西安 710119）

0 引言

【研究意義】中國是蘋果栽培大國，種植面積與產量均居世界第一，據統計，2016年中國蘋果產量達4.38×107t[1]。除用作鮮食外，大量蘋果尤其是品質良好但外形欠佳的果實一般用作果汁生產的重要原料[2]。蘋果汁按照加工方式不同可分為濃縮還原汁（FC）和非濃縮還原汁（NFC），國內以濃縮蘋果汁為主，而國外非濃縮還原汁較為流行。非濃縮還原汁在口感和營養價值方面均明顯高于濃縮還原汁，隨著人們健康保健意識的增強，非濃縮還原汁將具有極大開發前景[3]。研究NFC果汁生產中的質量監測指標，可為蘋果汁加工產業提供理論依據，同時也可對消費者起到一定的指導意義?！厩叭搜芯窟M展】目前國內外對蘋果汁品質監測分析的報道較少，已有研究大多集中在熱處理方式[4]、超濾和濃縮[5]、反滲透[6]、不同種類酶[7]等加工方式對蘋果汁香氣物質種類和含量的影響方面。此外，也有一些文獻報道了果汁中揮發性成分的定性及定量檢測，高壓和二氧化碳等不同處理對果汁中酚類物質及抗氧化性的影響[8-9]?！颈狙芯壳腥朦c】目前缺少關于非濃縮還原蘋果汁理化指標分析及品質鑒定方面的研究。【擬解決的關鍵問題】選用 16種中晚熟蘋果制備 NFC果汁，通過相關性分析對NFC果汁的8項理化指標進行簡化，同時采用主成分分析、線性判別分析及聚類分析對16種蘋果NFC果汁進行系統歸類，構建非濃縮還原蘋果汁的品質分析及歸類體系。

1 材料與方法

試驗于2016年10月至2017年2月在陜西師范大學食品工程與營養科學學院蘋果副產物開發與綜合利用實驗室進行。

1.1 試驗材料

1.1.1 蘋果品種 本研究選用的16個蘋果品種均于2016年采自西北農林科技大學白水試驗站，品種編號、名稱見表1。所有試驗品種均采于其商業采收期，采后當天即運往陜西師范大學食品工程與營養科學學院冷庫預冷48 h，溫度為4℃。預冷后，每個品種隨機抽取40個大小均一、無病蟲害、無機械損害、成熟度相同的蘋果果實進行榨汁處理。每個品種均進行 3批次的榨汁處理，對每一批次的果汁均進行各理化指標的測定。

1.1.2 蘋果NFC果汁制備 將蘋果清洗、去皮并除去果柄，切成3 cm×3 cm×3 cm的小塊，之后立即浸入0.6%Vc溶液浸泡5 s護色。用榨汁機榨汁后，立即用2層紗布過濾，濾液經巴氏殺菌（98℃，30 s）后立即熱灌裝，冷水冷卻后置于4℃冰箱中備用。

表1 16個蘋果品種Table 1 16 apple cultivars

1.2 主要儀器和試劑

MultiskanGo全波長酶標儀，美國熱電公司；NS810色差儀，深圳市三恩馳科技有限公司；FE20 Plus pH計，梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；TGL-16G高速低溫離心機，上海安亭科學儀器廠；HU-780WN榨汁機，韓國Huron公司；PAL-1手持折光儀，日本 Atago公司；ET76910型濁度計，德國Lovibond公司；RVDV-Ⅱ+Pro型黏度計，美國博利飛公司。

食品級Vc、沒食子酸、氫氧化鈉、碳酸鈉等試劑均由天津市天力化學試劑有限公司生產；福林酚試劑，由Sigma公司生產。除Vc為食品級外，以上試劑均為分析純。

1.3 蘋果NFC果汁品質特性測定

1.3.1 可溶性固形物含量測定 可溶性固形物含量與可溶性糖含量之間極顯著正相關（P＜0.01），在蘋果品質評價中可溶性固形物簡單易測，準確性高[10]。所以本研究采用PAL-1手持折射儀測定蘋果鮮榨汁中可溶性固形物含量。

1.3.2 可滴定酸含量測定 參考《果品質量安全分析技術》[11]進行。

1.3.3 果汁中pH測定 采用FE20 Plus pH計測定，測量溫度為室溫（25±0.5℃）。

1.3.4 固酸比 固酸比按照如下公式計算：

固酸比=可溶性固形物含量/可滴定酸含量

1.3.5 色值 本試驗采用 CIE顏色評價體系，果汁的亮度L*、紅綠值a*值、黃藍值b*值、彩度C*及色彩角度值h°用NS810色差儀測定[12]。

1.3.6 濁度 果汁濁度采用 ET76910型濁度計測定。正式測定果汁濁度前，先用0.1、20、200、800 NTU的標準樣校準儀器，由于本試驗中蘋果汁濁度較大，因此所有試樣稀釋 10倍后正式進行濁度測定。

1.3.7 總酚含量 采用福林酚法測定果汁的總酚含量[13]。

1.3.8 表觀黏度 所有蘋果果汁的表觀黏度均采用RVDV-Ⅱ+Pro型黏度計測定。

1.4 數據分析

上述所有理化指標均重復3次，測定結果用“平均值±標準差”表示。數據顯著性、相關性分析、主成分分析、線性判別分析和聚類分析均采用SPSS 18.0軟件分析，取 P＜0.05為顯著相關，P＜0.01為極顯著相關。此外，采用Origin8.0軟件對主成分分析、線性判別分析和聚類分析的歸類結果作圖。

復色紫薇優化施肥模式研究…………………………………………………………………………… 王 昊，劉 博，蔡衛佳（110）

2 結果

2.1 16種蘋果NFC果汁理化特性分析

2.1.1 16種蘋果NFC果汁常規檢測指標 可溶性固形物（TSS）指能溶于水的化合物，包括糖、酸、維生素、礦物質等，在果汁體系中，主要指可溶性糖[14]。由圖1-A可知，16個品種蘋果汁的可溶性固形物含量都在11.0—16.0 °Brix，其中‘新世界’蘋果的可溶性固形物含量為 15.70 °Brix，顯著高于其他品種（P＜0.05），‘涼香’次之，‘新紅星’蘋果可溶性固形物含量最低，僅為11.07 °Brix。

由圖1-B可知，16種NFC果汁的pH變化幅度不大，均在 2.74—3.43，其中，‘桔蘋’的 pH為3.43，顯著高于其他品種（P＜0.05），而‘澳洲青蘋’的pH最低，為2.74。由圖1-C可知，16種NFC果汁的可滴定酸含量（TA）差異明顯，其中，‘秦艷’的可滴定酸含量最低，僅為3.22 g·L-1；‘紅玉’的含量為9.6 g·L-1，顯著高于其他品種（P＜0.05），‘自由’和‘澳洲青蘋’的含量次之，二者之間無顯著差異。

蘋果汁的口感除了取決于糖、酸含量外，更與糖酸比緊密相關[15]。圖1-D顯示，16種果汁的固酸比范圍在 13.0—40.0，其中‘秦艷’的固酸比為 39.2，顯著高于其他品種（P＜0.05），‘新世界’‘桔蘋’‘富士’的固酸比次之，分別為31.2、30.5、31.1，而‘澳洲青蘋’和‘紅玉’的固酸比最小。固酸比的值越大，說明果汁相對較甜；反之，說明果汁較酸。因此，‘秦艷’果汁的口感相對偏甜，‘紅玉’‘澳洲青蘋’的口感偏酸。

圖1 16種蘋果NFC果汁常規理化指標Fig. 1 The normal physicochemical indices of 16 NFC apple juices

非濃縮還原汁雖然口感、營養價值均高于濃縮還原汁，然而由于非濃縮汁未經濃縮，黏度較低，因此放置過程中易于產生沉淀。一定范圍內，果汁表觀黏度越大，穩定性越好，影響果汁表觀黏度的主要因素是果汁濃度和果汁中的大分子聚合物[16]。圖1-E所示，‘元帥’‘恩派’和‘桔蘋’果汁的表觀黏度為3.75 mPa·s，顯著高于其他品種（P＜0.05），‘玉華早富’果汁的表觀黏度最低，僅為1.25 mPa·s，其余12種果汁的表觀黏度都在2.5 mPa·s左右。

果汁濁度大小主要受果汁中的果膠的含量及果膠的相對分子質量、熱處理的溫度、果汁中不溶性物質等因素的影響[17]。由圖 1-F可知，16種 NFC果汁的濁度在1 452—3 720 NTU，不同品種果汁間濁度差異顯著，其中，‘新世界’果汁的濁度顯著高于其余15個品種果汁（P＜0.05），‘秦冠’次之，為3 675 NTU，‘喬納金’果汁的濁度顯著低于其他品種果汁，每個品種果汁的濁度都存在顯著性差異（P＜0.05）。

蘋果多酚是蘋果次生代謝產物，是蘋果中所含多元酚類物質的總稱，蘋果多酚的種類豐富，主要有二氫查爾酮類、對羥基肉桂酸類、黃烷-3-醇類和黃酮醇類[18]。由圖1-G可知，16個品種蘋果果汁總酚含量在580—780 mg·L-1，其中‘玉華早富’和‘富士’蘋果果汁的總酚含量最高，分別為776和775 mg·L-1，‘喬納金’的總酚含量最低，為585 mg·L-1。

2.1.2 16種蘋果NFC果汁顏色品質差異 色澤是評價果蔬及其加工制品品質的一個重要指標。天然色素類物質，如類胡蘿卜素、花青素和葉綠素是果蔬汁中含有的典型的天然呈色物質，為果蔬汁提供了優良的色澤[19]。由圖2看出，16種NFC果汁顏色差異較為顯著?！厶O’果汁的顏色最淺，其次為‘自由’和‘恩派’，而‘玉華早富’‘涼香’‘秋香’在顏色外觀上更多地表現出深黃色，‘澳洲青蘋’果汁的顏色則更偏向綠色。

圖2 16種蘋果NFC果汁顏色差異Fig. 2 The color of 16 NFC apple juices

2.2 蘋果NFC果汁理化指標相關性分析

由表3可知，pH與可滴定酸呈極顯著負相關關系（P＜0.01），與固酸比呈極顯著正相關關系，相關系數分別為-0.896、0.844。濁度與L*值極顯著正相關，相關系數為 0.967，即隨著濁度的增大，L*值增大。此外，可滴定酸與固酸比極顯著負相關（P＜0.01），與總酚呈顯著正相關關系（P＜0.05），相關系數分別為-0.918、0.561，即隨著可滴定酸含量的增加，固酸比降低，總酚增加。b*值與表觀黏度顯著負相關關系，相關系數為-0.542。

表2 16種蘋果NFC果汁色值差異Table 2 The differences of color among 16 NFC apple juices

表3 10 項理化指標的相關系數Table 3 Correlation coefficient of 10 physicochemical indices

2.3 多元數據分析

2.3.1 主成分分析 本試驗考察特征值λ＞1并綜合考慮方差貢獻率確定最優的主成分數[20]。由表4可知，前3個因子構成的信息量為總信息量的73.86%，并且只有前3個因子的特征值大于1，所以選用前3個因子代表 10項指標的全部信息。第一因子方差貢獻率34.00%，代表性指標（即權重較大的指標）有固酸比、蘋果酸、pH，可定義為風味因子；第二因子方差貢獻率為20.77%，代表性指標有L*值、a*值、濁度，可定義為色澤因子；第三因子貢獻率為19.09%，代表性指標有表觀黏度，可定義為穩定性因子。

圖3顯示，16種果汁總體可分為3大類，即‘玉華早富’和‘喬納金’果汁可歸類為第一類，這兩個品種的果汁位于PC2的負向，而PC2的代表性指標為L*值、a*值、濁度，表明這兩種果汁 L*和濁度低，且顏色更偏綠?！率澜纭汀毓凇瓪w為第二類，這兩個品種的果汁位于PC2的正向，表明這兩種果汁亮度高，濁度高，外觀色澤為深黃色。剩余12種果汁可歸類為第3類，這12個品種都位于PC2的零點位置，說明這幾種果汁表現為接近的外觀因子，濁度、亮度都適中。本試驗檢測的8項指標，包括可溶性固形物、pH、可滴定酸、濁度、色值、固酸比、總酚含量和表觀黏度，可以從色、香、味、穩定性及營養因子來全面評價果汁飲品，在每一類別中果汁的品質接近，即可認為在同一類別中不同品種蘋果制汁和智能復配時可相互替代。

表4 10項理化指標的主成分分析結果Table 4 Principal component analysis of 10 physicochemical indices

圖3 16種蘋果NFC果汁主成分分析Fig. 3 The results of principal component analysis for 16 NFC apple juices

圖4 16種蘋果NFC果汁判別分析結果Fig. 4 The results of linear discriminant analysis for 16 varieties juice

2.3.2 線性判別分析 本試驗線性判別分析數據處理采用最小距離法分類，整個算法實現了有監督分類。由圖4可見，第一判別因子和第二判別因子分別能解釋所有變量的 75.5%和 14.9%，可解釋所有變量的全部信息。該結果的分類與 PCA結果一致，‘玉華早富’和‘喬納金’位于LD1的負向，LD2的零點位置?！率澜纭汀毓凇挥?LD1的正向，LD2的零點位置。剩余12個品種都位于LD1零點位置左右，其中‘元帥’和‘涼香’、‘自由’和‘澳洲青蘋’幾乎重合，表明果汁的品質更接近。該結果與上述的主成分分析結果完全吻合，16種果汁分為3大類，并且每一類別中蘋果品種一致，該結果也從側面驗證了主成分分析結果。

2.3.3 聚類分析 8項理化指標數據經標準化轉換后，采用切比雪夫距離，用離差平方和法進行系統聚類，結果見圖 5?！袢A早富’和‘喬納金’、‘新世界’和‘秦冠’在聚類步徑不到 2.5時已經完成聚類，剩余12種果汁在聚類步徑不到5時完成聚類，其中，‘新紅星’‘富士’‘桔蘋’‘自由’‘秦艷’‘澳洲青蘋’聚為第一小類，‘秋香’和‘粉紅女士’聚為第二小類，‘元帥’‘恩派’‘涼香’和‘紅玉’聚為第三小類。由以上結果顯示，該結果與主成分分析、判別分析的結果完全吻合，16種果汁按其品質可分為在大類，并且3種方法歸類的每一類別中品種相同。

圖5 16種蘋果NFC果汁聚類分析結果Fig. 5 The results of cluster analysis for 16 varieties fruit juice

3 討論

3.1 蘋果品種的選擇及理化性質對果汁品質的影響

蘋果汁理化品質與其原料品種密切相關[21]，本試驗選用的16個蘋果品種均屬于中晚熟品種。與早熟品種相比，中晚熟品種具有產量高、耐貯性佳等特點，在中國廣泛栽培[22-23]。除用作鮮食外，中晚熟蘋果品種也是中國果汁加工產業的主要原料。本試驗以 16種不同品種的蘋果為原料制備NFC果汁，探究了不同品種果汁間的各項理化指標差異。通過對8項指標進行相關性分析，得出 pH和可滴定酸含量呈極顯著負相關關系、pH和固酸比呈極顯著正相關關系，該結論與聶繼云等[23]的研究結果一致。但 pH與可滴定酸的相關系數僅為-0.896，原因可能是果汁體系是一個相對完善的緩沖體系，能夠約束H+的釋放，因此蘋果汁中有機酸并未完全電離，使測定的 pH和可滴定酸含量之間相關系數不高。此外，L*值和濁度呈極顯著正相關關系，相關系數達到0.967，可能是由于L*值直接反映果汁的反光值，反光值越大，表明果汁的透光率越小[24]，說明果汁中果肉攜帶量越大，即濁度越高。聶繼云等[10]對蘋果評價體系已做了詳細研究，簡化了蘋果鮮果的評價指標，本研究在此基礎上，對果汁的理化指標進行了相關性分析，發現pH、可滴定酸和固酸比三者之間有極顯著的相關性，L*值和濁度相關系數極高，因此可將可滴定酸含量作為表征果汁口感的指標，將L*值作為反映果汁濁度的指標，從而簡化了NFC果汁的評價體系。

營養、感官以及色澤是影響果汁品質的主要因素，多酚、可溶性固形物以及可滴定酸含量可以反映果汁的營養品質，而pH、固酸比、濁度和表觀黏度與口感緊密相關，色值可以反映果汁的外觀和色澤[25]。多酚類物質是蘋果及其加工產品重要的風味物質及呈色物質[26]，總酚含量的高低直接反映了不同品種蘋果間的營養差異。可溶性固形物含量和可溶性糖含量之間極顯著正相關關系，相關系數為0.8343[10]，由于蘋果汁中含糖量很高，這些糖分是蘋果汁中可溶性固形物的主要組成成分，因此可溶性固形物含量的高低間接反映了果汁中的糖含量。蘋果果汁體系中可滴定酸以蘋果酸為主，另外還有少量的檸檬酸，有機酸不僅與口感相關，而且還可以抑制多酚氧化酶、過氧化物酶等的活性[25]，對果汁的酶促褐變有很好的抑制作用。pH和固酸比綜合評價了果汁的風味因子，固酸比結合了甜味和酸味，比單一的可滴定酸含量更能反映果汁的口感[27]。濁度和表觀黏度都反應了果汁中果肉含量和不溶物含量的多少，決定了果汁在口腔中的流暢和黏滯程度。在制汁過程中，果汁容易發生褐變，褐變不僅影響果汁的外觀、風味，而且還會造成營養物質的丟失，甚至引起腐敗變質[28]?；ㄇ嘬?、類胡蘿素、葉綠素主要存在于果皮細胞中，花青苷和蘋果中的蘋果酸作用使果皮呈現紅色[29]，而該試驗的原料是去皮去芯處理的，所以導致果汁的a*值普遍為負值，即果汁更偏向綠色。

3.2 評價指標的多元統計分析

主成分分析是一個采用少量綜合指標來代替原來多個指標大部分信息的一種降維分析方法，剔除不重要的部分，保留重要信息[20]。主成分分析用于多指標綜合評價的優點在于可消除評價指標間的相關影響，有助于更客觀地描述樣品的相對地位，有助于保證客觀性[30]。線性判別分析的基本思想是投影后組與組之間盡可能分開，即在該空間中有最佳的可分離性，基本做法是用一定數量的樣本，確定出一套分類判別準則，使得按這套分類判別準則對待模式進行分類所造成的錯誤識別率最小或引起的損失最小，由此得到相應的分類器，按分類判別準則由分類器對待模式進行分類判別，即可輸出分類結果[31]。而聚類分析是將研究對象關系更接近的合并為一類，著重區分類別內和類別間元素組成，明確分類界限，但不會對信息進行刪減、不會區分元素重要性，類別間重要性是等同的[32]。因此，本研究借助于PCA、LDA、CA的分析手段，對這些品質差異相對較大的NFC果汁進行分析，3種統計分析方法均得出了一致的結果，將源自16個不同品種的NFC果汁分為3大類，這 3大類分別代表了濁度低、亮度高、顏色黃綠適中等特色的果汁，同一大類的果汁可以在生產和智能復配中相互替代，為NFC果汁的發展奠定了一定程度的理論基礎。

需要指出的是，目前國內對于NFC果汁還停留在理論方面，未大規模的投入到生產加工中。對于NFC果汁的儲藏問題，還未能得到有效解決。后續將在此研究的基礎上，進一步開展NFC果汁儲藏性問題的研究，為企業生產與儲藏NFC果汁提供理論依據。

4 結論

在非濃縮還原果汁理化指標評價體系中，可用可滴定酸含量替代 pH和固酸比作為果汁酸度的測定指標，以L*值替代濁度作為果汁明亮程度的測定指標，因此，非濃縮還原果汁理化性質評價指標可簡化為可溶性固形物、可滴定酸含量、色值、表觀黏度、總酚含量5項指標，這5項指標可以整體、全面地反映非濃縮還原果汁的理化性質。

此外，‘玉華早富’和‘喬納金’果汁可歸為一類，代表具有低濁度、低亮度為特色的非濃縮還原果汁，‘新世界’和‘秦冠’果汁可歸為一類，代表具有濁度高、顏色深黃為特色的非濃縮還原果汁，‘新紅星’‘富士’‘桔蘋’‘自由’‘秦艷’‘澳洲青蘋’‘秋香’‘粉紅女士’‘元帥’‘恩派’‘涼香’‘紅玉’果汁歸為一類，代表具有濁度居中、顏色黃綠適中為特色的非濃縮還原果汁，同一類別中不同品種非濃縮還原果汁品質接近，可作為制汁和智能復配的替代品種。

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