草莓汁中糖酸組成分析及在摻假鑒別中的應用

李佳秀,張春嶺,劉 慧,陳大磊,劉杰超,焦中高

(中國農業科學院鄭州果樹研究所,河南鄭州 450009)

草莓為薔薇科草莓屬多年生草本植物,其成熟果實含水量高、皮薄、組織嬌嫩、肉軟多汁,易受微生物浸染,貨架期短,不耐貯運,因此常被加工成草莓汁、草莓漿、草莓醬、草莓罐頭等產品,以緩解草莓供應期短、上市集中的壓力,減少采后損失,并為消費者提供多樣化選擇[1]。其中,草莓汁因其色澤鮮艷、營養價值高而深受市場歡迎,成為草莓深加工的主導產品。關于草莓汁的加工已有較多研究,但主要集中于加工工藝條件及其對草莓汁理化特性和貯藏性的影響[2-7],關于草莓汁的糖酸組成以及摻假鑒別則未見報道。

表1 供試摻假樣品及編號Table 1 Numbers of tested adulterate samples

可溶性糖和有機酸是果汁中主要的營養成分和風味物質,其組成與含量是影響果汁口感、滋味、風味及穩定性的重要因素[8-11]。對果汁中可溶性糖、有機酸的組成與含量進行分析不僅有助于了解果汁的營養與風味特征,而且可利用果汁的糖、酸組成特征對果汁種類及摻假行為進行區分和鑒別。Navarro等[12]采用毛細管區帶電泳法對蘋果、葡萄、柑橘、橙、菠蘿等5種果汁中的可溶性糖含量,發現不同種類果汁中各種可溶性糖的比例存在明顯差異,因此可利用不同可溶性糖含量的比值結合化學計量學分析對果汁種類及摻入葡萄汁的橙汁、菠蘿汁進行區分;蘇光明等[13]通過分析蘋果汁和摻假蘋果汁中有機酸的組成與含量,利用二元邏輯回歸分析建立判別模型,用于摻假蘋果汁的鑒別;通過測定葡萄汁中的山梨醇含量可以判別其中是否摻加蘋果汁[14];利用有機酸組成及含量結合化學計量學分析也可實現蘋果、葡萄、柑橘、橙、菠蘿等5種果汁的區分[15]。Nikolaou等[16]通過分析希臘鮮橙汁中有機酸和可溶性糖的組成還實現了對不同產地的區分。

本研究采用高效液相色譜法(high performance liquid chromatography,HPLC)對不同品種草莓果汁中的可溶性糖和有機酸組成與含量進行分析,以了解草莓汁的糖酸組成特征及品種的影響,在此基礎上通過對模擬摻假草莓汁的糖酸組成分析結合化學計量學方法探索其在草莓汁摻假鑒別中的應用效果,以期為草莓汁的質量控制提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

草莓 采自中國農業科學院鄭州果樹研究所草莓資源圃,共10個品種,分別為豐香(CM1)、甘露(CM2)、京藏香(CM3)、京醇香(CM4)、南方紅顏(CM5)、寧玉(CM6)、甜查理(CM7)、章姬(CM8)、紫金香玉(CM9)、佐賀清香(CM10),每個品種在成熟期采收1次,果實采收后立即運抵實驗室,剔除病蟲害果、腐爛果,選取大小、著色基本一致的果實供制汁用;果膠酶(>40 PA/mg)德國DSM公司;棉子糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨醇、草酸、酒石酸、奎寧酸、蘋果酸、莽草酸、乳酸、檸檬酸、富馬酸 純度98%以上,美國Sigma公司;EDTA二鈉鈣 分析純,美國Aladdin公司;磷酸 分析純,天津市致遠化學試劑有限公司;磷酸氫二銨 分析純,天津市科密歐化學試劑有限公司。

1525高效液相色譜儀(配有2707自動進樣器、2414示差折光檢測器、2998二極管陣列檢測器)美國Waters公司;九陽料理機 九陽股份有限公司;L-550離心機 湖南湘儀離心機儀器有限公司;砂芯過濾裝置 津騰實驗設配有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 草莓汁制備 按照以下工藝制備草莓汁:

草莓果實→去萼片→打漿→滅酶(沸水浴,5 min)→冷卻→加果膠酶酶解(0.1%,50 ℃,40 min)→冷卻→離心(4000 r/min,10 min)→過濾→草莓汁

制得的草莓汁貯存于-80 ℃超低溫冰箱,分析前取出2 mL加水定容至10 mL,用0.22 μm微孔濾膜過濾。

1.2.2 模擬摻假 草莓汁中分別摻加20%、40%、60%、80%、100%的梨汁、蘋果汁、桃汁和杏汁作為偽品,樣品編號見表1,用于摻假測試的蘋果汁、梨汁、桃汁和杏汁的糖酸組成見表2。

1.2.3 可溶性糖組成分析 HPLC法[17],以棉子糖、蔗糖、葡萄糖、果糖、山梨醇為標準品采用外標法測定草莓汁中可溶性糖的組成與含量。色譜條件為:Waters Sugar-pak1(6.5×300 mm)色譜柱,流動相50 mg/L EDTA二鈉鈣溶液,流速0.5 mL/min,柱溫80 ℃,樣品池溫度30 ℃,進樣體積10 μL。

1.2.4 有機酸組成分析 HPLC法[18],以草酸、酒石酸、奎寧酸、蘋果酸、莽草酸、乳酸、檸檬酸、富馬酸為標準品采用外標法測定草莓汁中有機酸的組成與含量。色譜條件為:Ultimate? AQ-C18(4.6 mm×250 mm,5 μm)色譜柱,流動相為0.02 mol/L磷酸氫二銨溶液(磷酸調pH為2.4),流速1.0 mL/min,柱溫30 ℃,進樣體積10 μL,檢測波長210 nm。

1.2.5 數據處理 每一試驗均進行3次重復,采用SPSS 22.0軟件對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同品種草莓果汁中可溶性糖的組成與含量

表2 用于摻假測試的梨汁、蘋果汁、桃汁和杏汁的糖酸組成Table 2 Compositions of soluble sugars and organic acids in pear,apple,peach and apricot juice for adulteration test

表3 不同品種草莓果汁中可溶性糖的組成與含量Table 3 Composition and contents of soluble sugars in strawberry juices of different varieties

注:同一列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。草莓果汁中的可溶性糖主要由蔗糖、葡萄糖和果糖組成,棉子糖、山梨醇均未檢出。由表3可見,不同品種草莓果汁中蔗糖、葡萄糖、果糖及總可溶性糖含量均存在較大差異,變異系數分別為54.53%、11.50%、11.60%和18.15%。供試的10個品種中,南方紅顏草莓汁中蔗糖含量最高,而其它品種草莓汁中均以果糖含量為最高,其次為葡萄糖,蔗糖含量相對較低。說明原料品種對草莓果汁中可溶性糖的組成與含量存在較大影響。這與Lerceteau等[19]對草莓果實的研究結果相一致。在所有供試草莓汁中,果糖含量均略高于葡萄糖,而且不同品種草莓果汁中葡萄糖與果糖的比值差異較小,變異系數僅為1.48%,說明草莓汁中葡萄糖與果糖的比值受品種的影響較小,因此可以作為草莓汁質量評定和摻假鑒別的一個重要指標。高海燕等[20]在對不同品種梨汁的研究中也發現,梨汁中葡萄糖、果糖含量及其之間的比值受品種影響較小,因此可作為判斷梨原汁質量優劣和真偽的重要指標。

2.2 不同品種草莓果汁中有機酸的組成與含量

草莓果汁中的有機酸主要由蘋果酸、檸檬酸和富馬酸組成,草酸、酒石酸、奎寧酸、莽草酸、乳酸均未檢出。由表4可見,不同品種草莓果汁中蘋果酸、檸檬酸、富馬酸、總有機酸含量及檸檬酸與蘋果酸之間的比值均存在較大差異,其變異系數分別為24.21%、20.33%、42.95%、14.10%和34.67%。說明原料品種對草莓果汁中有機酸的組成與含量存在較大影響。供試的10個品種的草莓汁中,有機酸組成均以檸檬酸含量為最高,占草莓汁中檢測到總有機酸含量的62.39%～82.73%,其次為蘋果酸,占16.22%～37.51%,富馬酸含量很少,僅占0.05%～0.17%。Lerceteau等[19]在對草莓果實的研究中也發現草莓中主要有機酸為檸檬酸和蘋果酸,而且檸檬酸含量遠高于蘋果酸,但沒有檢測到富馬酸。研究表明,櫻桃果汁中有機酸組成以蘋果酸為主,蘋果汁、梨汁、桃汁中含有奎寧酸,而且蘋果酸含量一般高于檸檬酸,表現出與草莓汁不同的有機酸組成特征,因此可以利用有機酸組成分析來辨別草莓汁與其他果汁[18]。

表4 不同品種草莓果汁中有機酸的組成與含量Table 4 Composition and contents of organic acids content in strawberry juices of different varieties

注:同一列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

表5 不同品種草莓汁中可溶性糖、有機酸組分的相關性Table 5 Correlations among soluble sugars and organic acids of different raspberry juices

注:*相關性顯著(P<0.05);**相關性極顯著(P<0.01)。2.3 相關性分析

對不同品種草莓汁中可溶性糖、有機酸組分進行相關性分析,結果見表5?？偪扇苄蕴呛颗c蔗糖、葡萄糖、果糖含量均呈顯著正相關或極顯著正相關,說明這三種糖均為草莓汁中重要的可溶性糖組分,也與草莓汁中各種糖的分布情況相符?？傆袡C酸含量與檸檬酸含量極顯著正相關(r=0.926,P<0.01),這與檸檬酸在草莓汁總有機酸含量中所占的比例大相符合?？偪扇苄蕴桥c總有機酸、總可溶性糖與檸檬酸、蔗糖與檸檬酸、葡萄糖與富馬酸、果糖與富馬酸、葡萄糖與果糖之間均呈顯著正相關或極顯著正相關,說明草莓中可溶性糖和有機酸組分的代謝調控存在一定的關聯性。Lerceteau等[19]在對草莓果實的研究中也有類似發現。

2.4 摻假鑒別

2.4.1 主成分分析 按照1.3.2方法制備模擬摻假果汁,分析其中的可溶性糖和有機酸組成,與10個草莓原果汁的分析結果一起組成數據矩陣,用SPSS 22.0軟件進行主成分分析,提取特征值大于1的主成分,共得到4個主成分,累計方差貢獻率為94.377%(表6)。其中,前兩個主成分方差貢獻率分別為41.905%和28.804%,根據各樣品在這兩個主成分上的得分作圖,得到得分圖(圖1)。10個草莓原汁樣品集中分布于得分圖的第四象限,其它摻假樣品均可以與草莓原汁區分開,而且摻假比例越高,在得分圖中距離草莓原汁越遠,區分效果也越好。這說明利用可溶性糖和有機酸組成結合主成分分析可以辨別草莓果汁中摻加蘋果汁、梨汁、桃汁、杏汁等摻假行為。

2.4.2 線性辨別分析 線性判別分析(linear discriminant analysis,LDA)也是一種常用的分類方法,在食品真偽鑒別中得到廣泛應用[21-22]。將10個草莓原果汁以及20個摻假樣品的可溶性糖和有機酸分析數據用SPSS 22.0軟件進行線性辨別分析,得到4個典型辨別函數,其中前兩個典型辨別函數方差貢獻率分別為60.2%和29.1%,根據這兩個典型辨別函數計算各樣品的得分并作圖,得到線性辨別圖(圖2)。在試驗條件下,所有摻假樣品都可與草莓原汁區分開來,草莓原汁與摻假樣品的分組準確率為100%。但在不同摻假樣品的分組中,摻加桃汁的樣品和摻加杏汁的樣品各有1個分組錯誤(表7),這可能是由于桃汁和杏汁的可溶性糖和有機酸組成比較接近,導致摻假樣品相似度較高而難以區分,但這不影響草莓汁與摻加桃汁和杏汁等摻假樣品之間的區分。說明利用可溶性糖和有機酸組成結合線性辨別分析可以辨別草莓果汁中摻加蘋果汁、梨汁、桃汁、杏汁等摻假行為。這也與主成分分析結果相一致。但由于本研究只涉及10個不同品種的草莓果汁,其他因素是否會影響區分效果,還需要進一步加大樣本量來進行試驗驗證。

表6 主成分的特征值及其貢獻率Table 6 Eigenvalues and cumulative proportion of principal components

表7 判別分析結果Table 7 Results of discriminant analysis

圖1 主成分分析的得分圖Fig.1 Score plots obtained fromthe principal component analysis

注:LW:摻加梨汁的樣品;PW:摻加蘋果汁的樣品;XW:摻加杏汁的樣品;TW:摻加桃汁的樣品。

圖2 草莓原汁及其摻假樣品的線性辨別圖Fig.2 Linear discriminant analysis ofstrawberry juices with adulterates

3 結論

草莓汁中可溶性糖主要由蔗糖、葡萄糖和果糖組成,有機酸主要是檸檬酸和蘋果酸,富馬酸很少。不同品種草莓果汁中各種可溶性糖和有機酸的含量存在較大差異,但在所有品種草莓果汁中果糖含量均略高于葡萄糖,而且其比值受品種影響較小,可作為草莓汁質量評定和摻假鑒別的一個重要指標。

通過分析草莓原汁及其摻假樣品中可溶性糖和有機酸組成,結合主成分分析和線性辨別分析等模式識別方法,可以實現對草莓果汁與摻加梨汁、蘋果汁、杏汁和桃汁等摻假樣品的區分,而且摻假量越大,識別效果越好。根據草莓果汁可溶性糖和有機酸組成特征,結合化學計量學分析,對于摻假草莓果汁具有較好的區分效果,可用于草莓果汁摻假鑒定和質量控制。