主成分分析法評價果皮復合保鮮劑對辣椒品質的影響

王淑靜 王鑫 劉景元 李瑞琪 巫佳佳 諶馥佳

摘要：我國是辣椒消費和生產大國，但辣椒采摘后上市供應時間較短，運輸和貯存過程中容易腐爛變質，從而喪失了食用和經濟價值。本文通過從廢棄果皮中提取抗菌活性物質，開發辣椒綠色果蔬保鮮劑，期望解決辣椒貯藏問題。比較分析了香蕉皮、蘋果皮和葡萄皮提取物與商品化的果蔬保鮮劑殼聚糖對辣椒的保鮮效果，以失重率、好果率、Vc含量、有機酸、SOD酶含量為指標，綜合評價發現，香蕉皮提取物具有較好的防腐保鮮效果，接著構建了辣椒品質評價模型，運用降維的策略研究多指標品質評價體系問題。

關鍵詞：果皮;主成分分析;果蔬保鮮劑;辣椒品質評價模型

前言

辣椒（Capsicum annuum）是日常生活中最為常見的蔬菜之一，其本身含有豐富的維生素C且具有抗癌功效。隨著人們生活水平的逐步提高和對辣椒營養保健功效的充分認知，辣椒的市場需求和消耗量逐漸增大，但是辣椒存在采摘后易受機械損傷、氧化以及微生物侵擾而腐爛變質[1]，耐貯性和運輸性很差等問題，需要大力發展辣椒采后保鮮技術，以保證辣椒產業的可持續健康發展。大量研究證明，果皮含有抗氧化、抑菌的物質等，香蕉皮含許多的高質量果膠，抗氧化劑和抑菌活性物質[2]，蘋果皮[3]和葡萄皮[4]富含抗氧化及抑菌活性多酚，因此果皮作為果蔬保鮮劑綠色經濟可行。所以利用果皮開發果蔬保鮮劑，不僅可以提高水果的經濟價值，還能廢物利用節約資源。

1材料與方法

1.1實驗材料與主要試劑

香蕉皮、蘋果皮和葡萄皮市售，無水乙醇等試劑均為分析純購于駐馬店市中豫化玻有限公司、殼聚糖（CTS）購自上海源葉生物科技有限公司。

1.2主要儀器

DHG-9140A型電熱恒溫鼓風干燥箱（無錫潤濾機械設備有限公司）JYL-C19V九陽料理機（九陽股份有限公司）FA2004電子分析天平（梅特勒托利多儀器有限公司）KQ-500VDE超聲清洗儀（昆山市超聲儀器有限公司）等。

1.3 果皮中天然活性抑菌成分的提取

將香蕉皮、蘋果皮、葡萄皮粉碎后，精確稱取1g，放入裝有30ml蒸餾水（用75%酒精提取時，會有乙烯被提出，加快辣椒腐爛，所以我們選用蒸餾水進行提取。）的燒杯中，置于超聲清洗儀中60℃提取40min。過濾，將濾液裝入棕色瓶中，濾渣再次放入30ml蒸餾水提取40min。提取后過濾，把兩次濾液混合濃縮至10ml備用。

復合綠色果皮保鮮劑的配置，將果皮提取液與2%的殼聚糖乙酸溶液進行復配，分別制成香

蕉皮、蘋果皮以及葡萄皮復合保鮮劑。

1.4構建辣椒品質指標評價模型

1.4.1外觀指標

失重率%=（最初果實質量-貯藏一定時間果實質量）/最初果實質量×100%

好果率%=（總個數-每次統計的腐爛果個數）/總個數×100%

1.4.2 生理生化指標

氧化物歧化酶（SOD）含量測定采用氮藍四唑法;VC含量檢測采用碘量法;有機酸含量采用滴定法。

1.4.3 構建辣椒保鮮劑品質評價模型

采用主成分分析法[5]，以各品質指標隨著時間變化的結果作為自變量，以最終綜合評分為因變量，構建多元線性回歸方程。從而將多指標問題轉化成簡單的數學模型，直觀詳細的考察復合果蔬保鮮劑的優勢，為下一步繼續研究復合果蔬保鮮劑的配方比例以及在其他品種果蔬上的應用奠定了理論和技術基礎。

（1）主成分分析

選取品質指標為原始變量進行主成分分析，若均為正指標，可取原始測定值進行主成分分析，否則需要進行正向化處理。過相關系數矩陣的方差分析表，計算出各主成分所對應的特征值，提取特征值大于 1 的主成分;然后確定影響目標品質的主要成分因子，計算目標對應的各主成分得分及綜合得分，并依據不同評分標準對目標進行得分排名。最終，得出目標品質的綜合排名。

（2）多元線性回歸分析

在主成分分析的基礎上，以各品質指標隨著時間變化的結果作為自變量，以最終綜合評分為因變量，構建多元線性回歸方程[5]。多元線性回歸分析采用后向消元的方法，最終擬合出一條多元線性回歸方程，總體線性回歸模型為：

Y=β0 +β1 X1 +β2 X 2 +… …+βpXp+?

其中，Y代表最終綜合評分，β0是一個常數項，X1、X2、……Xp代表各品質指標的主要成分特征值，β1、β2、… …βp代表相應的各品質指標特征值X與最終綜合評分Y的回歸系數的向量。每個預測變量均由變量乘以各自相應的回歸系數加上一個誤差項構成，擬合方法為最小二乘法。

1.5 數據處理

樣品至少設置3次重復，最終結果為其平均值。分析和處理結果必須用“平均值±標準差（SD）”的形式表示;用Origin2017作圖，品質模型構建采用SPSS20.0進行主成分分析和構建多元線性回歸方程。

2 結果與分析

2.1失重率和好果率

各復合保鮮液處理辣椒后，在第7d、14d和21d進行失重率和好果率指標的考查。結果發現隨貯藏期延長，失重率逐漸升高，對照組明顯高于處理組，對照組失重率最高可達32.87%;好果率在第7d時均為100%，后面隨著時間的延長各組均出現一定程度的腐爛，在第21d時，蘋果、葡萄、香蕉復合保鮮液處理與殼聚糖處理的辣椒好果率均高于對照組（40%），分別可達87%、60%、47%和80%。

2.2 Vc含量和有機酸含量測定

各處理組Vc含量均隨著貯藏時間延長而降低，貯藏14d時，各處理組Vc含量明顯高于對照組，貯藏21d時，葡萄皮、蘋果皮、香蕉皮復合果蔬保鮮劑處理組Vc含量分別為43.62、48.20和48.73mg/100g，與殼聚糖處理組（49.58mg/100g）相當，均優于對照組;有機酸均隨著貯藏時間延長略有升高，但總體趨勢變化不大，在第21d，最高含量為香蕉皮復合保鮮劑處理組，可達0.21%，最低為葡萄皮處理組和殼聚糖處理組，均為0.15%。

2.3 SOD酶活測定

由圖3可以看出貯藏7d時，各處理組酶活均高于對照組，但14d時測得SOD酶活普遍降低，對照組降低最多，香蕉皮處理組酶活還可達588.9U/克組織鮮重，貯藏21d后各處理組SOD酶活性與對照組差異不明顯，普遍處于較低的水平。

2.4構建辣椒保鮮劑品質評價模型

本研究通過SPSS 20.0對第14d復合保鮮劑的5個品質指標進行主成分分析，得到各主成分的特征值、方差貢獻率、累積方差貢獻率（表1）。從表1可知，特征值大于1的共2個主成分，總方差71.653%的貢獻率來自前2個主成分，其方差貢獻率依次為37.983%和33.670%，說明2個主成分反映了原始變量的絕大部分信息，第3個主成分累積貢獻率達88.49%。因此，辣椒品質指標由初始的5個降到2個不相關的主成分，成功達到了降維目的。

由表2可知，失重率、好果率、總酸含量在第1主成分上有較高載荷，說明第1主成分主要反映了這3個成分指標的信息，其中，失重率、好果率在正坐標處具有較高載荷，總酸在負坐標處載荷較高;Vc 含量、SOD含量在第2主成分有較高載荷，說明第2主成分主要反映了SOD含量指標的信息，且在正坐標處具有較高載荷。而在主成分矩陣中，檢測值絕對值反映了對主成分貢獻率的大小，絕對值越大，則貢獻率也越大。比較第1主成分中貢獻率大小為失重率>好果率>總酸含量。

根據載荷矩陣表，可以得到各主成分的表達式：

F1=0.874*失重率+0.805*好果率-0.043* VC含量-0.687*總酸含量-0.123* SOD含量

F2=0.221*失重率+0.403*好果率+0.871* VC含量+0.59*總酸含量+0.604*SOD含量

總體線性回歸模型為：

3 討論與結論

本實驗各種復合物對辣椒的影響研究結果表明，蘋果皮殼聚糖復合保鮮劑，效果明顯但持續性不強，香蕉皮殼聚糖復合保鮮劑，效果明顯且持續性強。

果蔬經過殼聚糖涂膜后，在貯存期間可滴定酸、呼吸代謝、風味顏色變化、失重等均得到很大改善[6，7]。然而，單一的殼聚糖對果蔬涂膜具有較大透水性，且殼聚糖比較昂貴，本研究從廢棄果皮中提取抗菌活性物質與殼聚糖復配，發現葡萄皮、香蕉皮及蘋果皮復配保鮮劑較單一殼聚糖處理，保鮮效果均有一定程度改善。

到目前為止，水果的周邊效應是巨大的，將果皮中成分做成復合型保鮮劑，會大大降低果蔬保鮮成本。并且果皮含有的各種功能性及藥用成分也可以應用到其他領域。雖然目前對于水果果皮的研究開發還處于初級階段，還有許多加工過程中的問題有待解決，如對于水果果皮中成分提取不夠充分，在加工技術上果皮加工工藝需要極大改進，果皮浪費嚴重，水果果皮中農藥化肥殘留等問題，但水果果皮是一種豐富的資源，若被人們重視，將具有很高的利用價值并且會帶來較高的經濟效益，使果皮價值提高的同時還能減少環境污染。

采用主成分分析構建辣椒品質評價模型，運用降維的策略研究多指標品質評價體系問題，得到了辣椒保鮮效果的評價公式，可以指導后續進一步開發商品化的復合果蔬保鮮品種，也為下一步繼續研究復合保鮮劑的配方比例以及在其他品種果蔬上的應用奠定了理論和技術基礎。

參考文獻

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[2]覃勇榮，覃海健，余美君等.利用香蕉皮制作天然食品保鮮劑的可行性研究[J].江蘇農業科學，2013，41（6） ：219-221.

[3]馬珍，李呂木.蘋果多酚用作肉品保鮮劑的研究進展[J].食品與發酵工業，2012（01）：147-151.

[4]牟萍，王兆升，范祺等.葡萄多酚的生理活性及提取方法研究進展[J].中國果菜，2018，038（012）：30-35，45.

[5]陳楚英，萬春鵬，簡火仔，等.基于冷藏溫度對新余蜜桔采后貯藏品質影響的主成分分析[J].分子植物育種，2019，17（6）：2019-2024.

[6]陳镠，余婷，王允祥，等.殼聚糖-納米氧化鋅復合涂膜對甜櫻桃采后生理和貯藏品質的影響[J].核農學報，2017，31 （9） ：1767-1774

[7]李遠頌，朱莉，邱月豐.殼聚糖-植物精油復合保鮮液對圣女果保鮮效果的影響[J].食品工業，2017，38 （8） ：10-13

作者簡介：

王淑靜（1996.10.05）女，漢，河南駐馬店，碩士研究生，單位：黃淮學院生物與食品工程學院，職稱：助教，研究方向：食品加工

王鑫（1999.12.23）男，漢，山東德州，本科，單位：黃淮學院，研究方向：生物制藥

劉景元（1999.06.21）男，漢，江蘇徐州，本科，單位：黃淮學院，研究方向：生物制藥

李瑞琪（2000.02.04）女，漢，山東德州，本科，單位：黃淮學院，研究方向：生物制藥

巫佳佳（2000.01.12）女，壯，廣西融安，本科，單位：黃淮學院，研究方向：生物制藥

諶馥佳（1985.06）女，漢，湖北黃陂，博士研究生，單位：黃淮學院生物與食品工程學院，職稱：副教授，研究方向：生物制藥

基金項目：本文系2021年河南省科技廳科技攻關項目“基于代謝組學和網絡藥理學開發瓜蔞降脂生精藥物及其靶點的研究”（項目編號：202102310479）階段性成果之一。