兩種越橘類色素品質評價分析研究

何青科，劉漾倫,2，劉 慧，李 宏，周 穎

（1.湖南省產商品質量檢驗研究院，食品安全監測與預警湖南省重點實驗室，湖南長沙 410017；2.湖南農業大學，湖南長沙 410125）

歐洲越橘（VacciniummyrtillusLinn.）和紅豆越橘（Vacciniumvitis-idaeaLinn.）為常見的用于著色劑原料的越橘品種。歐洲越橘和紅豆越橘（俗稱中國越橘）同屬于越橘屬，均富含天然活性成分，能提取出含量豐富的花色苷作為色素的主要成分，具有抗氧化、抗菌、抗炎、抗癌等多種功效[1-3]。目前，已有研究人員對這2 種越橘提取物中的成分、功能進行研究，但對這2 種色素的主要成分含量和關鍵品質進行相關性的研究較少[4]。

主成分分析是一種無監督模式識別的多維數據分析方法，旨在將大量數據由可能存在相關性的變量轉換成幾組線性不相關的主成分。主成分分析可將所有的指標分類，按對結果的影響程度分組，并反映原來變量的信息。在食品質量控制中主要用于品種鑒別分析、特征數據挖掘、品質綜合評價等，主成分分析常與其他統計方法結合應用[5]。

本試驗分別以歐洲越橘和紅豆越橘為原料的41批次越橘色素為研究對象，開展營養成分、元素含量、特征性指標的檢測研究，比較檢驗數據的差異，對所有檢驗結果進行主成分分析及偏最小二乘法判別分析，以期獲取能代表越橘色素品質的主要因素和區分原料品種的關鍵要素。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

氫氧化鈉、95%乙醇、檸檬酸、磷酸氫二鈉、硝酸（65%）、硝酸鋁、醋酸鉀、苯酚、濃硫酸、溴甲酚綠指示劑、亞甲基藍指示劑和葡萄糖，均為分析純，上海國藥集團化學試劑有限公司；維生素C，蘆丁，銅、鋅、鐵、鈣、鎂、鉀標準溶液，上海安譜實驗科技股份有限公司；以歐洲越橘為原料的越橘色素，以紅豆越橘為原料的越橘色素，購于湖南康隆生物科技股份有限公司。

1.2 儀器與設備

ME204E 電子分析天平，梅特勒-托利多精密儀器有限公司；945066 數顯型多管旋渦混合器，美國Talboys 公司；7900ICP-MS 電感耦合等離子體質譜儀，美國Agilent 公司；UV-10 紫外可見分光光度計，上海元析儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 pH 值的測定

稱取試樣1.0 g，用三級水溶解后，置于100 mL容量瓶中，用三級水定容，用酸度計測定pH 值。

1.3.2 常規理化指標的測定

水分、灰分、脂肪、蛋白質、維生素C、元素和總黃酮含量的測定分別參照《食品安全國家標準食品中水分的測定》（GB 5009.3—2016）、《食品安全國家標準 食品中灰分的測定》（GB 5009.4—2016）、《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》（GB 5009.6—2016）、《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》（GB 5009.5—2016）、《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》（GB 5009.86—2016）、《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》（GB 5009.268—2016）、《出口食品中總黃酮的測定》（SN/T 4592—2016）測得，總糖含量參照文獻[6]測得。

1.3.3 色價的測定

參照《食品安全國家標準 食品添加劑 越橘紅》（GB 1886.364—2022）測定。

1.3.4 數據分析

使用SPSS 23 對試驗數據進行主成分分析。

2 結果與分析

2.1 主成分分析

對41 批次越橘色素主要成分指標進行主成分分析，結果見表1。前4 個主成分的累積貢獻率為80.798%，基本可包含所測定的15 個指標的大部分信息。選取前4 個主成分對這2 種提取物進行綜合評價。第1 主成分貢獻率為47.993%，決定其大小的為灰分、維生素C、鋅、蛋白質、鈣、總黃酮、鐵、鎂、總糖含量；第2 主成分貢獻率為13.729%，決定其大小的為銅、總糖、色價含量；第3 主成分貢獻率為11.852%，決定其大小的為水分、鉀、脂肪含量；第4 主成分貢獻率為7.224%，決定其大小的為鉀、pH值含量，采用這4 個因子可有效解釋原有變量80%以上的信息。

2.2 成分PCA 圖分析

第一主成分PC1、第二主成分PC2 分別包含了原來信息量的47.99%、13.73%。PC1 是最能解釋多維數據矩陣方差的變量，PC2 為解釋方差的第二最佳變量。PCA 的分圖常被用來反映品種與品質指標之間的關系，從圖1 能夠直觀看出各越橘品種與PC1 和PC2的關聯性，歐洲越橘色素落在PC1 正向區間（第一象限和第四象限），紅豆越橘色素落在PC1 負向區間（第二象限和第三象限），說明這2 種主成分包含的信息可以有效將這2 個品種區分開。有11 批次歐洲越橘色素落在了第一主成分和第二主成分的正向區間，表明這些色素維生素C、鋅、蛋白質、鈣、總黃酮、鐵、鎂、總糖和銅含量較高，且色價較高，說明其功能成分花青素含量相對較高，品質較為優良。

圖1 主成分PC1 、PC2 的分圖

2.3 正交偏最小二乘法判別分析

為了更好地進行數據可視化和后續分析，采用正交偏最小二乘法判別分析方法對結果進行分析，繪制了以歐洲越橘和紅豆越橘為原料的色素評分圖，進一步展示2 個品種間的差異。由圖2 可看出，以紅豆越橘為原料的色素樣品主要分布在PC1 左側，以歐洲越橘為原料的色素樣品分布在PC1 右側，兩組樣本在主成分坐標軸上分離較好。評分模型的預估參數有R2X、R2Y、Q2，其中R2X、R2Y 分別代表所建立模型對X 和Y 的解釋率，Q2表示模型的預測能力，這3 個指標越接近于1，模型的穩定性越好。由參數可知，R2X、R2Y、Q2的值分別是0.466、0.969、0.965，表明模型穩定性可靠，2 種越橘差異有統計學意義。

圖2 正交偏最小二乘法判別分析結果

以變量權重重要性排序（Variable Importance in Projection，VIP）作為標準，系統評估了15 種指標對區分以紅豆越橘和歐洲越橘為原料的2 種色素的貢獻程度。如圖3 所示，排名前8 的為灰分、鋅、維生素C、鈣、黃酮類化合物、蛋白質、鎂和鐵，越橘屬下種類繁多，分布于北半球溫帶、亞熱帶，美洲、亞洲的熱帶山區，植物學性狀和特有的營養資源各有不同，本文的研究結果為今后的進一步鑒別工作提供了研究思路。

圖3 基于OPLS-DA 模型分析的VIP 值柱形圖

3 結論

本文通過檢測以歐洲越橘和紅豆越橘為原料的越橘色素，探究了2 類色素元素的常規理化和特征性指標含量的異同。通過主成分分析，獲得了能代表所有變量80%以上信息的4 個因子，主成分貢獻率分別為47.993%、13.729%、11.852%、7.224%。歐洲越橘依次落在PC1 正向區間，紅豆越橘依次落在PC1 負向區間，說明這2 種主成分包含的信息可以有效地將這2 個品種區分開。通過正交偏最小二乘法得到灰分、鋅、維生素C 為區分這2 種色素的主要指標。今后可進一步擴展檢測指標范圍，深度挖掘以2 種不同越橘品種為原料的色素鑒別因素。