黑果腺肋花楸果汁產品品質分析與綜合評價體系的建立

李海波，王淑娟，楊亞平，郭棟衛，鮑詩晗，蘭天，孫翔宇，馬婷婷*

（1.山西潞安石圪節智華生物科技有限公司，山西長治 046299）（2.西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西楊凌 712100）（3.西北農林科技大學葡萄酒學院，陜西楊凌 712100）

不老莓，又稱野櫻莓，學名黑果腺肋花楸（Aronia melanocarpa(Michx.)Ell.），屬于薔薇科腺肋花楸屬落葉灌木，果實為紫黑色漿果，是一種集食用、藥用、園林和生態等價值于一體的珍貴經濟樹種[1,2]。黑果腺肋花楸原產于北美洲東部，1989 年由遼寧省干旱地區造林研究所首次引種到我國，在吉林、遼寧、山東、山西等地均有種植，至今已有較豐富的種植資源[3]。

黑果腺肋花楸在歐美各國被譽為“超級漿果”，其果實中富含各類生物活性物質，多酚、黃酮、花青素含量在所有已知植物中最高[4]。已有研究表明，黑果腺肋花楸在抗氧化、抑菌、抗炎、降低心血管疾病風險、預防及治療糖尿病等方面均發揮著積極作用[5-9]。雖然黑果腺肋花楸鮮果保健功能優越，但由于其酸類物質及單寧含量過高，口感較為酸澀，消費者因不熟悉該類口感而對其接受度較低。將黑果腺肋花楸加工為各類食品，可顯著改善其口感。因而，黑果腺肋花楸的深加工顯得尤為重要。

據統計，目前全球黑果腺肋花楸加工產品共計279 種，共分布于33 個國家，涵蓋39 種不同的食品品種，主要應用于果酒、啤酒、果醬、果汁、果茶、沙拉、冰激凌、焙烤食品、食品著色劑以及膳食補充劑等[10]。2018 年9 月12 日，我國國家衛生健康委員會審查通過黑果腺肋花楸成為新食品原料[11]。近年來，國內也涌現出多家黑果腺肋花楸加工企業，加工產品覆蓋果酒、啤酒、果汁、保健品等多個品類，黑果腺肋花楸加工產業也具有相當廣闊的市場前景和巨大的發展潛力。然而，與國際相比，國內黑果腺肋花楸相關研究和產品開發程度仍處于較低水平，亟需相關的理論依據和科研成果提供支撐。

目前，我國黑果腺肋花楸果汁類食品的加工生產尚處于初級階段，其市場也剛剛起步。對于市面上大量涌出的黑果腺肋花楸果汁類食品，尚且缺乏針對性的監管和控制，也沒有建立起科學合理的品質評價體系。此外，黑果腺肋花楸相關產品普遍價格高昂。因此，模糊的品質認知和高昂的價格，是消費者選購黑果腺肋花楸果汁類食品兩個最大的阻礙。

本研究擬以市售黑果腺肋花楸果汁類食品為研究對象，通過分析其感官品質、理化品質、營養成分及抗氧化能力等指標，綜合感官價值與營養價值，建立黑果腺肋花楸果汁產品品質分析與綜合評價體系，并使用該體系對市售黑果腺肋花楸果汁產品進行評價，以期為黑果腺肋花楸果汁類食品的開發利用提供數據基礎與理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

經前期調研，選擇銷量較高的14 種市售黑果腺肋花楸果汁類產品為樣品，樣品具體信息如表1 所示。

表1 14 種市售黑果腺肋花楸果汁類產品Table 1 14 kinds of commercial Aronia melanocarpa juices

福林酚：濃度1 N，北京索萊寶科技有限公司；沒食子酸：純度≥98%，sigma；兒茶素：純度≥98%，sigma；2,4,6-三吡啶基三嗪（TPTZ 試劑）：純度≥98%，上海源葉科技有限公司；1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH 試劑）：純度＞97.0%，梯希愛化成工業發展有限公司；6-羥基-2,5,7,8-四甲基色烷-2-羧酸（trolox）：濃度≥98%，上海源葉科技有限公司；其余試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

PAL-1 手持糖度儀，日本愛拓公司；雷磁phs-3e pH 計，上海儀電科學儀器股份有限公司；TGL-16G離心機，上海安亭科學儀器廠；Centrifuge 5804R 冷凍離心機，德國艾本德公司；UV2800 紫外分光光度計，上海尤尼柯儀器有限公司；Ci760003040489 色度儀，上海愛色麗色彩科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 感官品評

選擇14 位具有感官品評經驗的西北農林科技大學食品學院師生組成感官品評小組，經培訓后按照表2 標準對樣品進行感官品評。

表2 市售黑果腺肋花楸果汁類產品感官評價表Table 2 Sensory evaluation table of commercial Aronia melanocarpa juices

1.3.2 理化指標測定

TSS：使用ATAGO PAL-1 手持糖度儀進行測定。

pH：使用雷磁phs-3e pH 計進行測定。

懸浮穩定性：參考Zhu等人[12]的方法并稍作修改。取10 mL 樣品在5000 r/min 轉速條件下離心10 min，取上清液待測。分別取3 mL 樣品與上清液，以去離子水作為空白，測定其在660 nm 處的吸光值，記為A0和A1。懸浮穩定性R 計算方法如下式：

可滴定酸：參考GB/T 12456-2008[13]酸堿滴定法。

總糖：使用斐林試劑滴定法。將樣品于8000 r/min條件下離心10 min 后，取一定體積于100 mL 容量瓶中，加入5 mL 50%(V/V)HCl 和一定量的蒸餾水，于68±1 ℃水解15 min，流水冷卻，用200 g/L NaOH 中和至中性后定容。取斐林試劑A、B 液各5 mL 于250 mL 三角瓶中，加入50 mL 蒸餾水，和5 mL 樣品水解液，搖勻，加熱至沸騰并在沸騰狀態下用5 g/L 標準葡萄糖標液滴定，當溶液的藍色將消失呈紅色時，加入2 滴亞甲基蘭指示劑，繼續滴定至藍色消失，記錄消耗5 g/L 標準葡萄糖溶液的體積V1。此外，取斐林試劑A、B 液各5 mL 于250 mL 三角瓶中，加入50 mL蒸餾水，搖勻，加熱至沸騰并在沸騰狀態下用5 g/L標準葡萄糖溶液滴定，當溶液的藍色將消失呈紅色時，加入2 滴指示劑，繼續滴定至藍色消失，記錄標定斐林試劑消耗5 g/L 標準葡萄糖溶液的體積V2。

式中：

c——標準葡萄糖溶液濃度，為5 g/L；

V1——滴定樣品消耗的葡標液體積；

V2——滴定斐林試劑消耗的葡標液體積；

Df——稀釋倍數；

V0——取樣體積，為5 mL。

1.3.3 色度測定

取適量樣品，8000 r/min 離心10 min 后，取上層清液，用1 cm 玻璃比色杯盛裝，使用10 mm 通光孔、色度儀全透射模式測定樣品的L*、a*、b*、C*、h°值。

1.3.4 酚類物質含量測定

樣品準備：將樣品于8000 r/min 離心10 min，取上清液稀釋至一定倍數待測。

總酚含量：使用福林酚比色法，參考Li 等[14]的方法并稍作修改。取稀釋后上清液0.2 mL，加入2 mL 10倍稀釋后的福林酚溶液，混勻后加入1.8 mL 7.5%的Na2CO3溶液，混勻避光放置1 h 后于765 nm 處測定吸光度值。配制濃度分別為為10 mg/L、20 mg/L、40 mg/L、60 mg/L、80 mg/L、100 mg/L、200 mg/L 的沒食子酸標準溶液，按照上述實驗方法建立標準曲線。結果以沒食子酸當量表示。

總黃酮含量：使用NaNO2-Al(NO3)3比色法，參考Wen 等[15]的方法并稍作修改。取5 mL 稀釋后上清液于試管中，加入0.3 mL 5% NaNO2溶液，混勻避光靜置6 min，加入0.3 mL 10% Al(NO3)3溶液，混勻避光靜置6 min，加入2 mL 1.0 mol/L NaOH 溶液，用30%乙醇定容至10 mL，避光靜置15 min，于510 nm 處測吸光度值。配制濃度分別為5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L、50 mg/L、60 mg/L 的兒茶素標準溶液，按照上述實驗方法建立標準曲線。結果以兒茶素當量表示。

總花色苷含量：使用pH 示差法，參考劉樹勛等人[16]的方法并稍作修改。取一定體積樣品于兩支試管中，分別加入pH 1.0 和pH 4.5 的緩沖液定容至5 mL，避光穩定15 min，于分光光度計520 nm、700 nm 處測定吸光度值。

計算方法如下：

式中：

MW——二甲花翠素葡萄糖苷分子量493.5；

Df——稀釋倍數；

ε——二甲花翠素葡萄糖苷的消光系數28000。

縮合單寧含量：使用酸化香草醛法，參考王儲炎等[17]的方法并稍作修改。取稀釋后上清液0.5 mL，加入2.5 mL 3%的香草醛-甲醇溶液，混勻后加入2.5 mL 30%的硫酸-甲醇溶液，30 ℃避光反應20 min 后于500 nm 處測定吸光度值。配制濃度分別為為10 mg/L、20 mg/L、40 mg/L、80 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L 的兒茶素標準溶液，按照上述實驗方法建立標準曲線。單寧含量以兒茶素當量表示。

1.3.5 抗氧化能力測定

樣品準備：將樣品于8000 r/min 離心10 min，取上清液稀釋至一定倍數待測。

FRAP 鐵離子還原能力：參考I.F.等[18]的的方法并稍作修改。取0.25 mL 稀釋后上清液和8 mL TPTZ工作液于試管中，混合均勻，于37 ℃水浴反應15 min后，測定其在593 nm 處的吸光值。配制濃度分別為0.1 mmol/L、0.2 mmol/L、0.4 mmol/L、0.6 mmol/L、0.8 mmol/L、1 mmol/L 的trolox 標準溶液，按照上述實驗方法建立標準曲線。FRAP 鐵離子還原能力以trolox 當量表示。

DPPH 自由基清除能力：參考Ouyang 等[19]的方法并稍作修改。取0.25 mL 稀釋后上清液和4 mL DPPH 溶液于試管中，混合均勻，避光反應30 min，于517 nm 處測定其吸光度值。配制濃度分別為0.1 mmol/L、0.2 mmol/L、0.4 mmol/L、0.6 mmol/L、0.8 mmol/L、1 mmol/L 的trolox 標準溶液，按照上述實驗方法建立標準曲線。DPPH 自由基清除能力以trolox當量表示。

1.4 數據分析

測定數據采用SPSS 21.0 軟件進行方差分析、聚類分析及主成分分析。聚類分析采用The Ward 系統聚類法，聚類距離為歐氏平方距離，主成分分析及聚類分析前先將數據進行無量綱化處理。

2 結果與討論

2.1 市售黑果腺肋花楸果汁類產品感官評價結果

對感官評價結果進行主成分分析，發現前兩個主成分累計方差貢獻率達到94.35%，即前兩個主成分即可解釋原有變量包含的絕大部分信息。由圖1a 可知，主成分1 包括風味、酸甜度和口感，是反應樣品入口后感官品質指標，因此，主成分1 可以命名為味覺主成分；主成分2 包括組織形態與色澤，反映樣品外觀優劣，可以命名為視覺主成分。

圖1 市售黑果腺肋花楸果汁類產品感官品評結果Fig.1 Sensory evaluation results of commercial Aronia melanocarpa juices

根據樣品主成分得分圖，再結合聚類分析，可以通過感官品評將14 種樣品分為3 類。S1 包括L-45%、K-G-100%、G-M-c；S2 包括J-100%、G-D-c；S3 包括K-1-20%、K-1-30%、K-1-40%、K-1-50%、K-2-30%、C-10%、ZH-20%、ZH-30%、ZH-40%。S1與S2 類產品包括100%果汁、發酵果汁與濃縮口服液，在味覺感官方面表現較差，這是由于黑果腺肋花楸原漿含量過高，無法消除原料中較強的酸澀味導致的。然而，S1 視覺感官在三類產品中表現最優。S3 組包括所有果汁飲料，通過使用甜味劑、酸味劑進行復配，使產品擁有最佳的味覺感官，同時，其感官總分在三類產品中最高，達到70 分以上。因此，在所有類型的黑果腺肋花楸產品中，果汁飲料是消費者接受度最高。

表3 市售黑果腺肋花楸果汁類產品感官指標主成分特征值及方差貢獻率Table 3 Principal component eigenvalue and variance contribution rate of sensory indexes of commercial Aronia melanocarpajuices

2.2 市售黑果腺肋花楸果汁類產品色度測定結果

樣品色度測定結果如圖2 所示。由圖2a 可知，所有樣品a*值均大于0，表明樣品為紅色色調，樣品a*值在4.72～39.24 之間，最大值是K-2-30%，最小值是K-1-20%。所有樣品b*值均大于0，表明樣品為黃色色調，其中G-D-c 為最大值55.77，G-M-c 為最小值1.74。所有樣品的a*、b*值均表現出顯著差異。

圖2 市售黑果腺肋花楸果汁類產品色度測定結果Fig.2 The chromaticity of commercial Aronia melanocarpa juices

將所有樣品的L*值繪制在明度軸上，如圖2b 所示，其中色斑顏色即自然觀察條件下的樣品顏色。由圖2b 可知，14 種樣品L*差異較大，但都小于70，因此黑果腺肋花楸產品明度均較暗，光澤度相對較差。L*基本呈現隨原漿濃度降低二增加的趨勢，其中K-1-20% L*值最大，為66.62，G-M-c L*最小，為1.34。

黑果腺肋花楸果汁產品a*、b*、L*值均與紅葡萄酒相近[20-21]，故可以使用紅葡萄酒色澤描述詞匯對黑果腺肋花楸果汁產品進行評價，如寶石紅、紫紅、瓦紅、磚紅等。如圖1d 所示，S3 色澤得分最高，三種產品G-M-c、K-G-100%及L-45%在圖2a 中分布于紫紅及寶石紅色區，故紫紅色與寶石紅色的黑果腺肋花楸果汁更符合消費者喜好，這也與紅葡萄酒表現出相似性[22]。

將色度指標與感官品評中的色澤得分進行相關性分析，計算Pearson 相關系數，結果如圖3 所示。由圖3 可知，h°與色澤感官得分呈顯著負相關關系，Pearson 系數為-0.63（p＜0.05）。h°表示色度角，更靠近0 °表示接近紫紅色色調，越受消費者喜愛。

圖3 市售黑果腺肋花楸產品色度參數與色澤感官得分相關性熱圖Fig.3 Heat map of correlation between chromaticity parameters and color sensory scores of commercial Aronia melanocarpa juices

2.3 市售黑果腺肋花楸果汁類產品理化指標測定結果

市售黑果腺肋花楸果汁類產品理化指標測定結果如表4 所示。其中糖酸比為總糖均值與總酸均值之比值，固酸比為TSS 均值與總酸均值之比值。由表4 可知，S1、S2 總糖含量位于63.34～162.68 g/L 范圍內，總酸含量最低5.91 g/L，最高8.45 g/L，二者總酸、總糖含量均較高。S3 產品糖酸比可高達52.75，在三類產品中最高。S1 懸浮穩定性為63.39%～89.21%，ZH系列果汁飲料懸浮穩定性為69.90%～82.39%。除上述樣品外，其余樣品懸浮穩定性表現均較差，甚至低于一些濁汁產品[23]，此類產品混濁且表現出輕微分層現象，嚴重影響消費者感官印象。

表4 市售黑果腺肋花楸果汁類產品理化指標測定結果Table 4 Determination of physicochemical indexes of commercial Aronia melanocarpa juices

將理化指標與酸甜度感官得分進行相關性分析，計算Pearson 相關系數，結果如圖4 所示。由圖4 可知，TSS與酸甜度感官得分顯著正相關，Pearson 系數為0.58（p＜0.05）；總酸和糖酸比與酸甜度感官得分極顯著相關，Pearson 系數分別為-0.81、0.68（p＜0.05）。表明總酸越低、TSS與糖酸比越高，樣品的消費者接受度越高。

圖4 市售黑果腺肋花楸果汁類產品理化指標與酸甜度感官得分相關性熱圖Fig.4 Heat map of correlation between physicochemical indexes and sweetness and acidity sensory scores of commercial Aronia melanocarpa juices

將懸浮穩定性與組織狀態感官得分進行相關性分析，Pearson 系數極顯著，為0.75（p＜0.05）。

2.4 市售黑果腺肋花楸果汁類產品酚類物質含量測定結果

市售黑果腺肋花楸果汁類產品酚類物質含量測定結果如表5 所示。由表5 可知，樣品酚類物質含量基本隨黑果腺肋花楸原漿添加量的增加而增大，且差異較大。在所有產品中，G-M-c與G-D-c 酚類物質含量較高，總酚含量可高達6169.12 及18971.93 μg/mL（以沒食子酸計），二者都屬于濃縮口服液產品，其果汁含量極高（＞100%）。而在感官表現最優的果汁飲料產品S3 中，總酚含量為100.64～189.25 μg/mL（以沒食子酸計）的ZH 系列產品酚類物質含量較高，且優于與其黑果腺肋花楸原漿添加量類似的K 系列產品。

表5 市售黑果腺肋花楸果汁類產品酚類物質含量測定結果Table 5 Determination of phenolic compounds in commercial Aronia melanocarpa juices

在14 種黑果腺肋花楸果汁類產品中，花色苷含量普遍低于黃酮含量，L-45%中花色苷占總酚比例最高，僅為5.59%，而K-2-30%則未檢出花色苷。然而已有研究表明[24]，黑果腺肋花楸果實中花色苷約占總酚含量25%，且遠高于黃酮類化合物含量，與黑果腺肋花楸果汁產品的實驗結果有一定差異。這說明黑果腺肋花楸果汁的加工工藝造成了花青素類化合物的較高損失，如何優化工藝條件以提高花青素保留率是黑果腺肋花楸果汁產業亟待解決的關鍵問題之一。

2.5 市售黑果腺肋花楸果汁類產品抗氧化能力測定結果

市售黑果腺肋花楸果汁類產品抗氧化能力測定結果如表6 所示?？寡趸芰y定結果與酚類物質含量測定結果類似，即濃縮口服液G-M-c與G-D-c 抗氧化能力最強FRAP 抗氧化能力分別為46.51 及112.39 mmol trolox equiv/L，DPPH 抗氧化能力分別為30.77及119.63 mmol trolox equiv/L。果汁飲料中ZH 系列產品抗氧化能力最強，其FRAP 抗氧化能力分別為2.59～5.59 mmol trolox equiv/L，DPPH 抗氧化能力分別為0.87～2.62 mmol trolox equiv/L。

表6 市售黑果腺肋花楸果汁類產品抗氧化能力測定結果Table 6 Determination of antioxidant capacity of commercial Aronia melanocarpajuices

褚大可等[25]研究了14 種市售果汁的抗氧化活性，發現檸檬汁抗氧化能力最強，其FRAP 抗氧化能力為3.26 mmol trolox/L，DPPH 抗氧化能力為13.61 mmol Vc/L，低于大部分黑果腺肋花楸果汁產品，因此，黑果腺肋花楸果汁產品具有極高的營養價值。

2.6 市售黑果腺肋花楸果汁類產品品質指標主成分分析

2.6.1 市售黑果腺肋花楸果汁類產品品質指標的確定與數據的無量綱化處理

測定獲得了14 種市售黑果腺肋花楸產品的色度、理化、酚類物質含量、抗氧化能力共18 項品質指標數據。從色度指標L*、a*、b*、C*、h°中篩選出與色澤感官得分顯著相關，且變異系數大于10 的h°進行下一步分析；從理化指標pH、TSS、懸浮穩定性、總糖、總酸、糖酸比、固酸比中篩選出與酸甜度、組織狀態感官得分相關性顯著，且變異系數大于10 的TSS、總酸、糖酸比、懸浮穩定性進行下一步分析。

酚類物質含量指標與抗氧化能力指標變異系數均大于10，因此均選入進行下一步分析。

綜上，選取h°、TSS、總酸、糖酸比、懸浮穩定性、總酚、總黃酮、花色苷、縮合單寧、FRAP、DPPH共11 項品質指標數據，進行無量綱化處理后，再進行黑果腺肋花楸果汁類產品品質指標主成分分析。

2.6.2 市售黑果腺肋花楸果汁類產品主成分分析得分及綜合評價

主成分分析的目的之一就是利用原變量間相關性較強這一特點，降低原變量數據維數，用較少的因素來描述多種指標或因素之間的關系[26]。由表7 可知，前4 個主成分累計方差貢獻率達91.88%，即一個4 因素模型可解釋91.88%的數據，因此選定前4 個主成分來對黑果腺肋花楸果汁類產品品質進行評價。

表7 市售黑果腺肋花楸果汁類產品品質指標主成分特征值及方差貢獻率Table 7 Principal component eigenvalue and variance contribution rate of quality indexes of commercial Aronia melanocarpa juices

由表8 可知，在第一主成分中，總酸、黃酮及縮合單寧載荷權數較大，為主要評價指標；在第二主成分中，h°、FRAP、DPPH 為主要指標；糖酸比在第三主成分中載荷較高；懸浮穩定性在第三及第四主成分中載荷較高。第一主成分主要反映樣品的酚類物質含量，第二主成分包含樣品的抗氧化能力信息，第三及第四主成分則主要反映樣品的感官品質。

表8 市售黑果腺肋花楸果汁類產品品質指標主成分分析載荷矩陣Table 8 Principal component analysis load matrix for quality index of commercial Aronia melanocarpa juices

綜上，h°、總酸、糖酸比、懸浮穩定性、黃酮、縮合單寧、FRAP、DPPH 為評價黑果腺肋花楸果汁類產品品質的主要指標。

將各指標變量的主成分載荷除以主成分相對應的特征值開平方根[27-28]，得到4 個主成分中每個指標所對應的系數，即特征向量，以特征向量為權重可以構建4 個主成分的表達式：

上述表達式中，Z1-Z4表示四個主成分；X1-X11分別表示h°、TSS、總酸、糖酸比、懸浮穩定性、黃酮、總酚、花色苷、縮合單寧、FRAP、DPPH。以每個主成分相對應的方差貢獻率作為權重，通過每一指標標準化后數值與相應指標的權重線性加權求和，得到黑果腺肋花楸果汁類產品品質評價函數：F=0.53Z1+0.25Z2+0.08Z3+0.06Z4。根據該函數，計算出了14 種黑果腺肋花楸果汁類產品的綜合得分值(F)和總排名結果見表9。

表9 市售黑果腺肋花楸果汁類產品品質綜合評價及排名Table 9 Comprehensive evaluation and ranking of the quality of commercial Aronia melanocarpajuices

由表9 可知，濃縮口服液及100%果汁產品由于營養價值優勢而在所有產品中排名靠前；ZH 系列果汁飲料則由于同時兼顧感官品質與營養價值，在果汁飲料中排名靠前。

3 結論

本文通過測定現有較高銷量的14 種黑果腺肋花楸果汁類產品的感官相關指標及理化指標，采用主成分分析法，建立黑果腺肋花楸果汁產品品質分析與綜合評價體系，并使用該體系對市售黑果腺肋花楸果汁產品進行評價。通過主成分分析對黑果腺肋花楸產品品質進行綜合評價，前4 個主成分方差累計貢獻率達到91.88，h°（0.56）、總酸（0.90）、糖酸比（0.54）、懸浮穩定性（0.48）、黃酮（0.82）、縮合單寧（0.82）、FRAP（0.57）、DPPH（0.70）在前四個主成分中載荷權數較大，被確定為黑果腺肋花楸果汁類產品的特征評價指標?？傮w而言，濃縮口服液及100%果汁產品由于營養價值優勢而在所有產品中排名靠前；ZH 系列果汁飲料則由于同時兼顧感官品質與營養價值，在果汁飲料中排名靠前。因此，本研究建立了黑果腺肋花楸果汁產品品質分析與綜合評價體系，并使用該體系對市售黑果腺肋花楸果汁產品進行評價；首次提供了14 份黑果腺肋花楸產品的感官品質、理化指標及營養價值指標評價數據，并且采用化學計量學的方法探討了黑果腺肋花楸產品的品質特征，對于黑果腺肋花楸產業的健康發展具有重要意義。