謝麗源,鄭林用,彭衛(wèi)紅,唐 杰,黃忠乾,譚 偉,甘炳成
(四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所,四川成都 610066)
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不同包裝膜處理杏鮑菇品質(zhì)的主成分分析與綜合評價
謝麗源,鄭林用,彭衛(wèi)紅,唐杰,黃忠乾,譚偉,甘炳成*
(四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所,四川成都 610066)
本文采用主成分分析法對氣密性和阻隔性不同的包裝膜包裝處理下杏鮑菇品質(zhì)的影響進行定量分析,建立綜合評價函數(shù),以此篩選最佳包裝材料。結(jié)果表明,9個生理生化檢測指標進行主成分分析可簡化為2個主成分,累積方差貢獻率為83.203%,能夠較好地反映原始數(shù)據(jù)的信息;綜合主成分分析顯示,不同包裝膜處理杏鮑菇的綜合品質(zhì)得分從高到低為:高壓低密度聚乙烯(LDPE)>聚丙烯(OPP)>低壓高密度聚乙烯(HDPE)>聚乙烯(PE)>乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)>未包裝(CK)。由此可見,包裝膜有利于杏鮑菇貯藏保鮮,且LDPE包裝材料的保鮮效果最佳。
杏鮑菇,包裝膜,主成分分析,品質(zhì),綜合評價
杏鮑菇富含蛋白質(zhì)、多糖、維生素、氨基酸、甾醇等營養(yǎng)物質(zhì),具有降血壓血脂、降低膽固醇、抗動脈粥樣硬化,能刺激抗體形成、增強人體免疫力,發(fā)揮防癌抗癌的作用,而且對脂肪肝、急性肝炎、心肌梗塞、腦梗塞、某些腫瘤均具有良好的預(yù)防和治療作用[1-3]。近年來,隨著市場需求的增加以及工廠化栽培模式的推廣,杏鮑菇的產(chǎn)量大幅度提升,而杏鮑菇的采后貯運也愈來愈成為其產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟需解決的問題。自發(fā)氣調(diào)包裝為主的保鮮法結(jié)合低溫貯藏是理想的貯藏食用菌的方法,它通過塑料薄膜包裹,借助呼吸作用來降低膜內(nèi)氧氣含量,并通過薄膜交換氣體調(diào)節(jié)氧氣與二氧化碳的比例,是一種簡便易行,效果較好的保鮮方法,但是不同的包裝膜針對不同的食用菌有一定適用性,因此選擇適用的包裝保鮮材料對于研究食用菌保鮮具有重要意義。
主成分分析法(principal component analysis,PCA)也稱主分量分析,是一種通過降維技術(shù),根據(jù)貢獻率的大小用少數(shù)幾個具有代表性的綜合指標代替多個原始變量,化繁為簡的常用多元統(tǒng)計分析方法。主成分分析能夠在最大限度地保留原始數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上,對高維變量進行綜合和簡化,并且能夠客觀地確定各個指標的權(quán)重,避免了主觀隨意性,有一定的優(yōu)越性[4-7],目前,主成分分析法在食品中已被廣泛應(yīng)用[8-10]。
本實驗采用5種氣密性、透明度、阻隔性不同的保鮮膜貯藏杏鮑菇,對杏鮑菇品質(zhì)影響進行量化,通過對影響杏鮑菇品質(zhì)的理化指標進行主成分分析,建立綜合評價函數(shù),以期篩選最佳包裝保鮮膜材料,為延長杏鮑菇貨架期起到一定的指導(dǎo)作用。
1.1材料與儀器
供試材料為工廠化栽培的新鮮杏鮑菇采自成都榕珍菌業(yè)有限公司。采摘標準為12~15 cm長度杏鮑菇,挑選菇體完整,色澤潔白、表面光潔、未開傘、無病蟲害、無機械損傷、大小一致的子實體,采后立即運送至四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院微生物研究中心。
5 種保鮮膜(聚丙烯(oiented polypropylene film,OPP)、乙烯-乙酸乙烯共聚物(ethylene vinyl acetate,EVA)、聚乙烯(polyethylene,PE)、高壓低密度聚乙烯(low density polyethylene,LDPE)、低壓高密度聚乙烯(high density polyethylene,HDPE))均購自成都包裝材料中心,規(guī)格為300 mm×300 mm,厚度為0.05 mm。
葡萄糖、濃硫酸、考馬斯亮藍G250、牛血清蛋白、硫代巴比妥酸、三氯乙酸、氮藍四唑、聚乙烯吡咯烷酮、核黃素、鄰苯二胺、甲硫氨酸、鄰苯二酚均為分析純,購于成都市長征化玻有限公司。
紫外分光光度計UV1240日本島津儀器公司;GLI66-Ⅱ高速離心機上海安亭科學(xué)儀器廠;HH.S11-Ni6-列六孔恒溫水浴鍋北京長安科學(xué)儀器廠;ALC-Z10.3電子天平北京賽多利斯天平有限公司。
1.2測定指標和方法
1.2.1樣品處理各選取1朵杏鮑菇分別放入OPP、EVA、PE、LDPE、HDPE 5 種保鮮包裝袋中,扎緊袋口,同時設(shè)置不包裝處理為對照(CK),放入4 ℃,相對濕度為85%的環(huán)境中貯藏,每個處理組重復(fù)3 次,每3 d測定一次各種品質(zhì)指標,共測定15 d。測定指標包括VC、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、丙二醛(malondialdehyde,MDA)、多酚氧化酶(polyphenol,PPO)、過氧化物酶(peroxidase,POD)、超氧化物歧化酶(superoxide Dismutase,SOD)、過氧化氫酶(catalase,CAT)、質(zhì)量損失率。
1.2.2可溶性糖含量的測定稱取1.0 g杏鮑菇樣品組織置于研磨中,倒入液氮研磨均勻,加少量蒸餾水研磨勻漿,轉(zhuǎn)入20 mL具塞試管中,加入5~10 mL蒸餾水,薄膜封口,沸水中煮沸提取30 min,冷卻、過濾,將殘渣回收到試管中,加入10 mL蒸餾水,重復(fù)沸水浴提取10 min,冷卻、過濾、洗滌,將兩次濾液收集于100 mL容量瓶中并定容至刻度。吸取10 mL提取液于100 mL容量瓶中并定容至刻度。取1.0 mL稀釋液于具塞刻度試管中,加入1.0 mL蒸餾水,1.0 mL 0.09 g/mL苯酚溶液,搖勻,再加入5.0 mL的濃硫酸,充分振蕩后在室溫下反應(yīng)30 min,在波長490 nm處比色測定其吸光度,通過葡萄糖標準曲線計算樣品中的可溶性糖含量(mg/g)。
1.2.3可溶性蛋白質(zhì)含量的測定稱取1.0 g杏鮑菇樣品組織,加5 mL蒸餾水研磨成漿,于4 ℃、12000× g離心20 min,吸取提取液1.0 mL于5 mL容量瓶中并用蒸餾水定容至刻度,取1.0 mL稀釋液放入具塞刻度試管中,加入5 mL考馬斯亮藍G-250試劑,充分混合,放置2 min后在波長595 nm處比色測定其吸光度,記錄光密度OD值,并通過標準曲線計算待測樣品中可溶性蛋白質(zhì)的含量(mg/g)。
1.2.4VC含量的測定稱取剪碎混勻的杏鮑菇5.0 g,加入5 mL 1%鹽酸勻漿,轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中,稀釋定容。離心(12000×g)10 min后,取0.2 mL上清液,加入盛有0.2 mL 10%鹽酸的10 mL容量瓶中,定容后以蒸餾水為空白,在243 nm處用紫外分光光度計測定吸光值,根據(jù)標準曲線,計算VC含量(μg/g)。
1.2.5MDA含量的測定采用硫代巴比妥酸(TBA)比色法[11]。取杏鮑菇樣品組織1 g,加入2 mL 10 g/100 mL三氯乙酸(TCA),研磨后轉(zhuǎn)移至離心管,再加入8 mL TCA洗滌研缽一并轉(zhuǎn)移至離心管。勻漿離心后取上清液2 mL(參比用10 g/100 mL TCA代替),加入2 mL 6 mg/mL TBA溶液,混勻于沸水浴上反應(yīng)15 min,迅速冷卻后再離心(12000×g)10 min,分別取上清液測定OD450、OD532和OD600值。
MDA含量(nmol/g)=6.45(OD532-OD600)-0.56 OD450/V(Vs·M)
式中:V為提取液體積(mL);M為杏鮑菇組織鮮質(zhì)量(g);Vs為測定時取樣品提取液體積/mL。
1.2.6SOD活性測定氮藍四唑(NBT)法[12-13]。稱取剪碎混勻的菇肉1.0 g,加入1 mL預(yù)冷的0.05 mol/L pH7.8磷酸緩沖液(內(nèi)含1%聚乙烯吡咯烷酮),在冰浴上研磨成勻漿,加緩沖液使終體積為5 mL后,于4 ℃ 12000×g離心15 min,上清液即為SOD粗提液。用0.05 mL提取液,分別加入1.5 mL 0.05 mol/L pH7.8磷酸緩沖液,0.3 mL 130 mmol/L-甲硫氨酸(Met)溶液,0.3 mL 750 μmol/L氮藍四唑(NBT)溶液,0.3 mL 100μmol/L EDTA-Na2溶液,0.3 mL 20 μmol/L核黃素溶液及0.25 mL蒸餾水,2支對照以緩沖液代替酶液,混勻后一支對照管置暗處,其他各管于4000 Lx日光燈下反應(yīng)20 min,置暗處終止反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后,以不照光的對照管作空白,分別在560 nm下測定其他各管的吸光度,計算SOD活性。以每min 抑制NBT光化還原的50%為1個SOD酶活力單位(U)。
式中:A0為光照對照管的吸光度;AE為樣品管的吸光度;V為樣品提取液液總體積(mL);Vs為測定時樣品用量(mL);M為樣品鮮質(zhì)量(g),t為光照時間(min)。
1.2.7POD活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[11],取杏鮑菇2.0 g,加入4倍體積的0.05 mol/L、pH7.0的磷酸緩沖液(PBS)(含1%PVPP),冰浴研磨10 min后,于4 ℃ 下12000×g,離心10 min,上清液即為粗酶液。取50 mL 100 mmol/L pH7.0,加入19 μL愈創(chuàng)木酚,加熱攪拌,溶解冷卻后加入28 μL 30% H2O2制成反應(yīng)液,取50 μL酶液與2 mL POD反應(yīng)液,1 mL 0.2 mol/L PBS,在470 nm處測定吸光度,每30 s測定一次,共測3 min。以反應(yīng)體系每克樣品每分鐘吸光度(A)變化0.01為一個酶活力單位(U),結(jié)果以U/g表示。
1.2.8PPO活性測定取0.2%的鄰苯二酚溶液2.1 mL,加0.8 mL的0.1 mol/L、pH7.0的磷酸緩沖液,再加入0.1 mL的粗酶液(方法同POD),在420 nm處測定吸光度,每10 s記錄1次,共記錄3 min,以初始直線段的斜率(ΔOD/t)計算酶活力[13]。以反應(yīng)體系每克樣品每分鐘吸光度變化0.001為一個酶活力單位(U),結(jié)果以U/g表示。
表1 不同包裝膜處理對杏鮑菇品質(zhì)和生理指標的影響
續(xù)表
X:平均值±標準誤差(Mean±Standard Error);鄧肯氏多重比較(Duncan’s new multiple range test),標注不同小寫字母表示0.05水平顯著性差異。
表2 主成分方差分析
1.2.9CAT活性測定取2.0 g杏鮑菇組織樣品,在冰浴條件下用2.0 mL 0.1 mol/L pH7.5 PBS研磨,勻漿后轉(zhuǎn)入離心管中,用該緩沖液3 mL洗滌研缽一并轉(zhuǎn)移至離心管內(nèi),于4 ℃下12000×g,離心,上清液為粗酶液。取0.2 mL上清液,加入1.5 mL、0.05 mol/L、pH7.0磷酸緩沖液和0.3 mL 0.3% H2O2,加入后立即計時,并在240 nm處測吸光度[13]。以反應(yīng)體系每克樣品每分鐘吸光度變化0.001為一個酶活力單位(U),結(jié)果以U/g表示。
1.2.10失重率測定采用稱重法稱量每組平行樣品,分別記錄貯藏前菇體質(zhì)量和不同貯藏期菇體的質(zhì)量。
式中:m1為取樣時質(zhì)量(g);m為樣品初始質(zhì)量(g)。
1.2.11數(shù)據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0軟件進行主成分分析(PCA),計算相關(guān)系數(shù)矩陣,主成分特征值、累積貢獻率及主成分綜合得分等。
2.1標準曲線制作
采用苯酚-硫酸法[11],以標準葡萄糖為標準品,制作可溶性糖標準曲線,得到方程y=0.0086x+0.0089,R2=0.9952;采用考馬斯亮藍G-250法[14],以標準牛血清白蛋白為標準品,制作蛋白質(zhì)標準曲線,得到方程y=0.0039x+0.9581,R2=0.9999;采用紫外快速測定法[15],以VC作為標準品,制作VC標準曲線,得到方程y=0.0451x+0.0035,R2=0.9998。
2.2不同包裝材料對杏鮑菇品質(zhì)和生理指標的影響
4 ℃貯藏條件下,各種保鮮膜和CK相比不同程度的抑制了杏鮑菇貯藏期間的PPO活性和MDA含量上升趨勢,延緩了可溶性蛋白、VC和可溶性糖含量下降,同時保持較高的SOD活性、CAT活性和POD活性(表1)。從表1可知,貯藏15 d,HDPE和LDPE包裝膜處理VC含量顯著高于(p<0.05)其他包裝材料和CK;HDPE、EVA、OPP、PE包裝膜處理可溶性蛋白含量顯著高于(p<0.05)LDPE和CK,且彼此間沒有達到顯著性差異(p>0.05);LDPE和OPP包裝膜處理可溶性糖含量顯著優(yōu)于(p<0.05)其余包裝,而二者間差異性不顯著;LDPE和OPP包裝膜處理MDA含量顯著低于(p<0.05)EVA、HDPE、PE和CK;OPP、LDPE、HDPE膜包裝處理SOD活性顯著高于(p<0.05)EVA、PE和CK;LDPE膜包裝POD活性高于(p<0.05)其他包裝膜;LDPE薄膜包裝和其他包裝材料相比有助于保持PPO的低活性,從而減弱由PPO引起的組織褐變;包裝處理CAT活性顯著(p<0.05)高于CK,各包裝膜處理CAT活性沒有顯著性差異(p>0.05);薄膜包裝具有較好的保濕作用,可以有效抑制杏鮑菇的采后失水(p<0.05),其中以HDPE和LDPE的保濕效果較好。綜合來看,LDPE包裝膜效果最佳,OPP和HDPE其次,EVA和PE最差,為了精確的判斷不同包裝膜的保鮮效果,需要進一步通過主成分分析進行綜合評價。
2.3不同保鮮膜處理杏鮑菇品質(zhì)主成分分析及綜合評價
2.3.1不同膜處理杏鮑菇品質(zhì)變化的主成分分析本實驗通過SPSS 17.0對5個包裝膜處理下杏鮑菇的9個品質(zhì)和生理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2)。從表2可知特征值大于1的共2個主成分,總方差83.203%的貢獻率來自前2個主成分,其方差貢獻率依次為53.781%和29.422%,說明2個主成分反映了原始變量的絕大部分信息。因此杏鮑菇品質(zhì)指標由初始的9個降到2個不相關(guān)的主成分,成功達到了降維目的。
由表3可知,可溶性蛋白、MDA、VC、POD、PPO、失重率在第1主成分上有較高載荷,說明第1主成分主要反映了這6個指標的信息,其中,蛋白質(zhì)、VC、POD、PPO在正坐標處具有較高載荷,MDA、失重率在負坐標處載荷較高;可溶性糖、SOD、CAT在第2主成分正坐標處載荷較高,說明主要反映了可溶性糖、SOD、CAT這3個成分指標的信息。而在主成分矩陣中,檢測值的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。比較第一主成分中貢獻率大小為VC>PPO>MDA>POD>可溶性蛋白>失重率;而第二主成分中貢獻率比較結(jié)果為CAT>SOD>可溶性糖。
表3 成分載荷矩陣
圖1更加直觀地顯示了各主成分主要提取的信息和各指標之間的相關(guān)性,不同變量在散點圖中的分布位置取決于其在各主成分中的載荷系數(shù)。每一個主成分都代表一個獨立的綜合變量,在每個主成分中位置相近的指標正相關(guān),呈180°分布的指標呈現(xiàn)負相關(guān),而距離遠且呈90°分布的指標不相關(guān),距離象限分界線較遠的指標對主成分的貢獻更大。圖1可知,第一主成分所提取的指標主要位于圖1的左側(cè)和右側(cè),距離垂直象限分界線較遠,而距離垂直象限越遠,對主成分貢獻越大,同時,可溶性蛋白、VC和POD,以及MDA、PPO和失重率距離較近,而這兩組指標呈180°分布,說明,對第一主成分貢獻大小為VC>PPO>MDA>POD>可溶性蛋白>失重率;第二主成分主要提取了CAT、SOD、可溶性糖,這三項指標距離水平象限分界線較遠,說明這三項指標對第二主成分貢獻較大,且距離水平象限分界線距離大小反映對主成分貢獻大小,對第二主成分貢獻大小為CAT>SOD>可溶性糖。因此,本文所選取的兩個主成分有效地提取了原9個指標。
圖1 9個品質(zhì)和生理指標的主成分散點圖Fig.1 Scatter plot of 9 quality indexes
2.3.2杏鮑菇品質(zhì)的綜合評價用兩個主成分對不同包裝膜處理的杏鮑菇品質(zhì)進行綜合評價,計算主成分得分及綜合得分。以兩個主成分F1、F2做線性組合,并以每個主成分的方差貢獻率作為權(quán)數(shù)建立綜合評價函數(shù):
F=(53.781%F1+29.422%F2)/83.203%
其中F1:第1主成分得分,F2:第2主成分得分,總因子F得分越高,表明品質(zhì)越好。
圖2可知,隨著貯藏時間延長,杏鮑菇綜合得分均呈下降趨勢,在杏鮑菇貯藏的每個階段,保鮮膜處理綜合得分均高于不包裝對照CK,且在貯藏15 d,不同保鮮膜處理得分依次為LDPE(-0.120)>OPP(-0.350)>HDPE(-0.370)>PE(-0.895)>EVA(-0.940)>CK(-2.22),說明LDPE對杏鮑菇貯藏作用最佳,隨后依次為OPP、HDPE、PE,EVA貯藏效果最差。
圖2 不同包裝膜處理對杏鮑菇綜合品質(zhì)的影響Fig.2 Effect of different fresh-keeping films on comprehensive quality of P. eryngii
本文分析了不同包裝膜處理下杏鮑菇品質(zhì)差異,并對采摘后杏鮑菇可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、VC含量、MDA含量、PPO活性、POD活性、CAT活性、SOD活性、失重率等9個指標進行主成分分析,建立綜合評價函數(shù),得到每個處理的最終綜合得分,并以此篩選最佳包裝膜。結(jié)論如下:
通過主成分分析有效地提取了前兩個主成分,累積方差貢獻率達到83.203%,能夠代表原來9個品質(zhì)指標的絕大部分信息,具有很好的代表性;其中,第一主成分方差貢獻率為53.781%,第二主成分方差貢獻率為29.422%。
可溶性蛋白、MDA、VC、POD、PPO、失重率在第1主成分上有較高載荷,可溶性糖、SOD、CAT在第2主成分載荷較高;第一主成分貢獻率大小VC>PPO>MDA>POD>可溶性蛋白>失重率;而第二主成分中貢獻率比較結(jié)果為CAT>SOD>可溶性糖。
用2個主成分對不同包裝保鮮膜處理的杏鮑菇品質(zhì)進行綜合評價,計算主成分得分及綜合得分,建立了綜合評價函數(shù):F=(53.781% F1+29.422% F2)/83.203%
通過主成分分析的評價模型得到不同包裝膜處理杏鮑菇的綜合品質(zhì)得分從高到低為:LDPE>OPP>HDPE>PE>EVA>CK,說明包裝保鮮膜在不同程度上延緩了貯藏期間杏鮑菇的品質(zhì)劣變。
由此可見,保鮮膜包裝處理有利于杏鮑菇貯藏,LDPE包裝材料處理杏鮑菇品質(zhì)最佳,而本文所建立的綜合評價方法可以用于食用菌產(chǎn)品品質(zhì)的量化和排序,為其品質(zhì)評價提供了更加科學(xué)和直觀的依據(jù)。
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Principal component analysis and comprehensive evaluation on quality ofPleurotuseryngiipackaged by different preservative films
XIE Li-yuan,ZHENG Lin-yong,PENG Wei-hong,TANG Jie,HUANG Zhong-qian,TAN Wei,GAN Bing-cheng*
(Institute of Soil and Fertilizer,Sichuan Academy of Agricultural Sciences,Chengdu 610066,China)
In this paper,the effect of fresh-keeping film on quality ofP.eryngiiwere analyzed by principal component analysis method,and assessment model was established,by which the best packaging materials was screened. The results showed that 9 traits were consolidated into 2 principal components which accounted for 83.203% of total variation. Comprehensive principal component analysis showed that the order of comprehensive quality ofP.eryngiiunder different fresh-keeping film was LDPE>OPP>HDPE>PE>EVA>CK. Thus,the packaging film was conductive to mushroom preservation,and LDPE was the best for preservation.
Pleurotuseryngii;fresh-keeping film;principal component analysis;quality;comprehensive evaluation
2015-11-02
謝麗源(1977-),女,博士,副研究員,研究方向:農(nóng)產(chǎn)品加工,E-mail:xieliyuan77@163.com 。
甘炳成(1968-),男,碩士,研究員,研究方向:食用菌貯藏加工,E-mail:bgan918@sohu.com。
國家科技支撐計劃課題(2013BAD16B00),國家現(xiàn)代食用菌產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(CARS24),省財政現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與示范專項(2014CXSF-029)。
TS284.2
A
1002-0306(2016)13-0238-07
10.13386/j.issn1002-0306.2016.13.040