两种越橘类色素品质评价分析研究

摘 要：红豆越橘和欧洲越橘为常用于色素生产的越橘品种，为研究以这2个品种为原料的色素品质差异，在检测分析不同指标的基础上，对41批次分别以欧洲越橘和红豆越橘为原料的色素样品进行主成分分析，筛选重要品质评价指标，采用正交偏最小二乘法判别分析区分品种间品质的差异。结果表明，主成分分析将所有品质指标分为4个主成分，其累计贡献值达80.798%，可有效反映影响色素品质的主要指标；正交偏最小二乘法判别分析结果表明，灰分、锌、维生素C对区分这2个品种的色素贡献度最高，可为越橘色素的品质评价、品种鉴别提供理论依据。

关键词：红豆越橘；欧洲越橘；品质；主成分分析；正交偏最小二乘法

Study on the Evaluation and Analysis of Quality of Pigment with Two Varieties of Vaccinium spp. as Raw Material

HE Qingke1， LIU Yanglun1，2， LIU Hui1， LI Hong1， ZHOU Ying1

（1.Hunan Province Institute of Quality Inspection， Hunan Provincial Key Laboratory of Food Safety Monitoring and Early Warning， Changsha 410017， China; 2.Hunan Agricultural University， Changsha 410125， China）

Abstract： Vaccinium vitis-idaea Linn. and Vaccinium myrtillus Linn. are commonly used in pigment production. In order to study the difference of pigment quality of these two varieties as raw materials， based on the detection and analysis of different indexes， principal component analysis was performed on 41 batches of pigment samples using Vaccinium myrtillus Linn. and Vaccinium vitis-idaea Linn. as raw materials， and important quality evaluation indexes were screened. Orthogonal partial least square discriminant analysis was used to distinguish the quality differences among varieties. The results showed that all quality indexes were generally divided into four principal components by principal component analysis， and the cumulative contribution value was 80.798%， which could reflect the main factors affecting pigment quality effectively. The results of discriminant analysis by orthogonal partial least square method showed that ash content， zinc and vitamin C had the highest contribution to distinguish the pigment of the two cultivars， which could provide a theoretical basis for the quality evaluation and variety identification of the pigment.

Keywords： Vaccinium vitis-idaea Linn.; Vaccinium myrtillus Linn.; quality; principal component analysis; orthogonal partial least square method

欧洲越橘（Vaccinium myrtillus Linn.）和红豆越橘（Vaccinium vitis-idaea Linn.）为常见的用于着色剂原料的越橘品种。欧洲越橘和红豆越橘（俗称中国越橘）同属于越橘属，均富含天然活性成分，能提取出含量丰富的花色苷作为色素的主要成分，具有抗氧化、抗菌、抗炎、抗癌等多种功效[1-3]。目前，已有研究人员对这2种越橘提取物中的成分、功能进行研究，但对这2种色素的主要成分含量和关键品质进行相关性的研究较少[4]。

主成分分析是一种无监督模式识别的多维数据分析方法，旨在将大量数据由可能存在相关性的变量转换成几组线性不相关的主成分。主成分分析可将所有的指标分类，按对结果的影响程度分组，并反映原来变量的信息。在食品质量控制中主要用于品种鉴别分析、特征数据挖掘、品质综合评价等，主成分分析常与其他统计方法结合应用[5]。

本试验分别以欧洲越橘和红豆越橘为原料的41批次越橘色素为研究对象，开展营养成分、元素含量、特征性指标的检测研究，比较检验数据的差异，对所有检验结果进行主成分分析及偏最小二乘法判别分析，以期获取能代表越橘色素品质的主要因素和区分原料品种的关键要素。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

氢氧化钠、95%乙醇、柠檬酸、磷酸氢二钠、硝酸（65%）、硝酸铝、醋酸钾、苯酚、浓硫酸、溴甲酚绿指示剂、亚甲基蓝指示剂和葡萄糖，均为分析纯，上海国药集团化学试剂有限公司；维生素C，芦丁，铜、锌、铁、钙、镁、钾标准溶液，上海安谱实验科技股份有限公司；以欧洲越橘为原料的越橘色素，以红豆越橘为原料的越橘色素，购于湖南康隆生物科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

ME204E电子分析天平，梅特勒-托利多精密仪器有限公司；945066数显型多管旋涡混合器，美国Talboys公司；7900ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪，美国Agilent公司；UV-10紫外可见分光光度计，上海元析仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 pH值的测定

称取试样1.0 g，用三级水溶解后，置于100 mL容量瓶中，用三级水定容，用酸度计测定pH值。

1.3.2 常规理化指标的测定

水分、灰分、脂肪、蛋白质、维生素C、元素和总黄酮含量的测定分别参照《食品安全国家标准 食品中水分的测定》（GB 5009.3—2016）、《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》（GB 5009.4—2016）、《食品安全国家标准 食品中脂肪的测定》（GB 5009.6—2016）、《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》（GB 5009.5—2016）、《食品安全国家标准 食品中抗坏血酸的测定》（GB 5009.86—2016）、《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》（GB 5009.268—2016）、《出口食品中总黄酮的测定》（SN/T 4592—2016）测得，总糖含量参照文献[6]测得。

1.3.3 色价的测定

参照《食品安全国家标准 食品添加剂 越橘红》（GB 1886.364—2022）测定。

1.3.4 数据分析

使用SPSS 23对试验数据进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 主成分分析

对41批次越橘色素主要成分指标进行主成分分析，结果见表1。前4个主成分的累积贡献率为80.798%，基本可包含所测定的15个指标的大部分信息。选取前4个主成分对这2种提取物进行综合评价。第1主成分贡献率为47.993%，决定其大小的为灰分、维生素C、锌、蛋白质、钙、总黄酮、铁、镁、总糖含量；第2主成分贡献率为13.729%，决定其大小的为铜、总糖、色价含量；第3主成分贡献率为11.852%，决定其大小的为水分、钾、脂肪含量；第4主成分贡献率为7.224%，决定其大小的为钾、pH值含量，采用这4个因子可有效解释原有变量80%以上的信息。

2.2 成分PCA图分析

第一主成分PC1、第二主成分PC2分别包含了原来信息量的47.99%、13.73%。PC1是最能解释多维数据矩阵方差的变量，PC2为解释方差的第二最佳变量。PCA的分图常被用来反映品种与品质指标之间的关系，从图1能够直观看出各越橘品种与PC1和PC2的关联性，欧洲越橘色素落在PC1正向区间（第一象限和第四象限），红豆越橘色素落在PC1负向区间（第二象限和第三象限），说明这2种主成分包含的信息可以有效将这2个品种区分开。有11批次欧洲越橘色素落在了第一主成分和第二主成分的正向区间，表明这些色素维生素C、锌、蛋白质、钙、总黄酮、铁、镁、总糖和铜含量较高，且色价较高，说明其功能成分花青素含量相对较高，品质较为优良。

图1 主成分PC1 、PC2的分图

2.3 正交偏最小二乘法判别分析

为了更好地进行数据可视化和后续分析，采用正交偏最小二乘法判别分析方法对结果进行分析，绘制了以欧洲越橘和红豆越橘为原料的色素评分图，进一步展示2个品种间的差异。由图2可看出，以红豆越橘为原料的色素样品主要分布在PC1左侧，以欧洲越橘为原料的色素样品分布在PC1右侧，两组样本在主成分坐标轴上分离较好。评分模型的预估参数有R2X、R2Y、Q2，其中R2X、R2Y分别代表所建立模型对X和Y的解释率，Q2表示模型的预测能力，这3个指标越接近于1，模型的稳定性越好。由参数可知，R2X、R2Y、Q2的值分别是0.466、0.969、0.965，表明模型稳定性可靠，2种越橘差异有统计学意义。

以变量权重重要性排序（Variable Importance in Projection，VIP）作为标准，系统评估了15种指标对区分以红豆越橘和欧洲越橘为原料的2种色素的贡献程度。如图3所示，排名前8的为灰分、锌、维生素C、钙、黄酮类化合物、蛋白质、镁和铁，越橘属下种类繁多，分布于北半球温带、亚热带，美洲、亚洲的热带山区，植物学性状和特有的营养资源各有不同，本文的研究结果为今后的进一步鉴别工作提供了研究思路。

3 结论

本文通过检测以欧洲越橘和红豆越橘为原料的越橘色素，探究了2类色素元素的常规理化和特征性指标含量的异同。通过主成分分析，获得了能代表所有变量80%以上信息的4个因子，主成分贡献率分别为47.993%、13.729%、11.852%、7.224%。欧洲越橘依次落在PC1正向区间，红豆越橘依次落在PC1负向区间，说明这2种主成分包含的信息可以有效地将这2个品种区分开。通过正交偏最小二乘法得到灰分、锌、维生素C为区分这2种色素的主要指标。今后可进一步扩展检测指标范围，深度挖掘以2种不同越橘品种为原料的色素鉴别因素。

参考文献

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[3]KYLLI P，NOHYNEK L，PUUPPONEN-PIMIA R，

et al.Lingonberry （Vaccinium vitis-idaea） and European cranberry （Vaccinium microcarpon） proanthocyanidins： isolation， identification， and bioactivities[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2011，59（7）：3373-3384.

[4]HOKKANEN J，MATTILA S，JAAKOLA L，et al.

Identification of phenolic compounds from lingonberry （Vaccinium vitis-idaea L.）， bilberry （Vaccinium myrtillus L.） and hybrid bilberry （Vaccinium x intermedium Ruthe L.） leaves[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2009，57（20）：9437-9447.

[5]石彦国，单彤彤，曾剑华.基于主成分分析和偏最小二乘法的蒸煮大豆食味品质评价[J].中国食品学报，2019，19（10）：265-277.

[6]何照范.粮油籽粒品质及其分析技术[M].北京：中国农业出版社，1985.