主成分分析法评价果皮复合保鲜剂对辣椒品质的影响

王淑静 王鑫 刘景元 李瑞琪 巫佳佳 谌馥佳

摘要：我国是辣椒消费和生产大国，但辣椒采摘后上市供应时间较短，运输和贮存过程中容易腐烂变质，从而丧失了食用和经济价值。本文通过从废弃果皮中提取抗菌活性物质，开发辣椒绿色果蔬保鲜剂，期望解决辣椒贮藏问题。比较分析了香蕉皮、苹果皮和葡萄皮提取物与商品化的果蔬保鲜剂壳聚糖对辣椒的保鲜效果，以失重率、好果率、Vc含量、有机酸、SOD酶含量为指标，综合评价发现，香蕉皮提取物具有较好的防腐保鲜效果，接着构建了辣椒品质评价模型，运用降维的策略研究多指标品质评价体系问题。

关键词：果皮;主成分分析;果蔬保鲜剂;辣椒品质评价模型

前言

辣椒（Capsicum annuum）是日常生活中最为常见的蔬菜之一，其本身含有丰富的维生素C且具有抗癌功效。随着人们生活水平的逐步提高和对辣椒营养保健功效的充分认知，辣椒的市场需求和消耗量逐渐增大，但是辣椒存在采摘后易受机械损伤、氧化以及微生物侵扰而腐烂变质[1]，耐贮性和运输性很差等问题，需要大力发展辣椒采后保鲜技术，以保证辣椒产业的可持续健康发展。大量研究证明，果皮含有抗氧化、抑菌的物质等，香蕉皮含许多的高质量果胶，抗氧化剂和抑菌活性物质[2]，苹果皮[3]和葡萄皮[4]富含抗氧化及抑菌活性多酚，因此果皮作为果蔬保鲜剂绿色经济可行。所以利用果皮开发果蔬保鲜剂，不仅可以提高水果的经济价值，还能废物利用节约资源。

1材料与方法

1.1实验材料与主要试剂

香蕉皮、苹果皮和葡萄皮市售，无水乙醇等试剂均为分析纯购于驻马店市中豫化玻有限公司、壳聚糖（CTS）购自上海源叶生物科技有限公司。

1.2主要仪器

DHG-9140A型电热恒温鼓风干燥箱（无锡润滤机械设备有限公司）JYL-C19V九阳料理机（九阳股份有限公司）FA2004電子分析天平（梅特勒托利多仪器有限公司）KQ-500VDE超声清洗仪（昆山市超声仪器有限公司）等。

1.3 果皮中天然活性抑菌成分的提取

将香蕉皮、苹果皮、葡萄皮粉碎后，精确称取1g，放入装有30ml蒸馏水（用75%酒精提取时，会有乙烯被提出，加快辣椒腐烂，所以我们选用蒸馏水进行提取。）的烧杯中，置于超声清洗仪中60℃提取40min。过滤，将滤液装入棕色瓶中，滤渣再次放入30ml蒸馏水提取40min。提取后过滤，把两次滤液混合浓缩至10ml备用。

复合绿色果皮保鲜剂的配置，将果皮提取液与2%的壳聚糖乙酸溶液进行复配，分别制成香

蕉皮、苹果皮以及葡萄皮复合保鲜剂。

1.4构建辣椒品质指标评价模型

1.4.1外观指标

失重率%=（最初果实质量-贮藏一定时间果实质量）/最初果实质量×100%

好果率%=（总个数-每次统计的腐烂果个数）/总个数×100%

1.4.2 生理生化指标

氧化物歧化酶（SOD）含量测定采用氮蓝四唑法;VC含量检测采用碘量法;有机酸含量采用滴定法。

1.4.3 构建辣椒保鲜剂品质评价模型

采用主成分分析法[5]，以各品质指标随着时间变化的结果作为自变量，以最终综合评分为因变量，构建多元线性回归方程。从而将多指标问题转化成简单的数学模型，直观详细的考察复合果蔬保鲜剂的优势，为下一步继续研究复合果蔬保鲜剂的配方比例以及在其他品种果蔬上的应用奠定了理论和技术基础。

（1）主成分分析

选取品质指标为原始变量进行主成分分析，若均为正指标，可取原始测定值进行主成分分析，否则需要进行正向化处理。过相关系数矩阵的方差分析表，计算出各主成分所对应的特征值，提取特征值大于 1 的主成分;然后确定影响目标品质的主要成分因子，计算目标对应的各主成分得分及综合得分，并依据不同评分标准对目标进行得分排名。最终，得出目标品质的综合排名。

（2）多元线性回归分析

在主成分分析的基础上，以各品质指标随着时间变化的结果作为自变量，以最终综合评分为因变量，构建多元线性回归方程[5]。多元线性回归分析采用后向消元的方法，最终拟合出一条多元线性回归方程，总体线性回归模型为：

Y=β0 +β1 X1 +β2 X 2 +… …+βpXp+Ɛ

其中，Y代表最终综合评分，β0是一个常数项，X1、X2、……Xp代表各品质指标的主要成分特征值，β1、β2、… …βp代表相应的各品质指标特征值X与最终综合评分Y的回归系数的向量。每个预测变量均由变量乘以各自相应的回归系数加上一个误差项构成，拟合方法为最小二乘法。

1.5 数据处理

样品至少设置3次重复，最终结果为其平均值。分析和处理结果必须用“平均值±标准差（SD）”的形式表示;用Origin2017作图，品质模型构建采用SPSS20.0进行主成分分析和构建多元线性回归方程。

2 结果与分析

2.1失重率和好果率

各复合保鲜液处理辣椒后，在第7d、14d和21d进行失重率和好果率指标的考查。结果发现随贮藏期延长，失重率逐渐升高，对照组明显高于处理组，对照组失重率最高可达32.87%;好果率在第7d时均为100%，后面随着时间的延长各组均出现一定程度的腐烂，在第21d时，苹果、葡萄、香蕉复合保鲜液处理与壳聚糖处理的辣椒好果率均高于对照组（40%），分别可达87%、60%、47%和80%。

2.2 Vc含量和有机酸含量测定

各处理组Vc含量均随着贮藏时间延长而降低，贮藏14d时，各处理组Vc含量明显高于对照组，贮藏21d时，葡萄皮、苹果皮、香蕉皮复合果蔬保鲜剂处理组Vc含量分别为43.62、48.20和48.73mg/100g，与壳聚糖处理组（49.58mg/100g）相当，均优于对照组;有机酸均随着贮藏时间延长略有升高，但总体趋势变化不大，在第21d，最高含量为香蕉皮复合保鲜剂处理组，可达0.21%，最低为葡萄皮处理组和壳聚糖处理组，均为0.15%。

2.3 SOD酶活测定

由图3可以看出贮藏7d时，各处理组酶活均高于对照组，但14d时测得SOD酶活普遍降低，对照组降低最多，香蕉皮处理组酶活还可达588.9U/克组织鲜重，贮藏21d后各处理组SOD酶活性与对照组差异不明显，普遍处于较低的水平。

2.4构建辣椒保鲜剂品质评价模型

本研究通过SPSS 20.0对第14d复合保鲜剂的5个品质指标进行主成分分析，得到各主成分的特征值、方差贡献率、累积方差贡献率（表1）。从表1可知，特征值大于1的共2个主成分，总方差71.653%的贡献率来自前2个主成分，其方差贡献率依次为37.983%和33.670%，说明2个主成分反映了原始变量的绝大部分信息，第3个主成分累积贡献率达88.49%。因此，辣椒品质指标由初始的5个降到2个不相关的主成分，成功达到了降维目的。

由表2可知，失重率、好果率、总酸含量在第1主成分上有较高载荷，说明第1主成分主要反映了这3个成分指标的信息，其中，失重率、好果率在正坐标处具有较高载荷，总酸在负坐标处载荷较高;Vc 含量、SOD含量在第2主成分有较高载荷，说明第2主成分主要反映了SOD含量指标的信息，且在正坐标处具有较高载荷。而在主成分矩阵中，检测值绝对值反映了对主成分贡献率的大小，绝对值越大，则贡献率也越大。比较第1主成分中贡献率大小为失重率>好果率>总酸含量。

根据载荷矩阵表，可以得到各主成分的表达式：

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

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

总体线性回归模型为：

3 讨论与结论

本实验各种复合物对辣椒的影响研究结果表明，苹果皮壳聚糖复合保鲜剂，效果明显但持续性不强，香蕉皮壳聚糖复合保鲜剂，效果明显且持续性强。

果蔬经过壳聚糖涂膜后，在贮存期间可滴定酸、呼吸代谢、风味颜色变化、失重等均得到很大改善[6，7]。然而，单一的壳聚糖对果蔬涂膜具有较大透水性，且壳聚糖比较昂贵，本研究从废弃果皮中提取抗菌活性物质与壳聚糖复配，发现葡萄皮、香蕉皮及苹果皮复配保鲜剂较单一壳聚糖处理，保鲜效果均有一定程度改善。

到目前为止，水果的周边效应是巨大的，将果皮中成分做成复合型保鲜剂，会大大降低果蔬保鲜成本。并且果皮含有的各种功能性及药用成分也可以应用到其他领域。虽然目前对于水果果皮的研究开发还处于初级阶段，还有许多加工过程中的问题有待解决，如对于水果果皮中成分提取不够充分，在加工技术上果皮加工工艺需要极大改进，果皮浪费严重，水果果皮中农药化肥残留等问题，但水果果皮是一种丰富的资源，若被人们重视，将具有很高的利用价值并且会带来较高的经济效益，使果皮价值提高的同时还能减少环境污染。

采用主成分分析构建辣椒品质评价模型，运用降维的策略研究多指标品质评价体系问题，得到了辣椒保鲜效果的评价公式，可以指导后续进一步开发商品化的复合果蔬保鲜品种，也为下一步继续研究复合保鲜剂的配方比例以及在其他品种果蔬上的应用奠定了理论和技术基础。

参考文献

[1]王永平，张绍刚等.我国辣椒产业发展现状及趋势[J]河北农业科学，2009，13（6）：135-138.

[2]覃勇荣，覃海健，余美君等.利用香蕉皮制作天然食品保鲜剂的可行性研究[J].江苏农业科学，2013，41（6） ：219-221.

[3]马珍，李吕木.苹果多酚用作肉品保鲜剂的研究进展[J].食品与发酵工业，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进展[J].中国果菜，2018，038（012）：30-35，45.

[5]陈楚英，万春鹏，简火仔，等.基于冷藏温度对新余蜜桔采后贮藏品质影响的主成分分析[J].分子植物育种，2019，17（6）：2019-2024.

[6]陈镠，余婷，王允祥，等.壳聚糖-纳米氧化锌复合涂膜对甜樱桃采后生理和贮藏品质的影响[J].核农学报，2017，31 （9） ：1767-1774

[7]李远颂，朱莉，邱月丰.壳聚糖-植物精油复合保鲜液对圣女果保鲜效果的影响[J].食品工业，2017，38 （8） ：10-13

作者简介：

王淑静（1996.10.05）女，汉，河南驻马店，硕士研究生，单位：黄淮学院生物与食品工程学院，职称：助教，研究方向：食品加工

王鑫（1999.12.23）男，汉，山东德州，本科，单位：黄淮学院，研究方向：生物制藥

刘景元（1999.06.21）男，汉，江苏徐州，本科，单位：黄淮学院，研究方向：生物制药

李瑞琪（2000.02.04）女，汉，山东德州，本科，单位：黄淮学院，研究方向：生物制药

巫佳佳（2000.01.12）女，壮，广西融安，本科，单位：黄淮学院，研究方向：生物制药

谌馥佳（1985.06）女，汉，湖北黄陂，博士研究生，单位：黄淮学院生物与食品工程学院，职称：副教授，研究方向：生物制药

基金项目：本文系2021年河南省科技厅科技攻关项目“基于代谢组学和网络药理学开发瓜蒌降脂生精药物及其靶点的研究”（项目编号：202102310479）阶段性成果之一。