对阿普利亚地区少数水果所榨果汁进行的高级化学-感官分析：采用多元统计方法的数据驱动研究

《Food Chemistry》：Advanced chemical–sensory profiling of juices from minor Apulian fruits: a data-driven approach using multivariate statistics

本研究系统分析了意大利阿普利亚地区五种次要水果（苹果、无花果、李子、车拉比奥及两种本地梨品种）果汁的挥发性有机化合物、抗氧化成分及感官特性，结合GC-MS、RATA及PLSR/PLSC统计方法，揭示了化学成分与感官描述的关联，为这些特色品种的可持续推广提供了科学依据。

　　

弗朗切斯科·格里科（Francesco Grieco）|基亚拉·梅多罗（Chiara Medoro）|玛尔塔·奇安恰贝拉（Marta Cianciabella）|米里亚娜·杜兰特（Miriana Durante）|弗朗切斯科·特德斯科（Francesco Tedesco）|洛伦佐·帕隆比（Lorenzo Palombi）|斯特凡诺·普雷德里埃里（Stefano Predieri）|玛丽亚·图法里埃洛（Maria Tufariello）

意大利莱切国家研究委员会（CNR）食品生产科学研究所（ISPA），莱切，73100

摘要

本研究旨在分析六种不同水果样品的果汁的化学和感官特性，这些水果代表了普利亚地区的五种次要水果品种（苹果、无花果、李子、角豆以及两种当地的榅桲品种）。通过气相色谱-质谱联用技术（HS-SPME/GC–MS）分析了挥发性有机化合物（VOCs），共鉴定出99种化合物。在角豆汁中酯类化合物占主导地位，而一种特定的苹果品种（APP-CHI）富含苯乙醇。抗氧化分子（类胡萝卜素、生育酚和多酚）凸显了各品种的独特营养特性。利用Rate-All-That-Apply（RATA）方法进行感官分析，确定了21个气味描述因子。偏最小二乘回归（PLSR）和偏最小二乘相关分析（PLSC）揭示了VOCs与感官特征之间的关联。水果香气与酯类和醇类物质相关，而不良气味则与酸类和醛类物质相关。PLSC分析证实了这些关联的显著性（r = 0.9488，p = 0.0012），从而能够全面解释香气感知的动态过程。这些发现支持通过数据驱动的感官分析来提升被忽视的果品种的价值，并为基于生物多样性的食品创新提供了可复制的框架。

引言

保护农业生物多样性被认为是促进可持续食品系统、增强气候适应性和确保长期粮食安全的基本策略（Khoury等人，2014年）。水果生物多样性包括一系列历史上适应当地农业生态位的品种，这些品种通常具有独特的形态、营养和感官特性（Hammer等人，2003年）。然而，由于商业高产品种的主导地位以及食品市场的同质化，这些次要或未充分利用的品种逐渐被边缘化（Padulosi等人，2013年）。

普利亚（意大利南部）以其丰富的农业生物多样性而闻名，其中包括苹果、无花果、榅桲、李子和角豆等本地水果品种，这些品种历来支撑着农村生计和烹饪传统。尽管这些品种具有耐旱、耐盐和抗虫害等适应性特征，但目前的种植规模有限，其生物化学和感官特性仍缺乏深入研究。然而，鉴于消费者对真实性、可追溯性和感官差异性的需求不断增加，它们在可持续、小众和高质量食品产品方面具有巨大潜力。

对这些水果进行科学表征对于实现其价值化和保护至关重要。在水果及其衍生产品中，挥发性有机化合物（VOCs）是关键的质量指标，它们在定义香气和风味方面起着关键作用，这是影响消费者接受度的主要因素（Zhang等人，2019年）。VOCs来源于多种代谢途径，涉及脂肪酸、氨基酸、萜类和类胡萝卜素，其组成受基因型、成熟度和加工方式的影响（Yan等人，2018年）。气相色谱-质谱联用技术（GC–MS）结合顶空固相微萃取（HS-SPME）是一种先进的VOC分析方法，具有高灵敏度和广泛的检测范围（Aprea等人，2011年）。

迄今为止，已有许多研究探讨了次要或未充分利用水果的化学和感官特性，主要集中在挥发性化合物和抗氧化特性上（Carasek & Pawliszyn，2006年；García-Alonso等人，2004年）。例如，Vrhovsek等人（2014年）使用GC–MS/MS结合多元统计方法分析了葡萄、苹果和覆盆子中的160多种挥发性化合物；Cappellin等人（2013年）采用GC–MS和PTR–MS结合的方法对覆盆子挥发性成分进行了分析；Porto-Figueira等人（2015年）应用HS-SPME–GC–MS技术区分了百香果品种。然而，大多数研究仅关注单一水果品种，或缺乏基于先进多元建模的完整感官-化学分析框架。

仅靠仪器分析无法完全捕捉食品的感官复杂性。为了弥合化学成分与人类感知之间的差距，需要使用Rate-All-That-Apply（RATA）等感官分析方法来捕捉训练有素评估小组所感知的风味和香气特征。通过多元统计方法（包括主成分分析（PCA）、偏最小二乘回归（PLSR）和偏最小二乘相关分析（PLSC）整合化学和感官数据，可以更深入地理解成分数据与感官属性之间的关系（Abdi & Williams，2013年）。这种综合方法为提升被忽视的果品种的价值提供了有价值的框架，并为基于生物多样性、地方特色和感官丰富性的新质量标准的发展提供了支持。

据我们所知，这是首次全面应用综合化学-感官方法——结合非靶向VOC分析、RATA感官评估以及PLSR和PLSC多元技术——来研究普利亚地区的次要水果品种。这种整合策略提供了各品种特有的香气特征，并阐明了分子标记与感官感知之间的双向关系。通过提供将生物多样性产品与感官质量属性联系起来的可复制模型，我们的研究有助于提升未充分利用的水果资源，促进符合农业生态学和可持续农村发展原则的更具韧性的、文化根基深厚的食品系统。

本研究的主要目标是通过采用综合化学-感官和多元统计方法，评估普利亚地区次要和未充分利用水果品种的果汁的生物化学和感官特性，从而增加对其的科学认识和价值化。迄今为止，尚未有针对这里研究的六种普利亚次要品种的全面化学-感官分析报告，因此本研究是首次对其挥发性成分和感官特征进行综合分析。

我们对VOCs、抗氧化分子（多酚、类胡萝卜素、生育酚）以及感官描述因子进行了详细分析。所得数据通过结合探索性技术（PCA、层次聚类）和监督建模（PLSR和PLSC）的新统计框架进行了分析，特别关注提取了与关键感官感知最相关的挥发性化合物的变量重要性（VIP）得分（Galindo-Prieto等人，2014年）。

特别是，PLSC技术在选定的VOCs与感官参数之间的应用提供了化学和感官领域之间全面的双向关联视图（Liu等人，2022年）。该技术能够识别特定挥发性化合物与感官描述因子之间的潜在结构（Abdi & Williams，2013年），为分子复杂性与人类感知之间的相互作用提供了宝贵见解（Wei等人，2025年）。此外，它还允许同时考虑样本、挥发性化合物和感官属性三个层面，从而增强了研究结果的稳健性和可解释性。

部分内容摘录

化学物质

分析纯度的氯化钠、n-烷烃混合物（C7–C40）和4-甲基-2-戊醇作为内标，购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。实验用水为超纯水。所有HPLC级溶剂和试剂、Folin-Ciocalteu酚试剂以及大多数用于定性/定量分析的高纯度标准品均购自Sigma-Aldrich（意大利米兰）。Folin–Ciocalteu酚试剂购自Merck（德国达姆施塔特）。

生育酚和类胡萝卜素含量

α-生育酚（维生素E的生物活性形式）仅在PLU-PG和FIG-DOT果汁中被检测到，含量分别为19.83 μg/100 mL和24.08 μg/100 mL（表S1）。它们的存在证实了这些果汁是维生素E的天然来源，维生素E是一种对膜完整性和免疫系统至关重要的脂溶性抗氧化剂（Rizvi等人，2014年）。对各果汁样本中类胡萝卜素含量的分析显示，其总量和种类存在显著差异。

结论

本研究对普利亚地区较少为人所知的水果品种的果汁进行了全面的化学和感官分析，揭示了这些品种在生物多样性价值化方面的潜力。通过结合先进的色谱分析、感官分析和多元统计技术，我们证明了每种果汁都具有与其植物来源密切相关的独特挥发性成分和感官特征。

CRediT作者贡献声明

弗朗切斯科·格里科（Francesco Grieco）：撰写、审稿与编辑、监督、研究。基亚拉·梅多罗（Chiara Medoro）：撰写初稿、正式分析、数据管理。玛尔塔·奇安恰贝拉（Marta Cianciabella）：撰写初稿、正式分析、数据管理。米里亚娜·杜兰特（Miriana Durante）：撰写初稿、研究、数据管理。弗朗切斯科·特德斯科（Francesco Tedesco）：正式分析、数据管理。洛伦佐·帕隆比（Lorenzo Palombi）：撰写、审稿与编辑、软件开发、研究、正式分析、数据管理。斯特凡诺·普雷德里埃里（Stefano Predieri）：

伦理声明

所有感官评估程序均符合相关法律法规、欧洲研究诚信行为准则，并获得了意大利国家研究委员会伦理委员会的批准，作为NUTR-AGE项目活动（编号447122_20241119（2024-CNR0A00-0447122）。参与者已签署知情同意书。

未引用参考文献

Capone, Tufariello和Siciliano, 2013
Crisosto, Crisosto, Echeverria和Puy, 2007
Espinase Nandorfy, Siebert, Watson, Keast和Francis, 2022
Frison, Cherfas和Hodgkin, 2011
Gómez和Ledbetter, 1997
Gómez-Míguez, Cacho, Ferreira, Vicario和Heredia, 2007
Hanousek ?i?a等人, 2020
Slaghenaufi, Luzzini, Samaniego Solis, Forte和Ugliano, 2021
Yan和Frégeau-Reid, 2018

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢L. D'Amico先生和G. Romano先生的技术支持。本研究部分由CNR项目“食品、营养与积极老龄化”（NUTR-AGE）资助（项目编号CNR-FOE-2021 DBA.AD005.225）。