腌制芥菜是我国的传统美食之一，由新鲜的芥菜利用盐或盐水经自然发酵或人工接种加工制得[1-3]。其口感爽脆、咸鲜可口、酸爽开胃，深受消费者喜爱[4]。在腌制过程中，芥菜中的硫代葡萄糖苷水解产生挥发性异硫氰酸烯丙酯等物质，赋予其独特的香味[5]。此外，腌制也是一种延长蔬菜保存时间的方式，早在古代，人们便对蔬菜进行腌制，达到保存的目的。在北魏贾思勰所著的《齐民要术》中，详细记载了多种腌制蔬菜的方法，如“作菹藏生菜法”“作葵菹法”和“作蘘荷菹法”等[6]。其中，“作菹藏生菜法”介绍了用盐水腌制白菜、萝卜等蔬菜的方法，与现代的泡菜制作方法十分相似。
华容腌制芥菜作为湖南省地方特色产品[7]，采用华容当地新鲜芥菜，将晾晒的芥菜与盐一层层交替铺洒，通常于大池中进行腌制。食盐质量分数控制在13%～15%。初腌几天后，待菜卤出现，再一层菜一层盐铺满池子，最上面铺洒的食盐盖满芥菜后，在其表面铺上多层薄膜，以隔绝空气。目前，华容腌制芥菜的研究主要集中在工艺优化、微生物多样性及风味方面，对于不同地域环境造成的腌制芥菜品质差异鲜有研究报道。
随着人们生活水平的不断提高，果蔬产品的品质问题逐渐受到关注，然而不同的地域环境对果蔬产品的品质差异影响较大。李先丽等[8]基于聚类分析、相关性分析和主成分分析（principal component analysis，PCA）等对14个甘蔗品种甘蔗汁进行综合评价，筛选出适宜榨汁鲜食的‘新台糖20’‘滇蔗01-106’‘新台糖16’‘黄皮甘蔗’4个甘蔗品种。徐丽等[9]采用相关性分析和PCA对6份兰州百合样品进行综合评价，筛选出品质较好的七里河区大小2种规格和榆中县大规格的兰州百合。李建忠等[10]以14份芥菜材料为原料，通过多元统计分析综合评价其品质，筛选出干物质、VC等含量高的2份芥菜材料。芥菜产品中富含VC、总酚、膳食纤维等营养成分[11-12]。因此，本研究对华容县5个乡镇腌制芥菜样品的VC、粗纤维、总酚等10个理化指标指标进行测定，采用相关性分析、聚类分析、PCA等多元统计分析方法进行评价，以期为华容腌制芥菜品质的综合评价提供一定的参考依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
采集湖南省岳阳市华容县禹山镇、插旗镇、城关镇、治河渡镇、三封寺镇5个乡镇的腌制芥菜样品，芥菜品种均为华容大叶芥菜，发酵方式均为陶瓷坛自然发酵30 d，食盐质量分数为9%，每个乡镇随机取样6份，共计30份。5个地区的腌制芥菜样品分别编号为A、B、C、D、E。
氢氧化钠、盐酸、乙醇、酚酞、邻苯二甲酸氢钾、甲醇、甲醛、氢氧化钾、硫酸、蒽酮、2%草酸、2,6-二氯酚靛酚、抗坏血酸标准溶液（均为分析纯） 国药集团化学试剂有限公司。
1.2 仪器与设备
FE28-Standard型精密pH计 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；ECscan40型盐度计 上海测博生物科技发展中心；YP-SY96型酶标仪 山东优云谱光电科技有限公司；ZNCL-DLS190×90型四联磁力搅拌加热锅 上海弘懿仪器设备有限公司；DHG-9023A(S)型烘箱 南京腾鑫机械设备有限公司；WYT-4手持糖度仪 上海精密仪器仪表有限公司。
1.3 方法
1.3.1 样品处理
取每份样品质量90 g（菜梗60 g＋菜叶30 g）切碎，并使用破壁机破碎。破碎后的样品使用液氮急速冷冻并保存于－80 ℃冰箱中，用于后续理化指标的测定。
1.3.2 理化指标测定
pH值：使用pH计测定；盐含量：使用盐度计测定；干物质：采用直接干燥法[13]；可溶性固形物：使用手持糖度仪测定[14]。总酸与氨基酸态氮：采用酸度计法[15]；可溶性总糖：采用蒽酮-硫酸法[16]；VC：采用2,6-二氯靛酚滴定法[17]；粗纤维：采用酸碱洗涤法[18]；总酚：采用福林酚法[19]。
1.4 数据处理
使用Microsoft Excel 2019软件进行基本数据分析，每个样品的每个理化指标测定3次，所有实验结果均为3个重复；采用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析及相关性分析；采用Origin 2024软件绘图和PCA；采用SIMCA 14.1软件进行偏最小二乘判别分析（partial least squaresdiscriminant analysis，PLS-DA）。
2 结果与分析
2.1 华容腌制芥菜理化指标分析
pH值是衡量腌制芥菜品质的重要指标之一[20]。一般当发酵液的pH＜4时，泡菜成熟[21]，腌制芥菜也是如此[20]。由图1可知，城关镇所取样品的pH值（4.30±0.01）显著高于其他4个乡镇（P＜0.05），禹山镇样品pH值最低，为3.32±0.01，说明其发酵效果更好。腌制芥菜pH值的变化与发酵过程中产生酸性物质的微生物有关，主要是由乳酸菌代谢碳水化合物，产生酸性物质[22]。5个乡镇腌制芥菜的食盐质量分数在4.08%～5.56%之间，基本维持在5%左右，其中禹山镇的样品食盐质量分数最低，为（4.08±0.13）%，与高倩妮等[23]的研究结果中的盐含量范围较一致。干物质质量分数在14.15%～15.72%之间，5个乡镇的腌制芥菜中插旗镇与治河渡镇样品含量较高，显著高于其他3组（P＜0.05），分别为（15.72±0.44）%、（15.28±0.30）%。治河渡镇样品可溶性固形物质量分数最高，为（15.52±0.08）%，三封寺镇样品质量分数最低，为（5.18±0.08）%，其他3组无显著差异（P＞0.05）。禹山镇样品总酸含量最高，为（18.24±0.16）g/kg（P＜0.05），城关镇样品最低，为（4.57±0.09）g/kg，与pH值相反。氨基酸态氮含量在一定程度上可以反映微生物的活动情况[24]，氨基酸态氮含量低说明发酵不充分或者微生物活动不足。禹山镇样品氨基酸态氮含量显著最高，为（0.26±0.01）g/100 g（P＜0.05），治河渡镇样品氨基酸态氮含量最低，为（0.01±0.004）g/100 g，说明禹山镇腌制芥菜发酵更充分，与前面pH值的结果一致。禹山镇腌制芥菜可溶性总糖含量显著高于其他乡镇，为（1.32±0.01）g/100 g（P＜0.05），说明禹山镇腌制芥菜营养品质更好。治河渡镇腌制芥菜的VC含量最高，为（336.33±8.70）mg/kg；总酚含量在2.16～2.45 mg/g之间，禹山镇样品含量显著高于其他组（P＜0.05），为（2.43±0.02）mg/g。粗纤维含量在9.20～15.53 g/kg之间，其中城关镇样品含量最低，为（9.20±0.10）g/kg，其次是禹山镇，为（11.76±0.06）g/kg，插旗镇含量最高，为（15.53±0.34）g/kg。综上，禹山镇腌制芥菜在总酸、可溶性总糖、氨基酸态氮、总酚含量上更突出，治河渡镇腌制芥菜在干物质、可溶性固形物、VC含量上更突出，插旗镇腌制芥菜在干物质和粗纤维含量上更突出。
图1 华容腌制芥菜理化指标测定结果
Fig.1 Physicochemical indices determination results of Huarong pickled mustard
2.2 华容腌制芥菜理化指标间的相关性分析
对5个乡镇所取腌制芥菜样品的10个化学成分指标进行相关性分析，结果见图2。pH值与总酸、干物质和粗纤维含量呈极显著负相关（P＜0.01）；盐含量与氨基酸态氮、可溶性总糖和总酚含量呈极显著负相关（P＜0.01），与干物质、粗纤维含量呈极显著正相关（P＜0.01）；干物质含量与粗纤维含量呈极显著正相关（P＜0.01）；可溶性固形物含量与总酸、可溶性总糖和总酚含量呈正相关（P＜0.05、P＜0.01）。可溶性固形物包括糖、酸、维生素、矿物质等[25]，这与本研究中可溶性固形物含量与酸、糖等呈正相关结果相符；总酸与氨基酸态氮、可溶性总糖、粗纤维及总酚含量呈极显著正相关（P＜0.01）；酸性环境有助于保护总酚，防止其降解[26]。氨基酸态氮含量与可溶性总糖含量呈极显著正相关（P＜0.01），与VC含量呈极显著负相关（P＜0.01）；总酚含量与可溶性总糖呈极显著正相关（P＜0.01），与VC含量呈显著正相关（P＜0.05）。其他品质指标之间也存在不同程度的相关性，但未达到显著水平。综上，总酸含量可以反映腌制芥菜的发酵效果，当腌制芥菜总酸含量越高，相应的pH值越低，氨基酸态氮、总酚含量越高，腌制芥菜微生物活性较好，发酵效果会更好；盐含量对腌制芥菜的理化指标具有显著影响。盐含量增加，导致渗透压升高及微生物的多样性降低，从而影响发酵效果，总酸、氨基酸态氮等含量降低。该结果与唐睿[27]对不同食盐含量的腌制芥菜品质研究结论相似。
图2 腌制芥菜不同理化指标相关性分析
Fig.2 Heatmap of correlation analysis for physicochemical indicators of Huarong pickled mustard
2.3 华容腌制芥菜理化指标聚类分析
根据华容县5个乡镇腌制芥菜的10个理化指标数据进行聚类分析。由图3可知，当欧氏距离为4.35时，5个乡镇的腌制芥菜可以分成3大类，第1类包括禹山镇样品，此类腌制芥菜总酚、总糖、氨基酸态氮等含量较高，VC含量处于中等水平，营养相对更高。第2类包括插旗镇和治河渡镇样品，此类腌制芥菜干物质、粗纤维含量较高，咀嚼性相对更好。第3类包括城关镇和三封寺镇样品，此类腌制芥菜pH值较高，发酵效果较差，酸感偏弱。聚类分析表明华容不同乡镇的腌制芥菜存在显著差异，与丛懿洁[28]利用聚类分析将7种来自不同乳品企业的低温活性乳酸菌饮料分为4个类群的结果较为相似，产地不同会导致品质差异相差较大。
图3 华容腌制芥菜理化指标聚类分析热图
Fig.3 Heatmap of cluster analysis for physicochemical indicators of Huarong pickled mustard
2.4 华容腌制芥菜理化指标的PCA和综合评价
2.4.1 PCA
相关性分析表明，腌制芥菜各项理化指标间存在关联，部分指标信息存在重叠。仅依靠理化指标、相关性与聚类分析，难以全面评判品质优劣。采用PCA可剔除指标间相关干扰，最大限度保留原始数据信息，以此实现腌制芥菜品质的综合评价。因此，通过SPSS 26.0软件对腌制芥菜理化指标进行因子分析，其特征值和方差贡献率见表1。腌制芥菜的PC1特征值为3.798，其方差贡献率为38.00%；PC2特征值为3.156，其方差贡献率为31.60%；PC3特征值为1.797，其方差贡献率为18.00%；PC4特征值为1.018，其方差贡献率为10.10%，前4个PC累计方差贡献率为97.70%，大于85%，且特征值均大于1[29]，因此可以认为腌制芥菜的10个理化指标能综合成4个PC，作为评价腌制芥菜品质的主成分。
表1 腌制芥菜理化指标PC特征值和方差贡献率
Table1 Eigenvalues and variance contribution rates of PCs for physicochemical indicators of Huarong pickled mustard
成分初始特征值方差贡献率/%累计方差贡献率/%13.79838.0038.0023.15631.6069.6031.79718.0087.6041.01810.1097.7050.1811.8099.5060.0300.3099.8070.0120.1299.9280.0050.0599.9790.0020.0299.99100.0010.01100.00
由表2可知，决定PC1大小的主要指标为pH值、总酸、氨基酸态氮、可溶性总糖和总酚含量，决定PC2大小的主要是盐含量、干物质和粗纤维含量，决定PC3大小的主要是VC含量，决定PC4大小的主要是可溶性固形物含量。
表2 PC载荷矩阵
Table2 PC load matrix
理化指标PC1PC2PC3PC4pH－0.669－0.6190.1980.353盐含量－0.5720.7320.0650.329干物质0.0130.879－0.2340.241固形物0.3950.2700.5420.683总酸0.8500.4930.092－0.144氨基酸态氮0.832－0.364－0.3850.147可溶性总糖0.906－0.254－0.1570.294 VC－0.0540.3530.879－0.299粗纤维0.1310.901－0.368－0.148总酚0.783－0.1250.561－0.144
为进一步确定腌制芥菜理化指标间的差异，利用Origin软件对数据进行PCA。由图4和表1可知，PC1和PC2方差贡献率分别为38.0%和31.6%，PC3和PC4方差贡献率为18.0%和10.1%，累计方差贡献率大于90%，表明4个PC可以呈现腌制芥菜化学成分指标的特征信息。总体上，5个乡镇取的腌制芥菜样品各自聚集在一起，说明不同乡镇环境对腌制芥菜的品质有较大的影响，PCA可以将不同乡镇腌制的芥菜样品进行区分。城关镇的腌制芥菜（样品C）、治河渡镇的腌制芥菜（样品D）在PC1的距离较近，禹山镇的腌制芥菜（样品A）、三封寺镇（样品E）在PC1的距离最远，表明样品C和样品D总酸、氨基酸态氮、可溶性总糖和总酚含量整体相似，而样品A和样品E上述4个成分含量差异较大。插旗镇腌制芥菜（样品B）与禹山镇的腌制芥菜（样品A），城关镇腌制芥菜（样品C）与治河渡镇腌制芥菜（样品D）在PC2距离较远，说明其在盐含量、干物质和粗纤维上含量差异较大。
图4 华容腌制芥菜不同理化指标的PCA得分图
Fig.4 PCA score plot of physicochemical indicators of Huarong pickled mustard
2.4.2 PLS-DA
将各腌制芥菜样品理化指标数据导入SIMCA 14.1软件进行PLS-DA，载荷图及200次置换检验结果见图5。PLS-DA模型对X变量的可解释度（
为0.977，对Y变量的可解释度（
为0.987；模型可预测度（Q2）为98.5%，R2与Q2数值均比较接近1，说明该模型效果好[30]。通过200次交叉置换检验检测PLS-DA模型的可靠性，R2和Q2均小于1.0且模型Q2回归线与横轴截距为负数，表示模型稳定可靠。由图5可知，样品A与总酚、可溶性总糖和氨基酸态氮距离较近，表明样品A与其他样品可以从总酚、可溶性总糖、氨基酸态氮等营养成分含量上进行区分。样品B和样品D距离干物质、粗纤维较近，干物质和粗纤维可以影响腌制芥菜的咀嚼性，说明样品B、D可以从咀嚼性进行区分。样品C、E与pH值距离较近，pH值是衡量腌制芥菜的重要品质指标，表明样品C、E可以从发酵效果上进行区分。
图5 基于不同地区腌制芥菜的理化指标PLS-DA载荷图及200次置换检验结果
Fig.5 PLS-DA loading plot and 200 permutation tests results of physicochemical indicators of Huarong pickled mustard
2.4.3 综合评价
由表2中的各主成分载荷计算得到各指标的主成分系数，从而判断出代表性指标，其标准化方程如下：
式中：x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8、x9、x10分别代表每份腌制芥菜材料标准化后pH值、盐含量、干物质、可溶性固形物、总酸、氨基酸态氮、可溶性总糖、VC、粗纤维、总酚含量的结果。y1、y2、y3、y4是5份样品各组数据的PC值，选定的4个PC贡献率为权重构建主成分综合评价模型[10]：y＝0.388 8y1＋0.323 1y2＋0.183 9y3＋0.104 2y4。根据该公式计算出华容腌制芥菜样品的综合得分并进行排名，结果见表3。
表3 华容腌制芥菜PC因子综合得分及排名
Table3 Comprehensive score and ranking of PC factors for Huarong pickled mustard
样品编号y1y2y3y4y排名E－1.81－0.37－0.88－1.38－1.135A3.06－1.010.52－0.600.901 D－0.861.961.800.080.642 B0.771.73－1.690.810.633 C－1.16－2.310.251.09－1.044
由公式中各PC值的系数可知，PC1和PC2在腌制芥菜中品质综合评价中占据主要作用，而PC3和PC4占比较低，即总酸、氨基酸态氮、可溶性总糖、总酚、盐含量、干物质和粗纤维等对腌制芥菜品质的评价影响较大。由表3综合得分及排名可以看出，禹山镇腌制芥菜（样品A）排名最前，其次是治河渡镇（样品D）和插旗镇（样品B），它们的综合得分均为正值，说明这3个乡镇的样品综合品质较好；而城关镇（样品C）、三封寺镇（样品E）综合得分均为负值，说明这2个乡镇的样品在测量的指标中综合品质相对较差。根据综合得分与聚类分析的结果，发现第1类腌制芥菜的评分最好，营养品质相对更好；第2类腌制芥菜的评分较第1类低，咀嚼性相对较好；这2类得分均为正值。第3类腌制芥菜综合得分为负值，营养品质较前2类差。
3 讨 论
自然发酵环境是影响传统发酵类产品品质的关键因素[31]。在相同的腌制工艺下，由于不同乡镇的自然发酵环境不同，导致腌制芥菜的品质出现差异。发酵温度、地理环境等均是重要影响因素，通过影响微生物的组成和数量，造成腌制芥菜品质差异。禹山镇位于华容县南部，丘陵区域，紧靠东湖；治河渡镇位于华容县中部，水网密集的平原。插旗镇位于华容县东南部，洞庭湖的冲积平原。这3个区域的自然生态环境良好，微生物群落丰富，且环境温度适宜微生物生长繁殖，其综合评分较高。而城关镇位于华容县中部，人口密集；三封寺镇位于华容县东部，桃花山前的平原地区，工业分布密集。这2个区域人口、工业较密集，杂菌的影响大，且平均温度较其他3个乡镇高，发酵效果相对较差，综合评分较低。广东省4个地区发酵芥菜的色泽、质地与微生物多样性差异，发现不同区域发酵芥菜其品质存在显著差异，并且各个区域的微生物组成不相同[32]，证明不同自然发酵环境下腌制芥菜的营养品质差异显著。
4 结 论
腌制芥菜的品质与新鲜芥菜的品质、加工工艺、加工环境等多种因素相关。本研究中选取的样品材料处于相同的发酵工艺下，避免了发酵工艺不同导致的腌制芥菜品质差异。对选取的湖南省华容县5个乡镇的腌制芥菜从理化指标评价、聚类分析及综合评价3方面进行比较分析。结果表明，不同乡镇的腌制芥菜品质特征存在差异。理化指标方面，不同乡镇的腌制芥菜之间总酸、氨基酸态氮、VC、可溶性总糖、粗纤维等理化指标差异显著（P＜0.05）。相关性分析表明，盐含量对腌制芥菜的品质影响较大，盐含量与氨基酸态氮、可溶性总糖和总酚含量呈显著负相关（P＜0.01）。聚类分析将5个乡镇的腌制芥菜分为3类。综合品质得分由高到低排序为：禹山镇、治河渡镇、插旗镇、城关镇、三封寺镇腌制芥菜。该研究通过对华容县5个乡镇的腌制芥菜进行比较研究，筛选出综合品质较好的腌制芥菜，以期为腌制芥菜的食用或进一步加工提供更多的数据支撑与参考。但研究存在一些不足：一是并未对腌制芥菜的微生物多样性进行分析；二是没有进行腌制芥菜的风味物质研究，后期课题组将不断补充，为华容腌制芥菜的综合评价体系提供更全面的参考依据。
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