石榴貯藏期果皮品質(zhì)劣變的多變量分析

姚 昕，秦 文*

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，四川 雅安 625014；2.西昌學(xué)院輕化工程學(xué)院，四川 西昌 615013）

石榴貯藏期果皮品質(zhì)劣變的多變量分析

姚 昕1,2，秦 文1,*

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，四川 雅安 625014；2.西昌學(xué)院輕化工程學(xué)院，四川 西昌 615013）

利用多變量分析方法對不同溫度條件下影響石榴貯藏期果皮品質(zhì)劣變的相關(guān)因素進(jìn)行了探討。單因素方差分析和主成分分析結(jié)果表明，6 ℃低溫能有效地抑制石榴果皮的褐變、蒸騰失水、細(xì)胞衰老和色澤劣變。相關(guān)性分析、偏最小二乘分析和通徑分析表明，果皮褐變指數(shù)與細(xì)胞膜透性和丙二醛含量呈極顯著正相關(guān)（p＜0.01），與果皮硬度、水分含量、總酚含量、花青素含量和L*值呈極顯著負(fù)相關(guān)（p＜0.01），果皮的水分含量對果皮褐變指數(shù)具有較大的負(fù)直接作用，而細(xì)胞膜透性通過水分含量和a*值影響并且對其有較大的正間接作用。

石榴；果皮；品質(zhì)；劣變；多變量分析

石榴（Punica granatum L.）為石榴科石榴屬植物，屬落葉灌木或小喬木，原產(chǎn)于伊朗、阿富汗等地區(qū)，在我國已有2 000多年的栽培歷史。石榴果實(shí)外形美觀、籽粒晶瑩、甘美多汁、酸甜可口、營養(yǎng)豐富，深受消費(fèi)者的喜愛。石榴采后果皮易發(fā)生褐變干縮、失水萎蔫、軟化腐爛，籽粒易出現(xiàn)變色、變味等問題，其中以石榴果皮的劣變尤為突出[1-3]。當(dāng)石榴果皮劣變嚴(yán)重時(shí)，其內(nèi)部籽?？赡苋员３种^好的品質(zhì)，但因外觀品質(zhì)已受到了較大的破壞，大大地降低了其商品價(jià)值和貯藏時(shí)間。目前，對石榴果皮劣變的研究相對較少，且主要集中在石榴果皮的褐變上。一般認(rèn)為果皮的褐變可由冷害、熱脅迫、機(jī)械損傷、輻射傷害及其他生理損傷等外部因素所誘發(fā)，而不適宜的貯藏條件也會(huì)加劇細(xì)胞膜脂過氧化反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞中丙二醛積累過多，增大了細(xì)胞膜的通透性，破壞了褐變底物與多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）的區(qū)域化，促使底物和PPO相結(jié)合并發(fā)生褐變反應(yīng)[4-7]。雷鳴等[8]研究表明，石榴果皮褐變與PPO活力、總酚及單寧含量之間存在顯著的相關(guān)性。張潤光等[9]認(rèn)為，石榴果皮褐變的主要底物為單寧類物質(zhì)，褐變指數(shù)與PPO和過氧化物酶（peroxidase，POD）活力呈正相關(guān)性，與過氧化氫酶（catalase，CAT）活力呈負(fù)相關(guān)性。以上研究均從某一方面揭示了果皮褐變的發(fā)生機(jī)理，但石榴果皮劣變是一個(gè)復(fù)雜的變化過程，既包括果皮硬度、褐變、色澤等外部感官變化，又包括酚類物質(zhì)、花青素、丙二醛等內(nèi)部成分的改變，這些因素在石榴果皮劣變中的相互關(guān)系和作用目前鮮見系統(tǒng)報(bào)道。

多元統(tǒng)計(jì)分析可運(yùn)用單因素方差分析、主成分分析（principal component analysis，PCA）、相關(guān)性分析、偏最小二乘法回歸、通徑分析等多變量分析方法，分別用于區(qū)分主效因子、確定指標(biāo)間相關(guān)性、辨別直接效應(yīng)與間接效應(yīng)，以揭示不同品質(zhì)與內(nèi)部成分之間的聯(lián)系[10-13]。果蔬成分是其品質(zhì)變化的物質(zhì)基礎(chǔ)，其種類多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，若通過多指標(biāo)對果蔬品質(zhì)進(jìn)行評價(jià)會(huì)更為全面，已有研究者將多元統(tǒng)計(jì)分析應(yīng)用于解析果蔬品質(zhì)與特性[14-16]。郭峰等[17]利用多變量分析方法探討了1-甲基環(huán)丙烯處理對常溫條件下貯藏的‘洛椒118’紅椒品質(zhì)的影響。蔡琦瑋等[18]運(yùn)用多變量分析方法研究了二氧化氯對藍(lán)莓低溫貯藏期間和貨架期果實(shí)品質(zhì)及活性氧代謝的影響。López等[19]采用多變量分析研究了蘋果在不同貯藏條件下，其品質(zhì)指標(biāo)和消費(fèi)者接受程度之間的關(guān)系。目前鮮見利用多變量分析研究石榴果皮劣變的相關(guān)報(bào)道。因此，本研究利用多變量分析的基本思維，將石榴果皮劣變的外觀性狀與可能產(chǎn)生影響的內(nèi)部成分相結(jié)合進(jìn)行系統(tǒng)分析，對進(jìn)一步明確石榴果皮的劣變機(jī)理及其控制措施有著重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試材料為會(huì)理青皮軟籽石榴，于2015年8月10日采摘于四川省涼山州會(huì)理縣彰冠鄉(xiāng)。挑選個(gè)體大小均一、無病蟲害和機(jī)械傷的果實(shí)，當(dāng)天運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室，于（10±1）℃預(yù)冷24 h。預(yù)冷后分別放置于溫度為0、6、12 ℃和常溫（20±1）℃、相對濕度80%～90%的條件下貯藏。每箱30 個(gè)果實(shí)，每組設(shè)置3 個(gè)平行處理，低溫貯藏和常溫貯藏分別間隔30 d和15 d隨機(jī)取4 個(gè)果實(shí)進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測定。

福林-酚試劑（分析純）、沒食子酸標(biāo)注品（色譜純） 上海金穗生物科技有限公司；2-硫代巴比妥酸（分析純） 上海科豐化學(xué)試劑有限公司；三氯乙酸、冰乙酸、亞鐵氰化鉀、乙酸鋅（均為分析純） 天津福晨化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

NH310型色差計(jì) 深圳三恩時(shí)科技有限公司；TA.XT Plus型質(zhì)構(gòu)儀 英國SMS公司；雷磁PHS-25酸度計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有效公司；756型紫外-可見分光光度計(jì) 上海恒平科學(xué)儀器有限公司；BH-188B型食品保質(zhì)期試驗(yàn)箱 東莞塘廈百航儀器廠；低溫冷藏柜青島海爾公司。

1.3 方法

每組果實(shí)進(jìn)行如下指標(biāo)測定。

果實(shí)硬度：采用質(zhì)構(gòu)儀測定，選用探頭直徑為5 mm；水分含量：采用干燥法測定；pH值：采用雷磁PHS-25酸度計(jì)測定；總酚和花青素含量：分別采用福林-酚比色法[20]和pH值示差法測定[21-22]，以干質(zhì)量計(jì)；細(xì)胞膜透性和丙二醛含量：分別采用電導(dǎo)儀和硫代巴比妥酸比色法測定[23-24]；L*、a*、b*值：采用NH310色差計(jì)測定，選取石榴赤道上間隔相同距離的3 個(gè)點(diǎn)。褐變指數(shù)按照式（1）進(jìn)行計(jì)算。

式中：褐變級別劃分為4級[25-26]，0級為果皮未褐變、光潔如初；1級為果皮輕微褐變、表面光滑，褐變面積小于總面積的1/3；2級為果皮明顯褐變、表面粗糙，褐變面積大于總面積的1/3且小于總面積的2/3；3級為果皮嚴(yán)重褐變、表面凹陷，褐變面積大于總面積的2/3且小于總面積的3/4；4級為果皮完全變黑，呈硬殼狀。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用SPSS 20.0軟件進(jìn)行鄧肯氏單因素方差分析、相關(guān)性分析、PCA，使用SIMCA 13.0軟件進(jìn)行偏最小二乘回歸分析，使用DPS 7. 5軟件進(jìn)行通徑分析，數(shù)據(jù)分析前均先做標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用Origin 9.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 貯藏期間石榴果皮品質(zhì)變化分析

不同溫度下，石榴果皮貯藏期間11 個(gè)主要指標(biāo)測定結(jié)果如表1所示。果皮的硬度和水分含量均隨貯藏時(shí)間的延長而下降，而丙二醛含量和細(xì)胞膜透性呈相反趨勢，pH值變化不明顯（P＞0.05），且低溫能較好地延緩果皮硬度和水分含量的下降、總酚含量和花青素含量的減少及丙二醛含量和細(xì)胞膜透性的增加，從而抑制了果皮的衰老和蒸騰作用。此外，在貯藏過程中，不同溫度下果皮褐變指數(shù)均呈上升的趨勢，且貯藏溫度越高，增加幅度越大。0 ℃條件下石榴果皮褐變指數(shù)雖然相對較低，120 d時(shí)僅為0.45，但轉(zhuǎn)至室溫下后，其褐變程度急劇增加，出現(xiàn)嚴(yán)重的褐變癥狀，而6 ℃和12 ℃組均未出現(xiàn)這一現(xiàn)象，可能是由于0 ℃低溫造成了冷害，果皮外觀表現(xiàn)雖不明顯，但對應(yīng)的丙二醛含量和細(xì)胞膜透性均比其他低溫組高，且與6 ℃貯藏90 d和120 d差異顯著（p＜0.05）。石榴果皮色澤在貯藏過程中，L*值呈下降的趨勢，與總酚含量變化趨勢基本一致，而a*值和b*值先上升后下降。適宜的低溫能延緩石榴果皮褐變和色澤劣變，60 d時(shí)6 ℃條件下石榴果皮褐變指數(shù)為0.19，而常溫下已高達(dá)0.78，且兩組間果皮褐變指數(shù)、色度L*值和b*值均差異顯著（p＜0.05）。

表1 不同溫度下石榴果皮貯藏期間各指標(biāo)的比較Table 1 Comparison of quality indexes of pomegranate peel during storage at different temperatures

2.2 石榴果皮品質(zhì)PCA及綜合評價(jià)

2.2.1 主成分的選取

表2 主成分的特征值、方差貢獻(xiàn)率和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率Table 2 Eigenvalues, variance contribution rates and cumulative contribution rates of principal components

將表1中各組數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后進(jìn)行PCA，依據(jù)特征值大于1，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率高于85%的原則，得到評價(jià)體系的方差總解釋。由表2可知，有3 個(gè)主成分的特征值大于1，提取這3 個(gè)主成分，其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為85.526%，可以用這3 個(gè)主成分較好地代替上述11 個(gè)品質(zhì)指標(biāo)來評價(jià)與判斷石榴果皮品質(zhì)。

表3 3 個(gè)主成分特征向量Table 3 Eigenvectors of fi rst three principal components

由表3中各特征向量值可以看出，第1個(gè)主成分中總酚含量（X4）的正向系數(shù)最大，其次為果皮硬度（X1）、L*值（X8）、花青素含量（X5）和水分含量（X2），且果皮褐變指數(shù)（X11）具有最大的負(fù)向系數(shù)，主要體現(xiàn)了石榴果皮的褐變因子，其次體現(xiàn)了果皮的蒸騰生理因子；第2個(gè)主成分以b*值（X10）為主，以a*值（X9）和細(xì)胞膜透性（X7）為輔，主要體現(xiàn)了果皮的色澤因子，其次體現(xiàn)了果皮的衰老因子；第3個(gè)主成分以果皮a*值（X9）為主，以pH值（X3）和花青素含量（X5）為輔，體現(xiàn)了果皮中色素相關(guān)因子。

2.2.2 綜合評價(jià)模型的構(gòu)建及評價(jià)

由上述可知，第1、2、3個(gè)主成分已經(jīng)基本保留了所有指標(biāo)的原有信息，累積貢獻(xiàn)率超過85%且特征值均大于1，可以用3 個(gè)變量F1、F2和F3代替原來的11 個(gè)指標(biāo)，則得出線性組合（其中X1至X11均為標(biāo)準(zhǔn)化后的變量）見式（2）～（4）。

以各主成分的貢獻(xiàn)率為權(quán)重，利用主成分值與對應(yīng)的權(quán)重相乘求和，構(gòu)建樣本綜合評價(jià)模型（式（5））。

式中：F1、F2和F3分別為第1、2、3個(gè)主成分得分，F(xiàn)為綜合評價(jià)得分，其分值越高，表明品質(zhì)越好。

圖1 石榴果皮貯藏品質(zhì)綜合評價(jià)Fig. 1 Comprehensive evaluation of storage quality pomegranate peel

各組石榴果皮貯藏不同時(shí)期品質(zhì)綜合評價(jià)得分計(jì)算結(jié)果見圖1。各組石榴果皮的F值隨貯藏時(shí)間的延長而呈下降趨勢，且各低溫組貯藏效果好于常溫。貯藏60 d時(shí)，各低溫貯藏下石榴果皮綜合評價(jià)得分F值均為正值，而此時(shí)常溫下已為負(fù)值，明顯低于其他組，說明該組此時(shí)石榴果皮品質(zhì)已嚴(yán)重劣變，失去商品價(jià)值，不適宜再繼續(xù)貯藏。至120 d時(shí)，低溫各組F值變?yōu)樨?fù)值，其中6 ℃處理組的F值（-0.44）最大，而0 ℃和12 ℃處理組較低，分別為-1.28和-1.53。貯藏后期（90～120 d），低溫貯藏各組果皮F值均下降較快。由表2可知，6 ℃低溫有效地抑制石榴果皮的褐變、蒸騰失水和色澤變化，與圖1所得到的結(jié)果基本一致。由此可見，基于PCA得到的石榴果皮品質(zhì)評價(jià)函數(shù)可靠。

2.3 相關(guān)性分析

對石榴果皮11 個(gè)品質(zhì)指標(biāo)做相關(guān)性分析，結(jié)果如表4所示。石榴果皮褐變指數(shù)（X11）與果皮硬度（X1）、水分含量（X2）、總酚含量（X4）、花青素含量（X5）和L*值（X8）呈極顯著負(fù)相關(guān)（p＜0.01），與丙二醛含量（X6）和細(xì)胞膜透性（X7）呈極顯著正相關(guān)（p＜0.0 1），與b*值（X10）呈顯著負(fù)相關(guān)（p＜0.05），說明石榴果皮褐變程度的增加，同時(shí)伴隨著果皮中水分和酚類物質(zhì)的損耗、細(xì)胞的衰老及明暗度的損失。石榴果皮的L*值（X8）與果皮硬度（X1）、水分含量（X2）、總酚含量（X4）和花青素含量（X5）呈極顯著正相關(guān)（p＜0.01），與丙二醛含量（X6）和細(xì)胞膜透性（X7）呈顯著負(fù)相關(guān)（p＜0.05）。丙二醛含量（X6）和果皮細(xì)胞膜透性（X7）均與硬度（X1）和總酚含量（X4）呈極顯著負(fù)相關(guān)（p＜0.01），與花青素含量（X5）分別呈顯著負(fù)相關(guān)（p＜0.05）和極顯著負(fù)相關(guān)（p＜0.01）。此外，總酚含量（X4）和花青素含量（X5）均與果皮硬度（X1）和水分含量（X2）呈極顯著正相關(guān)（p＜0.01），且花青素含量（X5）與pH值（X3）和總酚含量（X4）也呈極顯著正相關(guān)（p＜0.01）。

表4 石榴果皮各品質(zhì)指標(biāo)間相關(guān)性分析Table 4 Analysis of correlations among quality indexes of pomegranate peel

2.4 偏最小二乘法回歸分析

圖2 以褐變指數(shù)為因變量的偏最小二乘回歸分析模型的相關(guān)載荷圖Fig. 2 Correlation loading plot from partial least squares regression model using browning index as dependent variable

選取果皮褐變指數(shù)為因變量（Y），其他指標(biāo)為自變量（X），建立偏最小二乘回歸分析模型。由圖2可知，因子1和因子2解釋了X變量的69.5%以及Y變量的93.7%。其中，細(xì)胞膜透性、丙二醛含量和a*值位于因子1正坐標(biāo)處，與果皮褐變指數(shù)存在正相關(guān)關(guān)系，而其他指標(biāo)位于因子1負(fù)坐標(biāo)處，與褐變指數(shù)存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。此外，果皮硬度、水分含量和總酚含量集中在因子1負(fù)坐標(biāo)和因子2負(fù)坐標(biāo)區(qū)間，具有較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系。

2.5 通徑分析

根據(jù)通徑分析原理，獲得石榴果皮各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)對果皮褐變指數(shù)的通徑系數(shù)。經(jīng)逐步引入剔除法，進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，剔除未達(dá)到顯著水平的性狀（P＞0.05），分析保留品質(zhì)指標(biāo)對果皮褐變指數(shù)的直接作用和間接作用，建立多元回歸方程，結(jié)果如表5所示。多元回歸方程為Y＝1.340-0.020 93X2+0.007 473X7+0.022 74X9。進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)F＝51.910 8，即P＝0.000 1，Durbin-Watson統(tǒng)計(jì)量d＝2.160 3，說明該方程有高度顯著意義。由表5可以看出，對果皮褐變指數(shù)的直接通徑系數(shù)排序?yàn)樗趾浚炯?xì)胞膜透性＞a*值，各自變量及它們之間的相互作用對果皮褐變影響的決定系數(shù)為0.960 7，表明這些自變量對石榴果皮褐變影響至關(guān)重要。直接作用中較為突出的品質(zhì)指標(biāo)為水分含量（X2），其對果皮褐變指數(shù)具有較大的負(fù)直接作用，通過細(xì)胞膜透性（X7）和a*值（X9）對果皮褐變指數(shù)也產(chǎn)生負(fù)間接作用，總體表現(xiàn)為負(fù)作用。細(xì)胞膜透性的間接作用最大，通過水分含量（X2）和a*值（X9）間接影響果皮褐變指數(shù)，且對果皮褐變指數(shù)也產(chǎn)生正直接作用，總體表現(xiàn)為正作用。

表5 以褐變指數(shù)為因變量的通徑分析結(jié)果Table 5 Results of path analysis using browning index as dependent variable

3 結(jié) 論

適宜的低溫貯藏可以有效延緩石榴果皮品質(zhì)的劣變。趙迎麗等[27-28]研究表明，8 ℃低溫下果實(shí)未發(fā)生冷害，果實(shí)保持了較好的品質(zhì)，而4 ℃和0 ℃低溫會(huì)對新疆大籽石榴造成低溫傷害褐變，表現(xiàn)為石榴果皮細(xì)胞膜透性的升高以及膜脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛的積累，果皮出現(xiàn)水漬狀凹陷斑并連接成大面積褐色斑塊。本研究表明，6 ℃低溫貯藏可以有效延緩石榴果皮品質(zhì)的劣變，與張潤光[29]、Arendse[30]等的研究結(jié)果基本一致。

本研究使用PCA對石榴果皮品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行降維處理，前3 個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到85.526%，取3 個(gè)具有代表性的主成分，并以各自對應(yīng)特征值的比例為權(quán)重建立石榴果皮品質(zhì)綜合評價(jià)模型。結(jié)果表明，低溫貯藏能一定程度上抑制石榴果皮的劣變，各低溫貯藏的石榴果皮F值在貯藏前60 d高于常溫貯藏，其中與其他貯藏溫度相比，6 ℃條件下石榴果皮F值在貯藏全過程中一直處于最高。結(jié)合相關(guān)性分析、偏最小二乘回歸分析和通徑分析，探討了石榴果皮各因素對果皮褐變指數(shù)的直接和間接的影響，衡量所涉及因素的相對重要性。相關(guān)性分析結(jié)果表明，褐變指數(shù)（X11）與果皮硬度（X1）、水分含量（X2）、總酚含量（X4）、花青素含量（X5）和L*值（X8）呈極顯著負(fù)相關(guān)（p＜0.01），與丙二醛含量（X6）和細(xì)胞膜透性（X7）呈極顯著正相關(guān)（p＜0.01）。偏最小二乘法回歸分析表明果皮褐變指數(shù)與果皮硬度、水分含量和總酚含量具有較強(qiáng)相關(guān)性。此外，結(jié)合通徑分析可知，果皮水分含量對果皮褐變指數(shù)具有較大的負(fù)直接作用，而細(xì)胞膜透性對果皮褐變指數(shù)具有最大的正間接作用。

綜上所述，適宜的低溫貯藏主要通過抑制果皮的蒸騰失水、細(xì)胞衰老、褐變和色澤變化來延緩果皮的劣變，維持石榴果皮具有較好的品質(zhì)。

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Multivariate Analysis of Quality Deterioration of Pomegranate Peel during Storage at Different Temperatures

YAO Xin1,2, QIN Wen1,*
(1. College of Food Science, Sichuan Agricultural University, Ya’an 625014, China;2. School of Applied and Chemical Engineering, Xichang College, Xichang 615013, China)

The factors related to the quality deterioration of pomegranate peel during storage at different temperatures were investigated using multivariate analysis. One-way analysis of variance and principal component analysis showed that peel browning, water loss, cell senescence and color deterioration could be effectively inhibited during storage at 6 ℃. Correlation analysis, partial least squares regression and path coefficient analysis indicated that peel browning index was positively correlated with cell membrane permeability and malondialdehyde content (P ＜ 0.01), and negatively correlated with fi rmness, water content, total phenol content, anthocyanidin content and L* (P ＜ 0.01). The water content of pomegranate peel had a direct and negative impact on peel browning index, and cell membrane permeability indirectly and positively affected peel browning through water content and a*.

pomegranate; peel; quality; deterioration; multivariate analysis

10.7506/spkx1002-6630-201723041

TS255.3

A

1002-6630（2017）23-0257-06

姚昕, 秦文. 石榴貯藏期果皮品質(zhì)劣變的多變量分析[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(23): 257-262.

10.7506/spkx1002-6630-201723041. http://www.spkx.net.cn

YAO Xin, QIN Wen. Multivariate analysis of quality deterioration of pomegranate peel during storage at different temperatures[J]. Food Science, 2017, 38(23): 257-262. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201723041. http://www.spkx.net.cn

2016-10-05

四川省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目（13ZB0170）

姚昕（1978—），女，副教授，博士研究生，研究方向?yàn)楣卟珊笊砼c貯藏。E-mail：yaoyao3692@163.com

*通信作者：秦文（1967—），女，教授，博士，研究方向?yàn)楣卟珊笊砼c貯藏。E-mail：qinwen1967@yahoo.com.cn