石漠化治理區(qū)火龍果果實品質(zhì)評價

王飛躍，劉子琦，李 淵，程 雯

(貴州師范大學(xué)喀斯特研究院/國家喀斯特石漠化防治工程技術(shù)研究中心，貴州 貴陽 550001)

【研究意義】火龍果(Hylocereusundatus)又名紅龍果、仙蜜果、情人果[1]，屬仙人掌科(Cactaceae)量天尺屬(Hylocereus)或蛇鞭柱屬(Selenicereus)多年生蔓性植物，具有很高的經(jīng)濟價值、藥用價值及觀賞價值[2]?；瘕埞麨樵a(chǎn)于墨西哥及以南的中南美洲各國的熱帶水果，在大洋洲、中美洲和東南亞都有種植[3]。我國臺灣于20世紀90年代開始引入[4]，隨后逐漸推廣到我國大陸的海南、福建、廣東、廣西和云南等省[5]。貴州省引入火龍果則是在21世紀初，火龍果市場潛力巨大，尤其是在歐洲市場，需求越來越大，呈現(xiàn)供不應(yīng)求的狀態(tài)[4]?；瘕埞补饽完?、喜溫不耐寒，生長溫度為11～38 ℃，最適宜的生長溫度為20～30 ℃，適應(yīng)多種類型土壤，但以排水良好、疏松肥沃，pH 6.0～7.5 壤土最為適合生長[6]。貴州石漠化山區(qū)水土流失嚴重，土層較薄，氣候上干濕兩季分明，晝夜溫差較大。年總積溫 5000 ℃，年平均溫度 18.7 ℃。在巖溶石漠化山區(qū)，火龍果能正常開花結(jié)果[7]，南北盤江、清水江、都柳江、烏江、赤水河等低熱河谷流域均具有滿足火龍果的生長條件[8]。由于喀斯特石漠化地區(qū)特殊的地理環(huán)境及火龍果引入時間較短，其生態(tài)價值、經(jīng)濟價值和扶貧價值并未充分體現(xiàn)?！厩叭搜芯窟M展】近年來對火龍果的研究主要集中在栽培技術(shù)[9-10]、品種選育[11-14]、營養(yǎng)成分[15-18]、產(chǎn)業(yè)發(fā)展[19-20]等方面。郭蓉等[21]研究發(fā)現(xiàn)，施用海藻生物肥可提高火龍果的品質(zhì)。劉娟等[22]研究不同貯藏溫度下火龍果品質(zhì)變化發(fā)現(xiàn)，在4 ℃環(huán)境下火龍果的品質(zhì)較好。王彬等[23]研究不同貯藏溫度對火龍果品質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn)，在(10±0.5) ℃下可以有效延緩果實的成熟衰老，保持品質(zhì)。李興忠等[24]研究氮磷鉀肥配施對火龍果品質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn)，不同施肥處理對火龍果品質(zhì)影響程度不同，其中N、P、K元素的含量并不隨N、P、K肥的使用量增加而增加。多項研究均從不同角度對火龍果果實品質(zhì)進行評價，但國內(nèi)外對于火龍果果實品質(zhì)評價體系的研究尚未形成統(tǒng)一標準?！颈狙芯壳腥朦c】果實品質(zhì)是火龍果生產(chǎn)銷售最根本的價值標準，同時也是火龍果產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要影響因素，如何科學(xué)地、準確地評價喀斯特石漠化地區(qū)火龍果果實品質(zhì)是當前亟待解決的問題。針對石漠化地區(qū)紅龍果經(jīng)營和發(fā)展現(xiàn)狀，提升果實品質(zhì)、風(fēng)味口感及其營養(yǎng)價值是今后當?shù)鼗瘕埞a(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要方向。果實品質(zhì)可分為外觀品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì)2個方面。運用多元統(tǒng)計方法對不同的果樹果實品質(zhì)進行研究評價在近年來已有部分專家學(xué)者涉足[25]，當前，對果實品質(zhì)進行分析和評價的方法較多，有關(guān)火龍果果實品質(zhì)的綜合評價鮮有報道。【擬解決的關(guān)鍵問題】筆者對喀斯特石漠化高原干熱峽谷區(qū)種植的火龍果進行了深入的調(diào)查，共選取有關(guān)火龍果外觀及內(nèi)在共11個品質(zhì)指標，通過主成分分析和聚類分析法得出科學(xué)的品質(zhì)評價標準，為不同地區(qū)、不同品種的火龍果品質(zhì)評價及建立指標體系提供理論支撐，并為石漠化治理區(qū)火龍果品質(zhì)的長期監(jiān)測評價及產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

火龍果樣品：于2018年9月中旬采取自貴州省關(guān)嶺縣花江鎮(zhèn)峽谷村，火龍果經(jīng)營管理方式一致，從15株火龍果植株上分別采摘火龍果樣品，每株從上、中、下3個部位各采3個，再將所有火龍果樣品混合，然后按照外觀大小分為15組分別進行品質(zhì)指標測定，所有果實均采自健康的火龍果植株，成熟度均為10成熟。

1.2 方法

1.2.1 外觀品質(zhì)測定 用電子天平測定單果重和果皮重，可食率用果實去皮后的重量與單果重的比值表示，游標卡尺測定果實的縱徑、橫徑，果形指數(shù)則用縱徑與橫徑的比值表示。

1.2.2 內(nèi)在品質(zhì)指標測定 內(nèi)在品質(zhì)指標是決定果實營養(yǎng)價值與風(fēng)味的重要內(nèi)容?；瘕埞鞍踪|(zhì)含量參照GB 5009.5-2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質(zhì)的測定》，采用分光光度法測定。維生素C含量參照GB 5009.86-2016《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》，采用高效液相色譜法測定?？扇苄怨绦挝锖繀⒄誑Y/T 2637-2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定 折射儀法》進行測定?？扇苄蕴呛繀⒄誑Y/T 2742-2015《水果制品可溶性糖的測定 3,5-二硝基水楊酸比色法》進行測定?？傻味ㄋ釁⒄誈B/T 12456-2008《食品中總酸的測定》進行測定。固酸比采用可溶性固形物含量與可滴定酸含量的比值表示。糖酸比用可溶性糖含量與可滴定酸含量的比值表示。膳食纖維含量參照NY/T 1594-2008《水果中總膳食纖維的測定 非酶-重量法》進行測定。

1.2.3 火龍果主成分分析 通過對15份火龍果樣品的指標數(shù)據(jù)進行歸一化處理后進行相關(guān)性分析，得到火龍果品質(zhì)評價相關(guān)矩陣。對果實品質(zhì)指標數(shù)據(jù)進行無量綱標準化處理后進行KMO檢驗和Bartlett's球形檢驗，KMO值在0～1，越接近1說明變量之間的相關(guān)性越強，越適合進行主成分分析。主成分載荷矩陣U與因子載荷矩陣A以及特征值λ的關(guān)系式：

根據(jù)主成分載荷矩陣與標準化的原始數(shù)據(jù)計算得到主成分得分F，根據(jù)各主成分所對應(yīng)的方差貢獻率為權(quán)數(shù)計算得出綜合得分。

1.2.4 聚類分析 對各組火龍果樣品品質(zhì)指標的標準化數(shù)據(jù)進行聚類分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel和SPSS 20軟件對試驗數(shù)據(jù)進行整理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 15組火龍果果實的品質(zhì)指標

從表1可知，火龍果平均單果質(zhì)量為223.62～289.71 g，果形指數(shù)為0.98～1.31，可食率為69.41 %～80.26 %，可溶性固形物為10.24 %～12.21 %，可溶性糖為9.97 %～10.41 %，可滴定酸為1.85～1.97 g/kg，固酸比為5.55～6.54，糖酸比為5.09～5.74，蛋白質(zhì)為1.28～1.48 g/100g，維生素為1.05～1.19 mg/100g，膳食纖維為2.24 %～2.84 %。

2.2 火龍果果實品質(zhì)評價因素主成分分析

2.2.1 火龍果果實品質(zhì)評價指標的相關(guān)性 從2可知，可食率與果形指數(shù)呈極顯著負相關(guān)；可溶性糖與可溶性固形物和平均單果質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)；可滴定酸與平均單果質(zhì)量呈顯著負相關(guān)；固酸比與可溶性糖、可溶性固形物和平均單果質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)；糖酸比與平均單果質(zhì)量和固酸比呈極顯著正相關(guān)，與可溶性糖呈顯著正相關(guān)，與可滴定酸呈極顯著負相關(guān)；蛋白質(zhì)與可溶性固形物、可溶性糖和固酸比呈極顯著正相關(guān)；維生素C與可溶性固形物、可溶性糖、固酸比和蛋白質(zhì)呈極顯著負相關(guān)；膳食纖維與可溶性固形物、可溶性糖、固酸比和蛋白質(zhì)呈極顯著正相關(guān)，與維生素C呈極顯著負相關(guān)。

2.2.2 主成分分析的適度性檢驗 從表3可知，火龍果果實品質(zhì)評價的主成分適度檢驗KMO檢驗值為0.641，Bartlett's球形檢驗顯著性概率值小于0.05，因此，適合進行主成分分析。

2.2.3 火龍果果實品質(zhì)評價的主成分 從表4～5可知，3個主成分的特征值>1的主成分累計貢獻率達93.508 %，根據(jù)累計貢獻率原則，提取的3個主成分可充分反映火龍果果實品質(zhì)。其中第1主成分貢獻率為56.883 %、第2主成分貢獻率為26.171 %、第3主成分貢獻率為10.46 %，已完全滿足分析要求。根據(jù)特征向量值可得出，決定第1個主成分的指標主要是膳食纖維、可溶性糖、固酸比、蛋白質(zhì)和可溶性固形物；決定第2主成分的指標主要是果形指數(shù)、可滴定酸、可食率和糖酸比；決定第3主成分的指標主要是可食率和可滴定酸。第1主成分載荷較高的主要是體現(xiàn)果實的風(fēng)味及營養(yǎng)價值的因子，說明風(fēng)味和營養(yǎng)價值對火龍果品質(zhì)的評價具有重要作用；3個主成分中體現(xiàn)果實風(fēng)味的因子載荷都較高，進一步說明風(fēng)味對評價火龍果品質(zhì)的重要作用。

表1 15組火龍果果實的品質(zhì)指標

表2 火龍果品質(zhì)評價相關(guān)矩陣

注：*和**分別表示在P<0.05 和P<0.01 水平上顯著相關(guān)。

Note: * and ** indicate significance of difference atP<0.05 andP<0.01 level respectively.

表3 KMO和 Bartlett's 適度性檢驗

2.2.4 火龍果果實品質(zhì)綜合評價得分 主成分分析所提取的3個主成分已基本保留了所有品質(zhì)指標的原有信息，即可由F1、F2、F3這3個變量來替代原有的11個指標。由于3個主成分的貢獻率不同，因此，必須結(jié)合各主成分的貢獻率才能對火龍果品質(zhì)進行綜合評價。經(jīng)過標準化處理得到線性組合(X1～X11為經(jīng)過標準化處理后的變量)分別為：

F1=0.263X1-0.129X2-0.144X3-0.357X4-0.383X5-0.120X6-0.378X7-0.250X8-0.365X9-0.349X10+0.380X11

F2=0.375X1-0.490X2-0.408X3-0.134X4-0.011X5-0.462X6-0.122X7-0.397X8-0.107X9-0.159X10+0.103X11

F3=0.091X1-0.399X2-0.560X3-0.216X4-0.134X5-0.490X6-0.050X7-0.356X8-0.136X9-0.257X10+0.017X11

以3個火龍果品質(zhì)主成分因子F1、F2、F3作為自變量，火龍果品質(zhì)綜合評價分值Y為因變量，根據(jù)公式，火龍果品質(zhì)綜合評價得分：

Y=(56.883F1+26.171F2+10.455F3)/93.508

從表6可知，在15組火龍果果實品質(zhì)綜合得分中，品質(zhì)綜合得分前3名的是N、K和F。N 、K和F的主成分1得分的排名都較高，都在前3位，而N和K的主成分2得分都處于中等，N的主成分3得分較靠后，K的主成分3得分在中等，F(xiàn)的主成分3得分較靠后，說明品質(zhì)綜合得分前3名的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在主成分1上，即膳食纖維、可溶性糖、固酸比、蛋白質(zhì)和可溶性固形物的含量高，但可滴定酸含量不高，在15組火龍果中屬于營養(yǎng)價值高，口感偏甜的類型；H和L主成分1和主成分3得分處于中等偏上水平，而主成分2得分則排在前兩位，說明主成分2即果形指數(shù)、可滴定酸、可食率和糖酸比是其主要優(yōu)勢，在15組火龍果中屬于果型最大、較圓口感較甜的類型。品質(zhì)綜合得分在倒數(shù)2的是D和J，其主成分1得分排名倒數(shù)，主成分3得分確在前列，說明可食率、可滴定酸較高，在15組火龍果中屬于酸度高但營養(yǎng)價值低的種類。品質(zhì)綜合得分處于中間的8組總體是根據(jù)主成分1的得分高低分布的，說明以營養(yǎng)價值和風(fēng)味口感為主要內(nèi)容的主成分1在火龍果果實評價中具有重要作用。此外，結(jié)合15組火龍果果實的品質(zhì)指標可知，果實品質(zhì)和各組果實單果質(zhì)量存在一定關(guān)系，果實重量中等的N、K、F品質(zhì)最好，果實較大的H、L次之，而剩下果實偏小的品質(zhì)較差。

表4 火龍果3個主成分特征向量、特征值、方差貢獻率和累積方差貢獻率

表5 火龍果品質(zhì)指標主成分因子載荷矩陣

表6 火龍果主成分因子得分

2.3 火龍果品質(zhì)指標的聚類

由圖1可見，可將15組火龍果品質(zhì)分為3個大類群：第1大類群包括A、M、O、E、C、D、J、B、I 9組；第2大類群包括H和L 2組；第3大類群包括K、N、F、G 4組。

綜合這3個大類群的主成分得分分值來看，第3類群>第2類群>第1類群，而3大類群之間的區(qū)別主要體現(xiàn)在第1主成分的得分上.說明，這3個大類群的重要差異是源自于膳食纖維、可溶性糖、固酸比、蛋白質(zhì)、可溶性固形物含量上的不同，即火龍果的營養(yǎng)價值與風(fēng)味口感上的差異。同時發(fā)現(xiàn)，第2類群果實重量最大，第3類群果實重量中等，第1類群果實重量最小，進而也說明果實大小與果實品質(zhì)存在一定關(guān)系。

3 討 論

火龍果果實品質(zhì)的優(yōu)劣是消費者選擇的重要依據(jù)，也是其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要影響因素。通過對石漠化治理區(qū)火龍果的果實品質(zhì)進行分析測定并進行品質(zhì)評價，可以有效把握該地區(qū)火龍果綜合品質(zhì)，實現(xiàn)火龍果產(chǎn)業(yè)的合理發(fā)展，促進火龍果生態(tài)價值、經(jīng)濟價值和扶貧價值的實現(xiàn)。貴州石漠化峽谷區(qū)，雨熱同期，滿足火龍果生長條件，發(fā)展火龍果產(chǎn)業(yè)是該地區(qū)重要的發(fā)展機遇，火龍果作為一種常年生、高附加值的經(jīng)濟果樹，有利于遏制水土流失，提高居民收入，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)脫貧。

圖1 基于果實品質(zhì)的15組火龍果系統(tǒng)聚類Fig.1 Systematic cluster of 15 pitaya groups based on fruit quality

選擇科學(xué)合理的評價方法，是準確評價果實品質(zhì)的重要基礎(chǔ)，也直接影響著最終果實品質(zhì)評價的效果[26]。目前，有很多學(xué)者運用多元統(tǒng)計分析對果實品質(zhì)進行評價，李婕羚等[27]對貴州不同種植地區(qū)無籽刺梨品質(zhì)的評價，趙瀅等[28]對山葡萄果實品質(zhì)進行了評價研究，韓冬梅[29]等對龍眼果實品質(zhì)的評價等。但鮮見對火龍果品質(zhì)進行綜合評價的報道。研究將采集的火龍果按外觀大小分為15組，分別測定其主要的品質(zhì)指標，對其原始數(shù)據(jù)進行主成分分析，結(jié)果表明：所提取的3個主成分因子的累計貢獻率達到93.508 %，其中主成分1的累計貢獻率達56.883 %，載荷值最大的分別是膳食纖維、可溶性糖、固酸比、蛋白質(zhì)和可溶性固形物，主要是體現(xiàn)果實營養(yǎng)價值與風(fēng)味的指標，主成分2中可滴定酸和糖酸比，主成分3中的可滴定酸都是影響果實風(fēng)味的指標，說明營養(yǎng)價值和風(fēng)味特別是風(fēng)味口感是評價火龍果品質(zhì)優(yōu)劣的重要因素。有研究表明，果實的品質(zhì)主要取決于體現(xiàn)風(fēng)味與營養(yǎng)成分的指標[30-32]，說明本研究利用主成分析對火龍果品質(zhì)評價的結(jié)果是科學(xué)的。本研究中，15組火龍果果實中N、K、F、L、H、G屬于甜酸偏甜，D、J屬于甜酸略偏酸，I、C、B、E、A、M、O屬于酸甜較為適中。15組供試火龍果的經(jīng)營管理水平基本一致，但不同組火龍果在種植坡度、光照時間、土壤環(huán)境等存在一定差異，因此，這些局部環(huán)境的不同可能是造成火龍果品質(zhì)差異的重要因素。

有研究表明，火龍果品質(zhì)和果實大小存在一定關(guān)系，中小果型火龍果尤其是中型果果實風(fēng)味最優(yōu)[33]。本研究通過品質(zhì)綜合得分和聚類分析發(fā)現(xiàn)，將15組火龍果按照果實品質(zhì)的相似性將其分為3大類群，品質(zhì)最優(yōu)的K、N、F、G在同一類群，品質(zhì)中等的H、L在同一類群，果實品質(zhì)略差的A、M、O、E、C、D、J、B、I在同一類群。根據(jù)聚類結(jié)果可以得出，樣本中果實大小相近的被聚為同一類，說明果實大小對果實品質(zhì)具有影響作用，其中中型果品質(zhì)最優(yōu)與已有研究結(jié)論一致，但大果品質(zhì)高于小果，與前人結(jié)論不同，可能是由于火龍果品種、生長環(huán)境或選取果實大小分類不同所致。果實品質(zhì)和果實大小確實存在相關(guān)性，對火龍果品質(zhì)分級具有指導(dǎo)作用。同時，在火龍果產(chǎn)業(yè)化發(fā)展過程中可根據(jù)不同果形的火龍果進行分類加工，合理分配，實現(xiàn)效益最大化。

目前，國內(nèi)火龍果國家標準尚未建立，對石漠化區(qū)火龍果果實品質(zhì)進行綜合評價也是首次，石漠化適生地區(qū)推廣種植火龍果，目前仍然面臨生態(tài)適應(yīng)性、豐產(chǎn)性、品質(zhì)、市場等問題，未來需針對以上問題進行綜合分析評價。

4 結(jié) 論

火龍果品質(zhì)主要由其內(nèi)在品質(zhì)指標決定，對火龍果品質(zhì)評價具有重要意義，通過主成分分析對果實品質(zhì)進行評價得出膳食纖維、可溶性糖、固酸比、蛋白質(zhì)、可溶性固形物、可滴定酸和糖酸比7個內(nèi)在品質(zhì)指標是影響火龍果品質(zhì)最重要的因素，因此，選擇這7個指標作為火龍果品質(zhì)評價指標。根據(jù)綜合評價得分和聚類分析對15組火龍果果實品質(zhì)進行評價和分類，得出15組火龍果綜合品質(zhì)排名為N>K>F>H>L>G>I>C>B>E>A>M>O>D>J，其中N、K、F、G果形中等的火龍果果實品質(zhì)最好，H、L果形較大的品質(zhì)次之，果形較小的I、C、B、E、A、M、O、D、J品質(zhì)相對較差。