喬納金蘋果的應力松弛和蠕變特性與其品質相關性分析

楊 玲，田 義，張彩霞，叢佩華,*

（1.農(nóng)業(yè)部園藝作物種質資源利用重點實驗室，遼寧 興城 125100；2.中國農(nóng)業(yè)科學院果樹研究所，遼寧 興城 125100）

蘋果（Malus domestica）是我國大眾消費果品，在果品貯藏、運輸、加工過程中，由于食品的組成及內部結構決定了食品物質的流變特性，而流變特性和組成分子特性與微觀結構又決定了食品的質地特性[1]。所以果品的生理組織結構、生化成分變化及流變損傷效應等的交叉影響，不僅使果品的外觀受到影響，而且果實的食用性和商品性也大大降低。因此，研究蘋果的流變特性不僅可以為完善果實質地品質評價體系提供理論支持，還為果品的加工機械設計提供依據(jù)，也為實現(xiàn)果品快速和精確量化檢測提供數(shù)據(jù)支持。

果蔬的流變特性存在于果蔬生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，不僅為采后處理加工提供理論依據(jù)，并可以通過流變特性測定預測評價果實的質地品質。蘋果屬黏彈性固體物料，其力學特性與果實本身的黏彈性密切相關，而生物組織力學特性主要受細胞結構、水分和化學物質成分含量的影響，因此果實的流變特性與化學成分含量和質地具有一定的相關性。目前國內外已有研究表明果實流變特性與其營養(yǎng)成分指標具有相關性。孫驪等[2]和李小昱等[3]研究指出，蘋果的貯藏損傷可用蠕變特性參數(shù)來描述。方媛等[4]通過對紅富士蠕變特性研究探討蠕變參數(shù)與蘋果質地和營養(yǎng)成分含量的相關性。王善榮等[5]對水蜜桃的機械損傷和品質相關性進行研究。陸秋君等[6]研究揭示了常溫貯藏過程中番茄的4 項蠕變特性參數(shù)與其內部品質指標（糖度和pH 值等）的相關性。楊曉清等[7]、王芳[8]和宋曉宇[9]建立了果實力學特性與化學品質指標間的多元回歸模型，通過力學指標用于預測化學品質。郭文斌[10]建立了力學特性參數(shù)（彈性模量、破壞能、黏性系數(shù)等）與馬鈴薯淀粉含量的回歸方程，用力學參數(shù)來預測馬鈴薯淀粉含量。熊秀芳[11]研究了紅富士蘋果抗壓性能與糖度、酸度、水分的相關性，并進行了回歸分析預測。Afkari-Sayyah 等[12]研究發(fā)現(xiàn)，蘋果蠕變特性參數(shù)與其可滴定酸度、可溶性固形物含量顯著相關。Nieto 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，蘋果應力松弛時間與其可溶性固形物含量顯著相關。Winisdorffer 等[14]研究了6 種蘋果果肉細胞質水分、化學成分等與流變特性參數(shù)之間相關性，結果表明細胞壁阿拉伯糖、細胞質水分等與楊氏模量有關，木糖、半纖維素等與阻尼系數(shù)有關。這些研究表明，通過壓縮測量獲得果實的流變特性參數(shù)是有望實現(xiàn)對果實可溶性固形物含量、可滴定酸含量等主要營養(yǎng)成分指標的快速檢測。

喬納金蘋果具有早果豐產(chǎn)、風味酸甜適度、汁液豐富、肉質松脆等特性，遍及我國主要蘋果產(chǎn)區(qū)，但貯藏性中等，比早熟蘋果嘎拉等耐貯，比晚熟蘋果紅富士耐貯性稍差。為實現(xiàn)蘋果果實多種營養(yǎng)成分指標高效準確的檢測，本研究以喬納金蘋果為試材進行流變特性測試，分析蠕變特性、應力松弛特性參數(shù)與TPA質地參數(shù)、喬納金蘋果果肉可溶性固形物、原果膠等的相關性，并構建了這些指標的數(shù)學預測模型，為預測果品質構特性和口感品質提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

喬納金蘋果果實于2015 年采自遼寧省葫蘆島市雙樹鄉(xiāng)果園，于果實9 成熟時適時采收，選取大小均勻、成熟度相近的蘋果果實，隨機采摘果實各140 個，備用。

無水乙醇、95%乙醇、咔唑購于國藥集團化學試劑有限公司，硫酸購于天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.1.2 儀器與設備

TMS-PRO 型質構儀，GMK-701AC 型數(shù)字糖度計，HH-6 數(shù)顯恒溫水浴鍋、UV-1800 型紫外分光光度計。

1.2 方法

1.2.1 試驗方案設計

將采收的蘋果置于室溫下保鮮袋內（未扎口）貯藏，6 次試驗共從中選取形狀相近、無病蟲害的果實70 個作為試驗果。試驗環(huán)境溫度為（20±2）℃，空氣相對濕度為 65%±5%，果實分別在貯藏 0、5、10、15、20、25 d 分6 次取樣測試，每次分別隨機取樣5 個果實用于質地參數(shù)測定。每個果實先切成兩半，分別在果實中部切取2 cm×2 cm×2 cm 大小共4 塊果肉，一次取20 個大小相同的果肉共重復20 次。

1.2.2 喬納金蘋果果肉流變分析

快速切取果肉置于質構儀平板上，然后利用質構儀圓形探頭（直徑為75 mm）對蘋果果肉進行蠕變、松弛測試。蠕變測試參數(shù)為：測試速度60 mm/min、起始力2 N、設定壓力10 N、壓縮時間30 s。測定參數(shù)為位移、時間、壓力。松弛測試參數(shù)為：測試速度60 mm/min，起始力2 N，形變百分量為3%。測定參數(shù)為應力松弛的力、位移、時間。

1.2.3 喬納金蘋果果肉蠕變數(shù)學模型

據(jù)國內外文獻[15-18]報道，農(nóng)業(yè)物料的蠕變特性一般可以用伯格斯模型（Burger’s Model）表示。根據(jù)本試驗的蠕變特性曲線和所測定的試驗數(shù)據(jù)，蘋果的蠕變加載過程選用四元件Burger’s 模型描述。

加載過程變形量D（t）隨時間t的變化公式為：

D（t）=F0/E1+F0*t/η1+F0*[1-exp（-t/τ）]/E2

式中，D（t）為變形量，mm；F0為定載荷，N；E1為初始彈性系數(shù)，N·mm-1；E2為延遲彈性系數(shù)，N·mm-1；τ 為延遲時間，s；τ=η2/E2；η1、η2為黏性系數(shù)，N·s·mm-1；t為時間，s。

通過以上四元件伯格斯模型（Burger’s Model）方程對試驗數(shù)據(jù)進行非線性回歸分析（Non-liner Regression Analysis），由SPSS 統(tǒng)計軟件通過換算和計算求得參數(shù)初始彈性系數(shù)E1、延遲彈性系數(shù)E2、延遲時間τ、黏性系數(shù)η1、黏性系數(shù)η2，擬合方程的決定系數(shù)均在0.981 以上，進而確定蘋果蠕變模型的參數(shù)指標。

1.2.4 三種蘋果果肉松弛數(shù)學模型

據(jù)國內外文獻[19-21]報道可知，能分析反映應力松弛曲線的方法有4 種。根據(jù)本試驗的松弛特性曲線和試驗數(shù)據(jù)的擬合，選用三參數(shù)的廣義Maxwell 模型進行數(shù)學模型的非線性回歸分析的曲線擬合。廣義麥克斯韋模型經(jīng)常用于黏彈性物料應力松弛曲線的擬合分析。模型方程為：

E（t）=Ee+E1′exp（-t/T）

式中，E（t）為任意時刻瞬時彈性模量，MPa；E1′為衰變彈性模量，MPa；Ee為平衡彈性模量，MPa；T為應力松弛時間，T=η/E1′（s），η=T×E1′，η 為阻尼體黏滯系數(shù)（N·s/mm）。

在t=0 時，由上式可得零時彈性模量為：

E0=E（t=0）=E1′+Ee

通過模型方程對試驗數(shù)據(jù)進行非線性回歸分析，由 SPSS 統(tǒng)計軟件求出參數(shù)常量E1′、Ee、E0、T、η，擬合方程的決定系數(shù)均在0.943 以上，進而確定蘋果應力松弛特性模型參數(shù)。對蠕變、松弛模型參數(shù)和TPA 指標、化學成分含量進行相關性分析并用逐步回歸分析法進行回歸分析，建立蘋果各項品質的預測模型。

1.2.5 可溶性固形物含量的測定

使用GMK-701AC 數(shù)字糖度計測定。

1.2.6 原果膠含量的測定

參照趙志磊[22]方法，每個處理選取大小均勻一致的5 個果實，3 次重復。取5 g 果肉置于50 mL 刻度離心管中，加35 mL 的無水乙醇，在85 ℃水浴中加熱10 min，充分振蕩、冷卻，再加無水乙醇使總體積接近50 mL，在4 000 r/min 下離心15 min，棄去上清液。加入95%乙醇50 mL，在沸水浴中加熱30～40 min 除去糖分及其他物質。用濾液過濾，棄去廢液，沉淀放入原燒杯中，加水40 mL 在水浴鍋上加熱50 ℃，保持30 min 以溶解果膠。過濾，用少量水洗滌濾紙和沉淀。濾液定容至50 mL 為可溶性果膠。

沉淀放入原燒杯中，加入0.5 mol/L 硫酸100 mL，在沸水浴中加熱1 h 以水解原果膠，冷卻后移入100 mL容量瓶中，加水定容至100 mL，此為原果膠測定液。

吸取可溶性果膠液和原果膠液各0.1 mL，加入到20 mL 刻度試管中，然后在加入0.9 mL 蒸餾水于試管中各加入濃硫酸6 mL，沸水加熱20 min，冷卻后加入0.15%咔唑乙醇0.2 mL，于暗處放置1.5 h，在530 nm波長下比色測光密度。

1.2.7 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理，Excel 2007軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 喬納金蘋果果肉貨架期間蠕變參數(shù)分析

2.1.1 喬納金蘋果果肉貨架期間蠕變特性參數(shù)的變化趨勢

蠕變試驗是對測試樣品突然施加一定的載荷并保持常值，測定變形（應變）與時間的函數(shù)關系。加載力限定在線性黏彈性范圍內，對物料不造成機械損傷。當喬納金蘋果果肉受到蠕變加載力瞬間，瞬時彈性系數(shù)E1發(fā)揮作用，產(chǎn)生彈性形變，E2受到黏性系數(shù)η2的制約，加載后并不迅速產(chǎn)生變形，而是隨著時間的增加緩慢產(chǎn)生變形，E1、E2卸載后變形都能迅速恢復。由圖1 可見，喬納金蘋果果肉初始彈性系數(shù)E1、延遲彈性系數(shù)E2在貨架期0～25 d 變化趨勢基本一致，大體呈下降趨勢，貨架5 d 時比初始值稍高；25 d和20 d 時，E1和E2變化不大。這說明喬納金蘋果果肉在采后5 d 后果肉彈性有所增加，有可能果肉細胞壁物質降解為可溶性物質，增加了細胞膨壓，細胞間彈性降低。隨著蠕變加載時間的增長，果肉產(chǎn)生黏性流動變形，分為兩部分：黏性系數(shù)η1為麥克斯韋體內的獨立黏性產(chǎn)生的變形，卸載后此部分變形不恢復；另一部分黏性系數(shù)η2是開爾文體內的黏性，這部分變形在加載力卸載后也會逐漸恢復。但喬納金果肉黏性系數(shù)η1和黏性系數(shù)η2在貨架期0～25 d 是變化趨勢和E1、E2相似，都大體呈下降趨勢。黏性系數(shù)η1在貨架5 d 時稍有升高，η2則呈略微下降趨勢，25 d 相比20 d 時略有升高。在貨架期內，喬納金果肉的彈性和黏性都呈下降趨勢，20～25 d 時可能由于細胞壁物質降解到一定程度，細胞壁膨壓增大，果肉細胞壁彈性和黏性稍有升高或不變。延遲時間τ 在采后5 d 后有所下降，10～15 d 略有增加。

2.1.2 蠕變參數(shù)與TPA 指標及果肉化學成分含量相關性和回歸性分析

由表1 可見：蠕變參數(shù)延遲彈性系數(shù)E2與初始彈性系數(shù)E1之間呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數(shù)為0.969；黏性系數(shù)η1與初始彈性系數(shù)E1和延遲彈性系數(shù)E2之間呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數(shù)分別為0.923 和0.974；黏性系數(shù)η2與初始彈性系數(shù)E1之間呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數(shù)分別為0.910，與延遲彈性系數(shù)E2、黏性系數(shù)η1之間呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數(shù)分別為0.952 和0.929。以上結果說明了喬納金蘋果在貨架期間的彈性與黏性緊密相關，是果肉細胞與細胞之間共同作用的結果。果肉硬度與初始彈性系數(shù)E1、延遲彈性系數(shù)E2、黏性系數(shù)η1和黏性系數(shù)η2之間呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數(shù)分別為 0.953、0.995、0.966 和0.933，說明了喬納金蘋果果肉硬度與黏彈性緊密相關，即喬納金的果肉的軟硬程度與黏彈性之間呈極顯著相關（P＜0.01）。內聚性與初始彈性系數(shù)E1、延遲彈性系數(shù)E2、黏性系數(shù)η1、果肉硬度之間呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數(shù)分別為 0.815、0.895、0.897、0.914；與延遲時間τ 之間呈顯著負相關（P＜0.05），相關系數(shù)為-0.860。彈性與初始彈性系數(shù)E1、延遲彈性系數(shù)E2、黏性系數(shù) η1之間呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數(shù)分別為0.825、0.899、0.880，彈性與果肉硬度、內聚性之間呈極顯著相關（P＜0.01），相關系數(shù)分別為0.921 和0.996；與延遲時間τ 之間呈顯著負相關（P＜0.05），相關系數(shù)為-0.876。這些參數(shù)都反映了果肉細胞間組織結構與分子間結合力的大小，而且都能說明果肉組織結構狀態(tài)。咀嚼性與初始彈性系數(shù)E1、延遲彈性系數(shù)E2、黏性系數(shù) η1、黏性系數(shù) η2、果肉硬度、內聚性和彈性之間呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數(shù)分別為 0.932、0.980、0.967、0.883、0.989、0.959和0.960。咀嚼性反映了果實對咀嚼的抵抗力，間接表明果肉細胞組織結構與分子間結合力的大小，其與蠕變參數(shù)彈性系數(shù)和黏性系數(shù)的顯著相關性更證實了TPA 參數(shù)與蠕變參數(shù)都能反映貨架期喬納金蘋果果實的質地性狀。原果膠與蠕變參數(shù)初始彈性系數(shù)E1、延遲彈性系數(shù)E2、黏性系數(shù)η1、黏性系數(shù)η2和咀嚼性之間呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數(shù)分別為0.847、0.915、0.886、0.907 和 0.901；與果肉硬度之間呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數(shù)為0.937。上述結果進一步說明果肉蠕變黏彈性變化和TPA 參數(shù)變化都與果肉細胞壁不溶性原果膠降解為可溶性果膠有關?？扇苄怨绦挝锱c延遲彈性系數(shù)E2、硬度、彈性、咀嚼性之間呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數(shù)分別為0.863、0.875、0.819 和0.876；與初始彈性系數(shù)E1之間呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數(shù)為0.921；與延遲時間τ 之間呈顯著負相關（P＜0.05），相關系數(shù)為-0.825。喬納金果實貨架期品質變化與果肉質地的變化顯著相關，是同步進行的。

表1 蠕變參數(shù)與TPA 指標、果肉化學成分含量相關性分析Table1 Correlation analysis of creep parameters with TPA index and pulp chemical composition

由以上數(shù)據(jù)分析可知，可溶性固形物、原果膠、TPA 主要質地指標（硬度、內聚性、彈性、咀嚼性）與蠕變參數(shù)（初始彈性系數(shù)E1、延遲彈性系數(shù)E2、黏性系數(shù) η1、黏性系數(shù) η2、延遲時間 τ 等）之間呈顯著相關性，現(xiàn)通過蠕變特性參數(shù)對以上各指標進行預測，以蠕變特性參數(shù)為自變量，以可溶性固形物、原果膠、TPA 主要質地指標（硬度、內聚性、彈性、咀嚼性）為因變量，通過SPSS 軟件進行逐步回歸分析，剔除F值顯著水平大于0.05 的變量，預測一元線性回歸模型。

從表2 中可以看出：可溶性固形物、原果膠、TPA指標（硬度、內聚性、彈性、咀嚼性）由蠕變參數(shù)構成的預測模型，決定系數(shù)R2均達到0.8 以上，且均具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），TPA 參數(shù)（硬度、內聚性、彈性、咀嚼性）指標預測模型都存在且僅存在變量延遲彈性系數(shù)E2，說明他們僅與彈性元件有關，而黏性變形并不對預測結果產(chǎn)生顯著影響。而可溶性固形物僅與初始彈性系數(shù)E1有關，而原果膠則與黏性元件η1有關。

表2 蠕變參數(shù)與化學成分含量和TPA 指標的回歸分析結果Table 2 Regression analysis of chemical components and TPA indexes by creep parameters

2.2 喬納金蘋果果肉貨架期間松弛參數(shù)分析

2.2.1 喬納金蘋果果肉貨架期間松弛特性參數(shù)的變化趨勢

應力松弛加載力造成物料變形，隨著時間增長果肉內部抵消應力達到平衡狀態(tài)。當加載力加載到果肉上時，應力隨著時間不斷衰減，直至趨于平衡達到平衡應力σe時，初始應力載荷σ0與平衡應力σe的差值σ1對應的彈性元件上的彈性模量為衰變彈性模量E1′，平衡應力 σe對應的彈性元件上的彈性模量Ee，稱為平衡彈性模量Ee[10]。由圖2 可知，喬納金蘋果果肉衰變彈性模量E1′在貨架期0～25 d 內大體呈緩慢下降趨勢，但在10 d 后衰變彈性模量E1′變化不大，這說明喬納金蘋果果肉松弛初始彈性在0～10 d 呈下降趨勢，10 d 之后則基本變化不大。平衡彈性模量Ee與零時彈性模量E0在0～25 d 一直呈下降趨勢，說明果肉彈性在貨架期受果肉組織細胞的細胞壁、細胞質等生物組織結構變化的影響，果肉細胞膨壓與細胞壁彈性相互結合、共同作用，表現(xiàn)出果肉的黏彈特性的統(tǒng)一。這也充分證實了應力松弛能夠描述果肉在細胞水平上的變化特征。在應力松弛過程中，應變ε 保持常值時，應力衰減到初始應力的1/e 或初始應力的36.8%時所需的時間。

喬納金蘋果果肉松弛時間Ts在0～10 d 時稍有升高，10～25 d 略有下降。應力松弛流變學模型中黏性元件阻尼器的黏性系數(shù)與果肉中液體黏度有關，黏滯系數(shù)η 在貨架期呈下降趨勢，說明果肉在貨架期內黏性下降。在貨架20 d 與25 d 時，松弛參數(shù)衰變彈性模量E1′、平衡彈性模量Ee、零時彈性模量E0、松弛時間Ts和黏滯系數(shù)η 均變化不大。

2.2.2 松弛參數(shù)與TPA 指標及果肉化學成分含量相關性和回歸性分析

由表3 可知：松弛參數(shù)平衡彈性模量Ee與衰變彈性模量E1′之間呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數(shù)為0.849；零時彈性模量E0與衰變彈性模量E1呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數(shù)為0.914，與平衡彈性模量Ee呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數(shù)為0.990；黏滯系數(shù)η 與衰變彈性模量E1′之間呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數(shù)為 0.831，與平衡彈性模量Ee、零時彈性模量E0之間呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數(shù)分別為0.981 和0.971（P＜0.01）。這說明了喬納金蘋果果肉松弛開始時彈性模量越大，松弛過程中應力衰減越多，達到平衡后，試樣果肉所殘留的彈性模量越大。Ballabio 等[23]研究表明，蘋果質構參數(shù)與流變特性參數(shù)之間存在相關性。TPA 果肉硬度與松弛參數(shù)平衡彈性模量Ee、黏滯系數(shù)η 之間呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數(shù)分別為 0.941、0.969；與零時彈性模量E0、松弛時間Ts之間呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數(shù)分別為0.902 和0.890，說明喬納金果肉質地硬度與松弛流變特性黏彈性參數(shù)存在顯著相關性。內聚性與平衡彈性模量Ee、松弛時間Ts、黏滯系數(shù)η、果肉硬度呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數(shù)分別為0.841、0.877、0.829 和 0.914；彈性與蠕變參數(shù)平衡彈性模量Ee、松弛時間Ts、黏滯系數(shù)η 之間呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數(shù)分別為 0.858、0.852、0.842，與果肉硬度、內聚性之間呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數(shù)分別為0.921 和0.996。以上結果說明TPA 果肉內聚性、彈性與松弛黏彈性之間存在顯著相關性，都能很好地反映喬納金蘋果果肉的質地品質特性。咀嚼性與平衡彈性模量Ee、黏滯系數(shù)η、果肉硬度、內聚性和彈性之間呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數(shù)分別為 0.938、0.949、0.989、0.959 和 0.960，與零時彈性模量E0和松弛時間Ts之間呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數(shù)分別為0.889 和0.896。陸秋君等[6]研究了番茄貨架期四項蠕變特性參數(shù)與糖度、pH 等品質指標的相關性。Kaur 等[24]和 López-Perea 等[25]研究表明，馬鈴薯應力松弛特性參數(shù)和淀粉含量有顯著相關性。這進一步證實應力松弛特性參數(shù)與食品化學成分含量有密切相關性?？扇苄怨绦挝锱c衰變彈性模量E1′、果肉硬度、彈性、咀嚼性之間呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數(shù)為 0.855、0.875、0.819 和 0.876，與平衡彈性模量Ee、零時彈性模量E0、黏滯系數(shù)η 之間呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數(shù)分別為0.979、0.976、0.926。原果膠與平衡彈性模量Ee、零時彈性模量E0、咀嚼性之間呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數(shù)分別為0.878、0.875 和0.901，與黏滯系數(shù)η 和硬度之間呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數(shù)分別為0.946 和0.937。

表3 松弛參數(shù)與TPA 指標、果肉化學成分含量相關性分析Table 3 Correlation analysis of relaxation parameters with TPA index and pulp chemical composition

由表4 數(shù)據(jù)分析可知，可溶性固形物、原果膠、TPA 主要質地指標（硬度、內聚性、彈性、咀嚼性）與松弛參數(shù)（平衡彈性模量Ee、衰變彈性模量E1、零時彈性模量E0、松弛時間Ts、黏滯系數(shù)η 等）之間呈顯著相關性，現(xiàn)通過松弛特性參數(shù)對以上各指標進行預測，以松弛特性參數(shù)為自變量，以可溶性固形物、原果膠、TPA 主要質地指標硬度、內聚性、彈性、咀嚼性為因變量，通過SPSS 進行逐步回歸分析，剔除F值顯著水平大于0.05 的變量預測的一元線性回歸模型，回歸方程經(jīng)方差分析表明模型均具有意義（模型決定系數(shù)R2＞0.7），均達極顯著或顯著水平。

2.3 喬納金蘋果果肉流變學蠕變、松弛特性參數(shù)主成分分析

為了簡化喬納金蘋果果肉質地評價指標及檢驗各成分在果肉流變學特性評價中所占比重，對喬納金蘋果蠕變、松弛特性參數(shù)指標進行主成分分析，見表5。喬納金主成分的累積貢獻率達到了93.28%，其中第一主成分占82.871%，是主要評價成分因子。喬納金第一主成分除了蠕變參數(shù)延遲時間τ 成分得分系數(shù)較小外，其余9 個蠕變、松弛流變學特性參數(shù)成分得分系數(shù)相差不大；第二主成分貢獻率為10.409%，成分得分系數(shù)絕對值較大的是衰變彈性模量E1′、松弛時間Ts。

表4 松弛參數(shù)與營養(yǎng)成分含量和TPA 指標的回歸分析結果Table 4 Regression analysis of chemical components and TPA indexes by relaxation parameters

由以上研究表明，喬納金蘋果果肉都具有黏彈性，由黏性因子貢獻率和彈性因子貢獻率可以看出，蘋果果肉質地兼具有黏性和彈性，且貢獻率均等。

表5 主成分的特征向量、特征值、貢獻率及累計貢獻率Table 5 Eigenvector,eigenvalue,contribution and accumulative contribution rate of principle components

3 討論與討論

喬納金蘋果果肉蠕變參數(shù)初始彈性系數(shù)E1、延遲彈性系數(shù)E2、黏性系數(shù) η1、η2；松弛參數(shù)衰變彈性模量E1′、平衡彈性模量Ee、零時彈性模量E0和阻尼體黏滯系數(shù)η 在貨架期內大體呈下降趨勢，這與吳洪華[26]、孫國輝[27]研究的梨、油桃的蠕變、松弛參數(shù)變化趨勢一致。蠕變參數(shù)延遲時間τ 略有升高，應力松弛時間T則是先升高后下降。這個變化趨勢和以上兩個研究略有不同，可能是品種不同造成的變化趨勢不同。

國內外已有研究表明，具有黏彈性體果蔬的流變學參數(shù)與果實品質緊密相關。楊曉清[28]、宋曉宇[9]、郭文斌[10]研究了厚皮蜜瓜、馬鈴薯各流變機械特性參數(shù)與品質指標呈顯著相關。王芳[8]、Afkari-Sayyah 等[12]、Nieto 等[13]通過蠕變參數(shù)預測總糖、pH、可溶性固形物、含水量等，并建立多元線性回歸方程。可溶性固形物指細胞液內所含的可溶性糖類、果膠、氨基酸、維生素等，其中以糖類為主，對果實品質的主要體現(xiàn)在其營養(yǎng)和口味上，是衡量果實品質的重要指標。原果膠是存在于細胞壁的一種非溶性果膠質，構成相鄰細胞中間層粘結物，使植物組織細胞緊緊粘接在一起。因此黏彈性體蘋果可溶性固形物和原果膠是與果肉流變特性密切相關的化學物質。通過逐步回歸分析法，建立了以TPA 質構參數(shù)、可溶性固形物、原果膠為因變量，以蠕變、松弛參數(shù)為自變量的一元線性預測回歸模型。由TPA 質構參數(shù)彈性、咀嚼性預測回歸模型可知，彈性和咀嚼性都與蠕變參數(shù)延遲彈性系數(shù)E2和松弛參數(shù)平衡彈性模量Ee有關，這說明了彈性、咀嚼性與流變學模型參數(shù)中彈性元件有關，而與黏性元件無關。由蠕變、松弛參數(shù)與可溶性固形物的回歸分析結果可知，與蠕變參數(shù)有關的預測模型僅與彈性元件初始彈性系數(shù)E1有關，與松弛參數(shù)有關預測模型僅與平衡彈性模量Ee有關，進一步說明可溶性固形物預測模型不管是松弛還是蠕變流變學特性，都僅與彈性元件有關。而黏性元件并不對預測結果產(chǎn)生影響。原果膠預測模型在與蠕變參數(shù)有關的模型中與黏性系數(shù)η1有關，在與松弛參數(shù)有關的預測模型中則與黏滯系數(shù)η 有關，這也說明了原果膠預測模型僅與流變學參數(shù)中黏性元件有關，而彈性元件并不對預測結果產(chǎn)生顯著影響。

以上研究結果表明，喬納金蘋果果肉黏性因子和彈性因子與相關營養(yǎng)成分都具有較密切關系，能夠綜合反映其內部品質特性。通過喬納金蘋果的蠕變、松弛參數(shù)主成分分析，揭示了各蠕變、松弛參數(shù)在果肉流變學特性評價中的貢獻率，說明果肉蠕變、松弛中黏性、彈性參數(shù)貢獻率均等，喬納金蘋果果肉在貨架期兼具黏性和彈性。

本研究通過探討喬納金流變學特性參數(shù)與化學成分和TPA 質地參數(shù)之間的相關性，構建了流變模型參數(shù)預測蘋果質構參數(shù)和化學成分含量的數(shù)學關系模型，這不僅為蘋果使用流變特性參數(shù)評價預測蘋果品質奠定了理論基礎，還為高效快速檢測、預測蘋果內在品質開辟了一條新途徑，對蘋果的貯藏、保鮮、運輸加工均具有重要意義。