李躍紅,冉茂乾,徐孟懷,陳露,游元丁,趙陽,焦彥朝
1(六盤水市山地特色生態(tài)產(chǎn)品研究中心,貴州 六盤水,553000)2(貴陽海關(guān)綜合技術(shù)中心果蔬檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(六盤水),貴州 六盤水,553000)
獼猴桃(ActinidiachinensisPlanch),又名“奇異果”,為獼猴桃科(Actinidiaceae)獼猴桃屬(Actinidia)落葉藤本果樹[1-2]。其果實(shí)肉肥汁多、清香宜人,富含Vc、有機(jī)酸、糖類和多種礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分[3-4],營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高,是消費(fèi)者喜愛的水果之一。迄今為止,全世界有獼猴桃屬66種,其中我國(guó)有62種,主要分布在秦嶺以南的山區(qū)、溝谷地帶以及橫斷山脈以東的高海拔、水分熱量充足的山區(qū)的雜木林、灌木林中[5]。貴州獼猴桃資源豐富,是國(guó)內(nèi)獼猴桃栽培種植的主要省份之一,獼猴桃種植遍及貴陽、遵義、六盤水等地區(qū)。六盤水市地處云貴高原烏蒙山一帶,冬暖夏涼、生態(tài)良好、地理位置優(yōu)越,具有獼猴桃生長(zhǎng)的天然優(yōu)勢(shì)。六盤水境內(nèi)獼猴桃種類豐富、數(shù)量多、分布廣泛,其中以中華獼猴桃分布最多,獲得國(guó)家林業(yè)局授予“中國(guó)野生獼猴桃之鄉(xiāng)”的稱號(hào)[6]和原國(guó)家質(zhì)檢總局批準(zhǔn)的“國(guó)家地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品”稱號(hào)[7],目前,六盤水市境內(nèi)獼猴桃果實(shí)營(yíng)養(yǎng)成分品質(zhì)分析的研究鮮見報(bào)道,缺乏對(duì)不同品種獼猴桃品質(zhì)評(píng)價(jià)的較為系統(tǒng)的研究。主成分分析是利用降維的思想,將多個(gè)變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)不相關(guān)的綜合變量的多元統(tǒng)計(jì)方法,其目的是在損失較少信息的前提下,通過降維,去除眾多信息中相互重疊的信息[8-9],已被廣泛應(yīng)用于果蔬品質(zhì)指標(biāo)篩選和品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)研究[10-11]。本試驗(yàn)選擇貴州省六盤水市“翠香”、“徐香”、“東紅”和“紅陽” 4個(gè)品種獼猴桃果實(shí)為研究對(duì)象,分別測(cè)定其外觀和內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo),利用相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析等方法分析獼猴桃品質(zhì)特征,構(gòu)建獼猴桃品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)模型,篩選出品種較好的獼猴桃,以期為六盤水獼猴桃品質(zhì)的科學(xué)評(píng)價(jià)以及進(jìn)一步品種選育、栽培及加工利用提供參考。
選取貴州省六盤水市管理良好的不同園區(qū)的4個(gè)獼猴桃品種,分別為徐香、翠香、東紅和紅陽。其中徐香、翠香和紅陽產(chǎn)地均為水城縣;東紅產(chǎn)地水城縣和六枝,編號(hào)為東紅A和東紅B。每個(gè)品種取成熟度為九成熟、色澤均勻、無病蟲害,無機(jī)械損傷的獼猴桃果實(shí)進(jìn)行外觀品質(zhì)測(cè)量和內(nèi)在品質(zhì)測(cè)定。
儀器與試劑:NaOH、葡萄糖、沒食子酸、偏磷酸,均為分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;HNO3(優(yōu)級(jí)純),重慶川東化工集團(tuán)有限公司;甲醇(色譜純),德國(guó)CNW公司;L-(+)抗壞血酸標(biāo)準(zhǔn)品,壇墨質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心;Ca、Fe、Zn、Pb、Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液,質(zhì)量濃度均為1 000 μg/mL,有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心;Mg標(biāo)準(zhǔn)溶液,質(zhì)量濃度1 000 μg/mL,國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心鋼鐵研究總院。UFLC-XR高效液相色譜儀、UV-2700紫外可見分光光度計(jì)、AA—7000石墨爐原子吸收光譜儀,日本島津公司;ME303E分析天平、T5電位滴定儀、RM40全自動(dòng)折光儀,梅特勒-托利多儀器有限公司。
獼猴桃感官測(cè)定:每個(gè)品種隨機(jī)抽取10個(gè)獼猴桃,用0.1 g感量電子天平稱量單果質(zhì)量,用游標(biāo)卡尺測(cè)量獼猴桃的縱徑和橫徑,果形指數(shù)=縱徑/橫徑。可溶性固形物含量(total soluble solid,TSS)測(cè)定,參照農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2637—2014;可滴定酸含量測(cè)定,參照國(guó)標(biāo)GB/T 12456—2008 pH電位法;可溶性糖含量測(cè)定,參照農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2742—2015紫外可見分光光度法;Vc含量測(cè)定,參照國(guó)標(biāo)GB 5009.86—2016高效液相色譜法;單寧含量測(cè)定,參照農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1600—2008;Ca含量測(cè)定,根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 5009.92—2016第一法;Mg含量測(cè)定,根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 5009.241—2017第一法;Fe含量測(cè)定,根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 5009.90—2016第一法;Zn含量測(cè)定,根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 5009.14—2017第一法;Pb含量測(cè)定,根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 5009.12—2017第一法;Cd含量測(cè)定,根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 5009.15—2014;糖酸比=可溶性固形物含量/總酸含量。
采用Excel 2007進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理,利用SPSS Statistics 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)相關(guān)性分析、主成分分析及聚類分析。為消除不同指標(biāo)量綱和數(shù)量級(jí)的差異,在使用SPSS Statistics 17.0軟件前,參照劉科鵬等[12]的方法利用隸函數(shù)法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。
不同品種獼猴桃外觀品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果見表1。由表1可知,不同品種獼猴桃在外觀品質(zhì)指標(biāo)存在差異,其中單果質(zhì)量變異系數(shù)為17.01%,差異最大。4個(gè)品種獼猴桃縱徑為5.72~5.94 cm,平均值為5.82 cm。橫徑為4.01~4.96 cm,紅陽橫徑最大,達(dá)到4.96 cm;翠香最小,橫徑僅為4.01 cm。果實(shí)的單果質(zhì)量為60.81~90.99 g,平均值為78.50 g;果形指數(shù)為1.15~1.48,翠香最大,值為1.48。通過觀察,翠香和徐香獼猴桃果實(shí)分別呈卵圓形和圓柱形,兩者表皮均有一層黃褐色茸毛;東紅和紅陽獼猴桃果實(shí)果形指數(shù)小,果實(shí)均呈短圓柱形,果實(shí)大,表面光滑無毛,手感較好。
表1 不同品種獼猴桃品質(zhì)指標(biāo)Table 1 Quality indexes of different varieties of kiwifruit
由表1可知,不同品種獼猴桃內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo)變異系數(shù)不同,表明獼猴桃品質(zhì)存在差異,其中差異最大的是Fe含量,變異系數(shù)達(dá)到29.67%,差異最小的是單寧含量,變異系數(shù)為11.37%。4個(gè)品種獼猴桃的TSS和可溶性糖含量以東紅A最高,其值分別為20.2%和10.30%,其中TSS分別是紅陽、徐香、翠香的1.13倍、1.22倍、1.36倍??偹岷繛?.00%~1.52%,以紅陽表現(xiàn)最好,其值為1.00%。糖酸比是判斷食品風(fēng)味的重要參數(shù)之一,糖酸比為10.85~18.87,以東紅A最高。Vc是人體必需的化合物,不能在體內(nèi)合成,只能從食物中攝取,試驗(yàn)結(jié)果表明,獼猴桃果實(shí)富含豐富的Vc,以東紅B 表現(xiàn)最好,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為173.0 mg/100 g。單寧含量為1 110~1 394 mg/kg,以翠香最高。通過測(cè)定獼猴桃果實(shí)中6種礦物質(zhì)元素,4個(gè)品種獼猴桃果實(shí)均含有Ca、Mg、Fe和Zn四種元素,其中Ca含量最高,其平均值為117 mg/kg;其次為Mg,平均值為90 mg/kg;Fe和Zn含量最低,平均值分別為3.1 mg/kg和2.3 mg/kg。此外還檢出Pb和Cd兩種重金屬元素,但含量均小于國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)。
本研究采用Pearson相關(guān)系數(shù)分析獼猴桃14個(gè)品質(zhì)指標(biāo)之間相關(guān)性,結(jié)果見表2。由表2可知,縱徑與橫徑、單果質(zhì)量、Ca含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),與糖酸比呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),與果形指數(shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.05),表明果實(shí)縱徑增加時(shí),果實(shí)橫徑、單果質(zhì)量、Ca含量顯著降低,糖酸比極顯著減小。橫徑與糖酸比、Mg呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與單果重呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),表明果實(shí)橫徑增加時(shí),糖酸比和Mg顯著增大,單果質(zhì)量極顯著增加。TSS含量與可溶性糖呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與Ca、Mg含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05),表明TSS含量顯著影響可溶性糖、Ca、Mg含量的變化。Vc與單寧呈顯著正相關(guān)(P<0.05),表明Vc與單寧存在相互協(xié)同作用。相關(guān)性分析結(jié)果表明,每個(gè)指標(biāo)均能反映獼猴桃果實(shí)品質(zhì),并且指標(biāo)間具有不同程度的相關(guān)性,本研究采取主成分分析法對(duì)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)一步分類和簡(jiǎn)化,以提高獼猴桃果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)的分析效率和可靠性。
表2 獼猴桃品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis between quality indexes of kiwifruit
由表1和表2的分析結(jié)果可知,不同品種獼猴桃品質(zhì)指標(biāo)間存在差異性,且各品質(zhì)指標(biāo)間相互存在不同程度的相關(guān)性,因而采取主成分分析法對(duì)獼猴桃14項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析,結(jié)果見表3。由表3可知,前3個(gè)主成分(特征值>1)的累積方差貢獻(xiàn)率為 95.890%,表明前3個(gè)主成分所構(gòu)成信息占總信息的95.890%,基本包含了獼猴桃品質(zhì)的全部信息,可用前3個(gè)主成分對(duì)其品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。前3個(gè)主成分中,第1主成分的方差貢獻(xiàn)率為64.394%,決定第1主成分的指標(biāo)主要是單果質(zhì)量、果實(shí)橫徑和糖酸比,主要反映獼猴桃的外觀品質(zhì)和風(fēng)味品質(zhì),說明外觀品質(zhì)和風(fēng)味品質(zhì)在獼猴桃品質(zhì)評(píng)價(jià)中具有重要的作用;第2主成分的方差貢獻(xiàn)率為18.701%,決定第2主成分的指標(biāo)主要是Vc和單寧,主要反映獼猴桃營(yíng)養(yǎng)品質(zhì);第3主成分的方差貢獻(xiàn)率為12.795%,決定第3主成分的指標(biāo)主要是Fe和Zn,主要反映獼猴桃金屬元素品質(zhì)。利用主成分初始因子載荷矩陣(表3)中各指標(biāo)數(shù)據(jù)除以主成分相對(duì)應(yīng)的特征值開平方根,便得到3個(gè)主成分中各指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)即特征向量,見表3。
根據(jù)特征向量與相對(duì)應(yīng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)乘積再相加,得到3個(gè)主成分得分,設(shè)提取的3個(gè)主成分得分依次為F1、F2、F3、可列出3個(gè)主成分得分函數(shù)表達(dá)式:
表3 獼猴桃品質(zhì)指標(biāo)的各主成分載荷矩陣、特征向量、特征值及方差貢獻(xiàn)率Table 3 Principal component loading matrix, characteristic vectors, characteristic value and variance contribution rate of quality index of kiwifruit
F1=-0.323X1+0.323X2+0.325X3-0.323X4+0.305X5+0.307X6+0.259X7+0.324X8+0.041X9-0.089X10+0.303X11+0.306X12+0.137X13-0.088X14;
F2=-0.004X1+0.006X2+0.006X3-0.001X4-0.077X5-0.161X6+0.287X7+0.108X8+0.610X9+0.588X10-0.033X11-0.192X12+0.234X13-0.254X14;
F3=-0.129X1+0.106X2+0.116X3-0.109X4-0.274X5-0.198X6+0.179X7-0.004X8-0.071X9-0.112X10-0.189X11-0.083X12+0.594X13+0.623X14
以各主成分的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重,構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型:Dn=64.394%F1+18.701%F2+12.795%F3。根據(jù)主成分得分函數(shù)表達(dá)式和綜合評(píng)價(jià)模型計(jì)算出各品種的獼猴桃的主成分得分和綜合評(píng)價(jià)分值,綜合分值越高,表明該品種品質(zhì)越好。由表4可知,4個(gè)品種獼猴桃中,紅陽單果質(zhì)量、橫徑和糖酸比均較高,對(duì)第1主成分貢獻(xiàn)最大,故綜合得分最高,品質(zhì)最好,徐香單果質(zhì)量和橫徑較小,Vc和單寧含量較低,對(duì)第1主成分和第2主成貢獻(xiàn)均較小,綜合得分最低,品質(zhì)最差。各品種獼猴桃綜合品質(zhì)從優(yōu)到劣順序?yàn)榧t陽、東紅A、東紅B、翠香、徐香。
表4 不同品種獼猴桃主成分分析綜合得分Table 4 Scores of the principal component of different varieties of kiwifruit
聚類就是根據(jù)原始數(shù)據(jù)的相似性,將原始數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化合并分組,使其具有最大的組內(nèi)相似性和最小的組間相似性,從而更加直觀地對(duì)相似組分信息進(jìn)行綜合分析和評(píng)價(jià)[13]。利用獼猴桃14項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果,采用系統(tǒng)聚類分析方法,以平方Euclidean距離為度量標(biāo)準(zhǔn),以組間連接為聚類方法,得到聚類樹狀圖。如圖1所示,當(dāng)距離約為13時(shí),14項(xiàng)獼猴桃品質(zhì)指標(biāo)可劃分為4類。第1類聚集了橫徑、單果質(zhì)量、糖酸比、Mg、TSS、可溶性糖、Ca和總酸;第2類聚集了Fe和Zn;第3類聚集了縱徑和果形指數(shù);第4類聚集了Vc和單寧。因此,上述14個(gè)獼猴桃品質(zhì)指標(biāo)可由4個(gè)類別中指標(biāo)所代表。結(jié)合相關(guān)性分析和主成分分析結(jié)果,糖酸比與縱徑、橫徑、單果質(zhì)量、果形指數(shù)和總酸呈顯著相關(guān),故糖酸比可代表縱徑、橫徑、單果質(zhì)量、果形指數(shù)和總酸的信息;TSS與Ca、Mg和可溶性糖存在顯著正相關(guān),故TSS可代表Ca、Mg和可溶性糖的信息;Vc和單寧呈顯著正相關(guān)。最終確定糖酸比、TSS、Vc和Fe四個(gè)品質(zhì)指標(biāo)為獼猴桃品質(zhì)的核心指標(biāo),可作為評(píng)價(jià)獼猴桃品質(zhì)的優(yōu)劣。
圖1 獼猴桃品質(zhì)指標(biāo)聚類結(jié)果Fig.1 Dendrogram obtained from cluster analysis of kiwifruit quality index
水果品質(zhì)的好壞,直接決定著果農(nóng)經(jīng)濟(jì)利益和果實(shí)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,水果品質(zhì)包括外觀品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì),外觀品質(zhì)包括果形、色澤、大小、新鮮度和單果質(zhì)量等,內(nèi)在品質(zhì)包括糖酸比、風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)成分等,此外,可溶性糖含量、可滴定酸含量、糖酸比是影響水果風(fēng)味品質(zhì)和消費(fèi)者選購(gòu)的重要指標(biāo)[14]。綜合分析六盤水4個(gè)品種獼猴桃品質(zhì)指標(biāo),14個(gè)獼猴桃果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)之間存在差異性和相關(guān)性,其中差異最大的是Fe含量,差異最小的是縱徑。在外觀品質(zhì)方面,翠香和徐香果實(shí)較小,且表皮均含有一層黃褐色茸毛;東紅和紅陽獼猴桃果實(shí)表皮均無毛,果實(shí)較大。在內(nèi)在品質(zhì)方面,東紅果實(shí)中Ca、Mg、TSS和可溶性糖含量較高,總酸含量較低,單寧含量適中,綜合表現(xiàn)為糖酸比最高,果實(shí)風(fēng)味偏甜,果實(shí)適合鮮食利用;徐香可溶性固形物和可溶性糖含量適中,但總酸含量偏高,綜合表現(xiàn)為糖酸比最低,果實(shí)風(fēng)味偏酸,口感欠佳,果實(shí)較小,外觀品質(zhì)失去一定的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,果實(shí)更適合加工利用;紅陽獼猴桃果實(shí)糖酸比適中,果實(shí)風(fēng)味酸甜適宜,細(xì)膩可口,此外,紅陽中Fe和Zn含量最高,果實(shí)可鮮食利用,亦可加工高含量Fe和Zn的獼猴桃保健品;翠香糖酸比較低,果實(shí)較小,單寧含量偏高,口感稍差,而Vc含量較高,果實(shí)適合加工高含量Vc的獼猴桃制品。東紅B和東紅A雖為同一品種,但由于產(chǎn)地不同,土壤環(huán)境、栽培技術(shù)等因素亦有差異,導(dǎo)致果實(shí)Vc含量及其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)存在差異。綜合分析得出,東紅和紅陽果實(shí)較大,且風(fēng)味較好,適合作為鮮食利用品種栽培,而徐香和翠香果實(shí)較小,翠香Vc含量較高,偏向于作為加工利用品種栽培。
果蔬的綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)方法眾多,除主成分分析法外,目前主要還有合理-滿意度方法[15]、多維價(jià)值理論評(píng)價(jià)法[16]和模糊綜合評(píng)判法[17]等。主成分分析法在盡可能減少原有信息損失前提下,將多個(gè)相關(guān)聯(lián)指標(biāo)簡(jiǎn)化為幾個(gè)彼此獨(dú)立的成分,根據(jù)主成分得分差異對(duì)原指標(biāo)信息作出評(píng)價(jià)。主成分分析將14個(gè)品質(zhì)指標(biāo)信息簡(jiǎn)化為3個(gè)主成分,第1主成分主要反映獼猴桃外觀品質(zhì)和風(fēng)味品質(zhì),第2主成分主要反映獼猴桃營(yíng)養(yǎng)品質(zhì),第3主成分主要反映獼猴桃金屬元素品質(zhì)指標(biāo),3個(gè)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為95.890%,反映了獼猴桃品質(zhì)的絕大部分信息。根據(jù)聚類分析結(jié)果,14個(gè)品質(zhì)指標(biāo)可劃分為4類,結(jié)合相關(guān)性分析和主成分分析結(jié)果,最終確定糖酸比、TSS、Vc和Fe四個(gè)品質(zhì)指標(biāo)衡量獼猴桃品質(zhì)的優(yōu)劣較為科學(xué)合理。根據(jù)主成分綜合評(píng)價(jià)模型,六盤水不同園區(qū)的4個(gè)品種獼猴桃果實(shí)品質(zhì)優(yōu)劣順序?yàn)榧t陽、東紅A、東紅B、翠香和徐香。不同園區(qū)獼猴桃在氣候環(huán)境基本一致的條件下,4個(gè)品種獼猴桃品質(zhì)存在一定差異性,除了獼猴桃本身的遺傳特性差異外,不同園區(qū)的施肥條件、管理水平、土壤營(yíng)養(yǎng)及其酸堿度等都極有可能影響獼猴桃果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[18-20]。本研究對(duì)六盤水市不同品種獼猴桃品質(zhì)進(jìn)行比較,建立了獼猴桃果實(shí)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)模型,是依據(jù)現(xiàn)有試驗(yàn)條件以及現(xiàn)有的品質(zhì)指標(biāo)試驗(yàn)數(shù)據(jù)而作出的結(jié)論,在主成分分析中,只涉及理化指標(biāo)對(duì)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的影響,而未考慮感官評(píng)價(jià)的差異,因此,對(duì)獼猴桃品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)具有一定的局限性,故當(dāng)營(yíng)養(yǎng)元素、感官評(píng)價(jià)等其他條件改變后,獼猴桃品質(zhì)會(huì)有所差異,本方法不再適用。研究得出4個(gè)核心指標(biāo)中,糖酸比、TSS與獼猴桃果實(shí)風(fēng)味相關(guān),Vc與獼猴桃營(yíng)養(yǎng)價(jià)值相關(guān),F(xiàn)e與獼猴桃礦物質(zhì)元素相關(guān),這些指標(biāo)與生產(chǎn)中需要的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高、風(fēng)味口感好的獼猴桃評(píng)價(jià)一致,但與市場(chǎng)對(duì)獼猴桃品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)有一定差異,因此在基于主成分及聚類分析的試驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上,還需全面考量感官評(píng)價(jià)、問卷調(diào)查或?qū)<以u(píng)分法等對(duì)獼猴桃品質(zhì)進(jìn)行較完整的綜合評(píng)價(jià)。