基于主成分分析評價陜南地區(qū)主栽獼猴桃的品質(zhì)

江 海，陳小華，杜佳寶，楊清云

(1.陜西理工大學 生物科學與工程學院， 陜西 漢中 723000；2.陜西省資源生物重點實驗室， 陜西 漢中 723000；3.陜西省陜南秦巴山區(qū)生物資源綜合開發(fā)利用協(xié)同創(chuàng)新中心， 陜西 漢中 723000；4.西鄉(xiāng)縣金太陽農(nóng)業(yè)發(fā)展有限責任公司， 陜西 西鄉(xiāng) 723500)

獼猴桃(Actinidiachinensis)又稱獼猴梨、毛梨、奇異果等，原產(chǎn)我國，分布廣泛，為獼猴桃科(Actinidiaceae)獼猴桃屬(Actinidia)多年生落葉性木質(zhì)藤本或小灌木[1-3]。獼猴桃果實肥厚多汁，酸甜爽口，素有“果中珍品”“水果之王”之稱[4-5]。

陜南地處秦巴山區(qū)，生態(tài)環(huán)境優(yōu)越，氣候條件優(yōu)良，土壤酸堿度適宜，蘊含了豐富的中華系和美味系獼猴桃品種資源，是我國野生獼猴桃的重要產(chǎn)地[6-8]。陜南地區(qū)土地資源豐富，發(fā)展優(yōu)質(zhì)獼猴桃的土地面積超過200 km2，獼猴桃主要栽培區(qū)域在漢江沿岸的平壩和河谷川道地區(qū)[9]。陜南獼猴桃果實成熟上市比陜西關(guān)中地區(qū)早15～20 d，有利于搶占市場先機，具有較大的發(fā)展空間[10]。

現(xiàn)陜南獼猴桃的發(fā)展及研究主要集中于栽培技術(shù)培訓、快速繁殖、組織培養(yǎng)、土壤改良、高產(chǎn)品種推廣等方面，對獼猴桃果實的品質(zhì)分析評價研究相對較少[7]。學者們普遍認為陜南地區(qū)的獼猴桃果品質(zhì)量不高，品種結(jié)構(gòu)不盡合理，品種單一，早中熟品種少，優(yōu)質(zhì)品種少，晚熟品種面積偏大，常規(guī)品種多[9-11]。為了掌握陜南地區(qū)各品種獼猴桃品質(zhì)，滿足消費者對獼猴桃多元化需求，本文以陜南主要栽培種植的獼猴桃品種為研究對象，通過主成分分析評價獼猴桃品質(zhì)，旨在為陜南地區(qū)獼猴桃栽培品種的篩選、結(jié)構(gòu)調(diào)整、品種改良、產(chǎn)業(yè)發(fā)展及綜合利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

選用陜南獼猴桃基地主要栽培種植的4年齡果樹成熟果實為材料。果實來自于西鄉(xiāng)縣金太陽農(nóng)業(yè)發(fā)展有限責任公司獼猴桃種植基地，基地位于西鄉(xiāng)縣城東北15 km，東經(jīng)107.82°，北緯33.00°，海拔650.50 m，占地面積約3.4 km2，采用《陜西優(yōu)質(zhì)獼猴桃標準化生產(chǎn)技術(shù)規(guī)程》進行種植管理?；刂饕N植有美味獼猴桃和中華獼猴桃，其中美味獼猴桃按種植面積從大到小排列分別為秦美、金魁、翠香、徐香、亞特、海沃德；中華獼猴桃按種植面積從大到小排列分別為紅陽、臍紅、華優(yōu)、黃金果、金艷。以上獼猴桃均于2019年10月25日采摘，采摘按陜西省地方標準《DB61/T 1117—2017獼猴桃采收技術(shù)規(guī)程》要求進行。

1.1.2 主要試劑

無水乙醇、丙酮、鄰苯二甲酸氫鉀、碳酸鈣、碳酸鈉、硝酸鋁、氫氧化鈉，天津科密歐試劑有限公司；草酸、標準抗壞血酸、酚酞、福林試劑、鹽酸、2，6-二氯酚靛酚，西安化學試劑廠。

1.1.3 主要儀器

UV-2550紫外可見分光光度計，日本島津儀器有限公司；TGL-10K臺式離心機，上海安亭科學儀器廠；ZC-100C水浴恒溫振蕩器，常州冠軍儀器制造有限公司；DW-86L490J超低溫冰箱，海爾生物醫(yī)療有限公司；MHP-500HE大容量生化培養(yǎng)箱，常州潤華電器有限公司；JYL-C01S九陽料理機，九陽股份有限公司；JI602電子稱，梅特勒公司；WY06游標卡尺，漢中萬目儀電有限責任公司；WZS-32手持糖度計，上海儀電物理光學儀器有限公司；HWS-26電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 原料處理

從采收的11個獼猴桃品種中各選取具有品種代表性的果實20個，去梗洗凈，用濾紙蘸除果實表面水分，立即對其進行質(zhì)量、果型指數(shù)測定[12]；其余果實按品種分類，分別用九陽料理機研磨打漿，置于-80 ℃超低溫冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 不同品種獼猴桃外觀指標測定

1.2.2.1 單果重

采用電子稱稱量，質(zhì)量精度為0.01 g，每個品種隨機選取10個果實，每個果實重復(fù)稱量3次，求出每個品種果實的平均值。

1.2.2.2 果型指數(shù)

果型指數(shù)按果實縱徑除以果實橫徑進行計算。采用游標卡尺測量果實的縱徑和橫徑，每個果實重復(fù)稱量3次，按計算方法得出獼猴桃的果型指數(shù)。

1.2.3 不同品種獼猴桃的理化指標測定

可溶性固形物(TSS)、可滴定酸、維生素C(VC)的測定均參照《果蔬采后生理生化實驗指導》[13]中的方法進行測定；還原糖的測定按國標《GB 5009.7—2016食品安全國家標準 食品中還原糖的測定》[14]進行，每個指標重復(fù)3次。

1.2.3.1 不同品種獼猴桃的干物質(zhì)含量

準確稱取打漿獼猴桃漿液50.0 g，在105 ℃烘箱中將獼猴桃漿液烘干至恒重。烘干至恒重的獼猴桃殘余量除以稱量漿液，每個品種重復(fù)3次，計算得到獼猴桃干物質(zhì)含量[15]。

1.2.3.2 不同品種獼猴桃的固酸比

可溶性固形物與可滴定酸的比值，反映獼猴桃的口感[16]。

1.3 獼猴桃品質(zhì)指標主成分分析

整理11個品種獼猴桃的果實質(zhì)量、果型指數(shù)、干物質(zhì)含量、可溶性固形物(TSS)含量、VC、可滴定酸、還原糖、固酸比品質(zhì)指標數(shù)據(jù)，采用SPSS 18.0軟件的主成分分析程序進行數(shù)據(jù)分析，依據(jù)獼猴桃主成分分析特征向量系數(shù)構(gòu)建的函數(shù)表達式計算各指標貢獻率，得到不同品種獼猴桃的品質(zhì)得分，進而分析評價不同品種獼猴桃品質(zhì)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2016建立數(shù)據(jù)庫，SPSS 18.0軟件進行獼猴桃主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 獼猴桃品質(zhì)測定結(jié)果

對陜南漢中地區(qū)主要栽培的11種獼猴桃的8個指標測定結(jié)果見表1。由表中的數(shù)據(jù)可知，不同品種的獼猴桃所測定的8個指標變異系數(shù)較大，不同品種獼猴桃品質(zhì)指標差異性顯著。指標中的干物質(zhì)含量變異系數(shù)最小，為7.96%；指標中還原糖變異系數(shù)最大，為35.29%。

陜南地區(qū)的獼猴桃果實質(zhì)量、果型指數(shù)、可溶性固形物、總酸主要品質(zhì)指標檢測結(jié)果與陜西關(guān)中地區(qū)所產(chǎn)同種獼猴桃品質(zhì)指標差異不明顯，不同品種間品質(zhì)差異顯著[12，17-18]。陜西省獼猴桃與其他省份的獼猴桃品質(zhì)差異顯著[15，19-20]。

表1 漢中主要栽培11種獼猴桃8個品質(zhì)指標檢測結(jié)果(n=3)

2.2 陜南漢中地區(qū)主要栽培獼猴桃品種的品質(zhì)指標主成分分析

2.2.1 數(shù)據(jù)標準化

不同品種獼猴桃品質(zhì)指標無明顯規(guī)律，無法直接通過檢測數(shù)據(jù)判斷獼猴桃品質(zhì)的優(yōu)劣，檢測分析所選擇的獼猴桃品質(zhì)指標單位、量程各不相同，不能直接采用數(shù)據(jù)進行對比分析。為避免單位、量程不同對評價結(jié)果判定干擾，采用SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)進行標準化處理，標準化數(shù)據(jù)處理用各檢測指標的平均值核算，標準化處理后的結(jié)果見表2。

表2 品質(zhì)指標標準化數(shù)據(jù)

2.2.2 主成分分析

將表2的數(shù)據(jù)按SPSS 18.0主成分分析方法進行數(shù)據(jù)處理，得到獼猴桃品質(zhì)主成分的方差貢獻率，結(jié)果見表3。

表3 獼猴桃品質(zhì)主成分方差貢獻率

依據(jù)SPSS計算，認為方差特征值大于1的為主成分，本次數(shù)據(jù)分析中有3個方差特征值大于1，3個主成分的方差貢獻率分別為42.441%、20.952%、13.559%，這3個主成分的總方差貢獻率為76.953%，具有一定的代表性。

方差貢獻率表中顯示第4個主成分的方差特征值為0.922，接近特征值1，其主成分的方差貢獻率為11.526%，加上第4個主成分后總方差貢獻率為88.479%，累計貢獻率大于85%，更具有代表性，需要納入主成分提取[14]；其他成分的特征值遠小于1，且貢獻率趨于平坦，代表性弱，不納入主成分提取。因此本次實驗設(shè)定提取貢獻率大于85%的最少主成分作為主成分分析指標，提取得到4個主成分，其主成分載荷矩陣見表4。

主成分1的主要正相關(guān)因素有可溶性固形物、固酸比、VC、果型指數(shù)、干物質(zhì)含量、還原糖含量。這些指標中，可溶性固形物的正向載荷最大，體現(xiàn)果實的營養(yǎng)和口感；其次載荷較大的是固酸比、果型指數(shù)和VC，固酸比是可溶性固形物與可滴定酸的比值，主要反映果實口感，果型指數(shù)反映果實的外形，VC是獼猴桃果實有效成分，反映獼猴桃果實的抗氧化活性。主成分1的主要負相關(guān)因素有可滴定酸、單果質(zhì)量，酸度高、單果質(zhì)量高對獼猴桃果實的綜合評價起負作用。主成分1主要考察獼猴桃的營養(yǎng)和口感。獼猴桃果實TSS含量高、酸甜適口、果實大小適中、果型比例協(xié)調(diào)，則該獼猴桃果實評價得分就高，該評價結(jié)果與通常果實品質(zhì)的評價結(jié)果一致。

表4 漢中主要種植的獼猴桃品質(zhì)指標主成分載荷矩陣

主成分2的主要正相關(guān)因素有還原糖含量、可滴定酸含量、VC，正相關(guān)因素的載荷較大；負相關(guān)因素有果型指數(shù)和固酸比。主成分2主要考察了獼猴桃的可直接利用能量、酸度、VC，還原糖含量高、酸度適中、VC含量高則評分高。

主成分3的主要正相關(guān)因素有可滴定酸、果型指數(shù)、可溶性固形物，凸顯了獼猴桃評價因素的主要風味物質(zhì)和外形；負影響因素為干物質(zhì)、單果質(zhì)量、VC、固酸比、還原糖。主成分3的所有因素對應(yīng)的載荷都趨向平緩，適當?shù)墓麑嵥岫饶軌蛟鰪姽麑嵉娘L味，好的果實外形和較高的TSS含量能夠提高果實評價得分。

主成分4的主要正相關(guān)因素有單果質(zhì)量、還原糖含量、固酸比；單果果實質(zhì)量與獼猴桃的產(chǎn)量相關(guān)，該指標與獼猴桃的口感、產(chǎn)量相關(guān)。

從以上4個主成分分析結(jié)果可知，獼猴桃的品質(zhì)受可溶性固形物、VC、可滴定酸、還原糖、果型指數(shù)、單果質(zhì)量影響較大，可溶性固形物、VC、還原糖含量高，并具有適當酸度的柱狀長圓形，大小適中的獼猴桃果實品質(zhì)良好。

2.2.3 獼猴桃綜合評價

主成分特征向量系數(shù)按公式(1)計算：

(1)

構(gòu)建得到主成分1、2、3、4的函數(shù)表達式，分別為

z1=0.49x1+0.48x2+0.36x3+0.35x4+0.32x5+0.27x6-0.15x7-0.29x8，

z2=0.02x1-0.25x2-0.26x3+0.12x4+0.45x5+0.58x6+0.50x7+0.24x8，

z3=0.29x1-0.13x2+0.41x3-0.44x4-0.22x5-0.03x6+0.63x7-0.31x8，

z4=0.18x1+0.28x2+0.21x3-0.27x4-0.442x5+0.40x6-0.21x7+0.68x8，

式中z1、z2、z3、z4分別代表第1、第2、第3、第4個主成分的特征向量權(quán)重值，x1、x2、…、x8分別為可溶性固形物、固酸比、VC、果型指數(shù)、干物質(zhì)、還原糖含量、可滴定酸含量、單果質(zhì)量的標準化處理數(shù)據(jù)。

獼猴桃主成分分析綜合得分，由函數(shù)式(2)計算得到：

(2)

式中y為獼猴桃品質(zhì)綜合得分，t1、t2、t3、t4分別為主成分1、2、3、4的主成分特征值。

將數(shù)據(jù)代入后即得綜合品質(zhì)得分計算式為

y=0.48z1+0.24z2+0.15z3+0.13z4。

(3)

將每個獼猴桃品質(zhì)指標的標準化處理數(shù)據(jù)代入函數(shù)式算出z1、z2、z3、z4，再依據(jù)式(3)計算出11種獼猴桃的綜合得分，并排序，得到表5。

表5 漢中主要種植的11種獼猴桃主成分因子得分及排序表

由結(jié)果可見，主成分1、2在獼猴桃品質(zhì)評價中起關(guān)鍵作用，即獼猴桃的可溶性固形物、可滴定酸、VC含量對獼猴桃的品質(zhì)具有顯著影響，該結(jié)果與獼猴桃傳統(tǒng)的感官評價和直觀數(shù)據(jù)分析評價結(jié)果保持一致[15-16]。傳統(tǒng)的感官評價或直觀數(shù)據(jù)分析評價，受感官影響大，分析評價的結(jié)果主觀性強，且對多指標、不同量綱數(shù)據(jù)無法協(xié)調(diào)處置[19]。主成分綜合分析涉及到的評價指標更多，將不同量綱、量程的獼猴桃品質(zhì)分析數(shù)據(jù)進行了特征向量系數(shù)解析，并構(gòu)建主成分函數(shù)表達式，計算各品種獼猴桃產(chǎn)品的得分，通過得分高低區(qū)分獼猴桃的品質(zhì)，將感性的指標數(shù)字化排列，評價更理性客觀。

陜南地區(qū)種植的獼猴桃品種中，中華系獼猴桃“臍紅”“紅陽”，美味系獼猴桃“徐香”“翠香”品質(zhì)較好；中華系獼猴桃“臍紅”的品質(zhì)優(yōu)勢明顯；陜南主要栽培種植的獼猴桃品種，中華獼猴桃與美味獼猴桃好品質(zhì)品種各占一定比例；中華系獼猴桃品種對比美味系獼猴桃品種在品質(zhì)上無特別優(yōu)勢。

3 結(jié)論與討論

通過對陜南地區(qū)11種獼猴桃的品質(zhì)指標主成分分析，得到4個主成分，第1主成分由可溶性固形物、固酸比、VC、果型決定；第2主成分由還原糖含量、可滴定酸、VC決定；第3主成分由可滴定酸、果型、可溶性固形物決定；第4主成分由單果質(zhì)量決定。數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)采用特征值大于1作為主成分分析得到的最終結(jié)果排序，與本文采用的總貢獻率大于85%的最少主成分分析得到的結(jié)果排序一致，說明本次實驗的前3個主成分就能有效代表獼猴桃品質(zhì)，第4主成分的貢獻結(jié)果與前3個主成分分析貢獻保持一致。對于其他分析評價實驗或水果品質(zhì)評價結(jié)果，采用特征值大于1和總貢獻率大于85%可能會有差異，進行主成分分析時需要注意選擇。

陜南自古就有利用獼猴桃資源的傳統(tǒng)，種植的獼猴桃品種眾多，在獼猴桃品種選育、推廣種植的過程中也對單果質(zhì)量、果肉顏色、平均VC含量、可溶性固形物、果形、農(nóng)殘指標、外觀指標、環(huán)境及管理技術(shù)進行評價篩選[15-16]，但評價多為單一對比，感官性、描述性較多[17-18]，對獼猴桃品種優(yōu)選指導性不強。采用主成分綜合分析評價，可以理性的對獼猴桃品質(zhì)進行評價，更利于指導獼猴桃品種篩選、品質(zhì)改良。主成分綜合分析評價方法對其他水果、農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)分析具有參考。

獼猴桃是陜西農(nóng)業(yè)經(jīng)濟主體的重要組成部分，秦嶺南北均為獼猴桃適生地，現(xiàn)關(guān)中地區(qū)主推美味獼猴桃系列[17]，陜南獼猴桃品種布局應(yīng)該與關(guān)中地區(qū)錯位發(fā)展，充分利用陜南是中華系獼猴桃的原產(chǎn)地，獼猴桃上市時間較關(guān)中地區(qū)早15～20 d的優(yōu)勢，大力推廣早熟獼猴桃品種，主推適宜栽培、抗逆性強、樹勢旺、耐儲藏的中華系紅肉獼猴桃“臍紅”“紅陽”，適度發(fā)展“徐香”“翠香”等美味系獼猴桃。