基于主成分和聚類分析的不同品種獼猴桃鮮食品質(zhì)評價

王 丹，梁 錦，黃天姿，張 璐，李 銳，李瑞娟，楊淑霞，羅安偉

（西北農(nóng)林科技大學食品科學與工程學院，陜西楊凌 712100）

獼猴桃又稱奇異果，原產(chǎn)于中國[1]，富含VC、糖、酸、蛋白質(zhì)、氨基酸、揮發(fā)性風味物質(zhì)等多種營養(yǎng)成分，具有一定降血脂、降膽固醇、抑制腫瘤、防止便秘等功能，對人體健康具有促進作用[2-4]，因而深受消費者喜愛。截至2017年6月，陜西省獼猴桃種植面積103萬畝，產(chǎn)量131.25萬噸，面積和產(chǎn)量均占世界總量的1/3，是第一主產(chǎn)區(qū)。

目前，市場對高品質(zhì)獼猴桃的需求日益增加，很多研究學者致力于新品種的選育和改良，培育出了一批新品種，但對不同主栽品種尤其是新品種之間果實品質(zhì)比較的研究還比較缺乏[5]。主成分分析是一種通過降低數(shù)據(jù)維數(shù)，實現(xiàn)綜合評價的數(shù)學統(tǒng)計方法[6-7]。前人通過主成分分析法對不同果蔬品質(zhì)進行評價的研究，如曲雪艷等[8]、楊軍林等[9]、蔣卉等[10]分別利用主成分分析法對野生毛花獼猴桃、熟化馬鈴薯、鮮棗等進行了品質(zhì)分析；肖守華等[11]、袁婷等[12]分別測定了西瓜、枇杷果肉的揮發(fā)性成分，利用主成分分析結(jié)合聚類分析篩選出了主要揮發(fā)性風味物質(zhì)。前人只是對單一品種的果蔬進行品質(zhì)分析與主要指標的聚類，而對于多品種果蔬的聚類分析往往由于品質(zhì)指標差異大而聚類效果不佳，因此對不同種獼猴桃之間的多個品種品質(zhì)進行主成分分析和聚類分析的研究報道較少。

影響獼猴桃綜合品質(zhì)的方面主要包括鮮食品質(zhì)、貯藏品質(zhì)以及加工品質(zhì)等方面，而鮮食品質(zhì)的影響因素主要包括質(zhì)地、色澤、營養(yǎng)成分以及揮發(fā)性物質(zhì)等方面。本研究以陜西產(chǎn)區(qū)的主栽品種與新品種為研究對象，選用中華獼猴桃中的紅陽、臍紅、金艷、農(nóng)大金獼與美味獼猴桃中的翠香、徐香、海沃德、農(nóng)大郁香共8個品種獼猴桃，以主成分分析和聚類分析法對質(zhì)地、色澤、營養(yǎng)成分以及揮發(fā)性物質(zhì)等各項品質(zhì)指標進行綜合比較分析，并對果實鮮食品質(zhì)進行聚類，探明6個陜西省主栽品種和2個新品種獼猴桃的鮮食品質(zhì)的優(yōu)劣，為種植、貯藏、消費等各環(huán)節(jié)選擇高品質(zhì)獼猴桃品種提供科學依據(jù)與參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

2種獼猴桃中的8個品種包括屬于中華獼猴桃種的紅陽、臍紅、金艷、農(nóng)大金獼，美味獼猴桃種的翠香、徐香、海沃德、農(nóng)大郁香，其中農(nóng)大金獼[13]、農(nóng)大郁香[14]為新培育并通過審定的新品種，其余6個品種為陜西省主栽品種；氫氧化鈉、酚酞、蒽酮、濃硫酸、蔗糖標準品、抗壞血酸標品、環(huán)己酮、氯化鈉均為化學純或分析純，廣東省化學試劑工程技術研究開發(fā)中心。

TA.XT PLUS/50物性測定儀 英國Stable Micro Systems公司；HC-3018R高速冷凍離心機安徽中佳科學儀器有限公司；PAL-1數(shù)顯糖度計日本ATAGO；kjeltec8400全自動凱氏定氮儀 瑞典FOSS公司；LE203E分析天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；LC-20A 高效液相色譜 島津企業(yè)管理中國有限公司；GC-MS氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀日本島津制作所；L-8900氨基酸分析儀 日立；XriteCi7600色差儀 愛色麗上海色彩科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品采收與處理 8個品種獼猴桃均采自陜西眉縣獼猴桃示范基地（眉縣是陜西省最具代表性的獼猴桃產(chǎn)業(yè)園區(qū)，全縣獼猴桃栽培面積約30萬畝，總產(chǎn)量約46萬噸）。中華獼猴桃品系中的4個品種在可溶性固形物含量達7.0%～7.5%時采收，美味獼猴桃種的4個品種在可溶性固形物含量達6.0%～6.5%時采收。隨機選取果園內(nèi)長勢良好、果形適中的獼猴桃果實，采收后運回實驗室，于塑料筐中放置24 h散去田間熱后，裝入3 mm厚PE袋中，待果實自然后熟至可食用（果肉硬度1.0～1.5 kg/cm2）時測定獼猴桃各品質(zhì)指標。

1.2.2 果實品質(zhì)指標測定方法 單果重：稱重法，隨機取100個果實進行稱重，取平均值；果形指數(shù)：隨機取100個果實用游標卡尺測定縱橫徑之比，果形指數(shù)=縱徑/橫徑[15]；可溶性固形物（SSC)含量：采用數(shù)顯糖度計測定；干物質(zhì)含量：采用烘干法測定；可溶性糖含量：采用蒽酮比色法測定；可滴定酸（TA）含量：采用酸堿滴定法測定；蛋白質(zhì)含量：采用全自動凱氏定氮儀測定；氨基酸含量：采用氨基酸分析儀測定；VC含量：采用HPLC測定[16-18]；果肉硬度：采用TA.XT PLUS/50物性儀測定；果肉色澤：用XriteCi7600色差儀測定[19]。

揮發(fā)性風味物質(zhì)：采用GC-MS聯(lián)用儀測定。準確稱取5 g果漿置于20 mL的頂空瓶中，加入1 g NaCl，以質(zhì)量濃度為0.4 mg/mL的環(huán)己酮作為內(nèi)標進行測定。色譜條件：初溫40 ℃，保持3 min，以7 ℃/min上升到200 ℃，再以10 ℃/min上升到230 ℃，保持3 min。色譜柱為DB-LMS石英毛細柱（60 m ×0.25 mm × 0.25 mm）。載氣為氦氣，進樣口溫度250 ℃，不分流進樣。質(zhì)譜條件：離子源溫度為230 ℃，電子能量70 eV，放射電流150 μA，傳輸線溫度230 ℃，質(zhì)子掃描范圍35～450 u[20]。測定結(jié)束后，依據(jù)計算機譜庫和檢索（NIST05和NIST05s），對各揮發(fā)性成分定性，并采用內(nèi)標法對樣品各成分峰面積與內(nèi)標物峰面積進行半定量分析。

各品質(zhì)指標測定時，均隨機取5個獼猴桃，取其果肉混勻后取樣測定；果肉硬度和色澤均在果實赤道周均勻取3個點進行測定；每個指標平行測定3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Origin 2018進行作圖分析，DPS進行顯著性分析，Mintab17和SPSS 23.0進行聚類分析、主成分分析、相關分析等。P＜0.05為顯著相關。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種獼猴桃品質(zhì)比較

8個品種獼猴桃果實外觀形態(tài)、果肉色澤、果心形狀差異如圖1和圖2所示。8個品種獼猴桃果實外觀形態(tài)與內(nèi)部形態(tài)如表1所示。

圖1 中華獼猴桃果實外觀形態(tài)、果心形狀圖、果肉色澤Fig.1 The fruit appearance, core shape and flesh colour of Actinidia chinensis Planch.

圖2 美味獼猴桃果實外觀形態(tài)、果心形狀圖、果肉色澤Fig.2 The fruit appearance, core shape and flesh colour of Actinidia chinensis var. deliciosa A Chev.

表1 不同品種獼猴桃形態(tài)比較Table 1 Comparison of different forms of kiwifruit varieties

獼猴桃果實外觀形態(tài)一般可以從果頂部位、果形、絨毛、色澤等進行外部區(qū)分，從果肉色澤、果心等內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行品種鑒別[21-23]。從圖1、圖2、表1可以看出，農(nóng)大金獼和農(nóng)大郁香作為新品種較易區(qū)分，農(nóng)大郁香果實大且呈近圓柱形，果頂部位輕微凸狀；農(nóng)大金獼果實小，無絨毛，近球形，果頂位置平坦。外觀形態(tài)上中華獼猴桃果實絨毛少或無絨毛，無果頂，果臍部位呈凹狀，臍紅最為明顯，也因此命名；美味獼猴桃系列果實均有絨毛，疏密程度不同，果頂有凸出，果皮色澤常為深褐色，而中華獼猴桃中臍紅、紅陽的果皮為綠褐色，金艷和農(nóng)大金獼呈現(xiàn)黃褐色。從果實內(nèi)部形態(tài)看，中華獼猴桃果肉色澤偏黃綠色，紅陽和臍紅果心四周果籽部位為紅色；美味獼猴桃果肉色澤偏深綠色，可以明顯區(qū)分。中華獼猴桃果心柱較小，處于果實中心且均呈柱狀，而美味獼猴桃果心柱較大，且有的呈扁平狀，有的呈柱狀。獼猴桃果籽均在果心柱周圍呈放射狀分布，其中海沃德和翠香的果籽多而密集，紅陽其次，農(nóng)大金獼和農(nóng)大郁香兩個新品種果籽均較少，也是新品種的主要特征之一。不同品種獼猴桃各品質(zhì)指標及測定值見表2。

從表2可看出，8個品種獼猴桃之間的品質(zhì)存在明顯差異。臍紅干物質(zhì)含量最高，其次是翠香，達20%以上；金艷最低，僅為13.98%，其余6個品種干物質(zhì)含量在17.50%～19.27%之間。不同品種獼猴桃的可溶性固形物含量在12.12%～16.02%，以農(nóng)大金獼、農(nóng)大郁香、臍紅與翠香含量較高，金艷含量最低。翠香、農(nóng)大金獼與臍紅的可溶性糖含量較高，其中翠香達到12.10%，海沃德含量最低，為8.86%。紅陽、金艷、農(nóng)大郁香的可滴定酸含量較低，為0.80%左右；農(nóng)大金獼可滴定酸含量最高，為1.47%，臍紅次之，美味獼猴桃系列中除農(nóng)大郁香外，其余可滴定酸含量均高于1.00%。從獼猴桃的蛋白質(zhì)與氨基酸含量可以看出，臍紅的蛋白質(zhì)含量最高，徐香的氨基酸總量最高，翠香的蛋白質(zhì)和氨基酸總量均最低，農(nóng)大金獼與農(nóng)大郁香的蛋白質(zhì)與氨基酸含量均排在前列；農(nóng)大金獼的VC含量達110.42 mg/100 g，遠高于其他品種，金艷、臍紅的VC含量較低。對比獼猴桃的果肉色澤，美味獼猴桃果肉均呈深（翠）綠色，中華獼猴桃果肉均呈黃綠色，美味獼猴桃系列的果肉綠色值明顯高于中華獼猴桃系列，紅陽和臍紅的果肉亮度值最高，農(nóng)大金獼的黃色值最高，色澤飽滿。

從品質(zhì)比較分析可知，農(nóng)大金獼、臍紅、翠香、紅陽的干物質(zhì)、SSC、可溶性糖等綜合指標均優(yōu)于其他品種，甜酸適宜，風味濃郁，品質(zhì)優(yōu)良；而金艷等品種因干物質(zhì)、SSC及可滴定酸含量均較低，風味寡淡，品質(zhì)較差。

獼猴桃中氨基酸的種類和含量是衡量其營養(yǎng)品質(zhì)和感官呈味的一項重要指標。不同品種獼猴桃氨基酸種類及含量見表3。從表3可知，8個品種獼猴桃果實中均含有17種游離氨基酸，但含量有差異，體現(xiàn)的風味品質(zhì)不同。8個品種獼猴桃中谷氨酸、天冬氨酸和精氨酸含量較高，其中，谷氨酸和天冬氨酸是獼猴桃鮮味的主要來源[24]。苯丙氨酸和酪氨酸是呈現(xiàn)芳香味的主要氨基酸[25]，在農(nóng)大郁香和徐香兩個品種中含量均較高，也是美味獼猴桃呈現(xiàn)芳香味濃郁的主要原因。呈現(xiàn)甜味的主要是丙氨酸、甘氨酸、脯氨酸、絲氨酸[25-26]，美味獼猴桃呈甜味的氨基酸含量整體高于中華獼猴桃系列，且以脯氨酸含量最高。紅陽和臍紅的精氨酸含量較高。

根據(jù)FAO/WHO提出的理想蛋白質(zhì)條件[24]：組成蛋白質(zhì)的幾種氨基酸E/T值應達到總量的40%，E/N值應在60%（E/T值：必需氨基酸占總氨基酸含量；E/N值：必需氨基酸與非必需氨基酸的比值）。其中，翠香E/T值為33.08%，E/N值為49.06%，徐香E/T值為31.54%，E/N值為46.58%，農(nóng)大郁香E/T值為30.86%，E/N值為45.07%，最接近理想模式。從氨基酸組成和含量上比較，美味獼猴桃相對更加優(yōu)于中華獼猴桃。

表2 不同品種獼猴桃品質(zhì)比較Table 2 Comparison of quality of different varieties of kiwifruit

2.2 不同品種獼猴桃揮發(fā)性風味物質(zhì)含量分析

不同品種獼猴桃果實揮發(fā)性成分的種類和含量不同，從而賦予了不同品種獼猴桃獨特的果香味[27]。8種獼猴桃在風味物質(zhì)的種類和含量上存在差異，如表4和表5所示。

表3 不同品種獼猴桃氨基酸含量比較（g/100 g）Table 3 Comparison of amino acid content of different varieties of kiwifruit (g/100 g)

表4 不同品種獼猴桃揮發(fā)性風味物質(zhì)種類Table 4 The kinds of volatile flavors in different varieties of kiwifruit

獼猴桃自然后熟至可鮮食時，中華獼猴桃中的金艷風味物質(zhì)總量明顯高于其他三種獼猴桃，其醛類物質(zhì)含量最高，約為酮類物質(zhì)的2倍、醇類物質(zhì)的5倍；而美味獼猴桃中徐香和海沃德的風味物質(zhì)總量較高，大約為翠香和農(nóng)大郁香的4倍。其中徐香和海沃德獼猴桃中醛類物質(zhì)含量最高，徐香獼猴桃醛類物質(zhì)含量約為酮類物質(zhì)的3倍、醇類物質(zhì)的14倍，而海沃德的醛類物質(zhì)含量約為酮類物質(zhì)的5倍、醇類物質(zhì)的25倍。所有獼猴桃中揮發(fā)性風味物質(zhì)種類以醛類、醇類、酯類及酮類為主；含量高的揮發(fā)性風味物質(zhì)主要以醛類、酮類、醇類、酯類為主。紅陽、臍紅、金艷、農(nóng)大金獼、翠香、海沃德、徐香、農(nóng)大郁香的醛類和酮類物質(zhì)總量分別占各自揮發(fā)性風味物質(zhì)總量的54.87%、78.09%、83.75%、53.78%、86.21%、90.98%、92.41%、49.48%；醇類分別占35.03%、7.98%、10.60%、35.75%、7.78%、2.96%、4.97%、22.36%；酯類分別占4.39%、8.58%、2.65%、0.88%、2.57%、2.79%、0.25%、16.90%。從揮發(fā)性物質(zhì)組成上看，中華獼猴桃與美味獼猴桃種間差異不大，而各品種之間存在差異性。

農(nóng)大金獼的揮發(fā)性特征風味物質(zhì)是正己醇、反式-2-己烯醇、正己醛，具有強烈的清香香氣，并伴有果香和草香[28-29]，常見于獼猴桃中。同時，農(nóng)大金獼中檢測到微量的水楊酸甲酯，其具有強烈的冬青油香氣，可見于櫻桃、蘋果、草莓中，是區(qū)別其他品種的主要物質(zhì)。農(nóng)大郁香的特征風味物質(zhì)為2-己烯醛、正己醛，且丁酸乙酯、乙酸乙酯含量也較高，有類似菠蘿、香蕉的果香。紅陽、翠香、臍紅、海沃德、金艷、徐香的特征風味物質(zhì)2-己烯醛、正己醛，具有葉片青草氣味和水果香。其中，海沃德中也存在一定含量的丁酸乙酯。徐香的特征風味物質(zhì)除2-已烯醛、正己醛外，還有2-癸烯醛，有柑橘類香味。美味獼猴桃揮發(fā)性風味物質(zhì)的種類和含量均高于中華獼猴桃，果香更加濃郁、典型。農(nóng)大郁香的揮發(fā)性風味物質(zhì)總類最多，金艷揮發(fā)性風味物質(zhì)含量最高。紅陽和臍紅揮發(fā)性風味物質(zhì)總量較低，香氣較弱。

2.3 不同品種獼猴桃品質(zhì)綜合評價

2.3.1 不同品種獼猴桃品質(zhì)主成分分析 對8個品種的11個品質(zhì)指標進行主成分分析，結(jié)果如表6、表7所示。實驗提取了4個主成分，累計方差貢獻率達85.916%，說明提取的4個主成分可以解釋原有品質(zhì)指標。由表7可知，主成分1主要是綜合了干物質(zhì)含量、TA、SSC，貢獻率分別為83.2%、83.5%、74.2%。主成分2綜合了VC和可溶性糖含量，分別占到67.2%與65.0%。主成分3和主成分4分別綜合了獼猴桃果肉的色澤a*值和b*值，貢獻率分別占82.4%、55.2%。

根據(jù)矩陣系數(shù)和標準化后的數(shù)據(jù)可得到4個主成分的得分函數(shù)表達式：

表5 不同品種獼猴桃揮發(fā)性風味物質(zhì)含量（mg/kg）Table 5 Volatile flavor content of different varieties of kiwifruit (mg/kg)

表6 總解釋方差Table 6 Total variance explained

表7 成分矩陣和成分系數(shù)矩陣Table 7 Component matrix and component coefficient matrix

以各主成分對應的方差貢獻率為權重，可得到綜合評價函數(shù)：

表8 不同獼猴桃品種綜合評價Table 8 Comprehensive evaluation of different kiwifruit varieties

根據(jù)主成分綜合得分模型[30-32]，計算出8個獼猴桃品種的綜合得分值和排序結(jié)果如表8所示，不同品種獼猴桃綜合鮮食品質(zhì)排序為：農(nóng)大金獼、臍紅、翠香、紅陽、農(nóng)大郁香、海沃德、徐香、金艷。臍紅、翠香、紅陽是主栽品種中品質(zhì)優(yōu)良的品種，新品種農(nóng)大金獼綜合品質(zhì)優(yōu)于現(xiàn)有主栽品種。

2.3.2 不同品種獼猴桃品質(zhì)聚類分析 將品質(zhì)指標標準化，綜合不同品種獼猴桃的鮮食品質(zhì)，采用SPSS對其進行聚類分析。根據(jù)不同品種間不同指標的差異，將距離相近的品種聚為一類，從而對獼猴桃品種進行分類，聚類結(jié)果如圖3。

圖3 不同品種獼猴桃品質(zhì)聚類Fig.3 Quality clustering of different varieties of kiwifruit

從圖3可以看出，當歐氏距離為7時，8個品種獼猴桃按品質(zhì)可以分為五類。第一類為金艷，其干物質(zhì)含量、Vc含量較低，甜酸風味寡淡，口感較差，鮮食味道欠佳；第二類為臍紅、農(nóng)大金獼，屬于中華獼猴桃系列，果肉色澤飽滿，兩者可溶性固形物含量高，蛋白質(zhì)含量均居于前列，是鮮食的較好品種；第三類為翠香，可溶性固形物、VC含量較高，果肉色澤翠綠，蛋白質(zhì)、氨基酸含量較低，但其糖酸比適中，干物質(zhì)含量高；第四類為紅陽，可溶性固形物含量高但可滴定酸含量低；第五類為海沃德、徐香、農(nóng)大郁香，均屬于美味獼猴桃系列，果肉色澤為黃綠色，酸甜適中，綜合評價得分相近。

3 討論與結(jié)論

通過對陜西省中華和美味獼猴桃中8個品種獼猴桃的主要鮮食品質(zhì)指標與揮發(fā)性風味物質(zhì)組成及含量進行比較分析，并結(jié)合主成分分析和聚類分析，對6個主栽品種和2個新品種的鮮食品質(zhì)進行了排序與聚類，8個品種獼猴桃的揮發(fā)性風味物質(zhì)種類與含量存在差異，獼猴桃揮發(fā)性風味物質(zhì)以醛類、酮類、酯類為主，主要為正己醇、正己醛、2-己烯醛、丁酸乙酯、乙酸乙酯。試驗通過主成分分析，提取4個特征值大于1的成分，主成分1主要由TA、干物質(zhì)含量、SSC決定，主成分2主要由VC和可溶性糖含量決定，主成分3主要由獼猴桃果肉的a*值決定，主成分4主要由果肉的b*值決定，4個主成分累計方差貢獻率達85.916%。

通過聚類分析，按照品質(zhì)將獼猴桃分為5類。各品種獼猴桃綜合品質(zhì)排序為農(nóng)大金獼、臍紅、翠香、紅陽、農(nóng)大郁香、海沃德、徐香、金艷。陜西省主栽品種中的臍紅、翠香、紅陽品質(zhì)更為優(yōu)良，其中臍紅、紅陽果肉呈紅色，甜度高，翠香的氨基酸比例最接近理想模式，深受消費者喜愛，可進一步增加種植面積。而新品種中的農(nóng)大金獼的VC、糖、酸含量均居于前列，適宜鮮食，綜合品質(zhì)排名第一，甚至優(yōu)于現(xiàn)有的主栽品種，應廣泛推廣。該研究為消費者選擇營養(yǎng)價值高、口感好、品質(zhì)優(yōu)良的獼猴桃品種提供參考，對獼猴桃栽培、貯藏保鮮和流通等產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)中選擇優(yōu)良品質(zhì)的品種、提升產(chǎn)業(yè)效益、促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有一定作用，對促進我國獼猴桃總體品質(zhì)提升具有重要指導意義。