不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮質(zhì)地特性分析*

王啟慧，熊世磊，萬(wàn)芳新，黃曉鵬

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

籽瓜(Citrullus lanatusssp.vulgarisvar.megalaspermus)，又名籽用西瓜、打瓜，屬葫蘆科普通西瓜亞種的栽培變種，根據(jù)種子顏色分為黑籽瓜和紅籽瓜，甘肅、內(nèi)蒙古和新疆等地為黑籽瓜的主要產(chǎn)區(qū)。《本草求真》記載“打瓜肉入心脾胃，肉有解心脾胃熱，止消渴”，指出籽瓜肉可舒胃養(yǎng)腎、潤(rùn)肺活血和提高免疫力[1]。研究表明：瓜皮中含有豐富的礦物質(zhì)元素[2]，瓜皮提取物具有抑菌和抑制癌細(xì)胞的作用[3-4]。然而瓜皮益處鮮為人知，致使籽瓜取籽后常被浪費(fèi)。質(zhì)地特性是果實(shí)品質(zhì)的重要指標(biāo)[5]，近年來(lái)籽瓜的研究多針對(duì)其遺傳育種[6]、栽培技術(shù)[7-10]、機(jī)械化播種與收獲[11]以及功能性開(kāi)發(fā)[12]，關(guān)于籽瓜質(zhì)地特性的研究分析尚未深入。

瓜果的質(zhì)地特性常用感官和儀器測(cè)定進(jìn)行評(píng)價(jià)[13]。籽瓜質(zhì)地常用多汁、致緊、肉厚和皮薄等感官來(lái)描述[14-15]，相比之下，儀器測(cè)定分析更具有科學(xué)準(zhǔn)確性。質(zhì)構(gòu)儀穿刺法可根據(jù)果實(shí)自身特點(diǎn)，在不同位置運(yùn)行程序，從而得到果皮硬度、韌性、脆度和果肉硬度等指標(biāo)[16]。在瓜類果實(shí)的質(zhì)地分析中，潘好斌等[17]對(duì)不同品種薄皮甜瓜進(jìn)行分析，建立了一套綜合評(píng)價(jià)質(zhì)地品質(zhì)的方法；劉莉等[18]采用TPA (texture profile analysis)、穿刺和剪切方法對(duì)6 種類型甜瓜果肉進(jìn)行分析，得出采用TPA 測(cè)得的硬度、黏著性和咀嚼性以及穿刺作用下的脆性和平均硬度均可以反映出甜瓜果肉的質(zhì)地差異，指出TPA 與穿刺法對(duì)甜瓜果肉質(zhì)地的適用性。文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)有瓜類果實(shí)質(zhì)地分析以研究果肉為主，對(duì)果皮部分鮮有提及。

本研究采用質(zhì)構(gòu)分析儀對(duì)不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮進(jìn)行質(zhì)地特性的測(cè)定和分析，旨在明確各質(zhì)地特性的變化規(guī)律，區(qū)分各質(zhì)地特性之間的差異、變異程度和相關(guān)性，以期為進(jìn)一步研究籽瓜果實(shí)其他生物特性及籽瓜儲(chǔ)藏保鮮提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試籽瓜品種為產(chǎn)自甘肅省靖遠(yuǎn)縣的靖遠(yuǎn)一號(hào)籽瓜，該瓜種主要種植于旱沙田，整瓜平均質(zhì)量為3.5～5 kg，平均密度為0.88 g/mL，碳水化合物含量為2.0%～3.5%。從該地某瓜園中隨機(jī)選取500～600 個(gè)成熟狀況相同、質(zhì)地品質(zhì)良好以及無(wú)病蟲(chóng)害的新鮮籽瓜作為試驗(yàn)材料。果實(shí)采摘后，當(dāng)日包裝運(yùn)回貯藏地點(diǎn)進(jìn)行低溫貯藏。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 測(cè)試樣品制備

按照籽瓜長(zhǎng)軸分別約為10、15 和20 cm 的標(biāo)準(zhǔn)，將試驗(yàn)籽瓜分為小型、中型和大型籽瓜。設(shè)計(jì)64 個(gè)試驗(yàn)組，每個(gè)試驗(yàn)組包括小型、中型和大型籽瓜各3 個(gè)，依次標(biāo)號(hào)備用。

先用清水將籽瓜表面清洗干凈，待其表面水分全部晾干后，利用小刀將每個(gè)試驗(yàn)籽瓜進(jìn)行縱切，再分別對(duì)瓜梗部、中上部、赤道部、中下部和瓜尾部的籽瓜樣本進(jìn)行切塊。橫切成厚度約為1.5 cm 的試驗(yàn)薄片，用直徑為1 cm 的圓柱形打孔器(自制)在所取薄片上打孔，用小刀修整成厚度約為1 cm 的圓柱體，每個(gè)部位重復(fù)取樣3 次。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)和方法

試驗(yàn)于2019 年9 月在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)分6 批次進(jìn)行，5 d 內(nèi)檢測(cè)完畢，當(dāng)天完成同一試驗(yàn)批次果實(shí)品質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。測(cè)試時(shí)，將切好的圓柱形標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)樣品依次固定于質(zhì)構(gòu)分析儀(TA.XT.Plus 型)載物臺(tái)平板上合適的位置，采用型號(hào)為P/2，直徑為2 mm 的柱狀探頭，測(cè)定籽瓜果皮的強(qiáng)度、破裂深度、脆度和韌性，測(cè)試時(shí)使探頭從正中位置貫入標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)樣品。設(shè)定測(cè)試參數(shù)為：測(cè)試模式為壓縮；測(cè)前速度為1 mm/s；測(cè)中速度為2 mm/s；測(cè)后速度為10 mm/s；壓入位移為5 mm。依次記錄和保存每次試驗(yàn)結(jié)果，取平均值。整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，利用溫濕度計(jì)控制溫度和濕度為標(biāo)準(zhǔn)室溫狀況下的溫度和濕度。

果皮強(qiáng)度(g)：指探頭穿透果皮時(shí)所需的力值，以曲線中第1 個(gè)峰值(F1)來(lái)表示。當(dāng)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)樣品進(jìn)行穿刺試驗(yàn)時(shí)，曲線中第1 峰值即籽瓜果皮破裂時(shí)的力(F1)。

破裂深度(mm)：指探頭從接觸果皮開(kāi)始直至穿透果皮破裂時(shí)探頭運(yùn)行的距離。以曲線中第1 個(gè)峰的運(yùn)行距離作為籽瓜果皮破裂深度。

果皮脆度(g/s)：指果皮在破裂后，其硬度與破裂深度的比值，可反映果實(shí)的新鮮程度。以曲線中第1 峰值的力(F1)與該力作用下探頭運(yùn)行距離的比值來(lái)表示。

果皮韌性(g·s)：指果皮受到穿刺損傷后的抗壓程度，用果皮硬度與破裂深度的乘積來(lái)表示。以曲線中第1 峰值的力(F1)與該力作用下探頭運(yùn)行距離的乘積來(lái)表示。

分別建立不同規(guī)格的籽瓜果皮各質(zhì)地特性與不同部位之間的一元非線性回歸模型，以衡量部位的變化對(duì)質(zhì)地特性的影響能力，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)從瓜梗部到瓜尾部籽瓜果皮各質(zhì)地特性的變化情況；分別對(duì)不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮各質(zhì)地特性的變異系數(shù)進(jìn)行分析，以探究各質(zhì)地特性的變異程度；測(cè)定籽瓜不同部位的果皮質(zhì)地特性，以探討各特性之間的相關(guān)關(guān)系。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用WPS 2019 進(jìn)行測(cè)試數(shù)據(jù)處理；采用SPSS 25 對(duì)各質(zhì)地特性參數(shù)進(jìn)行單因素(ANOVA)方差分析和皮爾遜相關(guān)性分析(Pearson correlation analysis)；籽瓜果皮穿刺試驗(yàn)曲線由質(zhì)構(gòu)儀自帶軟件完成；采用Origin 2016 軟件進(jìn)行圖像繪制和數(shù)據(jù)的擬合處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮質(zhì)地特性分析

由表1 可知：不同規(guī)格的籽瓜果皮各項(xiàng)質(zhì)地特性之間存在差異。大型和中型籽瓜的果皮強(qiáng)度均大于或顯著大于小型籽瓜，大型籽瓜果皮強(qiáng)度高達(dá)2 371.02 g，中型籽瓜果皮強(qiáng)度高達(dá)2 125.95 g，而小型籽瓜果皮強(qiáng)度最高僅有1 906.42 g；大型籽瓜果皮的破裂深度普遍大于小型和中型籽瓜，最大破裂深度可達(dá)3.53 mm。由此可見(jiàn)，在相同的機(jī)械損傷條件下，大型籽瓜的損傷程度較高。就果皮脆度而言，中型籽瓜的果皮脆度普遍高于大型和小型籽瓜，其果皮脆度最高可達(dá)790.65 g/s，而小型籽瓜的果皮脆度最高僅為613.39 g/s；在果皮韌性方面，大型籽瓜的果皮韌性最高，可達(dá)7 878.28 g·s，而小型籽瓜的果皮韌性最大值僅5 952.22 g·s。從瓜梗部到瓜尾部，大型籽瓜的果皮強(qiáng)度和果皮脆度呈先下降后上升的趨勢(shì)，果皮破裂深度呈先上升后下降的趨勢(shì)，果皮韌性則呈逐漸下降的趨勢(shì)；中型籽瓜的果皮強(qiáng)度呈逐漸下降的趨勢(shì)，果皮脆度呈先上升后下降的趨勢(shì)；小型籽瓜的果皮強(qiáng)度和果皮脆度均呈逐漸下降的趨勢(shì)，果皮破裂深度和果皮韌性呈先下降后上升的趨勢(shì)。

由表1 還可知：不同部位的籽瓜果皮各項(xiàng)質(zhì)地特性之間也存在差異。瓜梗部和中上部籽瓜果皮強(qiáng)度和韌性均高于其他部位；小型籽瓜的赤道部、中下部和瓜尾部果皮強(qiáng)度與其其他部位果皮強(qiáng)度之間存在顯著差異(P＜0.05)，大型籽瓜的瓜梗部果皮強(qiáng)度與其他不同規(guī)格、不同部位的籽瓜果皮強(qiáng)度之間存在明顯差異(P＜0.05)。大型籽瓜的最大破裂深度在其赤道部，且與中型籽瓜赤道部的破裂深度之間存在顯著差異(P＜0.05)。小型和大型籽瓜的瓜梗部果皮脆度均高于同規(guī)格的其他部位，中型籽瓜的赤道部果皮脆度與大型籽瓜的赤道部果皮脆度之間存在顯著差異(P＜0.05)。就赤道部和中下部果皮韌性而言，小型籽瓜與大型籽瓜之間存在明顯差異(P＜0.05)。

表1 不同規(guī)格、不同穿刺部位籽瓜果皮質(zhì)地特性參數(shù)比較Tab.1 Comparison of the characteristic parameters of seed melon peel with different specificationsand different puncture positions

2.2 不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮質(zhì)地特性的回歸分析

由表2 可知：不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮強(qiáng)度和脆度試驗(yàn)值均滿足高斯函數(shù)模型，且擬合函數(shù)的相關(guān)系數(shù)均接近于1，擬合結(jié)果可靠。不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮破裂深度和韌性試驗(yàn)值均滿足多項(xiàng)式函數(shù)模型，擬合函數(shù)的相關(guān)系數(shù)均接近于1，擬合結(jié)果可靠。

表2 不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮質(zhì)地特性函數(shù)擬合結(jié)果Tab.2 Fitting results of the cortical features of different specifications and different parts of the seed melons peel

2.3 不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮質(zhì)地特性的變異程度分析

由圖1 可知：在不同規(guī)格的籽瓜中，大型籽瓜果皮強(qiáng)度、破裂深度、脆度和韌性的變異系數(shù)均大于其他2 種規(guī)格的籽瓜，具體數(shù)值分別為13.25%、8.83%、16.26%和15.73%，說(shuō)明大型籽瓜果皮各質(zhì)地特性變異程度最大；小型籽瓜果皮強(qiáng)度和果皮韌性的變異系數(shù)分別為10.97%和14.50%，均大于中型籽瓜；中型籽瓜果皮破裂深度和果皮脆度的變異系數(shù)分別為8.70%和13.14%，均大于小型籽瓜。從籽瓜不同部位果皮各質(zhì)地特性分析可知：赤道部果皮各質(zhì)地特性的變異系數(shù)均最大，其中果皮脆度的變異系數(shù)最大(25.06%)；中上部果皮強(qiáng)度的變異系數(shù)最小(4.80%)；瓜梗部果皮破裂深度和果皮脆度的變異系數(shù)均最小，分別為3.91%和7.69%；瓜尾部果皮韌性的變異系數(shù)最小(9.37%)。

圖1 不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮各質(zhì)地特性的變異系數(shù))Fig.1 The coefficient of variation of the texture characteristics of seed melon peels of different sizes and parts

2.4 籽瓜不同部位果皮質(zhì)地特性之間的相關(guān)性分析

由表3 可知：瓜梗部的果皮強(qiáng)度與瓜尾部的果皮強(qiáng)度和果皮脆度、中下部的果皮破裂深度和果皮韌性、瓜梗部的果皮破裂脆度和果皮韌性、中上部和赤道部的果皮韌性均呈極顯著正相關(guān)；中上部的果皮強(qiáng)度與中下部的果皮強(qiáng)度呈極顯著正相關(guān)，與瓜尾部的果皮韌性呈顯著正相關(guān)；赤道部的果皮強(qiáng)度與中上部的果皮脆度、瓜尾部的果皮韌性均呈顯著正相關(guān)；中下部的果皮強(qiáng)度與瓜尾部的果皮韌性呈極顯著正相關(guān)；瓜尾部的果皮強(qiáng)度與瓜梗部的果皮脆度呈顯著正相關(guān)，與中下部的果皮韌性呈極顯著正相關(guān)；瓜梗部的果皮破裂深度與中上部和赤道部的果皮破裂深度均呈極顯著的正相關(guān)，而與瓜尾部的果皮破裂深度呈極顯著負(fù)相關(guān)；中上部的果皮破裂深度與赤道部的果皮破裂深度呈極顯著正相關(guān)；赤道部的果皮破裂深度與瓜尾部的果皮破裂深度呈顯著負(fù)相關(guān)；中下部的果皮破裂深度與瓜尾部的果皮脆度、瓜梗部和中上部的果皮韌性均呈顯著正相關(guān)，與赤道部的果皮韌性呈極顯著正相關(guān)；瓜梗部的果皮脆度與中下部的果皮韌性呈顯著正相關(guān)；赤道部的果皮脆度與中下部的果皮脆度呈顯著正相關(guān)；瓜尾部的果皮脆度與瓜梗部和中上部的果皮韌性均呈顯著正相關(guān)，與赤道部的果皮韌性呈極顯著正相關(guān)；除瓜尾部的果皮韌性與其他部位的果皮韌性無(wú)顯著相關(guān)性外，其他部位的果皮韌性之間均呈顯著或極顯著正相關(guān)。

3 討論

利用質(zhì)構(gòu)儀分析果實(shí)質(zhì)地變化最常用的方法一般有3 種：TPA 法、穿刺法和剪切法。其中TPA法廣泛用于仁果類果實(shí)如蘋(píng)果[19-22]和梨[23-24]以及漿果類果實(shí)如葡萄[25-26]、草莓[27]和番茄[28]的全質(zhì)構(gòu)分析，但TPA 法不能得到果皮性狀數(shù)據(jù)，存在一定局限性。相比TPA 法而言，穿刺法采用柱狀探頭能更準(zhǔn)確地反映果皮的質(zhì)地特性，在鈣果[29]、冬棗[30]和石榴[31]等小型果實(shí)中均有應(yīng)用。籽瓜作為一種低糖瓜類，其質(zhì)地特性研究存在空白，在現(xiàn)有的甜瓜質(zhì)構(gòu)分析中，果肉質(zhì)地特性探討而暴露出果皮研究的缺失，且在挑選甜瓜時(shí)，果皮能夠幫助人們辨別新鮮度。因此，本研究采用P/2 探頭對(duì)不同規(guī)格的籽瓜果皮進(jìn)行穿刺試驗(yàn)，參照馬慶華等[30]檢測(cè)冬棗的方法，對(duì)籽瓜果皮強(qiáng)度、破裂深度、脆度和韌性指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)構(gòu)分析，彌補(bǔ)了這方面研究的空白。

果品的穿刺部位不同，其質(zhì)地特性之間也存在顯著差異。如房大偉等[29]對(duì)同一鈣果的肩、中、底部進(jìn)行穿刺，得出果皮破裂深度和韌性均為中部＞頂部＞底部；王斐等[32]通過(guò)對(duì)梨果肉萼部、中部和梗部進(jìn)行比較研究，發(fā)現(xiàn)果肉脆度和硬度均為萼部＞中部＞梗部；趙愛(ài)玲等[33]通過(guò)質(zhì)構(gòu)儀穿刺試驗(yàn)研究，得出果實(shí)中部更能真實(shí)地、準(zhǔn)確地反映不同類型棗的質(zhì)地特性。本試驗(yàn)中，對(duì)不同規(guī)格籽瓜的果皮分別進(jìn)行瓜梗部、中上部、赤道部、中下部和瓜尾部5 個(gè)部位的穿刺試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在不同部位果皮強(qiáng)度、破裂深度、脆度和韌性等質(zhì)地參數(shù)變化不一致，可能是籽瓜的基因表達(dá)差異所致。此外，本研究表明：不同規(guī)格籽瓜的果皮韌性隨穿刺部位的改變總體呈先快速降低再緩慢上升的趨勢(shì)，大型籽瓜果皮韌性在尾部略有降低，可推斷與位移穿刺模式有關(guān)。但不同規(guī)格籽瓜的果皮破裂深度和脆度變化不一致，此現(xiàn)象可能是探頭運(yùn)行時(shí)穿刺的深度不穩(wěn)定所致。通過(guò)分析高斯函數(shù)模型和多項(xiàng)式函數(shù)模型對(duì)籽瓜果皮各質(zhì)地參數(shù)與部位之間的擬合結(jié)果，進(jìn)一步確定了籽瓜果皮各質(zhì)地參數(shù)隨部位改變時(shí)的變化趨勢(shì)。

在果皮各質(zhì)地特性之間的相關(guān)性分析方面，本研究結(jié)果與已有研究之間存在差異，如周靖宇等[34]發(fā)現(xiàn)：無(wú)花果果皮強(qiáng)度與果皮破裂深度、果皮脆度和果皮韌性間存在顯著正相關(guān)；許玲等[35]發(fā)現(xiàn)：毛葉棗的果皮強(qiáng)度和果皮韌性與其果皮脆度極顯著正相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)：籽瓜瓜梗部的果皮強(qiáng)度與瓜尾部的果皮強(qiáng)度和果皮脆度、中下部的果皮破裂深度和果皮韌性、瓜梗部的果皮破裂脆度和果皮韌性、中上部和赤道部的果皮韌性均呈極顯著正相關(guān)，這可能是因?yàn)楣瞎２績(jī)?yōu)先獲取瓜藤所提供的養(yǎng)分以及籽瓜所處的生長(zhǎng)環(huán)境導(dǎo)致的。

4 結(jié)論

本研究采用質(zhì)構(gòu)分析儀對(duì)不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮進(jìn)行質(zhì)地特性的測(cè)定和分析，明確了各質(zhì)地特性的變化規(guī)律，區(qū)分了各質(zhì)地特性之間的差異、變異程度和相關(guān)性，利用高斯函數(shù)模型和多項(xiàng)式函數(shù)模型對(duì)各質(zhì)地特性的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合，得到了較好的擬合結(jié)果，以期為進(jìn)一步研究籽瓜果實(shí)其他生物特性及籽瓜儲(chǔ)藏保鮮提供理論依據(jù)。