非濃縮還原梨汁品質評價體系構建

馮云霄，何近剛，程玉豆，李麗梅，關軍鋒

（河北省農林科學院生物技術與食品科學研究所，河北 石家莊 050051）

梨是我國的主栽水果之一，其栽培品種多、栽培面積廣、產量高，產量位居世界首位。2018年我國梨栽培面積約92.098萬 hm2，產量達1 607.8萬 t。因此，梨采后貯藏加工空間需求很大。梨汁是主要的梨加工產品。非濃縮還原（not from concentrate，NFC）果汁是采用新鮮果實直接榨汁所獲得的100%純鮮果汁，它既有豐富的營養(yǎng)，又能夠保持果實良好的天然風味。隨著多元化產品的發(fā)展及健康保健意識的增強，NFC果汁日益受到消費者的關注[1-2]。前人對梨制汁性能[3-5]、果汁理化特性[6-8]和褐變[9]有所研究，但NFC梨汁加工及其綜合品質評價體系卻鮮見相關報道。近年來，應用主成分分析與聚類分析相結合的綜合性分析方法可有效評價農產品品質。聶繼云等[10]通過對135 個蘋果品種鮮榨汁的16 項品質指標進行因子分析和聚類分析，建立了蘋果鮮榨汁品質評價體系。董星光等[5]利用主成分分析法將103 個梨品種的9 個制汁性能指標綜合為4 個主成分，通過主成分綜合得分評價，篩選出理想的梨汁制備品種?；谖覈嫫贩N資源豐富這一情況，本研究選擇32 個具有代表性的梨品種，分析梨汁口感（固酸比、糖酸比）、外觀（亮度（L值）、色度角（h值）、透光率）、甜度（可溶性固形物質量分數（soluble solids content，SSC）、可溶性糖質量濃度）、酸度（可滴定酸質量分數、pH值）、功能性成分（酚類物質質量濃度、類黃酮質量濃度）、抗氧化性能（1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除率）12 項品質指標，通過因子分析和回歸分析建立梨汁綜合品質評價預測模型；根據預測模型計算每個品種理論得分，由此對不同品種NFC梨汁進行聚類分析，進而進行判別分析，得出梨汁綜合品質判別函數，以期為梨汁生產及其品質評價提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選取2018年產、冷藏1 個月內的32 個梨品種果實。

氫氧化鈉 天津市大陸化學試劑廠；蒽酮 上?？泼軞W公司；Folin-Ciocalteau試劑 北京酷來搏科技有限公司；Na2CO3、沒食子酸 生工生物工程（上海）股份有限公司；NaNO2、AlCl3天津市大茂化學試劑廠；蘆丁 上海BBI生命科學有限公司；DPPH 上海源葉生物科技有限公司。

1.2 儀器與設備

JYZ-E16原汁機 九陽股份有限公司；GY-4型硬度計 浙江托普儀器有限公司；PAL-1型手持數字糖度儀 日本ATAGO公司；ST3100型pH計 奧豪斯（常州）儀器有限公司；UV-1240紫外-可見分光光度計 島津儀器（蘇州）有限公司；CR-400色差計日本Konica Minolta公司。

1.3 方法

1.3.1 梨汁的制備

梨果實測定品質后去皮、去心、去果柄切成小塊，之后立即浸入質量分數0.6% VC溶液護色5 s。用JYZ-E16原汁機榨汁后，立即用2 層紗布過濾，濾液經巴氏殺菌（98 ℃、30 s）后立即熱灌裝[11]，冷水冷卻后置于4 ℃冰箱中備用，待品質評價與指標測定。每品種NFC梨汁制備進行3 個重復，每個重復用果量為15 個。

1.3.2 梨果實硬度、梨果/梨果汁可溶性固形物質量分數的測定

采用GY-4型硬度計，沿果實赤道部位相對兩點測定果實去皮硬度。梨果/梨果汁SSC使用PAL-1型手持數字糖度儀測定。

1.3.3 梨果汁pH值與透光率的測定

梨果汁pH值使用pH計測定。采用UV-1240紫外-可見分光光度計測定果汁在625 nm波長處的透光率（T625nm）。

1.3.4 梨果/梨果汁可滴定酸質量分數、梨果/梨果汁固酸比、梨果汁可溶性糖質量濃度、糖酸比的測定

可滴定酸質量分數采用酸堿滴定法[1]測定；可溶性糖質量濃度采用蒽酮比色法[12]測定；固酸比為SSC與可滴定酸質量分數之比；糖酸比為可溶性糖質量濃度與可滴定酸質量分數之比。

1.3.5 梨果汁色度的測定

果汁倒入無色透明的培養(yǎng)皿中進行比色觀測，使用CR-400色差計，采用D65光源，0°觀察角，白色標準色校準。測定L值、a值、b值，其中L值表示色澤系統的亮度，值越大，表示所測樣品表面越亮；以色度角（h＝180°＋arctan（b/a））表示色澤的變化。色度角（h）的變化幅度一般在0°～180°之間，h＝0°為紫紅，h＝90°為黃色，h＝180°為綠色。

1.3.6 梨果汁酚類物質質量濃度的測定

參照Jiang等[9]的方法，取0.1 mL果汁于試管中，分別加入4.4 mL蒸餾水、0.5 mL Folin-Ciocalteau試劑（0.5 mol/L）、1.0 mL 7%（質量分數，下同）Na2CO3溶液，30 ℃恒溫水浴2 h后，用分光光度計測定765 nm波長處的吸光度。同時，以0.1 mL蒸餾水代替果汁作空白對照。以沒食子酸標準品繪制沒食子酸質量濃度-吸光度標準曲線，通過沒食子酸質量濃度表示酚類物質質量濃度，單位為mg/mL。

1.3.7 梨果汁類黃酮質量濃度的測定

參照Jiang等[9]的方法，取0.2 mL果汁于試管中，先后加入0.8 mL蒸餾水、0.3 mL 5% NaNO2溶液，25 ℃反應5 min后加入0.3 mL 10% AlCl3溶液，25 ℃繼續(xù)反應5 min后加入2 mL 1 mol/L NaOH溶液，用分光光度計測定510 nm波長處的吸光度，同時，以蒸餾水作空白對照。以蘆丁標準品繪制蘆丁質量濃度-吸光度標準曲線，以蘆丁質量濃度表示類黃酮質量濃度，單位為mg/mL。

1.3.8 梨果汁DPPH自由基清除率的測定

參照Jiang等[13]的方法，取0.05 mL果汁與3.9 mL DPPH溶液（60 μmol/L）混勻，25 ℃下避光反應30 min，同時，以0.05 mL體積分數80%乙醇溶液加入3.9 mL DPPH溶液作空白對照，用分光光度計測定517 nm波長處的吸光度。DPPH自由基清除率按式（1）計算。

式中：A0為空白對照的吸光度；A1為樣品的吸光度。

1.4 數據處理與分析

采用SPSS 18.0軟件進行不同梨品種間Duncan檢驗、Spearman相關性分析、因子分析、聚類分析和判別分析，顯著水平設置為P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 不同品種梨果主要品質指標分析結果

續(xù)表1

32 個品種梨品質指標見表1，其中，單果質量最大的為‘雪梨’（650 g），最小為‘南果梨’（60 g）。硬度最大的為‘水紅霄梨’（112.27 N），最小為‘西子綠梨’（39.96 N）。SSC最大的為‘南水梨’（16.59%），最小的為‘新梨7號’（9.95%）?？傻味ㄋ豳|量分數最大的為‘安梨’（0.850%），最小的為‘庫爾勒香梨’（0.050%）。固酸比最大的為‘庫爾勒香梨’（276.02），最小的為‘安梨’（13.80）。不同指標中，變異系數最大的為可滴定酸質量分數（89.50%），最小的為SSC（11.83%）。

表1 不同品種梨果主要品質指標變異情況Table1 Major quality indices of pear fruit from different cultivars

2.2 不同品種梨汁品質指標比較

不同品種NFC梨汁間品質特性不同。其中，SSC最高的為‘南水梨汁’（16.59%），最低的為‘新梨7號’梨汁（9.95%）?？扇苄蕴琴|量濃度最高的為‘南果梨’汁（133.63 mg/mL），最低的為‘鴨梨’汁（54.59 mg/mL）。可滴定酸質量分數最高的為‘安梨’汁（0.92%），最低的為‘庫爾勒香梨’汁（0.05%）。pH值、固酸比、糖酸比最高的為‘庫爾勒香梨’汁（5.56、273.72、1 974.83），最低的為‘安梨’汁（3.29、12.75、80.09）。酚類物質質量濃度最高的為‘滿天紅梨’汁（1.38 mg/mL），最低的為‘黃金梨’汁（0.23 mg/mL）。類黃酮質量濃度最高的為‘滿天紅梨’汁（1.86 mg/mL），最低的為‘滿豐梨’汁（0.07 mg/mL）；DPPH自由基清除率最高的為‘紅霄梨’汁（89.75%），最低為‘雪花梨’汁（14.70%）。T625nm最高的為‘寒紅梨’汁（94.37%），最低的為‘南水梨’汁（15.43%）。L值最高的為‘蘋香梨’汁（47.33），最低的為‘滿天紅梨’汁（37.41）。h值最高的為‘蘋香梨’汁（102.47°），最低的為‘早酥紅梨’汁（69.42°）。12 個品質指標中變異系數最大的為類黃酮質量濃度（105.73%），變異系數最小的為L值（5.46%）（表2）。

表2 不同品種NFC梨汁12 項品質指標變異情況Table2 Variation coefficients of 12 quality indices of NFC pear juice from different cultivars

2.3 梨汁不同品質指標間的相關性分析結果

對12 個品質指標采用Spearman法進行相關性分析，結果表明，SSC與可溶性糖質量濃度呈極顯著正相關關系，與可滴定酸質量分數呈顯著正相關關系?？傻味ㄋ豳|量分數與酚類物質質量濃度、類黃酮質量濃度、DPPH自由基清除率呈極顯著正相關關系，與固酸比、pH值、糖酸比呈極顯著負相關關系，與T625nm、L值呈顯著正相關關系。固酸比與酚類物質質量濃度、類黃酮質量濃度、DPPH自由基清除率、T625nm呈極顯著負相關關系，與pH值、糖酸比呈極顯著正相關關系，與L值呈顯著負相關關系。酚類物質質量濃度與類黃酮質量濃度、DPPH自由基清除率呈極顯著正相關關系，與pH值、糖酸比呈極顯著負相關關系。類黃酮質量濃度與DPPH自由基清除率呈極顯正相關關系，與pH值呈極顯著負相關關系。DPPH自由基清除率與pH值、糖酸比呈極顯著負相關關系，與T625nm呈顯著正相關關系。T625nm與pH值呈極顯著負相關關系，與L值呈極顯正相關關系，與h值呈顯著正相關關系，與糖酸比呈顯著負相關關系。pH值與L值呈顯著負相關關系，與糖酸比呈極顯著正相關關系。L值與h值呈顯著正相關關系?？梢姡煌笜碎g相關系數差異較大，其中，pH值與固酸比相關性最高，相關系數為0.968；可溶性糖質量濃度與T625nm相關性最低，相關系數僅為－0.034。相比較而言，可滴定酸質量分數與其他指標相關性更高，與6 個指標（固酸比、酚類物質質量濃度、類黃酮質量濃度、DPPH自由基清除率、pH值、糖酸比）有極顯著相關關系，與3 個指標（SSC、T625nm、L值）有顯著相關關系；可溶性糖質量濃度與其他指標相關性最差，僅與SSC有極顯著正相關關系（表3）。

表3 不同品種NFC梨汁12 項品質指標的相關系數Table3 Correlation coefficients among 12 quality indices of NFC pear juice from different cultivars

2.4 梨汁品質因子分析結果

2.4.1 主因子提取

評價NFC梨汁品質的指標較多，且各指標間存在一定的交互關系，致使反映其品質狀況的許多指標信息發(fā)生交織和重疊。應用因子分析可在眾多品質指標體系中篩選出若干個彼此不相關的綜合性指標，并能夠反映出全部指標所提供的絕大部分信息，以便于綜合評價各品種NFC梨汁品質。

運用因子分析前首先進行KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）和Bartlett檢驗，其中KMO值為0.612（大于0.5），Bartlett的球形度檢驗P＜0.05，表明現有數據適合做因子分析，依據公因子初始特征值大于0.8的提取要求，得到4 個公因子成分F1～F4、其特征值的方差貢獻率和累計方差貢獻率見表4。前4 個公因子的累計方差貢獻率為84.362%，能比較全面地反映所有信息。各因子選取載荷值絕對值大于0.700的指標作為解釋變量。因子1方差貢獻率27.873%，解釋變量包括酚類物質質量濃度、類黃酮質量濃度、DPPH自由基清除率，反映了果汁的抗氧化性能，定義為功能因子；因子2方差貢獻率為24.890%，解釋變量包括糖酸比、固酸比，反映了果汁的口感，定義為風味因子；因子3方差貢獻率為17.364%，解釋變量包括L值、h值、T625nm，反映了果汁外觀特性，定義為外觀因子；因子4方差貢獻率為14.235%，解釋變量包括可溶性糖質量分數、SSC，反映果汁的糖度，定義為甜度因子（表4）。

表4 旋轉后的因子載荷矩陣及主因子的特征值、方差貢獻率、累計方差貢獻率Table4 Rotated component matrix and characteristic values, contribution rates and cumulative contribution rates of top four principal factors

2.4 2 不同品種NFC梨汁各主因子及綜合因子得分排名

在進行因子分析時，可依據各因子得分與方差貢獻率計算綜合因子得分：F（綜合因子得分）＝0.279F1＋0.249F2＋0.174F3＋0.142F4。對不同品種NFC梨汁各主因子及綜合因子進行得分排序。F1（功能因子）得分較高的品種梨汁具有較強的抗氧化能力，F1得分前兩位為‘滿天紅梨’和‘安梨’，‘鴨梨’和‘黃金梨’位于最后兩位；F2（風味因子）得分越高說明果汁的糖酸比、固酸比越高，口感越好，F2得分前兩位為‘庫爾勒香梨’和‘紅香酥梨’，‘水紅霄梨’和‘鴨梨’位于最后兩位；F3（外觀因子）得分越高，果汁透光性越好、外觀顏色越好，F3得分前兩位為‘蘋香梨’和‘滿豐梨’，‘早酥紅梨’和‘滿天紅梨’得分位于最后兩位；F4（甜度因子）得分越高說明糖度越高，F4得分最高的為‘南果梨’和‘南水梨’，‘新梨7號’和‘早酥梨’得分位于最后兩位。綜合得分越高，說明果汁綜合品質越佳，由表5可知，‘庫爾勒香梨’和‘花蓋梨’汁得分最高，其中，‘庫爾勒香梨’汁口感的風味因子得分最高，‘花蓋梨’汁功能因子、外觀因子和甜度因子得分均較高。而‘早酥紅’和‘鴨梨’汁功能因子和風味因子得分均低于平均值，評分最低。

表5 不同品種梨NFC梨汁主因子及綜合因子得分排名Table5 Ranking of NFC pear juice from different cultivars according to principal factors and comprehensive scores

在多元變量統計分析中，因子分析是近年來常用的綜合評價方法，已在農作物產品品質的綜合評價中被廣泛應用[10,14-16]。聶繼云等[10]采用因子分析，從16 項蘋果鮮榨汁品質指標中篩選出SSC等7 項指標作為蘋果鮮榨汁品質評價指標，使品質評價工作簡化。本研究在評價NFC梨汁綜合品質的基礎上，加入酚類物質及抗氧化性能的評價，且以酚類物質質量濃度、類黃酮質量濃度、DPPH自由基清除率為代表性指標的功能因子權重占比最大（27.873%），可見，抗氧化性能在NFC梨汁品質評價中具有較大的作用。這與劉慧等[17]的研究結果相似，酚類物質含量及抗氧化能力與櫻桃酒品質也關系密切。前人研究表明，酚類物質、類黃酮是果實中最重要且分布最廣泛的次生代謝物質，對果汁品質、風味和色澤有一定的影響[18-19]，且對人體內過量的自由基有良好的清除能力，對心血管疾病、神經變性疾病和癌癥預防方面有明顯效果[20-22]，酚類物質對DPPH自由基的清除率與果汁的抗氧化活性密切相關，在一定程度上能夠反映果汁的抗氧化能力[23-26]。董星光等[5]對103 個品種梨汁中酚類物質進行分析發(fā)現，‘秋子梨’酚類物質含量較高，是制備梨汁的理想品種。曾少敏等[27]對38 個梨品種的分析表明，‘秋子梨’中綠原酸、總黃酮、酚類物質含量和抗氧化能力最高。本研究也證明，“秋子梨”（‘花蓋梨’‘安梨’‘滿天紅’等）NFC梨汁具有較高的酚類物質、類黃酮質量濃度和較強的抗氧化能力。不同品種NFC梨汁中酚類物質、類黃酮含量與DPPH自由基清除率呈極顯著正相關關系（表3）。

2.5 NFC梨汁綜合品質評價預測模型的建立

在進行因子分析時，以因子分析得到的各品種NFC梨汁綜合因子得分為因變量（F值），以參加因子分析的各指標為自變量，進行逐步回歸分析，建立NFC梨汁品質理論預測模型，結果表明，酚類物質質量濃度、糖酸比、h值、可溶性糖質量濃度、L值、類黃酮質量濃度被引入公式，能夠代表4 個公因子成為有效指標。因此，得到的回歸模型為Y＝－4.672＋1.037×酚類物質質量濃度＋0.001×糖酸比＋0.022×h值＋0.007×可溶性糖質量濃度＋0.023×L值＋0.189×類黃酮質量濃度，調整R2為0.992，P＜0.05，酚類物質質量濃度、糖酸比、h值、可溶性糖質量濃度、L值、類黃酮質量濃度6 個指標與F值的偏相關系數分別為0.939、0.993、0.964、0.957、0.844、0.605，其絕對值反映了其在品質綜合評價中的作用大小：糖酸比＞h值＞可溶性糖質量濃度＞酚類物質質量濃度＞L值＞類黃酮質量濃度。再將篩選出的6 個指標值代入模型，得到每個品種品質的理論評分。該理論評分與前述利用因子分析得到的綜合因子得分呈極顯著正相關關系（r＝0.988**）。這說明所建模型與實際評估結果一致，所建模型具有很高的可靠性。

2.6 NFC梨汁品質判別函數的建立

計算32 個品種NFC梨汁品質的理論評分，根據理論評分結果進行K-means聚類，將其聚為4 類，依據理論評分分為優(yōu)、良、中、差4 個等級，同時依據NFC梨汁理論評分和聚類結果計算Fisher判別函數（Yi）系數，建立判別函數。因此，設定Y1綜合品質優(yōu)，Y2綜合品質良，Y3綜合品質中等，Y4綜合品質差，可得到4 個綜合品質判別函數如式（2）～（5）所示。

在進行梨汁分類判別時，將果汁酚類物質質量濃度、h值、可溶性糖質量濃度、糖酸比分別代入上述函數，計算函數值，第幾個函數的值最大，則其品質等級就屬于第幾類。用判別函數回代分類，判別的準確率為100%?？梢姡⒌呐袆e函數正確判別率極高，可完全適用于NFC梨汁綜合品質判別。

判別分析是從現有已知類別的觀察對象中建立一個判別函數，然后再用該判別函數去判別同質的未知類別觀察對象。該方法已在農作物加工產品的品質評價上得到應用[10,28-30]。且所建判別函數均有良好的判別效果。本研究通過理論評分結果將NFC梨汁聚為4 類，建立NFC梨汁綜合品質判別函數（Y1、Y2、Y3、Y4），判別準確性較高，可用于NFC梨汁綜合品質定性判別，為NFC梨汁生產和品質評價提供參考。

3 結 論

本實驗應用描述性統計、相關性分析、因子分析、聚類分析和判別分析方法對NFC梨汁品質進行了綜合評價和分類研究，得出以下結論：1）對NFC梨汁12 個理化指標（SSC、可溶性糖質量濃度、可滴定酸質量分數、pH值、固酸比、糖酸比、酚類物質質量濃度、類黃酮質量濃度、DPPH自由基清除率、T625nm、L值、h值）分析結果表明，NFC梨汁品質指標間離散程度差異很大，變異系數在5.46%～105.73%之間，其中，類黃酮質量濃度變異系數最大（105.73%），而L值變異系數（5.46%）最小。2）梨汁不同品質指標間相關系數差異較大，其中，pH值與固酸比相關性最高（r＝0.968），可溶性糖質量濃度與T625nm相關性最低（r＝－0.034）；相比較而言，可滴定酸質量分數與其他指標相關性更高，與6 個指標（固酸比、酚類物質質量濃度、類黃酮質量濃度、DPPH自由基清除率、pH值、糖酸比）有極顯著相關關系，與3 個指標（SSC、T625nm、L值）有顯著相關關系；可溶性糖質量濃度與其他指標相關性最低，僅與SSC有極顯著相關關系。3）因子分析將NFC梨汁的12 個理化指標降維為4 個主因子，其中因子1（功能因子）解釋變量包括酚類物質質量濃度、類黃酮質量濃度、DPPH自由基清除率，因子2（風味因子）解釋變量包括糖酸比、固酸比，因子3（外觀因子）解釋變量包括L值、h值、T625nm，因子4（甜度因子）解釋變量包括可溶性糖質量濃度、SSC。4）建立的NFC梨汁綜合品質評價模型為Y＝－4.672＋1.037×酚類物質質量濃度＋0.001×糖酸比＋0.022×h值＋0.007×可溶性糖質量濃度＋0.023×L值＋0.189×類黃酮質量濃度，梨汁品質可用酚類物質質量濃度、糖酸比、h值、可溶性糖質量濃度、L值、類黃酮質量濃度6 項核心指標進行評價。5）基于理論評分的K-means聚類分析結果表明，32 個品種NFC梨汁可分為優(yōu)、良、中等、差4 個等級，進而建立NFC梨汁綜合品質判別函數，由此判定不同品種梨汁綜合品質。