向建軍,俞熙仁,董一帆,袁麗娟,邱素艷,張大文
(江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全與標(biāo)準(zhǔn)研究所,南昌 330200)
柚(Citrus grandisOsbeck)為蕓香科柑橘亞科 柑橘屬喬木,又名文旦、香欒、朱欒、內(nèi)紫等[1]。柚果實營養(yǎng)豐富且有保健功能,具有止咳、平喘、清熱、健脾、降血糖血脂、抗衰老、抗氧化、抗癌等功效[2]。柚在我國已有3000多年的栽培歷史,江西省吉安市位于北緯25°58′~27°57′,東經(jīng)113°46′~115°56′,屬典型的中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū),大部分地區(qū)為蜜柚適宜栽培區(qū)[3-4]?!熬畬坭帧笔墙魇〖彩腥ν七M(jìn)的農(nóng)業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),經(jīng)過多年發(fā)展,“井岡蜜柚”形成了桃溪柚、金沙柚、金蘭柚等主導(dǎo)品種,種植規(guī)模不斷擴大,成為當(dāng)?shù)毓r(nóng)脫貧致富的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)[5]。
主成分分析法是評價果實品質(zhì)較常用的方法,是利用降維的思想,將多個指標(biāo)轉(zhuǎn)化為相互獨立的綜合指標(biāo),以此對原數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析[6]。目前,基于主成分分析法對果實品質(zhì)進(jìn)行綜合評價的研究越來越多,劉佳夢等[7]利用主成分分析法對不同品種龍眼干品質(zhì)進(jìn)行評價;李偉等[8]采用主成分分析法評價不同地區(qū)35 個楊梅品種的綜合品質(zhì),從而篩選出品質(zhì)較佳的楊梅品種。目前,對井岡蜜柚果實品質(zhì)評價方面的相關(guān)報道較少,聶根新等[9]采用灰色關(guān)聯(lián)度法對井岡蜜柚果實品質(zhì)進(jìn)行了分析評價,余璇等[10]對金沙柚果實品質(zhì)與土壤、葉片、果實礦質(zhì)養(yǎng)分的相關(guān)性進(jìn)行了分析,有關(guān)不同果園井岡蜜柚果實外觀品質(zhì)、風(fēng)味品質(zhì)以及功能性物質(zhì)水平的特性及差異,以及其綜合評價尚未見報道。為此,本文以97 個不同果園的井岡蜜柚果實為試材,通過測定其單果重、縱徑、橫徑和可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、維生素C、柚皮苷、檸檬苦素含量等指標(biāo),并運用相關(guān)性分析、主成分分析共同構(gòu)建一個科學(xué)合理的井岡蜜柚果實品質(zhì)評價體系,為該地區(qū)柚類產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供重要的理論依據(jù)。
供試材料為97 個不同果園井岡蜜柚果實,于2020 年10 月在吉安市采集(圖1)。依據(jù)當(dāng)?shù)鼐畬坭址植季唧w情況,每個地方隨機選取2 個以上果園,每個果園對角線方向選取長勢良好、處于盛果期的5 株樹作為樣株。果實成熟期,每株樣株隨機采集無病蟲害、果形端正、成熟度和大小基本一致的2 個果實,采樣方位和冠層均一致。所有樣品的果實均帶回實驗室進(jìn)行相關(guān)品質(zhì)測定。
圖1 井岡蜜柚采樣果園分布情況
LC-1290II-6495-MS/MS 液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀,美國安捷倫公司;JY10002 電子天平(感量0.001),上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司;游標(biāo)卡尺,上海首豐精密儀器有限公司;U-3900 紫外可見分光光度計,日本日立公司;WYA-2W 阿貝折射儀,上海光學(xué)儀器廠;L(+)-抗壞血酸標(biāo)準(zhǔn)品(純度≥99%),西隴科學(xué)股份有限公司;柚皮苷、檸檬苦素和諾米林標(biāo)準(zhǔn)品,Sigma 公司;甲醇、乙腈(色譜純),美國TEDIA 公司;其他試劑為分析純,試驗用水為超純水。
1.3.1 果實外觀品質(zhì)測定
單果重用電子天平稱量每個果實樣品鮮重,取其平均值;果實縱徑與橫徑利用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量,取其平均值,計算果形指數(shù)。
1.3.2 果實風(fēng)味品質(zhì)測定
果實可溶性固形物含量在室溫下用PAL-1 型手持袖珍折射儀測定;可溶性糖含量采用蒽酮比色法[11]測定;可滴定酸含量參照國家標(biāo)準(zhǔn)《柑桔鮮果檢驗方法》(GB/T 8210—2011)測定,并計算糖酸比和固酸比。
1.3.3 果實功能性物質(zhì)測定
果實維生素C 含量測定參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中抗壞血酸的測定》(GB 5009.86—2016)中的2,6-二氯靛酚滴定法;柚皮苷、檸檬苦素、諾米林含量采用HPLC-MS/MS 進(jìn)行測定,參考黃高凌等[12]的方法略作修改。
采用Excel 2016 對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,利用SPSS Statistics 23.0 軟件進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析以及方差分析,用LSD 多重比較法檢驗樣本間的差異顯著性(P<0.05),結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差的形式表示,每組試驗重復(fù)3 次。
由表1 可知,同一品種不同產(chǎn)地的井岡蜜柚果實單果重、縱徑、橫徑和果形指數(shù)差異明顯,其中桃溪柚單果重變化范圍為724.94~970.58 g,變異系數(shù)為11.00%,差異最大,且青原區(qū)的單果重最大,其次是泰和縣和萬安縣,新干縣最?。还麑嵖v徑變化范圍為13.69~16.57 cm,橫徑變化范圍13.12~14.53 cm,變異系數(shù)分別為7.90%、4.18%,其中青原區(qū)、泰和縣的縱徑和橫徑較大;果形指數(shù)變化范圍為1.03~1.16,變異系數(shù)為4.44%,其中泰和縣最大。金沙柚和金蘭柚4 個果實外觀品質(zhì)指標(biāo)中單果重差異均最大,變異系數(shù)分別為10.50%、7.56%,其次是果實縱徑和橫徑,果形指數(shù)差異均最小,變異系數(shù)分別為1.59%和0.87%。
表1 不同產(chǎn)地井岡蜜柚果實外觀品質(zhì)
由表2 可知,同一產(chǎn)地不同井岡蜜柚品種的果實外觀品質(zhì)存在差異,其中青原區(qū)的3 個井岡蜜柚品種果實縱徑差異最大,變異系數(shù)為12.08%;其次是單果重和橫徑,變異系數(shù)分別為10.10%和7.19%;果形指數(shù)差異最小。金沙柚和桃溪柚比較,泰和縣的果實縱徑差異最大,變異系數(shù)為15.77%,其次是單果重和橫徑,果形指數(shù)差異最小。金沙柚和金蘭柚的外觀品質(zhì)差異最小,以吉安縣來說,差異較大的是果實縱徑和橫徑,變異系數(shù)分別為1.13%和1.33%,單果重和果形指數(shù)差異較小。
表2 同一產(chǎn)地不同井岡蜜柚品種果實外觀品質(zhì)變異系數(shù)
由表3 可知,同一品種不同產(chǎn)地的井岡蜜柚果實風(fēng)味品質(zhì)指標(biāo)可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、固酸比和糖酸比之間存在差異,其中桃溪柚差異較大的是可滴定酸含量和糖酸比,變異系數(shù)分別為12.18%和11.85%;其次是可溶性糖含量和固酸比;可溶性固形物含量差異最小,變異系數(shù)為4.49%。金沙柚差異較大的是糖酸比和可滴定酸含量,變異系數(shù)分別為36.94%和27.72%;其次是固酸比和可溶性糖含量;可溶性固形物含量差異最小,變異系數(shù)為3.88%。金蘭柚差異最大的是糖酸比,變異系數(shù)達(dá)40.89%,在20.13~45.48 之間變化,平均值為28.49,最高的是青原區(qū);其次是固酸比和可滴定酸、可溶性糖含量,變異系數(shù)分別為36.87%、36.41%和12.09%;差異最小的是可溶性固形物含量,變異系數(shù)為6.24%。
表3 不同產(chǎn)地井岡蜜柚果實風(fēng)味品質(zhì)
糖酸比是判斷果品風(fēng)味的重要參數(shù)之一,當(dāng)酸度過低時,水果風(fēng)味會變淡[13]。供試井岡蜜柚的糖酸比為9.77~45.48,平均值為22.24,以青原區(qū)的金蘭柚最高,井岡山市的金沙柚最低;可滴定酸含量為0.21%~0.57%,其中新干縣的金沙柚可滴定酸含量最高,吉安縣的金蘭柚最低;可溶性糖含量為4.32%~10.12%,其中青原區(qū)的金蘭柚最高,其次是安福縣的金蘭柚、吉州區(qū)的金沙柚和永新縣的金蘭柚,井岡山市的金沙柚最??;可溶性固形物含量為11.06%~12.75%,青原區(qū)的桃溪柚最高(表3)。
同一產(chǎn)地不同品種間的風(fēng)味品質(zhì)也存在差異,吉州區(qū)、泰和縣、新干縣3 個地區(qū)品種間風(fēng)味品質(zhì)差異較小,青原區(qū)、萬安縣、吉安縣、永新縣4 個地區(qū)品種間風(fēng)味品質(zhì)差異較大;不同品種間差異較大是可滴定酸含量,變異系數(shù)最高達(dá)39.23%,可溶性固形物含量差異較小,變異系數(shù)均小于10%(表4)。
表4 同一產(chǎn)地不同品種井岡蜜柚果實風(fēng)味品質(zhì)變異系數(shù)
由表5 可知,同一品種不同產(chǎn)地井岡蜜柚果實功能性物質(zhì)含量差異明顯,其中桃溪柚果肉中柚皮苷含量差異最大,變異系數(shù)達(dá)34.56%;其次是諾米林、檸檬苦素含量,其變異系數(shù)分別為30.36%、25.18%;維生素C 含量差異最小,變異系數(shù)為10.76%。金沙柚果肉中檸檬苦素和諾米林含量的變異系數(shù)分別為17.92%和14.58%,其次是柚皮苷含量,最小的是維生素C 含量。金蘭柚中差異最大的是柚皮苷含量,其次是檸檬苦素、諾米林含量,維生素C 含量差異最小。
表5 不同產(chǎn)地井岡蜜柚果實功能性物質(zhì)含量
維生素C 是人體必需的化合物,而水果蔬菜是人體維生素C 的重要來源[14]。本試驗結(jié)果表明,井岡蜜柚果肉中富含豐富的維生素C,維生素C 含量為457.93~713.86 mg/kg,其中維生素C 含量最高的是青原區(qū)的桃溪柚,其次是新干縣、吉州區(qū)、泰和縣的桃溪柚,井岡山市金沙柚平均維生素C 含量最低(表5)。
柚類水果中主要含有兩類苦味物質(zhì),一類是黃酮類化合物,以柚皮苷為主;另一類是三萜系化合物的衍生物檸檬苦素類化合物,以檸檬苦素和諾米林為主。這些苦味物質(zhì)具有抗氧化、降低腫瘤和心血管疾病發(fā)病率等重要作用[15]。供試樣品中新干縣的桃溪柚柚皮苷含量最高,為23.69 mg/kg;其次是萬安縣和永豐縣的金沙柚,分別為18.72、18.02 mg/kg;青原區(qū)的金蘭柚柚皮苷含量最低,為7.77 mg/kg。萬安縣和泰和縣的桃溪柚檸檬苦素含量最高,分別為71.63、65.50 mg/kg;其次是峽江縣和永豐縣的金沙柚,分別為57.65、57.64 mg/kg;青原區(qū)的金蘭柚檸檬苦素含量最低,為26.23 mg/kg。諾米林含量最高的是萬安縣的桃溪柚,為46.85 mg/kg;其次是新干縣的桃溪柚和金沙柚;含量最低的是青原區(qū)的金蘭柚,僅為21.50 mg/kg(表5)。
由表6 可知,同一產(chǎn)地不同井岡蜜柚品種的果實功能性物質(zhì)含量差異較大,其中青原區(qū)的3 個品種間果肉柚皮苷含量差異最大,變異系數(shù)為30.04%;其次是檸檬苦素和維生素C 含量,變異系數(shù)分別為23.73%和18.80%;諾米林含量差異最小。萬安縣的金沙柚和桃溪柚之間4 個功能性指標(biāo)差異相對較大,差異最大的是諾米林含量,變異系數(shù)達(dá)30.20%,其次是檸檬苦素含量,柚皮苷和維生素C含量變異系數(shù)分別為21.64%和6.66%。金沙柚和金蘭柚品種間差異相對較小。
表6 同一產(chǎn)地不同井岡蜜柚品種果實功能性物質(zhì)含量變異系數(shù)
采用Pearson 相關(guān)系數(shù)分析井岡蜜柚13 個果實品質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)性。由表7 可知,單果重與可溶性固形物、柚皮苷、諾米林含量均呈極顯著負(fù)相關(guān),與可溶性糖、檸檬苦素含量均呈顯著負(fù)相關(guān),與縱徑和橫徑呈極顯著正相關(guān),表明單果重越大,果實可溶性固形物、可溶性糖、柚皮苷、檸檬苦素、諾米林含量越低,縱徑和橫徑越大;維生素C 含量與可溶性固形物、柚皮苷、諾米林含量均呈極顯著正相關(guān),與檸檬苦素含量相關(guān)性不顯著;其余各指標(biāo)間也存在相關(guān)性,表明不同井岡蜜柚果實品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性較強。
表7 井岡蜜柚果實品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性分析
采用主成分分析法對井岡蜜柚的13 個果實品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分類簡化,得到5 個主成分,如表8 所示,其方差貢獻(xiàn)率依次為26.376%、21.662%、16.116%、9.419%和7.675%,累計方差貢獻(xiàn)率為81.248%,能夠代表所有指標(biāo)的絕大部分信息、綜合反映井岡蜜柚果實的品質(zhì)特性,可以作為井岡蜜柚果實評價的綜合指標(biāo)。
表8 主成分的特征值和貢獻(xiàn)率
為了更好地解釋各品質(zhì)指標(biāo)與主成分因子之間的關(guān)系,將所提取的主成分因子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)處理,其載荷值大小反映各變量在主成分中的重要程度,分析結(jié)果見表9。第1 主成分代表了井岡蜜柚果實品質(zhì)總信息的26.376%,果實縱徑、橫徑、果形指數(shù)和單果重的正向載荷權(quán)數(shù)最大,對第1 主成分起決定性作用,主要反映了井岡蜜柚果實的外觀品質(zhì),果實縱徑與單果重、橫徑和果形指數(shù)均呈極顯著正相關(guān)(表7),因此將果實縱徑作為第1 主成分的代表指標(biāo);第2 主成分代表了井岡蜜柚品質(zhì)總信息的21.662%,果實可滴定酸含量負(fù)向載荷權(quán)數(shù)最大,為-0.898,固酸比和糖酸比的正向載荷權(quán)數(shù)較大,分別為0.958 和0.928,第2 主成分主要反映了井岡蜜柚果實的風(fēng)味品質(zhì),可滴定酸含量與固酸比、糖酸比均呈顯著負(fù)相關(guān),因此將可滴定酸含量作為第2 主成分的代表指標(biāo);第3、第4 主成分分別代表了井岡蜜柚品質(zhì)總信息的16.116%和9.419%,果實維生素C、柚皮苷、諾米林、檸檬苦素含量正向載荷權(quán)數(shù)較大,主要代表了果實的功能性物質(zhì)含量,反映了井岡蜜柚果實的抗氧化能力的信息,維生素C含量與柚皮苷、諾米林含量均呈極顯著正相關(guān),因此將維生素C 含量作為第3、第4 主成分的代表指標(biāo);第5 主成分包含了原始信息的7.675%,其大小主要由可溶性固形物、可溶性糖含量決定,且可溶性糖含量與可溶性固形物含量呈極顯著正相關(guān),因此將可溶性糖含量作為第5 主成分的代表指標(biāo)。經(jīng)過主成分分析可以得到綜合評價井岡蜜柚果實的最主要的4 個指標(biāo),分別是果實縱徑、可滴定酸、可溶性糖含量和維生素C 含量。
表9 主成分在各品質(zhì)指標(biāo)上旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣
用新的5個主成分來代替原來的13個品質(zhì)指標(biāo)對井岡蜜柚果實品質(zhì)進(jìn)行綜合評價,設(shè)5 個主成分得分依次為F1、F2、F3、F4、F5,以特征向量為權(quán)重構(gòu)建5 個主成分的得分表達(dá)式:F1=0.163X1+0.339X2+0.320X3+0.326X4-0.004X5+0.021X6+0.028X7+0.012X8+0.000X9+0.037X10-0.053X11+0.047X12+0.094X13;F2=0.019X1+0.007X2+0.003X3+0.003X4-0.321X5-0.116X6+0.092X7+0.330X8+0.350X9+0.024X10+0.017X11+0.040X12-0.039X13;F3=-0.093X1+0.007X2-0.004X3+0.003X4+0.020X5+0.087X6-0.151X7-0.008X8+0.106X9+0.512X10+0.520X11+0.173X12-0.223X13;F4=-0.243X1+0.036X2-0.017X3+0.255X4-0.035X5-0.117X6+0.044X7-0.021X8-0.059X9-0.252X10+0.034X11+0.398X12+0.640X13;F5=0.137X1+0.027X2+0.068X3-0.074X4+0.145X5+0.528X6+0.559X7+0.193X8-0.043X9-0.193X10-0.224X11-0.066X12-0.025X13。以5 個主成分的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重,構(gòu)建井岡蜜柚果實品質(zhì)綜合評價模型:F=0.263 76F1+0.216 62F2+0.161 16F3+0.094 19F4+0.076 75F5。
通過計算得分和不同井岡蜜柚果園果實品質(zhì)綜合排名得出,排名前3 的果園分別是金沙柚萬安-06、金蘭柚吉安-09 和金沙柚青原-04;排名前10的果園中有7 個果園是金沙柚,2 個桃溪柚果園代表外觀品質(zhì)的第1 主成分得分最高;排名第2 的金蘭柚果園第1 主成分得分不高,但代表風(fēng)味品質(zhì)的第2 主成分得分遠(yuǎn)高于其他果園,綜合得分前10果園中吉安縣和青原區(qū)果園分別占有3 個(表10)。
表10 井岡蜜柚果園果實品質(zhì)預(yù)測評價結(jié)果(前10)
果實外觀品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì)是評價果實品質(zhì)差異的主要考察對象,兩者的好壞直接影響水果品質(zhì)和消費者的選購[16-17]。井岡蜜柚因其具有獨特的風(fēng)味、食用及藥用價值而受到歡迎,但由于地理以及品種的差異,井岡蜜柚不同品種間品質(zhì)差異較大,對其進(jìn)行比較及綜合評價將更加有利于優(yōu)良品種資源的篩選以及推廣栽培。從外觀品質(zhì)上看,不同產(chǎn)地的井岡蜜柚單果重差異最大,桃溪柚變異系數(shù)達(dá)11.00%,金沙柚為10.50%,金蘭柚為7.56%,其中青原區(qū)的桃溪柚單果重最大,達(dá)970.58 g,其次是果實縱徑,橫徑差異最小。不同產(chǎn)地間金蘭柚4 個外觀品質(zhì)指標(biāo)差異最小,從產(chǎn)地來看,吉安縣和永新縣兩地品種間外觀品質(zhì)差異較小。風(fēng)味品質(zhì)方面,不同產(chǎn)地果實可滴定酸、可溶性糖含量差異較大,可溶性固形物含量差異最小。3 個品種中桃溪柚的可溶性糖、可滴定酸含量和糖酸比、固酸比差異程度小于金沙柚和金蘭柚。糖酸比和固酸比是影響果實風(fēng)味的重要指標(biāo)[18],青原區(qū)金沙柚和吉安縣金蘭柚的糖酸比和固酸比相對較高,果實香甜可口,肉質(zhì)細(xì)嫩化渣。吉州區(qū)、泰和縣、新干縣3 個地區(qū)品種間風(fēng)味品質(zhì)差異小于其他地區(qū)。功能性物質(zhì)含量方面,井岡蜜柚維生素C 含量品種間和地區(qū)間差異變化都較?。惶蚁中赂煽h和青原區(qū)兩地維生素C、柚皮苷含量均較高,青原區(qū)的維生素C 含量達(dá)713.86 mg/kg,萬安縣的檸檬苦素和諾米林含量較高;金沙柚萬安縣和永豐縣維生素C、柚皮苷、檸檬苦素、諾米林含量相對較高,井岡山市和吉水縣這4 個物質(zhì)含量相對較低;而金蘭柚吉州區(qū)的維生素C、檸檬苦素、諾米林含量相對較高,吉安縣這3 個物質(zhì)含量相對較低。3 個品種中,金沙柚產(chǎn)地間4 個功能性物質(zhì)含量差異程度最小,吉安縣和永新縣4 個功能性物質(zhì)含量品種間差異小于其他地區(qū)。
本研究發(fā)現(xiàn),不同井岡蜜柚品種果實外觀品質(zhì)中單果重差異最大,果形指數(shù)差異最小,而風(fēng)味品質(zhì)以糖酸比差異較大,可溶性固形物含量差異最小,功能性物質(zhì)以柚皮苷、檸檬苦素、諾米林含量差異較大,維生素C 含量差異最小。產(chǎn)地間金蘭柚外觀品質(zhì)指標(biāo)差異最小,桃溪柚風(fēng)味品質(zhì)指標(biāo)差異最小,金沙柚在功能性物質(zhì)含量方面差異最小,吉安縣和永新縣兩地在外觀品質(zhì)和功能性物質(zhì)含量品種間差異最小。造成其品質(zhì)差異的原因除了本身的遺傳特性外,還可能:一是不同產(chǎn)地光照條件、肥水供給狀況以及樹體結(jié)果數(shù)量影響單果重及果實營養(yǎng)成分;二是可能采樣過程中一些人為因素造成。這與張維等[19]、李躍紅等[20]對不同品種以及不同產(chǎn)地紅心獼猴桃品質(zhì)研究結(jié)果相同,地理環(huán)境以及品種的不同可能導(dǎo)致果實在外觀、風(fēng)味品質(zhì)和功能性成分上的差異。
目前,主成分分析已廣泛用于果蔬、食品品質(zhì)的綜合評價[21-22],利用相關(guān)性分析與主成分分析相結(jié)合的方法,從13 個指標(biāo)中篩選出4 個作為井岡蜜柚果實綜合品質(zhì)評價的主要品質(zhì)指標(biāo),分別為果實縱徑和可滴定酸、可溶性糖、維生素C 含量。綜合主成分分析的結(jié)果表明,桃溪柚外觀品質(zhì)較好,金蘭柚在風(fēng)味上更具特色,金沙柚綜合品質(zhì)更具優(yōu)勢,吉安縣和青原區(qū)兩地不同品種品質(zhì)綜合得分高于其他地區(qū)。此外,在基于主成分分析的試驗結(jié)果基礎(chǔ)上,還需全面考量感官評價、問卷調(diào)查或?qū)<以u分等對井岡蜜柚品質(zhì)進(jìn)行較完整的綜合評價。本研究可為井岡蜜柚的優(yōu)良種質(zhì)篩選、種植推廣以及后續(xù)產(chǎn)品的綜合開發(fā)利用提供一定的理論參考。