基于質構儀的三華李果實質地品質評價

潘秋玲，李芳，江芷欣，黃建昌，宋雯佩，馬煥基，李娟，李彩琴

（1仲愷農業(yè)工程學院園藝園林學院，廣州 510225；2廣東省德慶林場，廣東肇慶 526638）

0 引言

三華李是薔薇科李屬植物，廣泛分布在華南亞熱帶地區(qū)，是廣東省第一大落葉果樹。三華李果實口感酸甜，果肉脆爽，富含多種礦質元素和維生素等營養(yǎng)物質，老少皆宜[1]；不僅可供鮮食，還可用于制成果鋪、果醬、榨汁、釀酒等，經(jīng)濟價值高。三華李是一種不耐貯藏的水果，口感品質是衡量三華李商品性的重要因素。果實質地是果蔬品質最重要的屬性，是直接影響消費者口感和可接受程度的主要因子[2-4]。果實的許多特性，如硬度、糯性、脆性、嚼勁、汁水含量等都與果實質地相關[5-7]。目前對于果實質地測定的方法主要有2種，一種是感官評價，通過人為感知或簡單小儀器得出評價，這種方法主觀性強，重復性差；另一種則是通過質構儀利用力學方法反映質地特征，兼具靈敏度和客觀性的優(yōu)點，是目前果蔬質地測定最廣泛使用的方法。這種方法可以根據(jù)果蔬自身的特點選取測試探頭，編輯特定的運行程序得到多個質地指標[8]。目前，質構儀已廣泛應用于蘋果[9]、葡萄[10]、荔枝[11]、橄欖[12]、無花果[13]、鮮棗[14]、桑葚[15]、甜柿[16]、桃子[17]、百香果[18]等多種園藝作物的果實質地分析。利用質構儀對果蔬質地進行分析最常用的方法有質地多面分析法(texture profile analysis，TPA)和整果穿刺法[19]，即直接通過探頭按照給定的速度或者壓力，下壓或者穿刺得到反映果蔬質地特性的數(shù)據(jù)[20]。例如，姜建福等[10]利用質構儀TPA 法對290 份不同葡萄種質果肉質地進行了評價，發(fā)現(xiàn)鮮食葡萄果肉質地硬度顯著高于釀酒葡萄和制汁葡萄，彈性和硬度是反映葡萄果肉質地的重要指標。張翔宇等[21]對10個不同品種的葡萄進行質構儀穿刺測試，發(fā)現(xiàn)果皮硬、果形圓潤的葡萄品種（如‘巨峰’、‘紅提’、‘意大利’）口感脆而有落差感；果形較長的葡萄品種（如‘馬奶’、‘美人指’）口感較有韌性；形狀大小相似、單果粒重、果形較大較圓潤的葡萄更耐運輸。郭華等[22]對‘脆玉’桃進行穿刺實驗，發(fā)現(xiàn)果皮穿刺硬度、果皮韌性、果肉堅實度、果肉纖維指數(shù)可作為參數(shù)評價‘脆玉’桃的質地。田青蘭等[19]利用整果穿刺法和TPA法對5個品種西番蓮成熟果實的果皮進行質構特性分析，得出整果穿刺法較TPA法更適合西番蓮果皮質構分析，穿刺硬度、硬度形變量、穿刺果皮做功、粘力和粘性均可以作為反映西番蓮果皮質地的參數(shù)。

質構儀是一種可以對果蔬品質做出客觀評價的感官化測量儀器，檢測結果客觀、準確且可數(shù)據(jù)化，易操作，可有效避免出現(xiàn)主觀性誤差[23]。在果蔬行業(yè)中，可以通過檢測果蔬果皮、果肉的硬度，為果蔬的保鮮、儲藏以及運輸提供科學依據(jù)[20]。目前，有關三華李質地品質評價分析鮮少報道。本研究擬以三華李成熟果實為試材，利用質構儀的整果穿刺試驗法進行穿刺，優(yōu)化貫入距離、貫入速度、接觸力、果實穿刺部位等參數(shù)，以期在優(yōu)化三華李質構測定條件的基礎上，建立一套標準、規(guī)范的三華李果實質地品質檢測方法，為三華李果實質地差異性評價提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種為‘麒麟’三華李，樣品于2022 年6 月采自廣東省肇慶市封開縣。試驗果園地立地條件和田間管理水平相對較高，選擇樣品樹3～5 株，均為生長健壯、能正常開花結果的成年結果樹。每株樹冠外圍東南西北方向隨機采集果形端正、成熟度一致、個頭勻稱、無病蟲害、無機械損傷或腐爛的果實，以每株的隨機方位采摘符合標準的果實270 個，放置于塑料泡沫盒中迅速帶回實驗室進行果實質地各項指標的測定。

1.2 儀器

Universal TA研究型質構儀，由上海騰拔儀器科技有限公司生產。

1.3 試驗方法

1.3.1 不同觸發(fā)力比較參照陳麗[24]的方法，采用整果穿刺試驗法，利用P2 不銹鋼針形探頭，觸發(fā)力分別設定為5、10、15、20、25 g，對三華李果實進行整果穿刺測試。測試時將果實放置于質構儀的載物臺中心，穿刺部位選取果實中部。設定測前速度為5 mm/s，測后速度為5 mm/s，貫入速度為3 mm/s，穿刺距離為9 mm，得到同一穿刺速度、穿刺距離、穿刺部位，不同觸發(fā)力下三華李果實的果皮強度、果皮脆性、果皮韌性、果皮破裂距離、果肉強度、果肉黏聚性、果肉膠著力的變化。每個處理選取15 個果實作為試驗樣品進行重復測試。

1.3.2 不同貫入速度比較采用P2探頭，貫入速度分別設定為1、2、3、4、5 mm/s，穿刺部位選取果實中部，設定測前速度為5 mm/s，測后速度為5 mm/s，穿刺距離為9 mm，觸發(fā)力為15 g，得到同一穿刺距離、觸發(fā)力、穿刺部位，不同穿刺速度下三華李果實的果皮強度、果皮脆性、果皮韌性、果皮破裂距離、果肉強度、果肉黏聚性、果肉膠著力的變化。每個處理選取15個果實作為試驗樣品進行重復測試。

1.3.3 不同穿刺距離比較采用P2探頭，穿刺距離分別設定為3、6、9、12、15 mm，穿刺部位選取果實中部，設定測前速度為5 mm/s，測后速度為5 mm/s，貫入速度為3 mm/s，觸發(fā)力為15 g，得到同一觸發(fā)力、穿刺速度、穿刺部位，不同穿刺距離下三華李果實的果皮強度、果皮脆性、果皮韌性、果皮破裂距離、果肉強度、果肉黏聚性、果肉膠著力的變化。為達到最好的實驗效果，穿刺距離的設定應超過三華李最大橫徑減去中心核直徑的一半，即盡可能深的穿刺，但探頭不會接觸到果核部分。每個處理選取15 個果實作為試驗樣品進行重復測試。

1.3.4 果實穿刺部位比較采用P2探頭，設定測前速度為5 mm/s，測后速度為5 mm/s，貫入速度為3 mm/s，接觸力15 g，穿刺距離為9 mm。穿刺位置選取果實肩部、中部和底部3個不同部位進行整果穿刺試驗，得到同一觸發(fā)力、穿刺速度、穿刺距離，不同穿刺部位下三華李果實的果皮強度、果皮脆性、果皮韌性、果皮破裂距離、果肉強度、果肉黏聚性、果肉膠著力的變化。每個處理選取15個果實作為試驗樣品進行重復測試。

1.3.5 質地參數(shù)獲得根據(jù)質構儀自動輸出的測試樣品的特征曲線，并完成具體的指標數(shù)據(jù)測定，按試驗要求和樣品的特征曲線對Macro 程序進行編輯，得到三華李力值/測定時間曲線如圖1 所示。參考Camps 等[25]的研究以及三華李本身特性，以曲線第一峰（錨b）力值作為果實破裂需要的力，即果皮強度(g)，是指在外力作用下三華李果實發(fā)生形變所需要的力[26]；第一峰的運行距離即為果皮破裂距離(mm)；第一峰的力值與第一峰的運行距離的比值為果皮脆性(g/s)，脆性是指第一次擠壓時的破裂力[9]；第一峰的力值與第一峰的運行距離的乘積為果皮韌性(g·s)；曲線第二峰（錨c）的力值為果肉硬度(g)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2019 進行數(shù)據(jù)整理，利用IBM SPSS statistics 27軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析以及相關性分析。

2 結果與分析

2.1 不同檢測參數(shù)條件下三華李果實質地參數(shù)差異

2.1.1 三華李果皮質地參數(shù)由表1 可知，果皮強度在不同觸發(fā)力條件下差異顯著，觸發(fā)力為15 g時，果皮強度最大(860.75 g)，顯著高于觸發(fā)力5 g 和20 g 時的測定結果；不同穿刺距離和貫入速度對果皮強度的影響并不顯著。不同觸發(fā)力和刺穿距離對果皮脆性的影響并不顯著，但果皮脆性在不同貫入速度條件下差異顯著，并且隨著貫入速度的增加，測得的果皮脆性值逐漸減增大。貫入速度為4、5 mm/s 時，果皮脆性最大（分別為1921.51、2208.93 g/s）顯著高于貫入速度為1、2、3 mm/s時的測定結果，貫入速度為1 mm/s時果皮脆性僅有546.29 g/s。果皮韌性在不同觸發(fā)力和貫入速度條件下差異顯著，觸發(fā)力為15 g時，果皮韌性值最大(498.83 g·s)，顯著高于觸發(fā)力為5、20、25 g時的果皮韌性值，貫入速度為1 mm/s 時，測得的果皮韌性值最大(980.76 g·s)，且隨著貫入速度的增加，測得的果皮韌性值逐漸減少。果皮破裂距離與觸發(fā)力和貫入速度關系密切，分別在觸發(fā)力為15 g 和貫入速度為1 mm/s時，果皮破裂距離最大（分別為0.50、1.35 mm）。值得注意的是，不同穿刺距離對所有果皮質地參數(shù)沒有太大的影響。

表1 不同檢測參數(shù)條件下三華李的果皮質地參數(shù)

2.1.2 三華李果肉質地參數(shù)由表2 可知，不同觸發(fā)力對果肉硬度、果肉黏聚性和果肉膠著力等果肉質地參數(shù)均沒有較大影響。果肉硬度在不同刺穿距離條件下差異顯著，穿刺距離為15 mm 時，果肉硬度最大(215.27 g)，顯著高于6、9 mm 穿刺距離所測得的果肉硬度值；不同貫入速度對果肉硬度影響顯著，當貫入速度為1 mm/s時，果肉硬度最小(64.29 g)，當果肉硬度分別為2、3、4、5 mm/s時，果肉硬度之間的差異不顯著。果肉粘聚性在不同穿刺距離以及貫入速度下具有顯著的差異，穿刺距離為9 mm時，果肉黏聚性最大(1.23 mJ)，顯著大于穿刺距離為3、6、15 mm時測得的果肉黏聚性值；貫入速度為1 mm/s 時果肉粘聚性最大(2.36 mJ)，顯著大于3、4、5 mm/s 時的果肉粘聚性，貫入速度為3 mm/s 時測得的果肉粘聚性最小，僅有0.95 mJ；果肉膠著力在不同穿刺距離和貫入速度條件下影響較大，穿刺距離為9 mm 時的果肉膠著力(1111.79 g)顯著大于其他穿刺距離時測得的數(shù)值，穿刺距離為3 mm 時的果肉膠著力最小，僅為306.34 g；貫入速度為1 mm/s和2 mm/s時的果肉膠著力相對較大（分別為1475.55、1261.87 g），貫入速度為5 mm/s 時果肉膠著力最小(621.66 g)。

表2 不同檢測參數(shù)條件下三華李的果肉質地參數(shù)

2.2 不同穿刺部位對三華李果實質地的影響

由表3 可知，穿刺部位在肩部、中部時，測得的果皮強度較大，分別為719.00、793.69 g，顯著大于穿刺部位為下部的果皮韌性值(658.89 g)。穿刺部位在中部時，果皮脆性最大(2213.69 g/s)，顯著高于肩部和下部測得的果皮脆性值。穿刺部位在肩部的果皮破裂距離最大(0.50 mm)，顯著高于中部和下部的果皮破裂距離值。不同刺穿部位的選擇對果皮韌性的影響不大。

表3 不同穿刺部位果皮質地參數(shù)

由表4 可知，不同穿刺部位的選擇對果肉硬度的影響不大，各處理組之間的差異不顯著。但不同穿刺部位對果肉黏聚性和果肉膠著力有顯著影響，并且穿刺部位為中部時，測得的果肉粘聚性、果肉膠著力均為最大，分別為1.49 mJ、1185.93 g，顯著大于刺穿部位為肩部和下部所測得的數(shù)值，其中穿刺部位為肩部時測得的果肉粘聚性和果肉膠著力最小，僅為0.45 mJ、345.38 g。

表4 不同穿刺部位果肉質地參數(shù)

2.3 三華李果皮質地與果肉質地參數(shù)相關性

由表5 可知，果皮強度與果皮韌性呈顯著正相關關系，相關系數(shù)為0.377，即果皮強度越大果皮韌性越強。果皮破裂距離與果皮韌性呈極顯著正相關關系，相關系數(shù)為0.550，即果皮韌性越強果皮破裂距離越長，其他質地參數(shù)之間沒有顯著的相關關系。

表5 三華李果實果皮與果肉質地參數(shù)的相關系數(shù)

3 結論

本研究對‘麒麟’三華李進行整果穿刺實驗，建立了一套鮮食三華李的果實質地測定評價方法，分析比對不同貫入距離、貫入速度、接觸力以及穿刺部位之間的參數(shù)差異以及相關性，發(fā)現(xiàn)最佳測定條件為觸發(fā)力15 g、穿刺距離9 mm、貫入速度1 mm/s，最佳穿刺部位是果實中部，其中穿刺距離對果皮質地參數(shù)無顯著性影響，觸發(fā)力對果肉質地參數(shù)影響也不大。明確了果皮強度、果皮破裂距離、果皮韌性能較好地反映三華李果實質地的特征，準確量化描述三華李果實的質地。

4 討論

三華李成熟于炎熱氣候，貨柜期短，果實品質是消費者挑選三華李果實的重要決定因素，果實的口感可直接體現(xiàn)在果實質地參數(shù)上[14]。果實質地是由多種影響因子綜合作用的結果[27]。眾多研究顯示，果實質地主要取決于果皮薄壁細胞的數(shù)量、大小、排列緊密程度、細胞壁厚度以及果肉內外層細胞的大小、果肉細胞之間的延展性、結合力、強度等，一般細胞壁較薄的品種果實會有較強韌的果肉[19]。果實細胞之間的吸引力和果實的硬度以及韌性有關，即果實細胞間結合密度越高，則果實硬度越高，否則反之[28]。杏果實果皮細胞斷裂，果肉細胞解體，細胞間隙增大，果實品質也隨之轉變[29]。質構儀可對果蔬內外部組織質地特征進行測定，具有靈敏度高、精確度高、操作方便等優(yōu)點。質構儀的測試模式主要有壓縮模式、質地多面分析法(TPA)、穿刺試驗、剪切試驗、抗破碎性、抗擠壓測試、拉伸、粘附性測試等[30]，其中TPA、穿刺試驗、剪切試驗是果實質地測定最常用的3種方法[15]。TPA 測試最常見的測試方法是利用探頭兩側擠壓樣品，模擬食物被牙齒咀嚼的機械過程，在這個過程中測定果蔬的質地參數(shù)[31-32]。TPA 測定分析方法多需要打孔取材和壓縮操作，因此多應用于蘋果[33]、梨[34]、西番蓮[19]、桃[17,22,35]等體型大的果實。但三華李果實脆性大、彈性小，并且三華李是帶皮食用，果皮是果實質地重要的評價指標，因此TPA 測定不適合用于三華李鮮果的評價應用，這與馬慶華等[8]、趙愛玲等[14]對鮮棗的研究結論一致。剪切測試法用來測定肉類的韌性[36-37]、果蔬的纖維韌性等[38]，可采用斜刀口探頭，或配合樣品咬合輔助裝置，模擬咀嚼，獲得有關剪切的應力變化，有助于切割的完全進行[39]。剪切法在水果中的應用較少，可能是因為樣品大小對檢測結果的影響較大，不同水果樣品之間的大小難以達到一致，因此，無法做到橫向比較[9]。穿刺測試法主要利用針狀探頭、錐狀探頭等測定蔬果的硬度、破裂距離、黏聚性、膠著力等參數(shù)[14,39]。穿刺試驗不受果實大小以及性狀的影響，而TPA法則容易受到果實大小、性狀以及組織比例的影響[19]，并且穿刺試驗能區(qū)分果皮特征，因此三華李果實質地的測定方法適宜使用整果穿刺方法。

本研究以接觸力、貫入速度、穿刺距離、穿刺部位等作為單因素參數(shù)，對三華李進行力學整果穿刺試驗，發(fā)現(xiàn)穿刺距離對果皮破裂距離、果皮脆性以及果皮韌性等果皮質地參數(shù)影響不大，觸發(fā)力則對果肉質地無顯著影響，與無花果果實質地參數(shù)分析的結論一致[13]。當觸發(fā)力為15 g 時，三華李果皮強度、果皮脆性、果皮韌性、果皮破裂距離最大；穿刺距離對果肉質地有影響，當穿刺距離為9 mm時，果肉粘聚性和果肉膠著力最大，而果肉硬度在15 mm 時最大，但是對果皮質地參數(shù)無顯著影響。貫入速度為1 mm/s 時三華李果皮韌性、果皮破裂距離、果肉黏聚性與果肉膠著力最大，而貫入速度為5 mm/s 果皮脆性最大，但貫入速度對果皮強度則無顯著影響。綜合比較三華李的果實質地參數(shù)，發(fā)現(xiàn)觸發(fā)力為15 g、穿刺距離為9 mm、貫入速度1 mm/s 的檢測條件在一定程度上能更好地體現(xiàn)三華李鮮果的質地特征。且果皮強度與果皮韌性顯著正相關，果皮破裂距離與果皮韌性極顯著正相關；可見果皮強度、果皮破裂距離和果皮韌性之間相互影響，并對三華李果實質地特征影響較大，推測果皮破裂距離、果皮韌性以及果皮強度其中任意1個或者2個以上都可以作為反映三華李質地特征的主要參數(shù)。

不同品種果實各部位質地參數(shù)不同。杜昕美等[9]對5 種蘋果果肩、赤道、果頂部位進行質地參數(shù)檢測，發(fā)現(xiàn)果頂部位穿刺硬度最大，其次是果肩然后赤道部位。王斐等[40]對梨果實萼部、中部、梗部進行果實質地參數(shù)測定，發(fā)現(xiàn)果肉脆性以及硬度的由大到小依次是萼部、中部、梗部。趙愛玲等[14]對‘臨猗梨棗’和‘壺瓶棗’脆熟半紅期的果實進行肩部、中部、底部不同部位穿刺試驗，發(fā)現(xiàn)果實硬度以及果肉平均堅實度中部最小，而果肉纖維指數(shù)和皮肉跌落脆性中部最大。本研究對三華李果實肩部、中部以及底部進行整果穿刺試驗發(fā)現(xiàn)，果皮強度、果皮脆性、果肉黏聚性以及果肉膠著力以果實中部最大，果實中部的細胞組織較均勻緊密，在一定程度上能夠更好反映三華李果實質地，是分析三華李果實質地的最佳部位。從操作角度分析，果實肩部以及底部穿刺不能保證探頭與穿刺部位的垂直落下，可能會對果實質地的數(shù)據(jù)產生較大影響，而果實中部相對比較容易和方便進行整果穿刺試驗，測定結果也更為真實、可靠。

三華李是典型的中國李南方品種群，其中‘麒麟’三華李是軟枝型三華李的代表性優(yōu)良品種，與普通三華李相比，具有早結、豐產穩(wěn)產、果型大、商品性好、適應性強等優(yōu)點[41]。本研究利用質構儀穿刺試驗法，以‘麒麟’三華李為典型材料，初步建立了量化評價三華李果實質地品質的方法，能較好地反映成熟三華李果實的質地特征，豐富了三華李質地品質評價內容。該方法具有準確、靈敏、客觀、簡便等優(yōu)點，但是否可作為一種簡便有效評價三華李果實質地變化的標準，還需要進一步研究。