果蔬成分與細(xì)胞結(jié)構(gòu)對(duì)其質(zhì)地特性的影響

趙邯 劉春菊，* 李越 李大婧 李斌 牛麗影 肖亞冬 于蕊

（1江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，江蘇 南京 210014；2沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 沈陽 110161）

隨著生活水平的提高，水果與蔬菜成為人們?nèi)粘ｏ嬍持胁豢苫蛉钡氖澄镏弧Ｓ醒芯勘砻?，適當(dāng)食用水果與蔬菜可有效降低患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)，且水果與蔬菜具有低熱量及高膳食纖維等特點(diǎn)，有助于人們降低體重，降低高血壓、高血脂等疾病的發(fā)生幾率［1］。而不同果蔬的內(nèi)在化學(xué)成分、細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)和外在質(zhì)地特性、口感味道等差異較大，如蘋果富含碳水化合物、酚類等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，且干物質(zhì)含量豐厚，組織結(jié)構(gòu)較為緊密，表現(xiàn)出較好的黏彈性［2］；桃味道香甜，富含糖類物質(zhì)和果膠，香氣濃郁，質(zhì)地較軟［3-4］；馬鈴薯的淀粉、纖維素、果膠質(zhì)含量較高，具有較高的硬度［5］。

質(zhì)地是除了色、香、味之外重要的物理品質(zhì)特性，是決定果蔬品質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)之一，也是影響消費(fèi)者選擇產(chǎn)品的重要因素。Wang等［6］研究表明，細(xì)胞內(nèi)可溶性固形物、蛋白質(zhì)、淀粉、多糖、可溶性糖及酚類等化學(xué)組分均對(duì)質(zhì)地特性存在一定影響；李卓豪等［7］研究發(fā)現(xiàn)，果蔬內(nèi)含有的小分子糖可替代水分，與大分子極性殘基連接，穩(wěn)定細(xì)胞膜中的結(jié)構(gòu)組分如磷脂、蛋白質(zhì)等，防止細(xì)胞發(fā)生坍塌；Zhang等［8］研究表明，纖維素是影響產(chǎn)品質(zhì)地特性的主要因素，其次是淀粉、果膠含量；張崇彬［9］研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)可作為淀粉物料膨化時(shí)內(nèi)部密閉氣室的可塑性壁材，對(duì)產(chǎn)品的組織結(jié)構(gòu)具有改善作用，對(duì)內(nèi)部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性具有維持作用；Feng等［10］研究發(fā)現(xiàn)，纖維素是一種穩(wěn)定性較強(qiáng)的聚合物，其微纖維厚度對(duì)細(xì)胞壁的機(jī)械強(qiáng)度有著顯著影響。果蔬細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及空間排布對(duì)果蔬的力學(xué)性能具有直接影響，決定著果蔬產(chǎn)品的質(zhì)地［11］，武新慧等［12］研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞變形、細(xì)胞間的孔隙增大、細(xì)胞膨壓下降是影響果蔬黏彈性的主要原因。田青蘭等［13］研究表明，果皮的質(zhì)地特性與其微觀結(jié)構(gòu)具有顯著相關(guān)性。

不同果蔬具有不同的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)，同時(shí)也影響后續(xù)加工過程中的產(chǎn)品品質(zhì)。本研究選取6種常見的不同基質(zhì)類的果蔬作為研究對(duì)象，測(cè)定其化學(xué)組分、微觀結(jié)構(gòu)、孔隙率、力學(xué)特性及質(zhì)地特性，通過相關(guān)性分析、主成分分析以及聚類分析探明不同果蔬化學(xué)組分、細(xì)胞結(jié)構(gòu)與質(zhì)地特性之間的關(guān)系，旨在為后續(xù)果蔬的加工利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選取新鮮、八分熟的果蔬，包括蘋果（陜西紅富士）、梨（山西貢梨）、桃（錦繡黃桃）、馬鈴薯（定西黃皮土豆）、山藥（安徽淮山藥）、青蘿卜（濰縣蘿卜），購(gòu)于南京市國(guó)銀水果超市。蒽酮、戊二醛、甲醇、氫氧化鉀、無水碳酸鈉、硼氫化鈉、三氯甲烷、丙酮、無水乙醇、二甲苯、中性樹膠、酒精醋酸福爾馬林混合固定液（formalin-aceto-alcohol，F(xiàn)AA），上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

SZF-06A粗脂肪測(cè)定儀，上海新嘉電子有限公司；CT3-25K型質(zhì)構(gòu)儀，美國(guó)BROOKFIELD公司；101A-2型數(shù)顯電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海浦東榮豐科學(xué)儀器有限公司；QDPH-5型電加熱式氣流膨化設(shè)備，天津市勤德新材料科技有限公司；BS224S電子分析天平，北京賽多利斯科學(xué)儀器公司；TDL-5-A低速臺(tái)式大容量離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；HZQ-F100全溫度振蕩培養(yǎng)箱，太倉(cāng)市華美生化儀器廠；UV-6300紫外可見分光光度計(jì)，上海美譜達(dá)儀器有限公司；JXFSTPR全自動(dòng)樣品快速研磨儀，上海凈信實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司；H-7650透射電子顯微鏡，上海鑄金分析儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 原料預(yù)處理 選取6種形狀大小均勻、無損傷的不同新鮮果蔬清洗、去皮，一部分果肉用于后續(xù)化學(xué)組分以及細(xì)胞結(jié)構(gòu)的測(cè)定；另一部分制成直徑為27 mm、厚5 mm的果蔬片，用于孔隙度、應(yīng)力-松弛曲線、質(zhì)地剖面分析（texture profile analysis，TPA）指標(biāo)測(cè)定。

1.3.2 基本化學(xué)成分含量測(cè)定 水分含量：GB 5009.3-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》［14］；淀粉含量：GB 5009.9-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中淀粉的測(cè)定》［15］中的酸水解法；脂肪含量：GB 5009.6-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測(cè)定》［16］；蛋白質(zhì)含量：GB 5009.5-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》［17］中的分光光度法；總酸含量：GB 12456-2021《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總酸的測(cè)定》［18］；灰分含量：GB 5009.4-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測(cè)定》［19］；可溶性糖含量測(cè)定參照黃麗等［20］的方法，結(jié)果均以新鮮質(zhì)量計(jì)。

1.3.3 細(xì)胞壁組分含量的測(cè)定

1.3.3.1 細(xì)胞壁提取 取20.0 g新鮮果蔬去皮后切丁，液氮冷凍后進(jìn)行研磨，研磨后樣品分別加入80 mL 95%的乙醇溶液，在100 ℃下水浴30 min，冷卻后離心40 min。去上清液，加入70%乙醇120 mL充分?jǐn)嚢韬笤俅坞x心。去上清液后分別加入120 mL氯仿-甲醇（體積比為1∶1）、120 mL丙酮進(jìn)行抽濾，直至濾渣呈白色粉餅狀。收集所得濾渣，將濾渣置于60 ℃干燥箱中干燥至恒重，即得細(xì)胞壁物質(zhì)（cell wall material，CWM）；將CWM裝袋密封后于-80 ℃超低溫冰箱儲(chǔ)存。

1.3.3.2 細(xì)胞壁各組分分離 稱取0.04 g CWM放入50 mL離心管中，加入25 mL蒸餾水，熱水浴5 min，冷卻后離心（11 000 r·min-1，40 min），上清液為水溶性果膠（water-soluble pectin，WSP）。取殘?jiān)尤?5 mL 0.05 mol·L-1反式-1，2-環(huán)己二胺四乙酸溶液（含0.1 mol·L-1乙酸鉀），在28 ℃下恒溫震蕩培養(yǎng)6 h，離心，上清液為螯合性果膠（CDTA-soluble pectin，CSP）。取殘?jiān)尤?5 mL的50 mmol·L-1碳酸鈉溶液（含20 mmol·L-1硼氫化鈉）25 ℃下恒溫震蕩培養(yǎng)6 h，離心，上清液為堿溶性果膠（Na2CO3-soluble pectin，NSP）。進(jìn)一步在剩余殘?jiān)屑尤?5 mL 4 mol·L-1氫氧化鉀溶液（含20 mmol·L-1硼氫化鈉）25 ℃震蕩培養(yǎng)12 h，離心，上清液為半纖維素（hemicelluloses，HC）。在剩余殘?jiān)屑尤?5 mL蒸餾水沖洗，離心，將5 mL 72 %硫酸加入洗滌后的沉淀中，35 ℃恒溫培養(yǎng)1 h后加入25 mL蒸餾水，100 ℃水解1 h，離心，得到纖維素（cellulose，CEL）。WSP、CSP、NSP含量采用咔唑乙醇比色法進(jìn)行測(cè)定，HC、CEL含量采用蒽酮比色法測(cè)定，結(jié)果均以新鮮質(zhì)量計(jì)。

1.3.4 微觀結(jié)構(gòu)

1.3.4.1 過碘酸雪夫染色法（periodic acid-schiff stain，PAS） 將不同新鮮去皮果蔬切成體積不超過1 cm3的果蔬塊，放入10 mL離心管中，加入FAA固定液，常溫保存。將樣品進(jìn)行石蠟切片、染色、脫水，封片后利用顯微鏡鏡檢，并采集圖像進(jìn)行分析。

1.3.4.2 透射電鏡觀察 將果肉切成2 mm×2 mm×2 mm的小正方體后，放入裝有6 mL 2.5%戊二醛溶液的離心管中，用紗布將樣品固定在溶液中（防止樣品漂浮在溶液表面），常溫放置2 h后，放入4 ℃冰箱內(nèi)保存24 h，再進(jìn)行前固定、漂洗、后固定、脫水、包埋、聚合、切片等試驗(yàn)流程，運(yùn)用透射電鏡對(duì)制片進(jìn)行圖像采集。

1.3.4.3 圖像處理 運(yùn)用CaseViewer 2.4軟件將不同新鮮果蔬PAS染色圖放大相同倍數(shù)，運(yùn)用Image J V 1.8.0軟件對(duì)原始圖像進(jìn)行灰度轉(zhuǎn)化、二值化表達(dá)；再運(yùn)用Adobe Photoshop 2020軟件對(duì)二值圖內(nèi)的雜質(zhì)進(jìn)行消除，并填補(bǔ)細(xì)胞間孔隙及邊緣，調(diào)整圖像對(duì)比度及亮度，獲得最終圖像。

1.3.4.4 測(cè)量指標(biāo) 利用Image J V 1.8.0軟件計(jì)算不同新鮮果蔬最終圖像上的平均細(xì)胞橫截面面積（A）、細(xì)胞橫截面周長(zhǎng)（L）和分形維數(shù)，并根據(jù)公式計(jì)算當(dāng)量直徑、細(xì)胞圓度，每個(gè)組計(jì)算3個(gè)平行。

細(xì)胞當(dāng)量直徑：與所測(cè)對(duì)象面積相同的圓的直徑D，計(jì)算見公式（1）：

式中，D為細(xì)胞截面當(dāng)量直徑（μm）；A為細(xì)胞截面面積（μm2）。

細(xì)胞圓度：細(xì)胞橫截面接近理論圓的程度SR，計(jì)算見公式（2）：

式中，SR為細(xì)胞截面圓度；A為細(xì)胞截面面積（μm2）；L為細(xì)胞截面周長(zhǎng)（μm）。

1.3.5 孔隙度測(cè)定 參照Zielinska等［21］的方法測(cè)定體積密度、顆粒密度及孔隙度。

1.3.6 應(yīng)力-松弛特性曲線測(cè)定 采用CT3-25K質(zhì)構(gòu)分析儀進(jìn)行應(yīng)力-松弛曲線的測(cè)定：探頭為TA25/1000，目標(biāo)值為形變量20%，觸發(fā)點(diǎn)負(fù)荷為10 g，測(cè)試速度為1 mm·s-1。

運(yùn)用公式（3）和公式（5）計(jì)算出應(yīng)力與應(yīng)變數(shù)值，運(yùn)用公式（4）計(jì)算出最大應(yīng)力，運(yùn)用公式（6）擬合載荷部分的應(yīng)力-應(yīng)變曲線：

式中，σ為應(yīng)力（MPa）；G為負(fù)荷（N）；A為樣品的橫切面面積（cm2）；σmax為最大應(yīng)力（MPa）；Fmax為最大負(fù)荷（N）；ε為應(yīng)變（%）；△L為位移或距離（厚度改變量）（mm）；L為樣品壓縮前原始厚度（mm）；E為彈性模量（MPa）；p為黏性指數(shù)；d為黏彈性參數(shù)（MPa）。

松弛段曲線用Maxwell三元件流變模型進(jìn)行擬合，其數(shù)學(xué)模型見公式（7）和公式（8）：

式中，F(xiàn)（t）為物料承受的載荷（N）；t為松弛試驗(yàn)時(shí)間（s）；D0為定變形量（mm）；E0為平衡彈性系數(shù)（N·mm-1）；E1為衰變彈性系數(shù)（N·mm-1）；T為松弛時(shí)間（s）；η為阻尼體黏滯系數(shù)（N·s·mm-1）。

使用IBM SPSS Statistics 25軟件將F（t）與t值代入上述公式，運(yùn)用非線性擬合對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合求解，得到壓縮段σmax、E和松弛段E0、E1、T、η參數(shù)。

1.3.7 質(zhì)地特性測(cè)定 運(yùn)用CT3-25K質(zhì)構(gòu)分析儀對(duì)不同新鮮果蔬樣品的質(zhì)構(gòu)進(jìn)行測(cè)定，選用TPA模式進(jìn)行二次壓縮。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)由IBM SPSS Statistics 25軟件進(jìn)行Duncan方差分析，顯著性水平P＜0.05，采用Origin 2021軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同果蔬基本化學(xué)成分

由表1可知，6種果蔬樣品中水分含量最高為青蘿卜（91.55 g·100 g-1），水分含量較低為馬鈴薯（81.13 g·100 g-1）和山藥（81.68 g·100 g-1）；淀粉含量較高的是馬鈴薯（14.57 g·100 g-1）和山藥（13.98 g·100 g-1），分別占總固形物含量的77.21%和76.31%；脂肪含量較高為蘋果（0.15 g·100 g-1）和青蘿卜（0.12 g·100 g-1）；山藥所含蛋白質(zhì)和灰分含量較高；桃的總酸含量最高，為0.29 g·100 g-1。

表1 不同果蔬化學(xué)成分含量Table 1 Basic chemical components content of different fruits and vegetables/（g·100 g-1）

由表2可知，不同果蔬之間的可溶性糖組分含量存在明顯差異。蘋果中果糖含量最高，占總糖含量的62.63%，其次是葡萄糖，最少的是蔗糖；桃中蔗糖含量最高，占總糖含量的71.08%，與其他果蔬差異較大；梨中果糖含量最高，占總糖含量的67.08%。蔬菜組中的可溶性糖含量為5.14～25.64 mg·g-1，較水果組含量低，青蘿卜可溶性糖含量在蔬菜組中較高，馬鈴薯與山藥的總糖含量較低且差異不顯著（P＞0.05）。

表2 不同果蔬可溶性糖含量Table 2 Soluble sugar content of different fruits and vegetables/（mg·g-1）

2.2 不同果蔬細(xì)胞壁物質(zhì)及其各組分含量

由表3可知，蔬菜的CWM含量顯著高于水果（P＜0.05）。桃果實(shí)的WSP含量為2.22 mg·g-1，顯著高于其他果蔬（P＜0.05），而青蘿卜的WSP含量最低。青蘿卜的CSP含量最高，山藥的CSP含量最低。蘋果中NSP的含量最高，馬鈴薯中NSP含量最低。水果中桃的總果膠含量最高，梨的總果膠含量最低；蔬菜中青蘿卜的總果膠含量最高，馬鈴薯和山藥的含量較低。蔬菜組的HC、CEL和總纖維含量均顯著高于水果組（P＜0.05），其中馬鈴薯的HC、CEL和總纖維含量最高；水果組中梨的HC含量最低，為0.68 mg·g-1，蘋果與桃的HC含量無顯著差異（P＞0.05）；不同水果的CEL含量存在顯著差異（P＜0.05），其中蘋果CEL含量最高，桃含量最低。

表3 不同果蔬中細(xì)胞壁物質(zhì)及其組分含量Table 3 Cell walls and their components content of different fruits and vegetables/（mg·g-1）

2.3 不同果蔬細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)

2.3.1 不同果蔬細(xì)胞結(jié)構(gòu) 由圖1可知，新鮮果蔬的組織結(jié)構(gòu)較為緊密，細(xì)胞邊界清晰，形態(tài)較為飽滿，細(xì)胞間孔隙較少，排列較為規(guī)則。但不同果蔬間的細(xì)胞結(jié)構(gòu)差異較為明顯，由圖1-A可知，蘋果細(xì)胞較大，細(xì)胞大小不均一，細(xì)胞間存在較大空隙［22］；由圖1-B可知，桃的細(xì)胞最小，各細(xì)胞緊密連接在一起，排列規(guī)則性較低；由圖1-C可知，梨的細(xì)胞大小分布不均勻，較大細(xì)胞呈現(xiàn)多邊形，較小細(xì)胞呈現(xiàn)橢圓形狀態(tài)，排列較為緊密；由圖1-D、E可知，馬鈴薯與山藥細(xì)胞輪廓清晰，排列緊密，細(xì)胞中均存在淀粉顆粒，顆粒呈橢圓形，均勻地分布在細(xì)胞中，與山藥相比，馬鈴薯細(xì)胞中存在少量較大的淀粉顆粒，而山藥細(xì)胞中存在大量較小的淀粉顆粒；由圖1-F可知，青蘿卜的細(xì)胞排列緊密，細(xì)胞呈橢圓形，但細(xì)胞大小分布不均勻，存在多個(gè)細(xì)胞聚集在一起的現(xiàn)象。

圖1 不同果蔬PAS染色圖（放大倍數(shù)6.5×，標(biāo)尺200 μm）Fig.1 PAS staining diagrams of different fruits and vegetables（magnification：6.5×，scaleplate：200 μm）

2.3.2 不同果蔬細(xì)胞結(jié)構(gòu)量化指標(biāo)差異 將圖1中不同果蔬的PAS染色圖經(jīng)處理并計(jì)算后，得到不同果蔬的細(xì)胞結(jié)構(gòu)指標(biāo)，如表4所示。不同果蔬之間的細(xì)胞差異較大，蘋果的細(xì)胞截面面積、細(xì)胞截面周長(zhǎng)及細(xì)胞當(dāng)量直徑均值均為最大，細(xì)胞圓度均值最小，為0.55，表明蘋果細(xì)胞較大，但細(xì)胞形態(tài)較不穩(wěn)定、不規(guī)則；桃的細(xì)胞截面面積、細(xì)胞截面周長(zhǎng)及當(dāng)量直徑均值最小，表明桃的細(xì)胞較小，細(xì)胞形態(tài)較規(guī)則；梨細(xì)胞截面面積、細(xì)胞截面周長(zhǎng)和當(dāng)量直徑的變異系數(shù)最高，說明梨細(xì)胞之間差異較大，細(xì)胞大小分布不均勻，但梨細(xì)胞圓度均值最高，表明梨細(xì)胞較為規(guī)則，細(xì)胞形態(tài)接近圓形。除細(xì)胞圓度外，馬鈴薯、山藥和青蘿卜的細(xì)胞各參數(shù)均值處于蘋果與桃之間，其中馬鈴薯細(xì)胞截面面積的變異系數(shù)最小，表明馬鈴薯細(xì)胞大小分布較為均勻；山藥細(xì)胞大小與形態(tài)處于馬鈴薯與青蘿卜之間；青蘿卜細(xì)胞圓度較高，細(xì)胞形態(tài)較穩(wěn)定，細(xì)胞形態(tài)較規(guī)則。

2.3.3 不同果蔬超微結(jié)構(gòu) 不同細(xì)胞結(jié)構(gòu)的細(xì)胞壁在組成和尺寸厚度上存在一定差異。結(jié)合圖1-A～C與圖2-A～C可知，蘋果、桃、梨細(xì)胞壁連接較為松散，存在斷裂情況，其中蘋果細(xì)胞壁孔隙較大，這是由于果實(shí)中膠層組織被破壞，細(xì)胞壁之間的聚合力下降，黏附能力降低，對(duì)孔隙大小存在一定影響，而孔隙又與果蔬的彈性存在相關(guān)性［23］；由圖1-D～F和圖2-D～F可知，馬鈴薯、山藥、青蘿卜的細(xì)胞壁排列相對(duì)緊密，邊界較為清晰，組織狀態(tài)更加飽滿。由圖3可知，蘋果、馬鈴薯與青蘿卜的細(xì)胞壁較厚，其中馬鈴薯細(xì)胞壁最厚；梨與山藥的細(xì)胞壁較薄，無顯著差異（P＞0.05）。

2.4 不同果蔬孔隙特性

有研究表明，孔隙占比決定著物料物理性質(zhì)和強(qiáng)度［24］。由圖4可知，不同果蔬孔隙度之間存在較大差異，蘋果與青蘿卜的孔隙度較高，且兩者間無顯著差異（P＞0.05），桃的孔隙度顯著低于其他果蔬（P＜0.05）。孔隙度與體積密度呈反比，蘋果與青蘿卜的體積密度較低，其他4種果蔬體積密度差異不顯著（P＞0.05）；桃的顆粒密度顯著低于其他果蔬（P＜0.05）。

圖4 不同果蔬的孔隙特性Fig.4 Pore characteristics of different fruits and vegetables

2.5 不同果蔬應(yīng)力-松弛特性

表5為不同果蔬應(yīng)力-松弛特性參數(shù)，不同果蔬之間的特性參數(shù)具有明顯差異。其中應(yīng)力-松弛特性參數(shù)中的σmax與硬度有關(guān)；E0代表果實(shí)果肉的彈性，其值越大，細(xì)胞壁彈性越強(qiáng)，果肉的硬度越高；T與η代表果實(shí)果肉的黏性部分，其值越大，代表果肉的黏性越低。由表5可知，馬鈴薯的E值最高，桃的σmax、E、E0、E1值較低，青蘿卜的E0、E1值較高。這是由于馬鈴薯細(xì)胞壁較厚，結(jié)構(gòu)緊密，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)中含有的纖維素微纖維會(huì)通過抵抗應(yīng)變并限制細(xì)胞膨脹，導(dǎo)致不連續(xù)性或曲率的形成，進(jìn)而使應(yīng)力增加［25］；而桃中水溶性果膠含量較高，會(huì)降低細(xì)胞間的黏附作用，使得桃果實(shí)剛性較低［26］；青蘿卜的彈性較高，是由于細(xì)胞壁較厚影響著樣品的機(jī)械強(qiáng)度［27］。馬鈴薯與山藥的T值較高，桃的T、η值較低，說明馬鈴薯與山藥的黏性較低，桃的黏性較高，這是由于馬鈴薯與山藥的果膠含量較低，而果膠具有控制細(xì)胞壁黏附的作用。

表5 不同果蔬應(yīng)力-松弛特性參數(shù)Table 5 Stress-relaxation characteristic parameters of different fruits and vegetables

2.6 不同果蔬質(zhì)地特性

質(zhì)地特性是影響消費(fèi)者選擇的重要指標(biāo)。由表6可知，6種果蔬在硬度方面存在著較大差異，青蘿卜的硬度、膠著性、咀嚼性在6種果蔬中較高；桃的質(zhì)地特性參數(shù)顯著低于其他果蔬（P＜0.05）。在水果組中，蘋果的質(zhì)地特性參數(shù)高于桃與梨，主要表現(xiàn)在硬度、彈性、膠著性與咀嚼性方面；梨的各項(xiàng)參數(shù)略低于蘋果。蔬菜的硬度遠(yuǎn)高于水果，馬鈴薯和蘋果的彈性、膠著性、咀嚼性之間無顯著差異（P＞0.05）；在蔬菜組中，山藥的各指標(biāo)低于馬鈴薯與青蘿卜，但在內(nèi)聚性方面與馬鈴薯差異不顯著（P＞0.05）。

2.7 相關(guān)性分析

由圖6可知，部分化學(xué)組分及應(yīng)力-松弛、質(zhì)地特性參數(shù)之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性。淀粉含量與σmax、E1、T、η呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），因此馬鈴薯與山藥的硬度較高、黏彈性較低；蛋白質(zhì)含量與T、硬度呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與σmax、E0、E1、η呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；總酸含量與E0、硬度呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），與E、內(nèi)聚性、彈性、膠著性、咀嚼性呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；脂肪含量與應(yīng)力-松弛、質(zhì)地特性參數(shù)之間的相關(guān)性不顯著（P＞0.05）。可溶性糖中，果糖含量與σmax呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）；葡萄糖含量與σmax、η呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）；蔗糖含量與η呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），與E、E0、E1、質(zhì)地特性參數(shù)均呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），說明可溶性糖組分中，蔗糖對(duì)質(zhì)地的影響較大。

細(xì)胞壁及其組分中，CWM含量與大部分應(yīng)力-松弛特性參數(shù)（E、σmax、E0、E1、η）和部分質(zhì)地特性參數(shù)（硬度、膠著性、咀嚼性）呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；WSP含量與部分應(yīng)力-松弛特性參數(shù)、質(zhì)地特性參數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；CSP含量與E0呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與硬度、膠著性、咀嚼性呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；HC含量與部分應(yīng)力-松弛特性參數(shù)呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；CEL含量與彈性呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與應(yīng)力-松弛特性參數(shù)、膠著性、咀嚼性呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。

在細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)中，細(xì)胞壁厚度與σmax、T、膠著性、咀嚼性呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與E、η、彈性呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；細(xì)胞截面面積和細(xì)胞截面周長(zhǎng)均與T、彈性呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；當(dāng)量直徑與E、T、內(nèi)聚性、彈性呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；細(xì)胞圓度與T、η呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；分形維數(shù)與質(zhì)地特性之間的相關(guān)性不顯著（P＞0.05）。

顆粒密度與大部分應(yīng)力-松弛、質(zhì)地特性參數(shù)呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），進(jìn)一步說明顆粒密度是影響質(zhì)地的重要參數(shù)；體積密度與內(nèi)聚性呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）；孔隙度與E、E0、質(zhì)地特性參數(shù)呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；其中應(yīng)力-松弛特性參數(shù)與部分質(zhì)地特性參數(shù)之間存在極顯著正相關(guān)性（P＜0.01）。

2.8 主成分及聚類分析

主成分分析主要通過降維的方式將多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)綜合性指標(biāo)［28］。用SPSS軟件對(duì)不同果蔬化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、質(zhì)地特性進(jìn)行主成分分析，特征值大于1的主成分共3個(gè)，其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為90.3%，可代表原數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，所以抽取3個(gè)主成分進(jìn)行分析，詳見圖6。圖6-A為主成分分布3D圖，由圖6-A可知，PC1、PC2、PC3的貢獻(xiàn)率分別為47.9%、29.9%和12.5%。圖6-B、C、D分別為圖6-A的切面圖。結(jié)合圖6-B與圖5可知，PC1反映的指標(biāo)有η、CEL、σmax、E、E0、E1、CWM、硬度、顆粒密度、HC、T，其中CEL、σmax、E、E0、E1、CWM、硬度、顆粒密度、HC、T等均與η呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），因此選擇η作為第一主成分。PC2反映的指標(biāo)有體積密度、脂肪、葡萄糖、內(nèi)聚性、孔隙度（圖6-C），其中脂肪、葡萄糖含量、內(nèi)聚性、孔隙度與體積密度呈極顯著（P＜0.01）或顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），因此選擇體積密度作為第二主成分。由圖6-D可知，PC3主要以CSP影響為主，絕對(duì)值權(quán)重高達(dá)0.855，因此選擇CSP作為第三主成分。綜上所述，選擇η、體積密度、CSP含量作為核心評(píng)價(jià)指標(biāo)。

圖5 相關(guān)性分析Fig.5 Correlation analysis

圖6 不同果蔬PCA圖Fig.6 PCA chart of different fruits and vegetable

由圖7可知，馬鈴薯和山藥被聚為一類，說明它們差異較小，其淀粉、HC含量、硬度較高，可溶性糖含量和黏性較低，主要差異在于組織結(jié)構(gòu)不同，其中馬鈴薯的細(xì)胞壁較厚并存在較大淀粉顆粒，而山藥細(xì)胞壁較薄并存在較小淀粉顆粒。

圖7 聚類分析熱圖Fig.7 Cluster analysis heatmap

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)，不同基質(zhì)果蔬的質(zhì)地特性與化學(xué)成分和細(xì)胞結(jié)構(gòu)有關(guān)。在化學(xué)成分中，細(xì)胞壁組分纖維素與果膠含量對(duì)質(zhì)地影響較大，蔬菜的纖維素含量要高于水果，通過對(duì)比應(yīng)力-松弛特性與質(zhì)地特性，可以發(fā)現(xiàn)，蔬菜組的應(yīng)力-松弛特性與硬度要明顯高于水果組，其中青蘿卜硬度最高，HC和CEL含量與質(zhì)地特性指標(biāo)呈正相關(guān)。纖維素和半纖維素構(gòu)成了細(xì)胞壁的主要“骨架”，主要起力學(xué)支撐作用［29］。Ranganathan等［30］研究發(fā)現(xiàn)，植物材料中的纖維素等細(xì)胞壁組成成分直接影響最終產(chǎn)品的質(zhì)地特性。Yao等［31］研究表明，纖維素分子聚合時(shí)鏈狀多糖分子形成微纖維，HC可與纖維素微纖維的表面相互連接，形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加細(xì)胞壁機(jī)械強(qiáng)度。本研究發(fā)現(xiàn)，桃的WSP和NSP含量較高，CSP含量較低，應(yīng)力-松弛特性指標(biāo)與硬度最低，WSP含量與質(zhì)地特性指標(biāo)呈極顯著負(fù)相關(guān)，CSP含量與部分質(zhì)地特性指標(biāo)呈極顯著正相關(guān)。這是由于果膠主要起連接與維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的作用［32］，WSP通過非共價(jià)鍵和非離子鍵松散地結(jié)合到細(xì)胞壁上，CSP含量?jī)?nèi)部結(jié)合力較大，有利于細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定［33］；NSP對(duì)維持細(xì)胞之間的黏連和果蔬質(zhì)地具有重要作用［34］。陳丹等［35］研究發(fā)現(xiàn)，超高壓竹筍有更高的CSP和NSP以及更低的WSP含量，表現(xiàn)出更高的硬度。Wang等［36］研究發(fā)現(xiàn)，隨著獼猴桃采后時(shí)間進(jìn)程的推移，WSP含量增加，細(xì)胞結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致獼猴桃軟化。Liu等［37］研究發(fā)現(xiàn)，在蓮藕加工過程中加入醋酸可以增加CSP含量，使蓮藕保持較高的硬度與細(xì)胞壁完整性。

在細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)中，細(xì)胞截面面積、周長(zhǎng)、當(dāng)量直徑、細(xì)胞壁厚度與部分力學(xué)特性、質(zhì)地特性相關(guān)性較強(qiáng)，呈正相關(guān)，細(xì)胞圓度與部分力學(xué)特性指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)；孔隙中的顆粒密度和孔隙度與質(zhì)地特性指標(biāo)呈極顯著正相關(guān)，體積密度與部分質(zhì)地指標(biāo)呈顯著負(fù)相關(guān)。由于細(xì)胞存在一定的圓度，相鄰細(xì)胞間會(huì)形成細(xì)胞間隙，即多孔物料的孔隙，這些細(xì)胞間隙是水分和氣體運(yùn)輸?shù)淖罴淹ǖ?，從而影響果蔬質(zhì)地。白嵐莎［38］研究發(fā)現(xiàn)，桃在貯藏期間出現(xiàn)了細(xì)胞結(jié)構(gòu)坍塌、不規(guī)則程度增加、細(xì)胞膜破壞、細(xì)胞內(nèi)容物溶出等現(xiàn)象，細(xì)胞形態(tài)變化明顯，果肉硬度隨之下降。Wu等［39］研究發(fā)現(xiàn)，胡蘿卜經(jīng)處理后，內(nèi)部細(xì)胞結(jié)構(gòu)外殼塌陷，細(xì)胞面積、周長(zhǎng)增加，圓度系數(shù)降低，從而使硬度降低。

本研究證明了果蔬的化學(xué)成分（可溶性糖，細(xì)胞壁及其組分）含量、細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)、孔隙度對(duì)質(zhì)地影響較大。也有研究表明，果蔬的質(zhì)地由多指標(biāo)共同作用，包括內(nèi)部膨脹壓力、細(xì)胞腔內(nèi)水的特性、細(xì)胞壁的機(jī)械強(qiáng)度與厚度、細(xì)胞和孔的大小等［40］，在這一方面還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)，蘋果與梨中果糖含量較高，桃中蔗糖、WSP含量較高，馬鈴薯與山藥淀粉含量較高，且水分含量均較低；在細(xì)胞結(jié)構(gòu)上，蘋果細(xì)胞面積最大，桃細(xì)胞面積最小且排列密集，孔隙度較低，梨的細(xì)胞形態(tài)分布不均勻，馬鈴薯存在少量的大淀粉顆粒，細(xì)胞壁較厚，山藥存在大量較小的淀粉顆粒，細(xì)胞壁較薄；在質(zhì)地特性上，桃的硬度較低，馬鈴薯的硬度較高，青蘿卜的硬度與彈性均較高。相關(guān)性分析表明，應(yīng)力-松弛特性與部分質(zhì)地特性呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），CEL含量與應(yīng)力-松弛特性參數(shù)均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），蔗糖、WSP含量與質(zhì)地特性參數(shù)均呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；顆粒密度、孔隙度與部分應(yīng)力-松弛、質(zhì)地特性參數(shù)呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；細(xì)胞結(jié)構(gòu)中，細(xì)胞壁厚度、細(xì)胞大小與部分質(zhì)地特性參數(shù)呈正相關(guān)（P＜0.05），主成分分析共提取到3個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率為90.3%，篩選出3個(gè)核心指標(biāo)，即η、體積密度、CSP；在6種果蔬中，馬鈴薯與山藥差異較小，二者間主要差異體現(xiàn)在細(xì)胞結(jié)構(gòu)與細(xì)胞壁厚度上。