王陽(yáng),賈曉輝,王文輝,佟偉,王志華,杜艷民
(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所,遼寧興城 125100)
【研究意義】中國(guó)作為世界上梨最大的生產(chǎn)國(guó),種植面積和產(chǎn)量均占世界的 70%以上[1]。但中國(guó)的果品加工總量?jī)H占總產(chǎn)量的10%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界水果平均加工量(20%)[2]。凍梨是一種加工手段簡(jiǎn)單、營(yíng)養(yǎng)豐富的加工產(chǎn)品,相對(duì)于深加工營(yíng)養(yǎng)損失更少,且具有清熱利咽、止咳降噪、醒酒解膩、促進(jìn)食欲、幫助消化等功效[3],但由于目前對(duì)凍梨品質(zhì)缺乏有效的評(píng)價(jià)體系,研究建立凍梨的品質(zhì)評(píng)價(jià)體系,將為今后凍梨工藝優(yōu)選、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)研究及規(guī)模化生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。【前人研究進(jìn)展】近年來(lái),對(duì)凍梨的研究主要集中在凍梨基本信息的介紹。張文利等[4]對(duì)甘肅地區(qū)的凍梨品種進(jìn)行了闡述,其中多為秋子梨品種;王文輝等[3]對(duì)我國(guó)凍梨生產(chǎn)歷史、產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析,概述了凍梨的歷史文化、品種以及食用方法,提出目前凍梨產(chǎn)業(yè)問(wèn)題較多,如:缺乏統(tǒng)一的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、工藝混亂等;張忠等[5]對(duì)軟兒梨凍梨解凍方式進(jìn)行了研究,得出空氣解凍較水浴解凍能更好保持果實(shí)品質(zhì);王陽(yáng)等[6]對(duì)凍梨的適宜品種進(jìn)行了篩選,得出秋子梨品種更適宜做凍梨?!颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前對(duì)凍梨的研究還不夠深入,缺乏科學(xué)性和準(zhǔn)確性的凍梨品質(zhì)評(píng)價(jià)體系?!緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究在對(duì) 56個(gè)凍梨品種 18項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)基礎(chǔ)上,通過(guò)主成分分析篩選凍梨品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo),基于頻數(shù)分布建立凍梨品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)層次分析法確定凍梨各品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重以及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),利用 K類中心聚類分析和判別分析建立凍梨品質(zhì)判別函數(shù)。旨在構(gòu)建凍梨品質(zhì)評(píng)價(jià)體系,以期為凍梨品質(zhì)的科學(xué)評(píng)價(jià)奠定基礎(chǔ)。
56個(gè)供試?yán)嫫贩N分別于2016年8—10月手工采摘自國(guó)家種質(zhì)興城梨資源圃和農(nóng)戶,采摘后立即運(yùn)往中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)研究所果品貯藏冷庫(kù),0℃貯藏待用。選取大小均一、無(wú)機(jī)械損傷和病蟲(chóng)害的果實(shí)。梨品種名稱及編號(hào)見(jiàn)表1。
CR-400色差儀,日本 Konica minolta公司;PR-101α糖量?jī)x,日本ATAGO(愛(ài)宕)公司;Metrohm 808 Titrando 全自動(dòng)電位滴定儀,瑞士萬(wàn)通公司;JYZ-E16榨汁機(jī),九陽(yáng)股份有限公司;PHS-4CT微型pH計(jì),上??祪x儀器有限公司;GC-2010 Tubro Matrix 40氣相色譜儀,島津(日本)公司;JA2603B電子天平,上海精科儀器有限公司;基本型分析研磨機(jī),德國(guó) IKA(愛(ài)卡)公司;BC/BD-318HD冰箱,海爾集團(tuán)有限公司。
1.3.1 試驗(yàn)處理 待果實(shí)于最佳食用期時(shí)(后熟品種需常溫(20±1)℃下后熟至硬度1.5 kg/0.5 cm2左右)置于-20℃冰箱內(nèi),凍藏20 d后置于0℃ 24 h,再置于-20℃冰箱內(nèi)凍藏150 d后測(cè)定品質(zhì)指標(biāo)。
1.3.2 凍梨品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定 果皮、果肉色差值(L*、a*、b*、C*、h)采用 CR-400手持色差儀通過(guò)反射法測(cè)定。隨機(jī)選取10個(gè)大小均勻的果實(shí),擦拭無(wú)水后以果皮上兩個(gè)互相對(duì)稱的點(diǎn)為測(cè)定點(diǎn),測(cè)定果皮色差值;將果皮上兩個(gè)互相對(duì)稱的點(diǎn)去皮,測(cè)定果肉色差值。
可溶性固形物含量(TSS)采用PR-101α糖度計(jì)測(cè)定。隨機(jī)選取10個(gè)大小均勻的果實(shí),去核后于研磨機(jī)內(nèi)搗碎成勻漿,過(guò)濾,蒸餾水調(diào)零后將濾液滴于糖度計(jì)上讀數(shù)即可,重復(fù)3次。
可滴定酸(TA)含量采用瑞士 Metrohm 808 Titrando電位滴定儀測(cè)定。稱取上述過(guò)濾后的果汁3 g,用蒸餾水定容至30 mL,用標(biāo)定過(guò)的NaOH溶液滴定,重復(fù)3次。
出汁率測(cè)定。隨機(jī)選取10個(gè)果實(shí),用榨汁機(jī)制取果汁。根據(jù)出汁率(%)=果汁質(zhì)量/果肉質(zhì)量×100計(jì)算出汁率,重復(fù)3次。
石細(xì)胞含量測(cè)定[7]。石細(xì)胞含量(%)=石細(xì)胞質(zhì)量/果肉質(zhì)量×100,重復(fù)3次。
乙醇含量采用GC-2010 Tubro Matrix 40氣相色譜儀測(cè)定。稱取1.335—1.350 g NaCl置于20 mL的色譜瓶?jī)?nèi),加1 mL去離子水,再吸取5 mL果汁,封蓋,搖勻后置于進(jìn)樣器轉(zhuǎn)盤上,根據(jù)峰面積記錄乙醇濃度,計(jì)算出乙醇含量,重復(fù)3次。
汁液流失率測(cè)定[8]。汁液流失率(%)=原凍結(jié)重量-解凍后重量/原凍結(jié)重量×100,重復(fù)3次。
單果重測(cè)定。隨機(jī)稱取 20個(gè)果實(shí)稱重,重復(fù) 3次。
用Excel 2010和SPSS 20.0進(jìn)行主成分分析、頻數(shù)分布分析、層次分析、K類中心聚類分析、判別分析等統(tǒng)計(jì)分析。
表1 凍梨供試品種Table 1 Tested cultivars of frozen pear
凍梨18項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的變幅、平均數(shù)、變異系數(shù)見(jiàn)表2。由表2可知,品種間果皮L*值差異較小,變異系數(shù)(CV)僅為9.97%;各品種間果皮a*值差異很大(CV=112.33%),其中 2個(gè)品種(玉露香、新梨 7號(hào))為負(fù)值,其余均為正值;品種間果皮b*、C*值差異較大,CV分別為33.31%、36.51%;品種間果皮h值差異很小,CV僅為6.54%,分布在黃色區(qū)域;品種間果肉L*值CV僅為11.96%,顏色較果皮淺;果肉a*值、b*值均為正值,果肉均呈黃綠色;品種間果肉C*值變異系數(shù)較大(CV=30.74%);品種間果肉h值差異較小,CV僅為10.32%;大多數(shù)品種TSS在10%以上,占 76.79%;品種間 TA含量差異很大(CV=77.40%),TA含量最低僅為0.04%,最高達(dá)0.77%;品種間固酸比差異很大,CV為 71.40%;品種間出汁率差異不大,CV為14.70%;品種間石細(xì)胞含量、乙醇含量、汁液流失率、單果重差異很大,CV分別為360.37%、253.77%、253.77%和48.31%。由于涵蓋了白梨、秋子梨、砂梨、西洋梨等梨品種,鮮果品種間品質(zhì)差異較大,因此整體呈現(xiàn)出較大的差異。
表2 凍梨18項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的變異情況Table 2 Variation of 18 indices for frozen pear
對(duì)18項(xiàng)凍梨品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,各因子系數(shù)、特征值及方差貢獻(xiàn)率見(jiàn)表3,以特征值大于1的原則提取出4個(gè)主成分,累積貢獻(xiàn)率為82.05%,包含了原始數(shù)據(jù)的大部分信息[9]。其中,第 1主成分包含了原始信息的28.20%,主要由TSS、TA、TSS/TA決定,反應(yīng)了凍梨酸甜程度,命名為口味因子;第2主成分包含了原始信息的23.75%,主要由果皮L*、a*、b*、C*、h值決定,反應(yīng)了凍梨果皮顏色,命名為果皮色澤因子;第3主成分包含了原始信息的17.73%,主要由果肉a*、h值決定,反應(yīng)了凍梨果肉顏色,命名為果肉色澤因子;第 4主成分包含了原始信息的12.37%,主要由石細(xì)胞含量決定,反應(yīng)了凍梨果肉粗糙程度,命名為粗糙度因子。其中,在果皮色澤因子指標(biāo)中,C*值的因子權(quán)重最大(以絕對(duì)值論,下同),且C*值、h值均可由a*、b*導(dǎo)出,故選擇果皮L*、C*值代表果皮色澤因子;同理在果肉色澤因子指標(biāo)中,果肉h值因子權(quán)重大于果肉a*值,故選擇果肉h值代表果肉色澤因子。
基于上述分析,確定TSS、TA含量、TSS/TA、果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、石細(xì)胞含量7項(xiàng)指標(biāo)為凍梨品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo),其中,TSS、TA含量、TSS/TA為味覺(jué)品質(zhì)指標(biāo),果皮L*、果皮C*值為果皮色澤品質(zhì)指標(biāo),果肉h值為果肉色澤品質(zhì)指標(biāo),石細(xì)胞含量為口感品質(zhì)指標(biāo)。
利用SPSS數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)TSS、TA、TSS/TA、果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、石細(xì)胞含量進(jìn)行頻數(shù)分布分析,劃分成5級(jí)(極低、低、中、高和極高)[10],同時(shí)利用單個(gè)樣本K-S進(jìn)行檢驗(yàn),以概率值大于0.05表示分級(jí)呈正態(tài)分布[11]。凍梨7項(xiàng)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及各級(jí)的樣品分布見(jiàn)表 4,每組中的數(shù)據(jù)含這組起止范圍的最低值,不含最高值。由表 4可知,除石細(xì)胞含量去掉一個(gè)拖尾(黃金對(duì)麻)后符合正態(tài)分布外,其他7項(xiàng)指標(biāo)均符合正態(tài)分布。從樣品分布上看,果皮L、C、h值、TSS多集中在低等級(jí);TA含量、TSS/TA極低的樣品超過(guò)1/2;石細(xì)胞含量極低的樣品約占 34.55%,其次是低等級(jí)的樣品(30.91%),高等級(jí)樣品僅占3.64%。
表3 凍梨18項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)主成分分析結(jié)果Table 3 Factor analysis of 18 indices for frozen pear
表4 凍梨7項(xiàng)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Grading of 7 evaluation indices for frozen pear
采用 1—9標(biāo)度法[12],結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn),構(gòu)造出層次結(jié)構(gòu)關(guān)系(表 5)以及判斷矩陣(表 6)。各判別矩陣的CI、CR值均滿足CI<0.1,CR<0.1,說(shuō)明建立的判斷矩陣具有滿意的一致性,接受層次總排序結(jié)果[13],得到 TSS、TA含量、TSS/TA、果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、石細(xì)胞含量 7項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重分別為0.1176、0.0477、0.2900、0.0166、0.0498、0.1101、0.3683??梢?jiàn),石細(xì)胞含量和TSS/TA對(duì)凍梨品質(zhì)貢獻(xiàn)最大,其次是TSS和果肉h值,TA含量和果皮C對(duì)凍梨品質(zhì)的影響較小,以果皮L*值對(duì)凍梨品質(zhì)的影響最小。
分別利用凍梨7項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值乘以100作為該指標(biāo)的滿分值,各評(píng)價(jià)指標(biāo)滿分之和為100分,以各評(píng)價(jià)指標(biāo)滿分值的10%為級(jí)差,確定各指標(biāo)分級(jí)的得分[14]。正向指標(biāo)(果皮C值、SSC、TA)以最高等級(jí)為滿分,其前各等級(jí)得分以10%的級(jí)差遞減;負(fù)向指標(biāo)(果皮L*值、果肉h值、石細(xì)胞含量)以最低等級(jí)為滿分,其后各等級(jí)得分以10%的級(jí)差遞減;中性指標(biāo)(TSS/TA)以中等級(jí)為滿分,由于中國(guó)人喜甜,TSS/TA由中向極低,得分以滿分值的 20%為級(jí)差;TSS/TA由中向極高,得分以滿分值的 10%為級(jí)差。各指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表7。
表5 7項(xiàng)凍梨品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的層次結(jié)構(gòu)Table 5 Hierarchical structure of 7 evaluation indices for frozen pear
表6 判別矩陣及其一致性檢驗(yàn)Table 6 Discriminant matrix and its consistency
用凍梨的7項(xiàng)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重乘以對(duì)應(yīng)品質(zhì)指標(biāo)得分經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值,計(jì)算出56個(gè)樣品的綜合得分,用K類中心聚類分析將56個(gè)樣品依綜合得分劃分為5類,其品質(zhì)依次為優(yōu)、良、中、差和極差[15]。從5類樣品中各抽取38個(gè)樣品(2/3樣品)作為建模樣本用于建立判別函數(shù),余下18個(gè)樣品(1/3樣品)作為檢驗(yàn)樣本用于檢驗(yàn)判別函數(shù)的準(zhǔn)確性。分別得到5個(gè)Fisher判別函數(shù)[16]:
y1=-215.937.89x1-2.25x2+0.628x3+5.86x4+143.53x5+0.95x6-6.12x7
y2=-192.35+7.01x1-2.575x2+0.92x3+7.14x4+99.51x5+0.70x6-5.04x7
y3=-4085.51-4.38x1-2.53x2+0.74x3+11.30x4-479.37x5-0.83x6+111.05x7
y4=-359.551+10.32x1-3.02x2+0.29x3+5.16x4+260.19x5+1.57x6-7.81x7
y5=-408.99+10.22x1+0.52x2+3.52x3+309.73x4+1.80x5-8.31x6-408.99x7
式中,x1—x7分別代表果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、SSC、TA含量、SSC/TA、石細(xì)胞含量7項(xiàng)凍梨品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的得分,y1—y5分別代表優(yōu)、良、中、差和極差。
將TSS、TA含量、TSS/TA、果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、石細(xì)胞含量的得分分別代入上述函數(shù),計(jì)算函數(shù)值,第幾個(gè)判別函數(shù)值最大,則該凍梨品質(zhì)就屬于第幾類。由表7可知,在研究的56個(gè)品種中,南果梨、紅南果、尖把梨等7個(gè)品種凍梨品質(zhì)為優(yōu),酥木梨、無(wú)籽黃、豐水等10個(gè)品種的凍梨品質(zhì)為差,以黃金對(duì)麻凍梨品質(zhì)最差(石細(xì)胞含量太高)。用上述判別函數(shù)對(duì)建模樣本(38個(gè)品種)進(jìn)行判別,有1個(gè)第3類樣品(品質(zhì)中)誤判為了第2類樣品(品質(zhì)良),判對(duì)的概率為97.37%。用上述判別函數(shù)對(duì)檢驗(yàn)樣本(18個(gè)品種)進(jìn)行判別,判對(duì)的概率為100%。可見(jiàn),所建立的判別函數(shù)正確判別率極高,完全適用于凍梨品質(zhì)綜合判別。
表8 凍梨品質(zhì)情況Table 8 The quality of frozen pear
與鮮果相比,凍梨最大的變化是果皮顏色呈黑褐色,這是由于梨果經(jīng)反復(fù)凍融后細(xì)胞破裂,非酶促褐變和酶促褐變同時(shí)發(fā)生,并且梨果皮的酚類物質(zhì)顯著高于果肉所造成,更加說(shuō)明了表皮褐變程度較果肉嚴(yán)重的多[16-17]。據(jù)在長(zhǎng)春、延邊、甘肅等地區(qū)調(diào)研發(fā)現(xiàn),凍梨表皮越黑越受人們喜愛(ài),食用方法多為解凍后直接剝皮食用,黑褐色的表皮已成為凍梨的最基本特征,果皮、果肉的色差值(L*、a*、b*、C*、h)可以全面評(píng)價(jià)顏色的變化,色差計(jì)早已在梨汁、蘋果汁、南果梨褐變等方面得到廣泛應(yīng)用;糖酸含量是梨果的主要營(yíng)養(yǎng)及風(fēng)味物質(zhì),通常以固酸比來(lái)綜合評(píng)價(jià)果實(shí)的風(fēng)味變化;不同梨品種果實(shí)石細(xì)胞含量存在很大差異,這是鑒別梨果肉品質(zhì)的重要依據(jù)之一。
本研究通過(guò)主成分分析以降維的方式將18項(xiàng)凍梨品質(zhì)指標(biāo)轉(zhuǎn)化成幾個(gè)綜合指標(biāo),根據(jù)特點(diǎn)對(duì)其分類命名,達(dá)到簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)和揭示變量間關(guān)系的目的[18-19],利用主成分分析法篩選關(guān)鍵指標(biāo)的分析方法在華紅蘋果[20]、番茄[21]等品質(zhì)研究中早已應(yīng)用。在凍梨品質(zhì)評(píng)價(jià)體系中,得到了TSS、TA含量、TSS/TA、果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、石細(xì)胞含量7項(xiàng)指標(biāo)為凍梨品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo),這與凍梨品質(zhì)的變化最為密切,充分體現(xiàn)了凍梨的品質(zhì)特點(diǎn)。
頻數(shù)分布可將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分成若干組別,明確各樣品的分布情況,通常以劃分成5級(jí)(極低、低、中、高和極高)居多,能夠更加準(zhǔn)確的反映目標(biāo)樣品的等級(jí)分布,再結(jié)合層次分析法確定各指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),且層次分析是對(duì)一些較為復(fù)雜、模糊的問(wèn)題做出決策的簡(jiǎn)易方法[11],此法廣泛應(yīng)用于蘋果汁[22]、油桃汁[12]和宣木瓜果脯[23]等品質(zhì)評(píng)價(jià)研究,可科學(xué)、準(zhǔn)確地確定指標(biāo)權(quán)重,但在進(jìn)行K-S檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn),因黃金對(duì)麻的石細(xì)胞含量高達(dá)74.68 g/100 g,影響了石細(xì)胞含量的正態(tài)分布,將其舍去后符合正態(tài)分布,分析得出黃金對(duì)麻果實(shí)品質(zhì)下降(石細(xì)胞含量高)與資源圃管理及當(dāng)年天氣密切相關(guān)。
判別函數(shù)可以用一些函數(shù)來(lái)表示和鑒別某個(gè)特征數(shù)值屬于哪個(gè)類別,該方法在香榧籽[24]、甜瓜[25]、紅茶[26]、葡萄酒香氣鑒別[27]、獼猴桃和柚子分類及指紋圖譜鑒別[28]等方面得到了應(yīng)用。本研究針對(duì)極差、差、中、良和優(yōu)5類凍梨,建立了凍梨品質(zhì)判別函數(shù),建模樣本和檢驗(yàn)樣本正確判別率分別達(dá)到 97.37%和100%,顯示了極高的判別準(zhǔn)確性。因此,這些判別函數(shù)完全可用于凍梨品質(zhì)優(yōu)劣的判別與分類,成為評(píng)價(jià)凍梨品質(zhì)的重要技術(shù)手段。
凍梨是一種傳統(tǒng)的加工食品,經(jīng)常在北方春節(jié)前后食用,但對(duì)于從未接觸過(guò)凍梨的人們來(lái)說(shuō),由于對(duì)凍梨的認(rèn)識(shí)不夠,將凍梨誤認(rèn)為爛果,同時(shí)因加工技術(shù)手段落后,外包裝差,外觀品質(zhì)一般,嚴(yán)重制約了凍梨產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。通過(guò)對(duì)凍梨品質(zhì)評(píng)價(jià)體系研究不僅可以確定評(píng)價(jià)凍梨的關(guān)鍵指標(biāo),而且可以篩選出優(yōu)異的凍梨品種。擬選南果梨、尖把梨等優(yōu)異凍梨品種,以后熟硬度、解凍次數(shù)等因素篩選最佳工藝,通過(guò)篩選出的最佳工藝參數(shù)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)凍梨色、香、味及質(zhì)地的變化,進(jìn)一步推動(dòng)凍梨產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?;a(chǎn),為凍梨的產(chǎn)業(yè)及技術(shù)推廣奠定基礎(chǔ)。
凍梨品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)可用可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、石細(xì)胞含量7項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià);建立了評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)及標(biāo)準(zhǔn),為凍梨的品質(zhì)評(píng)價(jià)提供了依據(jù);同時(shí),建立的凍梨品質(zhì)判別函數(shù)具有極高的判別準(zhǔn)確性,可用于凍梨品質(zhì)定性判別。