張維,付復(fù)華,羅賽男,賴燈妮,朱向榮*,張群*
1(湖南大學(xué) 研究生院隆平分院,湖南 長沙,410125)2(湖南省農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,湖南 長沙,410125)3(果蔬貯藏加工與質(zhì)量安全湖南省重點實驗室,湖南 長沙,410125)4(湖南省園藝研究所,湖南 長沙,410125)
獼猴桃(ActinidiachinensisPlanch)俗稱陽桃、毛桃、山洋桃、毛梨桃等,也稱奇異果[1]。獼猴桃主要分為綠肉、黃肉、紅心三大類。目前,國內(nèi)外栽培的獼猴桃90%以上是綠肉和黃肉品種,極少數(shù)是紅肉品種[2]。國際上商品化的紅肉獼猴桃主要來源于中國[3]。紅心獼猴桃果肉綠中帶紅,其維生素C(VC)含量高、果肉細嫩、香氣濃郁、口感甘甜[4],是一種藥食一體的水果,具有預(yù)防癌癥、抗衰老、提高人體免疫、改善腸道健康、防治口腔潰瘍等藥用價值[5-6]。紅心獼猴桃因其誘人的顏色和良好的風(fēng)味,商品價值普遍高于綠肉以及黃肉獼猴桃[7]。因此,對不同地區(qū)栽培的紅心獼猴桃品種果實營養(yǎng)品質(zhì)進行分析有利于引導(dǎo)果農(nóng)選擇更好的紅心獼猴桃品種,提高經(jīng)濟收入,促進紅心獼猴桃產(chǎn)業(yè)推廣。
主成分分析(principal component analysis,PCA)是利用降維的思想,通過對指標體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系的研究,將多個指標轉(zhuǎn)化為相互獨立的綜合指標,用簡化的數(shù)據(jù)反映原始數(shù)據(jù)的多元統(tǒng)計分析方法[8-9]。聚類分析(cluster analysis,CA)是目前數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)發(fā)展最好的分支之一,能在多維空間或模式空間發(fā)現(xiàn)隱藏的結(jié)構(gòu),能利用確定的標準,如歐幾里德距離和曼哈坦距離,計算出所有樣品間的相關(guān)性,能夠根據(jù)原始數(shù)據(jù)的相似性,將原始數(shù)據(jù)簡化合并,從而更加直觀地進行相似組分信息的綜合比較[10]。為更全面地對湖南紅心獼猴桃品種的品質(zhì)特性進行評價,本文運用PCA和CA并結(jié)合感官評價,就分布于湖南的26個紅心獼猴桃品種的外觀品質(zhì)、果實感官品質(zhì)、營養(yǎng)成分等進行了詳細研究,為紅心獼猴桃的品種選育、種植推廣以及后續(xù)產(chǎn)品的開發(fā)提供一定理論參考。
供試獼猴桃來自湖南各個地區(qū)的獼猴桃種植基地,采摘時期為9~10月份,在未完全成熟前采摘,進行適當催熟處理,使其達到可食后進行測定。品種及產(chǎn)地見表1。
千分尺,成都成量工具有限公司;CT-3質(zhì)構(gòu)儀,Brookfield工程實驗室公司;Color Quest XE型全自動色度分析儀,美國Hunter Lab公司;WZB 45型數(shù)顯折光儀,上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司;JE502型分析天平(感量0.001 g),上海浦春計量儀器有限公司;JYLC020E型料理機,九陽股份有限公司。
表1 供試紅心獼猴桃品種及產(chǎn)地Table 1 Varieties and producing regions of kiwifruits
1.3.1 果實外觀品質(zhì)測定
1.3.1.1 縱橫徑及單果質(zhì)量
選取果實大小相對均一,無病蟲害的果實30個,分成3份,每份10個,用電子天平測定單果質(zhì)量,用千分尺測定果實赤道部位的縱徑、橫徑。
1.3.1.2 果肉色差
采用Hunter Lab色度系統(tǒng)對獼猴桃果肉進行顏色測定,白板校正。將獼猴桃樣品切開進行色度測定,每組10個獼猴桃樣品,取平均值。采用國際照明委員會制定的均勻色空間L*、a*、b*表色系統(tǒng)評價果實色澤:L*代表亮度,L*值越大,表示果面亮度越高,反之越低;a*代表紅綠軸色品指數(shù),正值愈大表示顏色越偏向紅色,負值越小表示顏色越偏向綠色;b*代表黃藍軸色品指數(shù),正值越大表示顏色越偏向黃色,負值越小表示顏色越偏向藍色[11]。
1.3.2 果實質(zhì)構(gòu)測定
將紅心獼猴桃去皮,再將其放置于質(zhì)構(gòu)儀下測定。質(zhì)構(gòu)儀在TPA模式下,采用TA39探頭進行壓縮實驗,測試速率2.00 mm/s,每個果測2次,每次10個果。
1.3.3 果實營養(yǎng)品質(zhì)測定
將獼猴桃去皮,勻漿,用于指標測定。
1.3.3.1 可溶性固形物和可滴定酸測定
用手持糖酸儀測定獼猴桃的可溶性固形物(soluble solids contrnt,SSC)和可滴定酸含量(titratable acid,TA)。
1.3.3.2 水分含量測定
參照 GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》。
1.3.3.3 VC含量
依據(jù)GB/T 5009.86—2016《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》。
1.3.3.4 色素測定
參考李合生[12]的方法,略有改動。稱取獼猴桃凍樣2 g,研磨成粉末,加8 mL 體積分數(shù)95%乙醇,渦旋混勻,于4 ℃冰箱靜置,待組織變白后過濾,取濾液于665、649和470 nm波長處測定吸光值,每個處理重復(fù)3次,計算葉綠素及類胡蘿卜素含量。
1.3.3.5 總酚、類黃酮與花青素含量測定
參考曹健康等[13]的方法測定,略修改。稱取研磨成粉末的獼猴桃樣2 g,加入5 mL預(yù)冷的1%HCl-甲醇溶液,混勻后浸提30 min,于4 ℃下10 000 r/min離心15 min,收集上清液備用。在280、325、600和530 nm波長處分別測定上清液的吸光值,實驗重復(fù)3次,用提取液作為調(diào)零管。
感官評定小組由6名相關(guān)專業(yè)人員構(gòu)成,對每個品種獼猴桃的10個項目進行評分。感官評定員獨立打分,不交流,不討論。
利用Excel 2010與SPSS 22軟件處理數(shù)據(jù),結(jié)果以平均值±標準偏差表示,均值間比較采用Duncan’s法(P<0.05),每組實驗重復(fù)3次。
表2 紅心獼猴桃的感官評價Table 2 Sensory evaluation of red kiwifruit
單果質(zhì)量和縱橫徑是評價獼猴桃大小和形狀的重要指標[14]。由表3可知,單果質(zhì)量變化范圍為39.94~120.43 g,變異系數(shù)為28%,存在品種間差異。其中編號為FH-9-26-01的果實質(zhì)量最大,其次是HH-9-11-02;果質(zhì)量最輕的是CS-10-15-10。
果實縱徑變化范圍為3.90~6.60 cm,其中縱徑較大的獼猴桃品種為FH-9-26-01、ZJJ-9-26-02、LH-10-8-02。果實橫徑變化范圍3.35~6.02 cm,其中HH-9-11-01、XT-10-14-03、FH-9-26-01橫徑較大。果實縱徑和橫徑的變異系數(shù)分別為13.59%與16.67%。
色澤對水果的商品價值起著重要作用,同時也是評價果實品質(zhì)優(yōu)劣的重要指標之一[15]。因此對不同品種紅心獼猴桃的色澤的鑒定是十分必要。由表3中L*、a*、b*值可以看出,不同品種的紅心獼猴桃色澤變化比較大。
表3 不同紅心獼猴桃品種外觀品質(zhì)Table 3 Appearance quality of different red kiwifruit varieties
L*值的變化范圍為31.38~67.58,其變異系數(shù)為17.79%,在各項指標中較為穩(wěn)定。其中L*值最大的品種是HH-9-11-02,說明其果肉顏色最為明亮。a*值的范圍為-6.77~0.36,其變異系數(shù)為-84.68%,其中a*值最大的品種是HY-9-18-01,a*值越大說明果肉的紅色越深。b*值的變化范圍為9.3~26.24,b*值越大說明果肉的黃色越深。
對紅心獼猴桃成熟后的質(zhì)構(gòu)進行測定能夠客觀、詳細地反映不同品種紅心獼猴桃質(zhì)地狀態(tài)[16]。質(zhì)地在食品物性學(xué)中被廣泛用來表示食品的組織狀態(tài)、口感及美味感覺等[17]。硬度反映獼猴桃果實在外力作用下發(fā)生形變所需要的屈服力大小[18],對硬度進行測定可以反映獼猴桃在成熟后的貨架期。由表4可知獼猴桃的硬度為17.00~65.50。其中硬度排前3的品種是YY-9-18-01、FH-9-26-01、ZJJ-9-26-02分別為65.50、60.50、59.83 g。硬度最低的品種是HH-9-11-01僅為17.00 g。
表4 不同紅心獼猴桃品種質(zhì)構(gòu)品質(zhì)Table 4 Texture quality of different red kiwifruit varieties
咀嚼性是評價果實對咀嚼的持續(xù)抵抗性能力,反映果實堅實度大小的指標[19]。成熟后的紅心獼猴桃其咀嚼性較好的是ZJJ-9-20-02、HY-9-18-03、HH-9-11-02。
內(nèi)聚性、膠著性、彈性也是影響獼猴桃外觀以及口感的重要指標。其中彈性在0.10~1.17 mm,彈性最大和最小的紅心獼猴桃品種分別是ZJJ-9-20-02和FH-9-17-01。凝聚性也被稱為內(nèi)聚性,在咀嚼過程中反映了果肉抵抗受損能力并使其內(nèi)部緊密結(jié)合保持整體的完整性[20]。研究表明,獼猴桃果實在成熟過程中其凝聚性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,果肉組織松軟,口感較好[21]。凝聚性的變化范圍為0.13~0.287 mm,變異系數(shù)為109.68%,樣品凝聚性較小的獼猴桃分別是LX-9-6-01、XT-10-14-03、ZJJ-9-20-02。膠著性反映為咀嚼過程中克服獼猴桃果肉粘附牙齒所用的力,樣品膠著性的變化范圍為3.37~20.43 mm,膠著性最大的是YY-9-18-01,其次是SY-9-18-03和MY-9-19-03。
果實水分含量的高低對果實的口感和風(fēng)味有一定影響[22]。如表5所示,不同品種獼猴桃果實水分含量的變化區(qū)間為76.55%~85.20%,水分含量較高的品種是HY-9-18-01與HY-9-18-03。但是不同品種間水分含量的差異不顯著,其變異系數(shù)僅為3.46%,這說明成熟獼猴桃均具有較高的水分含量。
可溶性固形物含量是評價獼猴桃品質(zhì)的綜合性指標,其含量直接關(guān)系到獼猴桃的口感[23]。在本研究中不同品種獼猴桃可溶性固形物質(zhì)量分數(shù)為7.63%~22.47%,變異系數(shù)為19.75%,存在品種間差異。可溶性固形物含量最高的品種為HH-9-11-03,其次是MY-9-19-03、ZJJ-9-26-04、SY-9-18-03,含量最低的是XT-10-14-03。
獼猴桃作為一種酸甜口味的水果,適當?shù)乃嵛兑彩怯绊懫滹L(fēng)味的重要因素。不同品種紅心獼猴桃酸度范圍在0.5~2.82 g/100 mL,變異系數(shù)為30.24%,品種間存在較大差異。一般來說酸度較小的獼猴桃其口感較好。但是當酸度含量過低時,會使水果的風(fēng)味變淡[24]。因此適宜酸度的獼猴桃品種風(fēng)味最好。其中酸度最高的獼猴桃品種是MY-9-19-01、酸度最低的是XT-10-14-03。
由于人體不能合成VC,因此在日常的飲食中VC對人體非常重要。而獼猴桃中含有豐富的VC,是其他水果的幾倍甚至十幾倍,又被稱為“維C之王”,因此獼猴桃是極好的補充VC的水果[25]。不同品種的獼猴桃VC含量在28.77~210.56 mg/100 g之間,其中VC含量最高的是LH-10-8-3,其次是HH-9-11-03以及MY-9-19-03。
葉綠素、類胡蘿卜素、花青素等的含量和比例決定獼猴桃果肉的顏色。紅心獼猴桃品種葉綠素含量較綠肉獼猴桃品種整體偏低,葉綠素含量在3.16~52.52 μg/g,變異系數(shù)為63.47%,不同品種之間葉綠素含量差異極顯著。類胡蘿卜素是維生素A的前體物質(zhì),可以減緩疾病進程,類胡蘿卜素積累可使果肉呈黃色、橙色、紅色[26]。不同品種紅心獼猴桃類胡蘿卜素含量1.83~28.49 μg/g,其中HY-9-18-03、MY-9-19-03、FH-9-26-01類胡蘿卜素含量較高。
酚類化合物被證明具有抗腫瘤、預(yù)防心血管疾病等作用,而水果和蔬菜中的酚類化合物是天然存在的。研究表明,與綠肉和黃肉獼猴桃相比,紅心獼猴桃含有更多的酚類和黃酮類物質(zhì),具有更高的營養(yǎng)價值[27]。LIU等[28]的研究證明紅肉獼猴桃中的總酚以及花青素含量高于綠肉獼猴桃,且它們所含有的豐富的花青素在體外對H2O2清除的貢獻比其他酚類化合物更大。因此,紅肉獼猴桃也將是非常有前途的天然抗氧化劑來源。試樣中YY-9-18-01、MY-9-19-03兩個品種總酚含量最高分別為6.63與6.46 △OD/g,YS-9-24-03總酚含量最低為0.85 △OD/g。FH-9-26-01、MY-9-19-03、HY-9-18-01類黃酮含量較高分別為1.94、1.88、1.86 △OD/g,3個品種間類黃酮含量無顯著差異。HH-9-11-01含量最低為0.44 △OD/g?;ㄇ嗨睾孔罡叩钠贩N是YY-9-18-01,為0.076△OD/g,其次是MY-9-19-03和CS-10-15-10?;ㄇ嗨睾孔畹偷氖荋H-9-11-01,僅為0.012 △OD/g。
表5 不同紅心獼猴桃品種營養(yǎng)品質(zhì)Table 5 Nutritional quality of different red kiwifruit varieties
采用二項正態(tài)分布置信檢測方法對每項指標進行置信檢測,采用Pearson相關(guān)系數(shù)分析主要品質(zhì)參數(shù)間的相關(guān)性,如表6所示,不同的紅心獼猴桃品質(zhì)指標間存在正負相關(guān),大部分呈顯著相關(guān),表明不同紅心獼猴桃間的品質(zhì)相關(guān)性比較強,可應(yīng)用PCA來分析不同紅心獼猴桃品種間的品質(zhì)關(guān)系。
表6 紅心獼猴桃品種相關(guān)系數(shù)矩陣Table 6 Correlation coefficient matrix of red kiwifruit varieties
將26個品種的獼猴桃的20個品質(zhì)指標進行主成分分析,得到其kmo=0.604>0.5,適合做主成分分析。得到如表7所示的7個主成分,其特征值均大于1,綜合貢獻率為79.829%,能夠代表所有指標的絕大部分信息,綜合反映26個紅心獼猴桃品種的果實品質(zhì)特性,可以作為紅心獼猴桃評價的綜合指標。
表7 主成分的特征值和貢獻率Table 7 Eigenvalue and contribution rate of principal components
為更好地解釋各品質(zhì)指標與主成分因子間的關(guān)系,將所提取的主成分因子進行旋轉(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8。第1主成分主要綜合了膠著性、縱徑、橫徑、硬度,反映了紅心獼猴桃果實的外形和質(zhì)構(gòu)品質(zhì),膠著性與縱徑、硬度間存在顯著性正相關(guān),與橫徑無顯著性相關(guān),因此將膠著性、橫徑作為第1主成分的代表指標。第2主成分主要包括彈性、類黃酮、花青素、總酚,主要反映了抗氧化能力的信息。彈性與類黃酮間存在極顯著性相關(guān),與花青素間不顯著相關(guān),因此將彈性、花青素作為第2主成分的代表指標。第3主成分綜合了b*、VC、可溶性固形物,主要反映果實的顏色特征。第4主成分主要包括水分含量、內(nèi)聚性,反映了果實的水分,水分含量與內(nèi)聚性間存在顯著相關(guān),因此將水分含量作為第4主成分的代表指標。第5主成分正數(shù)系數(shù)最大的是單果質(zhì)量,反映了果實的大小。第6主成分中正系數(shù)最大的是類胡蘿卜素,反映了營養(yǎng)品質(zhì)。第7主成分中系數(shù)較大的是總酸、a*,反映了獼猴桃的風(fēng)味及色澤。
經(jīng)過主成分分析可以得到綜合評價紅心獼猴桃最主要的7個指標分別是膠著性、彈性、b*、水分含量、單果質(zhì)量、類胡蘿卜素、總酸。
表8 主成分在各品質(zhì)指標上旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣Table 8 The component matrix after the principal component is rotated on each quality index
用上述7個綜合指標來代替原來的20個營養(yǎng)指標對不同品種紅心獼猴桃品質(zhì)進行評價,得到紅心獼猴桃中前7個主成分的得分函數(shù)表達式(F1,F(xiàn)2,F(xiàn)3,F(xiàn)4,F(xiàn)5,F(xiàn)6,F(xiàn)7)
F1=0.381Χ1+0.362Χ2+0.327Χ3+0.316Χ4+0.230Χ5+0.226Χ6…-0.127Χ15+0.266Χ16-0.043Χ17-0.051Χ18+0.0261Χ19-0.210Χ20;
F2=0.007Χ1-0.183Χ2-0.162Χ3+0.213Χ4+0.243Χ5+0.226Χ6…+0.263Χ15-0.153Χ16+0.008Χ17+0.285Χ18-0.005Χ19+0.053Χ20;
F3=-0.278Χ1+0.165Χ2-0.134Χ3+0.255Χ4-0.159Χ5-0.228Χ6…+0.336Χ15+0.25Χ16+0.182Χ17+0.201Χ18+0.150Χ19+0.277Χ20;
F4=-0.048Χ1+0.066Χ2-0.04Χ3-0.274Χ4+0.126Χ5-0.076Χ6…+0.171Χ15+0.396Χ16+0.363Χ17+0.035Χ18+0.044Χ19+0.111Χ20;
F5=0.074Χ1-0.238Χ2+0.266Χ3+0.067Χ4-0.156Χ5-0.202Χ6…-0.144Χ15+0.069Χ16+0.529Χ17-0.130Χ18-0.174Χ19-0.043Χ20;
F6=0.005Χ1+0.104Χ2-0.206Χ3-0.068Χ4+0.140Χ5+0.421Χ6…+0.362Χ15+0.083Χ16+0.168Χ17-0.595Χ18-0.21Χ19-0.27Χ20;
F7=-0.029Χ1-0.009Χ2-0.094Χ3-0.066Χ4+0.343Χ5+0.121Χ6…-0.169Χ15+0.054Χ16+0.083Χ17+0.078Χ18-0.609Χ19+0.554Χ20
各得分值與相應(yīng)特征值的方差貢獻率的乘積累加得出不同紅心獼猴桃品種的綜合評價指數(shù)F,以此來評價不同紅心獼猴桃品種的綜合品質(zhì)。
F=0.205F1+0.173F2+0.119F3+0.101F4+0.088F5+0.057F6+0.055F7
通過計算得分和綜合排名得到結(jié)果如表9所示,對26個不同紅心獼猴桃品質(zhì)進行綜合排名前5名的依次是ZJJ-9-26-04、MY-9-19-03、FH-9-26-01、HY-9-18-01、SY-9-18-03。得分最低的3個品種分別是SY-9-18-04、XT-10-14-03、FH-9-17-01。
表9 紅心獼猴桃品質(zhì)預(yù)測評價結(jié)果Table 9 Quality prediction and evaluation results of red kiwifruit
根據(jù)紅心獼猴桃主要品質(zhì)指標,采用SPSS 22.0 軟件Pearson相關(guān)性方法對26個紅心獼猴桃品種進行系統(tǒng)聚類分析,得到聚類樹狀圖。如圖1所示,當距離為10時,將26個獼猴桃品種聚為3 類。第一大類聚集了24個品種,分別是ZJJ-9-20-01、ZJJ-9-26-02、MY-9-19-01、YS-9-24-03、LH-10-8-3、SY-9-18-04、LH-10-8-02、FH-9-17-01、LX-9-6-01、HH-9-11-03、YZ-9-10-04、AH-9-07-01、YY-9-22-05、CS-9-20-03、SY-9-18-03、HH-9-11-02、YY-9-18-01、MY-9-19-03、HY-9-18-03、ZJJ-9-20-02、FH-9-26-01、HH-9-11-01、CS-10-15-10、XT-10-14-03,這表明絕大部分的紅心獼猴桃其基本特征一致。第二類聚集了一個品種HY-9-18-01,水分含量高、甜度適中,抗氧化物質(zhì)含量高,具有很好的營養(yǎng)價值。第三類聚集了一個品種ZJJ-9-26-04,該果實質(zhì)構(gòu)品質(zhì)較好、果實偏大,水分含量高,甜度大,具有較好的口感。
圖1 紅心獼猴桃聚類分析圖Fig.1 Cluster analysis chart of red kiwifruit
食品的感官特性與消費者的偏好密切相關(guān),并決定產(chǎn)品的可接受性。一般來說獼猴桃的食用品質(zhì)可通過果實外觀部分的果實大小、果形、果皮色澤、果面潔凈度、整齊度等來判斷,并可通過果實內(nèi)質(zhì)的風(fēng)味、可溶性固形物、果肉質(zhì)地、果肉色澤、果汁含量來評價。如表10所示,不同品種紅心獼猴桃間感官品質(zhì)差異很大。其中FH-9-26-01、MY-9-19-03、YS-9-24-03、HY-9-18-03、ZJJ-9-26-04為感官評價中排名前5的品種,其得分分別為91.92、90.29、89.63、89.33、88.75。在感官評價中,風(fēng)味及可溶性固形物的評分占比高。排名前5的紅心獼猴桃品種其風(fēng)味以及甜度明顯優(yōu)于其他品種。
表10 紅心獼猴桃風(fēng)味品質(zhì)評價Table 10 Evaluation of flavor quality of red kiwifruit
本研究對湖南不同地區(qū)26份紅心獼猴桃的外觀品質(zhì)、理化及營養(yǎng)品質(zhì)、感官品質(zhì)進行了比較分析,26份紅心獼猴桃試樣間存在品種相同的情況,但其種植區(qū)域,種植海拔、土壤以及處理方式不同,導(dǎo)致獼猴桃之間存在品質(zhì)差異。結(jié)果表明,26個紅心獼猴桃之間大部分的品質(zhì)指標變異系數(shù)較大,其中可滴定酸、質(zhì)構(gòu)(硬度、彈性、咀嚼性、內(nèi)聚性、膠著性)、a*、VC含量、葉綠素含量、類胡蘿卜素含量、總酚含量、類黃酮含量、花青素含量的變異系數(shù)均大于30%,凝聚性的變異系數(shù)最大達到109.68%,說明不同品種紅心獼猴桃間存在較大的品質(zhì)差異。利用相關(guān)性分析與主成分分析相結(jié)合的方法,從20項指標中篩選出7個指標作為紅心獼猴桃綜合品質(zhì)評價的主要指標,分別為:膠著性、彈性、b*、水分含量、單果質(zhì)量、類胡蘿卜素、總酸。聚類分析將不同地區(qū)26個品種的紅心獼猴桃分為3類。
綜合主成分分析、聚類分析以及感官評價的結(jié)果,ZJJ-9-26-04具有果實品質(zhì)指標良好、口感風(fēng)味良好的特點,適合作為鮮食獼猴桃品種進行推廣,而HY-9-18-01口感較好,其總酚、黃酮等抗氧化物質(zhì)含量較高,適合加工成獼猴桃保健品。本研究為湖南地區(qū)的紅心獼猴桃品種栽培、品種選育、品種推廣提供了理論基礎(chǔ)。