基于層次-關聯(lián)度的新疆駿棗品質性狀分析及綜合評價

張 梅，王利娜，王姝婧，楊智鵬，馬路婷，劉偉峰，魏喜喜，李建貴

（1.新疆大學 資源與環(huán)境科學學院，新疆 烏魯木齊 830046；2.新疆農業(yè)大學 a.林業(yè)研究所；b.新疆紅棗工程技術研究中心，新疆 烏魯木齊 830052）

棗Zizyphus jujubaMill.為鼠李科Rhamnaceae棗屬Zizyphus落葉灌木或小喬木，是我國的特色果品，具有重要的營養(yǎng)價值和藥用價值[1]。新疆擁有優(yōu)越的氣候資源和產地優(yōu)勢，特殊的環(huán)境條件形成了新疆尤其是南疆特有的紅棗栽培優(yōu)勢，無論內地的什么紅棗品種，只要引種在新疆，其果實品質均比內地省份好[2-3]。在新疆地區(qū)，隨著產業(yè)結構的不斷調整和優(yōu)化，紅棗種植產業(yè)迅速發(fā)展，其中，駿棗栽培種植區(qū)域涉及和田、巴州、阿克蘇和喀什等多個地區(qū)數(shù)十個縣市，但不同縣市產出駿棗的品質有所不同?；诖?，多位學者先后對新疆駿棗的品質進行了研究與探討，如王成等[4]、宋鋒惠等[5]均對新疆不同地區(qū)駿棗中的營養(yǎng)成分進行了不同程度的分析，但目前大部分的研究都主要集中于糖、有機酸、蛋白質等營養(yǎng)品質上，測定品質指標不夠系統(tǒng)和深入，僅通過駿棗營養(yǎng)品質指標的比較，難以全面科學地綜合評價新疆駿棗品質特點。

果實品質綜合評價是通過選取能夠反映評價對象的代表性指標，結合幾種分析方法，對評價對象做出客觀、準確、科學的評價。目前，綜合評價方法廣泛應用于實際生產和科學研究中，包括層次分析法[6]、模糊綜合評價法[7]、灰色關聯(lián)評價法[8]、主成分分析法[9]和因子分析法[10]等。其中，層次分析法為降低主觀因素的影響，需結合數(shù)學分析方法，如灰色關聯(lián)度分析方法等?；疑P聯(lián)度分析法是建立在多性狀量化的基礎上，利用綜合性狀的全部優(yōu)良信息，得到理想性狀作為同一對比標準，通過計算關聯(lián)系數(shù)、關聯(lián)度，最終根據(jù)關聯(lián)度的大小對評價對象進行排序[11-12]。基于層次分析和灰色關聯(lián)度相結合的方法對研究樣本的容量和數(shù)據(jù)的規(guī)律性要求較低，但此方法計算過程復雜，計算量大。

本研究針對新疆駿棗的果實品質開展研究，對其質地品質（硬度、黏附性、彈性、內聚性、膠著度、咀嚼度、回復性）和營養(yǎng)品質（可溶性糖、可滴定酸、蛋白質、維生素C、類黃酮、總酚）進行檢測分析，應用層次分析和灰色關聯(lián)度分析相結合的方法對新疆不同縣市駿棗品質差異進行綜合評價，以期更加客觀、準確和科學地分析8 個不同縣市的駿棗品質，為新疆駿棗資源的進一步開發(fā)和利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

試驗所用駿棗采自新疆8 個不同縣市（表1），在不同縣市的駿棗密植產區(qū)各選取3 個立地條件和管理條件基本一致的棗園，每個棗園選擇生長狀況（樹齡、樹高、樹冠、胸徑等）相似的3～5 株棗樹，棗樹均為健康生長的成齡結果樹。于2018年9—10月份的完熟期選取果形、大小和成熟度一致且無病蟲害和無傷痕的棗果進行采樣，每株棗樹按5 個方位（東南西北中）隨機采10 個果，每個縣市各采集駿棗100 個，帶回實驗室后進行果實品質的測定。

表1 駿棗樣品來源信息Table 1 Source information of Jun jujube samples

1.2 儀器與設備

本研究采用的儀器和設備主要有：破壁機MJPB80Easy，蕪湖優(yōu)澤進出口貿易有限公司；BSA 124S 型精密分析天平，廣州市授科儀器科技有限公司；游標卡尺，北京卓爾力欣機電有限公司；UV-1800 型紫外可見分光光度計，翱藝儀器(上海)有限公司；超級恒溫水浴鍋，長沙基隆儀器儀表有限公司；TA?XT plus 質地分析儀（Stable Micro Systems Ltd，UK），北京微訊超技儀器技術有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 駿棗果實質地品質的測定

駿棗質地品質的測定主要參照祿彩麗等[13]、閆忠心等[14]、楊植等[15]的棗果處理方法和TPA試驗方法，測定駿棗硬度、黏附性、彈性、內聚性、咀嚼度、膠著度和回復性7 項質地品質指標。從每個樣點的棗樣中選擇大小相同且完好的3 個樣品，用切片刀從棗果表面赤道處向棗核縱切2刀（相間1.0 cm），取出所切長塊狀果實，再橫切2 刀（相間1.0 cm），得到長和寬各1 cm、高為棗橫徑長的類長方體小塊，每個棗果重復3 次。采用TAXT plus 質地分析儀（Stable Micro Systems Ltd.，UK）對所切樣品進行TPA 分析，獲取駿棗組織的質地參數(shù)。特別在進行質地儀器操作時，對所有樣品按照棗皮向棗核的方向進行測試，以減小可能因方向不同而產生的其他影響。

1.3.2 駿棗果實營養(yǎng)品質的測定

隨機選取20 個棗果，將單個紅棗去核，果肉用破壁機打碎，分別測定維生素C、蛋白質、氨基酸、可溶性糖、可滴定酸、類黃酮、總酚的含量，每個樣品重復3 次。維生素C 含量主要參照GB/T 5009.86—2003 水果蔬菜及其制品中總抗壞血酸的測定，采用2，4 二硝基苯肼法進行測定；可溶性糖含量主要參照位杰等[16]的蒽酮比色法進行測定；可滴定酸含量主要參照GB/T 12293—1990 水果、蔬菜制品-可滴定酸度滴定法，采用電位滴定法進行測定；蛋白質含量主要參照蔣大程等[17]的考馬斯亮藍法進行測定；類黃酮和總酚含量主要參照夏樂晗等[18]的比色法進行測定；氨基酸含量主要參照GB 5009.124—2016 食品中氨基酸的測定，采用酸水解法進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010 和SPSS19.0 軟件統(tǒng)計處理數(shù)據(jù)，計算變異系數(shù)、各指標的權重系數(shù)及灰色關聯(lián)系數(shù)。

1.4.1 根據(jù)層次分析法確定指標權重系數(shù)

將所測的駿棗質地品質和營養(yǎng)品質共14 個指標，運用1～9 比例標度法構建判斷矩陣，分層次建立兩兩比較矩陣，通過計算兩兩比較矩陣的最大特征值λmax，并根據(jù)公式（1）（2）進行一致性檢驗（CI）和一致性比率（CR）計算，最終得到各指標權重。當CR 小于0.10 時，便認為判斷矩陣具有可接受的一致性[19]。

式中：λmax為判斷矩陣最大特征值；n為判斷矩陣階數(shù)；RI 為與n對應的平均隨機一致性取值。

1.4.2 計算加權灰色關聯(lián)度

根據(jù)駿棗的性狀值設定一個理想數(shù)值作為參考類型（I0），先將原始數(shù)據(jù)進行無量綱化處理，將其化為0～1 間的標準化數(shù)據(jù)。然后根據(jù)灰色關聯(lián)公式（3），計算關聯(lián)系數(shù)，最后將層次分析法確定的核心指標權重值代入公式（4）中，求出各樣品的加權關聯(lián)度，關聯(lián)度越高則說明綜合品質越優(yōu)[20]。

式中：ε(k)為關聯(lián)系數(shù)；Δi(k)為第i個縣市第k個指標的無量綱化處理的測量值與理想值的絕對差值；ρ為分辨系數(shù)，取0.5；ri為第i個縣市的加權灰色關聯(lián)度；w為此指標的權重值。

2 結果與分析

2.1 不同縣市駿棗質地品質的變異特征

本研究對新疆不同縣市駿棗果實的質地TPA特性進行了測量。從表2中可以看出，在新疆不同縣市，質地品質指標之間變異系數(shù)差距較大，各指標之間變異系數(shù)范圍為5.562%～54.921%。彈性和內聚性的變異系數(shù)較小，為弱變異（變異系數(shù)＜10%），說明不同縣市駿棗的彈性和內聚性差異較小。而硬度、粘附性、膠著度、咀嚼度和回復性變異系數(shù)較大，為中等變異（變異系數(shù)＞10%），說明不同縣市駿棗硬度、粘附性、膠著度、咀嚼度和回復性存在較大差異?？傮w來看，新疆不同縣市駿棗的質地品質有著明顯差異，阿克蘇市棗果的多個指標均偏高，庫爾勒市棗果的多個指標偏低。

表2 不同縣市駿棗質地品質指標比較Table 2 Comparison of texture quality indexes of Jun jujube from different counties

2.2 不同縣市駿棗營養(yǎng)品質的變異特征

新疆地域寬闊，各縣市種植環(huán)境的差異使得不同縣市駿棗的營養(yǎng)品質各有不同。從表3可以看出，不同縣市的駿棗營養(yǎng)品質間存在著一定差異，各指標之間變異系數(shù)差距較小，變異系數(shù)范圍為7.565%～28.866%。其中，變異系數(shù)較低的指標有可溶性糖含量，變異系數(shù)為7.565%，為低變異（變異系數(shù)＜10%）；變異系數(shù)較高的指標有維生素C、蛋白質、氨基酸、可滴定酸、類黃酮和總酚，其變異系數(shù)分別為27.840%、20.821%、28.866%、21.442%、11.400%和26.650%，為中等變異（變異系數(shù)＞10%）。其中，駿棗可溶性糖含量以策勒縣最高，達到73.087%；駿棗蛋白質和維生素C 含量均以阿拉爾市最高，分別為7.391%和1.527 g/kg；駿棗氨基酸以阿克蘇市最高，達到2.774%；駿棗可滴定酸以沙雅縣最高，為0.963%；駿棗類黃酮和總酚以托克遜縣最高，分別為3.179 mg/g 和26.024 mg/g。

表3 不同縣市駿棗果實營養(yǎng)品質指標比較Table 3 Comparison of nutrient quality indexes of Jun jujube from different counties

2.3 品質指標的篩選

指標之間可能存在著復雜的自相關性及多重線性等問題，這些指標的高度相關性在綜合評價過程中將對評價結果產生嚴重的影響。本文中對駿棗14 個品質指標進行相關性分析，對品質指標進行進一步的篩選。如表4所示，硬度與粘附性、彈性、膠著度、咀嚼度呈極顯著相關（P＜0.01），粘附性與彈性、膠著度、咀嚼度、氨基酸呈極顯著相關（P＜0.01），彈性與膠著度、咀嚼度呈極顯著相關（P＜0.01），內聚性與可溶性糖呈顯著相關（P＜0.05），膠著度與咀嚼度呈極顯著相關（P＜0.01），咀嚼度與維生素C、氨基酸呈顯著相關（P＜0.05），可溶性糖與蛋白質、可滴定酸呈顯著相關（P＜0.05），類黃酮與總酚呈顯著相關（P＜0.05）。由于各指標之間表現(xiàn)出不同程度的相關性，表明測定指標所反映的信息存在有重疊現(xiàn)象，將會導致評價結果出現(xiàn)偏差，所以需要對其進行篩選。將|相關系數(shù)|≥0.8 的兩個環(huán)境因子只保留其中一個，以提高品質評價效率。綜上所述，本研究選擇質地品質（硬度、內聚性和回復性）和營養(yǎng)品質（可溶性糖、蛋白質、維生素C、可滴定酸和類黃酮）作為駿棗品質的評價核心指標。

表4 品質指標之間的相關性分析?Table 4 Correlation analysis between quality indicators

2.4 駿棗品質的層次分析

2.4.1 層次結構模型的建立

在參考層次分析法層次構建標準以及前人的紅棗品質評價體系的基礎上[21-22]，依據(jù)駿棗的品質性狀各因子的相互關系和隸屬關系，構建駿棗的品質性狀綜合評價模型（表5）。該層次分為3 層，目標層（A）為優(yōu)良的駿棗品質；第二層為約束層（B），為質地品質和營養(yǎng)品質；第三層為標準層（C），詳見表5。

表5 駿棗品質評價模型Table 5 Jun jujube quality evaluation model

結合駿棗品質指標之間的隸屬關系以及專家意見，根據(jù)1-9 比率標度法，構造A-B、B-C 之間因素兩兩比較矩陣，并對其進行一致性檢驗。A-B判斷矩陣λmax＝2，n＝2，RI＝0；B1-C 判斷矩陣λmax＝3.039，n＝3，RI＝0.520；B2-C 判斷矩陣λmax＝5.063，n＝5，RI＝1.120；通過公式（1）、（2）計算出CI 依次為0、0.019、0.016，CR 依次為0、0.037、0.014，CR＜0.10，表明判斷矩陣具有令人滿意的一致性，得出駿棗硬度、內聚性、回復性、可溶性糖、蛋白質、維生素C、可滴定酸、類黃酮的權重分別為0.159、0.065、0.026、0.306、0.179、0.109、0.047、0.109。

2.4.2 灰色關聯(lián)度分析結果

依據(jù)駿棗品質特性和研究結果確定各品質指標的理想值（I0），可溶性糖、蛋白質、維生素C、內聚性、回復性和類黃酮含量均為正向指標，測定值越大越好，取各指標測量值中的最大值；可滴定酸為負向指標，測定值越小越好，取指標最小值；硬度為中性指標，取平均值作為理想品質的參考值，以此進行各指標數(shù)據(jù)的無量綱化處理。

再根據(jù)公式（3）計算出各品種相應指標的關聯(lián)系數(shù)，然后根據(jù)層次分析法計算得到的各指標權重代入公式（4），計算各縣市駿棗品質的加權灰色關聯(lián)度ri＝硬度×0.159+內聚性×0.065+回復性×0.026+可溶性糖×0.306+蛋白質×0.179+維生素C×0.109+可滴定酸×0.047+類黃酮×0.109，結果見表6。按照關聯(lián)分析的原則，加權關聯(lián)度越大，說明該縣市駿棗的品質評價越高。從分析結果可知，加權關聯(lián)度最大的是策勒縣（0.695），最小的是庫爾勒市（0.422）。

表6 不同縣市駿棗品質性狀的加權灰色關聯(lián)度Table 6 Weighted grey correlation degree of Jun jujube quality characters

3 結論與討論

基于新疆不同縣市駿棗質地品質和營養(yǎng)品質的差異性，本研究利用層次分析與灰色關聯(lián)度相結合的研究方法，根據(jù)測定的駿棗理化指標對果實品質進行綜合評價。在對新疆駿棗各品質指標進行變異性分析后，發(fā)現(xiàn)駿棗各品質指標之間的變異系數(shù)差距較大。其中，硬度、粘附性、膠著度、咀嚼度、回復性、維生素C、蛋白質、氨基酸、可滴定酸、總酚的變異系數(shù)均超過10%，為中等變異；彈性、內聚性和可溶性糖的變異系數(shù)小于10%，為輕度變異。通過相關性分析對駿棗品質評價指標進行篩選，最終選擇質地品質（硬度、內聚性和回復性）和營養(yǎng)品質（可溶性糖、蛋白質、維生素C、可滴定酸和類黃酮）作為駿棗品質評價的核心指標，這些評價指標之間相互獨立，避免了重復信息的干擾；運用層次分析法確定核心評價指標權重，得出駿棗硬度、內聚性、回復性、可溶性糖、蛋白質、維生素C、可滴定酸、類黃酮的權重，分別為0.159、0.065、0.026、0.306、0.179、0.109、0.047、0.109；結合灰色關聯(lián)度分析法建立駿棗品質綜合評價模型：ri=硬度×0.159+內聚性×0.065+回復性×0.026+可溶性糖×0.306+蛋白質×0.179+維生素C×0.109+可滴定酸×0.047+類黃酮×0.109。進行綜合評價分析后，8 個縣市棗果綜合品質從優(yōu)到劣依次為：策勒縣＞阿拉爾市＞沙雅縣＞托克遜縣＞澤普縣＞若羌縣＞阿克蘇市＞庫爾勒市。

本研究篩選出的駿棗營養(yǎng)指標包括有可溶性糖、蛋白質、維生素C、可滴定酸和類黃酮，其中可溶性糖和可滴定酸既是棗果中的營養(yǎng)物質，也是重要的風味物質。質地品質是與食物結構相關的最重要屬性，是作為果實加工、運輸和包裝的依據(jù)[23]。其中，硬度是決定駿棗質地的關鍵指標，而內聚性和回復性反映了果肉的微觀組織結構的完整性。駿棗品質通常會受到基因、環(huán)境和栽培管理方式等多種因素的共同影響[24-25]，本研究選取新疆8 個不同縣市的駿棗，在駿棗成熟度基本一致的情況下，盡量保證栽培管理條件差異較小，以最大限度地確保駿棗的品質差異來源于自然環(huán)境因素，這將有利于對不同縣市的駿棗進行有針對性的選擇和利用，并為駿棗的集約化規(guī)?；N植提供理論依據(jù)。本試驗結果是基于不同環(huán)境條件及分析方法做出的結論，不適用于因其他條件改變后導致的品質差異，并且本實驗所測定的營養(yǎng)品質指標較少。在下一步研究中，需要考慮增加駿棗產地和營養(yǎng)品質指標的測定，并通過外觀品質、風味品質和貯藏品質分析等對新疆駿棗進行全面評價。