西瓜果實力學特性與品質分析

楊 靜，祝 彪，何 勇，應泉盛，張蕾琛

(1.浙江農林大學 農業與食品科學學院，浙江 臨安 311300； 2.寧波市農業科學研究院，浙江 寧波 315040)

西瓜果實力學特性與品質分析

楊 靜1，祝 彪1，何 勇1，應泉盛2，*，張蕾琛2

(1.浙江農林大學 農業與食品科學學院，浙江 臨安 311300； 2.寧波市農業科學研究院，浙江 寧波 315040)

采用TA-XT Plus質構儀對15個品種的西瓜果皮和果實進行穿刺質地測試，并對獲得的力學特性參數與外觀物理性狀和感官品質進行了相關性分析。結果表明，西瓜果皮的表皮硬度、表皮厚度、表皮破裂做功、外果皮硬度、外果皮穿刺做功、外果皮穿刺最大力和果肉硬度間存在顯著的相關性；表皮韌性與果實成熟度負相關，并受到果實形狀的影響；果肉質地參數間有一定關聯，在感官評價指標中與緊實度關系最為密切，其次是脆度；與水分和纖維的相關性有待進一步研究。

西瓜；力學特性；質地；品質

西瓜(Cirtulluslanatus(Thunb.) Matsum. and Nakai)是葫蘆科西瓜屬的一年生園藝作物，在我國農業經濟生產和人們日常生活，特別是夏季果蔬消費中占到非常重要的地位。多年來，我國西瓜種植業一直位于世界前列[1-2]。

西瓜營養豐富、含水量高，有止渴利尿的效果，是夏季消暑佳品，深受人們喜愛。除營養成分及糖分含量以外，消費者通常以西瓜脆度、緊實度和含水量等感官指標作為選擇評判依據。這些感官評價指標在量化上相對較難，采用質地檢測儀器進行質地檢測提供了一種客觀、高效、有較高實用性的評價方式體系。

質地檢測儀在國外果蔬等產品品質評估方面已經有較多應用(番茄、蘋果、葡萄等)[3-5]；在國內的研究也有所開展(桃、梨、蘋果等)[6-8]，但在西瓜果皮及果肉方面應用的報道不多。該設備主要通過記錄樣品在受力情況下(模擬咀嚼、擠壓或碰撞等)產生的應力或形變等數據來進行分析，主要反映與力學特性有關的樣品質地。質地檢測儀可通過量化處理對樣品進行客觀評價，目前主要的實驗模式有穿刺、壓縮和剪切等[9]。果蔬質地的測定通常采用穿刺實驗模式[10-11]，即根據需要選擇合適規格的探頭，用其穿過樣品表面并繼續穿刺到樣品內部至設定位置后返回，可用于樣品的質地品質及貯運性評價。

本試驗采用TA-XT Plus質構儀對15個品種的西瓜果皮及3個部位的果肉進行了穿刺實驗測定，并與外觀物理性狀和感官評價等結合，分析西瓜果皮與果肉的力學指標相關性及其與品質的關聯。同時在一定程度上驗證質地評價對西瓜果實成熟度以及果實緊實度等感官性狀評判的可靠性，為后期質地檢測在西瓜果實貯運以及品質評價上的應用提供理論依據和參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本試驗采用的15個西瓜品種均來自浙江省寧波市農業科學研究院試驗田(29°87′ N， 121°57′ E)，其中14個為以4個高代自交系母本和9個高代自交系父本選配的西瓜組合，同時以早佳(8424)為對照開展品比試驗。由經驗豐富工作人員在西瓜果實達到商品成熟階段時采收。采收時注意選取各品種大小、形狀相對一致，沒有明顯外傷的西瓜果實。

1.2 儀器設備

TA-XT Plus質構儀(Stable Micro System公司，英國)、天平、游標卡尺。

1.3 方法

1.3.1 果實基本物理性狀測定

分別對果實的質量、果實縱徑、果實橫徑、以及果皮厚度進行了測量。并通過果實縱徑和橫徑之比得到果形指數。其中果皮厚度指的是西瓜果實外果皮與瓜瓤之間的部分，在中部橫向界面以120°夾角選取3點測量后取平均值的方法得到數值。每個品種重復3次。

1.3.2 果實質地分析

質地測試采用穿刺實驗模式(puncture)。果皮穿刺試驗時，每瓜在中部同一截面均勻選取3點進行；果肉(瓜瓤)穿刺實驗則將其細分為胎座(placenta)、心室(locule)和果肉中心(heart)等三部分進行(圖1)。3次平行試驗。

果皮和果肉穿刺實驗設置分別為：

(1)果皮。采用P/2E(2 mm直徑圓柱形不銹鋼)探頭，返回開始(Return to start)操作模式。測前以10 mm·s-1速度到達樣品表面，觸發壓力為100 g，以2 mm·s-1的測試速度測試30 mm后返回，測后速度10 mm·s-1，選用位移參數記錄target曲線。

(2)果肉。采用P/5(5 mm直徑圓柱形不銹鋼)探頭，測試速度和測試距離分別為1 mm·s-1和8 mm，其他同(1)。

1.3.3 穿刺特征曲線

(1)西瓜果實果皮穿刺特性曲線(圖2) 曲線用1至6阿拉伯數字標注，分別表示帶皮果實穿刺實驗中的不同位移階段。選取其中三個階段進行特征描述，分別是表皮、外果皮與果肉。

表皮：穿刺過程中從初始(1)直至破裂(2)產生曲線第一個峰值為表皮破裂點，一般用于表示表皮硬度(g)。此過程的橫坐標距離(1至2之間)為破裂距離，可用于表示表皮厚度(mm)。破裂前，果皮處于彈性形變范圍，尚未受到損傷，此時曲線中的壓力與位移呈線性關系，可用此曲線斜率表示表皮韌性(g·mm-1)。

圖1 西瓜果肉(瓜瓤)取樣部位示意圖Fig.1 Schematic diagram of sample site in watermelon flesh

圖2 西瓜果皮穿刺特征曲線Fig.2 Typical force-distance curves during puncture of watermelon rind

外果皮：表皮被刺破后壓力瞬間下降，之后探頭進入外果皮(3與4之間)。此階段特征為壓力有較大幅度波動。3與4之間的位移距離可表示為外果皮厚度(mm)，3、4段力的平均值為外果皮硬度(g)，最大壓力為外果皮穿刺最大力(g)，曲線面積為外果皮穿刺做功(g·mm)。

探針繼續向下至瓜瓤部分，5與6之間力的平均值為果肉硬度(g)。

(2)西瓜果肉(瓜瓤)穿刺特性曲線(圖3) 曲線用1至5阿拉伯數字標注，用以描述各個特征參數。

穿刺實驗進行時，探頭從接觸樣品表面至8 mm穿刺距離過程中，曲線不斷產生波動。曲線出現的第一個轉折點為生物屈服點，所對應的縱坐標數值為生物屈服力(g)，形變至破裂點線性曲線的斜率為生物屈服斜率(g·mm-1)，與果肉韌性有關，此階段所用能量為生物屈服能(g·mm)。曲線的最高峰值為最大力(g)，由此為分界前期所用能量為最大力前做功(g·mm)，之后為最大力后做功(g·mm)。2、3段間曲線的斜率定義為初始斜率(g·mm-1)。

1.3.4 感官評價

對西瓜果實的成熟度、纖維、肉質(脆度)、緊實度(硬度)和水分進行感官評價，其中成熟度分7～9三級，10為過熟；纖維、肉質(脆度)、緊實度和水分則分為5級。標準如表1所示。

1.4 數據分析

采用Excel和SPSS Statistics 19對數據進行處理和統計分析，包括相關性分析和主成分分析(PCA)等。

2 結果與分析

2.1不同品種西瓜基本物理性狀測定與感官評價

本試驗對15個品種的西瓜果實進行了基本物理性狀測定和感官分析，結果如表2所示。

由表2可見，各個品種的西瓜果實均達到了一般成熟度及以上，單果質量在3.2～4.2 kg。各品種果實果皮厚度從0.7 cm到1.5 cm不等，果形基本為圓形，亦有個別為橢圓形或者扁形。從口感的感官評價上看，整體纖維含量較低，脆度基本在中等以上；緊實度差異較大，評分在2～10均有分布；沒有水分含量特別低的品種。

圖3 西瓜果肉穿刺特征曲線Fig.3 Typical force-distance curves during puncture of watermelon flesh

表1西瓜果實感官評價標準

Table1Grading standards of sensory evaluation on watermelon

分值Score纖維Fibrousness脆度Crispness緊實度(硬度)Firmness水分Juiciness成熟度Maturity2少Little非常松綿Veryloose低Low汁少Little4較低Lower松綿Loose較低Lower較少Less一般Common(7)6中等Moderate中等Moderate中等Moderate中等Moderate較適度Moderate(8)8較高Higher好Good較高Higher較多More適度Verymoderate(9)10多Much非常好Verygood高High汁多Much過熟Overmaturity(10)

表2十五個品種西瓜果實的基本物理性狀測定與感官評價分析

Table2Comparison of physical property and sensory evaluation in fifteen watermelon cultivars

品種Cultivar成熟度Maturity基本物理性狀(n=3)Physicalproperty果質量Fruitweight/kg縱徑Fruitlength/cm橫徑Fruitdiameter/cm果形指數Fruitshapeindex果皮厚度Peelthickness/cm感官評價(n=6～7)Sensoryevaluation纖維Fibrousness脆度Crispness緊實度Firmness水分Juiciness84247.03.518.518.51.00.72.06.02.010.018.33.518.818.41.01.23.37.34.78.728.04.122.917.91.31.55.36.05.39.339.34.220.219.61.01.02.76.02.010.049.03.819.218.91.01.34.78.06.710.059.03.919.318.91.01.36.77.38.08.768.03.720.118.61.11.35.37.36.78.778.73.318.218.11.01.03.17.86.99.6148.73.622.916.61.41.44.05.36.77.3159.33.918.819.80.91.02.78.76.09.3208.33.518.718.31.00.94.07.38.09.3218.33.718.618.51.01.24.76.07.310.0228.53.217.217.81.01.02.08.06.010.0248.33.519.318.01.11.13.38.09.38.0258.33.418.118.11.01.13.37.39.310.0

2.2果皮與果肉穿刺實驗參數相關性分析

通過質構儀穿刺測試分析，本試驗共得到8個果皮穿刺實驗參數和7個果肉穿刺實驗參數數據，分別為表皮硬度(E1)、表皮厚度(E2)、表皮破裂做功(E3)、表皮韌性(E4)、外果皮硬度(E5)、外果皮穿刺做功(E6)、外果皮穿刺最大力(E7)和果肉硬度(E8)；最大力前做功(F1)、最大力(F2)、初始斜率(F3)、生物屈服力(F4)、生物屈服斜率(F5)、生物屈服能(F6)和最大力后做功(F7)。在果肉穿刺實驗中還分別對果實中心、果實胎座和果實心室進行了分析，用H、P和L表示。各參數間相關性分析結果見圖4。

由結果分析可知，果皮和果肉各項穿刺實驗測試參數間各自存在一定的相關性。西瓜果皮質地測試參數間均存在不同程度的正相關性，且除了表皮厚度(E2)與表皮韌性(E4)、表皮破裂做功(E3)與E4外，均達到顯著水平。從主成分分析(PCA)結果也可以看出除E4外，其他各果皮穿刺參數聚集程度較高(圖5)。果肉質地測試參數間的相關性相對比較復雜。僅就7個參數來看，最大力前做功(F1)、最大力(F2)、生物屈服力(F4)和生物屈服斜率(F5)彼此間也均存在比較明顯的正相關性，并且中心部位果肉的這幾個參數間的正相關性都達到了顯著水平，而西瓜果實胎座和心室部位除了F5外，F1、F2和F4間也均存在顯著正相關。初始斜率(F3)、生物屈服能(F6)以及最大力后做功(F7)與其他果肉質地測試參數間存在一些負相關性，然而大多不明顯，但果實胎座生物屈服能(F6P)和果實中心初始斜率(F3H)表現出顯著負相關的關系。

邊框加粗表示達到0.05或0.01顯著水平The black border indicates significance at the 0.05 or 0.01圖4 西瓜果皮和果肉質地實驗參數間相關性分析結果熱點圖Fig.4 Heat map of correlation coefficients between instrumental mechanical property of watermelon rind and flesh

西瓜果皮和果肉穿刺實驗參數間也存在相關性。如表皮和外果皮硬度與除了果實心室初始斜率(F3L)和果實胎座生物屈服能(F6P)外的絕大多數果肉穿刺參數存在正相關；表皮韌性與F1、F2和F5正相關。這表明高強度的果皮通常意味著更緊實的果肉；果皮韌性增加時，果肉硬度可能也會增加。同時，由此結果也可以看出初始斜率與其他參數的關系相對較弱，圖5的PCA分析中也可以發現F3L和F3H是離質心較遠的幾個參數之一。

2.3穿刺實驗參數與外觀物理性狀及感官評價性狀相關性分析

分別對果皮穿刺實驗參數與外觀物理性狀、果肉穿刺參數與感官評價性狀進行了相關性分析(表3、表4)。

果皮穿刺實驗參數用黑點表示；果肉穿刺實驗參數用空心圓圈表示；成熟度和纖維等感官評價指標用空心菱形表示Experimental parameters of rind puncture were marked by black dots. Experimental parameters of flesh puncture were marked by hollow circles. Maturity and fiber sensory evaluation indexes were marked by hollow diamond圖5 主成分分析Fig.5 Principle component analysis (PCA) of first two principle components

由表3可見，表皮韌性(E4)與成熟度、果實橫徑存在顯著負相關，可知果皮韌性隨著果實的成熟度增加逐漸下降，且與果實形狀有關。同時，果實感官水分含量與果皮穿刺實驗參數存在不同程度的負相關，與外果皮硬度(E5)、外果皮穿刺做功(E6)和果肉硬度(E8)的負相關性還達到了顯著水平。果肉硬度(E8)除了與感官水分含量呈顯著負相關外，和感官緊實度亦呈顯著正相關?？梢姽庥捕葧绊懝麑嵖诟械挠捕龋瑫r感官上汁水含量會變少；而表皮和外果皮硬度較高時，感官水分含量往往有所降低。

表4羅列了果肉穿刺參數與成熟度及纖維含量、脆度、緊實度和水分含量的相關性。從整體上看，緊實度在幾個感官評價性狀中與果實穿刺實驗參數相關性較高，且基本為正相關，很多還達到了顯著水平?？梢姽麑嵈┐虆祵麑嵉木o實度評價方面有較好的效果。成熟度與果實各項參數也存在較高的相關性。隨著成熟度的增加，果實的最大力(F2)、最大力前做功(F1)、生物屈服力(F4)、生物屈服斜率(F5)等參數均有所下降，但不同部位間的結果存在一定差異，應與各組織的特異性有關。果實纖維含量與果實最大力及最大力前后做功存在負相關的關系，但并不明顯。果實脆度與果實中心和心室部位樣品的生物屈服能存在較明顯的負相關，但與果實中心的生物屈服斜率及最大力后做功存在顯著的正相關?？梢姰斏锴甭试礁撸锴茉降蜁r，果實越易被牙齒咬斷。

表3果皮穿刺質地實驗參數與外觀物理性狀和感官評價性狀的相關性分析

Table3Correlation coefficients of physical property and sensory evaluation with instrumental mechanical property in rind

參數Parameter成熟度Maturity基本物理性狀Physicalproperty果質量Fruitweight縱徑Fruitlength橫徑Fruitdiameter果皮厚度Peelthickness感官評價Sensoryevaluation纖維Fibrousness脆度Crispness緊實度Firmness水分JuicinessE1-0.057-0.0930.307-0.4550.3460.191-0.2780.451-0.481E20.2820.0960.162-0.0630.1700.103-0.0560.389-0.294E30.1570.0430.266-0.2420.2560.146-0.2190.367-0.384E4-0.544*-0.3850.230-0.695**0.3210.124-0.2410.361-0.485E50.0140.0710.421-0.3430.4490.339-0.1570.514-0.575*E60.0140.0700.420-0.3410.4480.338-0.1560.513-0.574*E7-0.0500.0750.325-0.2620.3830.351-0.2200.459-0.445E8-0.026-0.1450.290-0.5040.3290.287-0.0520.692**-0.654**

*，在0.05水平(雙側)上顯著相關；**，在0.01水平(雙側)上顯著相關。

*， Significance at 0.05 (2-sides); **， Significance at 0.01(2-sides).

表4果肉穿刺質地實驗參數與感官評價性狀的相關性分析

Table4Correlation coefficients of sensory evaluation with instrumental mechanical property in flesh

參數Parameter成熟度Maturity纖維Fibrousness脆度Crispness緊實度Firmness水分JuicinessF1H-0.115-0.0420.1270.654**-0.063F1L-0.209-0.0740.1470.747**-0.398F1P-0.463-0.218-0.0410.1690.387F2H0.073-0.1870.3980.625*-0.039F2L-0.190-0.0240.0050.691**-0.286F2P-0.291-0.050-0.0110.526*0.071F3H0.2120.116-0.1170.0890.230F3L0.172-0.287-0.018-0.0860.150F3P0.1550.0790.1660.4430.299F4H-0.129-0.0410.0510.546*0.006F4L-.0810.136-0.0940.558*-0.407F4P-0.198-0.2190.1310.3860.007F5H0.383-0.1790.673**0.677**-0.079F5L-0.423-0.2870.1120.452-0.038F5P-0.1920.258-0.1990.573*-0.411F6H-0.537*-0.110-0.4150.1130.090F6L0.2070.114-0.3710.061-0.004F6P-0.446-0.4780.101-0.0590.224F7H0.387-0.2780.568*0.3340.097F7L-0.164-0.104-0.1410.1600.069F7P-0.0130.1150.0520.605*-0.240

*， 在 0.05 水平(雙側)上顯著相關；**， 在 0.01 水平(雙側)上顯著相關。

*， Significance at 0.05 (2-sides); **， Significance at 0.01(2-sides).

3 討論

質地是果蔬品質的一項關鍵指標，是農產品非常重要的特性之一，通常被認為與果蔬可食性及新鮮程度有關，在很大程度上影響著消費者的選擇[12-15]。果蔬質地一般與某些力學特性以及產品的大小和形狀有關[16]。早期，人們主要采取感官評價的方式來判斷其品質，這種方式往往存在主觀因素，而且不同群體間差異較大[7，11]。若采用實驗室檢測手段又存在時間長、花費高、效益低等問題[12]。通過質構儀得到的特征參數不僅豐富，而且與新鮮果蔬，如蘋果[17]、番茄[10]等，硬度和脆性等多個力學性狀存在很強的關聯性，可在品質評價、采后品質控制和貨架期品質監測等多個環節有所運用[9，14，18]。

本試驗分析表明，西瓜果皮和果肉穿刺質地參數間存在一定的的關聯性，即果皮力學性狀與果肉力學性狀有關，這個研究結果與張平等[11]在沙窩蘿卜質構特性分析中得到的結果類似。同時，果皮力學性狀與果實成熟度及形狀有一定關系，如果實成熟度與果皮韌性呈顯著負相關。在李賽等[19]的研究中也發現，隨著小玲西瓜貯藏時間的延長，果皮脆性(即韌性)也呈現下降的趨勢。此外，果肉質地檢測參數與西瓜感官評價指標關系密切，特別是緊實度，但是與纖維和水分含量的關系不是特別明顯，并存在組織特異性，需要進一步確認。總的來說，質地檢測儀器的應用有助于西瓜等果蔬力學特性品質的客觀評價。通過不同種類樣品應用模式的細化和完善以及國內各產業應用的加深擴展，將有助于其成為一種品質評估的重要手段。

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(責任編輯張 韻)

Studyonmechanicalpropertiesandfruitqualityanalysisofwatermelon(Cirtulluslanatus)

YANG Jing1， ZHU Biao1， HE Yong1， YING Quansheng2，*， ZHANG Leichen2

(1.SchoolofAgricultureandFoodScience，ZhejiangA&FUniversity，Lin’an311300，China；2.NingboAcademyofAgriculturalSciences，Ningbo315040，China)

The texture of 15 watermelon cultivars was analyzed using a TA-XT plus texture analyzer through puncture test. The results of analysis and comparison of instrumental mechanical property with physical property and sensory evaluation showed that epidermis hardness， epidermis thickness， epidermis rupture work， exocarp hardness， exocarp puncture work， exocarp maximum force and flesh firmness was significantly positive correlated with each other. The values of epidermis toughness was related to fruit maturity and affected by fruit shape as well. On the other hand， some relationship exhibited among instrumental mechanical properties of watermelon flesh. Instrumental mechanical property showed the closest correlation with firmness， and crispness also showed closer correlation following firmness. Otherwise， the correlation with the juiciness and fibrousness needs further investigation.

watermelon; mechanical property; texture; quality

S651

：A

：1004-1524(2017)09-1581-08

楊靜，祝彪，何勇，等. 西瓜果實力學特性與品質分析[J].浙江農業學報，2017，29(9)： 1581-1588.

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.09.23

2017-07-26

寧波市科技富民項目(2015C10037)；國家西甜瓜產業技術體系(CARS-26)

楊靜(1982—)，女，浙江新昌人，副教授，主要從事果蔬品質與安全的研究工作。E-mail: yangjing@zafu.edu.cn

*通信作者，應泉盛，E-mail: ying_joson@sina.cn