不同品種薄皮甜瓜成熟期果實質地品質分析及綜合評價

潘好斌，劉 東，邵青旭，高 歌，齊紅巖*

（沈陽農業大學園藝學院，設施園藝省部共建教育部重點實驗室，北方園藝設施設計與應用技術國家地方聯合工程研究中心（遼寧），遼寧 沈陽 110866）

質地特性指食物通過口腔、牙齒、舌及黏膜感覺到的一種綜合性質，是繼風味之后用于果實品質評價的第一標準[1-2]。質地品質作為園藝產品感官品質的重要內容之一，主要用于描述園藝產品軟、硬、脆、綿、粗糙、細嫩、致密、疏松等品質特點，其主要通過力學特性、幾何特性等質構特性反映[3]。薄皮甜瓜（Cucumis melovar.makuwaMakino）又稱東方甜瓜，是中國最早利用為果品的瓜類，其中具有香甜風味和爽脆質地的品種更是被視為佳品，倍受消費者青睞。質地品質是衡量薄皮甜瓜商品品質的重要因素，但因其品種眾多，品種間質地特性差異較大。因此，建立一套綜合評價薄皮甜瓜果實質地品質的有效方法，對探求決定其質地特性形成的關鍵因子、改善質地品質具有重要意義。

質構儀（物性分析儀）可模擬人類牙齒的咀嚼過程，實現食品質構特性的分析，與傳統的感官分析相比，可以消除評價人員對評價結果引入的主觀誤差，具有方便、快捷、可量化的優點[4]。其能夠良好地預測感官口感，并進一步提供質地特性信息[5]。因此，質構儀被廣泛應用于園藝作物質地品質的評價。采用質構儀已實現了棗果實發育過程中質地變化及差異的分析[6-7]，桃果實貯藏過程中質地轉變規律的分析[8]，以及梨果實不同部位在不同發育時期質地性狀的分析[9-10]。然而，單一的質構儀檢測只能通過指標數值反映表觀的質構信息，若要進一步分析決定質地特性形成的內在因素，則須與相應生化指標的測定相結合。

因子分析是一種利用降維思維從多個變量中提取共性因子的統計分析方法，最終根據各主因子的得分情況實現綜合評價[11]。聚類分析是一種根據研究對象或指標的諸多特性，將其分為相對同質的群組的統計分析技術，可按照類別的綜合性質將多個品種聚合[12]。通過這兩種分析方法的結合已實現了獼猴桃[13]、蘋果[14]、葡萄[15]果實品質的綜合評價和分級分類，但在薄皮甜瓜果實品質的綜合評價中鮮見報道。

本研究采用質構儀檢測與質地相關理化指標測定相結合的方式，通過相關性分析探明兩部分指標間的相關性。進而，采用因子分析提取質地特性主因子并構建綜合得分模型，實現薄皮甜瓜果實質地品質的評價。同時通過系統聚類分析將不同品種薄皮甜瓜按照質地特性進行分類，最終建立一整套薄皮甜瓜果實質地品質分析、評價及分類的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

以10 個果實質地有明顯差異的薄皮甜瓜品種為試材，于商品成熟期取樣。試材來源及果實成熟期口感如表1所示，口感通過感官定義，描述詞參考文獻[16]。

試材于2017年3月—6月種植于沈陽農業大學園藝學院科研基地日光溫室內。栽培方式為營養基質袋栽培；管理方式為單干整枝，在主干10 節以上連續留瓜，激素（質量分數0.1%氯吡脲）噴花，單株留瓜3 個。果實商品成熟時采收，成熟度通過果皮表面顏色變化、與瓜蒂結合的緊密程度及果實中可溶性固形物含量判斷。同一品種選取生長天數相同、無病蟲害、無機械損傷、果形端正、大小近乎一致的果實用于后續相關理化指標的測定。

表 1 供試薄皮甜瓜材料Table 1 Oriental melon varieties used in the study

1.2 儀器與設備

CT3質構儀 美國Brookfield公司；U-5100 Spectrophotometer比例紫外分光光度計 日本Hitachi公司；PB-10 pH計 德國Sartorius公司；TD-45數字折光儀 中國金科利達公司。

1.3 方法

1.3.1 果實質構指標的測定

質構儀檢測之前，樣品處理參照Bianchi等[5]的方法，并加以改進，具體方法見圖1。甜瓜果實洗凈，沿赤道部位切取厚度約1.5 cm果肉切片，再用直徑為1.5 cm的打孔器在果實切片上垂直壓取圓柱形果肉，最終用雙面刀片修整為底面直徑1.5 cm、高1 cm的圓柱體，待測。質構剖面分析（texture profile analysis，TPA）及穿刺檢測中每個品種測定3 個果實，每個果實設置5 次重復。質構儀參數設置參考劉莉等[16]的實驗參數，并稍作調整。TPA檢測采用TA25/1000（直徑50 mm）探頭，具體參數設置如下：觸發點負載10 g，測試速率2 mm/s、返回速率2 mm/s，2 次循環，循環間可恢復時間3 s，目標形變量3 mm，數據頻率10 點/s。穿刺檢測采用TA39（直徑2 mm）探頭，具體參數設置如下：觸發點負載10 g，測試速率2 mm/s、返回速率2 mm/s，1 次循環，目標形變量5 mm，數據頻率10 點/s。本次實驗選取的質構儀測試指標感官及數學定義見表2，典型的TPA及穿刺檢測的特征曲線見圖2和圖3。

圖 1 甜瓜果實質構測定的取樣部位示意圖（A）及樣品塊形狀規格（B）Fig. 1 Schematic diagram of melon sampling position for texture test (A)and cylinder sample specification (B)

表 2 質構儀測試指標定義Table 2 Definition of the parameters measured by texture analyzer

圖 2 甜瓜果肉TPA檢測特征曲線Fig. 2 Typical TPA curve of oriental melon fruit

圖 3 甜瓜果肉穿刺檢測特征曲線Fig. 3 Typical puncture test curve of oriental melon fruit

1.3.2 果實基本理化指標及質地相關生化指標的測定

使用游標卡尺測量果實橫徑/mm、縱徑/mm、種腔橫徑/mm，按公式（1）～（3）計算相應的果形指標。

采用分析天平稱量單果質量；采用PB-10 pH計測定果汁pH值；采用TD-45D數字折光儀測定果汁可溶性固形物含量/°Brix；根據GB 5009.3—2010《食品安全國家標準 食品中水分的測定》中的烘干法測定水分質量分數；淀粉含量測定采用高氯酸水解法[17]；纖維素含量測定采用蒽酮硫酸比色法[17]；果膠含量的測定采用分光光度法，具體參照NY/T 2016—2011《水果及其制品中果膠含量的測定》。均設3 次重復。

1.4 數據處理與分析

使用Excel軟件進行數據處理和作圖，SPSS 18.0軟件進行差異顯著性分析（Duncan新復極差法）、相關性分析、因子分析、系統聚類分析。

2 結果與分析

2.1 果實基本理化性狀分析結果

表 3 不同品種薄皮甜瓜成熟期果實理化性狀Table 3 Physicochemical traits of different varieties of oriental melon fruits at harvest

由表3可知，測定的6 項理化指標在10 個品種間存在顯著性差異。果形指數變異系數最大，為0.59，果肉厚度和pH值變異系數較小，分別為0.08和0.06。果形指數YJM最大（3.56），XSM最小（0.74）；空腔率BTG最大（59.09%），YJM最小（37.12%）；果肉厚度除BTG為17.27 mm外，其余品種均大于20 mm；單果質量YJM最大（621.82 g），BTG最小（270.94 g）；pH值除HDB（6.59）顯著高于其他品種外，其余品種均在5.44～5.82之間；可溶性固形物含量是判斷果實成熟度的關鍵指標，YMR、TT和HDB三者顯著高于其他品種，HPM和XSM顯著低于其他品種。

2.2 果實質構指標的差異分析結果

表 4 不同品種薄皮甜瓜成熟期果實質構指標Table 4 Textural indexes of different varieties of oriental melon fruits at harvest

由表4可知，8 個質構指標中，除彈性外，均存在較大變異系數（0.15～0.49）。差異顯著性分析顯示，梗硬口感的YMR、HLW和C7的TPA硬度、膠著性、咀嚼性和穿刺硬度顯著高于其他品種，說明此4 項指標可能共同決定了梗硬口感的形成，其中YMR的TPA硬度、膠著性、咀嚼性及穿刺硬度均表現為最大值；酥脆口感的HDB和YJM的彈性高于其他品種，同時，內聚性顯著高于除YMR外的其他品種，說明較高的彈性和內聚性可能與酥脆口感的形成有關；黏綿口感的HPM的黏附力和黏附性均顯著高于其他品種，表明這兩個指標是反映黏綿口感的關鍵指標；沙軟口感的XSM的TPA硬度、黏附力、彈性、膠著性、咀嚼性和穿刺硬度均顯著低于其他品種，表明此6 項質構指標綜合作用于沙軟口感的形成；脆硬口感的TT、QY和BTG的內聚性顯著低于其他品種，其余指標大多居于中間位置，說明脆硬口感主要由內聚性決定，但同樣受其余指標的綜合影響。

2.3 果實質地相關理化指標的差異分析結果

表 5 不同品種薄皮甜瓜成熟期果實質地相關理化指標Table 5 Physicochemical indexes related to texture of different varieties of oriental melon fruits at harvest

由表5可知，測定的6 個質地相關理化指標中除水分質量分數外，均存在較大變異系數（0.21～0.55）。原果膠含量XSM與HPM顯著高于其他品種，分別為8.31 mg/g和7.22 mg/g，YMR最低，為3.19 mg/g；可溶性果膠含量HPM與XSM顯著高于其他品種，分別為8.32 mg/g和6.29 mg/g，QY最低，為1.81 mg/g；總果膠含量為原果膠含量與可溶性果膠含量的總和，HPM和XSM同樣顯著高于其他品種，分別為15.54 mg/g和14.60 mg/g，HDB最低，為5.54 mg/g；淀粉含量HPM顯著高于其他品種，為2.42 mg/g，XSM、HDB和YJM三者淀粉含量顯著低于其他品種，分別為1.25、1.35 mg/g和1.31 mg/g；纖維素含量HPM顯著高于其他品種，為6.69 mg/g，HDB與YJM顯著低于其他品種，分別為2.85 mg/g和2.87 mg/g；水分質量分數XSM最高，為94.31%，TT最低，為88.56%。上述結果表明，黏綿口感和沙軟口感的品種均具有較高的原果膠和可溶性果膠含量，同時黏綿口感的品種也有較高的淀粉和纖維素含量；酥脆口感的品種淀粉和纖維素含量相對較低；較低淀粉含量和較高的含水量可能決定沙軟口感的形成。

2.4 果實質構指標間的相關性分析結果

表 6 不同品種薄皮甜瓜成熟期果實質構指標間相關性分析Table 6 Correlation analysis of textural indexes of different varieties of oriental melon fruits at harvest

由表6可知，選取的8 個質構指標間具有不同程度的相關性。其中TPA硬度與膠著性、咀嚼性和穿刺硬度均呈極顯著正相關（P＜0.01）；黏附力和和黏附性呈極顯著正相關（P＜0.01）；內聚性與膠著性、咀嚼性均呈顯著正相關（P＜0.05）；膠著性與咀嚼性呈極顯著正相關（P＜0.01）；穿刺硬度與膠著性和咀嚼性均呈極顯著正相關（P＜0.01）。其余指標之間相關性不顯著，表明多個質構指標間可能存在部分質構信息的重疊表達。

2.5 果實質構指標與質地相關理化指標間的相關性分析結果

表 7 不同品種薄皮甜瓜成熟期果實質構指標與理化指標間相關性分析Table 7 Correlation analysis between textural indexes and physicochemical indexes of different varieties of oriental melon fruits at harvest

由表7可知，質構指標與質地相關理化指標間存在不同程度的相關性。TPA硬度與原果膠含量和水分質量分數呈極顯著負相關（P＜0.01），與總果膠含量呈顯著負相關（P＜0.05）；黏附性、黏附力與淀粉含量均呈顯著正相關（P＜0.05）；內聚性與纖維素含量呈顯著負相關（P＜0.05）；咀嚼性、膠著性均與原果膠含量和水分質量分數均呈顯著負相關（P＜0.05）；穿刺硬度與原果膠、總果膠含量和水分質量分數呈極顯著負相關（P＜0.01），與可溶性果膠含量呈顯著負相關（P＜0.05），由此可知，TPA硬度和穿刺硬度既有相似性也有差異性。彈性與任何質地相關生化指標間均無顯著相關性。

2.6 果實質地特性的因子分析結果

對測定的8 個質構指標和6 個質地相關理化指標的數據經Z-標準化后進行因子分析。基于主因子特征值大于1的原則，提取前3 個主因子，累計方差貢獻率達89.40%（表8），表明此3 個主因子能夠解釋全部14 個指標的絕大部分信息。經最大方差法旋轉后得到的主因子荷載矩陣見表9，第一主因子F1方差貢獻率為52.76%，代表性指標中與之呈正荷載的為TPA硬度、咀嚼性、膠著性、穿刺硬度，呈負荷載的為原果膠含量、總果膠含量和水分質量分數，因此，定義為梗硬因子。第二主因子F2方差貢獻率為25.73%，代表性指標為黏附力、黏附性、可溶性果膠含量、淀粉含量，均與之呈正荷載，定義為黏綿因子。第三主因子F3方差貢獻率為10.91%，代表性指標中彈性，內聚性與之呈正荷載，纖維素含量與之呈負荷載，定義為內聚因子。由此，將14 個指標歸納為3 個更具代表性的主因子。根據表9對3 個主因子進行得分模型的構建，見式（4）～（6）。

分別計算各主因子得分并按降序排名（表10），F1（梗硬因子）得分較高的品種具有較高的TPA硬度、膠著性、咀嚼性和穿刺硬度，同時表現出較低的原果膠、總果膠含量和水分質量分數。對于F1得分，YMR與HLW并列第1位，XSM和HPM位于倒數兩位，YJM和HDB也較低，分別位于第7和第8位；F2得分越高說明黏附力、黏附性越高，同時具有較高的可溶性果膠、淀粉含量。HPM的F2得分最高，YJM和HDB位于倒數兩位。越高的F3得分對應越高的彈性和內聚性，同時纖維素含量越低，其中YMR得分最高，HDB和YJM居于其后。圖4、5更加直觀地顯示了各品種3 個主因子的得分情況。

主因子的權重＝方差貢獻率/累計貢獻率，因質地黏綿、沙軟的甜瓜果實不耐貯運，感官接受程度低，表現為較差的商品品質，所以F2（黏綿因子）因子權重賦予負值，F1（梗硬因子）、F3（內聚因子）賦予正值；因此，根據表8確立各主因子的權重，建立綜合得分（Q）數學模型見公式（7）。

式中：F1、F2、F3表示3 個主因子得分。

綜合得分越高，說明質地品質越佳。結果如表10所示，呈梗硬口感的YMR和脆硬口感的C7綜合得分位于前兩位，質地品質較優；呈黏綿口感的HPM和沙軟口感的XSM位于后兩位，質地品質較差；其余品種居中。

表 8 質地指標的特征值及貢獻率Table 8 Factor eigenvalues and contribution rates of textural indexes

表 9 質地指標主因子荷載矩陣Table 9 Principal factor loading matrix of textural indexes

表 10 不同品種薄皮甜瓜果實主因子及綜合得分排名Table 10 Principal factors and comprehensive score ranking of different varieties of oriental melon fruits

圖 4 不同品種薄皮甜瓜果實質地特性第1、2主因子得分二維排序散點圖Fig. 4 Scattering plot based on PC1 versus PC2 scores of different varieties of oriental melon fruits

圖 5 不同品種薄皮甜瓜果實質地特性第1、3主因子得分二維排序散點圖Fig. 5 Scattering plot based on PC1 versus PC3 scores of different varieties of oriental melon fruits

2.7 果實質地特性的聚類分析結果

圖 6 不同品種甜瓜果實質地特性系統聚類分析樹狀圖Fig. 6 Dendrogram obtained from systematic clustering analysis of different varieties of oriental melon fruits

以本實驗測定的14 個指標為依據，對10 個品種薄皮甜瓜進行質地特性的系統聚類分析，由圖6可知，當歐氏距離為5時，全部品種被劃分為5 類，聚類結果與口感相一致，說明此14 個指標能夠實現對薄皮甜瓜果實質地特性的準確分類。第I類包括QY、BTG、TT，此3 個品種質地特性具體表現為F1和F2得分居中、F3得分較低，呈脆硬質地；第II類包括HDB、YJM，具體表現為F1、F2得分較低，F3得分較高，呈酥脆質地；第III類包括HLW、C7、YMR，此3 個品種F1得分較高，呈梗硬質地；第IV類為XSM，其F1得分最低，呈沙軟質地；第Ⅴ類為HPM，其F2得分最高、F1得分較低，呈黏綿質地。

3 討 論

本實驗表明質構儀可以充分描述、分析薄皮甜瓜果實的質地差異，這與劉翔等[18]在甜瓜中的研究結果一致。相關性分析表明，質構指標間存在不同程度的相關性，這與前人在桃[19]、蘋果[20]、梨[9,21]等園藝作物中的研究結果相似，說明不同質構指標間存在質構信息的重疊表達，本實驗通過TPA和穿刺兩種檢測模式分別測定了TPA硬度和穿刺硬度兩個硬度指標，旨在探明兩者在描述果肉硬度上是否存在差異，結果表明兩者呈極顯著正相關，并且與其他質構指標的相關性相似，即均與膠著性和咀嚼性呈極顯著正相關，說明在硬度的描述中二者功能相似，但二者與質地相關理化指標的相關性存在差異，則說明二者既有相似性也有差異性。同樣，黏附力和和黏附性兩個指標均可用于黏度的描述，二者呈極顯著正相關，且均與淀粉含量呈顯著正相關，但相關系數黏附力（0.736）＞黏附性（0.681），說明黏附力比黏附性更能反映淀粉含量。因此，在針對不同種類園藝作物質地品質的分析中，質構儀檢測模式的選用和代表性質構指標的篩選或為今后進一步研究的內容。

本研究發現質構指標與質地相關理化指標間具有不同程度的相關性，在薄皮甜瓜果實中，原果膠、可溶性果膠、淀粉、纖維素含量和水分質量分數可能是導致質地差異形成的內在因素，同時也表明質構指標可用于間接快速評估果蔬的內在理化指標，這在棗[22-23]、葡萄[24]、獼猴桃[25]等的相關研究中已有報道。有的學者將果膠、纖維素、半纖維素等統稱為細胞壁物質，并認為細胞壁物質組分差異是決定園藝作物質地特性形成的關鍵因素[26]。本研究結果主要表現為原果膠含量和水分質量分數與TPA硬度、穿刺硬度、咀嚼性和膠著性呈不同程度顯著性負相關，可溶性果膠含量與穿刺硬度呈顯著負相關，總果膠含量與TPA硬度呈顯著負相關，與穿刺硬度呈極顯著負相關；淀粉含量與黏附力、黏附性呈顯著正相關；纖維素含量與內聚性呈顯著負相關。這為今后進一步探明影響薄皮甜瓜果實質地特性形成的內在因子提供了研究依據。

因子分析通過數據降維將原始信息進行壓縮，使各主因子之間互不相關但又能反映各指標的信息，從而實現有效指標的篩選，降低分析難度，提高分析效率。因此，因子分析在冬棗[27]、無花果[28]、枸杞[29]、龍眼[30]等園藝作物品質的綜合評價中被廣泛應用。本研究采用因子分析將14 個質地相關指標簡化為3 個相對獨立的主因子，并根據其代表性指標分別命名為F1（梗硬因子）、F2（黏綿因子）和F3（內聚因子），并認為F1、F3得分越高越好，F2得分越低越好，從主因子得分二維排序散點圖（圖4、5）可以直觀地看出10 個品種薄皮甜瓜果實各主因子得分的分布情況，從F1與F2結合的角度分析，靠近第4象限的品種果實質地品質較優；從F1與F3結合的角度分析，靠近第1象限的品種果實質地品質較優。因此，因子分析不僅可以實現質地品質的綜合評價，還可根據各主因子得分進行更為具體的評價，這為不同質地特性薄皮甜瓜品種的定向篩選提供理論依據。

通過聚類分析不僅能處理量大的數據，還可以觀察不同品種之間的相似程度，實現品質分級，特性歸類[12]。其在獼猴桃[13]、葡萄[31]、李[32]的品質綜合評價和品種譜系劃分中已得到較好的應用。本研究通過系統聚類分析將10 個品種薄皮甜瓜劃分為5 類，每一類均有其特有的質地特性。說明通過因子分析與聚類分析相結合的方式能夠更全面、客觀地對甜瓜果實的質地品質進行評價分類。

4 結 論

成熟期薄皮甜瓜果實的質構指標之間存在不同程度相關性。質構指標與質地相關理化指標間存在相關性，原果膠含量和水分質量分數與TPA硬度、穿刺硬度、咀嚼性和膠著性呈不同程度顯著性負相關，水溶性果膠含量與穿刺硬度呈顯著負相關；淀粉含量與黏附力和黏附性呈顯著正相關；纖維素含量與內聚性呈顯著負相關。

因子分析將薄皮甜瓜果實的質地指標降維為3 個主因子，即F1（梗硬因子）、F2（黏綿因子）和F3（內聚因子）。主因子得分模型顯示：F1和F3得分越高、F2得分越低質地品質越好。基于主因子構建的綜合得分模型可實現薄皮甜瓜果實質地品質的綜合評價，評價結果為梗硬口感品種‘玉美人’、‘彩虹七號’質地品質較優，黏綿和沙軟口感品種‘紅皮面’和‘香沙蜜’較差，其余品種居中。

系統聚類分析可實現薄皮甜瓜果實質地特性的準確分類。本研究中的10 個品種薄皮甜瓜果實的質地特性被分為5 類，與口感相一致，依次為脆硬、酥脆、梗硬、沙軟、黏綿。