基于主成分分析的蘋果品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

張臘臘 韓明虎 胡浩斌

摘要：建立慶陽(yáng)蘋果的綜合評(píng)價(jià)體系，為慶陽(yáng)蘋果的改進(jìn)和推廣宣傳提供科學(xué)參考。以慶陽(yáng)地區(qū)7縣1區(qū)8個(gè)地方以及2個(gè)其他地區(qū)的蘋果為試材，測(cè)定了果皮色澤、可溶性固形物含量、可溶性總糖含量、花青苷含量、可滴定總酸含量等10個(gè)主要果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)，采用多元統(tǒng)計(jì)的主成分分析法進(jìn)行了相關(guān)性分析，并與陜西洛川和甘肅靜寧的蘋果品質(zhì)作了簡(jiǎn)單的對(duì)比。結(jié)果表明，采用主成分分析法提取出的4個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到81.137%，說(shuō)明這4個(gè)主成分可以反映慶陽(yáng)蘋果品質(zhì)的大部分信息，固酸比、果形指數(shù)、可溶性總糖和果皮色澤為簡(jiǎn)化后的4個(gè)指標(biāo)。慶陽(yáng)地區(qū)蘋果綜合品質(zhì)高低的順序?yàn)閼c城縣>環(huán)縣>合水縣>寧縣>靜寧縣>西峰區(qū)溫泉鎮(zhèn)黃官寨村>鎮(zhèn)原縣>西峰區(qū)溫泉鎮(zhèn)劉家店村>正寧縣>洛川縣。

關(guān)鍵詞：蘋果;品質(zhì);果皮色澤;可溶性固形物;可溶性糖;花青苷;主成分分析

中圖分類號(hào)： TS255.7 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2020）03-0209-05

甘肅省慶陽(yáng)市由于其特殊的地理位置成為我國(guó)優(yōu)質(zhì)蘋果的理想栽植地。慶陽(yáng)市的蘋果種植主要分布在西峰區(qū)、寧縣等8個(gè)縣（區(qū)），在改善農(nóng)民就業(yè)狀態(tài)、提高慶陽(yáng)市農(nóng)村經(jīng)濟(jì)收入等方面蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用[1-2]。“慶陽(yáng)蘋果果真好”作為慶陽(yáng)蘋果的宣傳語(yǔ)已被人們熟知，但是對(duì)于慶陽(yáng)蘋果的品質(zhì)分析目前并沒(méi)有系統(tǒng)的研究。蘋果品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)有外觀評(píng)價(jià)指標(biāo)（單果質(zhì)量、果皮色澤等）、成分品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)（可溶性固形物含量、總酸含量、維生素C含量、和果皮花青苷含量等）[3-6]。蘋果品質(zhì)決定了其在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，蘋果果皮和果肉的顏色在很大程度上取決于生長(zhǎng)過(guò)程中花青苷的含量。花青苷屬于黃酮類化合物，現(xiàn)已被證實(shí)具有多種生理活性，比如抗氧化、改善視力等[7-9]。花青苷的合成與蘋果中的含糖量有密不可分的關(guān)系，有研究表明，糖不僅是合成花青苷的前體物質(zhì)，還是調(diào)解花青苷合成的信號(hào)物質(zhì);固酸比也是影響蘋果口感的一個(gè)重要指標(biāo)[10-11]。蘋果酸是蘋果有機(jī)酸中的重要成分，采用酶聯(lián)免疫吸附法測(cè)定了樣果中的蘋果酸含量[12-14]。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于慶陽(yáng)蘋果的研究并不多，已有的研究主要集中在果樹品種引進(jìn)及栽培技術(shù)方面。本試驗(yàn)以慶陽(yáng)市7縣1區(qū)8個(gè)不同示范果園以及2個(gè)其他地區(qū)的蘋果作為研究對(duì)象，采用主成分分析法對(duì)所測(cè)得的蘋果品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分類，再根據(jù)最終的綜合品質(zhì)得分對(duì)慶陽(yáng)蘋果進(jìn)行系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，以期為慶陽(yáng)蘋果的品質(zhì)改進(jìn)和推廣宣傳提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為慶陽(yáng)市8個(gè)不同縣（區(qū)）以及2個(gè)其他地區(qū)的蘋果（2017年10月15—16日采摘），通過(guò)套袋處理，各縣（區(qū)）蘋果成熟度相似，采摘后存于零度冷庫(kù)，用于果實(shí)品質(zhì)分析。果園地址及編號(hào)分別為：西峰區(qū)溫泉鎮(zhèn)黃官寨村（1），西峰區(qū)溫泉鎮(zhèn)劉家店村（2），慶城縣驛馬鎮(zhèn)太樂(lè)村（3），合水縣老城鎮(zhèn)小塬子村（4），鎮(zhèn)原縣上肖鄉(xiāng)路嶺村（5），寧縣湘樂(lè)鎮(zhèn)樊灣村（6），正寧縣西坡鎮(zhèn)宋畔村（7），環(huán)縣合道鎮(zhèn)朱家塬村（8），平?jīng)鍪徐o寧縣治平大莊村（9），陜西省洛川縣交口河鎮(zhèn)安善村（10），結(jié)果按照果園序號(hào)排序進(jìn)行分析。

1.2 儀器與設(shè)備

ELISA檢測(cè)試劑盒（上海優(yōu)選生物科技有限公司）、BS110S型電子天平（北京賽多利斯天平有限公司）、CR-400型色度計(jì)（日本美能達(dá)公司）、PAL-1 型數(shù)顯糖度計(jì)（日本Atago愛宕公司）、瑞士Sunrise全自動(dòng)酶標(biāo)儀F50 （上海博源生科技有限公司）、深圳雷杜洗板機(jī)RT-3000（成都壹科醫(yī)療器械有限公司）、Eppendorf臺(tái)式高速冷凍離心機(jī)5427 R（北京海天友誠(chéng)科技有限公司）、NJL07-5型實(shí)驗(yàn)室超聲微波爐（南京杰全微波設(shè)備有限公司）、7230G型可見分光光度計(jì)（上海精密科學(xué)儀器有限公司）。

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

1.3.1 單果質(zhì)量 單果質(zhì)量采用精度為0.1 g的電子天平測(cè)量。

1.3.2 果形指數(shù) 采用游標(biāo)卡尺測(cè)量果實(shí)的縱徑和橫徑，果形指數(shù)=縱徑/橫徑。

1.3.3 果皮色澤 采用全自動(dòng)測(cè)色色度計(jì)在果實(shí)赤道附近對(duì)稱選取2點(diǎn)測(cè)定果實(shí)表皮的色澤明亮度（L）、顏色的綠紅值（a）、顏色的藍(lán)黃值（b），總色差ΔE=（Δa2+Δb2+ΔL2）1/2。

1.3.4 果實(shí)硬度和可溶性固形物含量 參照國(guó)家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2316—2013《蘋果品質(zhì)指標(biāo)評(píng)價(jià)規(guī)范》中的方法采用硬度計(jì)和糖量計(jì)測(cè)定果實(shí)硬度和可溶性固形物含量。

1.3.5 可滴定總酸含量和固酸比 參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 12456—2008《食品中總酸的測(cè)定》中的pH電位法用酸度計(jì)測(cè)量可滴定酸總含量;固酸比即為可溶性固形物含量和可滴定酸的比值。

1.3.6 維生素C含量 維生素C含量參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5009.86—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中抗壞血酸的測(cè)定》中的2，6-二氯靛酚滴定法進(jìn)行測(cè)量。

1.3.7 可溶性總糖含量 可溶性總糖含量根據(jù)國(guó)家農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 1278—2007《蔬菜及其制品中可溶性糖的測(cè)定 銅還原碘量法》中可溶性總糖的測(cè)定方法進(jìn)行測(cè)定。

1.3.8 花青苷含量測(cè)定 稱取1 g左右的果皮樣品，在液氮中研磨成粉狀，放入試管中，加 10 mL 乙醇-鹽酸（85 ∶ 15，V/V）提取液，在黑暗、4 ℃下萃取24 h后，在12 000 r/min下離心10 min，取上清液，測(cè)定其在530、620、650 nm處的吸光度。花青苷含量計(jì)算公式為

花青苷含量=Dλ÷ζλ×V÷m×106;

Dλ=D530 nm-D620 nm-0.1×（D650 nm-D620 nm）。

式中：ζλ=4.62×104，為花青苷分子在530 nm波長(zhǎng)處的消光系數(shù);Dλ為花青苷的光密度;V為提取液體積;m為蘋果果皮的質(zhì)量。

1.3.9 蘋果酸含量測(cè)定 采用植物蘋果酸酶聯(lián)免疫吸附試劑盒測(cè)定果實(shí)中的蘋果酸含量，具體方法為樣品處理：稱取鮮質(zhì)量為0.20±0.02 g的樣本，按照1 g對(duì)應(yīng)9 mL磷酸緩沖鹽溶液（PBS）的比例加入pH值為7.4的0.1 mol/L PBS，反復(fù)超聲（130 W，20 kHz，20 s/次）3次后，在3 000 r/min下離心30 min，取上清液待用。加樣，溫育，洗滌，顯色，測(cè)定：在450 nm波長(zhǎng)處測(cè)定各孔的吸光度（D450 nm）。以標(biāo)準(zhǔn)物的濃度為縱坐標(biāo)，D450 nm為橫坐標(biāo)，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程，將樣品的D450 nm代入方程式，計(jì)算出樣品濃度，再乘以稀釋倍數(shù)，即為樣品中蘋果酸的實(shí)際濃度。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理和計(jì)算，再用SPSS 19.0進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 10個(gè)果園蘋果品質(zhì)分析

10個(gè)果園蘋果主要品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)測(cè)定結(jié)果見表1。慶陽(yáng)市蘋果單果質(zhì)量以寧縣最高，慶城縣最低，但都高于252 g，而靜寧縣和洛川縣均低于慶城縣;果形指數(shù)的測(cè)量值均在0.8～0.92范圍內(nèi)，說(shuō)明果形為圓形或接近圓形，外觀端正;果皮色澤以合水縣最高，達(dá)到38.77 cd/cm2，最低的西峰區(qū)溫泉鎮(zhèn)劉家店村也在22 cd/cm2左右，蘋果色澤艷麗;果實(shí)硬度除了寧縣外均在7.0以上，寧縣果實(shí)硬度也達(dá)到了6.9 kg/cm2，果實(shí)松脆可口。可溶性固形物含量環(huán)縣、靜寧縣大于其他幾個(gè)地方，其中環(huán)縣最高，達(dá)15.82%，正寧縣最低;可滴定總酸含量鎮(zhèn)原縣較其他幾個(gè)地方的高，慶城縣最低;固酸比是評(píng)判蘋果品質(zhì)的重要指標(biāo)，固酸比在30～50之間時(shí)適合中國(guó)人的味感嗜好，比值越大感覺越甜，比值越小感覺越酸。10個(gè)果園中蘋果固酸比都較高，均大于30，環(huán)縣最高為42.31，是所有樣品中最適口的。可溶性總糖含量靜寧縣與環(huán)縣較其他地方高，花青苷含量以合水縣最高，而維生素C含量以西峰區(qū)溫泉鎮(zhèn)黃官寨村最高。

2.2 蘋果酸含量

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出蘋果酸含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=169.95x-13.423，相關(guān)系數(shù)r2為0.997 8，可滿足實(shí)際檢測(cè)需要。蘋果酸作為蘋果有機(jī)酸中的一種重要酸，對(duì)于提高蘋果生長(zhǎng)過(guò)程中果肉和果皮色澤強(qiáng)度和色澤穩(wěn)定性具有重要作用[19-23]。10個(gè)產(chǎn)地蘋果中有機(jī)酸含量均在0.18%以上，除西峰區(qū)溫泉鎮(zhèn)官寨村和鎮(zhèn)原縣外，其余產(chǎn)地蘋果中蘋果酸含量達(dá)到0.2%以上，西峰區(qū)溫泉鎮(zhèn)劉家店村含量最高，為0.278%。

若要對(duì)蘋果作出系統(tǒng)的評(píng)價(jià)還需要對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，因?yàn)楣麑?shí)綜合品質(zhì)從單個(gè)指標(biāo)中不易體現(xiàn)。

2.3 蘋果品質(zhì)評(píng)價(jià)因子選擇

本度驗(yàn)所測(cè)的10個(gè)品質(zhì)指標(biāo)之間既相對(duì)獨(dú)立又密切相關(guān)。對(duì)所測(cè)蘋果的主要品質(zhì)指標(biāo)應(yīng)用主成分分析和聚類分析選擇出品質(zhì)評(píng)價(jià)的主要因子并進(jìn)行分類[15-17]。表2是對(duì)所測(cè)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到的相關(guān)系數(shù)矩陣。

2.3.1 主成分因子的選擇 根據(jù)特征值大于1的原則提取了4個(gè)主成分，其特征值分別為3.066、1.955、1.756、1.336，各個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率分別為30.663%、19.548%、17.562%、13，364%。累積貢獻(xiàn)率達(dá)81.137%（表3、表4），因此所選擇的4個(gè)主成分能夠代表蘋果綜合品質(zhì)性狀81.137%的信息，可將所測(cè)的10個(gè)品質(zhì)性狀綜合為4個(gè)主成分。

由表3可知，決定4個(gè)主成分大小的指標(biāo)分別是第1主成分：果實(shí)硬度和可溶性總糖含量;第2主成分：果皮色澤和花青苷含量;第3主成分：?jiǎn)喂|(zhì)量和固酸比;第4主成分：維生素C含量。由于對(duì)主成分的載荷矩陣旋轉(zhuǎn)后，矩陣的載荷系數(shù)可更接近1或0，進(jìn)而可以更好地描述所測(cè)蘋果的綜合品質(zhì)，因此對(duì)主成分矩陣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，結(jié)果如表4所示，決定4個(gè)主成分大小的指標(biāo)分別是第1主成分：?jiǎn)喂|(zhì)量和可溶性總糖含量;第2主成分：固酸比和可滴定總酸含量;第3主成分：果皮色澤和花青苷含量;第4主成分：維生素C含量。綜合分析4個(gè)主成分可分別將其定義為，第1主成分：蘋果的甜味;第2主成分：蘋果的酸味; 第3主成分：蘋果的色澤;第4主成分：蘋果的成分品質(zhì)。

2.3.2 主成分因子的聚類分析 對(duì)表5前4個(gè)主成分的特征向量進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，建立果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)體系， 從圖1可以看出，最大距離約為23時(shí)可劃分為4個(gè)類別，果形指數(shù)（4）、固酸比（7）分別單列為一類，單果質(zhì)量、花青苷含量和果皮色澤（2、3、8）聚為一類，果實(shí)硬度、可溶性固形物含量、可溶性總糖含量、維生素C含量和可滴定總酸含量（1、5、6、9、10）5個(gè)指標(biāo)同聚為一類。說(shuō)明所測(cè)的10個(gè)果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)可以選出4個(gè)代表因子進(jìn)行簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后的評(píng)價(jià)指標(biāo)為果形指數(shù)、固酸比、單果質(zhì)量或果皮色澤或花青苷含量、果實(shí)硬度或可溶性固形物含量或可溶性總糖含量或維生素C含量或可滴定總酸含量。

根據(jù)圖1聚類分析的結(jié)果并結(jié)合主成分因子分析結(jié)果確定固酸比、果形指數(shù)、果皮色澤和可溶性總糖含量4個(gè)指標(biāo)為簡(jiǎn)化后的評(píng)價(jià)體系，計(jì)算慶陽(yáng)市各個(gè)縣（區(qū)）及靜寧和洛川10個(gè)產(chǎn)地蘋果綜合品質(zhì)的得分和排序，結(jié)果見表6。10個(gè)產(chǎn)地蘋果綜合品質(zhì)的順序?yàn)閼c城縣>環(huán)縣>合水縣>寧縣>靜寧縣>西峰區(qū)溫泉鎮(zhèn)黃官寨村>鎮(zhèn)原縣>西峰區(qū)溫泉鎮(zhèn)劉家店村>正寧縣>洛川縣。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)慶陽(yáng)地區(qū)8個(gè)縣（區(qū)）及靜寧縣和洛川縣10個(gè)產(chǎn)地蘋果品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定，采用主成分分析法選取4個(gè)指標(biāo)（固酸比、果形指數(shù)、可溶性總糖和果皮色澤）作為最終評(píng)價(jià)因子，并得到10個(gè)產(chǎn)地蘋果的綜合品質(zhì)得分，從高到低依次為慶城縣>環(huán)縣>合水縣>寧縣>靜寧縣>西峰區(qū)溫泉鎮(zhèn)黃官寨村>鎮(zhèn)原縣>西峰區(qū)溫泉鎮(zhèn)劉家店村>正寧縣>洛川縣。采用多元統(tǒng)計(jì)的方法對(duì)慶陽(yáng)市蘋果進(jìn)行系統(tǒng)分析，為評(píng)價(jià)慶陽(yáng)市蘋果的品質(zhì)提供了一定理論依據(jù)。蘋果酸作為蘋果中一種重要的有機(jī)酸，具有較高的藥用價(jià)值，采用酶聯(lián)免疫吸附法測(cè)定了蘋果中蘋果酸的含量，高低順序?yàn)槲鞣鍏^(qū)溫泉鎮(zhèn)劉家店村>寧縣>洛川縣>靜寧縣>正寧縣>環(huán)縣>合水縣>慶城縣>鎮(zhèn)原縣>西峰區(qū)溫泉鎮(zhèn)黃官寨村。

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