石漠化治理區火龍果果實品質評價

王飛躍，劉子琦，李 淵，程 雯

(貴州師范大學喀斯特研究院/國家喀斯特石漠化防治工程技術研究中心，貴州 貴陽 550001)

【研究意義】火龍果(Hylocereusundatus)又名紅龍果、仙蜜果、情人果[1]，屬仙人掌科(Cactaceae)量天尺屬(Hylocereus)或蛇鞭柱屬(Selenicereus)多年生蔓性植物，具有很高的經濟價值、藥用價值及觀賞價值[2]。火龍果為原產于墨西哥及以南的中南美洲各國的熱帶水果，在大洋洲、中美洲和東南亞都有種植[3]。我國臺灣于20世紀90年代開始引入[4]，隨后逐漸推廣到我國大陸的海南、福建、廣東、廣西和云南等省[5]。貴州省引入火龍果則是在21世紀初，火龍果市場潛力巨大，尤其是在歐洲市場，需求越來越大，呈現供不應求的狀態[4]。火龍果喜光耐陰、喜溫不耐寒，生長溫度為11～38 ℃，最適宜的生長溫度為20～30 ℃，適應多種類型土壤，但以排水良好、疏松肥沃，pH 6.0～7.5 壤土最為適合生長[6]。貴州石漠化山區水土流失嚴重，土層較薄，氣候上干濕兩季分明，晝夜溫差較大。年總積溫 5000 ℃，年平均溫度 18.7 ℃。在巖溶石漠化山區，火龍果能正常開花結果[7]，南北盤江、清水江、都柳江、烏江、赤水河等低熱河谷流域均具有滿足火龍果的生長條件[8]。由于喀斯特石漠化地區特殊的地理環境及火龍果引入時間較短，其生態價值、經濟價值和扶貧價值并未充分體現。【前人研究進展】近年來對火龍果的研究主要集中在栽培技術[9-10]、品種選育[11-14]、營養成分[15-18]、產業發展[19-20]等方面。郭蓉等[21]研究發現，施用海藻生物肥可提高火龍果的品質。劉娟等[22]研究不同貯藏溫度下火龍果品質變化發現，在4 ℃環境下火龍果的品質較好。王彬等[23]研究不同貯藏溫度對火龍果品質的影響發現，在(10±0.5) ℃下可以有效延緩果實的成熟衰老，保持品質。李興忠等[24]研究氮磷鉀肥配施對火龍果品質的影響發現，不同施肥處理對火龍果品質影響程度不同，其中N、P、K元素的含量并不隨N、P、K肥的使用量增加而增加。多項研究均從不同角度對火龍果果實品質進行評價，但國內外對于火龍果果實品質評價體系的研究尚未形成統一標準。【本研究切入點】果實品質是火龍果生產銷售最根本的價值標準，同時也是火龍果產業化發展的重要影響因素，如何科學地、準確地評價喀斯特石漠化地區火龍果果實品質是當前亟待解決的問題。針對石漠化地區紅龍果經營和發展現狀，提升果實品質、風味口感及其營養價值是今后當地火龍果產業化發展的重要方向。果實品質可分為外觀品質和內在品質2個方面。運用多元統計方法對不同的果樹果實品質進行研究評價在近年來已有部分專家學者涉足[25]，當前，對果實品質進行分析和評價的方法較多，有關火龍果果實品質的綜合評價鮮有報道。【擬解決的關鍵問題】筆者對喀斯特石漠化高原干熱峽谷區種植的火龍果進行了深入的調查，共選取有關火龍果外觀及內在共11個品質指標，通過主成分分析和聚類分析法得出科學的品質評價標準，為不同地區、不同品種的火龍果品質評價及建立指標體系提供理論支撐，并為石漠化治理區火龍果品質的長期監測評價及產業化發展提供指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

火龍果樣品：于2018年9月中旬采取自貴州省關嶺縣花江鎮峽谷村，火龍果經營管理方式一致，從15株火龍果植株上分別采摘火龍果樣品，每株從上、中、下3個部位各采3個，再將所有火龍果樣品混合，然后按照外觀大小分為15組分別進行品質指標測定，所有果實均采自健康的火龍果植株，成熟度均為10成熟。

1.2 方法

1.2.1 外觀品質測定 用電子天平測定單果重和果皮重，可食率用果實去皮后的重量與單果重的比值表示，游標卡尺測定果實的縱徑、橫徑，果形指數則用縱徑與橫徑的比值表示。

1.2.2 內在品質指標測定 內在品質指標是決定果實營養價值與風味的重要內容。火龍果蛋白質含量參照GB 5009.5-2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》，采用分光光度法測定。維生素C含量參照GB 5009.86-2016《食品安全國家標準 食品中抗壞血酸的測定》，采用高效液相色譜法測定。可溶性固形物含量參照NY/T 2637-2014《水果和蔬菜可溶性固形物含量的測定 折射儀法》進行測定。可溶性糖含量參照NY/T 2742-2015《水果制品可溶性糖的測定 3,5-二硝基水楊酸比色法》進行測定。可滴定酸參照GB/T 12456-2008《食品中總酸的測定》進行測定。固酸比采用可溶性固形物含量與可滴定酸含量的比值表示。糖酸比用可溶性糖含量與可滴定酸含量的比值表示。膳食纖維含量參照NY/T 1594-2008《水果中總膳食纖維的測定 非酶-重量法》進行測定。

1.2.3 火龍果主成分分析 通過對15份火龍果樣品的指標數據進行歸一化處理后進行相關性分析，得到火龍果品質評價相關矩陣。對果實品質指標數據進行無量綱標準化處理后進行KMO檢驗和Bartlett's球形檢驗，KMO值在0～1，越接近1說明變量之間的相關性越強，越適合進行主成分分析。主成分載荷矩陣U與因子載荷矩陣A以及特征值λ的關系式：

根據主成分載荷矩陣與標準化的原始數據計算得到主成分得分F，根據各主成分所對應的方差貢獻率為權數計算得出綜合得分。

1.2.4 聚類分析 對各組火龍果樣品品質指標的標準化數據進行聚類分析。

1.3 數據處理與分析

采用Excel和SPSS 20軟件對試驗數據進行整理和分析。

2 結果與分析

2.1 15組火龍果果實的品質指標

從表1可知，火龍果平均單果質量為223.62～289.71 g，果形指數為0.98～1.31，可食率為69.41 %～80.26 %，可溶性固形物為10.24 %～12.21 %，可溶性糖為9.97 %～10.41 %，可滴定酸為1.85～1.97 g/kg，固酸比為5.55～6.54，糖酸比為5.09～5.74，蛋白質為1.28～1.48 g/100g，維生素為1.05～1.19 mg/100g，膳食纖維為2.24 %～2.84 %。

2.2 火龍果果實品質評價因素主成分分析

2.2.1 火龍果果實品質評價指標的相關性 從2可知，可食率與果形指數呈極顯著負相關；可溶性糖與可溶性固形物和平均單果質量呈極顯著正相關；可滴定酸與平均單果質量呈顯著負相關；固酸比與可溶性糖、可溶性固形物和平均單果質量呈極顯著正相關；糖酸比與平均單果質量和固酸比呈極顯著正相關，與可溶性糖呈顯著正相關，與可滴定酸呈極顯著負相關；蛋白質與可溶性固形物、可溶性糖和固酸比呈極顯著正相關；維生素C與可溶性固形物、可溶性糖、固酸比和蛋白質呈極顯著負相關；膳食纖維與可溶性固形物、可溶性糖、固酸比和蛋白質呈極顯著正相關，與維生素C呈極顯著負相關。

2.2.2 主成分分析的適度性檢驗 從表3可知，火龍果果實品質評價的主成分適度檢驗KMO檢驗值為0.641，Bartlett's球形檢驗顯著性概率值小于0.05，因此，適合進行主成分分析。

2.2.3 火龍果果實品質評價的主成分 從表4～5可知，3個主成分的特征值>1的主成分累計貢獻率達93.508 %，根據累計貢獻率原則，提取的3個主成分可充分反映火龍果果實品質。其中第1主成分貢獻率為56.883 %、第2主成分貢獻率為26.171 %、第3主成分貢獻率為10.46 %，已完全滿足分析要求。根據特征向量值可得出，決定第1個主成分的指標主要是膳食纖維、可溶性糖、固酸比、蛋白質和可溶性固形物；決定第2主成分的指標主要是果形指數、可滴定酸、可食率和糖酸比；決定第3主成分的指標主要是可食率和可滴定酸。第1主成分載荷較高的主要是體現果實的風味及營養價值的因子，說明風味和營養價值對火龍果品質的評價具有重要作用；3個主成分中體現果實風味的因子載荷都較高，進一步說明風味對評價火龍果品質的重要作用。

表1 15組火龍果果實的品質指標

表2 火龍果品質評價相關矩陣

注：*和**分別表示在P<0.05 和P<0.01 水平上顯著相關。

Note: * and ** indicate significance of difference atP<0.05 andP<0.01 level respectively.

表3 KMO和 Bartlett's 適度性檢驗

2.2.4 火龍果果實品質綜合評價得分 主成分分析所提取的3個主成分已基本保留了所有品質指標的原有信息，即可由F1、F2、F3這3個變量來替代原有的11個指標。由于3個主成分的貢獻率不同，因此，必須結合各主成分的貢獻率才能對火龍果品質進行綜合評價。經過標準化處理得到線性組合(X1～X11為經過標準化處理后的變量)分別為：

F1=0.263X1-0.129X2-0.144X3-0.357X4-0.383X5-0.120X6-0.378X7-0.250X8-0.365X9-0.349X10+0.380X11

F2=0.375X1-0.490X2-0.408X3-0.134X4-0.011X5-0.462X6-0.122X7-0.397X8-0.107X9-0.159X10+0.103X11

F3=0.091X1-0.399X2-0.560X3-0.216X4-0.134X5-0.490X6-0.050X7-0.356X8-0.136X9-0.257X10+0.017X11

以3個火龍果品質主成分因子F1、F2、F3作為自變量，火龍果品質綜合評價分值Y為因變量，根據公式，火龍果品質綜合評價得分：

Y=(56.883F1+26.171F2+10.455F3)/93.508

從表6可知，在15組火龍果果實品質綜合得分中，品質綜合得分前3名的是N、K和F。N 、K和F的主成分1得分的排名都較高，都在前3位，而N和K的主成分2得分都處于中等，N的主成分3得分較靠后，K的主成分3得分在中等，F的主成分3得分較靠后，說明品質綜合得分前3名的主要優勢體現在主成分1上，即膳食纖維、可溶性糖、固酸比、蛋白質和可溶性固形物的含量高，但可滴定酸含量不高，在15組火龍果中屬于營養價值高，口感偏甜的類型；H和L主成分1和主成分3得分處于中等偏上水平，而主成分2得分則排在前兩位，說明主成分2即果形指數、可滴定酸、可食率和糖酸比是其主要優勢，在15組火龍果中屬于果型最大、較圓口感較甜的類型。品質綜合得分在倒數2的是D和J，其主成分1得分排名倒數，主成分3得分確在前列，說明可食率、可滴定酸較高，在15組火龍果中屬于酸度高但營養價值低的種類。品質綜合得分處于中間的8組總體是根據主成分1的得分高低分布的，說明以營養價值和風味口感為主要內容的主成分1在火龍果果實評價中具有重要作用。此外，結合15組火龍果果實的品質指標可知，果實品質和各組果實單果質量存在一定關系，果實重量中等的N、K、F品質最好，果實較大的H、L次之，而剩下果實偏小的品質較差。

表4 火龍果3個主成分特征向量、特征值、方差貢獻率和累積方差貢獻率

表5 火龍果品質指標主成分因子載荷矩陣

表6 火龍果主成分因子得分

2.3 火龍果品質指標的聚類

由圖1可見，可將15組火龍果品質分為3個大類群：第1大類群包括A、M、O、E、C、D、J、B、I 9組；第2大類群包括H和L 2組；第3大類群包括K、N、F、G 4組。

綜合這3個大類群的主成分得分分值來看，第3類群>第2類群>第1類群，而3大類群之間的區別主要體現在第1主成分的得分上.說明，這3個大類群的重要差異是源自于膳食纖維、可溶性糖、固酸比、蛋白質、可溶性固形物含量上的不同，即火龍果的營養價值與風味口感上的差異。同時發現，第2類群果實重量最大，第3類群果實重量中等，第1類群果實重量最小，進而也說明果實大小與果實品質存在一定關系。

3 討 論

火龍果果實品質的優劣是消費者選擇的重要依據，也是其產業發展的重要影響因素。通過對石漠化治理區火龍果的果實品質進行分析測定并進行品質評價，可以有效把握該地區火龍果綜合品質，實現火龍果產業的合理發展，促進火龍果生態價值、經濟價值和扶貧價值的實現。貴州石漠化峽谷區，雨熱同期，滿足火龍果生長條件，發展火龍果產業是該地區重要的發展機遇，火龍果作為一種常年生、高附加值的經濟果樹，有利于遏制水土流失，提高居民收入，實現產業脫貧。

圖1 基于果實品質的15組火龍果系統聚類Fig.1 Systematic cluster of 15 pitaya groups based on fruit quality

選擇科學合理的評價方法，是準確評價果實品質的重要基礎，也直接影響著最終果實品質評價的效果[26]。目前，有很多學者運用多元統計分析對果實品質進行評價，李婕羚等[27]對貴州不同種植地區無籽刺梨品質的評價，趙瀅等[28]對山葡萄果實品質進行了評價研究，韓冬梅[29]等對龍眼果實品質的評價等。但鮮見對火龍果品質進行綜合評價的報道。研究將采集的火龍果按外觀大小分為15組，分別測定其主要的品質指標，對其原始數據進行主成分分析，結果表明：所提取的3個主成分因子的累計貢獻率達到93.508 %，其中主成分1的累計貢獻率達56.883 %，載荷值最大的分別是膳食纖維、可溶性糖、固酸比、蛋白質和可溶性固形物，主要是體現果實營養價值與風味的指標，主成分2中可滴定酸和糖酸比，主成分3中的可滴定酸都是影響果實風味的指標，說明營養價值和風味特別是風味口感是評價火龍果品質優劣的重要因素。有研究表明，果實的品質主要取決于體現風味與營養成分的指標[30-32]，說明本研究利用主成分析對火龍果品質評價的結果是科學的。本研究中，15組火龍果果實中N、K、F、L、H、G屬于甜酸偏甜，D、J屬于甜酸略偏酸，I、C、B、E、A、M、O屬于酸甜較為適中。15組供試火龍果的經營管理水平基本一致，但不同組火龍果在種植坡度、光照時間、土壤環境等存在一定差異，因此，這些局部環境的不同可能是造成火龍果品質差異的重要因素。

有研究表明，火龍果品質和果實大小存在一定關系，中小果型火龍果尤其是中型果果實風味最優[33]。本研究通過品質綜合得分和聚類分析發現，將15組火龍果按照果實品質的相似性將其分為3大類群，品質最優的K、N、F、G在同一類群，品質中等的H、L在同一類群，果實品質略差的A、M、O、E、C、D、J、B、I在同一類群。根據聚類結果可以得出，樣本中果實大小相近的被聚為同一類，說明果實大小對果實品質具有影響作用，其中中型果品質最優與已有研究結論一致，但大果品質高于小果，與前人結論不同，可能是由于火龍果品種、生長環境或選取果實大小分類不同所致。果實品質和果實大小確實存在相關性，對火龍果品質分級具有指導作用。同時，在火龍果產業化發展過程中可根據不同果形的火龍果進行分類加工，合理分配，實現效益最大化。

目前，國內火龍果國家標準尚未建立，對石漠化區火龍果果實品質進行綜合評價也是首次，石漠化適生地區推廣種植火龍果，目前仍然面臨生態適應性、豐產性、品質、市場等問題，未來需針對以上問題進行綜合分析評價。

4 結 論

火龍果品質主要由其內在品質指標決定，對火龍果品質評價具有重要意義，通過主成分分析對果實品質進行評價得出膳食纖維、可溶性糖、固酸比、蛋白質、可溶性固形物、可滴定酸和糖酸比7個內在品質指標是影響火龍果品質最重要的因素，因此，選擇這7個指標作為火龍果品質評價指標。根據綜合評價得分和聚類分析對15組火龍果果實品質進行評價和分類，得出15組火龍果綜合品質排名為N>K>F>H>L>G>I>C>B>E>A>M>O>D>J，其中N、K、F、G果形中等的火龍果果實品質最好，H、L果形較大的品質次之，果形較小的I、C、B、E、A、M、O、D、J品質相對較差。