不同柿果實品質分析及綜合評價

呂英忠，李卓，張擁兵，梁志宏

(山西農業大學果樹研究所，山西 太谷，030815)

柿(DiospyroskakiThunb.)為柿樹科(Ebenaceae)柿樹屬(Diospyros)多年生落葉果樹，在我國已有2 000多年的栽培歷史，栽培面積和產量均居世界第一[1]。柿果實色澤艷麗，味甜多汁，營養豐富[2]，自古就有“木本糧食”和“鐵桿莊稼”之稱，深受人民群眾喜愛。柿果中還含有多酚、類黃酮等多種功能性成分，具有很強的抗氧化和清除自由基能力[3]，可以起到提高人體免疫力、預防心血管疾病、防癌抗癌等效果[4-6]。

果實品質由自身基因和環境因素決定，是新品種選育和消費者購買果品時的重要依據，分為外觀品質和內在品質兩部分，主要包括單果質量、果形指數、硬度、可溶性固形物含量、總糖含量、還原糖含量、可滴定酸含量、VC含量、多酚含量等指標，因指標較多和目的不同，人們進行品種特性評價時往往不能對全部指標進行對比分析，因而評價結果存在很大的差異。果實品質綜合評價的研究較多，蘋果[7]、梨[8]、棗[9]、葡萄[10]、核桃[11]、櫻桃[12]等水果品種都有，目前運用較多的是主成分分析和聚類分析2種方法。

目前柿果品質評價也有一定研究，陳玉玲等[13]選取河南9個柿品種，采用“合理-滿意度”和多位價值理論合并規則的綜合評價方法對其品質進行評價，得出黑柿1號、紅燈籠、火罐柿3個澀柿品種和陽豐、次郎、新秋3個甜柿品種綜合品質優異，適合在河南及周邊地區推廣栽培；杜洋文等[14]對國家農作物種質資源平臺柿樹種質資源子平臺提供的12個日本甜柿品種的果實性狀、果實品質等12項性狀指標進行主成分分析研究，得出了12個品種的綜合得分，篩選出了陽豐、富有和次郎3個綜合性狀表現較好的日本甜柿品種；李慧等[15]采用山東省淄博市的38個柿品種運用主成分與聚類分析法對柿子的開發利用進行預判分析，通過單寧、黃酮、綠原酸、水分、灰分5個指標的測定將其分為兩類進行加工利用。這些評價中雖研究方法不同，研究指標也有所差別，但還未見將柿果最重要的抗氧化能力指標列入研究之列。

本研究以山西省栽培較多的18個柿品種為試材，通過對其果實外觀性狀、營養成分、功能性成分和抗氧化能力等14項指標進行測定，結合主成分分析法和聚類分析法對果實品質進行綜合評價，以明確品種間差異和影響柿果實品質的關鍵指標，使評判結果更具準確性和科學性，為柿新品種選育和加工利用提供理論依據，同時為消費者選擇所需的柿鮮食品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

柿果于2019年10月采自山西省農業科學院果樹研究所柿品種園。每個品種隨機選 3 株樹，采集樹冠外圍不同方位無病蟲害、大小基本一致果實30個，每10個果實為一組，共做3個平行。甜柿采集后直接測定相關指標，澀柿室溫下自然脫澀7 d后測定。品種個數為18個，其中平柿、笨蓋柿、方柿、蓋柿、黑柿、吊紅、板柿、胎里紅、朱柿、火葫蘆、桔蜜柿、新昌牛心柿、三原雞心黃、華縣白旋柿、孝義牛心柿和磨盤柿16個品種為澀柿，陽豐和次郎2個品種為甜柿，品種砧木為君遷子，樹齡 5 年。

1.2 儀器與設備

多功能料理機(JYL-C025)，九陽小家電有限公司；紫外可見分光光度計(WFZ UV-2102C)，尤尼柯(上海)儀器有限公司；離心機(TGL20M-II)，湖南凱達科學儀器有限公司；恒溫培養振蕩器(ZWY-103B)，上海智城分析儀器制造有限公司。

1.3 測定方法

1.3.1 果實外觀品質測定

果實單果質量(以g表示)及縱橫徑(以cm表示)分別用電子天平和游標卡尺測量，重復3次，并按照公式(1)計算果形指數：

(1)

1.3.2 果實內在品質測定

將所選果實去核、打漿，用于果實內在品質測定。可溶性固形物含量用手持折光儀測定，用%表示；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[16]，用%表示；可滴定酸含量用酸堿滴定法測定[17]，用%表示；VC含量參照GB/T 5009.86—2003的2，4-二硝基苯肼法測定，其中VC含量以抗壞血酸當量計；單寧含量、總酚含量和類黃酮含量分別用單寧含量試劑盒、植物總酚試劑盒和植物類黃酮試劑盒測定，具體以mg/100g表示，試劑盒購自蘇州科銘生物技術有限公司。

1.3.3 果實抗氧化能力測定

樣品液制備：取10個柿果打漿，勻漿后稱10 g加入70%(體積分數)乙醇100 mL，超聲處理30 min后離心，取上清液過濾后100 mL容量瓶定容。

1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH)自由基清除能力和2,2′-聯氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS)法測定總抗氧化能力的測定參照楊曉寬等[17]方法,鐵離子還原能力測定參照梁志宏等[18]方法。

1.4 數據處理

文中數據采用SPSS 22.0 軟件進行相關性分析、主成分分析和聚類分析，圖表采用 Excel軟件繪制。

2 結果與分析

2.1 不同柿品種果實外觀品質分析

由表1可以看出，18個柿品種果實單果重差異較大，在40.0～218.4 g，最大的是次郎，最小的是朱柿，2個甜柿品種的單果重在18個品種中最大；柿果縱徑在4.06～6.16 cm，華縣白旋柿最小，蓋柿最大，橫徑在4.17～7.80 cm，朱柿最小，陽豐最大；果形指數在0.67～1.22，除吊紅、朱柿和黑柿果形指數大于1外，其他15個品種都小于1。18個柿品種單果重差異較大，變異系數達42.63%，其他3個指標變異系數相對較小，在20%以下。

表1 不同柿品種果實外觀品質Table 1 Appearance quality of persimmon fruit for different cultivars

2.2 不同柿品種果實營養成分和功能性成分分析

由表2可以看出，柿果實可溶性固形物含量在16.2%～24.0%，最高的是蓋柿，最低的是陽豐；可溶性糖含量為13.59%～20.95%，笨蓋柿最高，陽豐最低；可滴定酸含量都較低，最高的是次郎(0.164%)，最低的是板柿和火葫蘆(0.088%)；VC含量差異較大，在154.83～451.67 mg/kg，含量最高的是胎里紅，最低的是平柿；單寧含量在0.689～1.702 mg/100g，陽豐最低，笨蓋柿最高；總酚含量在197.64～978.07 mg/100g，火葫蘆含量最高，次郎含量最低；類黃酮含量在70.33～678.41 mg/100g，也是火葫蘆最高，次郎最低。

供試18個柿品種7個內在指標的變異系數相差較大，最大的是類黃酮含量，品種間差異達40.78%，其次是總酚含量，變異系數為32.09%，單寧含量和VC含量的變異系數也都在20%以上，說明這4個指標品種間差異較大；可溶性糖含量和可溶性固形物含量品種間差異相對較小。

表2 不同柿品種果實內在品質Table 2 Internal quality of persimmon fruit for different cultivars

2.3 不同柿品種果實抗氧化能力分析

由表3可以看出，18個柿品種的品種間抗氧化能力差異較大，DPPH自由基清除能力在0.41～209.89 mmol/100g，火葫蘆最高，陽豐最低；ABTS自由基清除能力在0.35～224.21 mmol/100g，也是火葫蘆最高，陽豐最低；鐵離子還原能力在77.12～349.35 U/g，最低的還是陽豐，最高的是笨蓋柿。

表3 不同柿品種果實抗氧化能力Table 3 Antioxidant capacity of persimmon fruit for different cultivars

2.4 柿果實指標的相關性分析

由表4柿果的14項品質指標相關性分析可以看出，單果重與果實橫徑、可溶性固形物含量與可溶性糖含量、可溶性糖含量與單寧含量、總酚含量與類黃酮含量、總酚含量與DPPH自由基清除能力、總酚含量與ABTS自由基清除能力、類黃酮含量與DPPH自由基清除能力、類黃酮含量與ABTS自由基清除能力、DPPH自由基清除能力與ABTS自由基清除能力、DPPH自由基清除能力與鐵離子還原能力、ABTS自由基清除能力與鐵離子還原能力均呈極顯著正相關(P<0.01)；單果重與果形指數、單果重與DPPH自由基清除能力、單果重與ABTS自由基清除能力、果實橫徑與果形指數、果實橫徑與DPPH自由基清除能力、果實橫徑與ABTS自由基清除能力、果實橫徑與鐵離子還原能力呈極顯著負相關(P<0.01)；果形指數與總酚含量、果形指數與DPPH自由基清除能力、果形指數與ABTS自由基清除能力、果形指數與鐵離子還原能力、可溶性固形物與單寧含量、可溶性固形物與鐵離子還原能力、可溶性糖與鐵離子還原能力、單寧含量與鐵離子還原能力、總酚含量與鐵離子還原能力、類黃酮含量與鐵離子還原能力呈顯著正相關(P<0.05)；單果重與總酚含量、單果重與鐵離子還原能力、果實橫徑與總酚含量呈顯著負相關(P<0.05)。

表4 柿果實主要品質特征指標相關性分析Table 4 Correlation analysis among major quality parameters of different persimmon cultivars

2.5 柿果實指標的主成分分析

對18個柿果的14項綜合指標進行主成分分析，可以提取4個主成分。由表5可以看出，其累計貢獻率達83.948%，表明這4個主成分已包含了果實品質指標的大部分信息，能夠綜合反映18個柿果的外觀品質、內在品質和抗氧化能力。第1主成分貢獻率為45.077%，對其影響較大的是ABTS自由基清除能力、DPPH自由基清除能力、鐵離子還原能力、總酚含量和類黃酮含量，果實橫徑和單果重對第1主成分的影響也較大；第2主成分貢獻率為15.663%，起決定作用的主要是果實縱徑、可溶性固形物含量和可溶性糖含量；第3主成分貢獻率為14.060%，對其起決定作用的主要是單寧含量、果形指數和可滴定酸含量；第4主成分貢獻率為9.148%，VC含量對其影響較大。

表5 四個主成分的向量載荷系數、特征向量及貢獻率Table 5 Vector load factor, eigenvectors and contribution rates of 4 principal components

2.6 不同柿品種果實品質評價

由特征向量與各指標標準化后的數值可以得出4個主成分得分的函數表達式分別為：

Z1=-0.304X1-0.027X2-0.316X3+0.250X4+0.216X5+0.205X6-0.102X7-0.091X8+0.230X9+0.335X10+0.304X11+0.360X12+0.362X13+0.345X14

Z2=0.268X1+0.531X2+0.212X3+0.138X4+0.487X5+0.481X6+0.273X7+0.066X8+0.064X9-0.083X10-0.093X11-0.036X12-0.059X1+0.098X1

Z3=0.148X1-0.257X2+0.260X3-0.510X4+0.171X5+0.257X6-0.470X7+0.079X8+0.498X9+0.004X10+0.092X11-0.046X12-0.043X1+0.016X1

Z4=0.299X1+0.219X2+0.231X3-0.057X4-0.144X5-0.128X6+0.039X7-0.682X8+0.032X9+0.386X10+0.369X11-0.051X12-0.025X1-0.113X1

以各主成分對應的方差貢獻率為權重，可得出柿果實品質綜合評價模型表達式為：

Z=0.450 8Z1+0.156 6Z2+0.140 6Z3+0.091 5Z4

由綜合評價模型計算出的柿果實品質綜合得分如表6所示，由表6可以看出，山西省18個柿主要栽培品種和地方品種品質由高到底依次為：火葫蘆、笨蓋柿、孝義牛心柿、蓋柿、華縣白旋柿、吊紅、方柿、三原雞心黃、平柿、黑柿、胎里紅、桔蜜柿、朱柿、新昌牛心柿、板柿、磨盤柿、陽豐、次郎。

表6 供試柿品種的主成分得分及綜合評價Table 6 Principal component score and comprehensive evaluation of different persimmon cultivars

2.7 柿品種主要營養性狀的聚類分析

主成分分析對柿果的外觀指標、營養指標和抗氧化能力進行了綜合分析，但鮮食柿果更多注重的還是營養指標和抗氧化能力，為避免外觀指標對營養效果分析結果的影響，聚類分析時選取可溶性固形物、可溶性糖、可滴定酸、VC、單寧、總酚、類黃酮、DPPH自由基清除能力、ABTS自由基清除能力和鐵離子還原能力10項指標對18個供試品種進行系統聚類分析，以探討各品種間的營養品質相似性。

采用 SPSS 軟件對測試數據標準化后用組間聯接聚類方法計算歐氏距離，得到聚類樹狀圖。由圖1可以看出，當距離為12.5時，可以將18個柿果聚為四類，第一類包含了方柿、蓋柿、華縣白旋柿、孝義牛心柿、笨蓋柿、黑柿和胎里紅7個品種，這一類品種果個中大，功能性成分含量高、抗氧化能力強，可溶性固形物含量和可溶性糖含量也較高，是鮮食品質較好的一類品種；第二類聚集了8個品種，包括吊紅、朱柿、新昌牛心柿、磨盤柿、平柿、桔蜜柿、板柿和三原雞心黃，這一類品種功能性成分和抗氧化能力大部分弱于第一類，可溶性固形物含量和可溶性糖含量也相對較低，屬品質評價中得分中后的一類柿果；第三類聚集了火葫蘆1個品種，這個品種多酚、類黃酮等功能性成分含量最高，抗氧化能力最強，可滴定酸含量最低，可溶性固形物和可溶性糖含量中等，屬品質最好的品種；第四類聚集了陽豐和次郎2個品種，這2個品種為甜柿品種，功能性成分和抗氧化能力都弱于其他16個品種。

圖1 18個柿品種聚類分析Fig.1 Cluster analysis of 18 Persimmon varieties

3 討論與結論

18個柿果實的外在指標和內在指標分析表明，柿果實形狀多樣、果皮和果肉顏色各異，14項品質指標品種間差異較大，都在10%以上，其中單果重、功能性成分和抗氧化能力等指標品種間差異較大，在27.28%～54.48%，果實縱橫徑和營養成分等指標間差異相對較小，在10%～20%。

柿果14 項品質指標間的相關性分析表明各品質指標間存在著密切關聯：果形指數越小，果實橫徑和單果重越大，總酚含量、類黃酮含量越低，抗氧化能力越弱；可溶性糖含量與可溶性固形物含量和單寧含量都呈極顯著正相關，可溶性糖含量越高，可溶性固形物含量越高，單寧含量也越高，原因可能與脫澀時間、脫澀方法和樣本量等有關；VC含量和可滴定酸含量與其他品質指標相關性較小。水果中的可溶性固形物絕大部分是碳水化合物，主要由糖構成，可以替代可溶性糖含量[19]，故果形指數、可溶性固形物含量、VC含量和可滴定酸含量4項指標可作為柿果實品質評價的核心指標。指標間眾多的相關性使品質評價過程中會產生信息重疊，故評價過程中需要降維處理，以提高品質綜合評價結果的準確性[20]。

主成分分析可以將多個存在相關關系的性狀指標在保留大部分信息的基礎上，簡化為幾個彼此獨立、相關性較小的綜合指標，從而避免重疊信息和人為因素的干擾，客觀地篩選出綜合品質優良的品種[21]，是農業上進行優良品種選擇和綜合性狀評價時應用較多的方法[22]。本研究運用主成分分析法將18 個柿品種的14項品質指標降維成4項獨立指標，可以包含所有品質指標83.948%的信息，按照降維后4項指標的方差貢獻率進行排序，第 1 主成分即決定柿果品質優劣最重要的指標其影響因素主要包括ABTS自由基清除能力、DPPH自由基清除能力、鐵離子還原能力、總酚含量和類黃酮含量5項指標，說明柿果實的綜合抗氧化能力和功能性成分含量在柿果實品質評價中占有極其重要的作用，而柿果實的綜合抗氧化能力在以前的眾多品質評價研究中常常被忽略，并未見品質評價研究中涉及抗氧化能力的相關指標。18個柿品種中，火葫蘆、笨蓋柿、孝義牛心柿、蓋柿和華縣白旋柿5個澀柿品種得分最高，次郎和陽豐2個甜柿品種排名最低，這與甜柿中的功能性成分和抗氧化能力都遠低于澀柿有關，而決定柿果品質得分的第1主成分的影響因素主要是柿果的功能性成分含量和綜合抗氧化能力，因此從綜合品質評價來看甜柿排名不如澀柿。但并不代表生產栽培中甜柿品種不如澀柿，甜柿成熟時能自然脫澀，可直接采摘食用，且果實甜脆爽口、較耐貯藏，這些都是澀柿無法替代的優勢，故生產中甜柿仍是一個集生態效益、經濟效益于一體的優良樹種[23]。如果需要更合理地對甜柿品種進行品質評價，可以單獨選取甜柿品種進行主成分分析，也可以評價過程中加入新的評價指標以期完善評價體系。

聚類分析是將研究對象或變量根據各自的特性按照相似程度進行合理分類的一種多元統計方法，此法可以較好地反映品種間的差異[24]。本研究以柿子的營養成分和抗氧化能力為指標，依據其鮮食品質將18個柿品種聚為4類，鮮食品質最好的火葫蘆單獨為一類，7個較好的為一類，8個中等的為一類，2個甜柿品種聚為一類。聚類分析法與主成分分析法綜合得分結果基本一致，只在黑柿和胎里紅2個柿果得分方面稍有出入，可能是因為聚類分析選取指標時少于主成分分析指標，而這2個品種VC含量最高所致，但并不影響整體評判結果，說明這2種方法均可用來分析柿果實的鮮食品質，綜合評價結果具有可靠性和科學性。

本研究對2個甜柿品種品質評價結果與杜洋文等[14]和陳玉玲等[13]的研究結果一致；但與李慧等[15]的評價結果有一定出入，原因可能為：(1)評價指標不同。李慧等采用5個評價指標(單寧、黃酮、綠原酸、水分、灰分)對柿果實進行主成分和聚類分析，并結合枝條發育情況和果實形狀對其品質進行評價，而本研究選用了果實外觀性狀、營養成分含量、功能性成分含量和抗氧化能力等14個指標對柿果實品質進行綜合評價；(2)柿果實栽培管理條件不同：二者在立地條件、樹齡、水分、氣候、光照和栽培管理等許多因素方面都有較大差別，故評價結果也會有所不同。果實品質評價的影響因素非常復雜，今后應根據選育目標進一步篩選評價指標和評價方法，以期為優良品種的選擇提供更科學合理的參考依據。