樹上干杏和梅杏果實品質分析與綜合評價

鄭濤,蘇柯星,叢桂芝,陳明杰,孫丙寅,劉淑明*

1(西北農林科技大學 理學院,陜西 楊凌,712100)2(新疆伊犁哈薩克自治州林業科學研究院,新疆 伊犁,835000)3(陜西鳳縣林業局,陜西 鳳縣,721700)4 (楊陵職業技術學院 生態環境工程分院,陜西 楊凌,712100)

樹上干杏(ArmeniacavulgarisShushanggan)屬薔薇科(Rosaceae)李亞科(Prunoideae)杏屬(Prunus),是一種原產于哈薩克斯坦的野生杏,對生長環境的要求極為苛刻,在晝夜溫差20 ℃的溫帶大陸性氣候地區生長良好[1]。新疆伊犁地區在20世紀80年代引進樹上干杏,在伊犁河谷地區生長表現優異,成為當地引進的優良品種[2]。樹上干杏以適宜的糖酸比、豐富的營養物質以及濃郁的香氣深受消費者的喜愛,其果肉和杏仁均可食用,具有較高的經濟和引種價值[3]。

渭北旱塬位于34°19′～34°45′ N、108°00′～108°24′ E,地勢較為平坦,平均海拔800～1 200 m,年降雨量550 mm左右,主要集中在7～9月；且蒸發量大,在冬、春、伏旱季節易發生干旱。地處渭北旱塬的陜西乾縣、三原縣、渭濱區土地面積大、土層深厚、日照長、積溫高、晝夜溫差明顯,具有發展糧食生產和多種經濟作物的廣闊前景。目前,乾縣、三原縣和渭濱區地區杏產業發展主要以梅杏為主,存在品種單一和結構不合理等問題。為給該地區提供杏生產優良品種,乾縣、三原縣和渭濱區于2015年從新疆伊犁引進樹上干杏,進行栽培試驗；栽培試驗林每畝定植50棵,株行距3 m×4 m,2年開始掛果,5年進入盛果期。樹上干杏在引種地表現出良好的適應性和優異的抗性,具有結果早、產量高、風味甜、香氣濃、顏色佳的優良特性[4]。

樹上干杏和梅杏由于各自的遺傳背景不同,對栽培區域的生態條件要求也各有差異；同一地區的品種也會造成杏產品產量和果實品質的變化。因此,對引種的樹上干杏和當地品種梅杏進行果實品質的比較研究是評價引種適應性和良種選育標準[5]。主成分分析方法將多個變量通過降維,將原始數據的眾多指標變量通過線性變換簡化成幾個綜合因子來代表。目前已經成為瓜果蔬菜的品質指標篩選和果實綜合評價的主要方法[6-13]。

為了充分了解“樹上干杏”在渭北旱塬地區的品質特性,本試驗以新疆伊犁和引種地乾縣、三原縣、渭濱區樹上干杏的果實、梅杏果實為試驗材料,測定杏果實的表型性狀、果實營養成分、杏仁營養成分,應用主成分分析、相似性分析和聚類分析方法對不同區域栽培樹上干杏果實與梅杏表型及品質指標進行綜合評價,為樹上干杏引種與推廣提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為渭北旱塬地區乾縣、三原縣、渭濱區管理良好的園區引種的樹上干杏、梅杏、新疆伊犁樹上干杏。每個品種取成熟度為九成熟、色澤均勻、無病蟲害,無機械損傷的杏果實。

試劑：氫氧化鈉、葡萄糖、沒食子酸、偏磷酸(均為分析純),廣東光華科技股份有限公司；硝酸(優級純),重慶川東化工集團有限公司；甲醇(色譜純),天津市科密歐化學試劑有限公司；L-(+)抗壞血酸標準品,萊耀生物標準物質中心；鈣、鐵、鋅、硒、鉀標準溶液(質量濃度均為 1 000 μg/mL),有色金屬及電子材料分析測試中心。

儀器：1260型高效液相色譜儀,美國安捷倫科技有限公司；UV-2700紫外可見分光光度計,生產廠家；AA-7000石墨爐原子吸收光譜儀,日本島津公司；EPS-3001便攜式電子天平,長沙湘平科技發展有限公司；T5電位滴定儀,生產廠家；RM40全自動折光儀,瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司。

1.2 指標測定

樹上干杏和梅杏果實表型測定：從果實中隨機抽取15個,稱量單果重、種子重、仁重,用游標卡尺測量杏果實、種子的縱徑和橫徑,果形指數=縱徑/橫徑。果實、杏仁營養成分由西北農林科技大學食品工程測試中心測定。可溶性固形物含量：參照農業標準 NY/T 2637—2014 測定；可滴定酸含量：根據國標 GB/T 12456—2008 pH 電位法測定[14]；可溶性糖含量：參照農業標準NY/T 2742—2015紫外可見分光光度法測定[15]；蛋白質含量測定：參考GB/T 5009.5—2003《食品中蛋白質的測定》,采用凱氏定氮法進行測定[16]；維生素C含量(VC)：根據國標 GB 5009.86—2016高效液色譜法測定；維生素E含量(VE)：根據國標 GB 5009.82—2016高效液色譜法測定；維生素B2含量(VB2)：根據國標 GB 5009.85—2016高效液色譜法測定；鈣(Ca)含量：根據國標 GB 5009.92—2016 第一法測定；鎂(Mg)含量：根據國標 GB 5009.241—2017 第一法測定；鐵(Fe)含量：根據國標 GB 5009.90—2016 第一法測定；鋅(Zn)含量：根據國標GB 5009.14—2017 第一法測定；鉀(K)含量：根據國標GB 5009.91—2017 第一法測定；硒(Se)含量：根據國標GB 5009.93—2017測定；糖酸比=可溶性固形物含量/總酸含量。

1.3 數據分析

試驗數據采用Excel 2010、SPSS Statistics 22.0、Origin Pro 2020b軟件進行處理分析,所有指標結果用SPSS單因素方差分析和Duncan檢驗(P<0.05),結果用平均值(Mean)±標準差(SD)表示；使用Origin Pro 2020b軟件進行指標間的相關性分析、主成分分析及聚類分析。

2 結果與分析

2.1 樹上干杏和梅杏表型品質指標分析

樹上干杏和梅杏的表型品質指標測定結果見表1。根據果形指數可知,樹上干杏果實呈圓形,而梅杏的果實呈長圓形。樹上干杏和梅杏品種外觀品質指標存在差異,樹上干杏的表型品質指標均低于梅杏；3個引種地的單果表型指標均小于原產地新疆樹上干杏,但3個引種地之間的差異不明顯。

表1 樹上干杏和梅杏表型品質指標Table 1 Phenotypic quality index of ‘Shushanggan’ apricots and apricots

3個引種地果實的單果重范圍為7.676～9.195 g,仁重范圍為0.510～0.568 g,單果重、仁重最大的均為咸陽渭濱區,分別為9.195和0.568 g。樹上干杏在引種地的果實橫徑范圍為23.08～24.19 mm,果實縱徑范圍為23.53～24.02 mm,種子重的范圍為1.057～1.082 g。渭濱區樹上干杏的單果重、果實橫徑、果實縱徑和仁重均優于乾縣、三原,說明渭濱區樹上干杏的表型性狀優于乾縣和三原。

2.2 樹上干杏和梅杏果實營養成分品質分析

樹上干杏和梅杏果實營養成分見表2。樹上干杏的VE、總酸含量均低于梅杏；但可溶性糖和糖酸比均高于梅杏,這體現出樹上干杏風味甜的特性。可溶性固形物是水果中所有溶解于水的化合物的總稱,包括糖、酸、維生素、礦物質等,其含量的高低決定著杏果實的整體口感風味；樹上干杏的可溶性固形物質量分數范圍為(16.005±0.332)%～(28.705±0.007)%,高于梅杏的(11.470±0.057)%,表明樹上干杏的口感風味優于梅杏；乾縣樹上干杏果實可溶性固形物質量分數顯著高于渭濱區和三原,但均低于新疆樹上干杏。3個引種地區樹上干杏的VC含量明顯高于新疆樹上干杏和當地品種梅杏,其中乾縣樹上干杏VC的質量分數最高為45.616 mg/100 g。3個引種地果實VE含量均高于新疆樹上干杏,質量分數最高的為三原樹上干杏的0.250 mg/100 g。引種地樹上干杏蛋白質含量均優于梅杏,質量分數最低的為三原的0.845 g/100 g,最高的為乾縣地區的1.025 g/100 g,但均低于新疆樹上干杏。礦物質是人體組織的重要成分,礦物質攝入量不夠,會引起各種缺乏癥,身體營養不均衡,通過對樹上干杏和梅杏果實的測定,初步檢測到4種礦質元素,分別為Zn、K、Fe、Ca,且樹上干杏礦物質元素含量豐富,均顯著高于梅杏；4中礦物質元素中K的含量最高,Ca含量次之,Zn含量最低。

表2 樹上干杏和梅杏果實營養成分含量Table 2 Nutritional content of “Shushanggan” apricots and apricots fruits

2.3 樹上干杏和梅杏杏仁品質營養成分品質分析

樹上干杏和梅杏杏仁營養成分見表3。梅杏杏仁中VE的含量高于樹上干杏,其余營養成分低于樹上干杏。三原、渭濱區、乾縣樹上干杏杏仁的VC含量較新疆大幅度提升,同果實中VC含量結果一致,乾縣樹上干杏的VC質量分數最高為(30.237±0.199)mg/100 g；蛋白質含量也存在顯著的差異,含量最高的為乾縣的15.190 g/100 g,表明杏仁可作為補充VC的良好來源。樹上干杏杏仁的脂肪含量均高于梅杏,乾縣樹上干杏杏仁脂肪質量分數最高為29.745 g/100 g,顯著高于原產地新疆的22.465 g/100 g,三原和渭濱區介于新疆樹上干杏和梅杏之間。3個引種地VB2的含量較原產地有小幅度的增加,質量分數最高的為乾縣的0.151 mg/100 g。杏仁中含有多種礦物質,可以解決國民的“營養潛在饑餓”；在杏果仁中檢測到4種礦物質元素,分別為Zn、Se、Fe、Ca,其中Ca元素的含量最高。杏仁Zn元素含量在渭濱、乾縣地區均高于新疆樹上干杏和梅杏,但三原引種樹上干杏的含量介于梅杏和新疆樹上干杏之間；Se質量分數最高的新疆樹上干杏,為(0.014±0.001)mg/kg,但在乾縣樹上干杏未檢測到；Fe元素最高的為新疆樹上干杏,質量分數為(38.880±0.622)mg/kg,其次是乾縣樹上干杏,質量分數為(36.380±1.895)mg/kg；Ca元素在渭濱區樹上干杏質量分數最高,為(2 097.5±103.945)mg/kg。

表3 樹上干杏和梅杏杏仁營養成分含量Table 3 Nutritional content of “Shushanggan” apricots and apricots kernels

2.4 樹上干杏和梅杏果實品質指標主成分分析

采取主成分分析法對樹上干杏和梅杏19項品質指標進行綜合分析,結果表明,前3個主成分(PC1、PC2、PC3) (特征值>1)的累積方差貢獻率達到90.084%,說明PC1、PC2、PC3解釋了樹上干杏和梅杏絕大部分品質指標的原始信息,基本涵蓋了樹上干杏和梅杏的評價指標信息,因此采用PC1、PC2、PC3得分去評價其果實是精確的。PC1的方差貢獻率達到51.450%,主要解釋果實的表型指標信息,包括果實縱徑、果實橫徑、糖酸比,表明表型指標和果實風味在樹上干杏和梅杏的品質評價中具有重要的作用；PC2的方差貢獻率達到27.415%,解釋的主要指標信息是蛋白質和VC,反應了樹上干杏和梅杏的主要營養成分；PC3的方差貢獻率達到11.128 5%,闡釋了樹上干杏和梅杏果實中存在的礦物質元素,主要成分指標是K和Fe。利用主成分初始因子載荷矩陣中各指標數據除以主成分相對應的特征值開平方根,便得到 PC1、PC2、PC3各品質指標所對應的系數即特征向量(見表4),進而得到PC1、PC2、PC3的得分表達式為:

Y1=-0.243X1+0.193X2-0.229X3-0.217X4+0.123X5+0.211X6-0.011X7-0.083X8-0.253X11+0.275X12+0.313X13+0.310X14+0.310X15+0.297X16+0.289X17+0.291X18+0.134X19

(1)

Y2=0.059X1+0.191X2-0.074X3+0.273X4-0.383X5-0.323X6+0.412X7+0.329X8-0.086X9+0.314X10+0.231X11+0.202X12+0.054X13+0.083X14+0.059X15+0.128X16+0.163X17+0.169X18-0.046X19

(2)

Y3=0.221X1+0.297X2+0.056X3-0.219X4+0.184X5-0.068X6-0.126X7+0.380X8+0.636X9-0.631X10+0.158X11+0.085X12-0.032X13+0.014X14-0.072X15-0.023X16+0.019X17+0.054X18-0.387X19

(3)

表4 樹上干杏和梅杏品質指標主成分方差貢獻率、特征值、特征向量Table 4 Characteristic value,characteristic vectors and variance contribution rate of quality index of “Shushanggan” apricots and apricots fruits

2.5 樹上干杏和梅杏果實品質指標相關性分析及聚類分析

采用Pearson相關系數分析樹上干杏和梅杏果實品質指標之間的相關性。圖1顯示,可溶性糖、總酸、糖酸比呈顯著正相關(P<0.05)；VC含量與VE含量呈極顯著正相關(P<0.001),說明兩者之間為正向協同關系；4種礦物質元素之間也呈現顯著正相關；果實的表型形狀指標之間存在顯著的正相關。果實品質指標的相關性分析表明,每個指標單獨能反映出果實的品質,且表型性狀、營養成分指標間存在不同程度的相關性,這就造成指標信息的疊加,在評價果實品質時,難以選取,增加了評價的難度。因此,我們采用主成分分析和相似性分析對評價指標進行簡化,提升果實綜合評價的效率。

對19個評價指標進行標準化處理,采用HCA聚

圖1 樹上干杏和梅杏品質指標間的相關性分析Fig.1 Correlation analysis between quality indexes of “Shushanggan” apricots and apricots fruits

類方法,以平方Euclidean距離為衡量標準,構建評價指標和品種的聚類熱圖,見圖2。聚類熱圖表明,樹上干杏聚為一類,梅杏為一類；品質指標聚為3類,第1類代表果實的營養成分,第2類代表果實中含有的礦物質元素,第3類代表果實的表型性狀指標。結合指標的主成分分析、相關性分析,選取果實縱徑代表果實的表型形狀,糖酸比、蛋白質、VC代表果實的營養成分,K、Fe代表果實中的礦物質元素。最終確定果實縱徑、糖酸比、蛋白質、VC、K、Fe 六個指標作為樹上干杏和梅杏的主要評價指標,能夠簡單有效地衡量樹上干杏和梅杏品質的優劣。

根據主成分分析、相關性分析、聚類分析選取的評價指標以及PC1、PC2、PC3的得分表達式和方差貢獻率,構建樹上干杏和梅杏的綜合評級模型；其綜合得分Y=51.450%Y1+27.415%Y2+11.128%Y3,計算出杏果實品質指標的綜合評分值,綜合評分值越高表明該品種在種植地表現優異。樹上干杏和梅杏綜合評價結果見表5,樹上干杏的在引種地的綜合評價均優于當地品種梅杏,試驗結果表明樹上干杏可以在3個地區引種栽培。樹上干杏在不同栽培地區的綜合評價結果為新疆>乾縣>渭濱區>三原,3個引種地表現最優的是乾縣,渭濱區次之。

圖2 樹上干杏和梅杏品質指標間的聚類熱圖Fig.2 Heat map cluster between quality index of “Shushanggan” apricots and apricots fruits

3 結果與分析

果實的表型性狀、風味、色澤及營養成分是評價水果品質的重要指標,也是引種選育的主要考察因素[17]。樹上干杏果形呈圓形、顏色金黃、小而飽滿、肉實勁道、純美甘甜、杏仁大、格外清香,表型性狀優異,表型觀測提升果實的綜合評分。糖酸比主要影響果實的風味,樹上干杏的糖酸比優于梅杏,以其純美甘甜的風味深受消費者的喜愛；此外,樹上干杏營養豐富,蛋白質、可溶性固形物、礦物質元素的含量較高,營養較為豐富[18]。

表5 樹上干杏和梅杏果實品質綜合得分及預測評價結果Table 5 Scores of the principal component and predictive evaluation of “Shushanggan” apricots and apricots fruits

樹上干杏在渭北旱塬引種地表現優于當地品種梅杏,三原樹上干杏可溶性糖最高,總酸含量最低,糖酸比最高,果實風味偏甜,較高的VC含量可以加工富含VC的杏產品；渭濱區樹上干杏礦物質元素含量最高,尤其是K、Ca含量最為突出,可以深加工富含K、Ca的保健品；乾縣樹上干杏的可溶性固形物、蛋白質含量最高,糖酸比適中,果實風味酸甜適宜,鮮果食用即可。樹上干杏杏仁含有豐富蛋白質、脂肪和鐵、鋅、鈣等營養成分,且杏核極薄,輕嗑即食,香甜無比,具有較大的保健和經濟效益。三原樹上干杏杏仁的VC含量最高,可食用補充人體所需的VC；渭濱區樹上干杏杏仁Ca物質的含量最高,可加工作為補鈣產品；乾縣樹上干杏杏仁的蛋白質、Fe、Zn的含量最高,可以制作補鐵、補鋅保健品,也可以加工優良的植物蛋白。

本試驗通過對樹上干杏和梅杏表型品質和營養成分19個指標的測定,綜合分析渭北旱塬引種樹上干杏與新疆樹上干杏和梅杏的差異。通過指標間的主成分分析、相似性分析,簡化評級指標,科學地選取樹上干杏和梅杏的評價指標。主成分分析將19個品質指標簡化為3個主成分,PC1主要解釋樹上干杏和梅杏的表型和口感風味,PC2反映樹上干杏和梅杏的主要營養成分；PC3闡釋了樹上干杏和梅杏果實中存在的礦物質元素,主要成分指標是K和Fe；3個主成分的累計方差貢獻率達到90.084%,解釋了樹上干杏和梅杏的大部分指標信息。結合主成分分析、相似性分析的結果,最終選取果實縱徑、糖酸比、蛋白質、VC、K、Fe作為樹上干杏和梅杏的果實品質評級指標。根據構建的主成分模型,樹上干杏和梅杏的綜合評價結果為新疆樹上干杏>乾縣樹上干杏>渭濱區樹上干杏>三原樹上干杏>梅杏。通過對樹上干杏不同栽植地和梅杏的品質比較,研究結果認為樹上干杏可以在渭北旱塬引種栽植。