基于主成分和聚類分析的不同品種獼猴桃鮮食品質評價

王 丹，梁 錦，黃天姿，張 璐，李 銳，李瑞娟，楊淑霞，羅安偉

（西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西楊凌 712100）

獼猴桃又稱奇異果，原產于中國[1]，富含VC、糖、酸、蛋白質、氨基酸、揮發性風味物質等多種營養成分，具有一定降血脂、降膽固醇、抑制腫瘤、防止便秘等功能，對人體健康具有促進作用[2-4]，因而深受消費者喜愛。截至2017年6月，陜西省獼猴桃種植面積103萬畝，產量131.25萬噸，面積和產量均占世界總量的1/3，是第一主產區。

目前，市場對高品質獼猴桃的需求日益增加，很多研究學者致力于新品種的選育和改良，培育出了一批新品種，但對不同主栽品種尤其是新品種之間果實品質比較的研究還比較缺乏[5]。主成分分析是一種通過降低數據維數，實現綜合評價的數學統計方法[6-7]。前人通過主成分分析法對不同果蔬品質進行評價的研究，如曲雪艷等[8]、楊軍林等[9]、蔣卉等[10]分別利用主成分分析法對野生毛花獼猴桃、熟化馬鈴薯、鮮棗等進行了品質分析；肖守華等[11]、袁婷等[12]分別測定了西瓜、枇杷果肉的揮發性成分，利用主成分分析結合聚類分析篩選出了主要揮發性風味物質。前人只是對單一品種的果蔬進行品質分析與主要指標的聚類，而對于多品種果蔬的聚類分析往往由于品質指標差異大而聚類效果不佳，因此對不同種獼猴桃之間的多個品種品質進行主成分分析和聚類分析的研究報道較少。

影響獼猴桃綜合品質的方面主要包括鮮食品質、貯藏品質以及加工品質等方面，而鮮食品質的影響因素主要包括質地、色澤、營養成分以及揮發性物質等方面。本研究以陜西產區的主栽品種與新品種為研究對象，選用中華獼猴桃中的紅陽、臍紅、金艷、農大金獼與美味獼猴桃中的翠香、徐香、海沃德、農大郁香共8個品種獼猴桃，以主成分分析和聚類分析法對質地、色澤、營養成分以及揮發性物質等各項品質指標進行綜合比較分析，并對果實鮮食品質進行聚類，探明6個陜西省主栽品種和2個新品種獼猴桃的鮮食品質的優劣，為種植、貯藏、消費等各環節選擇高品質獼猴桃品種提供科學依據與參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

2種獼猴桃中的8個品種包括屬于中華獼猴桃種的紅陽、臍紅、金艷、農大金獼，美味獼猴桃種的翠香、徐香、海沃德、農大郁香，其中農大金獼[13]、農大郁香[14]為新培育并通過審定的新品種，其余6個品種為陜西省主栽品種；氫氧化鈉、酚酞、蒽酮、濃硫酸、蔗糖標準品、抗壞血酸標品、環己酮、氯化鈉均為化學純或分析純，廣東省化學試劑工程技術研究開發中心。

TA.XT PLUS/50物性測定儀 英國Stable Micro Systems公司；HC-3018R高速冷凍離心機安徽中佳科學儀器有限公司；PAL-1數顯糖度計日本ATAGO；kjeltec8400全自動凱氏定氮儀 瑞典FOSS公司；LE203E分析天平 北京賽多利斯儀器系統有限公司；LC-20A 高效液相色譜 島津企業管理中國有限公司；GC-MS氣相色譜-質譜聯用儀日本島津制作所；L-8900氨基酸分析儀 日立；XriteCi7600色差儀 愛色麗上海色彩科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品采收與處理 8個品種獼猴桃均采自陜西眉縣獼猴桃示范基地（眉縣是陜西省最具代表性的獼猴桃產業園區，全縣獼猴桃栽培面積約30萬畝，總產量約46萬噸）。中華獼猴桃品系中的4個品種在可溶性固形物含量達7.0%～7.5%時采收，美味獼猴桃種的4個品種在可溶性固形物含量達6.0%～6.5%時采收。隨機選取果園內長勢良好、果形適中的獼猴桃果實，采收后運回實驗室，于塑料筐中放置24 h散去田間熱后，裝入3 mm厚PE袋中，待果實自然后熟至可食用（果肉硬度1.0～1.5 kg/cm2）時測定獼猴桃各品質指標。

1.2.2 果實品質指標測定方法 單果重：稱重法，隨機取100個果實進行稱重，取平均值；果形指數：隨機取100個果實用游標卡尺測定縱橫徑之比，果形指數=縱徑/橫徑[15]；可溶性固形物（SSC)含量：采用數顯糖度計測定；干物質含量：采用烘干法測定；可溶性糖含量：采用蒽酮比色法測定；可滴定酸（TA）含量：采用酸堿滴定法測定；蛋白質含量：采用全自動凱氏定氮儀測定；氨基酸含量：采用氨基酸分析儀測定；VC含量：采用HPLC測定[16-18]；果肉硬度：采用TA.XT PLUS/50物性儀測定；果肉色澤：用XriteCi7600色差儀測定[19]。

揮發性風味物質：采用GC-MS聯用儀測定。準確稱取5 g果漿置于20 mL的頂空瓶中，加入1 g NaCl，以質量濃度為0.4 mg/mL的環己酮作為內標進行測定。色譜條件：初溫40 ℃，保持3 min，以7 ℃/min上升到200 ℃，再以10 ℃/min上升到230 ℃，保持3 min。色譜柱為DB-LMS石英毛細柱（60 m ×0.25 mm × 0.25 mm）。載氣為氦氣，進樣口溫度250 ℃，不分流進樣。質譜條件：離子源溫度為230 ℃，電子能量70 eV，放射電流150 μA，傳輸線溫度230 ℃，質子掃描范圍35～450 u[20]。測定結束后，依據計算機譜庫和檢索（NIST05和NIST05s），對各揮發性成分定性，并采用內標法對樣品各成分峰面積與內標物峰面積進行半定量分析。

各品質指標測定時，均隨機取5個獼猴桃，取其果肉混勻后取樣測定；果肉硬度和色澤均在果實赤道周均勻取3個點進行測定；每個指標平行測定3次。

1.3 數據處理

采用Origin 2018進行作圖分析，DPS進行顯著性分析，Mintab17和SPSS 23.0進行聚類分析、主成分分析、相關分析等。P＜0.05為顯著相關。

2 結果與分析

2.1 不同品種獼猴桃品質比較

8個品種獼猴桃果實外觀形態、果肉色澤、果心形狀差異如圖1和圖2所示。8個品種獼猴桃果實外觀形態與內部形態如表1所示。

圖1 中華獼猴桃果實外觀形態、果心形狀圖、果肉色澤Fig.1 The fruit appearance, core shape and flesh colour of Actinidia chinensis Planch.

圖2 美味獼猴桃果實外觀形態、果心形狀圖、果肉色澤Fig.2 The fruit appearance, core shape and flesh colour of Actinidia chinensis var. deliciosa A Chev.

表1 不同品種獼猴桃形態比較Table 1 Comparison of different forms of kiwifruit varieties

獼猴桃果實外觀形態一般可以從果頂部位、果形、絨毛、色澤等進行外部區分，從果肉色澤、果心等內部結構進行品種鑒別[21-23]。從圖1、圖2、表1可以看出，農大金獼和農大郁香作為新品種較易區分，農大郁香果實大且呈近圓柱形，果頂部位輕微凸狀；農大金獼果實小，無絨毛，近球形，果頂位置平坦。外觀形態上中華獼猴桃果實絨毛少或無絨毛，無果頂，果臍部位呈凹狀，臍紅最為明顯，也因此命名；美味獼猴桃系列果實均有絨毛，疏密程度不同，果頂有凸出，果皮色澤常為深褐色，而中華獼猴桃中臍紅、紅陽的果皮為綠褐色，金艷和農大金獼呈現黃褐色。從果實內部形態看，中華獼猴桃果肉色澤偏黃綠色，紅陽和臍紅果心四周果籽部位為紅色；美味獼猴桃果肉色澤偏深綠色，可以明顯區分。中華獼猴桃果心柱較小，處于果實中心且均呈柱狀，而美味獼猴桃果心柱較大，且有的呈扁平狀，有的呈柱狀。獼猴桃果籽均在果心柱周圍呈放射狀分布，其中海沃德和翠香的果籽多而密集，紅陽其次，農大金獼和農大郁香兩個新品種果籽均較少，也是新品種的主要特征之一。不同品種獼猴桃各品質指標及測定值見表2。

從表2可看出，8個品種獼猴桃之間的品質存在明顯差異。臍紅干物質含量最高，其次是翠香，達20%以上；金艷最低，僅為13.98%，其余6個品種干物質含量在17.50%～19.27%之間。不同品種獼猴桃的可溶性固形物含量在12.12%～16.02%，以農大金獼、農大郁香、臍紅與翠香含量較高，金艷含量最低。翠香、農大金獼與臍紅的可溶性糖含量較高，其中翠香達到12.10%，海沃德含量最低，為8.86%。紅陽、金艷、農大郁香的可滴定酸含量較低，為0.80%左右；農大金獼可滴定酸含量最高，為1.47%，臍紅次之，美味獼猴桃系列中除農大郁香外，其余可滴定酸含量均高于1.00%。從獼猴桃的蛋白質與氨基酸含量可以看出，臍紅的蛋白質含量最高，徐香的氨基酸總量最高，翠香的蛋白質和氨基酸總量均最低，農大金獼與農大郁香的蛋白質與氨基酸含量均排在前列；農大金獼的VC含量達110.42 mg/100 g，遠高于其他品種，金艷、臍紅的VC含量較低。對比獼猴桃的果肉色澤，美味獼猴桃果肉均呈深（翠）綠色，中華獼猴桃果肉均呈黃綠色，美味獼猴桃系列的果肉綠色值明顯高于中華獼猴桃系列，紅陽和臍紅的果肉亮度值最高，農大金獼的黃色值最高，色澤飽滿。

從品質比較分析可知，農大金獼、臍紅、翠香、紅陽的干物質、SSC、可溶性糖等綜合指標均優于其他品種，甜酸適宜，風味濃郁，品質優良；而金艷等品種因干物質、SSC及可滴定酸含量均較低，風味寡淡，品質較差。

獼猴桃中氨基酸的種類和含量是衡量其營養品質和感官呈味的一項重要指標。不同品種獼猴桃氨基酸種類及含量見表3。從表3可知，8個品種獼猴桃果實中均含有17種游離氨基酸，但含量有差異，體現的風味品質不同。8個品種獼猴桃中谷氨酸、天冬氨酸和精氨酸含量較高，其中，谷氨酸和天冬氨酸是獼猴桃鮮味的主要來源[24]。苯丙氨酸和酪氨酸是呈現芳香味的主要氨基酸[25]，在農大郁香和徐香兩個品種中含量均較高，也是美味獼猴桃呈現芳香味濃郁的主要原因。呈現甜味的主要是丙氨酸、甘氨酸、脯氨酸、絲氨酸[25-26]，美味獼猴桃呈甜味的氨基酸含量整體高于中華獼猴桃系列，且以脯氨酸含量最高。紅陽和臍紅的精氨酸含量較高。

根據FAO/WHO提出的理想蛋白質條件[24]：組成蛋白質的幾種氨基酸E/T值應達到總量的40%，E/N值應在60%（E/T值：必需氨基酸占總氨基酸含量；E/N值：必需氨基酸與非必需氨基酸的比值）。其中，翠香E/T值為33.08%，E/N值為49.06%，徐香E/T值為31.54%，E/N值為46.58%，農大郁香E/T值為30.86%，E/N值為45.07%，最接近理想模式。從氨基酸組成和含量上比較，美味獼猴桃相對更加優于中華獼猴桃。

表2 不同品種獼猴桃品質比較Table 2 Comparison of quality of different varieties of kiwifruit

2.2 不同品種獼猴桃揮發性風味物質含量分析

不同品種獼猴桃果實揮發性成分的種類和含量不同，從而賦予了不同品種獼猴桃獨特的果香味[27]。8種獼猴桃在風味物質的種類和含量上存在差異，如表4和表5所示。

表3 不同品種獼猴桃氨基酸含量比較（g/100 g）Table 3 Comparison of amino acid content of different varieties of kiwifruit (g/100 g)

表4 不同品種獼猴桃揮發性風味物質種類Table 4 The kinds of volatile flavors in different varieties of kiwifruit

獼猴桃自然后熟至可鮮食時，中華獼猴桃中的金艷風味物質總量明顯高于其他三種獼猴桃，其醛類物質含量最高，約為酮類物質的2倍、醇類物質的5倍；而美味獼猴桃中徐香和海沃德的風味物質總量較高，大約為翠香和農大郁香的4倍。其中徐香和海沃德獼猴桃中醛類物質含量最高，徐香獼猴桃醛類物質含量約為酮類物質的3倍、醇類物質的14倍，而海沃德的醛類物質含量約為酮類物質的5倍、醇類物質的25倍。所有獼猴桃中揮發性風味物質種類以醛類、醇類、酯類及酮類為主；含量高的揮發性風味物質主要以醛類、酮類、醇類、酯類為主。紅陽、臍紅、金艷、農大金獼、翠香、海沃德、徐香、農大郁香的醛類和酮類物質總量分別占各自揮發性風味物質總量的54.87%、78.09%、83.75%、53.78%、86.21%、90.98%、92.41%、49.48%；醇類分別占35.03%、7.98%、10.60%、35.75%、7.78%、2.96%、4.97%、22.36%；酯類分別占4.39%、8.58%、2.65%、0.88%、2.57%、2.79%、0.25%、16.90%。從揮發性物質組成上看，中華獼猴桃與美味獼猴桃種間差異不大，而各品種之間存在差異性。

農大金獼的揮發性特征風味物質是正己醇、反式-2-己烯醇、正己醛，具有強烈的清香香氣，并伴有果香和草香[28-29]，常見于獼猴桃中。同時，農大金獼中檢測到微量的水楊酸甲酯，其具有強烈的冬青油香氣，可見于櫻桃、蘋果、草莓中，是區別其他品種的主要物質。農大郁香的特征風味物質為2-己烯醛、正己醛，且丁酸乙酯、乙酸乙酯含量也較高，有類似菠蘿、香蕉的果香。紅陽、翠香、臍紅、海沃德、金艷、徐香的特征風味物質2-己烯醛、正己醛，具有葉片青草氣味和水果香。其中，海沃德中也存在一定含量的丁酸乙酯。徐香的特征風味物質除2-已烯醛、正己醛外，還有2-癸烯醛，有柑橘類香味。美味獼猴桃揮發性風味物質的種類和含量均高于中華獼猴桃，果香更加濃郁、典型。農大郁香的揮發性風味物質總類最多，金艷揮發性風味物質含量最高。紅陽和臍紅揮發性風味物質總量較低，香氣較弱。

2.3 不同品種獼猴桃品質綜合評價

2.3.1 不同品種獼猴桃品質主成分分析 對8個品種的11個品質指標進行主成分分析，結果如表6、表7所示。實驗提取了4個主成分，累計方差貢獻率達85.916%，說明提取的4個主成分可以解釋原有品質指標。由表7可知，主成分1主要是綜合了干物質含量、TA、SSC，貢獻率分別為83.2%、83.5%、74.2%。主成分2綜合了VC和可溶性糖含量，分別占到67.2%與65.0%。主成分3和主成分4分別綜合了獼猴桃果肉的色澤a*值和b*值，貢獻率分別占82.4%、55.2%。

根據矩陣系數和標準化后的數據可得到4個主成分的得分函數表達式：

表5 不同品種獼猴桃揮發性風味物質含量（mg/kg）Table 5 Volatile flavor content of different varieties of kiwifruit (mg/kg)

表6 總解釋方差Table 6 Total variance explained

表7 成分矩陣和成分系數矩陣Table 7 Component matrix and component coefficient matrix

以各主成分對應的方差貢獻率為權重，可得到綜合評價函數：

表8 不同獼猴桃品種綜合評價Table 8 Comprehensive evaluation of different kiwifruit varieties

根據主成分綜合得分模型[30-32]，計算出8個獼猴桃品種的綜合得分值和排序結果如表8所示，不同品種獼猴桃綜合鮮食品質排序為：農大金獼、臍紅、翠香、紅陽、農大郁香、海沃德、徐香、金艷。臍紅、翠香、紅陽是主栽品種中品質優良的品種，新品種農大金獼綜合品質優于現有主栽品種。

2.3.2 不同品種獼猴桃品質聚類分析 將品質指標標準化，綜合不同品種獼猴桃的鮮食品質，采用SPSS對其進行聚類分析。根據不同品種間不同指標的差異，將距離相近的品種聚為一類，從而對獼猴桃品種進行分類，聚類結果如圖3。

圖3 不同品種獼猴桃品質聚類Fig.3 Quality clustering of different varieties of kiwifruit

從圖3可以看出，當歐氏距離為7時，8個品種獼猴桃按品質可以分為五類。第一類為金艷，其干物質含量、Vc含量較低，甜酸風味寡淡，口感較差，鮮食味道欠佳；第二類為臍紅、農大金獼，屬于中華獼猴桃系列，果肉色澤飽滿，兩者可溶性固形物含量高，蛋白質含量均居于前列，是鮮食的較好品種；第三類為翠香，可溶性固形物、VC含量較高，果肉色澤翠綠，蛋白質、氨基酸含量較低，但其糖酸比適中，干物質含量高；第四類為紅陽，可溶性固形物含量高但可滴定酸含量低；第五類為海沃德、徐香、農大郁香，均屬于美味獼猴桃系列，果肉色澤為黃綠色，酸甜適中，綜合評價得分相近。

3 討論與結論

通過對陜西省中華和美味獼猴桃中8個品種獼猴桃的主要鮮食品質指標與揮發性風味物質組成及含量進行比較分析，并結合主成分分析和聚類分析，對6個主栽品種和2個新品種的鮮食品質進行了排序與聚類，8個品種獼猴桃的揮發性風味物質種類與含量存在差異，獼猴桃揮發性風味物質以醛類、酮類、酯類為主，主要為正己醇、正己醛、2-己烯醛、丁酸乙酯、乙酸乙酯。試驗通過主成分分析，提取4個特征值大于1的成分，主成分1主要由TA、干物質含量、SSC決定，主成分2主要由VC和可溶性糖含量決定，主成分3主要由獼猴桃果肉的a*值決定，主成分4主要由果肉的b*值決定，4個主成分累計方差貢獻率達85.916%。

通過聚類分析，按照品質將獼猴桃分為5類。各品種獼猴桃綜合品質排序為農大金獼、臍紅、翠香、紅陽、農大郁香、海沃德、徐香、金艷。陜西省主栽品種中的臍紅、翠香、紅陽品質更為優良，其中臍紅、紅陽果肉呈紅色，甜度高，翠香的氨基酸比例最接近理想模式，深受消費者喜愛，可進一步增加種植面積。而新品種中的農大金獼的VC、糖、酸含量均居于前列，適宜鮮食，綜合品質排名第一，甚至優于現有的主栽品種，應廣泛推廣。該研究為消費者選擇營養價值高、口感好、品質優良的獼猴桃品種提供參考，對獼猴桃栽培、貯藏保鮮和流通等產業各環節中選擇優良品質的品種、提升產業效益、促進產業發展具有一定作用，對促進我國獼猴桃總體品質提升具有重要指導意義。