不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮質地特性分析*

王啟慧，熊世磊，萬芳新，黃曉鵬

(1.甘肅農業(yè)大學 食品科學與工程學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農業(yè)大學 機電工程學院，甘肅 蘭州 730070)

籽瓜(Citrullus lanatusssp.vulgarisvar.megalaspermus)，又名籽用西瓜、打瓜，屬葫蘆科普通西瓜亞種的栽培變種，根據(jù)種子顏色分為黑籽瓜和紅籽瓜，甘肅、內蒙古和新疆等地為黑籽瓜的主要產區(qū)。《本草求真》記載“打瓜肉入心脾胃，肉有解心脾胃熱，止消渴”，指出籽瓜肉可舒胃養(yǎng)腎、潤肺活血和提高免疫力[1]。研究表明：瓜皮中含有豐富的礦物質元素[2]，瓜皮提取物具有抑菌和抑制癌細胞的作用[3-4]。然而瓜皮益處鮮為人知，致使籽瓜取籽后常被浪費。質地特性是果實品質的重要指標[5]，近年來籽瓜的研究多針對其遺傳育種[6]、栽培技術[7-10]、機械化播種與收獲[11]以及功能性開發(fā)[12]，關于籽瓜質地特性的研究分析尚未深入。

瓜果的質地特性常用感官和儀器測定進行評價[13]。籽瓜質地常用多汁、致緊、肉厚和皮薄等感官來描述[14-15]，相比之下，儀器測定分析更具有科學準確性。質構儀穿刺法可根據(jù)果實自身特點，在不同位置運行程序，從而得到果皮硬度、韌性、脆度和果肉硬度等指標[16]。在瓜類果實的質地分析中，潘好斌等[17]對不同品種薄皮甜瓜進行分析，建立了一套綜合評價質地品質的方法；劉莉等[18]采用TPA (texture profile analysis)、穿刺和剪切方法對6 種類型甜瓜果肉進行分析，得出采用TPA 測得的硬度、黏著性和咀嚼性以及穿刺作用下的脆性和平均硬度均可以反映出甜瓜果肉的質地差異，指出TPA 與穿刺法對甜瓜果肉質地的適用性。文獻檢索發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)有瓜類果實質地分析以研究果肉為主，對果皮部分鮮有提及。

本研究采用質構分析儀對不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮進行質地特性的測定和分析，旨在明確各質地特性的變化規(guī)律，區(qū)分各質地特性之間的差異、變異程度和相關性，以期為進一步研究籽瓜果實其他生物特性及籽瓜儲藏保鮮提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試籽瓜品種為產自甘肅省靖遠縣的靖遠一號籽瓜，該瓜種主要種植于旱沙田，整瓜平均質量為3.5～5 kg，平均密度為0.88 g/mL，碳水化合物含量為2.0%～3.5%。從該地某瓜園中隨機選取500～600 個成熟狀況相同、質地品質良好以及無病蟲害的新鮮籽瓜作為試驗材料。果實采摘后，當日包裝運回貯藏地點進行低溫貯藏。

1.2 試驗方法

1.2.1 測試樣品制備

按照籽瓜長軸分別約為10、15 和20 cm 的標準，將試驗籽瓜分為小型、中型和大型籽瓜。設計64 個試驗組，每個試驗組包括小型、中型和大型籽瓜各3 個，依次標號備用。

先用清水將籽瓜表面清洗干凈，待其表面水分全部晾干后，利用小刀將每個試驗籽瓜進行縱切，再分別對瓜梗部、中上部、赤道部、中下部和瓜尾部的籽瓜樣本進行切塊。橫切成厚度約為1.5 cm 的試驗薄片，用直徑為1 cm 的圓柱形打孔器(自制)在所取薄片上打孔，用小刀修整成厚度約為1 cm 的圓柱體，每個部位重復取樣3 次。

1.2.2 測定指標和方法

試驗于2019 年9 月在甘肅農業(yè)大學力學實驗室進行。試驗分6 批次進行，5 d 內檢測完畢，當天完成同一試驗批次果實品質各項指標的測定。測試時，將切好的圓柱形標準試驗樣品依次固定于質構分析儀(TA.XT.Plus 型)載物臺平板上合適的位置，采用型號為P/2，直徑為2 mm 的柱狀探頭，測定籽瓜果皮的強度、破裂深度、脆度和韌性，測試時使探頭從正中位置貫入標準試驗樣品。設定測試參數(shù)為：測試模式為壓縮；測前速度為1 mm/s；測中速度為2 mm/s；測后速度為10 mm/s；壓入位移為5 mm。依次記錄和保存每次試驗結果，取平均值。整個試驗過程中，利用溫濕度計控制溫度和濕度為標準室溫狀況下的溫度和濕度。

果皮強度(g)：指探頭穿透果皮時所需的力值，以曲線中第1 個峰值(F1)來表示。當對標準試驗樣品進行穿刺試驗時，曲線中第1 峰值即籽瓜果皮破裂時的力(F1)。

破裂深度(mm)：指探頭從接觸果皮開始直至穿透果皮破裂時探頭運行的距離。以曲線中第1 個峰的運行距離作為籽瓜果皮破裂深度。

果皮脆度(g/s)：指果皮在破裂后，其硬度與破裂深度的比值，可反映果實的新鮮程度。以曲線中第1 峰值的力(F1)與該力作用下探頭運行距離的比值來表示。

果皮韌性(g·s)：指果皮受到穿刺損傷后的抗壓程度，用果皮硬度與破裂深度的乘積來表示。以曲線中第1 峰值的力(F1)與該力作用下探頭運行距離的乘積來表示。

分別建立不同規(guī)格的籽瓜果皮各質地特性與不同部位之間的一元非線性回歸模型，以衡量部位的變化對質地特性的影響能力，準確預測從瓜梗部到瓜尾部籽瓜果皮各質地特性的變化情況；分別對不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮各質地特性的變異系數(shù)進行分析，以探究各質地特性的變異程度；測定籽瓜不同部位的果皮質地特性，以探討各特性之間的相關關系。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用WPS 2019 進行測試數(shù)據(jù)處理；采用SPSS 25 對各質地特性參數(shù)進行單因素(ANOVA)方差分析和皮爾遜相關性分析(Pearson correlation analysis)；籽瓜果皮穿刺試驗曲線由質構儀自帶軟件完成；采用Origin 2016 軟件進行圖像繪制和數(shù)據(jù)的擬合處理。

2 結果與分析

2.1 不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮質地特性分析

由表1 可知：不同規(guī)格的籽瓜果皮各項質地特性之間存在差異。大型和中型籽瓜的果皮強度均大于或顯著大于小型籽瓜，大型籽瓜果皮強度高達2 371.02 g，中型籽瓜果皮強度高達2 125.95 g，而小型籽瓜果皮強度最高僅有1 906.42 g；大型籽瓜果皮的破裂深度普遍大于小型和中型籽瓜，最大破裂深度可達3.53 mm。由此可見，在相同的機械損傷條件下，大型籽瓜的損傷程度較高。就果皮脆度而言，中型籽瓜的果皮脆度普遍高于大型和小型籽瓜，其果皮脆度最高可達790.65 g/s，而小型籽瓜的果皮脆度最高僅為613.39 g/s；在果皮韌性方面，大型籽瓜的果皮韌性最高，可達7 878.28 g·s，而小型籽瓜的果皮韌性最大值僅5 952.22 g·s。從瓜梗部到瓜尾部，大型籽瓜的果皮強度和果皮脆度呈先下降后上升的趨勢，果皮破裂深度呈先上升后下降的趨勢，果皮韌性則呈逐漸下降的趨勢；中型籽瓜的果皮強度呈逐漸下降的趨勢，果皮脆度呈先上升后下降的趨勢；小型籽瓜的果皮強度和果皮脆度均呈逐漸下降的趨勢，果皮破裂深度和果皮韌性呈先下降后上升的趨勢。

由表1 還可知：不同部位的籽瓜果皮各項質地特性之間也存在差異。瓜梗部和中上部籽瓜果皮強度和韌性均高于其他部位；小型籽瓜的赤道部、中下部和瓜尾部果皮強度與其其他部位果皮強度之間存在顯著差異(P＜0.05)，大型籽瓜的瓜梗部果皮強度與其他不同規(guī)格、不同部位的籽瓜果皮強度之間存在明顯差異(P＜0.05)。大型籽瓜的最大破裂深度在其赤道部，且與中型籽瓜赤道部的破裂深度之間存在顯著差異(P＜0.05)。小型和大型籽瓜的瓜梗部果皮脆度均高于同規(guī)格的其他部位，中型籽瓜的赤道部果皮脆度與大型籽瓜的赤道部果皮脆度之間存在顯著差異(P＜0.05)。就赤道部和中下部果皮韌性而言，小型籽瓜與大型籽瓜之間存在明顯差異(P＜0.05)。

表1 不同規(guī)格、不同穿刺部位籽瓜果皮質地特性參數(shù)比較Tab.1 Comparison of the characteristic parameters of seed melon peel with different specificationsand different puncture positions

2.2 不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮質地特性的回歸分析

由表2 可知：不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮強度和脆度試驗值均滿足高斯函數(shù)模型，且擬合函數(shù)的相關系數(shù)均接近于1，擬合結果可靠。不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮破裂深度和韌性試驗值均滿足多項式函數(shù)模型，擬合函數(shù)的相關系數(shù)均接近于1，擬合結果可靠。

表2 不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮質地特性函數(shù)擬合結果Tab.2 Fitting results of the cortical features of different specifications and different parts of the seed melons peel

2.3 不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮質地特性的變異程度分析

由圖1 可知：在不同規(guī)格的籽瓜中，大型籽瓜果皮強度、破裂深度、脆度和韌性的變異系數(shù)均大于其他2 種規(guī)格的籽瓜，具體數(shù)值分別為13.25%、8.83%、16.26%和15.73%，說明大型籽瓜果皮各質地特性變異程度最大；小型籽瓜果皮強度和果皮韌性的變異系數(shù)分別為10.97%和14.50%，均大于中型籽瓜；中型籽瓜果皮破裂深度和果皮脆度的變異系數(shù)分別為8.70%和13.14%，均大于小型籽瓜。從籽瓜不同部位果皮各質地特性分析可知：赤道部果皮各質地特性的變異系數(shù)均最大，其中果皮脆度的變異系數(shù)最大(25.06%)；中上部果皮強度的變異系數(shù)最小(4.80%)；瓜梗部果皮破裂深度和果皮脆度的變異系數(shù)均最小，分別為3.91%和7.69%；瓜尾部果皮韌性的變異系數(shù)最小(9.37%)。

圖1 不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮各質地特性的變異系數(shù))Fig.1 The coefficient of variation of the texture characteristics of seed melon peels of different sizes and parts

2.4 籽瓜不同部位果皮質地特性之間的相關性分析

由表3 可知：瓜梗部的果皮強度與瓜尾部的果皮強度和果皮脆度、中下部的果皮破裂深度和果皮韌性、瓜梗部的果皮破裂脆度和果皮韌性、中上部和赤道部的果皮韌性均呈極顯著正相關；中上部的果皮強度與中下部的果皮強度呈極顯著正相關，與瓜尾部的果皮韌性呈顯著正相關；赤道部的果皮強度與中上部的果皮脆度、瓜尾部的果皮韌性均呈顯著正相關；中下部的果皮強度與瓜尾部的果皮韌性呈極顯著正相關；瓜尾部的果皮強度與瓜梗部的果皮脆度呈顯著正相關，與中下部的果皮韌性呈極顯著正相關；瓜梗部的果皮破裂深度與中上部和赤道部的果皮破裂深度均呈極顯著的正相關，而與瓜尾部的果皮破裂深度呈極顯著負相關；中上部的果皮破裂深度與赤道部的果皮破裂深度呈極顯著正相關；赤道部的果皮破裂深度與瓜尾部的果皮破裂深度呈顯著負相關；中下部的果皮破裂深度與瓜尾部的果皮脆度、瓜梗部和中上部的果皮韌性均呈顯著正相關，與赤道部的果皮韌性呈極顯著正相關；瓜梗部的果皮脆度與中下部的果皮韌性呈顯著正相關；赤道部的果皮脆度與中下部的果皮脆度呈顯著正相關；瓜尾部的果皮脆度與瓜梗部和中上部的果皮韌性均呈顯著正相關，與赤道部的果皮韌性呈極顯著正相關；除瓜尾部的果皮韌性與其他部位的果皮韌性無顯著相關性外，其他部位的果皮韌性之間均呈顯著或極顯著正相關。

3 討論

利用質構儀分析果實質地變化最常用的方法一般有3 種：TPA 法、穿刺法和剪切法。其中TPA法廣泛用于仁果類果實如蘋果[19-22]和梨[23-24]以及漿果類果實如葡萄[25-26]、草莓[27]和番茄[28]的全質構分析，但TPA 法不能得到果皮性狀數(shù)據(jù)，存在一定局限性。相比TPA 法而言，穿刺法采用柱狀探頭能更準確地反映果皮的質地特性，在鈣果[29]、冬棗[30]和石榴[31]等小型果實中均有應用。籽瓜作為一種低糖瓜類，其質地特性研究存在空白，在現(xiàn)有的甜瓜質構分析中，果肉質地特性探討而暴露出果皮研究的缺失，且在挑選甜瓜時，果皮能夠幫助人們辨別新鮮度。因此，本研究采用P/2 探頭對不同規(guī)格的籽瓜果皮進行穿刺試驗，參照馬慶華等[30]檢測冬棗的方法，對籽瓜果皮強度、破裂深度、脆度和韌性指標進行質構分析，彌補了這方面研究的空白。

果品的穿刺部位不同，其質地特性之間也存在顯著差異。如房大偉等[29]對同一鈣果的肩、中、底部進行穿刺，得出果皮破裂深度和韌性均為中部＞頂部＞底部；王斐等[32]通過對梨果肉萼部、中部和梗部進行比較研究，發(fā)現(xiàn)果肉脆度和硬度均為萼部＞中部＞梗部；趙愛玲等[33]通過質構儀穿刺試驗研究，得出果實中部更能真實地、準確地反映不同類型棗的質地特性。本試驗中，對不同規(guī)格籽瓜的果皮分別進行瓜梗部、中上部、赤道部、中下部和瓜尾部5 個部位的穿刺試驗，發(fā)現(xiàn)在不同部位果皮強度、破裂深度、脆度和韌性等質地參數(shù)變化不一致，可能是籽瓜的基因表達差異所致。此外，本研究表明：不同規(guī)格籽瓜的果皮韌性隨穿刺部位的改變總體呈先快速降低再緩慢上升的趨勢，大型籽瓜果皮韌性在尾部略有降低，可推斷與位移穿刺模式有關。但不同規(guī)格籽瓜的果皮破裂深度和脆度變化不一致，此現(xiàn)象可能是探頭運行時穿刺的深度不穩(wěn)定所致。通過分析高斯函數(shù)模型和多項式函數(shù)模型對籽瓜果皮各質地參數(shù)與部位之間的擬合結果，進一步確定了籽瓜果皮各質地參數(shù)隨部位改變時的變化趨勢。

在果皮各質地特性之間的相關性分析方面，本研究結果與已有研究之間存在差異，如周靖宇等[34]發(fā)現(xiàn)：無花果果皮強度與果皮破裂深度、果皮脆度和果皮韌性間存在顯著正相關；許玲等[35]發(fā)現(xiàn)：毛葉棗的果皮強度和果皮韌性與其果皮脆度極顯著正相關。本研究發(fā)現(xiàn)：籽瓜瓜梗部的果皮強度與瓜尾部的果皮強度和果皮脆度、中下部的果皮破裂深度和果皮韌性、瓜梗部的果皮破裂脆度和果皮韌性、中上部和赤道部的果皮韌性均呈極顯著正相關，這可能是因為瓜梗部優(yōu)先獲取瓜藤所提供的養(yǎng)分以及籽瓜所處的生長環(huán)境導致的。

4 結論

本研究采用質構分析儀對不同規(guī)格、不同部位籽瓜果皮進行質地特性的測定和分析，明確了各質地特性的變化規(guī)律，區(qū)分了各質地特性之間的差異、變異程度和相關性，利用高斯函數(shù)模型和多項式函數(shù)模型對各質地特性的試驗結果進行擬合，得到了較好的擬合結果，以期為進一步研究籽瓜果實其他生物特性及籽瓜儲藏保鮮提供理論依據(jù)。