新疆不同產區灰棗和駿棗的質構分析

黃 瑤，劉豐鳴，趙 文，孫 佳，萬 勝，王利娜，王姝婧，楊智鵬，馬路婷，祿彩麗，李建貴

（1.新疆農業大學 a.林學與風景園林學院；b.草業與環境科學學院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆紅棗工程技術研究中心，新疆 烏魯木齊 830013；3.新疆大學 資源與環境科學學院，新疆 烏魯木齊 830046）

棗Ziziphus jujuba為鼠李科Rhamnaceae 棗屬植物，是我國原產重要果樹和第一大干果經濟林樹種，栽培歷史悠久，品種資源非常豐富[1]。棗樹作為生態林和經濟林造林兼用樹種，具有抗旱、抗寒、耐土壤瘠薄、棗果經濟價值高等優良特性，一直受到廣泛的重視。目前，新疆棗種植面積和產量均居全國前列，棗也是新疆種植面積最大的特色林果樹種[2]。南疆環塔里木盆地的降水量少，蒸發量大，空氣極端干燥，晝夜溫差大，全年日照3 000 h 以上，不小于10 ℃積溫3 500 ℃以上[3]，該氣候條件有利于棗果營養積累。駿棗和灰棗是新疆的區域特色主栽品種，其棗果品質優、商品性好。由于特殊的氣候、環境條件，與原產地相比，其棗果總糖含量高、糖酸比高、果實品質好[4-5]，形成了新疆特有的紅棗品牌。

果實品質決定了其商品價值，果實質地品質直接影響著消費者的選擇，而且采后果實質地迅速發生變化，直接關系到其運輸及貯藏性能[6]。近些年，國內外諸多學者使用質構儀等儀器測定果實質地，使得評價內容更豐富，評價參數更客觀。可根據樣品的質構特性設定不同的質構儀測試模式，其中質構剖面分析（texture profile analysis，TPA）模式通過模擬人口腔的咀嚼運動，對樣品進行2 次壓縮，從而得出與人口感相關樣品質構特性參數[7-10]。目前，國內采用TPA 法測定果實質地的相關研究報道較多，如用于西瓜[11]、芒果[10]、蘋果[12-13]、甜瓜[14]、葡萄[15]等果實品質的評價。但對不同產區及不同品種棗質地差異進行分類評價的研究鮮見報道。本研究中基于TPA 法評價新疆不同產區完熟時期灰棗、駿棗的果實質地，量化描述棗果實的質地品質，探究不同產區及不同品種棗果實的質地差異，旨在為建立量化評價紅棗品質方法和確定棗果食用和加工適宜采收期提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品與儀器

選擇16 個具有代表性的新疆環塔里木盆地主要紅棗種植縣（市）作為采樣區，見表1。在每縣（市）種植區棗樹的東、西、南、北方位，隨機采摘50個處于完熟時期的棗果，要求棗果發育形態規則完整、大小形狀一致、無傷痕和壞點，供試棗樣共計213 份，包括灰棗129 份、駿棗84 份。采摘后運回實驗室，冷藏于4 ℃冰箱中，備用。使用TAXT plus 質地分析儀（Stable Micro Systems Ltd.，英國）進行測定。

表1 棗果樣品信息Table 1 Sample information of jujube

1.2 質構指標的測定

將完整的棗果置于質構儀的載物臺上進行TPA 擠壓測試。每次測試時，棗果實的放置位置、方向相同，參照祿彩麗等[16]、趙愛玲等[17]和馬慶華等[18]的方法并略加修改。測前、測試中、測后速率平均為1 mm/s，最小感知力5 g。采用P/2n針狀探頭（直徑2 mm），為避免探頭觸到果核，將測試深度設為3.7 mm。測試時選取果實陽面中部較平整的部分作為測試面，使探頭貫入時正對果實中部。每組樣品重復測定3 個棗果。利用TPA 軟件，實時傳輸數據并繪制檢測過程曲線，根據測得的質地特征曲線得到TPA 參數。

1.3 數據統計分析

每組數據平行測定3 次，使用IBM SPSS Statistics 25 軟件進行方差分析，將數據表示為“平均數±標準偏差”。使用Excel、R 語言等軟件統計數據、繪圖，并進行相關性分析、主成分分析及聚類分析等。

2 結果與分析

2.1 棗果的TPA 參數

2.1.1 不同產區棗果的TPA 參數

不同產區灰棗和駿棗的TPA 參數分別見表2～3。從表2～3 可以看出，總體上灰棗的硬度大于駿棗，并且從產區來看，灰棗、駿棗硬度均值由大到小依次皆為巴州、阿克蘇、和田，其中灰棗的硬度最大的是巴州的若羌縣，駿棗的硬度最大的是阿克蘇地區的新和縣。另外，各產區中棗果的硬度最小的均是和田地區，分別是民豐縣的灰棗、皮山縣的駿棗。

表2 不同產區灰棗的TPA 參數Table 2 Results of TPA parameters of Hui jujube in different production areas

表3 不同產區駿棗的TPA 參數Table 3 Results of TPA parameters of Jun jujube in different production areas

按照灰棗的黏附性均值由大到小排序，各產區依次為巴州、和田、阿克蘇。其中，巴州且末縣灰棗的黏附性最大，阿克蘇地區庫車市灰棗的黏附性小于其他各產區。按照駿棗的黏附性均值由大到小排序，各產區依次為和田、巴州、阿克蘇，其中巴州若羌縣駿棗的黏附性均大于其他產區，阿克蘇新和縣駿棗的黏附性均小于其他產區。

按照灰棗的彈性均值由大到小排序，各產區依次為和田、阿克蘇、巴州，其中和田洛浦縣灰棗的彈性最大，阿克蘇阿拉爾市灰棗的彈性小于其他產區。按照駿棗的彈性均值由大到小排序，各產區依次為巴州、和田、阿克蘇，其最大值和最小值均在巴州，分別是若羌縣、庫爾勒市。

另外，各產區灰棗的內聚性、回復性最大的分別是阿克蘇的沙雅縣、阿瓦提縣，膠著度、咀嚼度最大的均為巴州若羌縣。總體上，按照駿棗的膠著度、咀嚼度、回復性等參數的均值由大到小排序，各產區依次皆為巴州、阿克蘇、和田，其中3 個參數的最小值分別在和田地區的洛浦縣、洛浦縣和皮山縣。

2.1.2 整體上棗果的TPA 參數

整體上灰棗和駿棗的TPA 參數見表4。變異系數可以在一定程度上反映性狀的離散程度[19]。由表4可知，灰棗的TAP 指標的變異系數為7.07%～125.06%，駿棗的TAP 指標的變異系數為15.74%～76.46%，其中黏附性的變異系數皆為最大，說明在不同產區同品種棗果的黏附性差異較大。灰棗的內聚性變異系數最小，為7.07%，說明在各產區灰棗的內聚性保持在一定范圍內，波動不大。駿棗的內聚性為0.20 ～0.86，變異系數為20.76%。由表4可知，灰棗的咀嚼度和回復性均大于駿棗。

表4 整體上灰棗和駿棗的TPA 參數Table 4 Results of TPA parameters of Hui jujube

2.2 棗果TPA 參數間的相關性

對灰棗7 個TPA 參數進行相關性分析，結果見表5。由表5可知，灰棗果實質地品質指標并不是完全獨立的，存在關聯性，但關聯程度不同。灰棗果實的硬度分別與膠著度、咀嚼度呈現顯著正相關，內聚性與回復性及彈性與內聚性均呈現顯著正相關，彈性、內聚性、膠著度與咀嚼度均呈現顯著正相關，黏附性與彈性、內聚性、咀嚼度均呈現顯著負相關。

對駿棗7 個TPA 參數進行相關性分析，結果見表5。由表5可知，駿棗果實的硬度分別與膠著度、咀嚼度呈現顯著正相關，黏附性與內聚性呈現顯著正相關，彈性與內聚性、膠著度、咀嚼度均呈現顯著正相關，內聚性與膠著度、咀嚼度、回復性均呈現極顯著正相關，膠著度與咀嚼度、回復性呈現極顯著正相關，咀嚼度與回復性呈現極顯著正相關。

表5 棗果TPA 參數的相關性?Table 5 Correlation of TPA parameters in jujube fruit

2.3 不同產區棗果質地品質分級

在果實品質評價體系中，為了能更全面、準確地反映數據的特征及規律，對于度量單位不同的指標，首先對原始指標數據進行標準化處理，原始數據經過標準化處理后符合標準正態分布，即均值為0，標準差為1，再通過主成分分析（principal component analysis，PCA），在損失較少信息的前提下用降維的思想，把多個指標轉化為幾個綜合指標進一步分析。

2.3.1 棗果質地品質指標的主成分分析

棗果質地品質指標主成分分析結果見表6。由表6可知，灰棗、駿棗的前3 個主成分分別解釋了全部方差的83.921%、85.604%，累計貢獻率均大于80%，說明提取的3 個主成分能夠全面、客觀地反映新疆各采樣地區的棗果質地品質。

表6 棗果質地品質指標主成分分析結果Table 6 Principal component analysis results of jujube fruit texture quality indexes

棗果質地品質指標主成分載荷矩陣見表7。由表7可以看出：灰棗果實質地品質第1 主成分的決定指標有硬度、咀嚼度、膠著度，第1 主成分的貢獻率為43.81%；駿棗果實質地品質第1 主成分的決定指標有咀嚼度、膠著度，第1 主成分的貢獻率為50.174%。灰棗果實質地品質第2 主成分的決定指標主要是內聚性，第2 主成分的總貢獻率為25.575%；駿棗果實質地品質第2 主成分的決定指標有內聚性、硬度、黏附性，第2 主成分的總貢獻率為20.987%。內聚性是評價果肉組織結構的重要參數，可反映微觀組織的結構狀況，展示果肉細胞間的聚合力[11]。灰棗、駿棗果實質地品質第3 主成分的決定指標分別是黏附性和彈性，第3 主成分的總貢獻率分別為14.535%、14.443%。黏附性可反映咀嚼果肉時，果肉對口腔接觸面黏著的性質，與果肉感官品質呈現負相關，黏附性低的棗果實爽口性較好[9]。參與前3 個主成分的質地指標可用于棗果實質地品質的綜合評價分析及棗果肉質地選擇。

表7 棗果質地品質指標主成分載荷矩陣Table 7 Principal component load matrix of jujube fruit texture quality index

2.3.2 不同產區棗果實質地品質綜合評價

灰棗果實質地品質的前3 個主成分得分的線性方程分別為

Y1=0.530X1-0.055X2+0.202X3+0.128X4+0.557X5+0.568X6+0.162X7；

Y2=-0.263X1-0.223X2+0.242X3+0.647X4+0.729X5+0.742X6+0.212X7；

Y3=0.034X1+0.791X2-0.491X3+0.249X4+0.094X5+0.249X7。

式中：Yi代表灰棗第i主成分的得分（i=1，2，3），Xj代表灰棗第j個指標的標準化值。

駿棗果實質地品質的前3 個主成分的線性組合分別為

Y′1=0.314X′1-0.027X′2+0.197X′3+0.370X′4+0.517X′5+0.522X′6+0.432X′7；

Y′2=-0.550X′1+0.506X′2-0.191X′3+0.524X′4-0.100X′5-0.116X′6+0.328X′7；

Y′3=-0.413X′1-0.323X′2+0.799X′3+0.209X′4-0.180X′5+0.043X′6-0.100X′7。

式中：Y′i代表駿棗第i主成分的得分（i=1，2，3），X＇j代表駿棗第j個指標的標準化值。

以各主成分方差貢獻率占3 個主成分總方差貢獻率的比率為權重（bi），根據主成分得分，計算綜合得分[20]，公式為。最終構建的綜合評價模型為

Z=0.438 10Y1+0.257 5Y2+0.118 57Y3；

Z′=0.501 74Y′1+0.209 87Y′2+0.144 437Y′3。式中：Z和Z′分別代表灰棗、駿棗果實質地品質前3 個主成分的綜合得分。

根據以上模型算出不同產區棗果實質地指標綜合得分，灰棗、駿棗果實質地指標的綜合得分排在前20 位的產區及其綜合得分見表8。從表8可看出，在各產區中，巴州灰棗果實質地指標的綜合得分均排名前列，阿克蘇駿棗質地指標的綜合得分排名優于其他產區。

表8 各產區灰棗、駿棗果實質地指標的綜合得分（前20 位）Table 8 Comprehensive score of fruit texture indexes of Hui jujube and Jun jujube in each producing area (top 20)

2.3.3 不同產區棗果質地品質聚類分析

對不同產區灰棗果實質地品質指標進行聚類分析，結果如圖1所示。由圖1可見，不同產區灰棗果實根據其質地品質指標可分為3 類。第Ⅰ類灰棗分布在阿克蘇地區，共有5 份樣品；第Ⅱ類灰棗均分布在巴州，共有10 份樣品；第Ⅲ類灰棗分布在阿克蘇、巴州、和田，共有83 份樣品。

圖1 各產區灰棗果實質地品質的聚類結果Fig.1 The clustering results of fruit texture quality of Hui jujube in each production area

各類產區灰棗果實質地品質指標見表9。由表9可知，這3 類灰棗果實的硬度、咀嚼度、膠著度、黏附性這4 個質地指標值的差異較大，第Ⅰ類中灰棗果實的硬度、咀嚼度、膠著度均居于第Ⅱ類、第Ⅲ類之間。第Ⅰ類中：灰棗果實硬度為227.71 ～400.24 N，整體硬度平均值為309.36 N；咀嚼度為177.06 ～290.21，平均值為241.68 N；膠著度為188.39 ～308.09 N，平均值為256.24 N；黏附性為-6.93 ～-3.19 N·s，平均值為-4.65 N·s。第Ⅱ類中：灰棗果實硬度為405.03 ～655.97 N，平均值為568.51 N，硬度較大，果肉的堅實度較強；咀嚼度為323.94 ～495.22，平均值為412.56；膠著度為340.48 ～523.48 N，平均值為451.12 N；黏附性為-1.07 ～-0.12 N·s，平均值為-0.62 N·s。第Ⅲ類中：灰棗果實硬度為158.78 ～452.03 N，平均值為286.64 N；咀嚼度為108.89 ～279.36，平均值為191.76；膠著度為124.72 ～315.98 N，平均值為217.40 N；黏附性為-1.54 ～-0.05 N·s，平均值為-0.61 N·s。

表9 各類產區灰棗果實質地品質指標?Table 9 Texture quality indexes of Hui jujube fruits in different production areas

對不同產區駿棗果實質地指標進行聚類分析，結果如圖2所示。由圖2可見，不同產區駿棗果實根據質地指標可分為3 類。第Ⅰ類駿棗分布在阿克蘇地區，共有2 份樣品；第Ⅱ類駿棗分布在阿克蘇、巴州、和田3 個產區，共有20 份樣品；第Ⅲ類駿棗分布在阿克蘇、巴州、和田3 個產區，共有58 份樣品。

圖2 各產區駿棗果實質地品質的聚類結果Fig.2 The clustering results of fruit texture quality of Jun jujube in each production area

各類產區駿棗果實質地品質指標見表10。由表10 可知，這3 類駿棗果實的黏附性、彈性、咀嚼度、膠著度這4 個指標值有較大的差異。第Ⅰ類中：駿棗果實的黏附性為-1.67 ～-1.53 N·s，平均值為-1.60 N·s；彈性為0.95 ～1.18 mm，平均值為1.06 mm； 膠著度為37.18 ～77.81 N，平均值為57.50 N；咀嚼度為43.71 ～74.13， 平均值為58.92。第Ⅱ類中：駿棗果實的黏附性為-1.88 ～-0.10 N·s，平均值為-0.70 N·s；彈性為0.70 ～0.97 mm，平均值為0.90 mm；膠著度為153.30 ～253.98 N，平均值為194.62 N；咀嚼度為110.18 ～247.47，平均值為176.49。第Ⅲ類中：駿棗果實的黏附性為-1.89 ～-0.03 N·s，平均值為-0.56 N·s；彈性為0.63 ～1.00 mm，平均值為0.89 mm；膠著度為50.04 ～196.15 N，平均值為128.45 N；咀嚼度為37.49 ～192.71，平均值為115.18。

表10 各類產區駿棗果實質地品質指標?Table 10 Texture quality indexes of Jun jujube fruits in different production areas

3 結論與討論

新疆不同產區的灰棗TPA 參數中，在各產區間果實彈性的差異不大，其他參數均有明顯差異，其中硬度、膠著度、咀嚼度最大的為巴州灰棗，黏附性、內聚性、回復性最大的是阿克蘇灰棗，和田灰棗的各TPA 參數均偏低。新疆不同產區的駿棗TPA 參數中，膠著度、咀嚼度最大的為巴州駿棗，在各產區間膠著度和咀嚼度的差異明顯，各產區間其他質地參數的差異不大。通過對供試各產區棗果TPA 參數的系統聚類分析，將新疆不同產區的213 份供試棗樣分為3 類。在7 個質地指標中，3 類灰棗和駿棗果實均有4 個質地指標的差異較大，灰棗果實差異較大的指標是咀嚼度、膠著度、黏附性、硬度，駿棗果實差異較大的指標是咀嚼度、膠著度、黏附性、彈性。灰棗果實質地品質綜合得分排名靠前的均分在第Ⅱ類，該類中灰棗果實的硬度均值為568.51 N，在3 類灰棗中屬于硬度較高的棗果。第Ⅱ類灰棗樣品共10 份，即巴州若羌縣灰棗共9 份，阿克蘇沙雅縣灰棗共1 份。駿棗果實質地品質綜合得分排名靠前的均分在第Ⅱ類，該類中駿棗果實的彈性均值為0.903 mm，在3 類駿棗中屬于彈性偏大的棗果。第Ⅱ類駿棗樣品共20 份，即阿克蘇地區的溫宿縣共3 份、庫車縣共2 份、阿拉爾市共1 份、新和縣共1 份、阿瓦提縣共3 份，和田地區的策勒縣共4 份、民豐縣共1 份、于田縣共1 份，巴州的若羌縣共1 份、尉犁縣共1 份、輪臺縣共2 份。

本研究結果表明，不同產區及不同品種的棗果質地之間存在著較大的差異，各產區供試灰棗果實樣品的硬度大于駿棗，與陳愷等[21]的研究結果一致，并且總體上灰棗果實的內聚性、咀嚼度、回復性均大于駿棗。新疆環塔里木盆地的地域空間廣闊，導致不同品種棗果的質地品質在各區域范圍的表現存在一定的差異。一般認為變異系數大于10%的樣本間差異較大[22]。本研究中除了灰棗果實的內聚性變異系數最小（7.07%），其他TPA 參數的變異系數均在10%之上，說明新疆紅棗的質構指標變化較大，建模數據豐富[23]，有利于新疆優質棗果的比較和篩選。

棗果TPA 參數的相關性分析結果表明，質構指標間存在不同程度的相關性，灰棗、駿棗果實的硬度分別與膠著度、咀嚼度呈現顯著正相關，即果實的硬度越大，膠著度、咀嚼性越高，果實膠著度越高，越耐咀嚼，與祿彩麗等[16]的研究結果相符。進入完熟期后，棗果質地變化較大，完熟期的灰棗、駿棗果實更適合作為制干棗食用。

在果實品質的綜合評價中已廣泛使用主成分分析及聚類分析法。樊樹雷等[24]為優化品種結構，采用主成分分析法對引種的10 個楊梅品種在寧波市的主要生產性狀進行綜合評價，并以此為依據對各品種進行聚類分析，篩選適合寧波市種植發展的楊梅栽培品種。郭家剛等[25]采用主成分分析法和聚類分析法建立綜合評價模型，進行藍莓品質性狀綜合評價。于玉紅等[26]對154 份西瓜種質資源果實性狀的變異進行了主成分分析和聚類分析，研究了西瓜育種材料果實性狀在品種間的相似度和遺傳多樣性。劉亞斌等[27]以6 個板栗群體的39 份種質資源為研究對象，根據聚類結果可知地理分布相近的板栗群體可以相互引種。

在棗果品質方面：張梅等[28]應用層次分析和灰色關聯度分析相結合的方法對新疆不同縣市駿棗品質進行綜合評價；楊植等[9]用聚類分析方法將56 個品種分為中間類群、低彈軟質群和高彈硬質群3 類；武琳霞等[29]基于主成分分析和聚類分析對不同產地冬棗品質特性進行比較。本研究中，不同產區灰棗、駿棗果實質地的前3 個主成分的累計貢獻率均大于80%，能夠全面、客觀地反映新疆不同產區的棗果實質地品質。根據各主成分得分，以各主成分方差貢獻率占前3 個主成分總方差貢獻率的比率為權重，計算綜合得分。綜合得分排名結果表明不同產區棗果的質地品質之間存在定性和定量差異。

為了準確找到各指標間的差異范圍，采用聚類分析根據質地指標將不同產區灰棗和駿棗果實均分為3 類。在3 類灰棗中果實的硬度、咀嚼度、膠著度、黏附性的差異較大，在3 類駿棗中果實的黏附性、彈性、咀嚼度、膠著度的差異較大。灰棗綜合得分排名靠前的產區均分在第Ⅱ類，駿棗綜合得分排名靠前的阿克蘇地區也分在第Ⅱ類。決定2 個品種第1 主成分的參數均有咀嚼度、膠著度。在棗果的食用口感方面咀嚼度和膠著度均對評分有重要影響。咀嚼性反映果肉對咀嚼發生時的持續抵抗，果肉咀嚼性高，表明果肉肉質粗、有渣感[30]；膠著度反映的是在持續咀嚼過程中的黏稠度。本研究中使用質構多面分析儀測定果實的各質地品質指標，來代替傳統的感官鑒評，能將質地指標的定性描述快速轉變為客觀、準確、高效率的定量描述。

本研究中僅對新疆棗果主產區中16 個具有代表性的棗果種植縣市的棗果進行質地分析，決定果實品質的因素較多，如外在形態和內在營養等，因此本研究中得出的綜合得分排名不直接代表棗果的品質排名，僅表明新疆不同產區各品種棗果的質地品質之間存在定性和定量差異。其次，棗果質地變化的內在原因是其微觀組織結構的不同[31]，在后續的棗果質構分析方面可從果肉細胞及其孔隙特征入手，棗果果肉組織結構的分析可從二維角度轉變到三維角度，構建仿真幾何模型，再結合細胞的組成物質及成分含量去揭示不同棗果間質地特性形成的因素。另外，可在質地評價的基礎上，結合深入量化研究，評價果實品質的發育生理性狀，從而進一步豐富新疆紅棗品質評價方法。