果實干物質含量與成熟度的關系及判定

中圖分類號：S66 文獻標識碼：A

Abstract：Thetraditional determinationmethodsoffruitmaturityincludeseedcoatcolor，peelcolor，fruithardness， starchcontent and soluble solids content，butthese methodsareaffected by manyfactors，and the accuracyis limited.As an importantindex tojudgethematurityoffruit，drymatercontentiscloselyrelatedtotheediblequalityandstorageofruit. Thedetection methods of dry matercontent include drying method，specific gravity method，refractivemethodandnon-destructive testing method.Non-destructive testing techniques such as near-infrared spectroscopy have been widely used i the qualitydetectionofvariousfruitsduetotheirast，non-destructiveandeficientcharacteristics.Thecomprehensiveapplication of dry mattercontentandother maturityindicatorscanimprove the accuracyoffruit maturity judgment，which isofgreat sig nificance for improving fruit quality，reducing postharvest lossand promoting the sustainable development offruit industry.

Key words：apple；fruit maturity；dry matter content；non-destructive testing

根據中國農業農村部和聯合國糧食及農業組織（FAO）的最新數據，中國水果年產量已連續多年位居世界第一。水果產業已成為我國農業的重要組成部分，其種植面積、產量和產值在種植業中僅次于糧食和蔬菜，位列第三。這一產業在保障國家食物安全、生態安全、促進人民健康、增加農民收入以及推動農業可持續發展方面發揮著重要作用。同時，水果產業也是我國全面打贏脫貧攻堅戰和推進鄉村振興戰略的重要支柱產業之一。新鮮水果富含有機酸、糖、維生素、纖維素、礦物質和類黃酮等營養成分，是人們日常飲食的重要組成部分[]。隨著生活水平的提高，消費者對果蔬的需求已從滿足基本需求轉變為追求優質、安全、美味和營養[2]。這為園藝產業帶來了新的機遇，但也提出了更高的要求。然而，果蔬在生長和采后過程中，因氣候、機械損傷、自然衰老等因素，品質會下降，采后損失率較高，尤其是在發展中國家，約有 1/4～1/3 的水果未能到達消費者手中。果品采后損失的主要原因包括蒸騰和呼吸作用導致的失重、衰老引起的食用和貯藏品質下降，以及采后病害（生理性和侵染性）的發生。而果品的采收時期不僅關乎產量、食用品質，也與采后貯藏品質密切相關。這是因為采收過早時，果實未充分成熟，體積、質量和品質均未達標，表現為含糖量低、香氣不足、風味平淡，甚至帶有苦澀味。而采收過晚則會使果實成熟度過高，硬度降低，耐貯性變差，難以保存[3]。因此，準確判斷水果成熟度并確定合理的采收時間，對于提升果實品質、增強耐貯性、減少采后損失以及提高園藝產業的生產效率和經濟效益至關重要[4]

1果實成熟度的傳統判定方法

準確判斷果實的成熟度是適期采收的前提條件。目前，果實成熟的判斷依據主要包括：種皮顏色、果皮顏色、果實硬度、淀粉含量、可溶性固形物質量分數和干物質含量等方法[5]

1. 1 種皮顏色

種皮顏色主要受種皮中類黃酮物質的種類和含量影響，類黃酮是苯丙氨酸代謝途徑的次級代謝產物[6]。不同種類和品種的果實成熟時，種皮顏色存在差異。例如，中晚熟蘋果品種采收時種子顏色通常為褐色或黃褐色，而早熟品種采收時種子顏色較淺，甚至可能仍為乳白色。

1. 2 果皮顏色

果皮顏色是判斷果實成熟度和內在品質的重要指標之一。不同品種的果實在成熟時會呈現出特定的色澤。隨著果實成熟度的提升，果皮中的葉綠素會逐漸分解，使得果皮底色逐漸顯現。以弼猴桃為例，在其發育過程中，果皮的葉綠素含量逐漸減少，而類胡蘿卜素含量保持相對穩定，因此其外果皮顏色會從綠色變為淡綠色、深綠色甚至為深褐色[10]。對于蘋果而言，成熟時果皮顏色的變化更為復雜，通常會表現出不同程度的紅色、綠色或黃色。這種顏色變化是由果皮細胞中葉綠素的分解以及類胡蘿卜素、花青素等色素的積累共同作用的結果[8]。目前，對果皮顏色的判斷方式包括感官評定法、色差儀測定法等。與儀器測定法相比，感官評定法對感官評價員的水平要求高，且評價結果易受外界環境及感官評價員心理等因素影響。因此，目前實驗室通常采用儀器測定的方法來確定果實顏色，如利用色差儀通過空間值 L^* 、a、 b^* 測定果實的果皮顏色[9]

1.3 果實硬度

果實硬度是衡量果實品質和成熟度的關鍵指標，它不僅直接影響果實的口感，還與果實的耐貯藏性和加工品質密切相關[10]。通常隨著果實成熟度的提高，果實硬度降低，且不同品種果實適于鮮食或者貯藏的硬度也不同[11]。如：紅元帥和金冠蘋果的適宜采收硬度值分別為 6.8～8.2kg/cm² 和 6.4～7.7kg/cm² 。通常需要長期貯藏的果實，在果實硬度達到最佳范圍的上限值時可以進行采收；而用于鮮食或短期貯藏的果實則在硬度達到最佳范圍的下限值時可以進行采收[12]

1.4 淀粉含量

果實成熟過程中，淀粉含量通常會降低，這是因為果實成熟時，淀粉酶和蔗糖合成酶等酶的活性增強，促使淀粉水解并轉化為糖類[13]。這種淀粉水解過程通常從果實的果心區域開始，隨后逐漸向外擴展。利用淀粉與碘液反應的特性，可以通過觀察果實橫切面的淀粉染色程度來判斷果實的成熟度。淀粉遇碘會呈現藍黑色，而糖類則不會發生顯色反應。通過這種方法，可以建立果實橫切面淀粉染色程度與成熟度之間的關系，并結合其他成熟指標（如果實硬度、可溶性固形物質量分數等）制定標準染色圖譜，從而準確指示果實的成熟度和最佳采收期[14]

1.5 可溶性固形物質量分數

可溶性固形物質量分數是指果實汁液中所有可溶解于水的化合物的總量，主要包括可溶性糖、有機酸、維生素、氨基酸和礦物質等，它是衡量果實成熟度的重要指標之一[15]。在果實生長發育過程中，隨著成熟度的增加，淀粉等多糖類物質會逐漸水解轉化為蔗糖、葡萄糖和果糖等可溶性糖類，從而使可溶性固形物質量分數不斷升高[16]。例如在草莓、蘋果、龍眼等果實成熟期間，可溶性固形物質量分數均隨成熟的進程而呈上升趨勢[17]。與此同時，較高的可溶性固形物質量分數往往也意味著良好的果實品質。因此，可溶性固形物質量分數也是衡量果實成熟度的重要指標之一。

2干物質含量與果實品質的關系

種皮顏色、果皮顏色、果實硬度、淀粉含量、可溶性固形物質量分數等傳統方法均是目前常用的判斷果實成熟度的方式，但這些方法往往受自然生態條件、樹齡、結果部位等因素影響其對果實成熟判斷的準確性。因此，為了更好的評估果實成熟度，近年來開展了以干物質含量為依據判斷果實成熟度的工作，并在弼猴桃[18]、鱷梨、芒果和甜櫻桃[19]等果實上進行了應用推廣，并被相關從業者

逐漸認可并接受。

2.1干物質含量隨果實成熟度的變化而變化

干物質是去除所有水分后果實中的所有物質的統稱；包括糖類、淀粉、細胞壁、有機酸、纖維和礦物質[20]。在果實的生長發育過程中，隨著成熟度的提高，干物質不斷積累[21]。例如蘋果幼果期干物質含量較低，隨著果實的膨大、成熟，光合作用產生的碳水化合物等有機物不斷運輸到果實中并積累，干物質含量逐漸升高。

2.2干物質含量與果實食用品質密切相關

干物質中的糖分、有機酸、香氣物質等成分是影響果實口感和風味的重要因素。隨著果實成熟度增加，干物質中的糖分含量上升，有機酸含量下降，糖酸比達到適宜范圍，果實口感更佳，風味更濃郁。例如，成熟的草莓甜度高、酸度低，口感香甜；而未成熟的草莓則酸度高、甜度低，口感酸澀[22]。Harker[23]發現，獼猴桃果實在采收時的干物質含量是采后貨架期可溶性固形物質量分數的良好預測指標。而且，采收時果實中干物質含量高的果實比干物質含量低的果實更受歡迎。對鱷梨的研究也發現，隨著鱷梨果實干物質含量從 20% 增加到 40% ，消費者的喜愛程度和購買意向都逐漸增加[24]；消費者的偏好與‘RoyalGala’蘋果果實中干物質含量呈正相關[25]。而且，值得注意的是蘋果果實收獲時干物質含量比可滴定酸含量更好地預測了‘RoyalGala’和‘Scifresh’蘋果果實在貨架期時的總可溶性固形物質量分數。

在質地和硬度方面，干物質中的纖維素、果膠等成分與果實的質地和硬度密切相關[26]。在果實成熟過程中，隨著干物質的變化，細胞壁中的果膠會發生降解和轉化，原果膠減少，可溶性果膠增加，使果實的質地由硬變軟[27]。需要指出，果實干物質含量與果肉硬度雖然呈正相關，但相關性小于干物質含量與可溶性固形物之間的相關系數，且對品種的依賴性更強[28]

2.3干物質含量與果實貯藏性密切相關

通常，干物質含量高的果實，在采后貯藏過程中的耐貯性更佳。因為果實采后干物質含量高的果實，其呼吸強度相對較低、乙烯產生量較少（且產生時間較晚）、細胞結構更加緊密、積累了更多的營養物質[29]。例如，紅富士蘋果作為一種晚熟品種，因其干物質積累豐富、呼吸強度較低、乙烯釋放延遲且量少，具備了良好的風味、脆硬的肉質以及出色的耐貯藏性。在常溫庫中，紅富士蘋果通常可以貯藏 3～4 個月；而在冷庫或氣調條件下，貯藏期可顯著延長至5～8個月[30]

綜上所述，干物質含量不僅與果實發育、果實成熟度密切相關；在生長發育期或采收期對蘋果果實干物質含量進行測量，還可用于預測果實貨架期的品質及消費者偏好性。因此，果實干物質含量也越來越受到關注[31]

3果實干物質含量的檢測方法

3.1 烘干法

測定果實干物質含量最常用的方法是烘干法。該方法是在特定溫度下，完全蒸發去除果實中的水分后，對樣品烘干前后的質量進行精確稱量；烘干前后的質量差即為水分重量，烘干后的質量則為干物質質量，而干物質百分比含量/ %= （烘干后樣品質量/烘干前樣品質量） ×100% 。操作時要注意選取具有代表性的果實樣品，且要烘干至樣品達到恒重為止。烘干法的優點是操作簡便、結果準確，對儀器和人員操作技術要求不高，該方法在科研和生產中均被廣泛應用。雖然該方法能夠獲取精確的干物質含量值，但它是破壞性取樣法，效率較低，尤其在大規模樣本檢測時會耗費大量時間。

3.2比重法

比重法也是測量果實干物質含量的一種有效方法。該方法基于果實的比重（即密度）會隨著干物質含量的增加而增大的原理進行。一般基于排水法測定果實的比重后再轉換為干物質。首先，用天平精確稱量果實的質量（W），用排水法測定待測果實的體積（V，再求出果實比重（ （=W/V） ；最后結合比重與干物質含量之間的標準曲線，推算果實的干物質含量。比重法的優點是測定速度快速、且不對果實造成損傷。但該方法得到的結果易受到果實形狀、大小和內部結構等多種因素的影響，因此準確度相對較低。不同于烘干法，比重法更適合大量樣品的初步篩選和快速測定[32]

3.3 折光法

折光法[33]測定干物質含量的原理是基于果實中可溶性固形物質量分數與干物質含量之間的相關性進行的。通過使用折光儀測量果實汁液的折光率，再基于預先建立的折光率與干物質含量之間的回歸方程，推算出果實的干物質含量。折光法的優點是操作方法簡便、測定速度快，比較適合現場快速評估。但使用該方法前應對折光率與干物質含量之間的相關性進行評估，對于二者之間相關性不高的水果，應改用其他方法。

3.4 無損檢測法

無損檢測法是一種在不破壞被測物體的前提下，通過物理、化學等手段對材料或結構進行檢測的技術。在農業領域，無損檢測技術常用于果實品質的檢測，其中近紅外光譜技術和高光譜技術是常用的方法[34]。這些技術通過獲取果實的光譜反射率，結合傳統方法測定的果實干物質含量，建立數據模型，進而實現對未知樣品干物質含量的無損檢測[35]

近紅外光譜技術利用近紅外光與物質分子的相互作用，能夠快速、無損地獲取物質的光譜信息。高光譜技術則在此基礎上進一步提高了光譜分辨率，能夠獲取更豐富的光譜信息，從而更準確地反映物質的成分和結構[36]。通過這些技術，可以在不損傷果實的情況下，快速、準確地檢測果實的干物質含量等品質指標，為果實的分級、貯存和銷售等提供科學依據。由于該方法簡單、可靠且成本低[7]。目前，該方法已被廣泛應用于蘋果、櫻桃、芒果、梨等多種水果和蔬菜的果實品質檢測。它可用于測定果實內部品質指標，如硬度、可溶性固形物質量分數、可滴定酸含量和干物質含量。此外，該方法還可檢測果實內部病變，包括水心病、褐腐病、霉心病和果實褐變，以及外部損傷[38]

近紅外光譜儀器通常包括光源、取樣器、分光器、檢測器和軟件系統等部分[39]。其中，光源發射的光照射樣品后，通過分光系統分離出單色光，再由檢測器將光信號轉化為電信號，從而獲取近紅外光譜。隨后，光譜數據經軟件系統分析處理，最終結果可通過顯示器等方式呈現。

近紅外無損檢測技術的建立主要包含3個步驟：光譜預處理、建立多元校正模型和模型穩定性驗證。其中數據模型的建立是實現無損檢測的關鍵步驟，統計方法有包括偏最小二乘法、主成分分析法、人工神經網絡和支持向量回歸等。其中，偏最小二乘回歸法是建立兩組測量數據（無損近紅外光譜和破壞性測量指標，如干物質含量）之間的定量關系，獲取數據模型的常用方法，且數據集包括校準數據集和驗證數據集[40]。校準集通過構建回歸模型來解釋這些數據集之間的關系[41]；進而將回歸模型應用于外部驗證集中以校準或衡量模型的預測性，預測性能則可以用決定系數！ （R² ）、預測均方根誤差和性能偏差比進行衡量[42]。

此外，需要注意的是在基于近紅外光譜進行無損檢測時，當基于原模型對來自新品種、新季節樣品進行預測或使用不同的近紅外儀器進行樣品分析時，原校準模型常會出現偏差甚至無法使用[43]。這主要是因為近紅外光譜校準模型對所使用的數據集具有高度特異性，無法一概而論。通常會采用校準轉移法，對新樣品進行數據采集，然后與原模型合并，以使模型與新樣本更好地契合[44]

隨著分析技術的完善、光感技術及其工藝的日趨成熟，微型光譜儀器的性價比不斷提升，專門用于水果內部品質檢測的分析儀也相繼問世并實現了商業化[45]，如NIR-CASE（SACMI 意大利）、Accu-NIR2200（海洋光學美國）、FQA-NIRGun（FAN-TECResearchInstitute日本）、TD—2000C（TOWA日本）、K-BA100R（靜岡Kubota日本）、H一100F（北京陽光億事達科技有限公司中國）等。

4總結與應用展望

干物質含量可以作為判斷果實成熟度的一個重要參考指標。對于一些果實，如番茄、弼猴桃等，當干物質含量達到一定數值時，意味著果實接近成熟或已經成熟；對于這些水果而言，監測果實的干物質含量是確定果實采收時間的有效手段。但也需要指出，不同果實成熟階段的干物質積累速率存在差異。如葡萄在轉色期之前干物質積累相對緩慢，轉色期后，隨著糖分的快速積累和水分的相對減少，干物質含量則迅速增加；而香蕉等果實，則在成熟后期干物質含量的增加速度逐漸放緩。因此，首先要系統研究不同水果成熟階段的干物質積累模式后，只有成熟度與干物質積累相關性高的果實，才能用該方法判斷果實的成熟度。即使對干物質含量與成熟度關系密切的果實，單獨依靠干物質含量來判斷成熟度也可能存在一定局限性。因此，在實際應用中，通常將干物質含量與其他成熟度評價指標，如可溶性固形物質量分數、色度、大小、形狀、硬度、香氣等多個指標相結合，綜合評估果實的成熟度，以提高判斷的準確性。例如，香蕉在果實顏色由青變黃、果實飽滿、果皮稍軟時，通常表示已經成熟，但同時也可以參考其干物質含量等指標進行更準確的判斷[46]

總之，建立完善且易于操作的果實成熟度判別體系，能夠從種植、采摘、銷售、管理等各個環節助推水果產業的標準化生產，提高整個產業的規范化水平，增強產品的市場競爭力，提高果品的整體品質和經濟效益，促進水果產業的可持續發展。

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