基于TPA法評(píng)價(jià)棗果實(shí)質(zhì)地及聚類分析

楊 植，王振磊

(1. 南疆特色果樹高效優(yōu)質(zhì)栽培與深加工技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)南疆特色果樹生產(chǎn)工程實(shí)驗(yàn)室/塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300；2. 新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾 843300)

0 引 言

【研究意義】棗(ZiziphusjujubaMill.)為鼠李科棗屬植物，原產(chǎn)我國(guó)，栽培歷史悠久，種質(zhì)資源豐富，是我國(guó)的特色經(jīng)濟(jì)果樹。據(jù)《中國(guó)果樹志·棗卷》統(tǒng)計(jì)，中國(guó)有棗樹品種700個(gè)[1]。質(zhì)地是果蔬重要的品質(zhì)特征之一，是影響消費(fèi)者對(duì)其可接受性的最主要因子[2～3]，果實(shí)的許多感官指標(biāo)，如硬度、脆性、糯性、咀嚼性、汁液多少等性狀與質(zhì)地密切相關(guān)[4]。果實(shí)質(zhì)地狀況的評(píng)價(jià)，主要包括感官評(píng)價(jià)和儀器測(cè)定兩個(gè)方面。長(zhǎng)期以來(lái)，棗品種的質(zhì)地常以感官評(píng)價(jià)來(lái)衡量，使用致密、疏松、酥脆、軟、硬等詞匯形容[1]，常會(huì)因人而異，且缺乏科學(xué)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)得數(shù)據(jù)變異較大。【前人研究進(jìn)展】近年來(lái)，質(zhì)構(gòu)儀等儀器的使用使得果肉質(zhì)地評(píng)價(jià)的內(nèi)容更為豐富，評(píng)價(jià)參數(shù)也更加客觀，質(zhì)構(gòu)儀質(zhì)地多面分析(TPA)檢測(cè)是模擬人牙齒咀嚼食物，質(zhì)構(gòu)儀質(zhì)地多面分析(TPA)檢測(cè)模擬人牙齒咀嚼食物的機(jī)械過程[5]，對(duì)試樣進(jìn)行兩次壓縮的機(jī)械過程，該過程能夠測(cè)定探頭對(duì)試樣的壓力以及其它相關(guān)質(zhì)地參數(shù)[5]。【本研究切入點(diǎn)】國(guó)外對(duì)食品質(zhì)地的研究，如奶酪[6]、果蔬(桃[7]蘋果[8]葡萄[9]辣椒[10]馬鈴薯[11]卷心菜[12])和肉類[13,14]等已經(jīng)比較深入，但是國(guó)內(nèi)這方面的研究鮮見報(bào)道，特別是對(duì)不同棗品種質(zhì)地進(jìn)行比較的研究更少。研究基于TPA法評(píng)價(jià)棗果質(zhì)地及聚類分析?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以56個(gè)棗品種為研究對(duì)象，采用TPA法，對(duì)果實(shí)質(zhì)地進(jìn)行研究，比較不同品種的棗果肉特性，通過對(duì)質(zhì)構(gòu)儀的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為建立標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化的鮮棗果實(shí)質(zhì)地評(píng)價(jià)方法提供一定的理論依據(jù)和技術(shù)手段。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)材料為塔里木大學(xué)園藝試驗(yàn)站棗樹種質(zhì)資源圃的56個(gè)棗品種。果實(shí)全紅期，每品種隨機(jī)選取100個(gè)發(fā)育形態(tài)規(guī)則完整，大小形狀一致，無(wú)病蟲害的果實(shí)進(jìn)行果實(shí)質(zhì)地測(cè)定。表1

表1 不同品種棗果質(zhì)地參數(shù)
Table 1 Fruit texture parameters of different jujube varieties

序號(hào)No.品種Variety硬度Hard-ness(N)粘附性Adhesi-veness(N?mm)凝聚性Cohes-ivenesRatio彈性Elastic(mm)咀嚼性Che-winess(mJ)序號(hào)No.品種Variety硬度Hard-ness(N)粘附性Adhesi-veness(N?mm)凝聚性Cohes-ivenessRatio彈性Elastic(mm)咀嚼性Che-winess(mJ)1224陳232.640.760.494.42501.4629寧陽(yáng)鈴棗176.380.040.503.53311.892八陽(yáng)棗185.70.040.523.80367.7630平陸尖棗137.270.040.543.72280.363八月炸160.160.020.493.42266.8531三變紅210.070.020.543.87436.784北京雞蛋棗156.30.020.434.45307.2532三變色148.750.090.553.73301.865扁核酸148.290.060.543.69297.3833陜西白棗171.660.020.464.02325.706檳榔棗171.330.020.493.44285.8234陜西木頭棗217.20.070.494.37468.297茶壺棗147.80.090.454.00267.3735胎里紅94.510.050.532.97149.108大果算盤189.50.050.513.90379.4736襄汾圓棗185.010.040.434.03317.459大荔鈴鈴棗96.540.030.493.47156.7437新鄭小圓棗185.730.030.534.22421.8410東陵無(wú)核166.710.020.533.39301.7138溆浦尖棗263.40.030.533.25452.2911阜帥225.530.100.554.24529.8239延川條棗208.010.070.553.37387.6412尜尜棗125.460.020.453.39190.9440閻家鉚圓棗207.420.030.533.72414.7313哈八棗271.090.130.475.81742.6941贊1249.260.030.494.36550.8414蛤蟆棗240.990.040.504.40538.2142贊2284.770.050.525.77882.0315黑疙瘩236.670.040.414.72457.1843贊皇大棗154.990.030.453.93274.7516灰棗175.750.010.533.46318.9044中棗1號(hào)143.810.020.533.46266.6317金鈴長(zhǎng)棗201.510.070.533.91416.4445中棗3號(hào)281.670.060.474.08546.5618金絲1號(hào)144.181.410.503.42246.9546樂金1號(hào)199.310.050.543.81406.9319金絲新2號(hào)172.270.530.483.43283.2247樂金3號(hào)216.070.040.483.48360.9620晉矮1號(hào)184.150.060.414.50348.5748樂金4號(hào)181.630.030.493.60321.5221晉贊大棗251.680.070.495.14647.2449臨縣伢棗82.730.020.533.17137.4822京棗39208.180.050.415.33463.3550臨猗辣椒棗217.640.060.544.08490.5123舊莊窩棗153.360.050.483.06228.0851靈寶大棗192.930.050.484.85450.0124駿1256.560.050.524.63626.4152六月鮮139.930.050.484.19282.4925駿2249.180.050.494.44548.4853龍棗149.960.080.554.00334.6526辣椒棗162.670.030.553.89344.7154落地紅168.910.060.493.02251.9527藍(lán)田大棗217.050.030.434.79446.2055馬牙白119.060.030.473.00169.2028郎家圓145.40.070.503.22232.6356旻棗131.690.020.513.12209.53

1.2 方 法

1.2.1 質(zhì)構(gòu)儀分析法

用美國(guó)FTC公司-TMS-PRO食品物性分析儀(質(zhì)構(gòu)儀)進(jìn)行測(cè)定，質(zhì)構(gòu)儀調(diào)到最大限度500 N，力量感應(yīng)元量程400 N，回升高度40 mm，形變量20，檢測(cè)速度30 mm/min，起始力0.5 N，然后把棗子放在質(zhì)構(gòu)儀托盤上，進(jìn)行檢測(cè)，并實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)繪制檢測(cè)過程曲線。由質(zhì)地特征曲線得到表征果肉質(zhì)地狀況的評(píng)價(jià)參數(shù)：硬度1、硬度2、粘附性、彈性、凝聚性、咀嚼性。試驗(yàn)采用完整的棗果作為試驗(yàn)對(duì)象，每果取最大橫徑處陰陽(yáng)面2個(gè)部位測(cè)定(取平均值)。

1.2.2 感官分析法

按照GB/T10220～1988感官分析方法總論中有關(guān)部分進(jìn)行品嘗員的選擇、樣品的準(zhǔn)備以及感官評(píng)價(jià)的誤差控制。參照GB/T12316～1990感官分析法，請(qǐng)10名品嘗員對(duì)每一份種質(zhì)的樣品進(jìn)行品嘗。所測(cè)指標(biāo)和指標(biāo)分級(jí)如下。

果肉緊致度：疏松1、酥脆2、較致密3、致密4；

果肉粗細(xì)：粗1、中2、細(xì)3；

果肉汁液：少1、中2、多3；

用途：鮮食1、兼用2、制干3、觀賞4。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS軟件和R Project進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 棗果質(zhì)地參數(shù)

研究表明,棗品種不同果實(shí)質(zhì)地不同。56個(gè)品種果實(shí)硬度在284.77～82.73 N，均值為185.65 N。果實(shí)硬度大于250 N的有贊2、中棗3號(hào)、哈八、溆浦尖棗、駿1、晉贊大棗6個(gè)品種。果實(shí)硬度小于100 N的有大荔鈴鈴棗、胎里紅和臨縣伢棗3個(gè)品種。果實(shí)硬度最大品種(贊2)和果實(shí)硬度最小的品種(臨縣伢棗)間硬度相差202.04 N。

供試棗品種粘附性在0.01～1.41 N*mm，均值為0.09 N*mm。金絲1號(hào)、224陳和金絲新2號(hào)3個(gè)棗品種的果實(shí)粘附性分別為1.41、0.76和0.53 N*mm，顯著高于其他品種果實(shí)粘附性，灰棗的粘附性最低，僅為0.01 N*mm，果實(shí)粘附性在0.02～0.13 N*mm之間的有53個(gè)品種，占供試品種的93%。

不同品種間棗果實(shí)凝聚性差異不大，介于0.55～0.41。其中阜帥、辣椒棗、三變色、延川條棗和龍棗果實(shí)凝聚性最大，為0.55；黑疙瘩、晉矮1號(hào)和京棗39果實(shí)凝聚性最低，為0.41。

不同棗品種果實(shí)的彈性均值為3.94 mm。果實(shí)彈性大于5.00 mm的品種有哈八、贊2、京棗39和晉贊大棗，分別為5.81、5.77、5.33、5.14 mm。果實(shí)彈性在4.00 mm以上的有24個(gè)品種，占供試品種的43%。胎里紅果實(shí)彈性為2.97 mm，是供試品種中最低的。

棗果咀嚼性品種間差異較大，均值為374.03 mJ，極值高達(dá)744.55 mJ。其中贊2、哈八、晉贊大棗、駿1咀嚼性高，而馬牙白、大荔鈴鈴棗、胎里紅、臨縣伢棗咀嚼性較低，分別為169.2、156.74、149.1、137.48 mJ。表1

注：*P<0.05顯著相關(guān)，**P<0.01極顯著相關(guān)

Note:*P< 0.05 was significantly correlated and**P< 0.01 was extremely significantly correlated

圖1 棗果實(shí)質(zhì)地參數(shù)間的相關(guān)性
Fig.1 Correlation matrix of different texture parameters of jujube fruit derived from TPA test

2.2 棗果質(zhì)地參數(shù)相關(guān)性

研究表明,果實(shí)硬度與果實(shí)彈性和果實(shí)咀嚼性均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.93**和0.66**，果實(shí)彈性與果實(shí)咀嚼性呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.83**，即果實(shí)的硬度越大，彈性、咀嚼性越高，果實(shí)彈性越大，越耐咀嚼。彈性與凝聚性呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.33*，果實(shí)的彈性越大，果實(shí)的凝聚性越低。果實(shí)粘附性與硬度、凝聚性、彈性、咀嚼性不相關(guān)。圖1

2.3 棗果實(shí)質(zhì)地主成分

計(jì)算得10個(gè)特征值和10個(gè)特征向量。前5個(gè)主分量的特征值累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)83.80%。前6個(gè)主分量的特征值累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)90.30%，基本能反映56個(gè)棗果實(shí)的基本質(zhì)地特征。研究表明,第1主成分特征值為3.531貢獻(xiàn)率為35.31%。硬度、彈性和咀嚼性權(quán)重值較大，這3個(gè)變量中均為質(zhì)構(gòu)儀所測(cè)的指標(biāo)屬于描述下壓果實(shí)所表現(xiàn)出的性狀。即第1主成分可以作為棗果用途適口性因子，即果實(shí)咀嚼性越大彈性、硬度越高。果肉汁液的權(quán)重負(fù)值較大，棗果實(shí)中果肉汁液越大，其咀嚼性、彈性和硬度就越低，此成分對(duì)于棗果肉質(zhì)地選擇有指導(dǎo)意義。第2主成分特征值為1.767貢獻(xiàn)率為17.67%，凝聚性的權(quán)重大，屬于凝聚性因子。彈性權(quán)重負(fù)值較大，說(shuō)明果肉凝聚性越大果實(shí)彈性越低。第3主成分有2指標(biāo)綜合口感和粘附性。屬于口感粘附因子。第4主成分僅有1個(gè)指標(biāo)果肉緊實(shí)度，屬于果肉緊實(shí)因子。第5主成分僅有1個(gè)指標(biāo)果肉粗細(xì)。屬于果肉粗細(xì)因子。第6主成分包含2個(gè)指標(biāo)果肉汁液與用途，第6個(gè)主成分稱為用途因子。表2

表2 棗果實(shí)質(zhì)地主成分
Table 2 Principal component analysis of jujube fruit texture

性狀Character特征向量FeaturevectorX(1)X(2)X(3)X(4)X(5)X(6)果肉緊實(shí)度Pulpcompactness0.0110.4880.0410.491-0.4880.373果肉粗細(xì)Pulpfineness-0.2640.017-0.0480.5950.684-0.019果肉汁液Pulpjuice-0.373-0.297-0.2270.2280.0080.290用途Purpose0.3450.270-0.039-0.1110.3350.589綜合口感Comprehensivetaste-0.241-0.1380.5710.314-0.271-0.133硬度Hardness0.471-0.0850.0670.285-0.0370.040粘附性Adhesiveness-0.0090.0110.781-0.2050.2810.215凝聚性Cohesiveness0.0220.6310.0210.0390.162-0.560彈性Elasticity0.390-0.4060.0190.1870.004-0.157咀嚼性Chewiness0.489-0.1090.0430.2870.047-0.162特征值Characteristicvalue3.5311.7671.2811.1030.6980.650百分率Percentage(%)35.3117.6712.8111.036.986.50累計(jì)百分率Cumulativepercentage(%)35.3152.9865.7976.8283.8090.30

2.4 棗果質(zhì)地聚類

在距離為186.1時(shí)56個(gè)品種被分為3類。第Ⅰ類群包含臨猗辣椒棗、黑疙瘩等20個(gè)品種。第Ⅱ類群包括八陽(yáng)棗、大果算盤、延川條棗等34個(gè)品種，占測(cè)定品種總數(shù)的61%。第Ⅲ類群包括哈八棗和贊2個(gè)品種。圖2

圖2 不同棗品種果實(shí)質(zhì)地聚類
Fig.2 Clustering diagram of different jujube fruits
表3 不同類群棗果實(shí)質(zhì)地分布
Table 3 Group fruit texture distribution table

分類Classification測(cè)定指標(biāo)Indicators個(gè)數(shù)Quantity均值A(chǔ)verage區(qū)間SectionⅠ類中間類群Middlegroup硬度Hardness(N)粘附性Adhesiveness(N?mm)凝聚性Cohesiveness(Ratio)彈性Elastic(mm)咀嚼性Chewiness(mJ)20227.23185.73～281.670.080.02～0.760.500.41～0.554.333.25～5.33490.68406.93～647.24Ⅱ類低彈軟質(zhì)群Softgroup硬度Hardness(N)粘附性Adhesiveness(N?mm)凝聚性Cohesiveness(Ratio)彈性Elastic(mm)咀嚼性Chewiness(mJ)34155.7682.73～216.070.100.01～1.410.500.41～0.553.600.41～4.5279.63137.48～387.64Ⅲ類高彈硬質(zhì)群Hardgroup硬度Hardness(N)粘附性Adhesiveness(N?mm)凝聚性Cohesiveness(Ratio)彈性Elasticity(mm)咀嚼性Chewiness(mJ)2277.93271.09～284.770.090.05～0.130.500.47～0.525.795.77～5.81812.36742.69～882.03

研究表明,在三類中硬度、彈性和咀嚼性差異較大。第Ⅰ類群的特點(diǎn)是硬度、彈性和咀嚼性都居于其他兩類之間，硬度分布在281.67～185.73 N平均達(dá)到227.23 N，彈性分布在3.25～5.33 mm平均值為4.33 mm，咀嚼性的平均值為490.68，分布區(qū)間為406.93～647.24，為中間類群。第Ⅱ類群的特點(diǎn)是硬度低、彈性小和咀嚼性差，果實(shí)硬度在216.07～82.73 N，均值為155.76 N，彈性為3.60 mm，咀嚼性為279.63，為低彈軟質(zhì)群。第Ⅲ類群果實(shí)硬度、彈性和咀嚼性都是三類中最高的，硬度分別為271.09和284.77 N，彈性分別為5.81和5.77 N，咀嚼性分別為882.03和742.69 mJ，為高彈硬質(zhì)群。表3

2.5 不同類群棗果實(shí)口感分布

研究表明,在口感評(píng)價(jià)中三個(gè)類群也表現(xiàn)出不同特征，第Ⅰ類群以制干，兼用為主，果肉粗的品種占20%的，果肉中等粗細(xì)的占45%，果肉細(xì)的占35%，果實(shí)汁液少品種的占該類群的65%，汁液中的占該類群的35%，5%的品種綜合品質(zhì)中上，55%品種綜合品質(zhì)中下，40%品種綜合品質(zhì)中等。第Ⅱ類群質(zhì)地偏酥脆疏松，以鮮食，兼用為主，果肉粗、中、細(xì)所占比例分別為9∶50∶41，汁液多的品種占29%，汁液中等的占56%，汁液少的僅為15%，79%的品種綜合品質(zhì)中等以上。第Ⅲ類群果肉粗，汁液少，為制干品種。圖3

圖3 不同類群棗果實(shí)口感
Fig. 3 Taste analysis of jujube fruits from different groups

3 討 論

3.1 棗果質(zhì)地參數(shù)相關(guān)性

硬度、彈性和咀嚼性均可以體現(xiàn)出人體口腔對(duì)果肉的觸覺感受，能反映果實(shí)的致密度及堅(jiān)實(shí)度。有研究認(rèn)為，彈性和其他指標(biāo)相關(guān)度不高[15]。研究結(jié)果表明，果實(shí)硬度和彈性、咀嚼性都呈極顯著性正相關(guān)，以上幾項(xiàng)參數(shù)共同反映果實(shí)的質(zhì)地特性，與任朝暉等[16]在葡萄上的研究結(jié)果一致。彈性與凝聚性呈顯著性負(fù)相關(guān)，說(shuō)明棗果實(shí)內(nèi)部收縮力越強(qiáng)即果肉越緊實(shí)受壓變形后恢復(fù)的能力越弱，果肉相對(duì)疏松的果實(shí)在受到擠壓后更容易恢復(fù)。咀嚼性與彈性呈極顯著正相關(guān)，

粘附性是探頭脫離果品所做的功，克服果品表面同牙齒表面接觸之間吸引力所需要的能量，果肉汁液外滲容易造成果肉粘附性增大[17]，而棗果肉本身致密、緊實(shí)、糖分高，汁液少不易出汁，對(duì)探頭做功少，粘附性指標(biāo)測(cè)定準(zhǔn)確性高，相關(guān)性分析表明粘附性和其他指標(biāo)不相關(guān)。

3.2 棗果實(shí)質(zhì)地主成分

采用主成分分析可將多個(gè)變量化為少數(shù)幾個(gè)指標(biāo)，從而簡(jiǎn)化分析過程，更好地描述果實(shí)品質(zhì)構(gòu)成特征。研究將5個(gè)口感指標(biāo)和5個(gè)質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)進(jìn)行主成分分析，保留6個(gè)因子，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到90.30%。由第1主成分指標(biāo)貢獻(xiàn)率可以看出硬度、咀嚼性和彈性較重要，從相關(guān)性分析中也可以得出其緊密的聯(lián)系。由主成分分析可以看出各指標(biāo)對(duì)不同棗質(zhì)地的影響排序?yàn)椋壕捉佬?硬度>彈性>凝聚性>粘附性>綜合口感>果肉緊實(shí)度>果肉粗細(xì)>用途>果肉汁液。

3.3 棗果實(shí)聚類與果實(shí)質(zhì)地

棗品種間果實(shí)硬度、彈性、咀嚼性、粘附性、凝聚性指標(biāo)差異較大，口感差異較大。質(zhì)構(gòu)儀質(zhì)地多面分析法能實(shí)現(xiàn)棗果實(shí)的質(zhì)地指標(biāo)定性描述到定量描述的快速轉(zhuǎn)變，更客觀，更精確的反映棗果實(shí)質(zhì)地。

目前，根據(jù)果肉質(zhì)地對(duì)棗進(jìn)行分類的研究較少[18～22]，研究根據(jù)果實(shí)硬度、彈性、咀嚼性、粘附性、凝聚性，運(yùn)用聚類法對(duì)棗品進(jìn)行聚類分析，將供試品種分成中間類群、低彈軟質(zhì)群和高彈硬質(zhì)群3類，并結(jié)合傳統(tǒng)感官指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)果表明低彈軟質(zhì)群的感官品質(zhì)普遍較高，中間類群和高彈硬質(zhì)群感官品質(zhì)普遍較差，這與前人[23]關(guān)于成年人咬合力過大會(huì)引起牙周膜疼痛的研究結(jié)果一致，在三個(gè)類群中，中間類群和高彈硬質(zhì)群硬度都過大，低彈軟質(zhì)群硬度適中，同時(shí)還有一定的咀嚼性和彈性，質(zhì)構(gòu)儀質(zhì)地多面分析法測(cè)得的力學(xué)參數(shù)和傳統(tǒng)感官指標(biāo)相關(guān)性高，這與孟慶君[12]的研究結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

56個(gè)品種的棗果實(shí)硬度和彈性、咀嚼性都呈極顯著性正相關(guān)，咀嚼性與彈性呈極顯著性正相關(guān)，彈性與凝聚性呈顯著性負(fù)相關(guān)，粘附性和其他指標(biāo)均無(wú)顯著性相關(guān)性。通過主成分分析將10個(gè)指標(biāo)(質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)和果實(shí)口感指標(biāo))組合形成適口性、凝聚性、口感粘附、果肉緊實(shí)、果肉粗細(xì)和用途，6個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到90.30%。棗品種間果實(shí)硬度、彈性、咀嚼性、粘附性、凝聚性指標(biāo)差異較大，口感差異較大。贊2果實(shí)硬度最高，東陵無(wú)核小棗果實(shí)凝聚性最高，京棗39最低，哈八、贊2、京棗39、晉贊大棗4個(gè)品種棗果彈性與咀嚼性較好。用聚類分析方法將供試品種分為中間類群、低彈軟質(zhì)群和高彈硬質(zhì)群3個(gè)類群，分類方法與傳統(tǒng)感官指標(biāo)相關(guān)性高，低彈軟質(zhì)群品質(zhì)其他兩個(gè)類科。