基于灰色關(guān)聯(lián)度分析的鮮食桃果實綜合品質(zhì)評價

鄭 霄，閆新煥，鄭曉冬，劉雪梅，譚夢男，曹 寧，宋 燁，吳茂玉，潘少香

（1.中華全國供銷合作總社濟南果品研究所，山東濟南 250200；2.山東省果蔬貯藏加工技術(shù)創(chuàng)新中心，山東濟南 250200；3.山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，山東淄博 255300）

桃是中國本土重要的落葉果樹之一，種質(zhì)資源豐富，分布廣泛，品種間品質(zhì)特征差異顯著[1]。目前我國桃品種主要有普通白肉鮮食桃、黃肉加工桃、油桃、扁桃等，以普通白肉鮮食桃居多。鮮桃含有豐富的碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維等營養(yǎng)成分，口感柔軟嫩滑，多汁多香，是一種極具營養(yǎng)價值的水果佳品，深受廣大消費者的喜愛和追捧[2-3]。

鮮桃品質(zhì)特征由感官綜合評價因子和多種內(nèi)在營養(yǎng)品質(zhì)組成。感官品質(zhì)包括水果的大小、顏色、滋味、香氣，理化與營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)包括硬度、糖、酸、果膠和酚類等。不同品質(zhì)因子之間存在著密切的相關(guān)性和相對獨立性，這些因子對鮮桃的綜合品質(zhì)均有一定的影響[4-6]。對于果實品質(zhì)評價的研究的采用多元統(tǒng)計方法，目前果實品質(zhì)綜合評價方法主要有層次分析法、主成分分析法及灰色關(guān)聯(lián)度法等，層次分析法受主觀因素影響較大，主成分分析法要求樣品量大，灰色關(guān)聯(lián)度法是確定主、次要因素及其關(guān)聯(lián)程度，定量比較灰色系統(tǒng)發(fā)展變化的一種方法，是對傳統(tǒng)相關(guān)分析方法不適用于非線性模型的改進和發(fā)展[7-8]。馬文霞等[9]采用灰色關(guān)聯(lián)度法建立了百香果品質(zhì)綜合評價模型，對百香果的品質(zhì)進行綜合評價；弓成林等[10]運用灰色關(guān)聯(lián)度和層次分析法對葡萄品質(zhì)進行了評價；李慧等[11]運用主成分分析及灰色關(guān)聯(lián)度法對鮮食棗品質(zhì)做出了評價。

目前對于鮮食桃品質(zhì)評價方面的研究，主要集中在桃的外觀性狀、單營養(yǎng)素指標(biāo)或單品種品質(zhì)評價方面，而對于多品種鮮食桃綜合品質(zhì)評價的研究較少[12-13]。本研究針對山東省不同產(chǎn)區(qū)主栽鮮食桃品種，以外觀指標(biāo)、營養(yǎng)指標(biāo)、滋味指標(biāo)等為研究基礎(chǔ)，采用灰色關(guān)聯(lián)度法分析建立了不同品種鮮食桃的綜合品質(zhì)評價模型，實現(xiàn)對不同品種鮮食桃的綜合評價，以期為鮮桃生產(chǎn)、加工提供理論指導(dǎo)，為鮮食桃品質(zhì)綜合評價提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

挑選來自臨沂蒙陰、泰安肥城、淄博沂源三個不同地區(qū)的‘中蟠11 號’‘油蟠7 號’‘中桃10 號’‘蒙陰8 號’‘黑桃’‘奇紅’‘玉妃’‘霞翠’‘瑞光29’‘瑞光33’‘紐扣’‘秋甜桃’‘蓬仙桃’‘京24 桃’‘中華壽桃’‘中秋蟠桃’共16 個不同品種的果實，成熟度為九成熟的同樣大小和外觀的桃果實。每個品種收集15 kg，收獲后立即運回實驗室，于0～4 ℃貯存。具體名稱及產(chǎn)地見表1（見下頁）。

表1 鮮桃品種、分類及產(chǎn)地Table 1 Classification and origin of fresh peach varieties

乙酸鋅，分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；亞鐵氰化鉀、氫氧化鈉、無水碳酸鈉，分析純，天津市廣成化學(xué)試劑有限公司；3,5- 二硝基水楊酸、酚酞、葡萄糖，分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；偏磷酸、沒食子酸、鹽酸，分析純，煙臺遠東精細化工有限公司；無水乙醇，分析純，天津市富宇精細化工有限公司；甲基紅、2,6- 二氯靛酚、福林酚分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；高嶺土，分析純，天津市恒興化工化學(xué)試劑制造有限公司，分析純；實驗用水為蒸餾水。

1.2 儀器與設(shè)備

PAL-BX 糖度計，ATAGO（愛拓）中國分公司；GY-2水果硬度計，上海精密儀器儀表有限公司；ME204 電子天平，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；HHS-21-8 恒溫水浴鍋，上海博迅實業(yè)有限公司；TU-1810 全自動紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；KQ-500E 超聲波清洗器，南京菲奇工貿(mào)有限公司；FE20酸度計，梅特勒-托利多國際貿(mào)易上海有限公司；Labofuge A/Sorvall ST8 離心機，宏朗精密機械有限公司；CM-5 色差計，日本柯尼卡美能達；L18-P132-B 破壁料理機，九陽股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

每份樣品挑選40 個無外觀損傷及病蟲害、著色一致的新鮮樣品，取20 個鮮果樣品測試單果質(zhì)量、果實硬度、可溶性固形物含量等指標(biāo)；取20 個鮮果樣品去核切塊，用破壁料理機打漿，勻漿后用于測試其它理化指標(biāo)。

1.3.2 品質(zhì)指標(biāo)測定

單果質(zhì)量使用電子天平稱量；果實硬度參照標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2009—2011《水果硬度的測定》；可溶性固形物含量參照Kimberly 等[14]的方法，采用手持糖度計測定；果膠參照標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2016—2011《水果及其制品中果膠含量的測定分光光度法》；抗壞血酸含量測定參照GB 5009.86—2016《食品中抗壞血酸的測定中第三法2,6- 二氯靛酚法進行測定》；粗纖維參照GB/T 5009.10—2003《植物類食品中粗纖維的測定》；固酸比采用可溶性固形物含量和可滴定酸含量的比值來計算[9]；可滴定酸含量測定參照張靜[12]、徐臣善等[13]方法略作修改，將5 g 勻漿加入0.5 g交聯(lián)聚乙烯吡咯烷酮和30 mL 超純水中，充分混合，在80 ℃水中浸泡30min，在冷水浴中快速冷卻，8 000 r/min 離心15min，使用NaOH 滴定法計算可滴定酸含量；果肉色差采用色差計測定。

1.3.3 灰色關(guān)聯(lián)度法

為消除不同量綱和數(shù)量級對品質(zhì)評價的影響，對品質(zhì)指標(biāo)進行初始化，計算關(guān)聯(lián)系數(shù)，然后代入層次分析法確定的核心指標(biāo)權(quán)重值，求出各樣品的加權(quán)關(guān)聯(lián)度，具體計算方法參照馬文霞等[9]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

采用SPSS 25.0 軟件進行異常數(shù)據(jù)剔除、相關(guān)性分析及主成分分析，用yaahp 12.1 軟件進行AHP 分析。采用Microsoft Excel 2012 統(tǒng)計處理數(shù)據(jù)，計算變異系數(shù)及灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鮮食桃品質(zhì)描述性分析

對16 種鮮食桃12 個品質(zhì)性狀指標(biāo)開展測試，并進行差異性分析結(jié)果見表2。由表2 可知，抗壞血酸變異系數(shù)最小，為4.1%；其余指標(biāo)變異系數(shù)均在20%以上，離散程度較大，硬度、粗纖維、蛋白質(zhì)、果膠含量等指標(biāo)變異系數(shù)均在30%以上，說明不同品種鮮食桃的品質(zhì)指標(biāo)差異較大。

2.2 鮮食桃品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析

對鮮食桃品質(zhì)指標(biāo)進行相關(guān)性分析，如表3 所示，可溶性固形物與可滴定酸呈顯著負相關(guān)（P＜0.05），與固酸比呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；可滴定酸與固酸比呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01）；硬度指標(biāo)與蛋白質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；果肉色差L值與a值呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01）。其余指標(biāo)如硬度與果膠含量，粗纖維與果膠含量，抗壞血酸與可滴定酸之間均存在一定的相關(guān)性。由于指標(biāo)間的相關(guān)性會造成信息的重疊，導(dǎo)致評價結(jié)果出現(xiàn)一定的偏差。為避免相關(guān)性造成的評價結(jié)果偏差，需要通過降維的方式對相關(guān)指標(biāo)進行部分剔除[15]。主成分分析是降維分析最常用的分析方法[16]，可以將多個指標(biāo)轉(zhuǎn)換為少數(shù)幾個具有代表性的指標(biāo)。因此，本試驗選擇主成分分析法對鮮桃品質(zhì)指標(biāo)進行降維處理。

表3 鮮食桃品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of quality indexes of fresh peach

2.3 鮮食桃品質(zhì)指標(biāo)主成分分析

不同品種鮮食桃主成分分析結(jié)果見表4（見下頁），從表4 中可知，前5 個主成分的累計貢獻率達85.5%，能表示所有樣品的大部分信息。從成分載荷系數(shù)矩陣中可知，第一主成分代表的是可溶性固形物、可滴定酸、固酸比等鮮食桃滋味指標(biāo)；第二主成分代表的是單果質(zhì)量、色差（L值、a值、b值）等鮮食桃外觀品質(zhì)指標(biāo)及果膠含量；第三主成分代表的是硬度和蛋白含量；第四主成分代表的是粗纖維含量；第五主成分代表的是抗壞血酸含量。

表4 因子分析初始解對原有變量總體描述Table 4 Overall description of original variables by initial solution of factor analysis

第一主成分中可溶性固形物含量與固酸比呈極顯著正相關(guān)，可滴定酸含量與固酸比呈顯著負相關(guān)，可溶性固形物和可滴定酸是鮮食桃滋味品質(zhì)的重要影響因子，固酸比是重要的滋味品質(zhì)指標(biāo)，因此選擇固酸比作為評價指標(biāo)；第二主成分代表的主要是鮮食桃外觀品質(zhì)，因單果質(zhì)量、色差等外觀指標(biāo)與桃品種密切相關(guān)，差異較大，且與食用品質(zhì)相關(guān)性較低，因此剔除單果質(zhì)量、色差指標(biāo)；第三主成分代表的是硬度和蛋白含量，相關(guān)性結(jié)果表明硬度與蛋白含量呈極顯著正相關(guān)，且硬度與鮮食品質(zhì)密切相關(guān)，因此選擇硬度指標(biāo)作為替代指標(biāo)。綜上所述，本研究選擇固酸比、硬度、粗纖維、抗壞血酸4項指標(biāo)作為鮮食桃品質(zhì)評價核心指標(biāo)。

2.4 鮮食桃核心品質(zhì)指標(biāo)層次分析

對鮮食桃品質(zhì)評價核心指標(biāo)進行層次分析，根據(jù)各指標(biāo)對鮮食桃綜合品質(zhì)影響的重要程度建立各指標(biāo)重要性判別矩陣如表5、6，經(jīng)一致性檢驗，判斷矩陣一致性比率CR＜0.1，表明矩陣具有令人滿意的一致性[17]。經(jīng)層次分析確定的固酸比、硬度、粗纖維、抗壞血酸4 項指標(biāo)的權(quán)重分別為0.428 6、0.214 3、0.214 3、0.142 9。

表5 成分載荷系數(shù)矩陣Table 5 Component load coefficient matrix

表6 判別矩陣及權(quán)重Table 6 Discriminant matrix and weight

2.5 基于灰色關(guān)系度分析的鮮食桃品質(zhì)評價

2.5.1 理想品種的構(gòu)建

根據(jù)鮮食桃品質(zhì)特性和相關(guān)分析結(jié)果，確定鮮桃關(guān)鍵品質(zhì)指標(biāo)的理想值如下：硬度被視為中性指標(biāo)，其理想值為取各品種硬度測量值的平均數(shù)；粗纖維被視為負向指標(biāo)，其理想值為取各品種粗纖維測量值中的最小值；抗壞血酸和固酸比被視為正向指標(biāo)，其理想值為取各品種測量值中抗壞血酸和固酸比的最大值。鮮桃關(guān)鍵品質(zhì)指標(biāo)的理想值如表7 所示。

表7 參考品種品質(zhì)指標(biāo)理想值Table 7 Ideal values of quality indexes of reference varieties

2.5.2 灰色關(guān)聯(lián)度計算和鮮食桃品質(zhì)評價結(jié)果

對不同品種鮮食桃品種進行灰色關(guān)聯(lián)度分析，得出各鮮食桃品種相應(yīng)關(guān)鍵品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)見表8，根據(jù)層次分析法確定的權(quán)重，計算各品種的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度[18]。公式如下：加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度ri=固酸比×0.428 6+硬度×0.214 3+粗纖維×0.214 3+抗壞血酸×0.142 9，加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度計算結(jié)果見表8。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析的原則，加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度越大，樣品與“理想品種”越接近[19]。從加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果可知，‘蓬仙桃’和‘中華壽桃’灰色關(guān)聯(lián)度最大，分別為0.692、0.686，品質(zhì)優(yōu)，‘中蟠11 號’‘紐扣’品種灰色關(guān)聯(lián)度較小。

表8 鮮食桃品種加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度Table 8 Weighted grey correlation degree of fresh peach varieties

3 結(jié)論

對16 種鮮桃12 個品質(zhì)性狀指標(biāo)開展測試并進行差異性分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同品種鮮食桃的品質(zhì)指標(biāo)差異較大。對鮮食桃品質(zhì)指標(biāo)進行相關(guān)性分析，為避免相關(guān)性造成的評價結(jié)果偏差，采用降維方式對相關(guān)性指標(biāo)進行部分剔除[20-21]，利用主成分分析對鮮食桃品質(zhì)指標(biāo)進行降維處理，通過主成分分析結(jié)合相關(guān)性分析，選取固酸比、硬度、粗纖維、抗壞血酸4 項指標(biāo)作為鮮食桃品質(zhì)評價核心指標(biāo)。對鮮食桃品質(zhì)評價核心指標(biāo)進行層次分析，確定了固酸比、硬度、粗纖維、抗壞血酸4 項指標(biāo)的權(quán)重分別為0.428 6、0.214 3、0.214 3、0.142 9。根據(jù)鮮食桃品質(zhì)特性和相關(guān)分析結(jié)果確定鮮桃關(guān)鍵品質(zhì)指標(biāo)的理想值，采用灰色關(guān)聯(lián)度法建立鮮食桃綜合品質(zhì)評價模型，對不同產(chǎn)地的不同品種鮮桃進行優(yōu)選，其綜合評價結(jié)果表明：‘蓬仙桃’和‘中華壽桃’鮮食品質(zhì)好，‘中蟠11號’‘紐扣’樣品品質(zhì)較其他稍差。綜上所述，應(yīng)用層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)度法相結(jié)合的方法，可以有效的對鮮桃品質(zhì)進行綜合評價。