中國(guó)紅富士蘋(píng)果糖、酸、多酚分析及產(chǎn)區(qū)溯源模型構(gòu)建

劉毓超，王 輝，賈一鳴，張 曉，朱麗霞,3,

（1.塔里木大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，新疆阿拉爾 843300；2.塔里木大學(xué)信息工程學(xué)院，新疆阿拉爾 843300；3.南疆特色農(nóng)產(chǎn)品深加工兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾 843300）

蘋(píng)果是世界四大水果之一，在我國(guó)的種植面積與產(chǎn)量約占全世界總面積和總產(chǎn)量的50%[1]。而紅富士蘋(píng)果又是我國(guó)蘋(píng)果栽種面積最大的品種，其產(chǎn)量超過(guò)我國(guó)蘋(píng)果總產(chǎn)量一半之多[2]。我國(guó)紅富士蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)有黃土高原（陜、甘、晉、豫）、環(huán)渤海灣（遼、魯）、西南冷涼（云、川）和新疆特色產(chǎn)區(qū)等[3]。紅富士蘋(píng)果的生長(zhǎng)因受海拔和氣候環(huán)境條件的影響，在不同種植地區(qū)的果實(shí)品質(zhì)會(huì)存在一定差異。山東煙臺(tái)果實(shí)形態(tài)外觀端正，果肉甜脆[4]。云南昭通果實(shí)成熟后呈金黃色（部分）、果肉細(xì)膩[5]。陜西果實(shí)果形碩大且尺寸均勻、顏色鮮艷[6]。甘肅靜寧果實(shí)脆甜汁多[7]。河南靈寶果實(shí)果面紅潤(rùn)、酸甜可口[8]。新疆阿克蘇果實(shí)皮薄肉脆，尤其果核周?chē)纬闪送该鳠o(wú)色罕見(jiàn)的“冰糖心”結(jié)構(gòu)[9]。隨著我國(guó)蘋(píng)果研究的不斷深入和產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)蘋(píng)果已從外在品質(zhì)轉(zhuǎn)入更深層次的內(nèi)在營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的研究[10]。蘋(píng)果營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)包括風(fēng)味[11]、滋味[11]、質(zhì)地[12]、糖類物質(zhì)[13]、有機(jī)酸[14]、多酚[15]、礦物質(zhì)元素及微量元素[16]等。蘋(píng)果果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)是其商品等級(jí)劃分的重要標(biāo)志，從根本上決定其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。近年來(lái)市場(chǎng)中出現(xiàn)假冒紅富士蘋(píng)果的現(xiàn)象，以新疆阿克蘇紅富士蘋(píng)果為例，不僅擾亂真正阿克蘇紅富士蘋(píng)果的銷(xiāo)售市場(chǎng)，而且還破壞了其國(guó)家地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品的稱號(hào)，因此對(duì)各產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果進(jìn)行溯源并保護(hù)其地理標(biāo)志顯得尤為重要[17]。

農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地溯源是農(nóng)產(chǎn)品溯源體系的重要組成部分，有利于實(shí)施農(nóng)產(chǎn)品原產(chǎn)地保護(hù)戰(zhàn)略，保護(hù)名牌，保護(hù)特色產(chǎn)品，穩(wěn)定市場(chǎng)秩序[18]。常見(jiàn)的農(nóng)產(chǎn)品溯源方法有感觀特性評(píng)價(jià)、特征成分指紋圖譜分析[19]、光譜分析[20]、基因技術(shù)[21]、穩(wěn)定同位素法[22]、礦物元素分析[23]、微生物圖譜[24]等。張雁鳴等[25]利用穩(wěn)定同位素對(duì)不同省份的西瓜進(jìn)行了溯源研究，可以實(shí)現(xiàn)新疆、廣西、海南和山東4 個(gè)產(chǎn)地的西瓜樣本區(qū)分；李富榮等[26]檢測(cè)分析不同產(chǎn)地陳皮中32 種礦質(zhì)元素含量的差異，篩選基于礦質(zhì)元素指紋分析技術(shù)的有效產(chǎn)地溯源指標(biāo)。上述溯源方法在檢測(cè)分析時(shí)需依靠相關(guān)高精檢測(cè)設(shè)備，但設(shè)備普及性相對(duì)較差，多數(shù)測(cè)試基于科研機(jī)構(gòu)委托，使得市場(chǎng)應(yīng)用受到限制，而且當(dāng)?shù)赝恋厥┓?、果?shí)的果品和品級(jí)對(duì)溯源有不小的影響，使得溯源的精準(zhǔn)度受制于果實(shí)品質(zhì)品級(jí)。同時(shí)，這些檢測(cè)分析手段，忽略了農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)消費(fèi)者感興趣的果品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)特色品質(zhì)，使得地方果品特色品質(zhì)的開(kāi)發(fā)與市場(chǎng)應(yīng)用受限。由此，基于地方果品營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，選用更為廣譜性的檢測(cè)分析方法，開(kāi)發(fā)助于農(nóng)產(chǎn)品特色品質(zhì)挖掘與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新型溯源方式值得探索。

本文對(duì)多產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)并結(jié)合產(chǎn)區(qū)氣象因子分析，對(duì)比各產(chǎn)區(qū)果實(shí)糖、總酸、糖酸比、總酚、多酚等18 個(gè)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)差異。采用正交偏最小二乘判別分析和線性判別分析對(duì)果品地方特色品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行篩選建模，同時(shí)篩選出的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)也可用于農(nóng)產(chǎn)品溯源，不僅操作簡(jiǎn)單，而且節(jié)省成本，在能起到農(nóng)產(chǎn)品追溯區(qū)分的同時(shí)可以為農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地和品牌的保護(hù)作用提供支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

冰乙酸、丙酮、硫酸、硼酸、鹽酸、β-羥基乙醇、鄰苯二甲醛、抗壞血酸 均為分析純，天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；草酸、碘化鉀、碘酸鉀、酒石酸鉀鈉、硫酸鉀、氫氧化鈉、碳酸鈉、無(wú)水乙醇、亞甲基藍(lán)、亞鐵氰化鉀、乙酸鋅、福林酚 均為分析純，南京化學(xué)試劑有限公司；甲酸、甲醇 色譜級(jí)，天津賽孚瑞科科技有限公司；果糖、蔗糖、葡萄糖、山梨醇、兒茶素、表兒茶素、根皮苷、綠原酸、槲皮素糖苷類、槲皮苷、槲皮素鼠李糖苷、蘆丁、槲皮素 均為標(biāo)準(zhǔn)品（含量≥99.9%），Sigma-Aldrich 公司。

DZKW-D-2 電熱恒溫水浴鍋 中國(guó)北京永光明醫(yī)療儀器廠；CPA1245 萬(wàn)分之一電子天平 德國(guó)Sartorius 公司；UV-2450 紫外分光光度計(jì)、LC-20A高效液相色譜儀 日本Shimadzu 公司；TGL-20B高速臺(tái)式離心機(jī) 中國(guó)上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品采集 于2021 年11 月份分別在山東煙臺(tái)、甘肅靜寧、河南靈寶、陜西洛川、云南昭通、新疆阿克蘇6 個(gè)產(chǎn)區(qū)，選擇成熟度相似的富士蘋(píng)果若干（所選果樹(shù)樹(shù)齡相當(dāng)，栽培管理和樹(shù)勢(shì)基本一致）、色澤相近、大小均勻、無(wú)機(jī)械損傷、無(wú)病蟲(chóng)害的果實(shí)用于實(shí)驗(yàn)。每個(gè)產(chǎn)區(qū)隨機(jī)抽取蘋(píng)果15 個(gè)，每3 個(gè)蘋(píng)果混合取樣（沿果實(shí)赤道線附近選取果肉），設(shè)置5 個(gè)重復(fù)實(shí)驗(yàn)。將選取果肉切碎并放置（-80 ℃冰箱）備用，為后期測(cè)定相關(guān)指標(biāo)做準(zhǔn)備。

1.2.2 指標(biāo)測(cè)定 總糖含量參考GB/T 10782-2006[28]的方法；總酸含量參考GB/T 12456-2008[29]的方法；總酚含量參考福林酚法[30]測(cè)定；多酚含量參考賈一鳴[31]多酚測(cè)定方法；單糖含量參考劉玉蓮等[32]單糖測(cè)定方法。

維生素C（VC）的測(cè)定：采用實(shí)驗(yàn)室改良滴定方法進(jìn)行測(cè)定。取8 g 樣品于150 mL 錐形瓶中，依次加入50 mL 2%草酸、1 mL 6%碘化鉀溶液并滴加3 滴1%淀粉指示劑（現(xiàn)配現(xiàn)用），再用標(biāo)定好的0.001 N（0.000167 mol/L）碘酸鉀溶液滴定至鐵青色（30 s 不褪色即滴定終點(diǎn)），進(jìn)行3 次測(cè)定，并記錄用量，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)，通過(guò)碘酸鉀滴定溶液消耗量計(jì)算維生素C 含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

測(cè)定的總糖、總酸、總酚、VC、多酚、單糖等，每個(gè)產(chǎn)區(qū)取15 個(gè)樣品分5 組測(cè)定，每組數(shù)據(jù)測(cè)3 個(gè)平行。測(cè)定數(shù)據(jù)利用SPSS 25.0 進(jìn)行不同產(chǎn)區(qū)間的方差分析、顯著性分析和判別分析，相關(guān)性分析使用R 語(yǔ)言（pheatmap），用SIMCA13.0 進(jìn)行正交偏最小二乘判別分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅富士蘋(píng)果6 大主產(chǎn)區(qū)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)比較

由表2 可知，各地區(qū)果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)存在差異，變異系數(shù)范圍8.77%～43.23%。變異系數(shù)最大的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)為綠原酸43.23%，平均值為0.09 mg/g，含量變化范圍0.02～0.18 mg/g；其次是山梨醇42.67%，平均值為5.18 mg/g，含量變化范圍2.74～10.20 mg/g；再是蘆丁37.82%，平均值為0.80 mg/g，含量變化范圍0.49～1.77 mg/g，變異系數(shù)最小的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)是糖酸比6.86，平均值為56.84，含量變化范圍43.54～61.98。縱觀18 種果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)，變異系數(shù)越大的綠原酸、山梨醇、蘆丁、根皮苷和槲皮素等指標(biāo)可以作為各產(chǎn)區(qū)果實(shí)的差異營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)，且可以區(qū)分各產(chǎn)區(qū)果實(shí)。

由表3 可知，不同產(chǎn)區(qū)間果實(shí)總糖含量有所不同，新疆阿克蘇地區(qū)紅富士蘋(píng)果總糖含量最高為13.66%±0.72%，與其他產(chǎn)區(qū)果實(shí)總糖有顯著差異（P<0.05）；紅富士蘋(píng)果總酸含量各產(chǎn)區(qū)間存在顯著差異（P<0.05），最高為新疆阿克蘇地區(qū)總酸含量為0.25%±0.01%。糖酸比與果實(shí)的總糖總酸含量密切相關(guān)，新疆阿克蘇、甘肅靜寧和云南昭通紅富士蘋(píng)果糖酸比適中。研究表明，蘋(píng)果風(fēng)味品質(zhì)主要取決于糖、酸含量及其配比關(guān)系，低糖高酸的果實(shí)口感過(guò)酸，高糖低酸的果實(shí)口感淡薄，都不符合鮮食要求[33]。本研究發(fā)現(xiàn)新疆阿克蘇果實(shí)糖酸比趨于中等水平，該地區(qū)蘋(píng)果口感更佳，與何引[34]對(duì)不同地區(qū)紅富士蘋(píng)果風(fēng)味研究相一致；各產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果VC含量除甘肅靜寧和陜西洛川間無(wú)顯著差異外（P>0.05），其余各產(chǎn)區(qū)果實(shí)相互間具有顯著差異（P<0.05），且新疆阿克蘇紅富士蘋(píng)果VC含量最高為5.28±0.2 mg/100 g，研究發(fā)現(xiàn)[35]果實(shí)中VC的含量與當(dāng)?shù)毓麍@土壤所施氮肥和灌溉水量的大小均有關(guān)系。

果糖含量對(duì)于其他三類可溶性糖在各產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果中含量最高，其中陜西洛川地區(qū)紅富士果糖含量最高為82.49±0.56 mg/g 與其他產(chǎn)區(qū)具有顯著差異（P<0.05）。各地區(qū)蘋(píng)果果實(shí)中果糖的含量最高，葡萄糖和蔗糖含量次之，山梨醇含量較低。研究發(fā)現(xiàn)蘋(píng)果、梨、草莓屬于單糖積累型果樹(shù)，其中果糖是蘋(píng)果果實(shí)可溶性糖的主要組分，其次是葡萄糖、蔗糖[36]。Róth 等[37]研究發(fā)現(xiàn)，果糖是金冠、澳洲青蘋(píng)、富士系等果實(shí)中主要的可溶性糖組分，其次是蔗糖和葡萄糖，山梨醇組分占比最低。本實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與劉玉蓮等[38]研究結(jié)果一致。新疆阿克蘇、陜西洛川、云南昭通、山東煙臺(tái)地區(qū)在山梨醇含量上有顯著差異（P<0.05）且阿克蘇產(chǎn)區(qū)果實(shí)最高為9.44±0.51 mg/g，與周文靜等[39]研究發(fā)現(xiàn)“糖心”果實(shí)的出現(xiàn)，果實(shí)中山梨醇含量較高相符。又因阿克蘇糖心蘋(píng)果屬于晚熟作物，新疆阿克蘇屬于高緯度地區(qū)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)白天日照時(shí)間長(zhǎng)、光照充分，果實(shí)內(nèi)部糖分能夠大量積累，是由于有充裕的日照時(shí)間，從而促使果實(shí)能進(jìn)行大量的光合作用，同時(shí)此地區(qū)夜晚時(shí)間相對(duì)較短，且晝夜溫差大，減少作物的呼吸作用，有利于果實(shí)內(nèi)部糖分積累[40-41]。Bowen 等[42]研究認(rèn)為沙質(zhì)土壤、酸性土壤和鹽堿地以及老果園、有機(jī)質(zhì)含量低的果園，常常會(huì)缺鈣，導(dǎo)致果實(shí)鈣含量偏低對(duì)“糖心”的形成和山梨醇的堆積有影響。鄭朝霞等[43]對(duì)陜西省蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)果園土壤特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)洛川地區(qū)土壤性質(zhì)為中性偏堿，本研究發(fā)現(xiàn)陜西洛川產(chǎn)區(qū)果實(shí)山梨醇含量?jī)H次于新疆阿克蘇產(chǎn)區(qū)。在上述四種可溶性糖中山梨醇的變異系數(shù)最大，說(shuō)明不同產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果間山梨醇含量差異較大。

甘肅靜寧、河南靈寶、山東煙臺(tái)、新疆阿克蘇等產(chǎn)區(qū)果實(shí)兒茶素含量存在顯著差異（P<0.05），其中果實(shí)中兒茶素含量最低是新疆阿克蘇產(chǎn)區(qū)0.05±0.003 mg/g；表兒茶素、根皮苷與綠原酸在各產(chǎn)區(qū)果實(shí)之間含量差異并不顯著（P>0.05），槲皮素糖苷類、槲皮苷、槲皮素鼠李糖苷、槲皮素和蘆丁在果實(shí)中的含量各產(chǎn)區(qū)間互有差異，河南靈寶果實(shí)槲皮素糖苷類含量最高為0.21±0.025 mg/g，云南昭通中槲皮苷含量最高為0.23±0.006 mg/g，果實(shí)中槲皮素鼠李糖苷含量最高的地區(qū)是云南昭通為0.19±0.017 mg/g，陜西洛川果實(shí)中槲皮素含量最高為0.06±0.003 mg/g，蘆丁含量最高是河南靈寶產(chǎn)區(qū)果實(shí)為1.38±0.234 mg/g。結(jié)果說(shuō)明不同產(chǎn)區(qū)富士蘋(píng)果果實(shí)中多酚物質(zhì)種類及含量均有差異，變異系數(shù)為22.16%～43.23%，其中綠原酸含量變異程度最大，兒茶素含量變異程度最小。結(jié)合表2 分析，產(chǎn)區(qū)果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)變異系數(shù)較大，差異較為顯著的指標(biāo)均有代表該產(chǎn)區(qū)果實(shí)的特征，并能作為潛在區(qū)分各產(chǎn)區(qū)果實(shí)的有效因子。綜上所述，自然環(huán)境、氣候條件、土壤屬性及施肥和灌溉方式是造成各產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果中營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)差異主要原因。

2.2 紅富士蘋(píng)果6 大主產(chǎn)區(qū)各類指標(biāo)相關(guān)性分析

對(duì)6 大產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果各類指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，圖1 結(jié)果表明各指標(biāo)之間存在一定關(guān)性?？偺呛颗c蔗糖和山梨糖醇含量在P<0.01 差異水平下，呈極顯著相關(guān)，尤其與山梨醇含量的相關(guān)性最強(qiáng)（r=0.64）。在P<0.01 差異水平下，總糖含量還與總酸和VC含量呈極顯著正相關(guān)，與總酚、兒茶素、槲皮素糖苷類、槲皮素鼠李糖苷、根皮苷含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。果實(shí)的風(fēng)味品質(zhì)與其糖、酸等物質(zhì)含量和配比關(guān)系緊密相關(guān)，適度的甜酸度的果實(shí)更容易讓人接受[44]。蔗糖含量與葡萄糖、果糖、山梨醇含量表現(xiàn)出顯著正相關(guān)（P<0.05），且與葡萄糖和山梨醇含量相關(guān)性極強(qiáng)（r=0.90、r=0.95），這與酶活性和糖代謝相關(guān)基因的差異有關(guān)，如蔗糖磷酸合酶（SPS）、蔗糖合酶（SS）是蔗糖積累的關(guān)鍵酶，酸性轉(zhuǎn)化酶（AI）和NAD-SDH 主要調(diào)控己糖積累[45]。薔薇科植物光合產(chǎn)物主要以蔗糖形式在源-庫(kù)之間轉(zhuǎn)運(yùn)。此外，庫(kù)細(xì)胞中韌皮部運(yùn)輸效率、糖的跨膜運(yùn)輸能力以及環(huán)境條件和栽培技術(shù)等外界因素也決定了果實(shí)糖分的積累[46]。VC含量與蔗糖、葡萄糖、山梨醇含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與兒茶素和蘆丁含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01）。說(shuō)明在果實(shí)中果實(shí)中VC含量與它們的含量彼此之間相互影響，研究表明VC與果實(shí)生長(zhǎng)期的長(zhǎng)短有密切關(guān)系，在果實(shí)的生長(zhǎng)期中糖代謝又是關(guān)鍵的果實(shí)代謝途徑。因而它們彼此之間存在緊密聯(lián)系[47]?？偡雍颗c兒茶素和槲皮素糖苷類呈極顯著相關(guān)（P<0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.67 和0.52，與蔗糖和山梨醇呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01），相關(guān)系數(shù)分別為-0.49 和-0.53，與根皮苷、綠原酸、槲皮素呈顯著相關(guān)（P<0.05）。兒茶素和表兒茶素含量都與根皮苷、槲皮素糖苷類和槲皮素鼠李糖苷含量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），其中表兒茶素含量還與槲皮素含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.50）。根皮苷含量與綠原酸、槲皮素糖苷類和槲皮素鼠李糖苷含量呈極顯著正相關(guān)。說(shuō)明多酚類物質(zhì)含量彼此會(huì)受影響和約束。

圖1 六大主產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析Fig.1 Correlation analysis of quality indexes of red Fuji apples in six major producing areas

2.3 紅富士蘋(píng)果6 大主產(chǎn)區(qū)各類指標(biāo)正交偏最小二乘判別分析

正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）和PCA相似，也是基于降維的多維向量分析方法。但是OPLS-DA 為有監(jiān)督的分析，可以預(yù)設(shè)分類，彌補(bǔ)了PCA 方法的不足，強(qiáng)化組間差異，同時(shí)可以量化特征化合物造成組分差異的程度。由圖2A 可知，各主產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)含量存在顯著性差異，OPLS-DA 分析可以實(shí)現(xiàn)6 大產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果的良好分離。OPLS-DA 模型為Q2值0.794，矩陣R2X值0.885，區(qū)分參數(shù)R2Y 值0.874，說(shuō)明該模型對(duì)6 大產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果具有良好的穩(wěn)定性和較好的預(yù)測(cè)能力。變量投影重要性（variable important in projection，VIP）可以進(jìn)一步量化OPLS-DA 的每個(gè)變量對(duì)樣品分類的貢獻(xiàn)。VIP 值越大，變量在不同樣品間的差異越顯著，通?？梢詫IP>1 表示為關(guān)鍵變量。由圖2C 所示，VIP>1 品質(zhì)指標(biāo)為果糖、槲皮苷、槲皮素、蘆丁、槲皮素鼠李糖苷、VC、葡萄糖、總酚，以上8 個(gè)指標(biāo)可以作為更好區(qū)分不同產(chǎn)區(qū)果實(shí)的品質(zhì)指標(biāo)。由表4 可知，在OPLS-DA 模型中，利用18 種營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)對(duì)阿克蘇、靈寶、洛川、煙臺(tái)和昭通產(chǎn)區(qū)果實(shí)判別正確率達(dá)100%，靜寧產(chǎn)區(qū)果實(shí)判別率為60%，無(wú)法判別的產(chǎn)區(qū)果實(shí)，產(chǎn)區(qū)果實(shí)總體判別正確率為93.33%。

圖2 不同產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果品質(zhì)指標(biāo)OPLS-DA 建模結(jié)果Fig.2 Modeling results of OPLS-DA for quality indicators of Red Fuji apples in different producing areas

2.4 基于線性判別分析的紅富士蘋(píng)果產(chǎn)地判別模型

應(yīng)用線性判別分析函數(shù)對(duì)不同產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果進(jìn)行判別分析，通過(guò)共線性診斷分析，選取檢測(cè)的18 項(xiàng)指標(biāo)作為自變量，不同紅富士蘋(píng)果產(chǎn)地作為分組變量，建立紅富士蘋(píng)果不同產(chǎn)地判別模型如下：

圖3 為判定函數(shù)1 和判定函數(shù)2 區(qū)分阿克蘇、靜寧、靈寶、洛川、煙臺(tái)和昭通產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果的散點(diǎn)圖。通過(guò)威爾克Lambda 分析，假設(shè)顯著性水平（α=0.05），判別函數(shù)1 和判別函數(shù)2 對(duì)分類結(jié)果達(dá)到顯著水平，其判別結(jié)果可接受。判別函數(shù)1 的方差百分比為48.7%，相關(guān)性為0.998；判別函數(shù)2 的方差百分比為32.4%，相關(guān)性為0.997；選取判別函數(shù)1 作為主要判別函數(shù)對(duì)紅富士蘋(píng)果不同產(chǎn)地判別的主要依據(jù)。根據(jù)不同紅富士蘋(píng)果產(chǎn)區(qū)，劃分為阿克蘇、靜寧、靈寶、洛川、煙臺(tái)和昭通6 類。在F值（3.84～2.71）下選取VC、山梨醇、兒茶素、槲皮素糖苷類、槲皮苷、槲皮素鼠李糖苷、蘆丁和槲皮素8 個(gè)指標(biāo)可以明顯判別出紅富士蘋(píng)果的產(chǎn)地，這說(shuō)明威爾克Lambda 判別分析有效。

圖3 判別函數(shù)區(qū)分紅富士蘋(píng)果產(chǎn)區(qū)散點(diǎn)圖Fig.3 Scatter map of red Fuji apples producing area by discriminant function

式中，1～6 分別代表阿克蘇、靜寧、靈寶、洛川、煙臺(tái)和昭通地區(qū)；A 為測(cè)定VC值、B 為測(cè)定山梨醇值、C 為測(cè)定兒茶素值、D 為測(cè)定槲皮素糖苷類值、E 為測(cè)定槲皮苷值、F 為槲皮素鼠李糖苷值、G 為測(cè)定蘆丁值、H 為測(cè)定槲皮素值。

不同產(chǎn)地紅富士蘋(píng)果的判別分析結(jié)果如表5 所示。根據(jù)判別模型對(duì)阿克蘇、靜寧、靈寶、洛川、煙臺(tái)和昭通6 個(gè)產(chǎn)區(qū)的紅富士蘋(píng)果樣品進(jìn)行分類，利用回代檢驗(yàn)（原始）和留一交叉驗(yàn)證對(duì)判別模型進(jìn)行檢驗(yàn)。阿克蘇、靜寧、靈寶、洛川、煙臺(tái)和昭通6 個(gè)產(chǎn)區(qū)的紅富士蘋(píng)果樣品回代檢驗(yàn)的整體判別率均為100%，對(duì)于以上6 個(gè)產(chǎn)區(qū)留一交叉驗(yàn)證的判別率也均為100%（表5）。

2.5 紅富士蘋(píng)果6 大主產(chǎn)區(qū)環(huán)境因子與各類指標(biāo)相關(guān)性分析

對(duì)生長(zhǎng)期紅富士蘋(píng)果各產(chǎn)區(qū)溫差，降雨量2 項(xiàng)環(huán)境因子（表1）和18 種營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)（表3）進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果（圖4）表明，在P<0.05 的條件下，果實(shí)生長(zhǎng)期溫差與紅富士蘋(píng)果的蔗糖含量呈顯著正相關(guān)（r=0.82）；果實(shí)生長(zhǎng)期降雨量與紅富士蘋(píng)果的總酸含量和總糖含量呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.86，r=-0.81），多酚類物質(zhì)與降雨量呈正相關(guān)，與果實(shí)生長(zhǎng)期溫差呈負(fù)相關(guān)。干旱地區(qū)降雨量相對(duì)較少，其果實(shí)總糖含量，總酸含量越大與降雨量顯著負(fù)相關(guān)，這與孫智廣等[48]研究結(jié)果相似；蔗糖含量與溫差呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明溫差越大，降雨量越少果實(shí)的糖分代謝越強(qiáng)，這與殷淑燕等[49]研究結(jié)果一致。

圖4 紅富士蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)環(huán)境因子與指標(biāo)相關(guān)性分析Fig.4 Correlation analysis of environmental factors and indicators in main Red Fuji apples producing areas

表1 不同蘋(píng)果（生長(zhǎng)期）產(chǎn)區(qū)信息Table 1 Information on different apple (growing season)producing areas

表2 不同產(chǎn)區(qū)品質(zhì)指標(biāo)結(jié)果分析Table 2 Analysis of quality index results in different production areas

表3 各主產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果品質(zhì)指標(biāo)對(duì)比Table 3 Comparison of quality indicators of red Fuji apples in the main producing areas

表4 不同產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果OPLS-DA 判別分析結(jié)果Table 4 OPLS-DA discriminant analysis results of red Fuji apples in different producing areas

表5 不同產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果的判別結(jié)果Table 5 Discrimination results of red Fuji apples from different producing areas

3 結(jié)論

本研究對(duì)新疆阿克蘇、甘肅靜寧、山東煙臺(tái)、陜西洛川、河南靈寶和云南昭通等6 大主產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果18 個(gè)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)分析，明確了紅富士蘋(píng)果種營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)存在地域差異。在糖類方面，阿克蘇紅富士蘋(píng)果山梨糖醇含量偏高，陜西洛川紅富士蘋(píng)果果糖含量偏高；在多酚物質(zhì)方面，甘肅靜寧紅富士蘋(píng)果綠原酸含量偏高，河南靈寶紅富士蘋(píng)果兒茶素和根皮素等含量偏高，云南昭通紅富士蘋(píng)果槲皮苷和表兒茶素等含量偏高，山東煙臺(tái)紅富士蘋(píng)果蘆丁等含量偏高，陜西洛川紅富士蘋(píng)果根皮苷含量偏高；新疆阿克蘇紅富士蘋(píng)果總糖含量偏高，甘肅靜寧紅富士蘋(píng)果總酚含量偏高，煙臺(tái)紅富士蘋(píng)果糖酸比含量偏高。采用正交偏最小二乘判別分析（OPLS-DA）和線性判別分析建立模型，OPLS-DA 模型可以將6 大主產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果樣品93.33%準(zhǔn)確識(shí)別，通過(guò)VIP 值確定了果糖、槲皮苷、槲皮素、蘆丁、槲皮素鼠李糖苷、VC、葡萄糖、總酚8 個(gè)有效區(qū)分指標(biāo)?；诰€性判別分析，選取VC、山梨醇、兒茶素、槲皮素糖苷類、槲皮素鼠李糖苷、槲皮苷、蘆丁和槲皮素8 個(gè)特征營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)建立的判別模型，6 個(gè)產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果回代檢驗(yàn)（原始）和留一交叉驗(yàn)證的整體判別率均為100%。本論文再次證明環(huán)境因素對(duì)果實(shí)糖積累有影響，得到總糖和總酸含量與降雨量顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05），蔗糖含量與溫差呈顯著正相關(guān)。因此，利用多品質(zhì)指標(biāo)化學(xué)計(jì)量法對(duì)不同產(chǎn)區(qū)紅富士蘋(píng)果判別是有效可行。對(duì)于構(gòu)建判別模型時(shí)，所選用的樣本數(shù)量越多，該模型也越有說(shuō)服力，為確保判別模型的準(zhǔn)確判別率，今后還需要繼續(xù)增加樣品數(shù)量，來(lái)不斷修正判別模型的各項(xiàng)系數(shù)。建立多指標(biāo)判別模型對(duì)富士蘋(píng)果產(chǎn)區(qū)進(jìn)行劃分，有利于實(shí)現(xiàn)我國(guó)果實(shí)品質(zhì)調(diào)控和品牌維護(hù)，為不同產(chǎn)區(qū)富士蘋(píng)果溯源和質(zhì)量控制提供了基礎(chǔ)依據(jù)。