不同品种薄皮甜瓜成熟期果实质地品质分析及综合评价

潘好斌，刘 东，邵青旭，高 歌，齐红岩*

（沈阳农业大学园艺学院，设施园艺省部共建教育部重点实验室，北方园艺设施设计与应用技术国家地方联合工程研究中心（辽宁），辽宁 沈阳 110866）

质地特性指食物通过口腔、牙齿、舌及黏膜感觉到的一种综合性质，是继风味之后用于果实品质评价的第一标准[1-2]。质地品质作为园艺产品感官品质的重要内容之一，主要用于描述园艺产品软、硬、脆、绵、粗糙、细嫩、致密、疏松等品质特点，其主要通过力学特性、几何特性等质构特性反映[3]。薄皮甜瓜（Cucumis melovar.makuwaMakino）又称东方甜瓜，是中国最早利用为果品的瓜类，其中具有香甜风味和爽脆质地的品种更是被视为佳品，倍受消费者青睐。质地品质是衡量薄皮甜瓜商品品质的重要因素，但因其品种众多，品种间质地特性差异较大。因此，建立一套综合评价薄皮甜瓜果实质地品质的有效方法，对探求决定其质地特性形成的关键因子、改善质地品质具有重要意义。

质构仪（物性分析仪）可模拟人类牙齿的咀嚼过程，实现食品质构特性的分析，与传统的感官分析相比，可以消除评价人员对评价结果引入的主观误差，具有方便、快捷、可量化的优点[4]。其能够良好地预测感官口感，并进一步提供质地特性信息[5]。因此，质构仪被广泛应用于园艺作物质地品质的评价。采用质构仪已实现了枣果实发育过程中质地变化及差异的分析[6-7]，桃果实贮藏过程中质地转变规律的分析[8]，以及梨果实不同部位在不同发育时期质地性状的分析[9-10]。然而，单一的质构仪检测只能通过指标数值反映表观的质构信息，若要进一步分析决定质地特性形成的内在因素，则须与相应生化指标的测定相结合。

因子分析是一种利用降维思维从多个变量中提取共性因子的统计分析方法，最终根据各主因子的得分情况实现综合评价[11]。聚类分析是一种根据研究对象或指标的诸多特性，将其分为相对同质的群组的统计分析技术，可按照类别的综合性质将多个品种聚合[12]。通过这两种分析方法的结合已实现了猕猴桃[13]、苹果[14]、葡萄[15]果实品质的综合评价和分级分类，但在薄皮甜瓜果实品质的综合评价中鲜见报道。

本研究采用质构仪检测与质地相关理化指标测定相结合的方式，通过相关性分析探明两部分指标间的相关性。进而，采用因子分析提取质地特性主因子并构建综合得分模型，实现薄皮甜瓜果实质地品质的评价。同时通过系统聚类分析将不同品种薄皮甜瓜按照质地特性进行分类，最终建立一整套薄皮甜瓜果实质地品质分析、评价及分类的方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

以10 个果实质地有明显差异的薄皮甜瓜品种为试材，于商品成熟期取样。试材来源及果实成熟期口感如表1所示，口感通过感官定义，描述词参考文献[16]。

试材于2017年3月—6月种植于沈阳农业大学园艺学院科研基地日光温室内。栽培方式为营养基质袋栽培；管理方式为单干整枝，在主干10 节以上连续留瓜，激素（质量分数0.1%氯吡脲）喷花，单株留瓜3 个。果实商品成熟时采收，成熟度通过果皮表面颜色变化、与瓜蒂结合的紧密程度及果实中可溶性固形物含量判断。同一品种选取生长天数相同、无病虫害、无机械损伤、果形端正、大小近乎一致的果实用于后续相关理化指标的测定。

表 1 供试薄皮甜瓜材料Table 1 Oriental melon varieties used in the study

1.2 仪器与设备

CT3质构仪 美国Brookfield公司；U-5100 Spectrophotometer比例紫外分光光度计 日本Hitachi公司；PB-10 pH计 德国Sartorius公司；TD-45数字折光仪 中国金科利达公司。

1.3 方法

1.3.1 果实质构指标的测定

质构仪检测之前，样品处理参照Bianchi等[5]的方法，并加以改进，具体方法见图1。甜瓜果实洗净，沿赤道部位切取厚度约1.5 cm果肉切片，再用直径为1.5 cm的打孔器在果实切片上垂直压取圆柱形果肉，最终用双面刀片修整为底面直径1.5 cm、高1 cm的圆柱体，待测。质构剖面分析（texture profile analysis，TPA）及穿刺检测中每个品种测定3 个果实，每个果实设置5 次重复。质构仪参数设置参考刘莉等[16]的实验参数，并稍作调整。TPA检测采用TA25/1000（直径50 mm）探头，具体参数设置如下：触发点负载10 g，测试速率2 mm/s、返回速率2 mm/s，2 次循环，循环间可恢复时间3 s，目标形变量3 mm，数据频率10 点/s。穿刺检测采用TA39（直径2 mm）探头，具体参数设置如下：触发点负载10 g，测试速率2 mm/s、返回速率2 mm/s，1 次循环，目标形变量5 mm，数据频率10 点/s。本次实验选取的质构仪测试指标感官及数学定义见表2，典型的TPA及穿刺检测的特征曲线见图2和图3。

图 1 甜瓜果实质构测定的取样部位示意图（A）及样品块形状规格（B）Fig. 1 Schematic diagram of melon sampling position for texture test (A)and cylinder sample specification (B)

表 2 质构仪测试指标定义Table 2 Definition of the parameters measured by texture analyzer

图 2 甜瓜果肉TPA检测特征曲线Fig. 2 Typical TPA curve of oriental melon fruit

图 3 甜瓜果肉穿刺检测特征曲线Fig. 3 Typical puncture test curve of oriental melon fruit

1.3.2 果实基本理化指标及质地相关生化指标的测定

使用游标卡尺测量果实横径/mm、纵径/mm、种腔横径/mm，按公式（1）～（3）计算相应的果形指标。

采用分析天平称量单果质量；采用PB-10 pH计测定果汁pH值；采用TD-45D数字折光仪测定果汁可溶性固形物含量/°Brix；根据GB 5009.3—2010《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中的烘干法测定水分质量分数；淀粉含量测定采用高氯酸水解法[17]；纤维素含量测定采用蒽酮硫酸比色法[17]；果胶含量的测定采用分光光度法，具体参照NY/T 2016—2011《水果及其制品中果胶含量的测定》。均设3 次重复。

1.4 数据处理与分析

使用Excel软件进行数据处理和作图，SPSS 18.0软件进行差异显著性分析（Duncan新复极差法）、相关性分析、因子分析、系统聚类分析。

2 结果与分析

2.1 果实基本理化性状分析结果

表 3 不同品种薄皮甜瓜成熟期果实理化性状Table 3 Physicochemical traits of different varieties of oriental melon fruits at harvest

由表3可知，测定的6 项理化指标在10 个品种间存在显著性差异。果形指数变异系数最大，为0.59，果肉厚度和pH值变异系数较小，分别为0.08和0.06。果形指数YJM最大（3.56），XSM最小（0.74）；空腔率BTG最大（59.09%），YJM最小（37.12%）；果肉厚度除BTG为17.27 mm外，其余品种均大于20 mm；单果质量YJM最大（621.82 g），BTG最小（270.94 g）；pH值除HDB（6.59）显著高于其他品种外，其余品种均在5.44～5.82之间；可溶性固形物含量是判断果实成熟度的关键指标，YMR、TT和HDB三者显著高于其他品种，HPM和XSM显著低于其他品种。

2.2 果实质构指标的差异分析结果

表 4 不同品种薄皮甜瓜成熟期果实质构指标Table 4 Textural indexes of different varieties of oriental melon fruits at harvest

由表4可知，8 个质构指标中，除弹性外，均存在较大变异系数（0.15～0.49）。差异显著性分析显示，梗硬口感的YMR、HLW和C7的TPA硬度、胶着性、咀嚼性和穿刺硬度显著高于其他品种，说明此4 项指标可能共同决定了梗硬口感的形成，其中YMR的TPA硬度、胶着性、咀嚼性及穿刺硬度均表现为最大值；酥脆口感的HDB和YJM的弹性高于其他品种，同时，内聚性显著高于除YMR外的其他品种，说明较高的弹性和内聚性可能与酥脆口感的形成有关；黏绵口感的HPM的黏附力和黏附性均显著高于其他品种，表明这两个指标是反映黏绵口感的关键指标；沙软口感的XSM的TPA硬度、黏附力、弹性、胶着性、咀嚼性和穿刺硬度均显著低于其他品种，表明此6 项质构指标综合作用于沙软口感的形成；脆硬口感的TT、QY和BTG的内聚性显著低于其他品种，其余指标大多居于中间位置，说明脆硬口感主要由内聚性决定，但同样受其余指标的综合影响。

2.3 果实质地相关理化指标的差异分析结果

表 5 不同品种薄皮甜瓜成熟期果实质地相关理化指标Table 5 Physicochemical indexes related to texture of different varieties of oriental melon fruits at harvest

由表5可知，测定的6 个质地相关理化指标中除水分质量分数外，均存在较大变异系数（0.21～0.55）。原果胶含量XSM与HPM显著高于其他品种，分别为8.31 mg/g和7.22 mg/g，YMR最低，为3.19 mg/g；可溶性果胶含量HPM与XSM显著高于其他品种，分别为8.32 mg/g和6.29 mg/g，QY最低，为1.81 mg/g；总果胶含量为原果胶含量与可溶性果胶含量的总和，HPM和XSM同样显著高于其他品种，分别为15.54 mg/g和14.60 mg/g，HDB最低，为5.54 mg/g；淀粉含量HPM显著高于其他品种，为2.42 mg/g，XSM、HDB和YJM三者淀粉含量显著低于其他品种，分别为1.25、1.35 mg/g和1.31 mg/g；纤维素含量HPM显著高于其他品种，为6.69 mg/g，HDB与YJM显著低于其他品种，分别为2.85 mg/g和2.87 mg/g；水分质量分数XSM最高，为94.31%，TT最低，为88.56%。上述结果表明，黏绵口感和沙软口感的品种均具有较高的原果胶和可溶性果胶含量，同时黏绵口感的品种也有较高的淀粉和纤维素含量；酥脆口感的品种淀粉和纤维素含量相对较低；较低淀粉含量和较高的含水量可能决定沙软口感的形成。

2.4 果实质构指标间的相关性分析结果

表 6 不同品种薄皮甜瓜成熟期果实质构指标间相关性分析Table 6 Correlation analysis of textural indexes of different varieties of oriental melon fruits at harvest

由表6可知，选取的8 个质构指标间具有不同程度的相关性。其中TPA硬度与胶着性、咀嚼性和穿刺硬度均呈极显著正相关（P＜0.01）；黏附力和和黏附性呈极显著正相关（P＜0.01）；内聚性与胶着性、咀嚼性均呈显著正相关（P＜0.05）；胶着性与咀嚼性呈极显著正相关（P＜0.01）；穿刺硬度与胶着性和咀嚼性均呈极显著正相关（P＜0.01）。其余指标之间相关性不显著，表明多个质构指标间可能存在部分质构信息的重叠表达。

2.5 果实质构指标与质地相关理化指标间的相关性分析结果

表 7 不同品种薄皮甜瓜成熟期果实质构指标与理化指标间相关性分析Table 7 Correlation analysis between textural indexes and physicochemical indexes of different varieties of oriental melon fruits at harvest

由表7可知，质构指标与质地相关理化指标间存在不同程度的相关性。TPA硬度与原果胶含量和水分质量分数呈极显著负相关（P＜0.01），与总果胶含量呈显著负相关（P＜0.05）；黏附性、黏附力与淀粉含量均呈显著正相关（P＜0.05）；内聚性与纤维素含量呈显著负相关（P＜0.05）；咀嚼性、胶着性均与原果胶含量和水分质量分数均呈显著负相关（P＜0.05）；穿刺硬度与原果胶、总果胶含量和水分质量分数呈极显著负相关（P＜0.01），与可溶性果胶含量呈显著负相关（P＜0.05），由此可知，TPA硬度和穿刺硬度既有相似性也有差异性。弹性与任何质地相关生化指标间均无显著相关性。

2.6 果实质地特性的因子分析结果

对测定的8 个质构指标和6 个质地相关理化指标的数据经Z-标准化后进行因子分析。基于主因子特征值大于1的原则，提取前3 个主因子，累计方差贡献率达89.40%（表8），表明此3 个主因子能够解释全部14 个指标的绝大部分信息。经最大方差法旋转后得到的主因子荷载矩阵见表9，第一主因子F1方差贡献率为52.76%，代表性指标中与之呈正荷载的为TPA硬度、咀嚼性、胶着性、穿刺硬度，呈负荷载的为原果胶含量、总果胶含量和水分质量分数，因此，定义为梗硬因子。第二主因子F2方差贡献率为25.73%，代表性指标为黏附力、黏附性、可溶性果胶含量、淀粉含量，均与之呈正荷载，定义为黏绵因子。第三主因子F3方差贡献率为10.91%，代表性指标中弹性，内聚性与之呈正荷载，纤维素含量与之呈负荷载，定义为内聚因子。由此，将14 个指标归纳为3 个更具代表性的主因子。根据表9对3 个主因子进行得分模型的构建，见式（4）～（6）。

分别计算各主因子得分并按降序排名（表10），F1（梗硬因子）得分较高的品种具有较高的TPA硬度、胶着性、咀嚼性和穿刺硬度，同时表现出较低的原果胶、总果胶含量和水分质量分数。对于F1得分，YMR与HLW并列第1位，XSM和HPM位于倒数两位，YJM和HDB也较低，分别位于第7和第8位；F2得分越高说明黏附力、黏附性越高，同时具有较高的可溶性果胶、淀粉含量。HPM的F2得分最高，YJM和HDB位于倒数两位。越高的F3得分对应越高的弹性和内聚性，同时纤维素含量越低，其中YMR得分最高，HDB和YJM居于其后。图4、5更加直观地显示了各品种3 个主因子的得分情况。

主因子的权重＝方差贡献率/累计贡献率，因质地黏绵、沙软的甜瓜果实不耐贮运，感官接受程度低，表现为较差的商品品质，所以F2（黏绵因子）因子权重赋予负值，F1（梗硬因子）、F3（内聚因子）赋予正值；因此，根据表8确立各主因子的权重，建立综合得分（Q）数学模型见公式（7）。

式中：F1、F2、F3表示3 个主因子得分。

综合得分越高，说明质地品质越佳。结果如表10所示，呈梗硬口感的YMR和脆硬口感的C7综合得分位于前两位，质地品质较优；呈黏绵口感的HPM和沙软口感的XSM位于后两位，质地品质较差；其余品种居中。

表 8 质地指标的特征值及贡献率Table 8 Factor eigenvalues and contribution rates of textural indexes

表 9 质地指标主因子荷载矩阵Table 9 Principal factor loading matrix of textural indexes

表 10 不同品种薄皮甜瓜果实主因子及综合得分排名Table 10 Principal factors and comprehensive score ranking of different varieties of oriental melon fruits

图 4 不同品种薄皮甜瓜果实质地特性第1、2主因子得分二维排序散点图Fig. 4 Scattering plot based on PC1 versus PC2 scores of different varieties of oriental melon fruits

图 5 不同品种薄皮甜瓜果实质地特性第1、3主因子得分二维排序散点图Fig. 5 Scattering plot based on PC1 versus PC3 scores of different varieties of oriental melon fruits

2.7 果实质地特性的聚类分析结果

图 6 不同品种甜瓜果实质地特性系统聚类分析树状图Fig. 6 Dendrogram obtained from systematic clustering analysis of different varieties of oriental melon fruits

以本实验测定的14 个指标为依据，对10 个品种薄皮甜瓜进行质地特性的系统聚类分析，由图6可知，当欧氏距离为5时，全部品种被划分为5 类，聚类结果与口感相一致，说明此14 个指标能够实现对薄皮甜瓜果实质地特性的准确分类。第I类包括QY、BTG、TT，此3 个品种质地特性具体表现为F1和F2得分居中、F3得分较低，呈脆硬质地；第II类包括HDB、YJM，具体表现为F1、F2得分较低，F3得分较高，呈酥脆质地；第III类包括HLW、C7、YMR，此3 个品种F1得分较高，呈梗硬质地；第IV类为XSM，其F1得分最低，呈沙软质地；第Ⅴ类为HPM，其F2得分最高、F1得分较低，呈黏绵质地。

3 讨 论

本实验表明质构仪可以充分描述、分析薄皮甜瓜果实的质地差异，这与刘翔等[18]在甜瓜中的研究结果一致。相关性分析表明，质构指标间存在不同程度的相关性，这与前人在桃[19]、苹果[20]、梨[9,21]等园艺作物中的研究结果相似，说明不同质构指标间存在质构信息的重叠表达，本实验通过TPA和穿刺两种检测模式分别测定了TPA硬度和穿刺硬度两个硬度指标，旨在探明两者在描述果肉硬度上是否存在差异，结果表明两者呈极显著正相关，并且与其他质构指标的相关性相似，即均与胶着性和咀嚼性呈极显著正相关，说明在硬度的描述中二者功能相似，但二者与质地相关理化指标的相关性存在差异，则说明二者既有相似性也有差异性。同样，黏附力和和黏附性两个指标均可用于黏度的描述，二者呈极显著正相关，且均与淀粉含量呈显著正相关，但相关系数黏附力（0.736）＞黏附性（0.681），说明黏附力比黏附性更能反映淀粉含量。因此，在针对不同种类园艺作物质地品质的分析中，质构仪检测模式的选用和代表性质构指标的筛选或为今后进一步研究的内容。

本研究发现质构指标与质地相关理化指标间具有不同程度的相关性，在薄皮甜瓜果实中，原果胶、可溶性果胶、淀粉、纤维素含量和水分质量分数可能是导致质地差异形成的内在因素，同时也表明质构指标可用于间接快速评估果蔬的内在理化指标，这在枣[22-23]、葡萄[24]、猕猴桃[25]等的相关研究中已有报道。有的学者将果胶、纤维素、半纤维素等统称为细胞壁物质，并认为细胞壁物质组分差异是决定园艺作物质地特性形成的关键因素[26]。本研究结果主要表现为原果胶含量和水分质量分数与TPA硬度、穿刺硬度、咀嚼性和胶着性呈不同程度显著性负相关，可溶性果胶含量与穿刺硬度呈显著负相关，总果胶含量与TPA硬度呈显著负相关，与穿刺硬度呈极显著负相关；淀粉含量与黏附力、黏附性呈显著正相关；纤维素含量与内聚性呈显著负相关。这为今后进一步探明影响薄皮甜瓜果实质地特性形成的内在因子提供了研究依据。

因子分析通过数据降维将原始信息进行压缩，使各主因子之间互不相关但又能反映各指标的信息，从而实现有效指标的筛选，降低分析难度，提高分析效率。因此，因子分析在冬枣[27]、无花果[28]、枸杞[29]、龙眼[30]等园艺作物品质的综合评价中被广泛应用。本研究采用因子分析将14 个质地相关指标简化为3 个相对独立的主因子，并根据其代表性指标分别命名为F1（梗硬因子）、F2（黏绵因子）和F3（内聚因子），并认为F1、F3得分越高越好，F2得分越低越好，从主因子得分二维排序散点图（图4、5）可以直观地看出10 个品种薄皮甜瓜果实各主因子得分的分布情况，从F1与F2结合的角度分析，靠近第4象限的品种果实质地品质较优；从F1与F3结合的角度分析，靠近第1象限的品种果实质地品质较优。因此，因子分析不仅可以实现质地品质的综合评价，还可根据各主因子得分进行更为具体的评价，这为不同质地特性薄皮甜瓜品种的定向筛选提供理论依据。

通过聚类分析不仅能处理量大的数据，还可以观察不同品种之间的相似程度，实现品质分级，特性归类[12]。其在猕猴桃[13]、葡萄[31]、李[32]的品质综合评价和品种谱系划分中已得到较好的应用。本研究通过系统聚类分析将10 个品种薄皮甜瓜划分为5 类，每一类均有其特有的质地特性。说明通过因子分析与聚类分析相结合的方式能够更全面、客观地对甜瓜果实的质地品质进行评价分类。

4 结 论

成熟期薄皮甜瓜果实的质构指标之间存在不同程度相关性。质构指标与质地相关理化指标间存在相关性，原果胶含量和水分质量分数与TPA硬度、穿刺硬度、咀嚼性和胶着性呈不同程度显著性负相关，水溶性果胶含量与穿刺硬度呈显著负相关；淀粉含量与黏附力和黏附性呈显著正相关；纤维素含量与内聚性呈显著负相关。

因子分析将薄皮甜瓜果实的质地指标降维为3 个主因子，即F1（梗硬因子）、F2（黏绵因子）和F3（内聚因子）。主因子得分模型显示：F1和F3得分越高、F2得分越低质地品质越好。基于主因子构建的综合得分模型可实现薄皮甜瓜果实质地品质的综合评价，评价结果为梗硬口感品种‘玉美人’、‘彩虹七号’质地品质较优，黏绵和沙软口感品种‘红皮面’和‘香沙蜜’较差，其余品种居中。

系统聚类分析可实现薄皮甜瓜果实质地特性的准确分类。本研究中的10 个品种薄皮甜瓜果实的质地特性被分为5 类，与口感相一致，依次为脆硬、酥脆、梗硬、沙软、黏绵。