基于TPA法评价枣果实质地及聚类分析

杨 植，王振磊

(1. 南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室/新疆生产建设兵团南疆特色果树生产工程实验室/塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔 843300；2. 新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室，新疆阿拉尔 843300)

0 引 言

【研究意义】枣(ZiziphusjujubaMill.)为鼠李科枣属植物，原产我国，栽培历史悠久，种质资源丰富，是我国的特色经济果树。据《中国果树志·枣卷》统计，中国有枣树品种700个[1]。质地是果蔬重要的品质特征之一，是影响消费者对其可接受性的最主要因子[2～3]，果实的许多感官指标，如硬度、脆性、糯性、咀嚼性、汁液多少等性状与质地密切相关[4]。果实质地状况的评价，主要包括感官评价和仪器测定两个方面。长期以来，枣品种的质地常以感官评价来衡量，使用致密、疏松、酥脆、软、硬等词汇形容[1]，常会因人而异，且缺乏科学的评判标准，测得数据变异较大。【前人研究进展】近年来，质构仪等仪器的使用使得果肉质地评价的内容更为丰富，评价参数也更加客观，质构仪质地多面分析(TPA)检测是模拟人牙齿咀嚼食物，质构仪质地多面分析(TPA)检测模拟人牙齿咀嚼食物的机械过程[5]，对试样进行两次压缩的机械过程，该过程能够测定探头对试样的压力以及其它相关质地参数[5]。【本研究切入点】国外对食品质地的研究，如奶酪[6]、果蔬(桃[7]苹果[8]葡萄[9]辣椒[10]马铃薯[11]卷心菜[12])和肉类[13,14]等已经比较深入，但是国内这方面的研究鲜见报道，特别是对不同枣品种质地进行比较的研究更少。研究基于TPA法评价枣果质地及聚类分析。【拟解决的关键问题】以56个枣品种为研究对象，采用TPA法，对果实质地进行研究，比较不同品种的枣果肉特性，通过对质构仪的数据进行分析，为建立标准化、统一化的鲜枣果实质地评价方法提供一定的理论依据和技术手段。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验材料为塔里木大学园艺试验站枣树种质资源圃的56个枣品种。果实全红期，每品种随机选取100个发育形态规则完整，大小形状一致，无病虫害的果实进行果实质地测定。表1

表1 不同品种枣果质地参数
Table 1 Fruit texture parameters of different jujube varieties

序号No.品种Variety硬度Hard-ness(N)粘附性Adhesi-veness(N∗mm)凝聚性Cohes-ivenesRatio弹性Elastic(mm)咀嚼性Che-winess(mJ)序号No.品种Variety硬度Hard-ness(N)粘附性Adhesi-veness(N∗mm)凝聚性Cohes-ivenessRatio弹性Elastic(mm)咀嚼性Che-winess(mJ)1224陈232.640.760.494.42501.4629宁阳铃枣176.380.040.503.53311.892八阳枣185.70.040.523.80367.7630平陆尖枣137.270.040.543.72280.363八月炸160.160.020.493.42266.8531三变红210.070.020.543.87436.784北京鸡蛋枣156.30.020.434.45307.2532三变色148.750.090.553.73301.865扁核酸148.290.060.543.69297.3833陕西白枣171.660.020.464.02325.706槟榔枣171.330.020.493.44285.8234陕西木头枣217.20.070.494.37468.297茶壶枣147.80.090.454.00267.3735胎里红94.510.050.532.97149.108大果算盘189.50.050.513.90379.4736襄汾圆枣185.010.040.434.03317.459大荔铃铃枣96.540.030.493.47156.7437新郑小圆枣185.730.030.534.22421.8410东陵无核166.710.020.533.39301.7138溆浦尖枣263.40.030.533.25452.2911阜帅225.530.100.554.24529.8239延川条枣208.010.070.553.37387.6412尜尜枣125.460.020.453.39190.9440阎家铆圆枣207.420.030.533.72414.7313哈八枣271.090.130.475.81742.6941赞1249.260.030.494.36550.8414蛤蟆枣240.990.040.504.40538.2142赞2284.770.050.525.77882.0315黑疙瘩236.670.040.414.72457.1843赞皇大枣154.990.030.453.93274.7516灰枣175.750.010.533.46318.9044中枣1号143.810.020.533.46266.6317金铃长枣201.510.070.533.91416.4445中枣3号281.670.060.474.08546.5618金丝1号144.181.410.503.42246.9546乐金1号199.310.050.543.81406.9319金丝新2号172.270.530.483.43283.2247乐金3号216.070.040.483.48360.9620晋矮1号184.150.060.414.50348.5748乐金4号181.630.030.493.60321.5221晋赞大枣251.680.070.495.14647.2449临县伢枣82.730.020.533.17137.4822京枣39208.180.050.415.33463.3550临猗辣椒枣217.640.060.544.08490.5123旧庄窝枣153.360.050.483.06228.0851灵宝大枣192.930.050.484.85450.0124骏1256.560.050.524.63626.4152六月鲜139.930.050.484.19282.4925骏2249.180.050.494.44548.4853龙枣149.960.080.554.00334.6526辣椒枣162.670.030.553.89344.7154落地红168.910.060.493.02251.9527蓝田大枣217.050.030.434.79446.2055马牙白119.060.030.473.00169.2028郎家圆145.40.070.503.22232.6356旻枣131.690.020.513.12209.53

1.2 方 法

1.2.1 质构仪分析法

用美国FTC公司-TMS-PRO食品物性分析仪(质构仪)进行测定，质构仪调到最大限度500 N，力量感应元量程400 N，回升高度40 mm，形变量20，检测速度30 mm/min，起始力0.5 N，然后把枣子放在质构仪托盘上，进行检测，并实时传输数据绘制检测过程曲线。由质地特征曲线得到表征果肉质地状况的评价参数：硬度1、硬度2、粘附性、弹性、凝聚性、咀嚼性。试验采用完整的枣果作为试验对象，每果取最大横径处阴阳面2个部位测定(取平均值)。

1.2.2 感官分析法

按照GB/T10220～1988感官分析方法总论中有关部分进行品尝员的选择、样品的准备以及感官评价的误差控制。参照GB/T12316～1990感官分析法，请10名品尝员对每一份种质的样品进行品尝。所测指标和指标分级如下。

果肉紧致度：疏松1、酥脆2、较致密3、致密4；

果肉粗细：粗1、中2、细3；

果肉汁液：少1、中2、多3；

用途：鲜食1、兼用2、制干3、观赏4。

1.3 数据处理

使用SPSS软件和R Project进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 枣果质地参数

研究表明,枣品种不同果实质地不同。56个品种果实硬度在284.77～82.73 N，均值为185.65 N。果实硬度大于250 N的有赞2、中枣3号、哈八、溆浦尖枣、骏1、晋赞大枣6个品种。果实硬度小于100 N的有大荔铃铃枣、胎里红和临县伢枣3个品种。果实硬度最大品种(赞2)和果实硬度最小的品种(临县伢枣)间硬度相差202.04 N。

供试枣品种粘附性在0.01～1.41 N*mm，均值为0.09 N*mm。金丝1号、224陈和金丝新2号3个枣品种的果实粘附性分别为1.41、0.76和0.53 N*mm，显著高于其他品种果实粘附性，灰枣的粘附性最低，仅为0.01 N*mm，果实粘附性在0.02～0.13 N*mm之间的有53个品种，占供试品种的93%。

不同品种间枣果实凝聚性差异不大，介于0.55～0.41。其中阜帅、辣椒枣、三变色、延川条枣和龙枣果实凝聚性最大，为0.55；黑疙瘩、晋矮1号和京枣39果实凝聚性最低，为0.41。

不同枣品种果实的弹性均值为3.94 mm。果实弹性大于5.00 mm的品种有哈八、赞2、京枣39和晋赞大枣，分别为5.81、5.77、5.33、5.14 mm。果实弹性在4.00 mm以上的有24个品种，占供试品种的43%。胎里红果实弹性为2.97 mm，是供试品种中最低的。

枣果咀嚼性品种间差异较大，均值为374.03 mJ，极值高达744.55 mJ。其中赞2、哈八、晋赞大枣、骏1咀嚼性高，而马牙白、大荔铃铃枣、胎里红、临县伢枣咀嚼性较低，分别为169.2、156.74、149.1、137.48 mJ。表1

注：*P<0.05显著相关，**P<0.01极显著相关

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

图1 枣果实质地参数间的相关性
Fig.1 Correlation matrix of different texture parameters of jujube fruit derived from TPA test

2.2 枣果质地参数相关性

研究表明,果实硬度与果实弹性和果实咀嚼性均呈极显著正相关，相关系数为0.93**和0.66**，果实弹性与果实咀嚼性呈极显著正相关，相关系数为0.83**，即果实的硬度越大，弹性、咀嚼性越高，果实弹性越大，越耐咀嚼。弹性与凝聚性呈显著负相关，相关系数为-0.33*，果实的弹性越大，果实的凝聚性越低。果实粘附性与硬度、凝聚性、弹性、咀嚼性不相关。图1

2.3 枣果实质地主成分

计算得10个特征值和10个特征向量。前5个主分量的特征值累计贡献率达83.80%。前6个主分量的特征值累计贡献率达90.30%，基本能反映56个枣果实的基本质地特征。研究表明,第1主成分特征值为3.531贡献率为35.31%。硬度、弹性和咀嚼性权重值较大，这3个变量中均为质构仪所测的指标属于描述下压果实所表现出的性状。即第1主成分可以作为枣果用途适口性因子，即果实咀嚼性越大弹性、硬度越高。果肉汁液的权重负值较大，枣果实中果肉汁液越大，其咀嚼性、弹性和硬度就越低，此成分对于枣果肉质地选择有指导意义。第2主成分特征值为1.767贡献率为17.67%，凝聚性的权重大，属于凝聚性因子。弹性权重负值较大，说明果肉凝聚性越大果实弹性越低。第3主成分有2指标综合口感和粘附性。属于口感粘附因子。第4主成分仅有1个指标果肉紧实度，属于果肉紧实因子。第5主成分仅有1个指标果肉粗细。属于果肉粗细因子。第6主成分包含2个指标果肉汁液与用途，第6个主成分称为用途因子。表2

表2 枣果实质地主成分
Table 2 Principal component analysis of jujube fruit texture

性状Character特征向量FeaturevectorX(1)X(2)X(3)X(4)X(5)X(6)果肉紧实度Pulpcompactness0.0110.4880.0410.491-0.4880.373果肉粗细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综合口感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弹性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累计百分率Cumulativepercentage(%)35.3152.9865.7976.8283.8090.30

2.4 枣果质地聚类

在距离为186.1时56个品种被分为3类。第Ⅰ类群包含临猗辣椒枣、黑疙瘩等20个品种。第Ⅱ类群包括八阳枣、大果算盘、延川条枣等34个品种，占测定品种总数的61%。第Ⅲ类群包括哈八枣和赞2个品种。图2

图2 不同枣品种果实质地聚类
Fig.2 Clustering diagram of different jujube fruits
表3 不同类群枣果实质地分布
Table 3 Group fruit texture distribution table

分类Classification测定指标Indicators个数Quantity均值Average区间SectionⅠ类中间类群Middlegroup硬度Hardness(N)粘附性Adhesiveness(N∗mm)凝聚性Cohesiveness(Ratio)弹性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类低弹软质群Softgroup硬度Hardness(N)粘附性Adhesiveness(N∗mm)凝聚性Cohesiveness(Ratio)弹性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类高弹硬质群Hardgroup硬度Hardness(N)粘附性Adhesiveness(N∗mm)凝聚性Cohesiveness(Ratio)弹性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,在三类中硬度、弹性和咀嚼性差异较大。第Ⅰ类群的特点是硬度、弹性和咀嚼性都居于其他两类之间，硬度分布在281.67～185.73 N平均达到227.23 N，弹性分布在3.25～5.33 mm平均值为4.33 mm，咀嚼性的平均值为490.68，分布区间为406.93～647.24，为中间类群。第Ⅱ类群的特点是硬度低、弹性小和咀嚼性差，果实硬度在216.07～82.73 N，均值为155.76 N，弹性为3.60 mm，咀嚼性为279.63，为低弹软质群。第Ⅲ类群果实硬度、弹性和咀嚼性都是三类中最高的，硬度分别为271.09和284.77 N，弹性分别为5.81和5.77 N，咀嚼性分别为882.03和742.69 mJ，为高弹硬质群。表3

2.5 不同类群枣果实口感分布

研究表明,在口感评价中三个类群也表现出不同特征，第Ⅰ类群以制干，兼用为主，果肉粗的品种占20%的，果肉中等粗细的占45%，果肉细的占35%，果实汁液少品种的占该类群的65%，汁液中的占该类群的35%，5%的品种综合品质中上，55%品种综合品质中下，40%品种综合品质中等。第Ⅱ类群质地偏酥脆疏松，以鲜食，兼用为主，果肉粗、中、细所占比例分别为9∶50∶41，汁液多的品种占29%，汁液中等的占56%，汁液少的仅为15%，79%的品种综合品质中等以上。第Ⅲ类群果肉粗，汁液少，为制干品种。图3

图3 不同类群枣果实口感
Fig. 3 Taste analysis of jujube fruits from different groups

3 讨 论

3.1 枣果质地参数相关性

硬度、弹性和咀嚼性均可以体现出人体口腔对果肉的触觉感受，能反映果实的致密度及坚实度。有研究认为，弹性和其他指标相关度不高[15]。研究结果表明，果实硬度和弹性、咀嚼性都呈极显著性正相关，以上几项参数共同反映果实的质地特性，与任朝晖等[16]在葡萄上的研究结果一致。弹性与凝聚性呈显著性负相关，说明枣果实内部收缩力越强即果肉越紧实受压变形后恢复的能力越弱，果肉相对疏松的果实在受到挤压后更容易恢复。咀嚼性与弹性呈极显著正相关，

粘附性是探头脱离果品所做的功，克服果品表面同牙齿表面接触之间吸引力所需要的能量，果肉汁液外渗容易造成果肉粘附性增大[17]，而枣果肉本身致密、紧实、糖分高，汁液少不易出汁，对探头做功少，粘附性指标测定准确性高，相关性分析表明粘附性和其他指标不相关。

3.2 枣果实质地主成分

采用主成分分析可将多个变量化为少数几个指标，从而简化分析过程，更好地描述果实品质构成特征。研究将5个口感指标和5个质构仪参数进行主成分分析，保留6个因子，累计贡献率达到90.30%。由第1主成分指标贡献率可以看出硬度、咀嚼性和弹性较重要，从相关性分析中也可以得出其紧密的联系。由主成分分析可以看出各指标对不同枣质地的影响排序为：咀嚼性>硬度>弹性>凝聚性>粘附性>综合口感>果肉紧实度>果肉粗细>用途>果肉汁液。

3.3 枣果实聚类与果实质地

枣品种间果实硬度、弹性、咀嚼性、粘附性、凝聚性指标差异较大，口感差异较大。质构仪质地多面分析法能实现枣果实的质地指标定性描述到定量描述的快速转变，更客观，更精确的反映枣果实质地。

目前，根据果肉质地对枣进行分类的研究较少[18～22]，研究根据果实硬度、弹性、咀嚼性、粘附性、凝聚性，运用聚类法对枣品进行聚类分析，将供试品种分成中间类群、低弹软质群和高弹硬质群3类，并结合传统感官指标进行分析，结果表明低弹软质群的感官品质普遍较高，中间类群和高弹硬质群感官品质普遍较差，这与前人[23]关于成年人咬合力过大会引起牙周膜疼痛的研究结果一致，在三个类群中，中间类群和高弹硬质群硬度都过大，低弹软质群硬度适中，同时还有一定的咀嚼性和弹性，质构仪质地多面分析法测得的力学参数和传统感官指标相关性高，这与孟庆君[12]的研究结果一致。

4 结 论

56个品种的枣果实硬度和弹性、咀嚼性都呈极显著性正相关，咀嚼性与弹性呈极显著性正相关，弹性与凝聚性呈显著性负相关，粘附性和其他指标均无显著性相关性。通过主成分分析将10个指标(质构仪参数和果实口感指标)组合形成适口性、凝聚性、口感粘附、果肉紧实、果肉粗细和用途，6个主成分累计贡献率达到90.30%。枣品种间果实硬度、弹性、咀嚼性、粘附性、凝聚性指标差异较大，口感差异较大。赞2果实硬度最高，东陵无核小枣果实凝聚性最高，京枣39最低，哈八、赞2、京枣39、晋赞大枣4个品种枣果弹性与咀嚼性较好。用聚类分析方法将供试品种分为中间类群、低弹软质群和高弹硬质群3个类群，分类方法与传统感官指标相关性高，低弹软质群品质其他两个类科。