基于主成分分析评价陕南地区主栽猕猴桃的品质

江 海，陈小华，杜佳宝，杨清云

(1.陕西理工大学 生物科学与工程学院， 陕西 汉中 723000；2.陕西省资源生物重点实验室， 陕西 汉中 723000；3.陕西省陕南秦巴山区生物资源综合开发利用协同创新中心， 陕西 汉中 723000；4.西乡县金太阳农业发展有限责任公司， 陕西 西乡 723500)

猕猴桃(Actinidiachinensis)又称猕猴梨、毛梨、奇异果等，原产我国，分布广泛，为猕猴桃科(Actinidiaceae)猕猴桃属(Actinidia)多年生落叶性木质藤本或小灌木[1-3]。猕猴桃果实肥厚多汁，酸甜爽口，素有“果中珍品”“水果之王”之称[4-5]。

陕南地处秦巴山区，生态环境优越，气候条件优良，土壤酸碱度适宜，蕴含了丰富的中华系和美味系猕猴桃品种资源，是我国野生猕猴桃的重要产地[6-8]。陕南地区土地资源丰富，发展优质猕猴桃的土地面积超过200 km2，猕猴桃主要栽培区域在汉江沿岸的平坝和河谷川道地区[9]。陕南猕猴桃果实成熟上市比陕西关中地区早15～20 d，有利于抢占市场先机，具有较大的发展空间[10]。

现陕南猕猴桃的发展及研究主要集中于栽培技术培训、快速繁殖、组织培养、土壤改良、高产品种推广等方面，对猕猴桃果实的品质分析评价研究相对较少[7]。学者们普遍认为陕南地区的猕猴桃果品质量不高，品种结构不尽合理，品种单一，早中熟品种少，优质品种少，晚熟品种面积偏大，常规品种多[9-11]。为了掌握陕南地区各品种猕猴桃品质，满足消费者对猕猴桃多元化需求，本文以陕南主要栽培种植的猕猴桃品种为研究对象，通过主成分分析评价猕猴桃品质，旨在为陕南地区猕猴桃栽培品种的筛选、结构调整、品种改良、产业发展及综合利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料

选用陕南猕猴桃基地主要栽培种植的4年龄果树成熟果实为材料。果实来自于西乡县金太阳农业发展有限责任公司猕猴桃种植基地，基地位于西乡县城东北15 km，东经107.82°，北纬33.00°，海拔650.50 m，占地面积约3.4 km2，采用《陕西优质猕猴桃标准化生产技术规程》进行种植管理。基地主要种植有美味猕猴桃和中华猕猴桃，其中美味猕猴桃按种植面积从大到小排列分别为秦美、金魁、翠香、徐香、亚特、海沃德；中华猕猴桃按种植面积从大到小排列分别为红阳、脐红、华优、黄金果、金艳。以上猕猴桃均于2019年10月25日采摘，采摘按陕西省地方标准《DB61/T 1117—2017猕猴桃采收技术规程》要求进行。

1.1.2 主要试剂

无水乙醇、丙酮、邻苯二甲酸氢钾、碳酸钙、碳酸钠、硝酸铝、氢氧化钠，天津科密欧试剂有限公司；草酸、标准抗坏血酸、酚酞、福林试剂、盐酸、2，6-二氯酚靛酚，西安化学试剂厂。

1.1.3 主要仪器

UV-2550紫外可见分光光度计，日本岛津仪器有限公司；TGL-10K台式离心机，上海安亭科学仪器厂；ZC-100C水浴恒温振荡器，常州冠军仪器制造有限公司；DW-86L490J超低温冰箱，海尔生物医疗有限公司；MHP-500HE大容量生化培养箱，常州润华电器有限公司；JYL-C01S九阳料理机，九阳股份有限公司；JI602电子称，梅特勒公司；WY06游标卡尺，汉中万目仪电有限责任公司；WZS-32手持糖度计，上海仪电物理光学仪器有限公司；HWS-26电热恒温水浴锅，上海一恒科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 原料处理

从采收的11个猕猴桃品种中各选取具有品种代表性的果实20个，去梗洗净，用滤纸蘸除果实表面水分，立即对其进行质量、果型指数测定[12]；其余果实按品种分类，分别用九阳料理机研磨打浆，置于-80 ℃超低温冰箱中保存备用。

1.2.2 不同品种猕猴桃外观指标测定

1.2.2.1 单果重

采用电子称称量，质量精度为0.01 g，每个品种随机选取10个果实，每个果实重复称量3次，求出每个品种果实的平均值。

1.2.2.2 果型指数

果型指数按果实纵径除以果实横径进行计算。采用游标卡尺测量果实的纵径和横径，每个果实重复称量3次，按计算方法得出猕猴桃的果型指数。

1.2.3 不同品种猕猴桃的理化指标测定

可溶性固形物(TSS)、可滴定酸、维生素C(VC)的测定均参照《果蔬采后生理生化实验指导》[13]中的方法进行测定；还原糖的测定按国标《GB 5009.7—2016食品安全国家标准 食品中还原糖的测定》[14]进行，每个指标重复3次。

1.2.3.1 不同品种猕猴桃的干物质含量

准确称取打浆猕猴桃浆液50.0 g，在105 ℃烘箱中将猕猴桃浆液烘干至恒重。烘干至恒重的猕猴桃残余量除以称量浆液，每个品种重复3次，计算得到猕猴桃干物质含量[15]。

1.2.3.2 不同品种猕猴桃的固酸比

可溶性固形物与可滴定酸的比值，反映猕猴桃的口感[16]。

1.3 猕猴桃品质指标主成分分析

整理11个品种猕猴桃的果实质量、果型指数、干物质含量、可溶性固形物(TSS)含量、VC、可滴定酸、还原糖、固酸比品质指标数据，采用SPSS 18.0软件的主成分分析程序进行数据分析，依据猕猴桃主成分分析特征向量系数构建的函数表达式计算各指标贡献率，得到不同品种猕猴桃的品质得分，进而分析评价不同品种猕猴桃品质。

1.4 数据处理

利用Excel 2016建立数据库，SPSS 18.0软件进行猕猴桃主成分分析。

2 结果与分析

2.1 猕猴桃品质测定结果

对陕南汉中地区主要栽培的11种猕猴桃的8个指标测定结果见表1。由表中的数据可知，不同品种的猕猴桃所测定的8个指标变异系数较大，不同品种猕猴桃品质指标差异性显著。指标中的干物质含量变异系数最小，为7.96%；指标中还原糖变异系数最大，为35.29%。

陕南地区的猕猴桃果实质量、果型指数、可溶性固形物、总酸主要品质指标检测结果与陕西关中地区所产同种猕猴桃品质指标差异不明显，不同品种间品质差异显著[12，17-18]。陕西省猕猴桃与其他省份的猕猴桃品质差异显著[15，19-20]。

表1 汉中主要栽培11种猕猴桃8个品质指标检测结果(n=3)

2.2 陕南汉中地区主要栽培猕猴桃品种的品质指标主成分分析

2.2.1 数据标准化

不同品种猕猴桃品质指标无明显规律，无法直接通过检测数据判断猕猴桃品质的优劣，检测分析所选择的猕猴桃品质指标单位、量程各不相同，不能直接采用数据进行对比分析。为避免单位、量程不同对评价结果判定干扰，采用SPSS 18.0软件对数据进行标准化处理，标准化数据处理用各检测指标的平均值核算，标准化处理后的结果见表2。

表2 品质指标标准化数据

2.2.2 主成分分析

将表2的数据按SPSS 18.0主成分分析方法进行数据处理，得到猕猴桃品质主成分的方差贡献率，结果见表3。

表3 猕猴桃品质主成分方差贡献率

依据SPSS计算，认为方差特征值大于1的为主成分，本次数据分析中有3个方差特征值大于1，3个主成分的方差贡献率分别为42.441%、20.952%、13.559%，这3个主成分的总方差贡献率为76.953%，具有一定的代表性。

方差贡献率表中显示第4个主成分的方差特征值为0.922，接近特征值1，其主成分的方差贡献率为11.526%，加上第4个主成分后总方差贡献率为88.479%，累计贡献率大于85%，更具有代表性，需要纳入主成分提取[14]；其他成分的特征值远小于1，且贡献率趋于平坦，代表性弱，不纳入主成分提取。因此本次实验设定提取贡献率大于85%的最少主成分作为主成分分析指标，提取得到4个主成分，其主成分载荷矩阵见表4。

主成分1的主要正相关因素有可溶性固形物、固酸比、VC、果型指数、干物质含量、还原糖含量。这些指标中，可溶性固形物的正向载荷最大，体现果实的营养和口感；其次载荷较大的是固酸比、果型指数和VC，固酸比是可溶性固形物与可滴定酸的比值，主要反映果实口感，果型指数反映果实的外形，VC是猕猴桃果实有效成分，反映猕猴桃果实的抗氧化活性。主成分1的主要负相关因素有可滴定酸、单果质量，酸度高、单果质量高对猕猴桃果实的综合评价起负作用。主成分1主要考察猕猴桃的营养和口感。猕猴桃果实TSS含量高、酸甜适口、果实大小适中、果型比例协调，则该猕猴桃果实评价得分就高，该评价结果与通常果实品质的评价结果一致。

表4 汉中主要种植的猕猴桃品质指标主成分载荷矩阵

主成分2的主要正相关因素有还原糖含量、可滴定酸含量、VC，正相关因素的载荷较大；负相关因素有果型指数和固酸比。主成分2主要考察了猕猴桃的可直接利用能量、酸度、VC，还原糖含量高、酸度适中、VC含量高则评分高。

主成分3的主要正相关因素有可滴定酸、果型指数、可溶性固形物，凸显了猕猴桃评价因素的主要风味物质和外形；负影响因素为干物质、单果质量、VC、固酸比、还原糖。主成分3的所有因素对应的载荷都趋向平缓，适当的果实酸度能够增强果实的风味，好的果实外形和较高的TSS含量能够提高果实评价得分。

主成分4的主要正相关因素有单果质量、还原糖含量、固酸比；单果果实质量与猕猴桃的产量相关，该指标与猕猴桃的口感、产量相关。

从以上4个主成分分析结果可知，猕猴桃的品质受可溶性固形物、VC、可滴定酸、还原糖、果型指数、单果质量影响较大，可溶性固形物、VC、还原糖含量高，并具有适当酸度的柱状长圆形，大小适中的猕猴桃果实品质良好。

2.2.3 猕猴桃综合评价

主成分特征向量系数按公式(1)计算：

(1)

构建得到主成分1、2、3、4的函数表达式，分别为

z1=0.49x1+0.48x2+0.36x3+0.35x4+0.32x5+0.27x6-0.15x7-0.29x8，

z2=0.02x1-0.25x2-0.26x3+0.12x4+0.45x5+0.58x6+0.50x7+0.24x8，

z3=0.29x1-0.13x2+0.41x3-0.44x4-0.22x5-0.03x6+0.63x7-0.31x8，

z4=0.18x1+0.28x2+0.21x3-0.27x4-0.442x5+0.40x6-0.21x7+0.68x8，

式中z1、z2、z3、z4分别代表第1、第2、第3、第4个主成分的特征向量权重值，x1、x2、…、x8分别为可溶性固形物、固酸比、VC、果型指数、干物质、还原糖含量、可滴定酸含量、单果质量的标准化处理数据。

猕猴桃主成分分析综合得分，由函数式(2)计算得到：

(2)

式中y为猕猴桃品质综合得分，t1、t2、t3、t4分别为主成分1、2、3、4的主成分特征值。

将数据代入后即得综合品质得分计算式为

y=0.48z1+0.24z2+0.15z3+0.13z4。

(3)

将每个猕猴桃品质指标的标准化处理数据代入函数式算出z1、z2、z3、z4，再依据式(3)计算出11种猕猴桃的综合得分，并排序，得到表5。

表5 汉中主要种植的11种猕猴桃主成分因子得分及排序表

由结果可见，主成分1、2在猕猴桃品质评价中起关键作用，即猕猴桃的可溶性固形物、可滴定酸、VC含量对猕猴桃的品质具有显著影响，该结果与猕猴桃传统的感官评价和直观数据分析评价结果保持一致[15-16]。传统的感官评价或直观数据分析评价，受感官影响大，分析评价的结果主观性强，且对多指标、不同量纲数据无法协调处置[19]。主成分综合分析涉及到的评价指标更多，将不同量纲、量程的猕猴桃品质分析数据进行了特征向量系数解析，并构建主成分函数表达式，计算各品种猕猴桃产品的得分，通过得分高低区分猕猴桃的品质，将感性的指标数字化排列，评价更理性客观。

陕南地区种植的猕猴桃品种中，中华系猕猴桃“脐红”“红阳”，美味系猕猴桃“徐香”“翠香”品质较好；中华系猕猴桃“脐红”的品质优势明显；陕南主要栽培种植的猕猴桃品种，中华猕猴桃与美味猕猴桃好品质品种各占一定比例；中华系猕猴桃品种对比美味系猕猴桃品种在品质上无特别优势。

3 结论与讨论

通过对陕南地区11种猕猴桃的品质指标主成分分析，得到4个主成分，第1主成分由可溶性固形物、固酸比、VC、果型决定；第2主成分由还原糖含量、可滴定酸、VC决定；第3主成分由可滴定酸、果型、可溶性固形物决定；第4主成分由单果质量决定。数据分析中发现采用特征值大于1作为主成分分析得到的最终结果排序，与本文采用的总贡献率大于85%的最少主成分分析得到的结果排序一致，说明本次实验的前3个主成分就能有效代表猕猴桃品质，第4主成分的贡献结果与前3个主成分分析贡献保持一致。对于其他分析评价实验或水果品质评价结果，采用特征值大于1和总贡献率大于85%可能会有差异，进行主成分分析时需要注意选择。

陕南自古就有利用猕猴桃资源的传统，种植的猕猴桃品种众多，在猕猴桃品种选育、推广种植的过程中也对单果质量、果肉颜色、平均VC含量、可溶性固形物、果形、农残指标、外观指标、环境及管理技术进行评价筛选[15-16]，但评价多为单一对比，感官性、描述性较多[17-18]，对猕猴桃品种优选指导性不强。采用主成分综合分析评价，可以理性的对猕猴桃品质进行评价，更利于指导猕猴桃品种筛选、品质改良。主成分综合分析评价方法对其他水果、农产品的品质分析具有参考。

猕猴桃是陕西农业经济主体的重要组成部分，秦岭南北均为猕猴桃适生地，现关中地区主推美味猕猴桃系列[17]，陕南猕猴桃品种布局应该与关中地区错位发展，充分利用陕南是中华系猕猴桃的原产地，猕猴桃上市时间较关中地区早15～20 d的优势，大力推广早熟猕猴桃品种，主推适宜栽培、抗逆性强、树势旺、耐储藏的中华系红肉猕猴桃“脐红”“红阳”，适度发展“徐香”“翠香”等美味系猕猴桃。