5份榴莲蜜种质果实品质的主成分分析及综合评价

郭清云，陈 哲，吴凤芝，王祥和，范鸿雁，冯学杰，胡福初

(海南省农业科学院热带果树研究所/海南省热带果树生物学重点实验室/农业农村部海口热带果树科学观测实验站，海口，571100)

榴莲蜜Artocarpusinteger(Thunb.) Merr.，也叫尖蜜拉，属桑科木菠萝属植物，原产马来西亚，目前主要种植于东南亚地区，国内在海南、福建、广西、广东和云南均有少量栽培，是一种新兴热带果树[1]。榴莲蜜果肉含有较丰富的碳水化合物、蛋白质、维生素C和膳食纤维等物质[2]，果实风味较菠萝蜜优，携带方便(单果质量仅2～4 kg)，且食用方便[3]，未来市场消费潜力巨大。从20世纪60年代起，中国热带农业科学院香料饮料研究所多次引种榴莲蜜，中国科学院西双版纳热带植物园于1979年先后3次从马来西亚和墨西哥引进，均能够正常生长和开花结果[1，4]。陶挺燕等[5]自2000年不断开展了种质资源保存、鉴定评价及引种试种研究，陆续筛选出一系列丰产、稳产、综合品质优良的榴莲蜜种质资源。主成分分析是利用降维的思想，将多个变量转化为少数几个不相关的综合变量的多元统计方法，其目的是在损失较少信息前提下，通过降维去除相互重叠信息[6-7]，已被广泛应用于果树果实品质指标筛选和品质综合评价研究[8-10]。目前有关榴莲蜜品质的研究多集中在某个或几个指标上，而欠缺对多个榴莲蜜种质品质指标及品质综合评价的研究[4]。因此，本试验以5份榴莲蜜种质为研究对象，综合评价分析榴莲蜜果实外在及内在品质，筛选影响榴莲蜜品质的重要核心品质指标，为进一步完善榴莲蜜品质评价体系、优良榴莲蜜种质资源创新、优良品种培育及其产业化发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

5份榴莲蜜种质分别为多异1号、多异2号、多异3号、多异4号和多异5号，均种植于海南省农业科学院永发果树科研创新基地，东经109°5′～110°15′，北纬19°23′～20°1′，每株树随机选择成熟度基本一致且无病虫害果实3个，重复3次，共计果实45个，采回果实放置室温条件下自然成熟，每个果实取一部分果苞用于外观品质测量，另取一部分果苞用于内在品质测定。

1.2 测定指标及方法

果苞大小和质量：每个果实分别选取果苞10个用分析天平称量单苞质量和单苞果核质量，用游标卡尺测量果实果皮厚度，用刻度直尺测量果实纵横径长度，计算果形指数(果形指数=果实纵径/果实横径)。

色差：采用全自动色差仪测定，颜色变化主要以L*、a*、b*表示，每个果实沿果肉表面赤道测6个点，取平均值。

可溶性固形物含量：用纱布包裹果苞挤取适量果汁滴加在数显糖度计的检测镜上测定。

糖类、可溶性蛋白质和可滴定酸含量：取适量果苞去除种子，经液氮速冻后打碎混匀，分别称取不同榴莲蜜种质果肉各1～2 g混合样，分别加入25 mL水研磨至匀浆，匀浆转入50 mL离心管，90 ℃水浴30 min，期间搅拌2～3次，冷却至室温后，4 000 r/min离心10 min，取上清液5 mL待测。可溶性总糖含量采用硫酸-蒽酮比色法[11]，还原糖含量采用3，5-二硝基水杨酸比色法[11]，可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250染色法[11]测定，可滴定酸含量测定参照文献[12]。

1.3 数据分析

利用SPSS Statistics 19.0 软件对数据进行主成分分析，利用Origin 2019b软件对数据进行聚类分析。为消除不同指标量纲和数量级的差异，在使用SPSS Statistics 19.0和Origin 2019b软件前，依据隶属函数对原始数据进行标准化处理[8，3]。正相关指标(单苞质量，色差L*、a*、b*，果形指数，可溶性固形物，糖酸比，可溶性总糖，还原糖和可溶性蛋白质)依据公式(1)，负相关指标(单苞果核质量、果皮厚和可滴定酸)依据公式(2)。依据公式3得到主成分得分Fj，综合分值Dn的计算以相应主成分的贡献率Ej为权重，通过公式(4)得到。

2 结果与分析

2.1 外观品质和内在品质

由表1可以看出，5份榴莲蜜种质的外观品质，即单苞质量、单苞果核质量、果皮厚、果形指数和色差a*有显著性差异，变异系数均在20%以上。榴莲蜜单苞平均质量和单苞果核平均质量分别为36.01 g和11.49 g，其中多异2号的单苞质量和单苞果核质量均最大，分别为56.84 g和16.12 g，显著高于其他4份榴莲蜜种质。5份榴莲蜜种质果皮厚的变异系数为53.57%，差异最大，其中多异1号和多异5号的果皮厚显著高于其他3份种质。5份种质的果形指数范围为1.20～2.36，均为长圆形，平均值为1.95；其中多异3号、多异4号和多异5号的果形指数较大，三者间差异不显著，多异1号和多异2号较小，两者间差异不显著。色差L*范围为67.51～69.11，5份种质间无显著性差异；色差a*范围为4.60～13.08，其中多异1号色差a*最大，显著高于其他4份种质；色差b*范围为40.00～50.55。

表1 5份榴莲蜜种质果实外观性状和内在品质比较

5份榴莲蜜种质中，可溶性固形物和可溶性总糖含量以多异5号最高，分别为30.97%和27.07%，多异2号、多异3号和多异4号居中，三者之间差异不显著。5份种质的可滴定酸含量极低且无显著性差异，平均约为0.84%。还原糖含量范围为2.28%～13.71%，以多异1号和多异4号较高，显著高于其他种质；其次是多异2号和多异5号，显著高于多异3号。糖酸比是判断果实风味的重要指标，5份种质糖酸比范围为22.90～44.52，以多异3号的糖酸比最高，多异1号最低。可溶性蛋白质含量差异显著，多异1号最高，为4.32 mg/g，多异5号适中，为3.35 mg/g;多异2号、多异3号和多异4号偏低，不超过2.80 mg/g。

2.2 品质指标相关性分析

由表2可以看出，单苞质量与单苞果核质量及色差b*呈极显著正相关，单苞果核质量和单苞质量分别与果形指数呈显著或极显著负相关，表明果实单苞质量越大时，单苞果核质量和色差b*显著增加，而果形指数显著降低。果形指数与色差b*之间呈极显著负相关。可溶性固形物、可溶性总糖和糖酸比三者之间呈显著或极显著正相关，表明可溶性固形物含量显著影响可溶性总糖含量和糖酸比变化。可滴定酸和还原糖都与糖酸比呈极显著负相关，而可滴定酸与还原糖呈显著正相关，说明可滴定酸和还原糖相互协同负向影响榴莲蜜风味(甜味)。

表2 榴莲蜜品质指标间的相关性分析

2.3 品质指标主成分分析及综合评价

综合榴莲蜜的外观和内在品质，发现5份种质的品质指标存在很大差异，无法直观表示每个种质的综合指标。因此，采取主要成分方差贡献率进行对比和综合评价。由表3可以看出，前3个主成分(特征值>1)的累积方差贡献率为92.690%，表明前3个主成分所构成信息占总信息的92.690%，基本包含了榴莲蜜品质的全部信息，可用前3个主成分对其品质进行综合评价。前3个主成分中，第1主成分的方差贡献率为43.052%，反映了榴莲蜜品质的43.052%的信息，决定第1主成分大小的主要是可溶性总糖、可溶性固形物和糖酸比，主要反映榴莲蜜风味品质，说明风味品质在榴莲蜜品质评价中具有重要的作用。第2主成分的方差贡献率为29.456%，反映了榴莲蜜品质的29.456%的信息，决定第2主成分大小的主要是单苞果核质量和单苞质量，主要反映榴莲蜜的外观品质。第3主成分的方差贡献率为20.182%，反映了榴莲蜜品质的20.182%的信息，决定第3主成分大小的主要是色差b*，主要反映榴莲蜜果肉的色泽品质。

表3 5份榴莲蜜种质品质指标的主成分载荷矩阵和特征向量

根据表3的结果，以3个主成分代表13个品质指标所表达的信息，建立不同榴莲蜜种质品质的评价模型，根据特征向量与相对应指标的标准化数据乘积再相加，得到3个主成分得分函数表达式：F1=0.019X1-0.050X2+0.160X3-0.332X4-0.334X5-0.230X6+0.190X7+0.373X8+0.270X9+0.363X10+0.395X11-0.239X12-0.322X13；F2=-0.459X1+0.486X2-0.308X3-0.238X4+0.288X5-0.128X6+0.340X7-0.066X8+0.197X9+0.128X10-0.053X11-0.193X12+0.296X13；F3=0.257X1+0.138X2-0.207X3+0.244X4+0.086X5+0.494X6-0.363X7+0.007X8+0.381X9+0.277X10+0.088X11-0.443X12+0.056X13。以主成分贡献率为权重，得到综合评价分值：Dn=43.052%F1+29.456%F2+20.182%F3。综合评价分值(Dn)反应了榴莲蜜品质优劣程度，综合分值越高，表明该榴莲蜜种质的品质越好，结果见表4。多异3号的综合分值(1.884)最大，表明其综合品质最佳，各品种综合品质从高到低依次为多异3号、多异5号、多异2号、多异1号和多异4号。

表4 5份榴莲蜜种质主成分分析得分

2.4 品质指标聚类分析

利用榴莲蜜的13项品质指标数据标准化处理结果，采用系统聚类分析方法，以Euclidean 平方距离为距离类型，以平均为聚类方法，得到聚类树状图。从图1可以看出，当距离为1.5时，13项品质指标可划分为3类，第一类聚集了单苞质量、果皮厚和还原糖。第二类聚集了果形指数、可溶性固形物、可溶性总糖、可滴定酸和糖酸比。第三类聚集了单苞果核质量、色差a*、可溶性蛋白质、色差L*和色差b*。结合相关性分析和主成分分析，可溶性固形物分别与糖酸比和可溶性糖呈显著或极显著正相关，且可溶性固形物的测定方法操作简便，故可溶性固形物可代表可溶性糖和糖酸比两者的信息。色差b*和单苞果核质量聚为一类，但由于色差b*以第3主成分的载荷最大，且与单苞质量呈极显著相关，所以最终确定可溶性固形物、单苞质量和单苞果核质量可作为榴莲蜜品质性状评价的主要指标。

图1 5份榴莲蜜种质品质指标聚类

3 结论与讨论

果实品质包括外观品质、内在品质、贮藏品质和加工品质，果实内在品质是果实商品性的重要标志[13-14]。任新军[4]报道榴莲蜜果形指数为2.08，单个种子重10.2～11.9 g，果肉可溶性固形物含量为25%，总糖含量为38.6%，酸度是0.15%。与本研究测定结果不同，除了测试品种不同外，还可能与栽培环境以及管理措施有关。本研究发现，5份榴莲蜜种质果实各品质指标的变异系数存在较大差异，变异系数最大可达53.57%，反映榴莲蜜各种质之间存在较大的遗传差异。除了遗传差异外，园区土壤类型及质地、气候条件、果园管理条件、树龄、着果部位等因素均会导致果实品质差异[8]。不同榴莲蜜种质果实品质不同，进行果品综合评价时往往需要测定一系列品质指标，操作繁琐耗时。指标间又具有不同程度的相关性，简化品质指标并找到几种核心品质指标对提高果实品质综合评价效率具有重要意义。

李檐堂等[15]通过单果质量、可溶性固形物质量分数、水分质量分数等22项指标评价陕西安康地区10份日本引种枇杷果实的品质特性，发现枇杷果实品质指标间存在一定的相关性，而通过主成分分析可以简化指标。刘科鹏等[8]运用相同方法找出“金魁”猕猴桃果实品质综合评价的4 个主成分，揭示不同园地“金魁”猕猴桃果实品质的差异。刘丙花等[16]研究指出主成分分析法和聚类分析法对22个蓝莓品种的鲜食和加工特性评价分类结果较为一致，两者均可用来综合评价不同蓝莓品种果实品质优劣。本研究基于5份榴莲蜜种质的13项果实品质指标，通过主成分分析建立了不同榴莲蜜种质品质的综合评价模型，能客观反映5份种质果实品质优劣。5份种质中，多异3号和多异5号的综合排名靠前，多异4号排最后。通过观察及分析比较，综合排名靠前的种质单苞果核较小，可溶性固形物、糖酸比及总糖含量较高，还原糖含量较低，对第1主成分和第2主成分的贡献均最大，故品质最好。为进一步简化品质指标，本研究又结合相关性分析和聚类分析方法，最终确定可溶性固形物、单苞质量和单苞果核质量可作为评价榴莲蜜品质的主要指标，其中可溶性固形物和单苞质量为正向评价指标，单苞果核质量为负向评价指标，在生产中可通过这3个品质指标快速地从风味、外观及品质3个方面区分榴莲蜜种质品质的优劣。另外色差b*可作为评价榴莲蜜色泽品质的主要指标，色差b*值越大，反映果肉黄色增加，更能吸引消费者。

糖酸是反映果实风味品质的重要指标，果实风味品质受糖和酸含量以及组分比例所决定[17]。主成分分析表明总糖、可溶性固形物及糖酸比是决定主成分1大小的主要指标，其中5份种质的糖酸比存在显著性差异，而有机酸含量差异不显著，因此不同种质间果实糖酸比差异主要取决于糖含量。不同品种果实总糖含量和糖分组成不同，甜度就存在一定差异，这直接影响果实鲜食口感[18]。李珂等[19]研究指出，苹果中果糖和蔗糖占比越高，苹果越甜。陆育生等[20]发现甜黄皮种质平均还原糖含量最高，而蔗糖含量则是甜酸黄皮种质最高。5份榴莲蜜种质的可溶性总糖含量几乎无显著性差异，而还原糖含量差异显著，水果中可溶性总糖与还原糖一般呈正相关，本文初步发现可溶性总糖与还原糖呈负相关，但不显著。由于5份种质的还原糖含量变异系数近50%，差异较大，可能对结果分析造成较大的误差，后续还要考虑增加多个种质进行品质分析。另外，榴莲蜜的近属种质菠萝蜜中糖类以蔗糖为主[21]，所以为了更好地分析几种糖之间的关系，后续将采用色谱法对糖类进行详细测定分析。依据5份种质的综合得分，排名靠前的种质的还原糖含量显著低于排名靠后的种质。因此影响榴莲蜜风味差异的主要因素可能是还原糖含量，但具体是哪一种还原糖占主导作用以及不同糖酸组成比例对榴莲蜜风味的影响还有待进一步研究。

基于现有试验条件以及现有的品质指标试验数据，本研究对5份榴莲蜜种质的果实品质进行综合评价，为今后榴莲蜜品质评价体系的建立以及木菠萝属植物品质快速鉴定提供参考；但由于主成分分析中只涉及理化指标对品质综合评价的影响，具有一定的局限性；今后需采用多维度评价方法对榴莲蜜品质进行更完整的综合评价，如市场问卷调查、感官评价或专家评分等。