基于主成分分析法的不同品种黄瓜综合品质分析与评价

高珏晓，郭 莹，徐蓓蓓，王仁杰，王兴翠，李美芹*，张 云

（1.全国蔬菜质量标准中心，山东 寿光 262700；2.潍坊科技学院，山东 寿光 262700；3.寿光日报传媒有限公司，山东 寿光 262700)

黄瓜（L.），别名胡瓜，属葫芦科甜瓜属1年生攀缘草本植物，以其新鲜的风味，酥脆的口感和丰富的营养而受到消费者的喜爱。当前，人们对黄瓜品质的认知主要限于商品品质，即黄瓜的外观和形状，但其风味品质和营养品质其实更重要。

不同学者对黄瓜营养品质的看法不尽相同。乔宏宇发现黄瓜的粗蛋白、维生素C、可溶性糖和可溶性固形物占营养品质的94.48%，其中可溶性固形物对营养品质有重要影响。柯勇等认为黄瓜的品质指标主要包括可溶性固形物、可溶性糖、维生素C、蛋白质、干物质和硬度。但王立霞等指出，黄瓜的营养品质指标除了可溶性固形物、可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C、游离氨基酸外，还包括可滴定酸、硝酸盐和鞣质。此外，黄瓜风味与其独特的香气和一些非挥发性物质密切相关。影响风味的非挥发性物质主要是指可溶性糖、可溶性固形物、有机酸、维生素C、单宁等。黄瓜风味品质测定主要依靠感官评价和仪器测定。感官评价可以从香气、味道和喜好等方面全面评估果实品质，但存在易受感官评价人员主观因素影响的缺点。仪器测定主要用于定性和定量分析营养元素、色素和有毒物质的含量，比如维生素C、有机酸、矿物质、硝酸盐等。

目前，国内对黄瓜品质的研究重点大多在于施肥方法、砧木嫁接、栽培基质等对果实品质的影响上，很少通过综合黄瓜的营养和风味品质来对黄瓜品质开展评价。本研究选取10个不同外形、营养、风味的黄瓜品种，对其可溶性糖、果糖、葡萄糖等12个品质指标进行仪器测定，分析各指标间的差异性和相关性，并通过主成分分析对黄瓜的风味品质进行排名，为初步开展黄瓜品质评价工作提供了思路和方向。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试品种

供试10个黄瓜品种的名称、特性及其来源见表1，统一种植于全国蔬菜质量标准中心研发基地，5月14日起陆续采收。

表1 供试黄瓜品种特性及来源

1.1.2 仪器与设备

日本ATAGO公司PAL-1手持型糖度仪，购自广州市爱宕科学仪器有限公司；UV5200PC紫外分光光度计，购自上海元析仪器有限公司；YS6060台式分光测色仪，购自深圳市三恩时科技有限公司；气相色谱-质谱联用分析仪（GC-MS）ISQ，购自赛默飞世尔科技公司。

1.2 试验方法

1.2.1 品质指标测定

每个品种随机挑选达到食用程度的外观新鲜整齐的10条黄瓜，切块后用组织捣碎机搅碎，用于指标测定，每项指标重复3次。可溶性固形物含量参照NY/T 2637—2014测定；可溶性糖含量参照NY/T 1278—2007测定；总酸含量参照GB/T 12456—2021测定；维生素C含量参照GB 5009.86—2016中的2,6-二氯靛酚滴定法测定；蛋白质含量参照GB 5009.5—2016中的分光光度法测定；单宁含量参照NY/T 1600—2008测定；葡萄糖、果糖、蔗糖、柠檬酸、苹果酸以及氨基酸的含量参照张红艳等的方法测定。

1.2.2 各指标差异性和相关性分析

利用SPSS 16.0对黄瓜的12个品质指标进行差异显著性分析，利用Pearson相关分析法进行相关性分析。

1.2.3 各指标主成分分析

指标间存在显著差异且存在一定相关性，进行主成分分析才有意义。将10种黄瓜的9个风味品质指标利用SPSS 16.0中的因子分析进行主成分分析，得到其kmo＝0.586＞0.5，显著性为0.000，故适合做主成分分析。

为了更好地解释各品质指标与主成分因子之间的关系，将所提取的主成分因子进行旋转处理，其载荷值大小反映各变量在主成分中的重要程度。为了消除不同单位和数据的影响，必须对各指标原始数据进行标准化处理，构建2个主成分模型，用2个新的综合指标来代替原来的9个品质指标对不同品种黄瓜品质进行评价，得到黄瓜中前2个主成分的得分函数表达式。

式中，F1代表第1主成分，F2代表第2主成分。1代表果糖原始数据标准化以后的数值，以此类推，2代表葡萄糖，3代表可溶性糖，4代表苹果酸，5代表氨基酸，6代表蔗糖，7代表柠檬酸，8代表单宁，9代表维生素C。

对各得分值与相应特征值的方差贡献率的乘积累加，得出不同黄瓜品种综合评价指数F（F＝0.656F1＋0.155F2），以此来评价不同黄瓜的综合品质。

1.3 数据分析

采用SPSS 16.0和Excel 2010对数据进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 品质指标差异性分析

从表2可以看出，可溶性固形物所占比重较高，是评价黄瓜品质的主要指标，不同品种黄瓜可溶性固形物含量介于3.7%～5.0%，变异系数为9.00%，说明品种间有一定差异；可溶性固形物含量最大的是维纳斯，其次是托尼102、优美和玉女。10种黄瓜可溶性糖含量变化区间为1.74%～2.36%，果糖含量变化区间在1 435.04～2 701.88 mg/kg，葡萄糖含量变化区间是1 385.56～2 960.22 mg/kg，蔗糖含量变化区间是567.29～712.42 mg/kg，其中果糖含量和葡萄糖含量的变异系数分别为20.97%和25.13%，都高于20%，说明品种间的差异较大，可溶性糖含量和蔗糖含量变异系数分别为10.52%和7.37%，说明品种间有一定差异。可溶性糖、葡萄糖和果糖含量最高的品种均是绿宝，其次是维纳斯和托尼102，可溶性糖含量最低的是德瑞特975，葡萄糖、果糖含量最低的均是甘脆1号；蔗糖含量最高的品种是玉女，其次也是维纳斯和托尼102，含量最低的是金童。

反映黄瓜酸味的指标包括总酸、苹果酸、柠檬酸。如表2所示，总酸含量的变化区间为0.88～1.24 g/kg，变异系数为9.97%；苹果酸含量的变化区间是206.60～398.78 mg/kg，变异系数为18.36%；柠檬酸的含量变化区间是155.52～167.76 mg/kg，变异系数为2.55%。苹果酸的变异系数较大，说明品种间差异较大；苹果酸含量最高的品种是绿宝，其次是玉女和维纳斯，含量最低的是甘脆1号。柠檬酸的变异系数较小，说明品种间差异很小。

反映黄瓜涩味的指标为单宁，单宁含量的变化区间是96～140 mg/kg，变异系数为10.25%，说明品种间存在一定差异，单宁含量最高的品种是维纳斯，最低的是金童（表2）。

维生素C含量变化区间是95.4～163.0 mg/kg，变异系数为16.69%，说明品种间存在一定差异；维生素C含量最高的是维纳斯，其次是绿宝和甘脆1号，含量最低的是传奇778。蛋白质含量的变化区间是1.02%～1.47%，变异系数为11.40%，品种间存在一定差异；蛋白质含量最高的是优美，其次是维纳斯和金童，含量最低的是甘脆1号。氨基酸含量的变化区间是369.00～450.41 mg/kg，变异系数为6.95%，品种间有一定差异；含量最高的是绿宝，其次是托尼102和维纳斯，含量最低的是甘脆1号（表2）。

表2 黄瓜品质指标差异性分析

2.2 品质指标相关性分析

如表3所示，首先，可溶性固形物含量与可溶性糖、果糖、葡萄糖、蔗糖含量均呈显著正相关，可溶性糖含量与果糖、葡萄糖含量均呈极显著正相关，与蔗糖含量呈显著正相关，说明糖的各分项与可溶性固形物、可溶性糖密切相关；其次，苹果酸含量与可溶性糖、果糖、葡萄糖含量均呈极显著正相关，与蔗糖含量呈显著正相关，柠檬酸含量仅与可溶性糖呈显著正相关，总酸含量与各类糖含量不相关；维生素C含量与可溶性固形物、可溶性糖、蔗糖均呈显著正相关，说明维生素C含量越高的品种，其口感越甜；另外，氨基酸与可溶性糖、果糖、葡萄糖均呈极显著正相关，与苹果酸呈显著正相关，说明氨基酸含量与黄瓜甜味有关的指标密切相关。

表3 黄瓜品质指标相关性分析

2.3 品质指标主成分分析

表4所示的2个主成分的特征值均大于1，第2主成分F2累计方差贡献率为81.157%（＞80%），能够代表所有指标的绝大部分信息，且综合反映10种黄瓜品种的果实风味特性，可以作为评价黄瓜风味的综合指标。

表4 主成分的特征值和贡献率

主成分在各品质指标上旋转后的成分矩阵分析结果见表5。第1主成分主要综合了果糖、葡萄糖、可溶性糖、苹果酸、氨基酸（＞0.8）等，反映了黄瓜甜鲜味的良好口感品质。第2主成分主要是单宁，反映了黄瓜涩味，即不良口感品质。

表5 主成分在各品质指标上旋转后的成分矩阵

为消除不同单位和数据的影响，必须对各指标的原始数据进行标准化处理，转化成均值为0、标准差为1的无量纲数据，结果如表6所示。

表6 不同品质指标原始数据的标准化无量纲数据

不同品种黄瓜品质预测评价结果如表7所示，结果表明综合评价指数（F）排名前3位的依次是维纳斯、绿宝和托尼102，得分最低的品种是德瑞特975。

表7 不同黄瓜品种品质预测评价结果

3 结论与讨论

本试验探究了10种黄瓜的营养品质和风味品质的差异性，并对所有的品质指标进行相关性分析，对反映黄瓜风味的指标进行主成分分析，筛选了最佳风味的黄瓜品种。结果表明，可溶性固形物含量最大的是维纳斯，其次是托尼102、玉女和优美，最低的是德瑞特975。鲜食黄瓜会有甜味，是因为可溶性糖含量较高。可溶性糖是部分蔬菜和水果的重要营养组成部分，也是衡量果实甜度和风味的一个重要指标。可溶性糖的主要成分有葡萄糖、果糖和蔗糖。在本试验中，可溶性糖、葡萄糖和果糖含量最高的品种均是绿宝，其次是维纳斯和托尼102，最低的分别是德瑞特975、甘脆1号和甘脆1号；蔗糖含量最高的品种是玉女，其次也是维纳斯和托尼102，最低的是金童。其中，葡萄糖和果糖含量的变异系数都高于20%，说明品种间的差异较大。相关性分析结果表明，可溶性固形物含量与果糖、葡萄糖、蔗糖、可溶性糖含量均呈显著正相关，可溶性糖含量与果糖、葡萄糖含量均呈极显著正相关，与蔗糖含量呈显著正相关。

有机酸在水果和部分蔬菜中也是重要组成部分。参试10种黄瓜中总酸含量最高的是金童，其次是维纳斯和甘脆1号，最低的是德瑞特975。总酸含量与各类糖含量不存在显著相关性，苹果酸含量在各品种间的差异较大，变异系数为18.36%，含量最高的品种是绿宝，其次是玉女和维纳斯，最低的是甘脆1号。相关性分析结果显示，苹果酸含量与果糖、葡萄糖、可溶性糖含量均呈极显著正相关，与蔗糖含量呈显著正相关；相反，各品种间柠檬酸含量差异不明显，其仅与可溶性糖呈显著正相关。有研究表明柠檬酸高的品种，酸味更加浓郁，而苹果酸则能够增强人体口腔对甜味的感知。单宁含量最高的是维纳斯，其次是传奇778和德瑞特975，最低的是金童。由美千惠认为黄瓜果实呈现涩味是因为植物体内的单宁所导致的，但王立霞等认为鞣质是鲜食果蔬中涩味的主要来源。

由于人体不能合成维生素C，因此在日常的饮食中摄入维生素C对人体非常重要。本试验表明，维生素C含量在各品种间均存在差异。维生素C含量最高的是维纳斯，其次是绿宝和甘脆1号，最低的是传奇778。相关性分析显示，维生素C含量与可溶性固形物、可溶性糖、蔗糖均呈显著正相关，说明维生素C含量越高的品种，其口感也越甜。这与张秀荣等对8个华南型黄瓜品种的研究结果正好正相反，这可能与黄瓜品种类型、种植地理位置及土壤环境不同有关。

蛋白质含量最高的是优美，其次是维纳斯和金童，最低的是甘脆1号。氨基酸含量在品种间差异较小，含量最高的是绿宝，最低的也是甘脆1号。氨基酸不仅维持着人体必要的生理活动，而且在食品的风味里也占据不可或缺的位置，呈现出不同的风味，从而影响食物口感；另外，氨基酸含量与其蛋白质含量存在联系，氨基酸含量不足或者过剩会导致蛋白质营养作用下降。本试验中氨基酸含量与可溶性糖、葡萄糖、果糖含量均呈极显著正相关，与苹果酸呈显著正相关，说明氨基酸含量的高低也影响人们对黄瓜甜味的感知。这与樊勇等的研究结果相近。

最后，将反映黄瓜风味的品质指标进行主成分分析后发现，第1主成分主要综合了可溶性糖、果糖、葡萄糖、氨基酸等良好口感品质，第2主成分为单宁，即不良口感品质。通过计算和综合排名后，发现风味品质前3位的是维纳斯、绿宝和托尼102，这3个品种的可溶性糖、葡萄糖、果糖和氨基酸含量均排名前3；风味排名第1的是维纳斯，其所有品质指标值都排名前3，风味排名最后的德瑞特975，有5个品质指标值都排名最后，说明该评价方法和评价指数能在一定程度上反映黄瓜的综合品质。

高佳等对比分析了8个黄瓜品种在成都地区的采后外观、营养和风味品质性状，最后经隶属函数分析进行了综合品质排序。苗妍秀等也曾采用隶属函数从生长、叶片和果实等方面对黄瓜的综合品质进行分析。虽然陈银根对黄瓜果实可溶性糖含量的遗传效应进行了初步研究，但目前尚无对黄瓜果实品质指标中的果糖、蔗糖、苹果酸、柠檬酸等进行差异性和相关性分析的详细研究，也少有研究通过主成分分析的方法分析黄瓜的风味指标对综合品质的影响，除可溶性固形物、可溶性糖、维生素C、蛋白质等营养品质外，本研究重点关注了影响黄瓜风味的各种糖、各种酸、氨基酸和单宁等指标，更侧重于从消费者口感的角度来评价黄瓜品质。在下一步的研究中，若能针对普通消费者开展感官评价并进行综合分析，将促使黄瓜果实品质得到更加科学和全面的评价。