基于质构仪的三华李果实质地品质评价

潘秋玲，李芳，江芷欣，黄建昌，宋雯佩，马焕基，李娟，李彩琴

（1仲恺农业工程学院园艺园林学院，广州 510225；2广东省德庆林场，广东肇庆 526638）

0 引言

三华李是蔷薇科李属植物，广泛分布在华南亚热带地区，是广东省第一大落叶果树。三华李果实口感酸甜，果肉脆爽，富含多种矿质元素和维生素等营养物质，老少皆宜[1]；不仅可供鲜食，还可用于制成果铺、果酱、榨汁、酿酒等，经济价值高。三华李是一种不耐贮藏的水果，口感品质是衡量三华李商品性的重要因素。果实质地是果蔬品质最重要的属性，是直接影响消费者口感和可接受程度的主要因子[2-4]。果实的许多特性，如硬度、糯性、脆性、嚼劲、汁水含量等都与果实质地相关[5-7]。目前对于果实质地测定的方法主要有2种，一种是感官评价，通过人为感知或简单小仪器得出评价，这种方法主观性强，重复性差；另一种则是通过质构仪利用力学方法反映质地特征，兼具灵敏度和客观性的优点，是目前果蔬质地测定最广泛使用的方法。这种方法可以根据果蔬自身的特点选取测试探头，编辑特定的运行程序得到多个质地指标[8]。目前，质构仪已广泛应用于苹果[9]、葡萄[10]、荔枝[11]、橄榄[12]、无花果[13]、鲜枣[14]、桑葚[15]、甜柿[16]、桃子[17]、百香果[18]等多种园艺作物的果实质地分析。利用质构仪对果蔬质地进行分析最常用的方法有质地多面分析法(texture profile analysis，TPA)和整果穿刺法[19]，即直接通过探头按照给定的速度或者压力，下压或者穿刺得到反映果蔬质地特性的数据[20]。例如，姜建福等[10]利用质构仪TPA 法对290 份不同葡萄种质果肉质地进行了评价，发现鲜食葡萄果肉质地硬度显著高于酿酒葡萄和制汁葡萄，弹性和硬度是反映葡萄果肉质地的重要指标。张翔宇等[21]对10个不同品种的葡萄进行质构仪穿刺测试，发现果皮硬、果形圆润的葡萄品种（如‘巨峰’、‘红提’、‘意大利’）口感脆而有落差感；果形较长的葡萄品种（如‘马奶’、‘美人指’）口感较有韧性；形状大小相似、单果粒重、果形较大较圆润的葡萄更耐运输。郭华等[22]对‘脆玉’桃进行穿刺实验，发现果皮穿刺硬度、果皮韧性、果肉坚实度、果肉纤维指数可作为参数评价‘脆玉’桃的质地。田青兰等[19]利用整果穿刺法和TPA法对5个品种西番莲成熟果实的果皮进行质构特性分析，得出整果穿刺法较TPA法更适合西番莲果皮质构分析，穿刺硬度、硬度形变量、穿刺果皮做功、粘力和粘性均可以作为反映西番莲果皮质地的参数。

质构仪是一种可以对果蔬品质做出客观评价的感官化测量仪器，检测结果客观、准确且可数据化，易操作，可有效避免出现主观性误差[23]。在果蔬行业中，可以通过检测果蔬果皮、果肉的硬度，为果蔬的保鲜、储藏以及运输提供科学依据[20]。目前，有关三华李质地品质评价分析鲜少报道。本研究拟以三华李成熟果实为试材，利用质构仪的整果穿刺试验法进行穿刺，优化贯入距离、贯入速度、接触力、果实穿刺部位等参数，以期在优化三华李质构测定条件的基础上，建立一套标准、规范的三华李果实质地品质检测方法，为三华李果实质地差异性评价提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试品种为‘麒麟’三华李，样品于2022 年6 月采自广东省肇庆市封开县。试验果园地立地条件和田间管理水平相对较高，选择样品树3～5 株，均为生长健壮、能正常开花结果的成年结果树。每株树冠外围东南西北方向随机采集果形端正、成熟度一致、个头匀称、无病虫害、无机械损伤或腐烂的果实，以每株的随机方位采摘符合标准的果实270 个，放置于塑料泡沫盒中迅速带回实验室进行果实质地各项指标的测定。

1.2 仪器

Universal TA研究型质构仪，由上海腾拔仪器科技有限公司生产。

1.3 试验方法

1.3.1 不同触发力比较参照陈丽[24]的方法，采用整果穿刺试验法，利用P2 不锈钢针形探头，触发力分别设定为5、10、15、20、25 g，对三华李果实进行整果穿刺测试。测试时将果实放置于质构仪的载物台中心，穿刺部位选取果实中部。设定测前速度为5 mm/s，测后速度为5 mm/s，贯入速度为3 mm/s，穿刺距离为9 mm，得到同一穿刺速度、穿刺距离、穿刺部位，不同触发力下三华李果实的果皮强度、果皮脆性、果皮韧性、果皮破裂距离、果肉强度、果肉黏聚性、果肉胶着力的变化。每个处理选取15 个果实作为试验样品进行重复测试。

1.3.2 不同贯入速度比较采用P2探头，贯入速度分别设定为1、2、3、4、5 mm/s，穿刺部位选取果实中部，设定测前速度为5 mm/s，测后速度为5 mm/s，穿刺距离为9 mm，触发力为15 g，得到同一穿刺距离、触发力、穿刺部位，不同穿刺速度下三华李果实的果皮强度、果皮脆性、果皮韧性、果皮破裂距离、果肉强度、果肉黏聚性、果肉胶着力的变化。每个处理选取15个果实作为试验样品进行重复测试。

1.3.3 不同穿刺距离比较采用P2探头，穿刺距离分别设定为3、6、9、12、15 mm，穿刺部位选取果实中部，设定测前速度为5 mm/s，测后速度为5 mm/s，贯入速度为3 mm/s，触发力为15 g，得到同一触发力、穿刺速度、穿刺部位，不同穿刺距离下三华李果实的果皮强度、果皮脆性、果皮韧性、果皮破裂距离、果肉强度、果肉黏聚性、果肉胶着力的变化。为达到最好的实验效果，穿刺距离的设定应超过三华李最大横径减去中心核直径的一半，即尽可能深的穿刺，但探头不会接触到果核部分。每个处理选取15 个果实作为试验样品进行重复测试。

1.3.4 果实穿刺部位比较采用P2探头，设定测前速度为5 mm/s，测后速度为5 mm/s，贯入速度为3 mm/s，接触力15 g，穿刺距离为9 mm。穿刺位置选取果实肩部、中部和底部3个不同部位进行整果穿刺试验，得到同一触发力、穿刺速度、穿刺距离，不同穿刺部位下三华李果实的果皮强度、果皮脆性、果皮韧性、果皮破裂距离、果肉强度、果肉黏聚性、果肉胶着力的变化。每个处理选取15个果实作为试验样品进行重复测试。

1.3.5 质地参数获得根据质构仪自动输出的测试样品的特征曲线，并完成具体的指标数据测定，按试验要求和样品的特征曲线对Macro 程序进行编辑，得到三华李力值/测定时间曲线如图1 所示。参考Camps 等[25]的研究以及三华李本身特性，以曲线第一峰（锚b）力值作为果实破裂需要的力，即果皮强度(g)，是指在外力作用下三华李果实发生形变所需要的力[26]；第一峰的运行距离即为果皮破裂距离(mm)；第一峰的力值与第一峰的运行距离的比值为果皮脆性(g/s)，脆性是指第一次挤压时的破裂力[9]；第一峰的力值与第一峰的运行距离的乘积为果皮韧性(g·s)；曲线第二峰（锚c）的力值为果肉硬度(g)。

1.4 数据分析

使用Excel 2019 进行数据整理，利用IBM SPSS statistics 27软件对数据进行单因素方差分析以及相关性分析。

2 结果与分析

2.1 不同检测参数条件下三华李果实质地参数差异

2.1.1 三华李果皮质地参数由表1 可知，果皮强度在不同触发力条件下差异显著，触发力为15 g时，果皮强度最大(860.75 g)，显著高于触发力5 g 和20 g 时的测定结果；不同穿刺距离和贯入速度对果皮强度的影响并不显著。不同触发力和刺穿距离对果皮脆性的影响并不显著，但果皮脆性在不同贯入速度条件下差异显著，并且随着贯入速度的增加，测得的果皮脆性值逐渐减增大。贯入速度为4、5 mm/s 时，果皮脆性最大（分别为1921.51、2208.93 g/s）显著高于贯入速度为1、2、3 mm/s时的测定结果，贯入速度为1 mm/s时果皮脆性仅有546.29 g/s。果皮韧性在不同触发力和贯入速度条件下差异显著，触发力为15 g时，果皮韧性值最大(498.83 g·s)，显著高于触发力为5、20、25 g时的果皮韧性值，贯入速度为1 mm/s 时，测得的果皮韧性值最大(980.76 g·s)，且随着贯入速度的增加，测得的果皮韧性值逐渐减少。果皮破裂距离与触发力和贯入速度关系密切，分别在触发力为15 g 和贯入速度为1 mm/s时，果皮破裂距离最大（分别为0.50、1.35 mm）。值得注意的是，不同穿刺距离对所有果皮质地参数没有太大的影响。

表1 不同检测参数条件下三华李的果皮质地参数

2.1.2 三华李果肉质地参数由表2 可知，不同触发力对果肉硬度、果肉黏聚性和果肉胶着力等果肉质地参数均没有较大影响。果肉硬度在不同刺穿距离条件下差异显著，穿刺距离为15 mm 时，果肉硬度最大(215.27 g)，显著高于6、9 mm 穿刺距离所测得的果肉硬度值；不同贯入速度对果肉硬度影响显著，当贯入速度为1 mm/s时，果肉硬度最小(64.29 g)，当果肉硬度分别为2、3、4、5 mm/s时，果肉硬度之间的差异不显著。果肉粘聚性在不同穿刺距离以及贯入速度下具有显著的差异，穿刺距离为9 mm时，果肉黏聚性最大(1.23 mJ)，显著大于穿刺距离为3、6、15 mm时测得的果肉黏聚性值；贯入速度为1 mm/s 时果肉粘聚性最大(2.36 mJ)，显著大于3、4、5 mm/s 时的果肉粘聚性，贯入速度为3 mm/s 时测得的果肉粘聚性最小，仅有0.95 mJ；果肉胶着力在不同穿刺距离和贯入速度条件下影响较大，穿刺距离为9 mm 时的果肉胶着力(1111.79 g)显著大于其他穿刺距离时测得的数值，穿刺距离为3 mm 时的果肉胶着力最小，仅为306.34 g；贯入速度为1 mm/s和2 mm/s时的果肉胶着力相对较大（分别为1475.55、1261.87 g），贯入速度为5 mm/s 时果肉胶着力最小(621.66 g)。

表2 不同检测参数条件下三华李的果肉质地参数

2.2 不同穿刺部位对三华李果实质地的影响

由表3 可知，穿刺部位在肩部、中部时，测得的果皮强度较大，分别为719.00、793.69 g，显著大于穿刺部位为下部的果皮韧性值(658.89 g)。穿刺部位在中部时，果皮脆性最大(2213.69 g/s)，显著高于肩部和下部测得的果皮脆性值。穿刺部位在肩部的果皮破裂距离最大(0.50 mm)，显著高于中部和下部的果皮破裂距离值。不同刺穿部位的选择对果皮韧性的影响不大。

表3 不同穿刺部位果皮质地参数

由表4 可知，不同穿刺部位的选择对果肉硬度的影响不大，各处理组之间的差异不显著。但不同穿刺部位对果肉黏聚性和果肉胶着力有显著影响，并且穿刺部位为中部时，测得的果肉粘聚性、果肉胶着力均为最大，分别为1.49 mJ、1185.93 g，显著大于刺穿部位为肩部和下部所测得的数值，其中穿刺部位为肩部时测得的果肉粘聚性和果肉胶着力最小，仅为0.45 mJ、345.38 g。

表4 不同穿刺部位果肉质地参数

2.3 三华李果皮质地与果肉质地参数相关性

由表5 可知，果皮强度与果皮韧性呈显著正相关关系，相关系数为0.377，即果皮强度越大果皮韧性越强。果皮破裂距离与果皮韧性呈极显著正相关关系，相关系数为0.550，即果皮韧性越强果皮破裂距离越长，其他质地参数之间没有显著的相关关系。

表5 三华李果实果皮与果肉质地参数的相关系数

3 结论

本研究对‘麒麟’三华李进行整果穿刺实验，建立了一套鲜食三华李的果实质地测定评价方法，分析比对不同贯入距离、贯入速度、接触力以及穿刺部位之间的参数差异以及相关性，发现最佳测定条件为触发力15 g、穿刺距离9 mm、贯入速度1 mm/s，最佳穿刺部位是果实中部，其中穿刺距离对果皮质地参数无显著性影响，触发力对果肉质地参数影响也不大。明确了果皮强度、果皮破裂距离、果皮韧性能较好地反映三华李果实质地的特征，准确量化描述三华李果实的质地。

4 讨论

三华李成熟于炎热气候，货柜期短，果实品质是消费者挑选三华李果实的重要决定因素，果实的口感可直接体现在果实质地参数上[14]。果实质地是由多种影响因子综合作用的结果[27]。众多研究显示，果实质地主要取决于果皮薄壁细胞的数量、大小、排列紧密程度、细胞壁厚度以及果肉内外层细胞的大小、果肉细胞之间的延展性、结合力、强度等，一般细胞壁较薄的品种果实会有较强韧的果肉[19]。果实细胞之间的吸引力和果实的硬度以及韧性有关，即果实细胞间结合密度越高，则果实硬度越高，否则反之[28]。杏果实果皮细胞断裂，果肉细胞解体，细胞间隙增大，果实品质也随之转变[29]。质构仪可对果蔬内外部组织质地特征进行测定，具有灵敏度高、精确度高、操作方便等优点。质构仪的测试模式主要有压缩模式、质地多面分析法(TPA)、穿刺试验、剪切试验、抗破碎性、抗挤压测试、拉伸、粘附性测试等[30]，其中TPA、穿刺试验、剪切试验是果实质地测定最常用的3种方法[15]。TPA 测试最常见的测试方法是利用探头两侧挤压样品，模拟食物被牙齿咀嚼的机械过程，在这个过程中测定果蔬的质地参数[31-32]。TPA 测定分析方法多需要打孔取材和压缩操作，因此多应用于苹果[33]、梨[34]、西番莲[19]、桃[17,22,35]等体型大的果实。但三华李果实脆性大、弹性小，并且三华李是带皮食用，果皮是果实质地重要的评价指标，因此TPA 测定不适合用于三华李鲜果的评价应用，这与马庆华等[8]、赵爱玲等[14]对鲜枣的研究结论一致。剪切测试法用来测定肉类的韧性[36-37]、果蔬的纤维韧性等[38]，可采用斜刀口探头，或配合样品咬合辅助装置，模拟咀嚼，获得有关剪切的应力变化，有助于切割的完全进行[39]。剪切法在水果中的应用较少，可能是因为样品大小对检测结果的影响较大，不同水果样品之间的大小难以达到一致，因此，无法做到横向比较[9]。穿刺测试法主要利用针状探头、锥状探头等测定蔬果的硬度、破裂距离、黏聚性、胶着力等参数[14,39]。穿刺试验不受果实大小以及性状的影响，而TPA法则容易受到果实大小、性状以及组织比例的影响[19]，并且穿刺试验能区分果皮特征，因此三华李果实质地的测定方法适宜使用整果穿刺方法。

本研究以接触力、贯入速度、穿刺距离、穿刺部位等作为单因素参数，对三华李进行力学整果穿刺试验，发现穿刺距离对果皮破裂距离、果皮脆性以及果皮韧性等果皮质地参数影响不大，触发力则对果肉质地无显著影响，与无花果果实质地参数分析的结论一致[13]。当触发力为15 g 时，三华李果皮强度、果皮脆性、果皮韧性、果皮破裂距离最大；穿刺距离对果肉质地有影响，当穿刺距离为9 mm时，果肉粘聚性和果肉胶着力最大，而果肉硬度在15 mm 时最大，但是对果皮质地参数无显著影响。贯入速度为1 mm/s 时三华李果皮韧性、果皮破裂距离、果肉黏聚性与果肉胶着力最大，而贯入速度为5 mm/s 果皮脆性最大，但贯入速度对果皮强度则无显著影响。综合比较三华李的果实质地参数，发现触发力为15 g、穿刺距离为9 mm、贯入速度1 mm/s 的检测条件在一定程度上能更好地体现三华李鲜果的质地特征。且果皮强度与果皮韧性显著正相关，果皮破裂距离与果皮韧性极显著正相关；可见果皮强度、果皮破裂距离和果皮韧性之间相互影响，并对三华李果实质地特征影响较大，推测果皮破裂距离、果皮韧性以及果皮强度其中任意1个或者2个以上都可以作为反映三华李质地特征的主要参数。

不同品种果实各部位质地参数不同。杜昕美等[9]对5 种苹果果肩、赤道、果顶部位进行质地参数检测，发现果顶部位穿刺硬度最大，其次是果肩然后赤道部位。王斐等[40]对梨果实萼部、中部、梗部进行果实质地参数测定，发现果肉脆性以及硬度的由大到小依次是萼部、中部、梗部。赵爱玲等[14]对‘临猗梨枣’和‘壶瓶枣’脆熟半红期的果实进行肩部、中部、底部不同部位穿刺试验，发现果实硬度以及果肉平均坚实度中部最小，而果肉纤维指数和皮肉跌落脆性中部最大。本研究对三华李果实肩部、中部以及底部进行整果穿刺试验发现，果皮强度、果皮脆性、果肉黏聚性以及果肉胶着力以果实中部最大，果实中部的细胞组织较均匀紧密，在一定程度上能够更好反映三华李果实质地，是分析三华李果实质地的最佳部位。从操作角度分析，果实肩部以及底部穿刺不能保证探头与穿刺部位的垂直落下，可能会对果实质地的数据产生较大影响，而果实中部相对比较容易和方便进行整果穿刺试验，测定结果也更为真实、可靠。

三华李是典型的中国李南方品种群，其中‘麒麟’三华李是软枝型三华李的代表性优良品种，与普通三华李相比，具有早结、丰产稳产、果型大、商品性好、适应性强等优点[41]。本研究利用质构仪穿刺试验法，以‘麒麟’三华李为典型材料，初步建立了量化评价三华李果实质地品质的方法，能较好地反映成熟三华李果实的质地特征，丰富了三华李质地品质评价内容。该方法具有准确、灵敏、客观、简便等优点，但是否可作为一种简便有效评价三华李果实质地变化的标准，还需要进一步研究。