基于主成分分析综合评价白糖罂荔枝果实品质

王思威1,孙海滨1*,常 虹1,钟 声2,赵俊生2,王潇楠1

1广东省农业科学院植物保护研究所·广东省植物保护新技术重点实验室,广州 510640;2茂名市水果科学研究所,广东 茂名 525000)

摘 要:【目的】探究广东茂名区域主栽荔枝品种白糖罂的营养成分特征,选择适合白糖罂外观和内质的评价指标,为白糖罂的风味品质评价提供参考。【方法】采用品质指标变异系数分析、相关性分析、主成分分析等方法,对2020—2021年度来自茂名28份白糖罂样品的20项品质性状指标进行综合评价。【结果】白糖罂果实的可溶性固形物含量、平均单果质量、可食率、部分可溶性糖含量等6项指标的变异系数较小,为3.74%~10.29%;其余14项指标变异系数较大,为12.81%~81.63%。可滴定酸含量、固酸比、甜度、抗坏血酸、可溶性糖含量等品质指标间存在极显著或显著相关性。滋味物质贡献值结果显示,蔗糖可显著影响茂名白糖罂的甜味,苹果酸和抗坏血酸显著影响其酸味。利用主成分分析得到贡献率较高的4个主成分,累积方差贡献率为85.226%,4个主成分分别反映了果实总糖、酸度、还原糖和果实总有机酸含量因子。利用逐步回归方法,建立了茂名白糖罂荔枝果实品质评价预测模型,包括4个有效指标,其中系数大于1的为苹果酸含量和甜度。【结论】可滴定酸、苹果酸、抗坏血酸含量和甜度等品质指标是评价茂名白糖罂果实品质的重要因子,研究结果可为育种者选择亲本提供参考,也将为深入探究白糖罂果实内营养物质代谢机制等提供科学依据。

关键词:荔枝;白糖罂;果实品质;主成分分析;综合评价

中国是世界上荔枝产量最大和栽培面积最广的国家[1-2],荔枝是著名的岭南佳果,是我国南方的第一大水果[3],我国荔枝种植主要集中在广东、广西、海南、福建等地。广东荔枝种植历史悠久,荔枝是广东省种植面积最大、品种特色最鲜明、区域优势最明显的水果,种植面积居全国第一。茂名是广东荔枝的第一大产区,目前全市荔枝种植面积超过9.03万hm2。白糖罂,又名中华红,是国家地理标志产品,广东省早熟优质品种,茂名市大面积推广种植的品种之一。《荔枝学》中对白糖罂的描述:果歪心形或短歪心形,果皮鲜红色,皮薄。果肉厚,半透明,肉质爽脆,果汁中等,味甜微香。单果质量17.8~24.2 g。可食率65%~72%,可溶性固形物含量18%~20%,酸含量0.05%[4]

目前,对荔枝的品质研究多集中在不同荔枝品种的外观、营养成分等指标的比较方面,但由于荔枝是一种区域性和多样性非常明显的水果,其品质受地理条件、气候、栽培管理措施和物候期等因素影响极大,且不同品种荔枝的品质差异较大,采用统一的衡量方法建立不同品种荔枝的品质评价模型,难度较大。目前有关荔枝鲜果分级标准也是针对不同品种、不同产地荔枝开展,如从化井岗红糯[5]、增城仙进奉荔枝[6]分级标准等。开展同一产区同一品种荔枝的果实品质特征研究,可深入系统挖掘该品种的优势组分,为育种工作者选择母本提供数据参考。现有荔枝品质评价方法以方差分析、相关性分析、聚类分析、主成分分析等为主,主要目的是开展果品品质分级、筛选出适宜鲜食和加工及贮运的荔枝品种。陈杭君等[7]采用聚类分析等方法对21个荔枝品种的品质进行综合评价,比较了不同品种间的品质差异;温靖等[8]对17个荔枝品种,利用聚类分析方法对果实的相关指标进行综合评价,筛选出了适合加工果汁的优良品种;曹颖[9]对60个荔枝品种,采用多种统计分析方法对其品质进行评价和分级;郑锦锦等[10]对8个不同荔枝品种的营养指标进行了聚类分析,将其分为3 类,利用主成分分析将8 个品质指标综合为3 个主成分。目前暂未见针对同一产区同一荔枝品种进行系统品质分析及综合评价的相关报道。

笔者以广东茂名白糖罂荔枝为研究对象,通过对其外观、理化指标和风味成分指标进行测定与分析比较,结合品质指标变异系数分析、相关性分析、主成分分析等方法,综合评价茂名白糖罂的品质特征,探索茂名产区不同果园白糖罂的品质指标差异,以期结合田间水肥管理等栽培措施,找到提升荔枝品质的关键技术点,引导安全优质荔枝实现标准化、规模化生产,提升荔枝品牌效应,促进荔枝品质共同提高,进而加快我国荔枝产业高质量发展。

1 材料和方法

1.1 仪器与设备

岛津HPLC 20AD 高效液相色谱仪,美国ABSciex TripleTOF™5600+高分辨质谱仪;Agilent气质联用仪7890A-5975C;岛津LC-20AT 高效液相色谱仪,配蒸发光检测器;分光光度计(V-1600PC,上海美谱达仪器有限公司);Milii-Q超纯水机(美国Millipore公司);XW-80A涡旋仪(上海精科有限公司);榨汁机(SH-869E,广州三莱电器有限公司);高速离心机(GTR22-1离心机,北京时代北利离心机有限公司);阿贝折光仪(PAL-福,日本ATAGO)。

1.2 材料与试剂

乙腈(色谱纯,美国Fisher公司);甲酸(色谱纯,美国Fluka公司);95%无水乙醇(国药集团化学试剂有限公司)。

标准物质:纯度均≥95%。

可溶性糖:准确称取适量标准品,用超纯水稀释成100 g·L-1的标准溶液,于4 ℃避光保存。

有机酸:准确称取适量标准品,用超纯水稀释成1000 mg·L-1的标准储备液;分别准确吸取1 mL各标准储备液,用含0.1%(v/v)乙腈的水溶液定容至10 mL,配制100 mg·L-1混合标准溶液,于4 ℃避光保存。

1.3 取样

分别于2020 年5 月19 日和23 日及2021 年5 月22日赴茂名白糖罂产区采集28份白糖罂样品,所有样品均来自于茂名荔枝示范园和骨干种植户果场,样品采集后当天运回广州实验室,36 h 内完成样品测定。

1.4 方法

果质量和可食率采用称重法;可溶性固形物(TSS)测定参照NY/T 2637—2014[11];可滴定酸含量测定参照GB/T 12456—2008[12];可溶性糖含量测定参照GB 5009.8—2016[13];有机酸含量测定按照王思威等[14]的方法;抗坏血酸测定按照GB 5009.86—2016[15]

1.5 数据分析

1.5.1 数据统计 采用SPSS 20.0 数据分析软件进行相关性分析、显著性分析、主成分分析、逐步回归分析;采用Excel 2013 统计软件进行数据统计与整理。

1.5.2 甜度计算 甜度值计算参考文献[16]。

甜度值(g·L-1)=果糖含量×1.75+蔗糖含量×1+葡萄糖含量×0.75

1.5.3 滋味物质分析 浓度阈值比(Dose-overthreshold,DOT)可评价呈味物质对荔枝滋味的影响。计算公式为:

DOT=滋味物质真实浓度/阈值。

2 结果与分析

2.1 茂名白糖罂荔枝果实品质性状变异分析

茂名白糖罂荔枝各品质指标变异系数有较大差异。由表1 可见,可溶性固形物含量、可食率、果糖含量、蔗糖/总糖、果糖/总糖、(果糖+葡萄糖)/总糖和果糖/葡萄糖的变异系数较小,均在13%以下。而可滴定酸含量、固酸比、苹果酸含量、柠檬酸含量等指标的变异系数较大,均在40%以上,尤其是固酸比,达到了81.63%。

表1 28 个白糖罂荔枝样品品质指标变异情况
Table 1 Variations of quality indexes in 28 samples of Baitangying litchi in Maoming

品质指标Quality index可滴定酸Titratable acid/%可溶性固形物Total soluble solid/%平均单果质量Average single fruit weight/g可食率Edible rate/%果糖Fructose/(g·L-1)葡萄糖Glucose/(g·L-1)蔗糖Sucrose/(g·L-1)总糖Total sugars/(g·L-1)果糖和葡萄糖Sum of fructose and glucose/(g·L-1)蔗糖/总糖Ratio of sucrose to total sugars(果糖+葡萄糖)/总糖Ratio of reducing sugar to sum of fructose and glucose(果糖+葡萄糖)/蔗糖Fructose+Glucose/Sucroses果糖/葡萄糖Ratio of fructose to glucose固酸比Ratio of TSS to titratable acid糖酸比Ratio of total sugars to total organic acids苹果酸Malic acid/(mg·L-1)柠檬酸Citric acid/(mg·L-1)抗坏血酸Ascorbic acid/(mg·L-1)总有机酸Total organic acids/(mg·L-1)甜度Sweetness/(g·L-1)极小值Minimum value 0.07 14.30 19.90 70.20 22.20 19.00 60.70 104.10 43.40 0.53 0.36极大值Maximum value 0.58 18.20 33.00 82.40 37.70 35.20 105.10 174.10 72.90 0.64 0.47均值Average value 0.19 16.58 25.21 76.20 31.30 27.50 86.80 145.60 58.80 0.60 0.40标准差Standard deviation 0.16 1.13 2.55 2.85 4.01 4.44 13.30 20.30 8.30 0.03 0.03变异系数Coefficient of variation/%81.63 6.82 10.12 3.74 12.81 16.15 15.32 13.94 14.12 5.00 7.50 0.55 1.09 29.49 80.50 52.20 27.10 112.30 876.80 115.40 0.89 1.40 268.50 204.20 980.00 164.60 271.70 1 623.00 193.50 0.68 1.18 126.40 139.80 381.80 78.50 180.60 1 184.00 162.10 0.07 0.07 65.40 33.30 232.80 37.90 38.90 199.40 22.10 10.29 5.93 51.74 23.82 60.97 48.28 21.54 16.84 13.63

2.2 茂名白糖罂荔枝果实品质相关性分析

荔枝果实各项品质指标之间并非独立,而是具有一定相关性,相关性分析是衡量变量因素的相关密切程度。对荔枝品质指标进行相关性分析,可明确各指标间的关系,为荔枝品质评价的合理选择提供理论依据。对28 份茂名白糖罂荔枝的20 项品质指标进行相关性分析,具体见表2,该结果与吴振先等[17]的报道内容部分一致,存在差异的原因主要在于本研究内容针对同一地域的同一荔枝品种。

表2 白糖罂荔枝样品20 个品质指标的相关性
Table 2 Correlation analysis of 20 quality indexes of Baitangying litchi in Maoming

注:**p <0.01(双侧检验);*p <0.05(双侧检验)。
Note:**p <0.01(two-sided test);*p <0.05(two-sided test).

度Sweet-ness甜1有酸Total organicacids总机坏酸Ascorbicacid 1-0.087抗血1 0.319 0.066柠酸Citric檬acid 1 0.683**0.296 0.035苹酸Malic果acid 1 0.930**0.714**0.368 0.051比Ratio oftotalsugarsto totalorganicacids酸糖1 0.03 0.123 0.056 0.579**-0.750**比酸固Ratio of TSS totitratable acid 0.704**0.775**1 0.374*0.620**-0.008 0.202糖/葡萄糖Ratio of fructosetoglucose果0.395*1 0.227 0.527**0.269 0.169糖+葡萄糖)/ 蔗糖-0.367(Fruc-tose+Glucose)/ Sucrose 0.108-0.049(果1 -0.209-0.193-0.323-0.265-0.197-0.299-0.208糖+葡萄糖)/ 总糖1 0.995**-0.262-0.187-0.327-0.243-0.198-0.286 0.113-0.175(果(Glucose andfructose)/ total sugars糖/总糖Ratioofsucroseto totalsugar蔗1 -1.000**-0.995**0.262 0.187 0.327 0.243 0.198 0.286-0.113 0.175萄+0.229 0.195 0.112 0.445*0.916**葡糖果1 -0.229糖Gluco-se+fruc- tose-0.481**-0.079-0.078-0.070-0.065糖Totalsugars 1 0.904**总0.203-0.203-0.237-0.387*0.194 0.579**0.044 0.020 0.066-0.093 0.999**糖Sucrose 蔗1 0.964**0.757**0.453*0.226 0.606**0.117 0.080 0.145 0.955**糖Glucose-0.453*-0.483**-0.292-0.101萄葡1 0.728**0.878**0.984**0.257 0.217 0.042 0.395*0.885**糖Fructose-0.257-0.623**-0.162-0.188-0.122-0.084果1 0.930**0.761**0.899**0.980**-0.190 0.190 0.164-0.306 0.187 0.485**0.017 0.048-0.008-0.042 0.917**率Ediblerate食可1-0.112-0.270-0.009-0.088-0.200 0.230-0.230-0.217 0.403*0.309 0.273 0.545**0.517**0.347-0.064-0.082单量Average weight均质平果1 0.152 0.083-0.052 0.139 0.096 0.011 0.184-0.184-0.194 0.305 0.543**0.016 0.657**0.580**0.540**0.338 0.102性物TotalSolublesolid溶形可固1-0.211-0.163 0.526**0.650**0.695**0.701**0.602**0.196-0.196-0.249-.623**-0.156 0.388*-0.214-0.334-0.162-0.244 0.685**滴酸Ti-tratable acid可定1 0.197-0.618**-0.242-0.350-0.151-0.370-0.344-0.249-0.223 0.223 0.208-0.348-0.791**-0.365-0.537**-0.684**-0.567**-0.126-0.357标Quality index物量酸Ti-tratable acid可Total soluble solid 形质糖固果Edible rate Glucose+果萄Malic acid Citric acid酸指定性单率Fructose糖Sucrose Total sugars糖/总+葡+葡/葡比酸酸血机Sweetness质滴溶均食糖萄糖糖萄糖糖糖糖酸酸果檬坏有度品可平Average weight可果葡蔗总葡糖Sum of glucose and fructose糖Ratio of sucrose to total sugars蔗萄糖)/ 总糖(果(Glucose and fructose)/total sugars萄糖)/ 蔗糖(果(Fructose+Glucose)/ Sucrose果Ratio of fructose to glucose固Ratio of TSS to titratable acid比Ratio of total sugars to total organic acids糖苹柠抗酸Ascorbic acid总Total organic acids甜

2.3 滋味物质贡献值

滋味物质是评价各呈味物质对果实滋味的影响,可反映单一成分对整体滋味的贡献大小。当DOT >1 时,该物质被认为具有强烈的滋味活性,对整体滋味具有较大的贡献度,而DOT <1 时,认为该物质对呈味贡献较小,因此,滋味物质贡献值不仅与自身含量有关,还与物质本身的阈值相关。糖类及部分有机酸类滋味物质阈值[18]及贡献值见表3。

表3 主要滋味物质的贡献值
Table 3 The dose-over-threshold value of main taste compounds

样品编号Sample number 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28品质指标及其阈值Quality index and its threshold/(mmol·L-1)果糖Fructose 52 3.68 3.48 3.27 3.50 2.98 2.86 3.93 3.06 3.41 2.83 3.17 2.98 3.11 3.49 3.87 3.28 3.48 3.66 4.02 3.47 2.74 3.94 3.71 3.74 2.76 3.73 2.37 2.94葡萄糖Glucose 90 1.94 1.74 1.70 1.69 1.46 1.37 1.89 1.46 1.62 1.17 1.61 1.47 1.47 1.78 1.96 1.61 1.74 1.84 2.17 1.79 1.39 2.16 2.09 2.14 1.48 1.97 1.31 1.51蔗糖Sucrose 24 11.74 11.11 11.78 9.70 9.85 8.89 10.77 11.54 10.60 8.13 7.67 9.02 10.74 12.39 12.06 9.90 12.10 12.79 12.32 12.64 9.07 10.89 12.27 11.95 9.20 11.05 7.39 8.13酒石酸Tartaric acid 0.70 0.02 0.06 0.05 0.08 0.04 0.05 0.02 0.01 0.02 0.04 0.05 0.05 0.02 0.04 0.05 0.04 0.06 0.04 0.03 0.04 0.03 0.02 0.03 0.02 0.02 0.02 0.03 0.01苹果酸Malic acid 0.75 9.74 4.37 7.12 4.05 5.63 4.47 3.91 4.05 4.50 5.28 3.67 5.68 3.38 5.17 5.75 5.63 6.27 5.55 0.81 0.62 0.52 0.73 1.32 1.24 1.89 1.46 1.77 1.73抗坏血酸Ascorbic acid 0.70 1.98 2.02 1.94 1.78 2.2 1.48 1.18 1.60 1.18 1.62 1.33 1.6 1.44 1.64 1.44 1.54 1.67 1.42 1.42 1.32 1.06 1.25 1.18 1.24 0.91 1.09 1.37 1.14柠檬酸Citric acid 0.70 1.22 0.75 0.76 0.73 0.77 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.76 0.76 0.75 0.76 0.76 0.75 0.75 0.75 0.20 0.20 0.20 0.23 0.31 0.25 0.23 0.22 0.24 0.23

从表3 中可知,可溶性糖中,果糖、葡萄糖和蔗糖均显著影响茂名白糖罂荔枝的甜味,其中蔗糖的贡献度较大,其DOT 值为葡萄糖的4~12 倍,果糖的3~5倍,该结果与乔方等[18]报道的葡萄糖是影响糯米糍甜味的主要糖类不同。有机酸中,苹果酸和抗坏血酸对样品的酸味贡献值大部分均大于1,其中苹果酸贡献值相对最大,酒石酸和柠檬酸的贡献值较小,与乔方等[18]报道一致。

2.4 茂名白糖罂荔枝果实风味成分主成分分析及综合评价

茂名产区各果园白糖罂荔枝的品质指标存在不同程度差异,各营养指标间也存在不同程度相关性,因此通过单一指标大小来评价荔枝果实品质好与差并不客观。主成分分析法(Principal Component Analysis,PCA)是把多个指标转化为少数几个不相关综合指标的一种多元统计分析方法,利用PCA可从多因素中解析出重要的影响因素,适用于对多指标的综合分析。鲜食荔枝品质指标具有不同的量纲与数量级,为了避免其对结果的影响,主成分分析前必须对原始数据进行标准化处理。标准化数据通过主成分分析,20项指标中提取出4个主成分,其特征值、方差贡献率、累计方差贡献率等如表4所示。其中,每个主成分的方差即特征值,表示对应成分能够描述原有信息的多少。由表4可知,前4个主成分累积方差贡献率达85.226%,说明这4 个主成分已反映了果实品质性状的大部分信息,郑锦锦等[10]利用主成分分析将8 个荔枝品种的8 项品质指标综合为3 个主成分,累计方程贡献率为77.79%。笔者在本研究中选取各因子载荷值绝对值大于0.700 的指标作为解释变量。

表4 4 个主成分的特征值、方差贡献率、累积贡献率
Table 4 Eigenvalues,variance contribution,and cumulative contribution rates of four principal components

品质指标Quality index可滴定酸Titratable acid可溶性固形物TSS平均单果质量Average weight可食率Edible rate果糖Fructose葡萄糖Glucose蔗糖Sucrose总糖Total sugars果糖+葡萄糖Sum of fructose and glucose蔗糖/总糖Ratio of sucrose to total sugars(果糖+葡萄糖)/总糖Ratio of reducing sugar to total sugars(果糖+葡萄糖)/蔗糖(Fructose+glucose)/Sucrose果糖/葡萄糖Ratio of fructose to glucose固酸比Ratio of TSS to titratable acid糖酸比Ratio of total sugars and total organic acids苹果酸Malic acid柠檬酸Citric acid抗坏血酸Ascorbic acid总有机酸Total organic acids甜度Sweetness特征值Eigenvalues方差贡献率Variance contribution/%累积贡献率Cumulative contribution rates/%PC1-0.367 0.721 0.102-0.071 0.895 0.883 0.946 0.989 0.905 PC2-0.702-0.309 0.664 0.555-0.139-0.362 0.156-0.004-0.262 PC3-0.335-0.333 0.337-0.031 0.349 0.280-0.208-0.007 0.318 PC4 0.134 0.164 0.213-0.400-0.045 0.044 0.154 0.102 0.002 0.180 0.582-0.766 0.188-0.180-0.582 0.766-0.188-0.215-0.572 0.758-0.217-0.419 0.613 0.011-0.159 0.260 0.730 0.314-0.252 0.654 0.193-0.286-0.652 0.044 0.029 0.086-0.193 0.988 6.749 33.746 33.746 0.834 0.852 0.777 0.208-0.004 5.599 27.996 61.742 0.317 0.369 0.244 0.459 0.027 3.117 15.585 77.328 0.094-0.073 0.123 0.789 0.086 1.580 7.898 85.226

主成分载荷矩阵反映了品质指标对此主成分负荷相对大小与作用的方向,即该指标对主成分的影响程度。表4 中,第1 主成分包含了原始信息量的33.746%,其中,绝对值较高的正向特征向量指标有总糖、甜度、蔗糖、TSS、葡萄糖、果糖与葡萄糖的和、果糖,它们对PC1产生正向影响。说明PC1增大时,果实总糖、甜度、TSS、蔗糖等正向品质指标的值增大,荔枝是一种甜度较高的水果,主要含有葡萄糖、蔗糖和果糖,总糖含量高,并不意味甜度高,甜度的高低取决于含糖的种类和各自的含量[18]。糖度指标对荔枝内在品质风味有重要影响,PC1 可称为果实总糖度指标。第2 主成分包含了原始信息量的27.996%,可滴定酸有较大的负系数值,对PC2产生负向影响,PC2 可称为果实酸度指标;据文献报道[19],荔枝中可滴定酸含量与抗坏血酸含量之间回归关系达到极显著水平,呈密切的直线正相关。第3 主成分包含了原始信息量的15.585%,其中,(果糖+葡萄糖)与总糖比值、(果糖+葡萄糖)与蔗糖比值都是具有较高的正向特征向量,对PC3 产生正向影响;蔗糖与总糖比值有较高的负相关系数,对PC3产生负向影响,白糖罂中蔗糖含量占总糖含量的50%以上。当PC3增大时,(果糖+葡萄糖)与总糖比值、(果糖+葡萄糖)与蔗糖比值均增大,蔗糖与总糖的比值降低,荔枝中的还原糖主要由果糖和葡萄糖组成,白糖罂荔枝中还原糖与蔗糖比值为0.55~0.88,说明白糖罂是以积累蔗糖为主的荔枝品种,PC3可称为还原糖指标。第4主成分包含了原始信息量的7.898%,总有机酸含量有较大的正系数值,对PC4 产生正向影响,PC4 可称为果实有机酸含量指标。

以各主成分相对方差贡献率为权重,对前4 个主成分得分和相应权重进行线性加权求和,构建茂名白糖罂鲜食荔枝果实品质综合评价函数,即:

F 综=(0.337 46 PC1+0.279 96 PC2+0.155 85 PC3+0.078 98 PC4)/0.852 26。

由表5 可知,利用该模型计算各样品的综合得分并排序,获得的28 份茂名白糖罂荔枝在4 个主成分上的得分及排序结果。第1主成分高的样品编号为19、23、24、15,说明这4 个样品的总糖、甜度、TSS、蔗糖含量较高;第2主成分高的样品编号为3、5、10、1,说明这4 个样品的可滴定酸含量较高;第3主成分高的样品编号为11、1、4、7,说明还原糖含量较高;第4 主成分高的样品编号为20、1、8、16,说明有机酸含量较高。编号为1 的样品在PC1、PC2、PC3、PC4 排名均靠前,编号为3 的样品在PC2 和PC4 排名靠前,他们的总排名是1、2,同时也是专家现场品尝一致认为口感风味特别好的样品。

表5 28 个茂名白糖罂荔枝果实品质的各主成分得分、综合得分及排序
Table 5 Principalcomponentscores,comprehensivescoresandrankingthefruitqualityof28samplesofBaitangyinginMaoming

样品编号Sample number排序Rank排序Rank排序Rank排序Rank F总排名Comprehensive score rank 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8 4 7 1 2 PC1 5.21 3.77 3.79-1.24-3.28-6.86 4.61-0.63-0.25-13.09-9.19-6.82-1.00 6.56 7.26-3.79 4.29 7.99 8.90 4.18-6.28 6.76 7.50 7.33-6.66 3.04-12.95-9.16 2 1 7 2 13 12 18 19 24 9 16 15 28 26 23 17 PC2 6.64 4.56 8.51 1.40 7.81 3.81-1.29 5.03 0.74 6.85-3.37 3.31 3.73 3.69 1.38 4.56 5.70 3.76-6.85-1.83-4.66-9.51-4.87-5.87-7.35-9.67-7.11-9.12 14 2 9 10 14 3 13 17 4 26 18 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 9 1 7 16 11 21 8 13 18 23 24 20 19 7 5 17 6 16 3 19 13 11 12 15 27 23 20 6 24 16 28 26 3 18 5 14 13 27 22 17 6 4 20 10 8 5 8 6 4 8 14 2 1 1 1 5 3 9 21 6 3 4 22 14 27 25 10 23 18 20 27 21 22 25 28 24 26 PC3 4.47 0.77 0.09 3.94 0.33-0.48 3.31-4.36-0.50 1.34 8.25 1.87-4.50-2.81 1.37 3.10-1.14-2.69 0.52-3.98-4.63 3.13-0.38 0.68-4.30-0.51-2.55-0.33 20 22 12 24 28 5 16 11 25 19 21 15 PC4 2.43-0.93 1.58-1.69-0.50-2.89-1.84 2.07-0.73 1.65 0.06 0.29-2.74-1.31-0.62 2.05 0.93-1.70 0.83 3.18-0.84-1.18 0.92 0.51 1.05-0.03 0.92-1.45 25 11 1 19 21 9 12 7 15 10 23 5.28 3.05 4.46 0.53 1.28-1.82 1.83 0.80-0.01-2.54-3.23-1.25-0.25 3.18 3.52 0.75 3.45 3.75 1.45 0.62-4.94 0.02 1.39 1.15-5.74-2.07-7.84-6.82 15 25 17 10 12 26 22 28 27

第1 主成分低的样品编号为10、27、11、28,第2主成分低的样品编号为26、22、28、25,第3主成分低的样品编号为21、13、8、25,第4 主成分低的样品编号为6、13、7、18。编号为6 的样品在PC1、PC4 排名均靠后,在28 份样品中总排名为21,该样品也是专家现场感官评价后一致认为口感风味较差的样品。

2.5 品质评价预测模型构建

以2.4 中主成分分析得到的茂名白糖罂荔枝样品综合因子得分为因变量,参加4 个主成分分析的品质指标为自变量,进行逐步回归分析,建立茂名白糖罂荔枝品质的理论预测模型,见表6。得到的回归模型为:Y=-0.921×可滴定酸+1.132×苹果酸+0.568×抗坏血酸+1.676×甜度,调整R2值为0.993,Sig值<0.01,将筛选出的指标值带入模型,得到每个样品的理论评分,并将该评分与利用主成分分析得到的综合因子得分进行相关性分析,r=0.986,说明该模型与实际评估结果一致,具有较高可靠性。

表6 茂名白糖罂荔枝品质预测模型回归系数
Table 6 Regression coefficients of quality prediction model for Baitangying litchi

模型Model t显著性Sig.偏相关性Partial correlation可滴定酸Titratable acid苹果酸Malic acid抗坏血酸ascorbic acid甜度Sweetness非标准化系数Nonstandard coefficient B-0.921 1.132 0.568 1.676标准误差Standard error 0.117 0.250 0.089 1.012标准系数Standard coefficient试用版Trial version-0.272 0.334 0.168 0.495-7.877 4.528 6.368 1.656 0.000 0.000 0.000 0.117-0.892 0.749 0.847 0.383

3 讨 论

3.1 变异性分析

果实外观与食用品质共同决定其综合品质,大小、颜色和形状等外在因子决定其外在感官品质,糖、有机酸等食用因子决定果实的营养价值。本研究从28 份茂名白糖罂荔枝的20 项性状及品质指标的测定分析结果表明,变异系数较小的指标为可溶性固形物含量、可食率、果糖含量、蔗糖/总糖、果糖/总糖、(果糖+葡萄糖)/总糖和果糖/葡萄糖,其余指标变异系数较大。

由于本研究样品均来自管理水平相对较高的示范园和骨干种植户果园,可溶性固形物含量、可食率、可溶性糖含量等指标比较均匀,变异系数较小;各果园肥水等栽培管理措施各异,导致各果场果实的苹果酸含量、总有机酸含量和固酸比等指标的差异较大,体现出较大的变异系数。上述结果,与文献报道的不同荔枝品种的变异系数结果存在差异[17]。由此可见,对于同一荔枝品种,不能单纯以变异系数来判别各指标对果实品质差异的影响。本研究排除了地域条件、采收期差异等因素的影响,对于该品种的综合评价体系建设具有重要意义。

3.2 相关性分析

各品质指标相关性分析结果表明,同类指标之间(如糖类、有机酸类含量等)存在极显著或显著相关;而不同类指标之间相关性不明显(如平均单果质量、可食率等指标)。反映出同一地域的白糖罂荔枝遗传性状的一致性,同时也反映出由于栽培管理等措施的不同导致果品的外观等少部分指标存在差异。

3.3 滋味物质分析

糖是决定荔枝果实品质的重要因子,不同荔枝品种的糖酸组成不同,其中还原糖(蔗糖和果糖统称为还原糖)与蔗糖比值可反映出糖的成分组成情况。本研究中茂名白糖罂的比值低于1,属于蔗糖积累型品种,文献报道妃子笑的还原糖/蔗糖数值在2.8以上,属于还原糖积累型品种,还包括黑叶、灵山香荔等品种;糯米糍则低于1,为蔗糖积累型品种,蔗糖积累型荔枝品种还包括鸡嘴荔、钦州红荔等;蔗糖与还原糖含量相近的中间积累型(1 <还原糖/蔗糖含量<2),如桂味、三月红等,与同为无患子科的龙眼的糖积累类型一致[16,20]。不同果树的糖组成也不同,如桃和杏属于蔗糖积累型,苹果、梨、草莓属于还原糖积累型[21]。荔枝果实内部糖代谢主要受遗传因子、内源激素和生产措施等影响[22-23],前人[24-25]的研究结果表明,糖含量与代谢酶之间存在密切关系,具体机制还不明确;也有文献阐明糖含量差异与不同产地的树势、光照、温度、水分及生产措施等有关,不同产地虽然会影响各可溶性糖的含量,但是还原糖与蔗糖比值并无明显差异[21]。由此说明,不同产地的气候环境、地理条件、物候期及栽培管理措施会对糖含量造成影响,但不会改变糖分积累类型。荔枝属于糖直接积累型果实,且糖组分变化依品种而异,如桂味中蔗糖含量在成熟过程中是稳步上升的,葡萄糖和果糖含量表现为明显的暂时下降,糯米糍和怀枝果实中蔗糖含量呈现先上升后下降再回的升趋势,葡萄糖和果糖含量均呈上升趋势[26-28]。荔枝糖积累在果实近充分成熟时会出现“退糖”现象[24],表现较为明显的是积累还原糖为主的妃子笑,贵妃红也有报道[29]

不同果树有机酸含量及组分存在差异,根据含量最高的有机酸种类可进行分类:苹果酸优势型、柠檬酸优势型和酒石酸优势型[30-31]。荔枝属于积累苹果酸优势型果实,结果显示,茂名白糖罂中苹果酸是含量最高的有机酸,其次为抗坏血酸和柠檬酸,再次为琥珀酸、草酸、乳酸、乙酸、莽草酸、富马酸、酒石酸和丙酮酸。不同品种荔枝,各有机酸含量和组分也不尽相同,桂味中苹果酸是主要有机酸,乳酸、酒石酸、乙酸、柠檬酸、槲皮素和草酸次之,存在少量富马酸和丙酮酸[32];妃子笑中酒石酸和琥珀酸含量最高,怀枝中苹果酸和乙酸含量最高[33]。据文献报道[27],荔枝在果实成熟过程中早期不断积累有机酸,后期逐渐降低,抗坏血酸含量伴随果实发育进程逐渐减少,完全成熟时略有升高;苹果酸在假种皮形成进程中含量逐渐升高,达到成熟时急剧下降[25]。有机酸代谢主要包括柠檬酸代谢和苹果酸代谢[33],但有关其代谢途径、机制等的研究报道鲜少。

3.4 主成分分析

目前,主成分分析法已广泛应用于食用菌、水稻、水果等的品质综合评价[34-36]。笔者在本研究中将20 项果实性状与营养成分进行主成分分析,前4 个主成分的累积贡献率达85.226%,有效减少了变量的数量,挖掘出代表性的主成分因子。根据茂名白糖罂果实主成分得分和载荷值,发现第1 主成分正向增长有利于提高果实的总糖度,可予以重点关注;第2 主成分的正向增长有利于提高果实的酸度含量;第3 主成分的正向增长有利于提高果实还原糖的含量;第4 主成分的正向增长可提高总有机酸的含量。按主成分方差贡献率从大到小依次为果实总糖度指标、酸度指标、还原糖指标和果实有机酸指标,该分析方法规避了人为赋权对果实品质综合评价的主观影响,可综合客观地评价鲜食白糖罂的品质。目前用于评价荔枝口感风味好坏的指标多以TSS、固酸比、糖酸比、可溶性糖含量等指标为主,如乔方等[18]报道荔枝的喜好度与固酸比无关(p >0.05),与糖酸比(总糖/总有机酸)高度相关(p <0.01),糖酸比值越高,喜好度越高。说明荔枝中可溶性糖和各种有机酸的含量是影响口感风味的重要因素,但并没有具体报道糖和有机酸的种类、含量、比例及其动态变化对荔枝风味的影响,这也是今后将要开展的研究方向。

4 结 论

通过对28 份茂名白糖罂荔枝果实品质性状指标开展差异分析、相关性分析和主成分分析,来综合评价果实品质,并对28个果园的荔枝品质优劣进行综合得分排序,研究结果为今后育种工作者选择亲本提供数据参考,也将为深入探究白糖罂荔枝果实内营养物质代谢机制等提供科学依据。

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Comprehensive evaluation of fruit quality of Baitangying litchi based on principal component analysis

WANG Siwei1,SUN Haibin1*,CHANG Hong1,ZHONG Sheng2,ZHAO Junsheng2,WANG Xiaonan1
(1Institute of Plant Protection,Guangdong Academy of Agricultural Sciences/Guangdong Provincial Key Laboratory of High Technology for Plant Protection,Guangzhou 510640,Guangdong,China;2Institute of Fruit Science in Maoming,Maomin 525000,Guangdong,China)

Abstract:【Objective】The fruit quality of litchi varies among different production areas.However,few literatures report the comprehensive evaluation of the fruit quality of the same cultivar from different orchards.Understanding the fruit quality traits can provide breeders with valuable information and assessment tools.The composition and content of soluble sugars, organic acids and other quality indexes of Baitangying fruit from 20 different orchards were analyzed from 2020 to 2021.The aim of this study was to explore the comprehensive fruit quality traits and differences of Baitangying litchi in Maoming.【Methods】A total of 28 litchi samples were collected from the demonstration orchards and some large orchards in Maoming, Guangdong.To explore the fruit quality traits, we measured twenty parameters including titratable acid,total soluble solid(TSS),average weight,flesh recovery,fructose,glucose,sucrose, percentage of sucrose against total sugar, percentage of reducing sugar against total sugar, (fruc-tose+glucose)/sucrose,ratio of fructose to glucose,ratio of TSS to titratable acid,ratio of total sugar to total organic acid,and malic acid,citric acid,ascorbic acid,and total organic acid content.SPSS20.0 statistical software was used for coefficient of variation(CV)analysis,correlation analysis,principal component analysis (PCA), stepwise regression analysis, and comprehensive score ranking to analyze and evaluate the litchi fruit quality of different orchards.【Results】The results showed that the litchi fruit quality traits of different orchards were different, with the CV ranging from 3.74% to 81.63%.The CV of total soluble solid, average fruit weight, flesh recovery and soluble sugar of the 28 litchi samples were smaller(3.74%-10.29%)than that of the rest fourteen indexes(12.81%-81.63%).Orchard cultivation and management practices, microclimate conditions, and other factors were the main reasons for the differences.The correlation between different indexes was analyzed.Correlation analysis results showed there were extremely significant or significant correlations among titratable acid content, sugar to acid ratio, sweetness, ascorbic acid, and soluble sugar.There were extremely significant or significant correlations between similar indexes(such as sugars,organic acids,etc.).It reflects the consistency of genetic characters of Baitangying litchi in the same region,and also reflects that there are same differences in some of indicators such as fruit appearance due to different cultivation and management techniques.Sucrose significant influenced the sweetness of Baitangying litchi;malic acid significantly influenced the sourness.Climate, geographical conditions, phenology and cultivation management practices of different producing areas affected sugar content,but did not change sugar composition.Twenty litchi characters and nutritional components were analyzed by principal component analysis.Four principal components with characteristic roots greater than 1 were extracted by PCA, and the cumulative contribution rate was 85.226%.The first principal component explained 33.746% of the trait information which had high correlations with total sugar, sweetness, sucrose, TSS, glucose, and fructose.The first principal component was related to the total sugar content of fruit.The second principal component explained 27.996%of the trait information that had high a correlation with titratable acid.The third principal component showed high correlations with the ratio of fructose to total sugar and the ratio of fructose to sucrose, and could explain 15.585% of the trait information.The fourth principal component explained 7.898%of the trait information related to total organic acid.Based on the component scoring coefficient matrix, the score of each sample on the corresponding principal component was obtained.The four principal components reflected total sugar,titratable acid,reducing sugar,and fruit total organic acid factors,respectively.The PCA method avoided subjective influence of artificial evaluation on evaluation of fruit quality.Taking the comprehensive factor score of Baitangying litchi sample obtained by principal component analysis as the dependent variable and the quality indexes involved in the four principal components as the independent variables,stepwise regression analysis was carried out to establish the theoretical prediction model of litchi quality,which was established with four effective indexes sorted as sum of sweetness,malic acid,titratable acid,and ascorbic acid.【Conclusion】Sweetness,malic acid,titratable acid,and ascorbic acid are important factors to evaluate the fruit quality of Baitangying litchi.The contents of soluble sugar and various organic acids in litchi are an important factor affecting the taste and flavor.

Key words: Litchi; Baitangying; Fruit quality; Principal component analysis; Comprehensive evaluation

中图分类号:S667.1

文献标志码:A

文章编号:1009-9980(2022)04-0610-11

DOI:10.13925/j.cnki.gsxb.20210365

收稿日期:2021-08-06

接受日期:2022-01-05

基金项目:广东省乡村振兴战略专项(403-2018-XMZC-0002-90);广州市科技计划项目(202102080338);广东省重点领域研发科技计划项目(2018B020202011);财政部和农业农村部国家荔枝龙眼产业技术体系项目(CARS-32-15)

作者简介:王思威,女,副研究员,主要从事化合物分析检测研究。Tel:13265386513,E-mail:344073564@qq.com

*通信作者Author for correspondence.E-mail:sunhb@gdppri.cn