石榴贮藏期果皮品质劣变的多变量分析

姚 昕，秦 文*

（1.四川农业大学食品学院，四川 雅安 625014；2.西昌学院轻化工程学院，四川 西昌 615013）

石榴贮藏期果皮品质劣变的多变量分析

姚 昕1,2，秦 文1,*

（1.四川农业大学食品学院，四川 雅安 625014；2.西昌学院轻化工程学院，四川 西昌 615013）

利用多变量分析方法对不同温度条件下影响石榴贮藏期果皮品质劣变的相关因素进行了探讨。单因素方差分析和主成分分析结果表明，6 ℃低温能有效地抑制石榴果皮的褐变、蒸腾失水、细胞衰老和色泽劣变。相关性分析、偏最小二乘分析和通径分析表明，果皮褐变指数与细胞膜透性和丙二醛含量呈极显著正相关（p＜0.01），与果皮硬度、水分含量、总酚含量、花青素含量和L*值呈极显著负相关（p＜0.01），果皮的水分含量对果皮褐变指数具有较大的负直接作用，而细胞膜透性通过水分含量和a*值影响并且对其有较大的正间接作用。

石榴；果皮；品质；劣变；多变量分析

石榴（Punica granatum L.）为石榴科石榴属植物，属落叶灌木或小乔木，原产于伊朗、阿富汗等地区，在我国已有2 000多年的栽培历史。石榴果实外形美观、籽粒晶莹、甘美多汁、酸甜可口、营养丰富，深受消费者的喜爱。石榴采后果皮易发生褐变干缩、失水萎蔫、软化腐烂，籽粒易出现变色、变味等问题，其中以石榴果皮的劣变尤为突出[1-3]。当石榴果皮劣变严重时，其内部籽粒可能仍保持着较好的品质，但因外观品质已受到了较大的破坏，大大地降低了其商品价值和贮藏时间。目前，对石榴果皮劣变的研究相对较少，且主要集中在石榴果皮的褐变上。一般认为果皮的褐变可由冷害、热胁迫、机械损伤、辐射伤害及其他生理损伤等外部因素所诱发，而不适宜的贮藏条件也会加剧细胞膜脂过氧化反应，导致细胞中丙二醛积累过多，增大了细胞膜的通透性，破坏了褐变底物与多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）的区域化，促使底物和PPO相结合并发生褐变反应[4-7]。雷鸣等[8]研究表明，石榴果皮褐变与PPO活力、总酚及单宁含量之间存在显著的相关性。张润光等[9]认为，石榴果皮褐变的主要底物为单宁类物质，褐变指数与PPO和过氧化物酶（peroxidase，POD）活力呈正相关性，与过氧化氢酶（catalase，CAT）活力呈负相关性。以上研究均从某一方面揭示了果皮褐变的发生机理，但石榴果皮劣变是一个复杂的变化过程，既包括果皮硬度、褐变、色泽等外部感官变化，又包括酚类物质、花青素、丙二醛等内部成分的改变，这些因素在石榴果皮劣变中的相互关系和作用目前鲜见系统报道。

多元统计分析可运用单因素方差分析、主成分分析（principal component analysis，PCA）、相关性分析、偏最小二乘法回归、通径分析等多变量分析方法，分别用于区分主效因子、确定指标间相关性、辨别直接效应与间接效应，以揭示不同品质与内部成分之间的联系[10-13]。果蔬成分是其品质变化的物质基础，其种类多样、结构复杂，若通过多指标对果蔬品质进行评价会更为全面，已有研究者将多元统计分析应用于解析果蔬品质与特性[14-16]。郭峰等[17]利用多变量分析方法探讨了1-甲基环丙烯处理对常温条件下贮藏的‘洛椒118’红椒品质的影响。蔡琦玮等[18]运用多变量分析方法研究了二氧化氯对蓝莓低温贮藏期间和货架期果实品质及活性氧代谢的影响。López等[19]采用多变量分析研究了苹果在不同贮藏条件下，其品质指标和消费者接受程度之间的关系。目前鲜见利用多变量分析研究石榴果皮劣变的相关报道。因此，本研究利用多变量分析的基本思维，将石榴果皮劣变的外观性状与可能产生影响的内部成分相结合进行系统分析，对进一步明确石榴果皮的劣变机理及其控制措施有着重要的理论意义和实践价值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

供试材料为会理青皮软籽石榴，于2015年8月10日采摘于四川省凉山州会理县彰冠乡。挑选个体大小均一、无病虫害和机械伤的果实，当天运至实验室，于（10±1）℃预冷24 h。预冷后分别放置于温度为0、6、12 ℃和常温（20±1）℃、相对湿度80%～90%的条件下贮藏。每箱30 个果实，每组设置3 个平行处理，低温贮藏和常温贮藏分别间隔30 d和15 d随机取4 个果实进行相关指标的测定。

福林-酚试剂（分析纯）、没食子酸标注品（色谱纯） 上海金穗生物科技有限公司；2-硫代巴比妥酸（分析纯） 上海科丰化学试剂有限公司；三氯乙酸、冰乙酸、亚铁氰化钾、乙酸锌（均为分析纯） 天津福晨化学试剂厂。

1.2 仪器与设备

NH310型色差计 深圳三恩时科技有限公司；TA.XT Plus型质构仪 英国SMS公司；雷磁PHS-25酸度计 上海精密科学仪器有效公司；756型紫外-可见分光光度计 上海恒平科学仪器有限公司；BH-188B型食品保质期试验箱 东莞塘厦百航仪器厂；低温冷藏柜青岛海尔公司。

1.3 方法

每组果实进行如下指标测定。

果实硬度：采用质构仪测定，选用探头直径为5 mm；水分含量：采用干燥法测定；pH值：采用雷磁PHS-25酸度计测定；总酚和花青素含量：分别采用福林-酚比色法[20]和pH值示差法测定[21-22]，以干质量计；细胞膜透性和丙二醛含量：分别采用电导仪和硫代巴比妥酸比色法测定[23-24]；L*、a*、b*值：采用NH310色差计测定，选取石榴赤道上间隔相同距离的3 个点。褐变指数按照式（1）进行计算。

式中：褐变级别划分为4级[25-26]，0级为果皮未褐变、光洁如初；1级为果皮轻微褐变、表面光滑，褐变面积小于总面积的1/3；2级为果皮明显褐变、表面粗糙，褐变面积大于总面积的1/3且小于总面积的2/3；3级为果皮严重褐变、表面凹陷，褐变面积大于总面积的2/3且小于总面积的3/4；4级为果皮完全变黑，呈硬壳状。

1.4 数据统计分析

实验数据使用SPSS 20.0软件进行邓肯氏单因素方差分析、相关性分析、PCA，使用SIMCA 13.0软件进行偏最小二乘回归分析，使用DPS 7. 5软件进行通径分析，数据分析前均先做标准化处理，采用Origin 9.0软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 贮藏期间石榴果皮品质变化分析

不同温度下，石榴果皮贮藏期间11 个主要指标测定结果如表1所示。果皮的硬度和水分含量均随贮藏时间的延长而下降，而丙二醛含量和细胞膜透性呈相反趋势，pH值变化不明显（P＞0.05），且低温能较好地延缓果皮硬度和水分含量的下降、总酚含量和花青素含量的减少及丙二醛含量和细胞膜透性的增加，从而抑制了果皮的衰老和蒸腾作用。此外，在贮藏过程中，不同温度下果皮褐变指数均呈上升的趋势，且贮藏温度越高，增加幅度越大。0 ℃条件下石榴果皮褐变指数虽然相对较低，120 d时仅为0.45，但转至室温下后，其褐变程度急剧增加，出现严重的褐变症状，而6 ℃和12 ℃组均未出现这一现象，可能是由于0 ℃低温造成了冷害，果皮外观表现虽不明显，但对应的丙二醛含量和细胞膜透性均比其他低温组高，且与6 ℃贮藏90 d和120 d差异显著（p＜0.05）。石榴果皮色泽在贮藏过程中，L*值呈下降的趋势，与总酚含量变化趋势基本一致，而a*值和b*值先上升后下降。适宜的低温能延缓石榴果皮褐变和色泽劣变，60 d时6 ℃条件下石榴果皮褐变指数为0.19，而常温下已高达0.78，且两组间果皮褐变指数、色度L*值和b*值均差异显著（p＜0.05）。

表1 不同温度下石榴果皮贮藏期间各指标的比较Table 1 Comparison of quality indexes of pomegranate peel during storage at different temperatures

2.2 石榴果皮品质PCA及综合评价

2.2.1 主成分的选取

表2 主成分的特征值、方差贡献率和累计方差贡献率Table 2 Eigenvalues, variance contribution rates and cumulative contribution rates of principal components

将表1中各组数据标准化后进行PCA，依据特征值大于1，累计方差贡献率高于85%的原则，得到评价体系的方差总解释。由表2可知，有3 个主成分的特征值大于1，提取这3 个主成分，其累计方差贡献率为85.526%，可以用这3 个主成分较好地代替上述11 个品质指标来评价与判断石榴果皮品质。

表3 3 个主成分特征向量Table 3 Eigenvectors of fi rst three principal components

由表3中各特征向量值可以看出，第1个主成分中总酚含量（X4）的正向系数最大，其次为果皮硬度（X1）、L*值（X8）、花青素含量（X5）和水分含量（X2），且果皮褐变指数（X11）具有最大的负向系数，主要体现了石榴果皮的褐变因子，其次体现了果皮的蒸腾生理因子；第2个主成分以b*值（X10）为主，以a*值（X9）和细胞膜透性（X7）为辅，主要体现了果皮的色泽因子，其次体现了果皮的衰老因子；第3个主成分以果皮a*值（X9）为主，以pH值（X3）和花青素含量（X5）为辅，体现了果皮中色素相关因子。

2.2.2 综合评价模型的构建及评价

由上述可知，第1、2、3个主成分已经基本保留了所有指标的原有信息，累积贡献率超过85%且特征值均大于1，可以用3 个变量F1、F2和F3代替原来的11 个指标，则得出线性组合（其中X1至X11均为标准化后的变量）见式（2）～（4）。

以各主成分的贡献率为权重，利用主成分值与对应的权重相乘求和，构建样本综合评价模型（式（5））。

式中：F1、F2和F3分别为第1、2、3个主成分得分，F为综合评价得分，其分值越高，表明品质越好。

图1 石榴果皮贮藏品质综合评价Fig. 1 Comprehensive evaluation of storage quality pomegranate peel

各组石榴果皮贮藏不同时期品质综合评价得分计算结果见图1。各组石榴果皮的F值随贮藏时间的延长而呈下降趋势，且各低温组贮藏效果好于常温。贮藏60 d时，各低温贮藏下石榴果皮综合评价得分F值均为正值，而此时常温下已为负值，明显低于其他组，说明该组此时石榴果皮品质已严重劣变，失去商品价值，不适宜再继续贮藏。至120 d时，低温各组F值变为负值，其中6 ℃处理组的F值（-0.44）最大，而0 ℃和12 ℃处理组较低，分别为-1.28和-1.53。贮藏后期（90～120 d），低温贮藏各组果皮F值均下降较快。由表2可知，6 ℃低温有效地抑制石榴果皮的褐变、蒸腾失水和色泽变化，与图1所得到的结果基本一致。由此可见，基于PCA得到的石榴果皮品质评价函数可靠。

2.3 相关性分析

对石榴果皮11 个品质指标做相关性分析，结果如表4所示。石榴果皮褐变指数（X11）与果皮硬度（X1）、水分含量（X2）、总酚含量（X4）、花青素含量（X5）和L*值（X8）呈极显著负相关（p＜0.01），与丙二醛含量（X6）和细胞膜透性（X7）呈极显著正相关（p＜0.0 1），与b*值（X10）呈显著负相关（p＜0.05），说明石榴果皮褐变程度的增加，同时伴随着果皮中水分和酚类物质的损耗、细胞的衰老及明暗度的损失。石榴果皮的L*值（X8）与果皮硬度（X1）、水分含量（X2）、总酚含量（X4）和花青素含量（X5）呈极显著正相关（p＜0.01），与丙二醛含量（X6）和细胞膜透性（X7）呈显著负相关（p＜0.05）。丙二醛含量（X6）和果皮细胞膜透性（X7）均与硬度（X1）和总酚含量（X4）呈极显著负相关（p＜0.01），与花青素含量（X5）分别呈显著负相关（p＜0.05）和极显著负相关（p＜0.01）。此外，总酚含量（X4）和花青素含量（X5）均与果皮硬度（X1）和水分含量（X2）呈极显著正相关（p＜0.01），且花青素含量（X5）与pH值（X3）和总酚含量（X4）也呈极显著正相关（p＜0.01）。

表4 石榴果皮各品质指标间相关性分析Table 4 Analysis of correlations among quality indexes of pomegranate peel

2.4 偏最小二乘法回归分析

图2 以褐变指数为因变量的偏最小二乘回归分析模型的相关载荷图Fig. 2 Correlation loading plot from partial least squares regression model using browning index as dependent variable

选取果皮褐变指数为因变量（Y），其他指标为自变量（X），建立偏最小二乘回归分析模型。由图2可知，因子1和因子2解释了X变量的69.5%以及Y变量的93.7%。其中，细胞膜透性、丙二醛含量和a*值位于因子1正坐标处，与果皮褐变指数存在正相关关系，而其他指标位于因子1负坐标处，与褐变指数存在负相关关系。此外，果皮硬度、水分含量和总酚含量集中在因子1负坐标和因子2负坐标区间，具有较强的相关关系。

2.5 通径分析

根据通径分析原理，获得石榴果皮各项品质指标对果皮褐变指数的通径系数。经逐步引入剔除法，进行显著性检验，剔除未达到显著水平的性状（P＞0.05），分析保留品质指标对果皮褐变指数的直接作用和间接作用，建立多元回归方程，结果如表5所示。多元回归方程为Y＝1.340-0.020 93X2+0.007 473X7+0.022 74X9。进行显著性检验，发现F＝51.910 8，即P＝0.000 1，Durbin-Watson统计量d＝2.160 3，说明该方程有高度显著意义。由表5可以看出，对果皮褐变指数的直接通径系数排序为水分含量＞细胞膜透性＞a*值，各自变量及它们之间的相互作用对果皮褐变影响的决定系数为0.960 7，表明这些自变量对石榴果皮褐变影响至关重要。直接作用中较为突出的品质指标为水分含量（X2），其对果皮褐变指数具有较大的负直接作用，通过细胞膜透性（X7）和a*值（X9）对果皮褐变指数也产生负间接作用，总体表现为负作用。细胞膜透性的间接作用最大，通过水分含量（X2）和a*值（X9）间接影响果皮褐变指数，且对果皮褐变指数也产生正直接作用，总体表现为正作用。

表5 以褐变指数为因变量的通径分析结果Table 5 Results of path analysis using browning index as dependent variable

3 结 论

适宜的低温贮藏可以有效延缓石榴果皮品质的劣变。赵迎丽等[27-28]研究表明，8 ℃低温下果实未发生冷害，果实保持了较好的品质，而4 ℃和0 ℃低温会对新疆大籽石榴造成低温伤害褐变，表现为石榴果皮细胞膜透性的升高以及膜脂质过氧化产物丙二醛的积累，果皮出现水渍状凹陷斑并连接成大面积褐色斑块。本研究表明，6 ℃低温贮藏可以有效延缓石榴果皮品质的劣变，与张润光[29]、Arendse[30]等的研究结果基本一致。

本研究使用PCA对石榴果皮品质指标进行降维处理，前3 个主成分的累积贡献率达到85.526%，取3 个具有代表性的主成分，并以各自对应特征值的比例为权重建立石榴果皮品质综合评价模型。结果表明，低温贮藏能一定程度上抑制石榴果皮的劣变，各低温贮藏的石榴果皮F值在贮藏前60 d高于常温贮藏，其中与其他贮藏温度相比，6 ℃条件下石榴果皮F值在贮藏全过程中一直处于最高。结合相关性分析、偏最小二乘回归分析和通径分析，探讨了石榴果皮各因素对果皮褐变指数的直接和间接的影响，衡量所涉及因素的相对重要性。相关性分析结果表明，褐变指数（X11）与果皮硬度（X1）、水分含量（X2）、总酚含量（X4）、花青素含量（X5）和L*值（X8）呈极显著负相关（p＜0.01），与丙二醛含量（X6）和细胞膜透性（X7）呈极显著正相关（p＜0.01）。偏最小二乘法回归分析表明果皮褐变指数与果皮硬度、水分含量和总酚含量具有较强相关性。此外，结合通径分析可知，果皮水分含量对果皮褐变指数具有较大的负直接作用，而细胞膜透性对果皮褐变指数具有最大的正间接作用。

综上所述，适宜的低温贮藏主要通过抑制果皮的蒸腾失水、细胞衰老、褐变和色泽变化来延缓果皮的劣变，维持石榴果皮具有较好的品质。

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Multivariate Analysis of Quality Deterioration of Pomegranate Peel during Storage at Different Temperatures

YAO Xin1,2, QIN Wen1,*
(1. College of Food Science, Sichuan Agricultural University, Ya’an 625014, China;2. School of Applied and Chemical Engineering, Xichang College, Xichang 615013, China)

The factors related to the quality deterioration of pomegranate peel during storage at different temperatures were investigated using multivariate analysis. One-way analysis of variance and principal component analysis showed that peel browning, water loss, cell senescence and color deterioration could be effectively inhibited during storage at 6 ℃. Correlation analysis, partial least squares regression and path coefficient analysis indicated that peel browning index was positively correlated with cell membrane permeability and malondialdehyde content (P ＜ 0.01), and negatively correlated with fi rmness, water content, total phenol content, anthocyanidin content and L* (P ＜ 0.01). The water content of pomegranate peel had a direct and negative impact on peel browning index, and cell membrane permeability indirectly and positively affected peel browning through water content and a*.

pomegranate; peel; quality; deterioration; multivariate analysis

10.7506/spkx1002-6630-201723041

TS255.3

A

1002-6630（2017）23-0257-06

姚昕, 秦文. 石榴贮藏期果皮品质劣变的多变量分析[J]. 食品科学, 2017, 38(23): 257-262.

10.7506/spkx1002-6630-201723041. http://www.spkx.net.cn

YAO Xin, QIN Wen. Multivariate analysis of quality deterioration of pomegranate peel during storage at different temperatures[J]. Food Science, 2017, 38(23): 257-262. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201723041. http://www.spkx.net.cn

2016-10-05

四川省教育厅科研计划项目（13ZB0170）

姚昕（1978—），女，副教授，博士研究生，研究方向为果蔬采后生理与贮藏。E-mail：yaoyao3692@163.com

*通信作者：秦文（1967—），女，教授，博士，研究方向为果蔬采后生理与贮藏。E-mail：qinwen1967@yahoo.com.cn