中国冻梨加工品质评价体系构建

2019-07-06王阳贾晓辉王文辉佟伟王志华杜艳民

中国农业科学 2019年12期

王阳，贾晓辉，王文辉，佟伟，王志华，杜艳民

（中国农业科学院果树研究所，辽宁兴城 125100）

0 引言

【研究意义】中国作为世界上梨最大的生产国，种植面积和产量均占世界的 70%以上[1]。但中国的果品加工总量仅占总产量的10%，远远低于世界水果平均加工量（20%）[2]。冻梨是一种加工手段简单、营养丰富的加工产品，相对于深加工营养损失更少，且具有清热利咽、止咳降噪、醒酒解腻、促进食欲、帮助消化等功效[3]，但由于目前对冻梨品质缺乏有效的评价体系，研究建立冻梨的品质评价体系，将为今后冻梨工艺优选、营养品质研究及规模化生产提供科学依据。【前人研究进展】近年来，对冻梨的研究主要集中在冻梨基本信息的介绍。张文利等[4]对甘肃地区的冻梨品种进行了阐述，其中多为秋子梨品种；王文辉等[3]对我国冻梨生产历史、产业现状进行了分析，概述了冻梨的历史文化、品种以及食用方法，提出目前冻梨产业问题较多，如：缺乏统一的产品标准、工艺混乱等；张忠等[5]对软儿梨冻梨解冻方式进行了研究，得出空气解冻较水浴解冻能更好保持果实品质；王阳等[6]对冻梨的适宜品种进行了筛选，得出秋子梨品种更适宜做冻梨。【本研究切入点】目前对冻梨的研究还不够深入，缺乏科学性和准确性的冻梨品质评价体系。【拟解决的关键问题】本研究在对 56个冻梨品种 18项品质指标检测基础上，通过主成分分析筛选冻梨品质评价指标，基于频数分布建立冻梨品质评价指标分级标准，通过层次分析法确定冻梨各品质评价指标的权重以及评分标准，利用 K类中心聚类分析和判别分析建立冻梨品质判别函数。旨在构建冻梨品质评价体系，以期为冻梨品质的科学评价奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

56个供试梨品种分别于2016年8—10月手工采摘自国家种质兴城梨资源圃和农户，采摘后立即运往中国农业科学院果树研究所果品贮藏冷库，0℃贮藏待用。选取大小均一、无机械损伤和病虫害的果实。梨品种名称及编号见表1。

1.2 主要仪器

CR-400色差仪，日本 Konica minolta公司；PR-101α糖量仪，日本ATAGO（爱宕）公司；Metrohm 808 Titrando 全自动电位滴定仪，瑞士万通公司；JYZ-E16榨汁机，九阳股份有限公司；PHS-4CT微型pH计，上海康仪仪器有限公司；GC-2010 Tubro Matrix 40气相色谱仪，岛津（日本）公司；JA2603B电子天平，上海精科仪器有限公司；基本型分析研磨机，德国 IKA（爱卡）公司；BC/BD-318HD冰箱，海尔集团有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 试验处理待果实于最佳食用期时（后熟品种需常温（20±1）℃下后熟至硬度1.5 kg/0.5 cm2左右）置于-20℃冰箱内，冻藏20 d后置于0℃ 24 h，再置于-20℃冰箱内冻藏150 d后测定品质指标。

1.3.2 冻梨品质指标测定果皮、果肉色差值（L*、a*、b*、C*、h）采用 CR-400手持色差仪通过反射法测定。随机选取10个大小均匀的果实，擦拭无水后以果皮上两个互相对称的点为测定点，测定果皮色差值；将果皮上两个互相对称的点去皮，测定果肉色差值。

可溶性固形物含量（TSS）采用PR-101α糖度计测定。随机选取10个大小均匀的果实，去核后于研磨机内捣碎成匀浆，过滤，蒸馏水调零后将滤液滴于糖度计上读数即可，重复3次。

可滴定酸（TA）含量采用瑞士 Metrohm 808 Titrando电位滴定仪测定。称取上述过滤后的果汁3 g，用蒸馏水定容至30 mL，用标定过的NaOH溶液滴定，重复3次。

出汁率测定。随机选取10个果实，用榨汁机制取果汁。根据出汁率（%）=果汁质量/果肉质量×100计算出汁率，重复3次。

石细胞含量测定[7]。石细胞含量（%）=石细胞质量/果肉质量×100，重复3次。

乙醇含量采用GC-2010 Tubro Matrix 40气相色谱仪测定。称取1.335—1.350 g NaCl置于20 mL的色谱瓶内，加1 mL去离子水，再吸取5 mL果汁，封盖，摇匀后置于进样器转盘上，根据峰面积记录乙醇浓度，计算出乙醇含量，重复3次。

汁液流失率测定[8]。汁液流失率（%）=原冻结重量-解冻后重量/原冻结重量×100，重复3次。

单果重测定。随机称取 20个果实称重，重复 3次。

1.4 数据分析

用Excel 2010和SPSS 20.0进行主成分分析、频数分布分析、层次分析、K类中心聚类分析、判别分析等统计分析。

表1 冻梨供试品种Table 1 Tested cultivars of frozen pear

2 结果

2.1 冻梨品质指标水平分析

冻梨18项品质指标的变幅、平均数、变异系数见表2。由表2可知，品种间果皮L*值差异较小，变异系数（CV）仅为9.97%；各品种间果皮a*值差异很大（CV=112.33%），其中 2个品种（玉露香、新梨 7号）为负值，其余均为正值；品种间果皮b*、C*值差异较大，CV分别为33.31%、36.51%；品种间果皮h值差异很小，CV仅为6.54%，分布在黄色区域；品种间果肉L*值CV仅为11.96%，颜色较果皮浅；果肉a*值、b*值均为正值，果肉均呈黄绿色；品种间果肉C*值变异系数较大（CV=30.74%）；品种间果肉h值差异较小，CV仅为10.32%；大多数品种TSS在10%以上，占 76.79%；品种间 TA含量差异很大（CV=77.40%），TA含量最低仅为0.04%，最高达0.77%；品种间固酸比差异很大，CV为 71.40%；品种间出汁率差异不大，CV为14.70%；品种间石细胞含量、乙醇含量、汁液流失率、单果重差异很大，CV分别为360.37%、253.77%、253.77%和48.31%。由于涵盖了白梨、秋子梨、砂梨、西洋梨等梨品种，鲜果品种间品质差异较大，因此整体呈现出较大的差异。

表2 冻梨18项品质指标的变异情况Table 2 Variation of 18 indices for frozen pear

2.2 冻梨品质评价指标的确定

对18项冻梨品质指标进行主成分分析，各因子系数、特征值及方差贡献率见表3，以特征值大于1的原则提取出4个主成分，累积贡献率为82.05%，包含了原始数据的大部分信息[9]。其中，第 1主成分包含了原始信息的28.20%，主要由TSS、TA、TSS/TA决定，反应了冻梨酸甜程度，命名为口味因子；第2主成分包含了原始信息的23.75%，主要由果皮L*、a*、b*、C*、h值决定，反应了冻梨果皮颜色，命名为果皮色泽因子；第3主成分包含了原始信息的17.73%，主要由果肉a*、h值决定，反应了冻梨果肉颜色，命名为果肉色泽因子；第 4主成分包含了原始信息的12.37%，主要由石细胞含量决定，反应了冻梨果肉粗糙程度，命名为粗糙度因子。其中，在果皮色泽因子指标中，C*值的因子权重最大（以绝对值论，下同），且C*值、h值均可由a*、b*导出，故选择果皮L*、C*值代表果皮色泽因子；同理在果肉色泽因子指标中，果肉h值因子权重大于果肉a*值，故选择果肉h值代表果肉色泽因子。

基于上述分析，确定TSS、TA含量、TSS/TA、果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、石细胞含量7项指标为冻梨品质评价指标，其中，TSS、TA含量、TSS/TA为味觉品质指标，果皮L*、果皮C*值为果皮色泽品质指标，果肉h值为果肉色泽品质指标，石细胞含量为口感品质指标。

2.3 冻梨品质评价指标分级标准的建立

利用SPSS数据处理软件对TSS、TA、TSS/TA、果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、石细胞含量进行频数分布分析，划分成5级（极低、低、中、高和极高）[10]，同时利用单个样本K-S进行检验，以概率值大于0.05表示分级呈正态分布[11]。冻梨7项品质评价指标的分级标准及各级的样品分布见表 4，每组中的数据含这组起止范围的最低值，不含最高值。由表 4可知，除石细胞含量去掉一个拖尾（黄金对麻）后符合正态分布外，其他7项指标均符合正态分布。从样品分布上看，果皮L、C、h值、TSS多集中在低等级；TA含量、TSS/TA极低的样品超过1/2；石细胞含量极低的样品约占 34.55%，其次是低等级的样品（30.91%），高等级样品仅占3.64%。

表3 冻梨18项品质指标主成分分析结果Table 3 Factor analysis of 18 indices for frozen pear

表4 冻梨7项品质评价指标的分级标准Table 4 Grading of 7 evaluation indices for frozen pear

2.4 冻梨品质评价指标评分标准的建立

采用 1—9标度法[12]，结合专家经验，构造出层次结构关系（表 5）以及判断矩阵（表 6）。各判别矩阵的CI、CR值均满足CI＜0.1，CR＜0.1，说明建立的判断矩阵具有满意的一致性，接受层次总排序结果[13]，得到 TSS、TA含量、TSS/TA、果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、石细胞含量 7项指标的权重分别为0.1176、0.0477、0.2900、0.0166、0.0498、0.1101、0.3683。可见，石细胞含量和TSS/TA对冻梨品质贡献最大，其次是TSS和果肉h值，TA含量和果皮C对冻梨品质的影响较小，以果皮L*值对冻梨品质的影响最小。

分别利用冻梨7项指标的权重值乘以100作为该指标的满分值，各评价指标满分之和为100分，以各评价指标满分值的10%为级差，确定各指标分级的得分[14]。正向指标（果皮C值、SSC、TA）以最高等级为满分，其前各等级得分以10%的级差递减；负向指标（果皮L*值、果肉h值、石细胞含量）以最低等级为满分，其后各等级得分以10%的级差递减；中性指标（TSS/TA）以中等级为满分，由于中国人喜甜，TSS/TA由中向极低，得分以满分值的 20%为级差；TSS/TA由中向极高，得分以满分值的 10%为级差。各指标的评分标准见表7。

表5 7项冻梨品质评价指标的层次结构Table 5 Hierarchical structure of 7 evaluation indices for frozen pear

表6 判别矩阵及其一致性检验Table 6 Discriminant matrix and its consistency

2.5 冻梨品质判别函数的建立

用冻梨的7项品质评价指标权重乘以对应品质指标得分经标准化后的数值，计算出56个样品的综合得分，用K类中心聚类分析将56个样品依综合得分划分为5类，其品质依次为优、良、中、差和极差[15]。从5类样品中各抽取38个样品（2/3样品）作为建模样本用于建立判别函数，余下18个样品（1/3样品）作为检验样本用于检验判别函数的准确性。分别得到5个Fisher判别函数[16]：

y1=-215.937.89x1-2.25x2+0.628x3+5.86x4+143.53x5+0.95x6-6.12x7

y2=-192.35+7.01x1-2.575x2+0.92x3+7.14x4+99.51x5+0.70x6-5.04x7

y3=-4085.51-4.38x1-2.53x2+0.74x3+11.30x4-479.37x5-0.83x6+111.05x7

y4=-359.551+10.32x1-3.02x2+0.29x3+5.16x4+260.19x5+1.57x6-7.81x7

y5=-408.99+10.22x1+0.52x2+3.52x3+309.73x4+1.80x5-8.31x6-408.99x7

式中，x1—x7分别代表果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、SSC、TA含量、SSC/TA、石细胞含量7项冻梨品质评价指标的得分，y1—y5分别代表优、良、中、差和极差。

将TSS、TA含量、TSS/TA、果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、石细胞含量的得分分别代入上述函数，计算函数值，第几个判别函数值最大，则该冻梨品质就属于第几类。由表7可知，在研究的56个品种中，南果梨、红南果、尖把梨等7个品种冻梨品质为优，酥木梨、无籽黄、丰水等10个品种的冻梨品质为差，以黄金对麻冻梨品质最差（石细胞含量太高）。用上述判别函数对建模样本（38个品种）进行判别，有1个第3类样品（品质中）误判为了第2类样品（品质良），判对的概率为97.37%。用上述判别函数对检验样本（18个品种）进行判别，判对的概率为100%。可见，所建立的判别函数正确判别率极高，完全适用于冻梨品质综合判别。

表8 冻梨品质情况Table 8 The quality of frozen pear

3 讨论

3.1 冻梨评价指标的确定

与鲜果相比，冻梨最大的变化是果皮颜色呈黑褐色，这是由于梨果经反复冻融后细胞破裂，非酶促褐变和酶促褐变同时发生，并且梨果皮的酚类物质显著高于果肉所造成，更加说明了表皮褐变程度较果肉严重的多[16-17]。据在长春、延边、甘肃等地区调研发现，冻梨表皮越黑越受人们喜爱，食用方法多为解冻后直接剥皮食用，黑褐色的表皮已成为冻梨的最基本特征，果皮、果肉的色差值（L*、a*、b*、C*、h）可以全面评价颜色的变化，色差计早已在梨汁、苹果汁、南果梨褐变等方面得到广泛应用；糖酸含量是梨果的主要营养及风味物质，通常以固酸比来综合评价果实的风味变化；不同梨品种果实石细胞含量存在很大差异，这是鉴别梨果肉品质的重要依据之一。

本研究通过主成分分析以降维的方式将18项冻梨品质指标转化成几个综合指标，根据特点对其分类命名，达到简化数据和揭示变量间关系的目的[18-19]，利用主成分分析法筛选关键指标的分析方法在华红苹果[20]、番茄[21]等品质研究中早已应用。在冻梨品质评价体系中，得到了TSS、TA含量、TSS/TA、果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、石细胞含量7项指标为冻梨品质评价指标，这与冻梨品质的变化最为密切，充分体现了冻梨的品质特点。

3.2 评价指标的分级及判别函数的确定

频数分布可将统计数据分成若干组别，明确各样品的分布情况，通常以划分成5级（极低、低、中、高和极高）居多，能够更加准确的反映目标样品的等级分布，再结合层次分析法确定各指标的评分标准，且层次分析是对一些较为复杂、模糊的问题做出决策的简易方法[11]，此法广泛应用于苹果汁[22]、油桃汁[12]和宣木瓜果脯[23]等品质评价研究，可科学、准确地确定指标权重，但在进行K-S检验时发现，因黄金对麻的石细胞含量高达74.68 g/100 g，影响了石细胞含量的正态分布，将其舍去后符合正态分布，分析得出黄金对麻果实品质下降（石细胞含量高）与资源圃管理及当年天气密切相关。

判别函数可以用一些函数来表示和鉴别某个特征数值属于哪个类别，该方法在香榧籽[24]、甜瓜[25]、红茶[26]、葡萄酒香气鉴别[27]、猕猴桃和柚子分类及指纹图谱鉴别[28]等方面得到了应用。本研究针对极差、差、中、良和优5类冻梨，建立了冻梨品质判别函数，建模样本和检验样本正确判别率分别达到 97.37%和100%，显示了极高的判别准确性。因此，这些判别函数完全可用于冻梨品质优劣的判别与分类，成为评价冻梨品质的重要技术手段。

冻梨是一种传统的加工食品，经常在北方春节前后食用，但对于从未接触过冻梨的人们来说，由于对冻梨的认识不够，将冻梨误认为烂果，同时因加工技术手段落后，外包装差，外观品质一般，严重制约了冻梨产业的发展。通过对冻梨品质评价体系研究不仅可以确定评价冻梨的关键指标，而且可以筛选出优异的冻梨品种。拟选南果梨、尖把梨等优异冻梨品种，以后熟硬度、解冻次数等因素筛选最佳工艺，通过筛选出的最佳工艺参数系统的评价冻梨色、香、味及质地的变化，进一步推动冻梨产业的标准化、规模化生产，为冻梨的产业及技术推广奠定基础。