基于多元变量统计分析法分析不同处理对柿果常温货架品质的影响

张鹏，韩双双，李春媛，李江阔*，薛友林

1(国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津)，农业农村部农产品贮藏保鲜重点实验室，天津市农产品采后生理与贮藏保鲜重点实验室,天津，300384)2(辽宁大学 轻型产业学院，辽宁 沈阳，110036)

柿(DiospyroskakiL.)属柿科植物，原产于中国[1]。根据果实脱涩程度和果肉褐斑的形成，可将柿果实分为完全涩柿、不完全涩柿、完全甜柿和不完全甜柿4类[2-3]。目前，我国以完全涩柿为主，如磨盘柿、牛心柿、恭城月柿等，且完全涩柿必须经过人工脱涩后，使其涩味降到阈值之下才可食用[4]。其中磨盘柿为我国北方地域主要种植品种[5]，果实脱涩后味道香甜可口、营养价值高，深受人们喜爱[6]。但由于果实自身的生理特点，导致果实在短期内易发生显著变化，严重影响其商业价值，因此采后贮运保鲜十分重要。

自发气调贮藏(MA)是指依靠果蔬自身呼吸代谢降低环境中O2，提高CO2含量，从而降低呼吸速率以达到延缓果实成熟衰老的目的。KHANDRA[7]将‘Jiro’柿果采用MA包装，物流至香港，并在10 ℃下存放6 d，发现MA延缓了柿果实的软化和品质劣变；李灿[8]对尖柿的研究表明，MA贮藏能够降低果实的呼吸速率和乙烯释放量，抑制多聚半乳糖醛酸酶和纤维素酶活性的上升，延缓果胶和纤维素的降解，进而有效延缓果实的软化。1-甲基环丙烯(1-MCP)是目前备受关注的一种乙烯受体抑制剂，其通过不可逆的方式与乙烯受体蛋白结合，阻断乙烯与受体结合，抑制果实的生理生化反应，起到保鲜的作用。有大量研究表明[9-10]，柿果在贮藏保鲜时引入1-MCP，能延缓果实成熟衰老，此外MA结合1-MCP处理可以有效维持果实的营养品质，减缓果实硬度的下降[11-12]。但目前，MA结合1-MCP处理对涩柿果实脱涩后货架期内品质的变化研究减少。

主成分分析法(PCA)，是一种利用降维技术把多元变量简化为少数几个变量的分析方法[13-14]，PCA操作可将样本区分开来，并且可识别多变量数据矩阵中最重要的变量，从而筛选出较优的处理方式，目前该分析方法已经广泛应用于果蔬、食品研究等方面[15-16]。层次聚类分析法(HCA)是通过对数据集按照某种方法进行层次分解，使相近的变量划分为一类，最小偏二乘回归(OPLS-DA)是通过投影分别将预测变量和观测变量投影到一个新空间，来寻找一个线性回归模型，从而筛选出处理间的差异性物质。现今HCA和OPLS-DA已经广泛应用于代谢组学等方面的研究[17-18]。

本文运用干冰对柿果进行脱涩，研究MA、MA+1-MCP、MA+干冰、MA+1-MCP+干冰4种处理方式对磨盘柿常温货架期内果实生理与品质的影响，分析MA结合1-MCP处理后磨盘柿果实货架期内品质的变化规律，并运用多元变量统计分析法进行综合评价，为涩柿脱涩保鲜技术提供理论支撑。

1 材料和方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

磨盘柿,产自北京房山，果实8成熟，柿果表面70%～80%为橙黄色，果底部分为黄绿色。选择大小均一、无病虫害、无机械损伤的果实作为试验用果。

气调箱(0.28 m×0.22 m×0.12 m，体积为0.007 3 m3),前、后2个面各有3个通气口(0.2 m×0.15 m，气孔间距0.15 m)，配备气调元件，气调箱为宁波国嘉农产品保鲜包装技术有限公司。

1.1.2 仪器与设备

Check PiontⅡ便携式残氧仪，丹麦Dansensor公司；TU-1810 紫外-可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；PAL-1便携式手持折光仪，日本爱宕公司；2010型气相色谱仪，日本岛津公司；TA.XT.Plus质构仪，英国SMS公司；CM-700d色差仪，日本柯尼卡美能达；KF-568电子称，中国·凯丰集团；3-30K离心机，德国SIGMA公司；恒温水浴锅，金坛市金南仪器制造有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 实验处理

将柿果分别分为A、B、C、D 4组，每组2.4 kg，然后分装于气调箱内。A组：柿果置于气调箱中，顶部密封，在通气口贴上气调元件，置于常温，记作MA；B组：将1-MCP处理过的柿果置于气调箱中，顶部密封，在通气口贴上气调元件，置于常温，记作MA+1-MCP；C组：在装有柿果的气调箱内放入40±2 g干冰，注意将干冰用纱布包裹，然后密封(微环境内CO2含量达到80%～90%)，干冰处理柿果脱涩后将密闭元件换成气调元件，记作MA+干冰；D组：在装有1-MCP处理过的柿果的气调箱内放入40±2 g干冰，注意将干冰用纱布包裹，然后密封(微环境内CO2含量达到80%～90%)，干冰处理柿果脱涩后将密闭元件换成气调元件，记作MA+1-MCP+干冰。

1.2.2 气体含量的测定

用Check point便携式O2/CO2测定仪每隔4 d测定1次箱内气体含量。

1.2.3 可溶性单宁含量的测定

采用FoLin-Denis法[19]，略有改变。取5 g柿果肉匀浆，加入20 mL 75%的甲醇溶液并搅拌均匀，在4 ℃下以10 000×g离心10 min，取4 mL上清液，定容至100 mL，测定时取1 mL样品，加入7.5 mL蒸馏水、0.5 mL酚类试剂，3 min后，加入1 mL饱和碳酸钠溶液，60 min后在725 nm下测定吸光度并从单宁酸标准曲线上计算单宁的毫克数。每组处理重复3次。

1.2.4 品质指标的测定

1.2.4.1 可溶性固形物的测定

采用便携式手持折光仪测定[20]，打浆后取匀浆并用4层纱布过滤，取0.2 mL滤液直接用于测定，每个处理重复6次，取平均值。

1.2.4.2 VC含量的测定

根据李玉红[21]的方法测定VC含量。

1.2.5 生理指标的测定

1.2.5.1 呼吸强度的测定

采用静置法[22]并稍作修改，将3个果实置于固定容器内，密闭1 h后用气体成分测定仪测定积累的CO2量，以每千克柿果试材每小时所累积的释放的CO2含量计。

1.2.5.2 乙烯生成速率的测定

采用岛津2010型气相色谱仪法[23]。每次将3个果实置于固定容器内，室温下密闭1 h后取样20 mL，用气相色谱仪程序升温法测定乙烯含量。采用面积外标法计算，标样浓度为 50 μL/L，每个处理重复3次。

1.2.6 硬度的测定

采用英国TA.XT.Plus TextureAnalyser物性测定仪测定。每个处理取6个果实，分别在胴部对立面去皮测定2个点，取平均值。测定参数为：探头型号P/2，直径2 mm，测试速度2.00 mm/s；测定深度10 mm。

1.2.7 色泽的测定

采用CM-700d分光测色计测定L、a、b、C值，每个处理选取6个柿子，每个柿子在阴阳面各测定1次，共测定12次。明度L值由大到小表示亮度从白到黑渐变，色度a、b值由正向负分别表示颜色由红向绿、由黄向蓝渐变，C表示果实着色强度。

1.3 统计分析

实验中所有数据通过Excel 2010软件作图，DPS7.5软件进行差异显著性分析、SPSS进行主成分得分分析及SIMCA13.2进行主成分分析(PCA)、聚类分析(HCA)、最小偏二乘分析(OPLS-DA)。

2 结果与分析

2.1 不同处理柿果箱内气体成分变化规律

图1显示了不同处理在整个货架期内箱体内CO2和O2的变化情况。在整个货架期内不同处理气调箱内的O2含量均呈下降趋势，而CO2含量则呈相反趋势。从整体看，脱涩后的柿果实CO2含量高于脱涩前，经1-MCP处理的柿果CO2含量低于对照果。造成这种现象的原因可能是果实脱涩后呼吸强度加强，CO2含量较未脱涩高。又由图1可知在货架期内，4种处理的O2含量在2.93%～12.7%，且无显著性差异(P>0.05)。而CO2含量的变化范围为9.21%～29.78%。

a- O2；b-CO2图1 货架期间塑料气调箱内O2和CO2含量的变化Fig.1 Changes of O2 and CO2 inside plastic modified atmosphere box during shelf life

2.2 不同处理对柿果基础指标的影响

由表1可以看出，随着货架时间的延长，经4种处理方式后的可溶性单宁含量逐渐降低，但在货架期内，经A、B处理方式的单宁含量未降低到涩味阈值[24]之下。且在货架后期B处理的可溶性单宁含量大于A(P<0.05)，说明随着货架时间的延长1-MCP会减缓柿果涩味的降低。而经过干冰脱涩处理的C、D组在货架第7天时单宁含量分别降低到0.02%、0.04%，涩味已完全消失，其中经1-MCP处理后的果实单宁含量较未经1-MCP处理的果实单宁含量略高(P>0.05)。

从处理方式来看，未经干冰脱涩处理的A、B 2组中可溶性固形物含量在货架期内呈先升高后下降的状态，可能是因为果实在采摘后仍进行呼吸作用，营养物质积累，但随着货架天数的增加，可溶性固形物会作为呼吸底物在糖酵解过程中导致还原性糖类被分解成丙酮酸而逐渐被消耗[25]，因此呈现该变化趋势；而经过干冰脱涩处理的C、D组中可溶性固形物含量基本呈降低趋势，可能是因为经干冰处理后，果肉细胞在短期内进入无氧状态，消耗糖类物质，从而使可溶性固形物含量下降。又由表可以看出，未经1-MCP处理的A、C 2组在货架期内可溶性固形物含量分别变化了0.83%、2.83%，而经1-MCP处理的B、D 2组在货架期内可溶性固形物含量分别变化了0.2%、2.06%，因此可以看出柿果实经1-MCP处理后果实可溶性固形物含量变化相对较小，即1-MCP可以保持果实可溶性固形物含量的稳定，保持果实成熟衰老期的稳定。果实中VC含量也呈现了与可溶性固形物变化的相同趋势，柿果实脱涩处理前VC含量基本高于脱涩处理后的VC含量，且经1-MCP处理后的果实VC含量较未经1-MCP处理的果实VC含量高，其中处理组B在货架期内VC的含量变化为8.88%，与另外3组差异性显著(P<0.05)。

从果实的生理指标来看，未经脱涩的柿果实在货架第7天时，呼吸强度达到最高值，随着货架时间的延长，呼吸强度降低。说明在货架期内果实逐渐成熟以致衰老。而经过干冰脱涩处理的柿果实C组在货架第14天时呼吸强度达到最高，为137.12 mg CO2/(kg·h)，D组在货架第21天时达到呼吸高峰150.88 mg CO2/(kg·h)，可以说明1-MCP可以延缓果实成熟衰老。且经过干冰脱涩处理的柿果实呼吸高峰较未脱涩处理柿果高，说明经过干冰脱涩处理的果实成熟衰老变缓。

柿果属于典型的呼吸跃变型果实[26]，在果实成熟衰老时，乙烯生成速率会发生显著变化。由表1可以看出，A、B 2组在货架第7天时，乙烯生成速率达到高峰，之后随货架时间的延长降低。而经过干冰脱涩处理的C、D组分别在货架第14、21天出现峰值，可能是因为未经干冰脱涩处理的柿果实会先进入果实完熟阶段，因此在货架第7天时出现乙烯跃变峰。而经过干冰脱涩处理的果实在货架7 d内已经历完全成熟阶段，随着时间的延长，果实逐渐衰老，因此在货架第14、21天时出现乙烯跃变峰。其中对于C、D 2种处理来看，经过1-MCP处理的果实可以延缓乙烯高峰的出现，即延缓果实的成熟衰老。

硬度的高低是评价柿果实成熟与否的一个重要指标。由表1可以看出，随着货架时间的延长，4种处理方式的果实硬度均呈下降趋势，且未经干冰脱涩处理的柿果实A、B组硬度值在货架21 d时较经干冰脱涩处理的柿果C、D组高，但差异不显著(P>0.05)。随着货架时间的延长，经1-MCP处理的柿果实B、D组硬度值较未经1-MCP处理的柿果实A、C组偏高，说明1-MCP可以延缓果实硬度的降低。

表1 货架期间4种处理方式对柿果可溶性单宁含量、品质指标、生理指标、硬度的影响Table 1 Effects of 4 treatment methods on soluble tannin content,quality index,physiological index and hardness of persimmon fruit during shelf life

注：不同的小写字母表示每一列每个指标的显著性差异(P<0.05)；不同的大写字母表示每一行的显著性差异(P<0.05)。下同。

表2为柿果经不同处理后果实在货架期内的色泽值。

表2 货架期间4种处理方式对柿果色泽的影响Table 2 Effects of 4 treatment methods on the color of persimmon fruit during shelf life

可以看出，随着货架时间的延长，果实L值逐渐降低，但差异不显著(P>0.05)。果实L值降低可能是因为在果实刚采摘时，其含有的叶绿素含量偏高，而随着货架时间的延长，果实越发成熟，柿果中类胡萝卜素含量增高[27]，从而使柿果表面的明暗发生变化。各处理间a、b值变化不显著(P>0.05)，可能与果实为8分成熟柿果有关。随着货架时间的延长，果实着色强度C基本呈升高趋势，可能是因为货架时间越长，果实越发成熟衰老，黑色素沉积，导致颜色变暗。

2.3 PCA法综合评价柿果实品质

利用测得的可溶性单宁含量、可溶性固形物含量、Vc含量、呼吸强度、乙烯生成速率、硬度、L、a、b、C值作为不同维度做PCA分析，自动拟合出2个主成分，如表3所示。

由表3可以看出，用主成分分析法可以提取出2个主成分，包含的信息量占总信息量的89.396%，且可以充分反映原始数据的主要信息。

表3 主成分的特征值及贡献率Table 3 Principal component eigenvalue and contribution rate

表4 主成分得分表Table 4 Principal component scores

由表4得出在货架21 d时，4种处理方式的平均综合得分最高，其中D组处理方式综合得分最高，其次是B组。若从食用角度来看，D组处理果实后，果实的涩味不仅消失，且较好地保持了果实的硬度；若从贮藏品质、保鲜期来看，则B组处理后的果实在货架21 d时可溶性固形物和VC含量均较其他处理高，且硬度值也最高。

2.4 PCA、HCA和OPLS-DA法对货架21 d时柿果理化指标相似性分析

采用PCA、HCA和OPLS-DA，更全面地分析柿果理化指标与处理方式之间的关系，以探究其间的相对变异性。

图2-A显示了4种处理方式的得分图，得到主成分总贡献率为89.7%，由图2-A可见B组处理与其他3组处理方式相比，沿着PC2明显区分，在第一贡献率上大，说明B种处理方式的理化指标与其他组别区分较为明显。图2-B为柿果理化指标的载荷图，与得分图结合来看，在相同位置，该处理方式与柿果理化指标的相关性越强，反之，越低。

A- PCA;B-载荷图图2 4种处理方式的PCA (A)得分图和(B)载荷图Fig.2 A score scatter plot and B loading scatter plot of PC1 vs.PC2 of 4 treatment methods by PCA

由图2可以看出，B种处理方式与可溶性单宁含量相关性较高，C、D处理方式与呼吸强度、乙烯生成速率相关性较高。

与PCA相比，HCA能够以直观的图形方式解释结果。根据理化指标的分布，可以判定不同处理的聚类分析之间的特异性，HCA显示出2个明显的分组，1组(B处理)和2组(A、C、D处理)。这可以解释为从柿果的质地、营养角度或保鲜期来看，B组较其他3组处理较优。若从食用角度分析，D组比另外3组处理较优(图3)。

图3 四种处理方式的HCA树状图Fig.3 Dendrogram of 4 treatment methods by HCA

在货架21 d时，根据VIP值大于1，可将4种处理方式的差异性指标确定为VC、呼吸强度、乙烯生成速率，与表1结果相同。呼吸强度、乙烯生成速率为特征成分的主要原因可能是果实在经干冰脱涩处理后，逐渐成熟衰老，出现乙烯跃变峰，导致C、D组与B组区分开来；VC为特征指标的主要原因可能是对照果或者经干冰脱涩处理后的果实在货架21 d时已经进入衰老期，而只经1-MCP处理的果实还未进入完全衰老的状态，因此VC含量较高，使B处理组与其他3组区分开，进而说明1-MCP具有延缓果实衰老的作用(图4)。

图4 S-plotFig.4 S-plot by OPLS-DA

2.5 不同处理的保鲜效果图

图5为货架21 d时4组处理的感官图片，其中圆形试纸是单宁检测卡片，颜色越深，可溶性单宁越高，果实越涩。从图5中可以看出，未经过脱涩的A和B组的柿果单宁检测卡片颜色较深，而经过脱涩的C和D组的柿果颜色几乎没有变化，此结果与表1中可溶性单宁测定结果相一致；另外，经过脱涩C和D处理的柿果开始发生软化，D处理优于C处理，而未经脱涩柿果的硬度维持较好，且B处理显著好于A处理。

A代表MA处理;B代表MA+1-MCP处理;C代表MA+干冰处理;D代表MA+1-MCP+干冰处理图5 不同处理磨盘柿货架21 d时保鲜效果图Fig.5 Fresh-keeping effect picture of Mopan persimmon with different treatments at shelf life of 21d

3 讨论

MA、MA+1-MCP、MA+干冰、MA+1-MCP+干冰4种处理方式处理柿果后果实在货架期箱内O2含量逐渐降低，CO2含量逐渐增高。NOVILLO等[28]研究表明用95%的CO2处理柿果24 h即可使柿果涩味完全消失，且处理时间越长，单宁含量越低，但差异不显著。本文中经干冰处理过的柿果在货架第7天时，可溶性单宁含量已经降到涩味阈值之下，因此货架14 d后不再测定可溶性单宁的含量。A、B 2组可溶性固形物含量在货架期间呈先升高后下降的趋势，而C、D组可溶性固形物含量基本呈降低的趋势，且VC含量也呈该趋势。从硬度指标看，未经过脱涩的柿果硬度高于经过脱涩果实，而从经过脱涩或未经过脱涩的2组处理看，1-MCP处理后果实硬度高于未1-MCP处理果实，结果表明脱涩对柿果硬度的影响要大于1-MCP处理。实验中柿果实的呼吸强度和乙烯生成速率在干冰脱涩组与未经干冰脱涩组间差异显著。在货架期内柿果实色泽变化较小，因为实验果实成熟度较高，与完熟果实色泽差别较小。

文中对柿果的基础指标进行PCA，有效地提取出2个主成分，累计方差贡献率为89.396%，能够代表柿果10个理化指标的大部分信息。然后用2个主成分对柿果理化指标进行综合评价，建立综合评价函数，由因子得分计算出主成分得分及综合得分，根据评价模型得出货架21 d时4种处理方式的理化指标综合得分最高。又将货架21 d时的4种处理方式进行PCA和OPLS-DA，得出处理间的差异性指标为VC、呼吸强度、乙烯生成速率。因此可以得出采用PCA、HCA、OPLS-DA分析法处理数据，可以较快地得出数据间的关系。

4 结论

本文对柿果实的可溶性单宁含量、品质指标、生理指标、硬度、色泽进行综合评价，判断出货架21 d时柿果实的综合指标评分最高，其中在货架21 d时，根据评价模型得出4种处理方式处理柿果实的综合品质得分从高到低依次为D、B、C、A。若从品质和生理角度分析，MA+1-MCP处理组与其他处理组区分明显；若从可食用角度分析，MA+1-MCP+干冰与其他处理组区分明显，且4种处理方式的差异性指标为VC、呼吸强度、乙烯生成速率。