树上干杏和梅杏果实品质分析与综合评价

郑涛,苏柯星,丛桂芝,陈明杰,孙丙寅,刘淑明*

1(西北农林科技大学 理学院,陕西 杨凌,712100)2(新疆伊犁哈萨克自治州林业科学研究院,新疆 伊犁,835000)3(陕西凤县林业局,陕西 凤县,721700)4 (杨陵职业技术学院 生态环境工程分院,陕西 杨凌,712100)

树上干杏(ArmeniacavulgarisShushanggan)属蔷薇科(Rosaceae)李亚科(Prunoideae)杏属(Prunus),是一种原产于哈萨克斯坦的野生杏,对生长环境的要求极为苛刻,在昼夜温差20 ℃的温带大陆性气候地区生长良好[1]。新疆伊犁地区在20世纪80年代引进树上干杏,在伊犁河谷地区生长表现优异,成为当地引进的优良品种[2]。树上干杏以适宜的糖酸比、丰富的营养物质以及浓郁的香气深受消费者的喜爱,其果肉和杏仁均可食用,具有较高的经济和引种价值[3]。

渭北旱塬位于34°19′～34°45′ N、108°00′～108°24′ E,地势较为平坦,平均海拔800～1 200 m,年降雨量550 mm左右,主要集中在7～9月；且蒸发量大,在冬、春、伏旱季节易发生干旱。地处渭北旱塬的陕西乾县、三原县、渭滨区土地面积大、土层深厚、日照长、积温高、昼夜温差明显,具有发展粮食生产和多种经济作物的广阔前景。目前,乾县、三原县和渭滨区地区杏产业发展主要以梅杏为主,存在品种单一和结构不合理等问题。为给该地区提供杏生产优良品种,乾县、三原县和渭滨区于2015年从新疆伊犁引进树上干杏,进行栽培试验；栽培试验林每亩定植50棵,株行距3 m×4 m,2年开始挂果,5年进入盛果期。树上干杏在引种地表现出良好的适应性和优异的抗性,具有结果早、产量高、风味甜、香气浓、颜色佳的优良特性[4]。

树上干杏和梅杏由于各自的遗传背景不同,对栽培区域的生态条件要求也各有差异；同一地区的品种也会造成杏产品产量和果实品质的变化。因此,对引种的树上干杏和当地品种梅杏进行果实品质的比较研究是评价引种适应性和良种选育标准[5]。主成分分析方法将多个变量通过降维,将原始数据的众多指标变量通过线性变换简化成几个综合因子来代表。目前已经成为瓜果蔬菜的品质指标筛选和果实综合评价的主要方法[6-13]。

为了充分了解“树上干杏”在渭北旱塬地区的品质特性,本试验以新疆伊犁和引种地乾县、三原县、渭滨区树上干杏的果实、梅杏果实为试验材料,测定杏果实的表型性状、果实营养成分、杏仁营养成分,应用主成分分析、相似性分析和聚类分析方法对不同区域栽培树上干杏果实与梅杏表型及品质指标进行综合评价,为树上干杏引种与推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为渭北旱塬地区乾县、三原县、渭滨区管理良好的园区引种的树上干杏、梅杏、新疆伊犁树上干杏。每个品种取成熟度为九成熟、色泽均匀、无病虫害,无机械损伤的杏果实。

试剂：氢氧化钠、葡萄糖、没食子酸、偏磷酸(均为分析纯),广东光华科技股份有限公司；硝酸(优级纯),重庆川东化工集团有限公司；甲醇(色谱纯),天津市科密欧化学试剂有限公司；L-(+)抗坏血酸标准品,莱耀生物标准物质中心；钙、铁、锌、硒、钾标准溶液(质量浓度均为 1 000 μg/mL),有色金属及电子材料分析测试中心。

仪器：1260型高效液相色谱仪,美国安捷伦科技有限公司；UV-2700紫外可见分光光度计,生产厂家；AA-7000石墨炉原子吸收光谱仪,日本岛津公司；EPS-3001便携式电子天平,长沙湘平科技发展有限公司；T5电位滴定仪,生产厂家；RM40全自动折光仪,瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司。

1.2 指标测定

树上干杏和梅杏果实表型测定：从果实中随机抽取15个,称量单果重、种子重、仁重,用游标卡尺测量杏果实、种子的纵径和横径,果形指数=纵径/横径。果实、杏仁营养成分由西北农林科技大学食品工程测试中心测定。可溶性固形物含量：参照农业标准 NY/T 2637—2014 测定；可滴定酸含量：根据国标 GB/T 12456—2008 pH 电位法测定[14]；可溶性糖含量：参照农业标准NY/T 2742—2015紫外可见分光光度法测定[15]；蛋白质含量测定：参考GB/T 5009.5—2003《食品中蛋白质的测定》,采用凯氏定氮法进行测定[16]；维生素C含量(VC)：根据国标 GB 5009.86—2016高效液色谱法测定；维生素E含量(VE)：根据国标 GB 5009.82—2016高效液色谱法测定；维生素B2含量(VB2)：根据国标 GB 5009.85—2016高效液色谱法测定；钙(Ca)含量：根据国标 GB 5009.92—2016 第一法测定；镁(Mg)含量：根据国标 GB 5009.241—2017 第一法测定；铁(Fe)含量：根据国标 GB 5009.90—2016 第一法测定；锌(Zn)含量：根据国标GB 5009.14—2017 第一法测定；钾(K)含量：根据国标GB 5009.91—2017 第一法测定；硒(Se)含量：根据国标GB 5009.93—2017测定；糖酸比=可溶性固形物含量/总酸含量。

1.3 数据分析

试验数据采用Excel 2010、SPSS Statistics 22.0、Origin Pro 2020b软件进行处理分析,所有指标结果用SPSS单因素方差分析和Duncan检验(P<0.05),结果用平均值(Mean)±标准差(SD)表示；使用Origin Pro 2020b软件进行指标间的相关性分析、主成分分析及聚类分析。

2 结果与分析

2.1 树上干杏和梅杏表型品质指标分析

树上干杏和梅杏的表型品质指标测定结果见表1。根据果形指数可知,树上干杏果实呈圆形,而梅杏的果实呈长圆形。树上干杏和梅杏品种外观品质指标存在差异,树上干杏的表型品质指标均低于梅杏；3个引种地的单果表型指标均小于原产地新疆树上干杏,但3个引种地之间的差异不明显。

表1 树上干杏和梅杏表型品质指标Table 1 Phenotypic quality index of ‘Shushanggan’ apricots and apricots

3个引种地果实的单果重范围为7.676～9.195 g,仁重范围为0.510～0.568 g,单果重、仁重最大的均为咸阳渭滨区,分别为9.195和0.568 g。树上干杏在引种地的果实横径范围为23.08～24.19 mm,果实纵径范围为23.53～24.02 mm,种子重的范围为1.057～1.082 g。渭滨区树上干杏的单果重、果实横径、果实纵径和仁重均优于乾县、三原,说明渭滨区树上干杏的表型性状优于乾县和三原。

2.2 树上干杏和梅杏果实营养成分品质分析

树上干杏和梅杏果实营养成分见表2。树上干杏的VE、总酸含量均低于梅杏；但可溶性糖和糖酸比均高于梅杏,这体现出树上干杏风味甜的特性。可溶性固形物是水果中所有溶解于水的化合物的总称,包括糖、酸、维生素、矿物质等,其含量的高低决定着杏果实的整体口感风味；树上干杏的可溶性固形物质量分数范围为(16.005±0.332)%～(28.705±0.007)%,高于梅杏的(11.470±0.057)%,表明树上干杏的口感风味优于梅杏；乾县树上干杏果实可溶性固形物质量分数显著高于渭滨区和三原,但均低于新疆树上干杏。3个引种地区树上干杏的VC含量明显高于新疆树上干杏和当地品种梅杏,其中乾县树上干杏VC的质量分数最高为45.616 mg/100 g。3个引种地果实VE含量均高于新疆树上干杏,质量分数最高的为三原树上干杏的0.250 mg/100 g。引种地树上干杏蛋白质含量均优于梅杏,质量分数最低的为三原的0.845 g/100 g,最高的为乾县地区的1.025 g/100 g,但均低于新疆树上干杏。矿物质是人体组织的重要成分,矿物质摄入量不够,会引起各种缺乏症,身体营养不均衡,通过对树上干杏和梅杏果实的测定,初步检测到4种矿质元素,分别为Zn、K、Fe、Ca,且树上干杏矿物质元素含量丰富,均显著高于梅杏；4中矿物质元素中K的含量最高,Ca含量次之,Zn含量最低。

表2 树上干杏和梅杏果实营养成分含量Table 2 Nutritional content of “Shushanggan” apricots and apricots fruits

2.3 树上干杏和梅杏杏仁品质营养成分品质分析

树上干杏和梅杏杏仁营养成分见表3。梅杏杏仁中VE的含量高于树上干杏,其余营养成分低于树上干杏。三原、渭滨区、乾县树上干杏杏仁的VC含量较新疆大幅度提升,同果实中VC含量结果一致,乾县树上干杏的VC质量分数最高为(30.237±0.199)mg/100 g；蛋白质含量也存在显著的差异,含量最高的为乾县的15.190 g/100 g,表明杏仁可作为补充VC的良好来源。树上干杏杏仁的脂肪含量均高于梅杏,乾县树上干杏杏仁脂肪质量分数最高为29.745 g/100 g,显著高于原产地新疆的22.465 g/100 g,三原和渭滨区介于新疆树上干杏和梅杏之间。3个引种地VB2的含量较原产地有小幅度的增加,质量分数最高的为乾县的0.151 mg/100 g。杏仁中含有多种矿物质,可以解决国民的“营养潜在饥饿”；在杏果仁中检测到4种矿物质元素,分别为Zn、Se、Fe、Ca,其中Ca元素的含量最高。杏仁Zn元素含量在渭滨、乾县地区均高于新疆树上干杏和梅杏,但三原引种树上干杏的含量介于梅杏和新疆树上干杏之间；Se质量分数最高的新疆树上干杏,为(0.014±0.001)mg/kg,但在乾县树上干杏未检测到；Fe元素最高的为新疆树上干杏,质量分数为(38.880±0.622)mg/kg,其次是乾县树上干杏,质量分数为(36.380±1.895)mg/kg；Ca元素在渭滨区树上干杏质量分数最高,为(2 097.5±103.945)mg/kg。

表3 树上干杏和梅杏杏仁营养成分含量Table 3 Nutritional content of “Shushanggan” apricots and apricots kernels

2.4 树上干杏和梅杏果实品质指标主成分分析

采取主成分分析法对树上干杏和梅杏19项品质指标进行综合分析,结果表明,前3个主成分(PC1、PC2、PC3) (特征值>1)的累积方差贡献率达到90.084%,说明PC1、PC2、PC3解释了树上干杏和梅杏绝大部分品质指标的原始信息,基本涵盖了树上干杏和梅杏的评价指标信息,因此采用PC1、PC2、PC3得分去评价其果实是精确的。PC1的方差贡献率达到51.450%,主要解释果实的表型指标信息,包括果实纵径、果实横径、糖酸比,表明表型指标和果实风味在树上干杏和梅杏的品质评价中具有重要的作用；PC2的方差贡献率达到27.415%,解释的主要指标信息是蛋白质和VC,反应了树上干杏和梅杏的主要营养成分；PC3的方差贡献率达到11.128 5%,阐释了树上干杏和梅杏果实中存在的矿物质元素,主要成分指标是K和Fe。利用主成分初始因子载荷矩阵中各指标数据除以主成分相对应的特征值开平方根,便得到 PC1、PC2、PC3各品质指标所对应的系数即特征向量(见表4),进而得到PC1、PC2、PC3的得分表达式为:

Y1=-0.243X1+0.193X2-0.229X3-0.217X4+0.123X5+0.211X6-0.011X7-0.083X8-0.253X11+0.275X12+0.313X13+0.310X14+0.310X15+0.297X16+0.289X17+0.291X18+0.134X19

(1)

Y2=0.059X1+0.191X2-0.074X3+0.273X4-0.383X5-0.323X6+0.412X7+0.329X8-0.086X9+0.314X10+0.231X11+0.202X12+0.054X13+0.083X14+0.059X15+0.128X16+0.163X17+0.169X18-0.046X19

(2)

Y3=0.221X1+0.297X2+0.056X3-0.219X4+0.184X5-0.068X6-0.126X7+0.380X8+0.636X9-0.631X10+0.158X11+0.085X12-0.032X13+0.014X14-0.072X15-0.023X16+0.019X17+0.054X18-0.387X19

(3)

表4 树上干杏和梅杏品质指标主成分方差贡献率、特征值、特征向量Table 4 Characteristic value,characteristic vectors and variance contribution rate of quality index of “Shushanggan” apricots and apricots fruits

2.5 树上干杏和梅杏果实品质指标相关性分析及聚类分析

采用Pearson相关系数分析树上干杏和梅杏果实品质指标之间的相关性。图1显示,可溶性糖、总酸、糖酸比呈显著正相关(P<0.05)；VC含量与VE含量呈极显著正相关(P<0.001),说明两者之间为正向协同关系；4种矿物质元素之间也呈现显著正相关；果实的表型形状指标之间存在显著的正相关。果实品质指标的相关性分析表明,每个指标单独能反映出果实的品质,且表型性状、营养成分指标间存在不同程度的相关性,这就造成指标信息的叠加,在评价果实品质时,难以选取,增加了评价的难度。因此,我们采用主成分分析和相似性分析对评价指标进行简化,提升果实综合评价的效率。

对19个评价指标进行标准化处理,采用HCA聚

图1 树上干杏和梅杏品质指标间的相关性分析Fig.1 Correlation analysis between quality indexes of “Shushanggan” apricots and apricots fruits

类方法,以平方Euclidean距离为衡量标准,构建评价指标和品种的聚类热图,见图2。聚类热图表明,树上干杏聚为一类,梅杏为一类；品质指标聚为3类,第1类代表果实的营养成分,第2类代表果实中含有的矿物质元素,第3类代表果实的表型性状指标。结合指标的主成分分析、相关性分析,选取果实纵径代表果实的表型形状,糖酸比、蛋白质、VC代表果实的营养成分,K、Fe代表果实中的矿物质元素。最终确定果实纵径、糖酸比、蛋白质、VC、K、Fe 六个指标作为树上干杏和梅杏的主要评价指标,能够简单有效地衡量树上干杏和梅杏品质的优劣。

根据主成分分析、相关性分析、聚类分析选取的评价指标以及PC1、PC2、PC3的得分表达式和方差贡献率,构建树上干杏和梅杏的综合评级模型；其综合得分Y=51.450%Y1+27.415%Y2+11.128%Y3,计算出杏果实品质指标的综合评分值,综合评分值越高表明该品种在种植地表现优异。树上干杏和梅杏综合评价结果见表5,树上干杏的在引种地的综合评价均优于当地品种梅杏,试验结果表明树上干杏可以在3个地区引种栽培。树上干杏在不同栽培地区的综合评价结果为新疆>乾县>渭滨区>三原,3个引种地表现最优的是乾县,渭滨区次之。

图2 树上干杏和梅杏品质指标间的聚类热图Fig.2 Heat map cluster between quality index of “Shushanggan” apricots and apricots fruits

3 结果与分析

果实的表型性状、风味、色泽及营养成分是评价水果品质的重要指标,也是引种选育的主要考察因素[17]。树上干杏果形呈圆形、颜色金黄、小而饱满、肉实劲道、纯美甘甜、杏仁大、格外清香,表型性状优异,表型观测提升果实的综合评分。糖酸比主要影响果实的风味,树上干杏的糖酸比优于梅杏,以其纯美甘甜的风味深受消费者的喜爱；此外,树上干杏营养丰富,蛋白质、可溶性固形物、矿物质元素的含量较高,营养较为丰富[18]。

表5 树上干杏和梅杏果实品质综合得分及预测评价结果Table 5 Scores of the principal component and predictive evaluation of “Shushanggan” apricots and apricots fruits

树上干杏在渭北旱塬引种地表现优于当地品种梅杏,三原树上干杏可溶性糖最高,总酸含量最低,糖酸比最高,果实风味偏甜,较高的VC含量可以加工富含VC的杏产品；渭滨区树上干杏矿物质元素含量最高,尤其是K、Ca含量最为突出,可以深加工富含K、Ca的保健品；乾县树上干杏的可溶性固形物、蛋白质含量最高,糖酸比适中,果实风味酸甜适宜,鲜果食用即可。树上干杏杏仁含有丰富蛋白质、脂肪和铁、锌、钙等营养成分,且杏核极薄,轻嗑即食,香甜无比,具有较大的保健和经济效益。三原树上干杏杏仁的VC含量最高,可食用补充人体所需的VC；渭滨区树上干杏杏仁Ca物质的含量最高,可加工作为补钙产品；乾县树上干杏杏仁的蛋白质、Fe、Zn的含量最高,可以制作补铁、补锌保健品,也可以加工优良的植物蛋白。

本试验通过对树上干杏和梅杏表型品质和营养成分19个指标的测定,综合分析渭北旱塬引种树上干杏与新疆树上干杏和梅杏的差异。通过指标间的主成分分析、相似性分析,简化评级指标,科学地选取树上干杏和梅杏的评价指标。主成分分析将19个品质指标简化为3个主成分,PC1主要解释树上干杏和梅杏的表型和口感风味,PC2反映树上干杏和梅杏的主要营养成分；PC3阐释了树上干杏和梅杏果实中存在的矿物质元素,主要成分指标是K和Fe；3个主成分的累计方差贡献率达到90.084%,解释了树上干杏和梅杏的大部分指标信息。结合主成分分析、相似性分析的结果,最终选取果实纵径、糖酸比、蛋白质、VC、K、Fe作为树上干杏和梅杏的果实品质评级指标。根据构建的主成分模型,树上干杏和梅杏的综合评价结果为新疆树上干杏>乾县树上干杏>渭滨区树上干杏>三原树上干杏>梅杏。通过对树上干杏不同栽植地和梅杏的品质比较,研究结果认为树上干杏可以在渭北旱塬引种栽植。