不同产地红心猕猴桃品质的主成分及聚类分析

李跃红，冉茂乾，徐孟怀，陈 露，赵 阳，游元丁，焦彦朝

（1.六盘水市山地特色生态产品研究中心，贵州六盘水 553000；2.贵阳海关综合技术中心果蔬实验室（六盘水），贵州六盘水 553000）

猕猴桃（Actinidia chinensisPlanch），又名羊桃、奇异果，为猕猴桃科（Actinidiaceae）猕猴桃属（Actinidia）落叶藤本果树[1-2]。猕猴桃果实汁多、味甜、风味宜人，富含糖、酸和酚类物质等多种营养成分[3-4]，尤其是维生素C，其含量是其他水果的的十几倍甚至几十倍，营养价值较高，对人体健康具有重要作用[5-7]。目前，市场上猕猴桃果肉颜色有绿色、黄色和红色3种，其中绿肉最多，黄肉次之，红肉较少[8]。红心猕猴桃是我国特有的品种，其果肉沿中轴呈放射状红色，鲜艳美观，酸甜可口，是我国果农增收的主要经济作物之一。研究表明，影响猕猴桃品质的因素除了猕猴桃品种本身的遗传特性外，不同产地气候条件、土壤环境、施肥条件和栽培方式等也起着重要的作用[9-12]。

目前关于猕猴桃果实品质评价的方法主要有模糊综合评判法[13-14]、主成分分析法[15-16]、聚类分析法[17]、合理-满意度和多维价值理论评价法[18-19]等，其中对主成分分析法研究较为全面。主成分分析法是利用降维的思想，将多个变量转化为少数几个不相关的综合变量的多元统计方法，其目的是通过降维，去除众多信息中相互重叠的信息[20-21]，已被广泛应用于果蔬品质指标筛选和品质综合评价研究中[22-23]。马云等[24]采用主成分分析法对不同品种软枣猕猴桃果实品质进行分析，主成分分析法可作为评价不同品种软枣猕猴桃优质特性的方法。陈璐等[25]采用主成分和聚类分析法对黄肉猕猴桃品种的果实性状进行评价，果实性状的主成分和聚类分析结果较为一致。目前在众多猕猴桃果实品质评价研究中，大多数基于对猕猴桃引种栽培后果实品质或不同品种之间品质的评价研究，但对不同产地猕猴桃，尤其是针对我国特有的红心猕猴桃果实品质的综合评价未见报道。本试验通过对11个产地的红心猕猴桃果实品质指标进行测定和分析，采用主成分和聚类分析方法，对11个产地红心猕猴桃果实进行综合评价并分类，以期为消费者合理选择购买以及对红心猕猴桃的栽培和加工利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

红心猕猴桃鲜果 市售，成熟度一致，11个产地分别为四川省苍溪县、贵州省松桃县、江西省奉新县、湖南省凤凰县、陕西省周至县、河南省西峡县、浙江省上虞区、广西省南丹县、四川省雅安市、四川省蒲江县和贵州省修文县，采购后运输到贵阳海关综合技术中心果蔬检测重点实验室（六盘水），随机取色泽均匀、无病虫害，无机械损伤的各产地红心猕猴桃果实进行外观品质测量和内在品质检测。

UFLC-XR高效液相色谱仪、UV-2700紫外可见分光光度计 日本岛津公司；iCAP RQ电感耦合等离子体质谱仪 赛默飞世尔科技有限公司；T5电位滴定仪、RM40全自动折光仪 梅特勒-托利多仪器有限公司。

1.2 实验方法

本研究的项目测定方法均为现行有效的国家标准和农业标准方法。单果重、纵径：参照农业标准NY/T 425-2000测定；可溶性固形物：根据农业标准NY/T 2637-2014测定；总酸：根据国家标准GB/T 12456-2008 pH电位法测定；可溶性糖：根据农业标准NY/T 2742-2015紫外可见分光光度法测定；维生素C：根据国家标准GB 5009.86-2016高效液相色谱法测定；单宁：根据农业标准NY/T 1600-2008紫外可见分光光度法测定；微量元素：根据国家标准GB 5009.268-2016电感耦合等离子体质谱法测定；糖酸比为可溶性固形物与总酸含量的比值。

1.3 数据处理

每次实验均采取3次平行。采用Excel 2007进行试验数据整理，利用SPSS Statistics 17.0软件进行数据相关性分析、主成分分析及聚类分析。为消除各个指标单位、度量的差异，在使用SPSS Statistics 17.0软件前，参照刘科鹏等[26]的方法利用隶函数法对数据进行标准化处理。

2 结果与分析

2.1 红心猕猴桃外观品质分析

水果的外观品质指的是水果的外观形象，包括水果形状、大小、颜色等。通过观察和测定，11个产地红心猕猴桃果实基本呈短圆柱形，果面洁净，果皮绿褐色，光滑无毛，无病斑及其他附着物，单果重和纵径测定结果见表1。由表1可知，11个产地红心猕猴桃的单果重和纵径均存在差异，其中单果重差异最大。单果重质量介于64.65～101.19 g之间，平均单果重为79.40 g，单果重以西峡和修文表现最好，其平均值分别为101.19和97.49 g，南丹和松桃表现最差，其平均值分别为64.65和66.14 g；纵径范围为5.06～6.08 cm，和单果重一样，纵径以修文和西峡表现最好，分别为6.08和6.03 cm，南丹和雅安表现最差，分别为5.06和5.11 cm。

2.2 红心猕猴桃内在品质分析

11个产地红心猕猴桃内在品质指标测定结果见表2。由表2可知，11个产地红心猕猴桃的各内在品质指标之间变异系数不同，说明11个产地红心猕猴桃内在品质指标之间呈现不同的差异性，其中Co含量差异最大，变异系数为96.32%，可溶性固形物差异最小，变异系数仅为12.10%。其中可溶性固形物和可溶性糖含量以奉新最高，分别达到19.58%和16.36%；糖酸比是衡量水果风味的重参数，糖酸比越高，水果越甜，糖酸比较高的产地为奉新和凤凰，其值分别为23.31和20.38；维生素C含量最高的产地为松桃和西峡，维生素C含量分别为153.22和140.13 mg/100 g；单宁含量以西峡最高，其值为1000 mg/kg；微量元素对维持机体正常生理功能具有重要作用，通过对11个产地红心猕猴桃的8种微量元素分析，微量元素变异系数均较大，差异较大，其中Mn元素含量最高，其平均值为2.3110 mg/kg，其次为Cu、Sr、Ba、Ti和As，Co 和V含量最低，其平均值仅为0.0233和0.0133 mg/kg。综上所述，各产地的红心猕猴桃各项品质指标均存在差异，表明各产地的红心猕猴桃内在品质存在差异。

表1 单果纵径、果重结果Table 1 Results of fruit longitudinal diameter and weight

2.3 红心猕猴桃品质指标的相关性分析

多样本两指标之间相关系数绝对值越大，则这两指标之间的联系越紧密[27]。由此进一步考察不同产地红心猕猴桃16个品质指标相互间的相关性，采用Pearson相关系数对红心猕猴桃品质指标进行相关性分析，结果见表3。由表3可知，11个产地红心猕猴桃的16项品质指标之间相关性存在差异。可溶性固形物与糖酸比存在显著正相关（P＜0.05），与可溶性糖存在极显著正相关（P＜0.01），表明可溶性固形物的变化显著影响可溶性糖及糖酸比的变化,进而影响果实的风味品质；糖酸比与可溶性糖和总酸存在显著正相关（P＜0.05），表明可溶性糖和总酸含量的变化共同影响了果实的糖酸比，决定果实的口感风味；单果重与纵径存在极显著正相关（P＜0.01），与V存在显著正相关（P＜0.05），而与Cu存在显著负相关（P＜0.05），表明果实质量越大，纵径就越大，V含量增高，而Cu含量降低；纵径与Ti和Cu均存在显著负相关（P＜0.05），表明纵径越大，Ti和Cu含量越低。此外，总酸和单宁、Ti与维生素C和Sr、Mn与Co等的相关系数绝对值均大于0.5，指标间相关性较高。相关性分析结果表明，红心猕猴桃16个品质指标相互间具有一定的相关性，因而所统计的原始数据反映的信息存在重叠。由此进一步采取主成分分析法对16项品质指标简化，提高红心猕猴桃果实品质评价的分析效率。

2.4 红心猕猴桃品质指标的主成分分析及综合评价

由于11个产地红心猕猴桃16个品质指标彼此间存在差异，而且各指标间具有一定的相关性，故采取主成分分析法对16项品质指标进一步分类简化。将红心猕猴桃16个品质指标转化为16个主成分，根据特征值大于1进行提取，结果见表4。由表4可知，特征值大于1的主成分共6个，其方差贡献率依次为25.990%、18.619%、17.391%、14.379%、7.827%和6.744%，累积方差贡献率为90.950%，代表了红心猕猴桃总信息的90.950%，保留了猕猴桃品质的绝大部分信息，猕猴桃评价的16项品质指标转化为6个不相关的综合指标，达到对原信息降维的目的。

表2 不同产地红心猕猴桃的品质指标含量Table 2 Quality index content of red-centred kiwifruit from different habitats

主成分载荷矩阵反映了各指标在主成分中的作用方向及大小程度。由表4可知，第1主成分代表了红心猕猴桃总信息的25.990%，果实纵径和单果重负向载荷权数最大，其值分别为-0.942、-0.855，Cu和Ti正向载荷权数最大，其值分别为0.671、0.563，可见，正向作用远小于负向作用，表明了果实纵径和单果重对第1主成分起决定性作用，因此第1主成分主要反映了果实外观品质。果实纵径与单果重、Ti和Cu均存在显著相关性（表3），因此将纵径作为第1主成分的代表指标。第2主成分代表了总信息的18.619%，可溶性糖、维生素C和可溶性固形物正向载荷权数最大，其值分别为0.784、0.717、0.709，Ti和Sr负向载荷权数最大，其值分别为-0.595、-0.570，正向作用远大于负正向作用，因此第2主成分主要反映了果实营养品质。可溶性糖与可溶性固形物存在相关性，与维生素C无相关，Ti与维生素C呈负相关，与Sr呈正相关（表3），因此选择可溶性糖、维生素C和Sr作为第2主成分的代表指标。第3主成分代表了总信息的17.391%，糖酸比和总酸正向载荷权数最大，其值分别为0.759、0.709，Cu和Mn负向载荷权数最大，其值分别为-0.613、-0.557，正向作用仍然高于负向作用，因此第3主成分主要反映了果实风味品质。糖酸比和总酸呈显著正相关，Cu和Mn呈正相关，故选择糖酸比和Cu作为第3主成分的代表指标。第4主成分代表了总信息的14.379%，Co的正向载荷权数最大，主要反映了果实中Co信息。第5主成分代表了总信息的7.827%，Ba和Ti正向载荷权数最大，主要反映了果实中Ba和Ti主要信息。第6主成分代表了总信息的6.744%，V和Sr正向载荷权数最大，主要反映了果实中V和Sr主要信息。综合分析6个主成分主要代表指标相关性，纵径与Cu和Ti呈显著负相关，糖酸比与可溶性糖呈显著正相关，Ti与维生素C和Sr相关，最终确定纵径、糖酸比、维生素C、Co、Sr和Ba作为不同产地红心猕猴桃品质评价的核心指标。利用主成分载荷矩阵（表4）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6个主成分中各指标所对应的系数即特征向量，设6个主成分得分依次为F1、F2、F3、F4、F5、F6，以特征向量为权重构建6个主成分的得分表达式：

以6个主成分的方差贡献率为权重，构建红心猕猴桃综合评价模型：Dn=25.99%F1+18.619%F2+17.391%F3+14.379%F4+7.827%F5+6.744%F6。根据上述综合评价模型计算出各产地的红心猕猴桃的综合评价分值，分值越高，该产地品质越好，结果见表5。由表5可知，11个产地红心猕猴桃中，奉新、苍溪、周至和松桃红心猕猴桃主成分综合得分最高，品质表现最好，修文、蒲江和西峡主成分综合得分最低，品质表现最差。

2.5 不同产地红心猕猴桃的聚类分析

聚类就是根据样品品质特性的相似程度进行简化合并分组，相似性最大的优先聚合在一起，最终按照类别的综合性质多个样品聚合，使其具有最大的组内相似性和最小的组间相似性[28-29]。根据红心猕猴桃16项品质指标数据标准化处理结果，采用系统聚类分析方法，以平方Euclidean距离为度量标准，以组间连接为聚类方法，对11个产地红心猕猴桃进行聚类分析，得到聚类树状图。如图1所示，在距离约为17时，11个产地红心猕猴桃聚集为4类，结合表1，第1类聚集了7个产地，包括凤凰、上虞、雅安、苍溪、周至、松桃和奉新，这一类产地红心猕猴桃果实可溶性固形物、可溶性糖、糖酸比和维生素C含量均较高，而果实纵径和单果重相对较小，果实微量元素相对较高，该类产地果实风味酸甜适宜，从口感方面更容易赢得消费者喜爱，果实适合于鲜食利用；第2类聚集了1个产地南丹，南丹红心猕猴桃果实纵径和单果重最小，糖酸比偏低，而Cu和Ti含量最高，该类产地果实外观品质较差，适用于加工高含量微量元素的猕猴桃制品；第3类聚集了2个产地蒲江和修文，该类产地果实纵径和单果重相对较大，可溶性糖、糖酸比、维生素C、Cu、As和Sr含量均较低，该类产地果实外观品质上占有一定优势，但口感欠佳，果实更适合加工利用；第4类聚集了1个产地西峡，西峡果实纵径偏大，单果重最大，维生素C含量偏高，单宁和总酸含量最高，糖酸比偏小，Ti、Cu、Co、Sr和Ba含量均最低，西峡虽然单果重最大，外观品质上能赢得消费者青睐，但单宁和总酸含量高，糖酸比和微量元素含量低，果实适合加工高维生素C含量的猕猴桃休闲食品和保健品。综上，聚类分析和主成分综合评价得分结果较为一致，表明聚类分析和主成分分析均可用来分析红心猕猴桃果实品质指标，综合评价不同产地红心猕猴桃果实的鲜食或加工品质的优劣。研究结果与公丽艳等[30]和刘丙花等[31]采用两种方法分别对苹果加工品质和不同蓝莓品种品质分析的评判结果一致。

表5 不同产地红心猕猴桃的主成分得分Table 5 Scores of the principal component of red-centred kiwifruit from different habitats

图1 红心猕猴桃产地聚类分析树状图Fig.1 Dendrogram obtained from cluster analysis of red-centred kiwifruit habitats

3 讨论

本研究通过对11个产地红心猕猴桃的16项品质指标进行测定，并对指标进行相关性分析、主成分分析和聚类分析。结果表明，不同产地红心猕猴桃的16项品质指标均具有不同的差异性，其中Co含量差异最大，纵径差异最小。分析原因可能有：一是相对于绿肉和黄肉猕猴桃，红心猕猴桃发展起步较晚，各个产地对红心猕猴桃驯化和栽培差异较大；二是不同产地光照条件、肥水供给状况以及树体结果数量影响果实单果重及营养成分；三是由于通过市售采购的红心猕猴桃，有些产地有意挑选相对较大均匀的果实进入市场增加竞争力，导致果实大小不一。通过主成分分析法，不同产地红心猕猴桃16个品质指标简化为6个主成分，第1主成分主要反映了果实外观品质，第2主成分主要反映了果实营养品质，第3主成分主要反映了果实风味品质，第4、5、6主成分主要反映了果实中微量元素Co、Ba、Ti、V和Sr的信息，6个主成分累积方差贡献率为90.950%，综合了红心猕猴桃品质的绝大部分信息。结合相关性和主成分分析，从16项品质指标中筛选出纵径、糖酸比、维生素C、Co、Sr和Ba 6项品质指标，可作为评价不同产地红心猕猴桃品质的核心指标。聚类分析将11个产地红心猕猴桃可划分为4类，第1类聚集了7个产地凤凰、上虞、雅安、苍溪、周至、松桃和奉新，第2类聚集了1个产地南丹，第3类聚集了2个产地蒲江和修文，第4类聚集了1个产地西峡。综合评价结果显示，11个产地红心猕猴桃中，奉新得分最高，品质最好，其次是苍溪、周至、松桃，西峡综合得分最低，品质最差。本试验结果基于现有试验条件及分析方法而做出的结论，而不适用于因其他条件改变后导致的品质差异，在下一步研究中，需要考虑对红心猕猴桃基地进行现场随机采摘取样、增加猕猴桃产地和营养成分的测定，并通过感官评价、风味品质和贮藏品质分析等对红心猕猴桃进行全面评价。

4 结论

本试验通过对11个产地红心猕猴桃的16项品质指标进行测定，并运用相关性分析、主成分分析和聚类分析对试验数据统计分析。结果表明：红心猕猴桃的16项品质指标相互间存在不同程度的相关性，通过主成分分析，提取了6个主成分，并确定了纵径、糖酸比、维生素C、Co、Sr和Ba 6项核心品质指标，可用于评价不同产地红心猕猴桃品质。通过聚类分析，11个产地红心猕猴桃可划分为4类，与主成分分析判定结果一致。综合评价结果得出：11个产地红心猕猴桃中，奉新品质最好，其次是苍溪、周至和松桃，西峡品质最差。