不同规格、不同部位籽瓜果皮质地特性分析*

2021-09-01王启慧熊世磊万芳新黄晓鹏

云南农业大学学报(自然科学) 2021年4期

王启慧，熊世磊，万芳新，黄晓鹏

(1.甘肃农业大学食品科学与工程学院，甘肃兰州 730070；2.甘肃农业大学机电工程学院，甘肃兰州 730070)

籽瓜(Citrullus lanatusssp.vulgarisvar.megalaspermus)，又名籽用西瓜、打瓜，属葫芦科普通西瓜亚种的栽培变种，根据种子颜色分为黑籽瓜和红籽瓜，甘肃、内蒙古和新疆等地为黑籽瓜的主要产区。《本草求真》记载“打瓜肉入心脾胃，肉有解心脾胃热，止消渴”，指出籽瓜肉可舒胃养肾、润肺活血和提高免疫力[1]。研究表明：瓜皮中含有丰富的矿物质元素[2]，瓜皮提取物具有抑菌和抑制癌细胞的作用[3-4]。然而瓜皮益处鲜为人知，致使籽瓜取籽后常被浪费。质地特性是果实品质的重要指标[5]，近年来籽瓜的研究多针对其遗传育种[6]、栽培技术[7-10]、机械化播种与收获[11]以及功能性开发[12]，关于籽瓜质地特性的研究分析尚未深入。

瓜果的质地特性常用感官和仪器测定进行评价[13]。籽瓜质地常用多汁、致紧、肉厚和皮薄等感官来描述[14-15]，相比之下，仪器测定分析更具有科学准确性。质构仪穿刺法可根据果实自身特点，在不同位置运行程序，从而得到果皮硬度、韧性、脆度和果肉硬度等指标[16]。在瓜类果实的质地分析中，潘好斌等[17]对不同品种薄皮甜瓜进行分析，建立了一套综合评价质地品质的方法；刘莉等[18]采用TPA (texture profile analysis)、穿刺和剪切方法对6 种类型甜瓜果肉进行分析，得出采用TPA 测得的硬度、黏着性和咀嚼性以及穿刺作用下的脆性和平均硬度均可以反映出甜瓜果肉的质地差异，指出TPA 与穿刺法对甜瓜果肉质地的适用性。文献检索发现：现有瓜类果实质地分析以研究果肉为主，对果皮部分鲜有提及。

本研究采用质构分析仪对不同规格、不同部位籽瓜果皮进行质地特性的测定和分析，旨在明确各质地特性的变化规律，区分各质地特性之间的差异、变异程度和相关性，以期为进一步研究籽瓜果实其他生物特性及籽瓜储藏保鲜提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试籽瓜品种为产自甘肃省靖远县的靖远一号籽瓜，该瓜种主要种植于旱沙田，整瓜平均质量为3.5～5 kg，平均密度为0.88 g/mL，碳水化合物含量为2.0%～3.5%。从该地某瓜园中随机选取500～600 个成熟状况相同、质地品质良好以及无病虫害的新鲜籽瓜作为试验材料。果实采摘后，当日包装运回贮藏地点进行低温贮藏。

1.2 试验方法

1.2.1 测试样品制备

按照籽瓜长轴分别约为10、15 和20 cm 的标准，将试验籽瓜分为小型、中型和大型籽瓜。设计64 个试验组，每个试验组包括小型、中型和大型籽瓜各3 个，依次标号备用。

先用清水将籽瓜表面清洗干净，待其表面水分全部晾干后，利用小刀将每个试验籽瓜进行纵切，再分别对瓜梗部、中上部、赤道部、中下部和瓜尾部的籽瓜样本进行切块。横切成厚度约为1.5 cm 的试验薄片，用直径为1 cm 的圆柱形打孔器(自制)在所取薄片上打孔，用小刀修整成厚度约为1 cm 的圆柱体，每个部位重复取样3 次。

1.2.2 测定指标和方法

试验于2019 年9 月在甘肃农业大学力学实验室进行。试验分6 批次进行，5 d 内检测完毕，当天完成同一试验批次果实品质各项指标的测定。测试时，将切好的圆柱形标准试验样品依次固定于质构分析仪(TA.XT.Plus 型)载物台平板上合适的位置，采用型号为P/2，直径为2 mm 的柱状探头，测定籽瓜果皮的强度、破裂深度、脆度和韧性，测试时使探头从正中位置贯入标准试验样品。设定测试参数为：测试模式为压缩；测前速度为1 mm/s；测中速度为2 mm/s；测后速度为10 mm/s；压入位移为5 mm。依次记录和保存每次试验结果，取平均值。整个试验过程中，利用温湿度计控制温度和湿度为标准室温状况下的温度和湿度。

果皮强度(g)：指探头穿透果皮时所需的力值，以曲线中第1 个峰值(F1)来表示。当对标准试验样品进行穿刺试验时，曲线中第1 峰值即籽瓜果皮破裂时的力(F1)。

破裂深度(mm)：指探头从接触果皮开始直至穿透果皮破裂时探头运行的距离。以曲线中第1 个峰的运行距离作为籽瓜果皮破裂深度。

果皮脆度(g/s)：指果皮在破裂后，其硬度与破裂深度的比值，可反映果实的新鲜程度。以曲线中第1 峰值的力(F1)与该力作用下探头运行距离的比值来表示。

果皮韧性(g·s)：指果皮受到穿刺损伤后的抗压程度，用果皮硬度与破裂深度的乘积来表示。以曲线中第1 峰值的力(F1)与该力作用下探头运行距离的乘积来表示。

分别建立不同规格的籽瓜果皮各质地特性与不同部位之间的一元非线性回归模型，以衡量部位的变化对质地特性的影响能力，准确预测从瓜梗部到瓜尾部籽瓜果皮各质地特性的变化情况；分别对不同规格、不同部位籽瓜果皮各质地特性的变异系数进行分析，以探究各质地特性的变异程度；测定籽瓜不同部位的果皮质地特性，以探讨各特性之间的相关关系。

1.3 数据处理

采用WPS 2019 进行测试数据处理；采用SPSS 25 对各质地特性参数进行单因素(ANOVA)方差分析和皮尔逊相关性分析(Pearson correlation analysis)；籽瓜果皮穿刺试验曲线由质构仪自带软件完成；采用Origin 2016 软件进行图像绘制和数据的拟合处理。

2 结果与分析

2.1 不同规格、不同部位籽瓜果皮质地特性分析

由表1 可知：不同规格的籽瓜果皮各项质地特性之间存在差异。大型和中型籽瓜的果皮强度均大于或显著大于小型籽瓜，大型籽瓜果皮强度高达2 371.02 g，中型籽瓜果皮强度高达2 125.95 g，而小型籽瓜果皮强度最高仅有1 906.42 g；大型籽瓜果皮的破裂深度普遍大于小型和中型籽瓜，最大破裂深度可达3.53 mm。由此可见，在相同的机械损伤条件下，大型籽瓜的损伤程度较高。就果皮脆度而言，中型籽瓜的果皮脆度普遍高于大型和小型籽瓜，其果皮脆度最高可达790.65 g/s，而小型籽瓜的果皮脆度最高仅为613.39 g/s；在果皮韧性方面，大型籽瓜的果皮韧性最高，可达7 878.28 g·s，而小型籽瓜的果皮韧性最大值仅5 952.22 g·s。从瓜梗部到瓜尾部，大型籽瓜的果皮强度和果皮脆度呈先下降后上升的趋势，果皮破裂深度呈先上升后下降的趋势，果皮韧性则呈逐渐下降的趋势；中型籽瓜的果皮强度呈逐渐下降的趋势，果皮脆度呈先上升后下降的趋势；小型籽瓜的果皮强度和果皮脆度均呈逐渐下降的趋势，果皮破裂深度和果皮韧性呈先下降后上升的趋势。

由表1 还可知：不同部位的籽瓜果皮各项质地特性之间也存在差异。瓜梗部和中上部籽瓜果皮强度和韧性均高于其他部位；小型籽瓜的赤道部、中下部和瓜尾部果皮强度与其其他部位果皮强度之间存在显著差异(P＜0.05)，大型籽瓜的瓜梗部果皮强度与其他不同规格、不同部位的籽瓜果皮强度之间存在明显差异(P＜0.05)。大型籽瓜的最大破裂深度在其赤道部，且与中型籽瓜赤道部的破裂深度之间存在显著差异(P＜0.05)。小型和大型籽瓜的瓜梗部果皮脆度均高于同规格的其他部位，中型籽瓜的赤道部果皮脆度与大型籽瓜的赤道部果皮脆度之间存在显著差异(P＜0.05)。就赤道部和中下部果皮韧性而言，小型籽瓜与大型籽瓜之间存在明显差异(P＜0.05)。

表1 不同规格、不同穿刺部位籽瓜果皮质地特性参数比较Tab.1 Comparison of the characteristic parameters of seed melon peel with different specificationsand different puncture positions

2.2 不同规格、不同部位籽瓜果皮质地特性的回归分析

由表2 可知：不同规格、不同部位籽瓜果皮强度和脆度试验值均满足高斯函数模型，且拟合函数的相关系数均接近于1，拟合结果可靠。不同规格、不同部位籽瓜果皮破裂深度和韧性试验值均满足多项式函数模型，拟合函数的相关系数均接近于1，拟合结果可靠。

表2 不同规格、不同部位籽瓜果皮质地特性函数拟合结果Tab.2 Fitting results of the cortical features of different specifications and different parts of the seed melons peel

2.3 不同规格、不同部位籽瓜果皮质地特性的变异程度分析

由图1 可知：在不同规格的籽瓜中，大型籽瓜果皮强度、破裂深度、脆度和韧性的变异系数均大于其他2 种规格的籽瓜，具体数值分别为13.25%、8.83%、16.26%和15.73%，说明大型籽瓜果皮各质地特性变异程度最大；小型籽瓜果皮强度和果皮韧性的变异系数分别为10.97%和14.50%，均大于中型籽瓜；中型籽瓜果皮破裂深度和果皮脆度的变异系数分别为8.70%和13.14%，均大于小型籽瓜。从籽瓜不同部位果皮各质地特性分析可知：赤道部果皮各质地特性的变异系数均最大，其中果皮脆度的变异系数最大(25.06%)；中上部果皮强度的变异系数最小(4.80%)；瓜梗部果皮破裂深度和果皮脆度的变异系数均最小，分别为3.91%和7.69%；瓜尾部果皮韧性的变异系数最小(9.37%)。

图1 不同规格、不同部位籽瓜果皮各质地特性的变异系数)Fig.1 The coefficient of variation of the texture characteristics of seed melon peels of different sizes and parts

2.4 籽瓜不同部位果皮质地特性之间的相关性分析

由表3 可知：瓜梗部的果皮强度与瓜尾部的果皮强度和果皮脆度、中下部的果皮破裂深度和果皮韧性、瓜梗部的果皮破裂脆度和果皮韧性、中上部和赤道部的果皮韧性均呈极显著正相关；中上部的果皮强度与中下部的果皮强度呈极显著正相关，与瓜尾部的果皮韧性呈显著正相关；赤道部的果皮强度与中上部的果皮脆度、瓜尾部的果皮韧性均呈显著正相关；中下部的果皮强度与瓜尾部的果皮韧性呈极显著正相关；瓜尾部的果皮强度与瓜梗部的果皮脆度呈显著正相关，与中下部的果皮韧性呈极显著正相关；瓜梗部的果皮破裂深度与中上部和赤道部的果皮破裂深度均呈极显著的正相关，而与瓜尾部的果皮破裂深度呈极显著负相关；中上部的果皮破裂深度与赤道部的果皮破裂深度呈极显著正相关；赤道部的果皮破裂深度与瓜尾部的果皮破裂深度呈显著负相关；中下部的果皮破裂深度与瓜尾部的果皮脆度、瓜梗部和中上部的果皮韧性均呈显著正相关，与赤道部的果皮韧性呈极显著正相关；瓜梗部的果皮脆度与中下部的果皮韧性呈显著正相关；赤道部的果皮脆度与中下部的果皮脆度呈显著正相关；瓜尾部的果皮脆度与瓜梗部和中上部的果皮韧性均呈显著正相关，与赤道部的果皮韧性呈极显著正相关；除瓜尾部的果皮韧性与其他部位的果皮韧性无显著相关性外，其他部位的果皮韧性之间均呈显著或极显著正相关。

3 讨论

利用质构仪分析果实质地变化最常用的方法一般有3 种：TPA 法、穿刺法和剪切法。其中TPA法广泛用于仁果类果实如苹果[19-22]和梨[23-24]以及浆果类果实如葡萄[25-26]、草莓[27]和番茄[28]的全质构分析，但TPA 法不能得到果皮性状数据，存在一定局限性。相比TPA 法而言，穿刺法采用柱状探头能更准确地反映果皮的质地特性，在钙果[29]、冬枣[30]和石榴[31]等小型果实中均有应用。籽瓜作为一种低糖瓜类，其质地特性研究存在空白，在现有的甜瓜质构分析中，果肉质地特性探讨而暴露出果皮研究的缺失，且在挑选甜瓜时，果皮能够帮助人们辨别新鲜度。因此，本研究采用P/2 探头对不同规格的籽瓜果皮进行穿刺试验，参照马庆华等[30]检测冬枣的方法，对籽瓜果皮强度、破裂深度、脆度和韧性指标进行质构分析，弥补了这方面研究的空白。

果品的穿刺部位不同，其质地特性之间也存在显著差异。如房大伟等[29]对同一钙果的肩、中、底部进行穿刺，得出果皮破裂深度和韧性均为中部＞顶部＞底部；王斐等[32]通过对梨果肉萼部、中部和梗部进行比较研究，发现果肉脆度和硬度均为萼部＞中部＞梗部；赵爱玲等[33]通过质构仪穿刺试验研究，得出果实中部更能真实地、准确地反映不同类型枣的质地特性。本试验中，对不同规格籽瓜的果皮分别进行瓜梗部、中上部、赤道部、中下部和瓜尾部5 个部位的穿刺试验，发现在不同部位果皮强度、破裂深度、脆度和韧性等质地参数变化不一致，可能是籽瓜的基因表达差异所致。此外，本研究表明：不同规格籽瓜的果皮韧性随穿刺部位的改变总体呈先快速降低再缓慢上升的趋势，大型籽瓜果皮韧性在尾部略有降低，可推断与位移穿刺模式有关。但不同规格籽瓜的果皮破裂深度和脆度变化不一致，此现象可能是探头运行时穿刺的深度不稳定所致。通过分析高斯函数模型和多项式函数模型对籽瓜果皮各质地参数与部位之间的拟合结果，进一步确定了籽瓜果皮各质地参数随部位改变时的变化趋势。

在果皮各质地特性之间的相关性分析方面，本研究结果与已有研究之间存在差异，如周靖宇等[34]发现：无花果果皮强度与果皮破裂深度、果皮脆度和果皮韧性间存在显著正相关；许玲等[35]发现：毛叶枣的果皮强度和果皮韧性与其果皮脆度极显著正相关。本研究发现：籽瓜瓜梗部的果皮强度与瓜尾部的果皮强度和果皮脆度、中下部的果皮破裂深度和果皮韧性、瓜梗部的果皮破裂脆度和果皮韧性、中上部和赤道部的果皮韧性均呈极显著正相关，这可能是因为瓜梗部优先获取瓜藤所提供的养分以及籽瓜所处的生长环境导致的。