云南广南县蒜头果果实外观质量分级标准研究

魏波 王序英 杨玉玲 赵大伟

(1红河学院生物科学与农学学院 云南蒙自 661100;2文山州农业科学院 云南省文山市 663099)

蒜头果（Malania oleiferaChun et Lee）又名马兰木、山桐果等，为常绿乔木，是我国特有单属单种古老植物、国家二级珍稀濒危保护树种和国家二类珍贵用材树种、云南省极小种群重点拯救保护对象［1-2］，主要分布在云南东南部和广西西部狭长区域［3-5］。蒜头果树高15 m以上，有樟树气味，树皮淡黄色，叶片揉碎有桃仁气味［4，6］。果形为圆型，其形状像独头蒜的蒜头状，内果皮是一种坚硬的壳，外果皮呈肉质，种子是黄白色，为中国特有的种类［4，6］。蒜头果果实见图1［5］。

图1 蒜头果果实［5］

由于国外无蒜头果资源分布，缺乏相关研究报道，而国内的相关研究工作主要集中在蒜头果油脂的提取和分离、油脂的开发利用［4，6-8］，生物生态学、种苗繁育、栽培等方面的研究较薄弱［9-13］，果实外观分级标准研究则属于空白。果实外观分级是商品化处理的一项重要内容，而商品化处理又是提高果实品质的重要措施之一。因此，根据果实的某些特性进行果实外观质量分级对提高果实品质具有重要的意义。本研究对云南广南县蒜头果果实进行外观质量分级研究，得到蒜头果果实的外观质量分级标准，以对指导蒜头果果实生产、促进蒜头果产业发展。

1 材料与方法

1.1 材料

2019年9月20日于广南县旧莫乡和董堡乡采集成熟的新鲜蒜头果，将采集到的蒜头果带回实验室，挑选无机械损伤、无病虫害的蒜头果备用测定。

1.2 方法

1.2.1 指标测定

将两地采集的蒜头果混合，随机选取82个新鲜蒜头果对其鲜重（g）、横径（mm）、纵径（mm）等3项指标测定。鲜重采用电子天平称量，横径和纵径采用电子游标卡尺进行读数测定。

1.2.2 分级标准制定

使用SPSS 13.0统计分析软件，采用系统聚类的K-均值聚类算法［14］对新鲜蒜头果果实鲜重、纵径及横径等数据进行标准化后，所得到的综合指标即可形成一些自然类。

K-均值原理如下：对于给定的样本集，按照样本之间的距离大小，将样本集划分为K个簇。让簇内的点尽量紧密地连在一起，而让簇间的距离尽量大。

用数据表达式表示，假设簇划分为（C1，C2，...Ck），本研究的目标是最小化平方误差E：

其中μi是簇Ci的均值向量，有时也称为质心，表达式为：

按距K个类中心点距离最短原则，把所有对象数据分派到各质心（中心点）所在类中，完成1次迭代过程；再计算各个类中各单元变量的平均值，以均值作为新的质心，重新确定为K个类的中心点进行聚类，形成一个新的K类。经过逐步调整聚类，使其达到一定标准要求的分类结果为最终分类结果。一般来说，靠近大数的类一般应属一级种子，靠近最小数的类应属于等外级。

2 结果与分析

2.1 蒜头果果实外观性状指标统计

随机选取82粒蒜头果果实，对其鲜重、横径、纵径等指标进行测定，并计算最大值、最小值、均值、标准差及变异系数，结果见表1。各外观指标变异幅度分别为鲜重21.7～74.6 g、纵径为30.92～45.60 mm、横径为34.28～54.63 mm。

2.2 蒜头果果实外观指标K-均值聚类分析结果

通过调整不同K值进行聚类分析，达到指标最低一类（等外）果实标准比例在15%以下为止。对果实鲜重、纵径、横径等3项主要外观指标的测定结果进行聚类分析，经过逐步计算K值，表明当K＝5时，指标值最低类种子为12.20%，故以K＝5时的聚类结果为依据，进行蒜头果果实分级，最终聚类中心点的距离见表2。

表2 蒜头果果实外观质量K类中心聚类的最终聚类中心值

蒜头果果实分级指标的方差分析结果（表3）表明，果实鲜重、纵径和横径在5个类间的差异性均达到极显著性水平（p＜0.01）。F值从大到小为果实鲜重＞横径＞纵径。因此，可将此3项指标作为蒜头果果实外观分级指标。

表3 蒜头果果实外观分级指标的方差分析

类间距离大小分析结果（表4）表明，第1类和第3类中心距离最小，第3类和第5类、第4类和第5类中心距离次之，而第1类和第2类间中心距离最大，说明云南广南县蒜头果果实外观可划分为5个质量等级，结合蒜头果果实外观指标综合分析，第2类和第4类果实属于一级外观质量果实，第5类果实属于二级质量果实，第3类果实属于三级质量果实，第1类则属于等外果实。

表4 蒜头果果实外观指标最终聚类各类间中心距离

2.3 蒜头果果实外观质量分级标准制定

根据最终聚类中心值和方差分析结果，并结合所选82个蒜头果实际参数，最终划分出蒜头果果实外观等级标准，如表5所示。各指标值最高的一类果实（第2类）占8.54%，因此，将指标值相近的第2类、第4类合并为一类，具体划分范围见表5。最终结果表明，蒜头果果实外观划分为4个等级标准，根据实际参数得出三等果实的数目最多，占31.71%；一、二等级果实分别占26.83%和29.27%。总之，合格外观果实约占总数的87.80%，而等外果实（属不合格果实）约为12.20%。

表5 蒜头果果实外观质量分级标准

指标间相关性Pearson分析结果（表6）表明，横径、纵径与果实鲜重均成极显著正相关（r＝0.987**；r＝0.941**），但横径与鲜果重关系更密切；横径与纵径也成极显著的正相关关系（r＝0.935**）。

表6 蒜头果果实各指标相关性分析（n=82）

分级时，首先看蒜头果果鲜重指标，以果鲜重所达到的级别确定果实级别，如果鲜重达Ⅰ级果要求，果实可为Ⅰ级；然后依此类推；在果鲜重达到要求后按纵径和横径指标分级；在横径、纵径不属同一等级时，以横径所属级别为准（横径与鲜果重关系更密切，即R横=0.987**＞R纵＝0.941**。

3 讨论

质量标准是指用来衡量某项工艺或某一产品所需要达到的技术指标要求和必须遵守的某些硬性规定［15］。而标准化是保证物品质量的前提条件，标准的确立对于质量的衡量起到非常关键的作用［15］。近几年来，关于质量标准分级研究逐渐增多，但是大多集中于中药材种子种苗方面的质量标准分级研究，这些中药材种子或者种苗通常是采用一种或者几种统计学法进行质量标准分级的制定，但结果无一例外，均表明K-均值聚类统计法不仅简单易用，且适合其质量标准分级的制定［16-24］。国外对果品标准的制定相当严密且实施也相当严格，我国在这些方面存在较大差距。黄日升等［25］通过协方差统计分析法对琯溪蜜柚果实分级标准进行了初步制定；欧阳坤［15］对广东鹰嘴蜜桃鲜果的果实大小分级（果实横径）、外观要求（果形、色泽、缺陷等）、内在品质（TSS、酸、固酸比、可食率）、病虫、农药残留、容许度等商品性指标参数进行了综合的研究，最终制定了广东鹰嘴蜜桃果实质量标准。

本研究对云南广南县所选取的82个蒜头果果实主要外观质量指标进行测定和K-均值聚类分析，结合蒜头果种子生产实际，将种子单粒鲜重、横径、纵径等3项指标作为蒜头果果实外观质量分级指标，制定分级标准。同样表明K-均值聚类分析法简单易用，适合蒜头果果实外观分级标准研究；同时也得出云南广南县蒜头果果实外观质量分为3个等级：一级果实单果鲜重≥46.6 g，纵径＞40.9 mm，横径＞45.85 mm；二级果实单果鲜重39～46.6 g，纵径37.84～40.9 mm，横 径42.23～45.85 mm；三级果实单果鲜重29.9～39 g，纵径35.73～37.84 mm，横径38.76～42.23 mm。

果实质量标准一般主要包括理化质量标准、外观质量标准、安全质量标准等3个方面［15］。本研究仅从蒜头果外观质量标准方面进行了果实质量的标准研究，因此，接下来需要从理化质量标准和安全质量标准方面进行综合研究，才能完整制定出其果实质量标准。果实分级一般首先应从外观品质和理化品质两个大方向考虑，果实外观品质和理化品质的分级能把果实的好与劣分别开来。果实外观品质由果实横径、果实单果重、果形、果面缺陷、果皮着色、果实整齐度、果实色泽、果实光洁度、果实新鲜度等外观指标组成，其中果实单果重和实横径常常作为外观分级的主要指标，再结合所需分级的果实的自身特点选择较好分级的指标来决定分级的主要指标［15］。本研究同样证实了果实单果重和果实横径成极显著正相关关系（r＝0.987**），可作为蒜头果外观质量分级标准的重要指标。