非浓缩还原梨汁品质评价体系构建

冯云霄，何近刚，程玉豆，李丽梅，关军锋

（河北省农林科学院生物技术与食品科学研究所，河北 石家庄 050051）

梨是我国的主栽水果之一，其栽培品种多、栽培面积广、产量高，产量位居世界首位。2018年我国梨栽培面积约92.098万 hm2，产量达1 607.8万 t。因此，梨采后贮藏加工空间需求很大。梨汁是主要的梨加工产品。非浓缩还原（not from concentrate，NFC）果汁是采用新鲜果实直接榨汁所获得的100%纯鲜果汁，它既有丰富的营养，又能够保持果实良好的天然风味。随着多元化产品的发展及健康保健意识的增强，NFC果汁日益受到消费者的关注[1-2]。前人对梨制汁性能[3-5]、果汁理化特性[6-8]和褐变[9]有所研究，但NFC梨汁加工及其综合品质评价体系却鲜见相关报道。近年来，应用主成分分析与聚类分析相结合的综合性分析方法可有效评价农产品品质。聂继云等[10]通过对135 个苹果品种鲜榨汁的16 项品质指标进行因子分析和聚类分析，建立了苹果鲜榨汁品质评价体系。董星光等[5]利用主成分分析法将103 个梨品种的9 个制汁性能指标综合为4 个主成分，通过主成分综合得分评价，筛选出理想的梨汁制备品种。基于我国梨品种资源丰富这一情况，本研究选择32 个具有代表性的梨品种，分析梨汁口感（固酸比、糖酸比）、外观（亮度（L值）、色度角（h值）、透光率）、甜度（可溶性固形物质量分数（soluble solids content，SSC）、可溶性糖质量浓度）、酸度（可滴定酸质量分数、pH值）、功能性成分（酚类物质质量浓度、类黄酮质量浓度）、抗氧化性能（1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除率）12 项品质指标，通过因子分析和回归分析建立梨汁综合品质评价预测模型；根据预测模型计算每个品种理论得分，由此对不同品种NFC梨汁进行聚类分析，进而进行判别分析，得出梨汁综合品质判别函数，以期为梨汁生产及其品质评价提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

选取2018年产、冷藏1 个月内的32 个梨品种果实。

氢氧化钠 天津市大陆化学试剂厂；蒽酮 上海科密欧公司；Folin-Ciocalteau试剂 北京酷来搏科技有限公司；Na2CO3、没食子酸 生工生物工程（上海）股份有限公司；NaNO2、AlCl3天津市大茂化学试剂厂；芦丁 上海BBI生命科学有限公司；DPPH 上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

JYZ-E16原汁机 九阳股份有限公司；GY-4型硬度计 浙江托普仪器有限公司；PAL-1型手持数字糖度仪 日本ATAGO公司；ST3100型pH计 奥豪斯（常州）仪器有限公司；UV-1240紫外-可见分光光度计 岛津仪器（苏州）有限公司；CR-400色差计日本Konica Minolta公司。

1.3 方法

1.3.1 梨汁的制备

梨果实测定品质后去皮、去心、去果柄切成小块，之后立即浸入质量分数0.6% VC溶液护色5 s。用JYZ-E16原汁机榨汁后，立即用2 层纱布过滤，滤液经巴氏杀菌（98 ℃、30 s）后立即热灌装[11]，冷水冷却后置于4 ℃冰箱中备用，待品质评价与指标测定。每品种NFC梨汁制备进行3 个重复，每个重复用果量为15 个。

1.3.2 梨果实硬度、梨果/梨果汁可溶性固形物质量分数的测定

采用GY-4型硬度计，沿果实赤道部位相对两点测定果实去皮硬度。梨果/梨果汁SSC使用PAL-1型手持数字糖度仪测定。

1.3.3 梨果汁pH值与透光率的测定

梨果汁pH值使用pH计测定。采用UV-1240紫外-可见分光光度计测定果汁在625 nm波长处的透光率（T625nm）。

1.3.4 梨果/梨果汁可滴定酸质量分数、梨果/梨果汁固酸比、梨果汁可溶性糖质量浓度、糖酸比的测定

可滴定酸质量分数采用酸碱滴定法[1]测定；可溶性糖质量浓度采用蒽酮比色法[12]测定；固酸比为SSC与可滴定酸质量分数之比；糖酸比为可溶性糖质量浓度与可滴定酸质量分数之比。

1.3.5 梨果汁色度的测定

果汁倒入无色透明的培养皿中进行比色观测，使用CR-400色差计，采用D65光源，0°观察角，白色标准色校准。测定L值、a值、b值，其中L值表示色泽系统的亮度，值越大，表示所测样品表面越亮；以色度角（h＝180°＋arctan（b/a））表示色泽的变化。色度角（h）的变化幅度一般在0°～180°之间，h＝0°为紫红，h＝90°为黄色，h＝180°为绿色。

1.3.6 梨果汁酚类物质质量浓度的测定

参照Jiang等[9]的方法，取0.1 mL果汁于试管中，分别加入4.4 mL蒸馏水、0.5 mL Folin-Ciocalteau试剂（0.5 mol/L）、1.0 mL 7%（质量分数，下同）Na2CO3溶液，30 ℃恒温水浴2 h后，用分光光度计测定765 nm波长处的吸光度。同时，以0.1 mL蒸馏水代替果汁作空白对照。以没食子酸标准品绘制没食子酸质量浓度-吸光度标准曲线，通过没食子酸质量浓度表示酚类物质质量浓度，单位为mg/mL。

1.3.7 梨果汁类黄酮质量浓度的测定

参照Jiang等[9]的方法，取0.2 mL果汁于试管中，先后加入0.8 mL蒸馏水、0.3 mL 5% NaNO2溶液，25 ℃反应5 min后加入0.3 mL 10% AlCl3溶液，25 ℃继续反应5 min后加入2 mL 1 mol/L NaOH溶液，用分光光度计测定510 nm波长处的吸光度，同时，以蒸馏水作空白对照。以芦丁标准品绘制芦丁质量浓度-吸光度标准曲线，以芦丁质量浓度表示类黄酮质量浓度，单位为mg/mL。

1.3.8 梨果汁DPPH自由基清除率的测定

参照Jiang等[13]的方法，取0.05 mL果汁与3.9 mL DPPH溶液（60 μmol/L）混匀，25 ℃下避光反应30 min，同时，以0.05 mL体积分数80%乙醇溶液加入3.9 mL DPPH溶液作空白对照，用分光光度计测定517 nm波长处的吸光度。DPPH自由基清除率按式（1）计算。

式中：A0为空白对照的吸光度；A1为样品的吸光度。

1.4 数据处理与分析

采用SPSS 18.0软件进行不同梨品种间Duncan检验、Spearman相关性分析、因子分析、聚类分析和判别分析，显著水平设置为P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 不同品种梨果主要品质指标分析结果

续表1

32 个品种梨品质指标见表1，其中，单果质量最大的为‘雪梨’（650 g），最小为‘南果梨’（60 g）。硬度最大的为‘水红霄梨’（112.27 N），最小为‘西子绿梨’（39.96 N）。SSC最大的为‘南水梨’（16.59%），最小的为‘新梨7号’（9.95%）。可滴定酸质量分数最大的为‘安梨’（0.850%），最小的为‘库尔勒香梨’（0.050%）。固酸比最大的为‘库尔勒香梨’（276.02），最小的为‘安梨’（13.80）。不同指标中，变异系数最大的为可滴定酸质量分数（89.50%），最小的为SSC（11.83%）。

表1 不同品种梨果主要品质指标变异情况Table1 Major quality indices of pear fruit from different cultivars

2.2 不同品种梨汁品质指标比较

不同品种NFC梨汁间品质特性不同。其中，SSC最高的为‘南水梨汁’（16.59%），最低的为‘新梨7号’梨汁（9.95%）。可溶性糖质量浓度最高的为‘南果梨’汁（133.63 mg/mL），最低的为‘鸭梨’汁（54.59 mg/mL）。可滴定酸质量分数最高的为‘安梨’汁（0.92%），最低的为‘库尔勒香梨’汁（0.05%）。pH值、固酸比、糖酸比最高的为‘库尔勒香梨’汁（5.56、273.72、1 974.83），最低的为‘安梨’汁（3.29、12.75、80.09）。酚类物质质量浓度最高的为‘满天红梨’汁（1.38 mg/mL），最低的为‘黄金梨’汁（0.23 mg/mL）。类黄酮质量浓度最高的为‘满天红梨’汁（1.86 mg/mL），最低的为‘满丰梨’汁（0.07 mg/mL）；DPPH自由基清除率最高的为‘红霄梨’汁（89.75%），最低为‘雪花梨’汁（14.70%）。T625nm最高的为‘寒红梨’汁（94.37%），最低的为‘南水梨’汁（15.43%）。L值最高的为‘苹香梨’汁（47.33），最低的为‘满天红梨’汁（37.41）。h值最高的为‘苹香梨’汁（102.47°），最低的为‘早酥红梨’汁（69.42°）。12 个品质指标中变异系数最大的为类黄酮质量浓度（105.73%），变异系数最小的为L值（5.46%）（表2）。

表2 不同品种NFC梨汁12 项品质指标变异情况Table2 Variation coefficients of 12 quality indices of NFC pear juice from different cultivars

2.3 梨汁不同品质指标间的相关性分析结果

对12 个品质指标采用Spearman法进行相关性分析，结果表明，SSC与可溶性糖质量浓度呈极显著正相关关系，与可滴定酸质量分数呈显著正相关关系。可滴定酸质量分数与酚类物质质量浓度、类黄酮质量浓度、DPPH自由基清除率呈极显著正相关关系，与固酸比、pH值、糖酸比呈极显著负相关关系，与T625nm、L值呈显著正相关关系。固酸比与酚类物质质量浓度、类黄酮质量浓度、DPPH自由基清除率、T625nm呈极显著负相关关系，与pH值、糖酸比呈极显著正相关关系，与L值呈显著负相关关系。酚类物质质量浓度与类黄酮质量浓度、DPPH自由基清除率呈极显著正相关关系，与pH值、糖酸比呈极显著负相关关系。类黄酮质量浓度与DPPH自由基清除率呈极显正相关关系，与pH值呈极显著负相关关系。DPPH自由基清除率与pH值、糖酸比呈极显著负相关关系，与T625nm呈显著正相关关系。T625nm与pH值呈极显著负相关关系，与L值呈极显正相关关系，与h值呈显著正相关关系，与糖酸比呈显著负相关关系。pH值与L值呈显著负相关关系，与糖酸比呈极显著正相关关系。L值与h值呈显著正相关关系。可见，不同指标间相关系数差异较大，其中，pH值与固酸比相关性最高，相关系数为0.968；可溶性糖质量浓度与T625nm相关性最低，相关系数仅为－0.034。相比较而言，可滴定酸质量分数与其他指标相关性更高，与6 个指标（固酸比、酚类物质质量浓度、类黄酮质量浓度、DPPH自由基清除率、pH值、糖酸比）有极显著相关关系，与3 个指标（SSC、T625nm、L值）有显著相关关系；可溶性糖质量浓度与其他指标相关性最差，仅与SSC有极显著正相关关系（表3）。

表3 不同品种NFC梨汁12 项品质指标的相关系数Table3 Correlation coefficients among 12 quality indices of NFC pear juice from different cultivars

2.4 梨汁品质因子分析结果

2.4.1 主因子提取

评价NFC梨汁品质的指标较多，且各指标间存在一定的交互关系，致使反映其品质状况的许多指标信息发生交织和重叠。应用因子分析可在众多品质指标体系中筛选出若干个彼此不相关的综合性指标，并能够反映出全部指标所提供的绝大部分信息，以便于综合评价各品种NFC梨汁品质。

运用因子分析前首先进行KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）和Bartlett检验，其中KMO值为0.612（大于0.5），Bartlett的球形度检验P＜0.05，表明现有数据适合做因子分析，依据公因子初始特征值大于0.8的提取要求，得到4 个公因子成分F1～F4、其特征值的方差贡献率和累计方差贡献率见表4。前4 个公因子的累计方差贡献率为84.362%，能比较全面地反映所有信息。各因子选取载荷值绝对值大于0.700的指标作为解释变量。因子1方差贡献率27.873%，解释变量包括酚类物质质量浓度、类黄酮质量浓度、DPPH自由基清除率，反映了果汁的抗氧化性能，定义为功能因子；因子2方差贡献率为24.890%，解释变量包括糖酸比、固酸比，反映了果汁的口感，定义为风味因子；因子3方差贡献率为17.364%，解释变量包括L值、h值、T625nm，反映了果汁外观特性，定义为外观因子；因子4方差贡献率为14.235%，解释变量包括可溶性糖质量分数、SSC，反映果汁的糖度，定义为甜度因子（表4）。

表4 旋转后的因子载荷矩阵及主因子的特征值、方差贡献率、累计方差贡献率Table4 Rotated component matrix and characteristic values, contribution rates and cumulative contribution rates of top four principal factors

2.4 2 不同品种NFC梨汁各主因子及综合因子得分排名

在进行因子分析时，可依据各因子得分与方差贡献率计算综合因子得分：F（综合因子得分）＝0.279F1＋0.249F2＋0.174F3＋0.142F4。对不同品种NFC梨汁各主因子及综合因子进行得分排序。F1（功能因子）得分较高的品种梨汁具有较强的抗氧化能力，F1得分前两位为‘满天红梨’和‘安梨’，‘鸭梨’和‘黄金梨’位于最后两位；F2（风味因子）得分越高说明果汁的糖酸比、固酸比越高，口感越好，F2得分前两位为‘库尔勒香梨’和‘红香酥梨’，‘水红霄梨’和‘鸭梨’位于最后两位；F3（外观因子）得分越高，果汁透光性越好、外观颜色越好，F3得分前两位为‘苹香梨’和‘满丰梨’，‘早酥红梨’和‘满天红梨’得分位于最后两位；F4（甜度因子）得分越高说明糖度越高，F4得分最高的为‘南果梨’和‘南水梨’，‘新梨7号’和‘早酥梨’得分位于最后两位。综合得分越高，说明果汁综合品质越佳，由表5可知，‘库尔勒香梨’和‘花盖梨’汁得分最高，其中，‘库尔勒香梨’汁口感的风味因子得分最高，‘花盖梨’汁功能因子、外观因子和甜度因子得分均较高。而‘早酥红’和‘鸭梨’汁功能因子和风味因子得分均低于平均值，评分最低。

表5 不同品种梨NFC梨汁主因子及综合因子得分排名Table5 Ranking of NFC pear juice from different cultivars according to principal factors and comprehensive scores

在多元变量统计分析中，因子分析是近年来常用的综合评价方法，已在农作物产品品质的综合评价中被广泛应用[10,14-16]。聂继云等[10]采用因子分析，从16 项苹果鲜榨汁品质指标中筛选出SSC等7 项指标作为苹果鲜榨汁品质评价指标，使品质评价工作简化。本研究在评价NFC梨汁综合品质的基础上，加入酚类物质及抗氧化性能的评价，且以酚类物质质量浓度、类黄酮质量浓度、DPPH自由基清除率为代表性指标的功能因子权重占比最大（27.873%），可见，抗氧化性能在NFC梨汁品质评价中具有较大的作用。这与刘慧等[17]的研究结果相似，酚类物质含量及抗氧化能力与樱桃酒品质也关系密切。前人研究表明，酚类物质、类黄酮是果实中最重要且分布最广泛的次生代谢物质，对果汁品质、风味和色泽有一定的影响[18-19]，且对人体内过量的自由基有良好的清除能力，对心血管疾病、神经变性疾病和癌症预防方面有明显效果[20-22]，酚类物质对DPPH自由基的清除率与果汁的抗氧化活性密切相关，在一定程度上能够反映果汁的抗氧化能力[23-26]。董星光等[5]对103 个品种梨汁中酚类物质进行分析发现，‘秋子梨’酚类物质含量较高，是制备梨汁的理想品种。曾少敏等[27]对38 个梨品种的分析表明，‘秋子梨’中绿原酸、总黄酮、酚类物质含量和抗氧化能力最高。本研究也证明，“秋子梨”（‘花盖梨’‘安梨’‘满天红’等）NFC梨汁具有较高的酚类物质、类黄酮质量浓度和较强的抗氧化能力。不同品种NFC梨汁中酚类物质、类黄酮含量与DPPH自由基清除率呈极显著正相关关系（表3）。

2.5 NFC梨汁综合品质评价预测模型的建立

在进行因子分析时，以因子分析得到的各品种NFC梨汁综合因子得分为因变量（F值），以参加因子分析的各指标为自变量，进行逐步回归分析，建立NFC梨汁品质理论预测模型，结果表明，酚类物质质量浓度、糖酸比、h值、可溶性糖质量浓度、L值、类黄酮质量浓度被引入公式，能够代表4 个公因子成为有效指标。因此，得到的回归模型为Y＝－4.672＋1.037×酚类物质质量浓度＋0.001×糖酸比＋0.022×h值＋0.007×可溶性糖质量浓度＋0.023×L值＋0.189×类黄酮质量浓度，调整R2为0.992，P＜0.05，酚类物质质量浓度、糖酸比、h值、可溶性糖质量浓度、L值、类黄酮质量浓度6 个指标与F值的偏相关系数分别为0.939、0.993、0.964、0.957、0.844、0.605，其绝对值反映了其在品质综合评价中的作用大小：糖酸比＞h值＞可溶性糖质量浓度＞酚类物质质量浓度＞L值＞类黄酮质量浓度。再将筛选出的6 个指标值代入模型，得到每个品种品质的理论评分。该理论评分与前述利用因子分析得到的综合因子得分呈极显著正相关关系（r＝0.988**）。这说明所建模型与实际评估结果一致，所建模型具有很高的可靠性。

2.6 NFC梨汁品质判别函数的建立

计算32 个品种NFC梨汁品质的理论评分，根据理论评分结果进行K-means聚类，将其聚为4 类，依据理论评分分为优、良、中、差4 个等级，同时依据NFC梨汁理论评分和聚类结果计算Fisher判别函数（Yi）系数，建立判别函数。因此，设定Y1综合品质优，Y2综合品质良，Y3综合品质中等，Y4综合品质差，可得到4 个综合品质判别函数如式（2）～（5）所示。

在进行梨汁分类判别时，将果汁酚类物质质量浓度、h值、可溶性糖质量浓度、糖酸比分别代入上述函数，计算函数值，第几个函数的值最大，则其品质等级就属于第几类。用判别函数回代分类，判别的准确率为100%。可见，所建立的判别函数正确判别率极高，可完全适用于NFC梨汁综合品质判别。

判别分析是从现有已知类别的观察对象中建立一个判别函数，然后再用该判别函数去判别同质的未知类别观察对象。该方法已在农作物加工产品的品质评价上得到应用[10,28-30]。且所建判别函数均有良好的判别效果。本研究通过理论评分结果将NFC梨汁聚为4 类，建立NFC梨汁综合品质判别函数（Y1、Y2、Y3、Y4），判别准确性较高，可用于NFC梨汁综合品质定性判别，为NFC梨汁生产和品质评价提供参考。

3 结 论

本实验应用描述性统计、相关性分析、因子分析、聚类分析和判别分析方法对NFC梨汁品质进行了综合评价和分类研究，得出以下结论：1）对NFC梨汁12 个理化指标（SSC、可溶性糖质量浓度、可滴定酸质量分数、pH值、固酸比、糖酸比、酚类物质质量浓度、类黄酮质量浓度、DPPH自由基清除率、T625nm、L值、h值）分析结果表明，NFC梨汁品质指标间离散程度差异很大，变异系数在5.46%～105.73%之间，其中，类黄酮质量浓度变异系数最大（105.73%），而L值变异系数（5.46%）最小。2）梨汁不同品质指标间相关系数差异较大，其中，pH值与固酸比相关性最高（r＝0.968），可溶性糖质量浓度与T625nm相关性最低（r＝－0.034）；相比较而言，可滴定酸质量分数与其他指标相关性更高，与6 个指标（固酸比、酚类物质质量浓度、类黄酮质量浓度、DPPH自由基清除率、pH值、糖酸比）有极显著相关关系，与3 个指标（SSC、T625nm、L值）有显著相关关系；可溶性糖质量浓度与其他指标相关性最低，仅与SSC有极显著相关关系。3）因子分析将NFC梨汁的12 个理化指标降维为4 个主因子，其中因子1（功能因子）解释变量包括酚类物质质量浓度、类黄酮质量浓度、DPPH自由基清除率，因子2（风味因子）解释变量包括糖酸比、固酸比，因子3（外观因子）解释变量包括L值、h值、T625nm，因子4（甜度因子）解释变量包括可溶性糖质量浓度、SSC。4）建立的NFC梨汁综合品质评价模型为Y＝－4.672＋1.037×酚类物质质量浓度＋0.001×糖酸比＋0.022×h值＋0.007×可溶性糖质量浓度＋0.023×L值＋0.189×类黄酮质量浓度，梨汁品质可用酚类物质质量浓度、糖酸比、h值、可溶性糖质量浓度、L值、类黄酮质量浓度6 项核心指标进行评价。5）基于理论评分的K-means聚类分析结果表明，32 个品种NFC梨汁可分为优、良、中等、差4 个等级，进而建立NFC梨汁综合品质判别函数，由此判定不同品种梨汁综合品质。