不同搭架方式百香果营养成分分析及综合评价

张丽敏，彭 熙，蔡国俊，张孙健，吴应海，李安定

（1.贵州科学院山地资源研究所，贵州贵阳，550001；2.贵州科学院生物研究所，贵州贵阳，550009）

百香果，学名西番莲，是西番莲科（Passifloraceae）西番莲属（PassifloraLinn.）的热带多年生常绿药食同源藤本植物。原产于巴西、厄瓜多尔等南美洲一带，现在主栽国家有越南、澳大利亚、中国等，中国主要分布在广西、云南、福建、广东、贵州等地，2020年种植面积达60 万亩以上。目前主要品种有紫果种（Passiflora edulisSims）、黄果种（Passiflora edulisf.flavicarpaDegener）及二者的杂交种[1]。百香果全身是宝，果汁含有丰富的维生素、大量元素、微量元素、人体所需氨基酸及100 多种香气成分[2]，其中蛋白质、总糖、VC、Ca 和K 含量平均为2770.00、7260.00、27.40、4.14 和4.93 mg/100 g；风味氨基酸（FAA）含量高，平均为323.08 mg/100 g，占总氨基酸的26.69%，被称为“果汁之王”；种子含油量高，可用于榨油及提取精油；果皮富含果胶和超氧化物歧化酶（71.20 U/g），可用于制作面膜；根、茎和叶药用成分丰富，药用氨基酸含量平均为845.64 mg/100 g，可用于制药，具有预防高血压、抗抑郁、抗衰老等功效[3−4]。

目前国内外学者对百香果的研究较多，主要在高效栽培技术、种质资源收集与品种选育、贮藏与保鲜技术等方面，对百香果营养特性及香气成分的研究多集中在不同品种之间的比较[5−7]。潘葳等[8]比较了福建省5 种百香果果汁营养及香气成分，发现‘芭乐味黄金果’综合品质最佳；邝瑞彬等[9]比较了广东省4 种百香果的营养及香气成分，发现‘大黄金’的综合内在品质最佳；朱洁等[10]研究了贵州省‘紫香1 号’和‘平塘1 号’的营养成分，发现‘平塘1 号’百香果营养价值更高，由于研究区域不同，其气象因子及栽培管理水平不一致，导致研究结果存在差异[11]。我国百香果种植面积大，分布区域广，栽培技术参差不齐，其中搭架技术是影响百香果产量与品质的主要因素，李朝能[12]采用门字架、人字架和篱架种植‘紫香1 号’，发现不同搭架方式下产量具有显著差异（P<0.05）；张文娟[13]认为单壁篱架种植百香果可提高产量和品质；黄春亮等[14]也认为直立篱架效果较好。但这些研究结果多是基于单因素分析，指标之间影响较大，且对不同搭架方式的整体研究报道较少，尤其是把多元统计分析应用到比较不同搭架方式下百香果产量与品质的报道几乎没有。

主成分分析（principal component analysis，PCA）是采用少量综合指标代替原来多个指标大部分信息的一种降维分析方法[15]，即把海量数据转化为几个信息不重叠的数据，从众多因素中提取出几个关键因子[16]，其优点在于可消除评价指标间的相关影响，能够保证评价的客观性[17−20]。PCA 技术目前已广泛应用于农产品品质差异、筛选和评价的研究[21−23]，目前已在百香果[2]、即食玉米[24]、枸杞[25]等农产品中得到了很好的应用，是评价百香果综合品质的一种较好的方法。因此，本研究针对5 种不同搭架方式，采用PCA 法及构建模型综合评价不同搭架方式对百香果产量及品质的影响，从而筛选最佳搭架方式。该研究可为百香果的栽培奠定一定的理论基础，具有实际指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

‘台农1 号’百香果 贵州省山地资源研究所“特色藤本植物产学研”基地；氢氧化钠、95%乙醇、盐酸、硫酸、硝酸、无水乙醚、硫酸铜、硫酸钾、酒石酸钾钠、酚酞指示剂、钾硫氨酸、氮蓝四唑、2,6-二氯酚靛酚、邻苯二甲酸氢钾、次甲基蓝 均为分析纯，浙江华军药业有限公司。

FA2104S 百分之一分析天平 上海一恒科学仪器有限公司；ACE101-150 游标卡尺 南昌江大仪器有限公司；WYT-4 型手持糖量仪 北京万行吉利经贸有限公司；PHS-3C pH 计 梅特勒-托利多上海有限公司；LWS2600 气相色谱仪 上海精科仪器有限公司；UV-1800PC 紫外可见分光光度计 上海仪电分析仪器有限公司；IMMAGE800 全自动蛋白质分析仪、L-3000 全自动氨基酸分析仪 大连隆丰仪器仪表有限公司；ATPIO-3000D 粉碎机、WARING 800S 组织捣碎机 安徽奇卓粉体设备有限公司；ZCA-1000AFG 原子吸收光谱仪 北京中和测通仪器有限责任公司；HC-3018R 高速离心机 浙江正达环保设备有限公司。

1.2 试验地概况

试验地位于贵州省黔南州平塘县克度镇光明村贵州省山地资源研究所“特色藤本植物产学研”基地（东经106°48′19″，北纬25°43′37″），海拔853 m，年平均气温16.3 ℃，年降雨量1400 mm 左右。雨季为5～10 月，占全年降雨量的80%，属亚热带季风气候，土壤为山地黄壤。

1.3 试验设计

以‘台农1 号’百香果为试验品种，2020 年4 月定植，采用5 种不同搭架方式：篱壁式单层架（FBSD）、篱壁式双层架（FBSS）、宽窄行单层架（KZHD）、宽窄行双层架（KZHS）、平棚垂帘式搭架（PPJ），搭架材料为水泥柱，为钢筋混凝土结构，粗8～10 cm，高度250 cm，水泥柱嵌入泥土50 cm，FBSD 和KZHD 搭架时在离地面196 cm 处用PVC 管打“十字架”孔1 个，PPJ 打孔2 个，FBSS 和KZHS 搭架时在离地面106、196 cm 处各打孔1 个，孔用于穿钢丝，顶孔离水泥柱顶部4 cm，于2020 年5 月完成搭架。每种搭架方式种植100 株百香果苗，3 个重复试验小区，种植管理水平一致。种植株行距、箱面宽、过道宽、搭架距离及每亩种植株数如表1 所示。

表1 百香果种植及搭架基本情况Table 1 Basic information of passion fruit planting and frame modes

1.4 指标测定

1.4.1 产量测定 于2020 年6～12 月，在百香果开始挂果至整个生育期结束期间，每种搭架方式的每个试验小区随机选择20 株百香果，统计每株百香果的果实数量，在盛果期随机采摘100 个百香果称重，平均得到每个百香果的单重，百香果亩产（kg/亩）=每株果实数（个/株）× 每个果单重（g）×每亩株数（株/亩）/1000。

1.4.2 品质测定 2020 年10 月，在百香果盛果期从不同方位采集成熟度一致的果实样品，每种搭架方式的每个试验小区随机采摘果实5.0 kg，样品果带回实验室测定。横径（T_d）、纵径（L_d）、果皮厚度（PT）采用游标卡尺测定；果形指数（FSI）为纵径与横径的比值；单果重（SFW）、果肉重采用百分之一电子天平测定；可食率（ER）为果肉重与单果重的比值；维生素E（VE）：GB 5009.82-2016；维生素C（VC）：GB 5009.86-2016；蛋白质（ProT）：GB 5009.5-2016；脂肪（Fat）：GB 5009.6-2016；粗纤维（CF）：GB/T 5009.10-2003；钙（Ca）：GB 5009.92-2016；铁（Fe）：GB 5009.90-2016； 锌（ Zn） ： GB 5009.14-2017； 钾（ K） ： GB 5009.91-2017；镁（Mg）：GB 5009.241-2017；总黄酮（T_f）：SN/T 4592-2016; 超氧化物歧化物（Sd）：GB/T 5009.171-2003；可溶性固形物（Ss）：GB/T 12143-2008; 总糖（Ts）：GB 5009.8-2016；总酸（Ta）：GB/T 12456-2008；糖酸比（S_a）为总糖与总酸的比值；氨基酸：GB 5009.124-2016。

1.5 数据分析

采用Excel 2007 软件对实验数据进行处理，采用SPSS 19.0 软件和Duncan 新复极差法进行显著性分析，P<0.05 表示差异显著；采用R 语言软件进行PCA 统计分析及综合评价。

2 结果与分析

2.1 不同搭架方式百香果产量变化

在图1 中，百香果产量在不同搭架方式中具有显著差异（P<0.05）。KZHS 和FBSS 百香果产量最高，亩产分别为1156.48、1035.13 kg，其次为KZHD，亩产为815.78 kg，FBSD 及PPJ 百香果产量最低，分别为564.68、574.25 kg。这与袁启凤等[26]、张文娟等[13]的研究结果相一致，双层架产量均明显高于单层架，主要是因为双层架架面有两层，单株枝条较多，结果量大，同时FBSS 和KZHS 亩栽株数多，故产量高；而FBSD 和PPJ 架面为单层架，单株枝条少，且亩栽株数少，故产量低。

图1 不同搭架方式百香果产量变化Fig.1 Yield changes of passion fruit in different frame modes

2.2 不同搭架方式百香果外观品质变化

由表2 可知，在FBSD、FBSS、KZHD、KZHS、PPJ5 种搭架方式中，百香果的横径、纵径、果形指数、单果重、果皮厚度、可食率均未表现出显著差异。果实平均横径为5.71～5.85 cm，纵径为6.18～6.35 cm，果形指数为1.07～1.09，单果重为59.78～68.57 g，果皮厚度为0.54～0.62 cm，可食率为44.89%～48.24%。这可能是由于该品种自身的遗传特性较稳定[27]，根据全国调研数据发现，该品种在福建、广东、广西、云南、贵州等地种植的果实外观、可食率等未见明显差异[28]，与该研究结果相一致。

表2 不同搭架方式百香果外观品质Table 2 Appearance quality of passion fruit in different frame modes

2.3 不同搭架方式百香果内在品质变化

2.3.1 不同搭架方式百香果主要营养成分变化 在表3 中，维生素E、C 含量分别为0.61～0.74、23.60～27.10 mg/100 g，KZHD、KZHS 和PPJ 维生素E 含量显著高于FBSD、FBSS，而FBSD 维生素C 含量显著高于其他四种搭架方式（P<0.05）。维生素E、C 含量高于郭艳峰等[29]的研究结果，可能与研究区环境气候条件、海拔高度、土壤、栽培管理水平以及采摘成熟度有关[30]。蛋白质、脂肪、钙、铁、镁、锌、总黄酮、可溶性固形物含量在FBSD 和KZHD 方式下显著高于其他三种搭架方式，粗纤维和钾含量在不同搭架方式下未表现出显著差异（P<0.05），其中钾、钙、铁含量分别226.00～246.00、5.09～8.18、0.37～0.63 mg /100 g，本结果接近于邝瑞彬等[9]、Zhu 等[31]的研究结果，但与同类水果相比，其含量均高于香蕉、火龙果、芒果等热带水果[32]。超氧化物歧化物在FBSD、FBSS 含量最高。在果实品质中，酸是调节果实风味的主要物质，酸含量过高或过低都会影响果实的适口性，且良好的风味须在较高的含糖量上有合适的糖酸比[33]，因此，总糖、总酸和糖酸比这3 个营养成分指标对百香果内在品质有着重要影响。在本研究中，总糖在不同搭架方式下未表现出显著差异（8400.00～8800.00 mg/100 g），总酸含量在PPJ 中最高，为3804.00 mg/100 g，在FBSD 中最低，为3044.00 mg/100 g，糖酸比为KZHD（2.72）≈ FBSD（2.89）>KZHS（2.46）≈ FBSS（2.45）≈ PPJ（2.26），低于邝瑞彬等[9]（5.42）、Zhu 等[31]（4.84～5.68）和郭艳峰等[29]（5.37）研究结果，且显著低于人群口味认可的13:1～15:1[34]，这可能与采摘时间有关，本试验百香果采摘时间较晚，贵州百香果在10 月份时由于温度降低，日照减少，导致糖积累较少，酸增加，因此总体糖酸比较低。

表3 不同搭架方式百香果主要营养成分变化Table 3 Main nutritional components of passion fruit in different frame modes

2.3.2 不同搭架方式百香果氨基酸含量变化 如表4所示，在16 种氨基酸中，有7 种人体必需氨基酸，2 种儿童必需氨基酸，4 种甜味氨基酸，2 种酸味氨基酸，1 种其它氨基酸。谷氨酸含量最高，为210.46～320.42 mg/100 g，接近于邝瑞彬等[9]的研究结果（204.00～256.00 mg/100 g），高于袁启凤等[26]（197.87 mg/100 g）；天冬氨酸次之，为121.64～150.65 mg/100 g，接近于邝瑞彬等[9]（120.00～153.00 mg/100 g），低于袁启凤等[26]（215.31 mg/100 g），这可能是品种不同及采集来源不同所致。儿童必需氨基酸指儿童生长发育过程中不能在体内合成，只能通过外界摄入，2 种儿童必需氨基酸中，精氨酸和组氨酸含量分别为62.26～150.36、13.31～22.10 mg/100 g。FBSD 总氨基酸（TAA）、必需氨基酸（EAA）、风味氨基酸（FAA）含量较高，分别为1366.60、369.64 和799.50 mg/100 g，必需氨基酸占总氨基酸的含量为27.05%；FBSS 总氨基酸（TAA）和风味氨基酸（FAA）含量最低，分别为948.54 和549.68 mg/100 g，必需氨基酸占总氨基酸的含量为29.61%；KZHD、KZHS 和PPJ 氨基酸含量居中，说明单层架有助于氨基酸的积累和风味氨基酸的呈味，主要是因为单层架果实与光照的接触面大，有利于氨基酸的合成，这与袁启凤等[26]的研究结果相一致。在五种搭架方式中，必需氨基酸占总氨基酸的含量为27.05%～29.61%，略低于FAO/WHO 标准规定的必需氨基酸理想含量40%[35]。氨基酸的呈味与其侧链R 基团的疏水性关系密切，当氨基酸的疏水性较小时，其主要呈甜味，如甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸和丝氨酸，当其侧链R 基团为酸性基团时，则以酸味为主，如谷氨酸、天冬氨酸，这两种氨基酸也是形成鲜味物质的重要前提之一[36−37]。在本研究中，甜味氨基酸和酸味氨基酸含量分别为217.58～328.43、332.10～471.07 mg/100 g，占风味氨基酸的37.09%～41.08%、58.92%～62.91%，说明百香果主要以酸味为主，甜味为辅，但相差不大，酸甜适中。

表4 不同搭架方式百香果氨基酸含量变化（mg/100 g）Table 4 Amino acid content changes of passion fruit in different frame modes（mg/100 g）

2.4 主成分分析及综合评价

在图2 和图3 中，以特征值大于1 为标准，在检测的39 个指标中共提取出4 个主成分，累积解释贡献率为100.0%，说明这四个主成分反映了原始变量的全部信息，可代替原39 个指标评价百香果的营养品质。第一主成分的解释贡献率和特征值最大，分别为46.0%和17.94，具有较大解释值的指标为氨基酸，即精氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、谷氨酸和甘氨酸，其载荷权数分别为0.97、0.98、0.97、0.99、0.98，主要影响FBSD；第二主成分的解释贡献率为26.2%，具有较大解释值的指标为矿质元素，即铁、锌、镁，其载荷权数分别为0.82、0.96、0.98，主要影响KZHD；第三主成分的解释贡献率为19.6%，具有较大解释值的指标为外观营养成分，即单果重，其载荷权数为0.96，主要影响FBSS；第四主成分的解释贡献率为8.2%，具有较大解释值的指标为产量，其载荷权数为0.77，主要影响KZHS。在百香果种植过程中，若只考虑单一品质的影响，则有不同的搭架模式，如只考虑氨基酸，可以选择FBSD 搭架，只考虑矿质元素，可以选择KZHD 搭架，只考虑外观营养成分，可以选择FBSS 搭架，只考虑产量，可以选择产量KZHS。

图2 不同搭架方式下百香果营养成分PCA 图Fig.2 PCA diagram of nutrient components of passion fruit in different frame modes

图3 不同主成分上百香果营养成分相关性及贡献率Fig.3 Correlation and contribution rate of different principal components of passion fruit

若要考虑多因素品质（氨基酸、矿质元素、外观品质、产量）的影响，则要进行综合评价分析。根据各主成分的特征向量与标准化后的指标计算各主成分的得分（Y1～Y4），以各主成分对应的解释贡献率为权重，可构建综合评价模型[38]，为：Y=46.0Y1+26.2Y2+19.6Y3+8.2Y4，根据该模型计算出不同搭架方式的综合总得分，分值越高，说明该种搭架方式下百香果品质越好。从表5 可看出，FBSD 的总得分最高，为2.097，PPJ 的得分最低，为1.229，排序为FBSD（2.097）>KZHD（1.836）>FBSS（1.589）>KZHS（1.476）>PPJ（1.229）。说明在这五种搭架方式中，FBSD 是百香果种植过程中最佳的搭架方式，PPJ 是最不推荐的搭架方式。主要原因是FBSD 搭架光照充足，有利于果实的呈色及营养物质的积累，而PPJ 搭架遮阴严重，透光性差，不利于果实养分的积累[25]。

表5 不同搭架方式下百香果果实主成分分析综合得分Table 5 Principal component score of passion fruit in different frame modes

3 结论

通过对5 种搭架方式下百香果产量及营养成分含量的分析，采用多元统计分析方法进行主成分分析（PCA），综合评价了不同搭架方式的优劣性。研究结果发现，在FBSS 和KZHS 下百香果产量最高，亩产分别为1156.48 和1035.13 kg，FBSD 及PPJ 百香果产量最低，分别为564.68 和574.25 kg；不同搭架方式百香果外观品质未表现出明显差异；维生素E、C 含量分别为0.61～0.74 和23.60～27.10 mg /100 g，蛋白质、脂肪、钙、铁、镁、锌、总黄酮、可溶性固形物含量在FBSD 和KZHD 方式下显著高于其他三种搭架方式，超氧化物歧化物在FBSD、FBSS 含量最高，总糖在不同搭架方式下未表现出明显差异（8400.00～8800.00 mg/100 g），总酸含量在PPJ 中最高，为3804.00 mg/100 g，在FBSD 中最低，为3044.00 mg/100 g，百香果糖酸比在FBSD、FBSS、KZHD、KZHS、PPJ 方式中分别为2.89、2.45、2.72、2.46 和2.26，普遍偏低。FBSD 总氨基酸（TAA）、必需氨基酸（EAA）、风味氨基酸（FAA）含量最高，分别为1366.60、369.64 和799.50 mg/100 g；FBSS 总氨基酸（TAA）和风味氨基酸（FAA）含量最低，分别为948.54 和549.68 mg/100 g，必需氨基酸占总氨基酸的含量为29.61%；KZHD、KZHS 和PPJ 氨基酸含量居中。在本研究中，甜味氨基酸和酸味氨基酸含量分别为217.58～328.43、332.10～471.07 mg/100 g，占风味氨基酸的37.09%～41.08%、58.92%～62.91%。

对39 种指标进行主成分分析，从中提取了4 个主成分因子，其累计方差贡献率为 100.0%。根据4 个主成分方差贡献率建立综合评价模型：Y=46.0Y1+26.2Y2+19.6Y3+8.2Y4，根据该模型计算出不同搭架方式的综合总得分，FBSD 的总得分最高，为2.097，PPJ 的得分最低，为1.229，排序为FBSD（2.097）>KZHD（1.836）>FBSS（1.589）>KZHS（1.476）>PPJ（1.229）。说明在这五种搭架方式中，FBSD 是百香果种植过程中最佳的搭架方式。