基于层次-关联度的新疆骏枣品质性状分析及综合评价

张 梅，王利娜，王姝婧，杨智鹏，马路婷，刘伟峰，魏喜喜，李建贵

（1.新疆大学 资源与环境科学学院，新疆 乌鲁木齐 830046；2.新疆农业大学 a.林业研究所；b.新疆红枣工程技术研究中心，新疆 乌鲁木齐 830052）

枣Zizyphus jujubaMill.为鼠李科Rhamnaceae枣属Zizyphus落叶灌木或小乔木，是我国的特色果品，具有重要的营养价值和药用价值[1]。新疆拥有优越的气候资源和产地优势，特殊的环境条件形成了新疆尤其是南疆特有的红枣栽培优势，无论内地的什么红枣品种，只要引种在新疆，其果实品质均比内地省份好[2-3]。在新疆地区，随着产业结构的不断调整和优化，红枣种植产业迅速发展，其中，骏枣栽培种植区域涉及和田、巴州、阿克苏和喀什等多个地区数十个县市，但不同县市产出骏枣的品质有所不同。基于此，多位学者先后对新疆骏枣的品质进行了研究与探讨，如王成等[4]、宋锋惠等[5]均对新疆不同地区骏枣中的营养成分进行了不同程度的分析，但目前大部分的研究都主要集中于糖、有机酸、蛋白质等营养品质上，测定品质指标不够系统和深入，仅通过骏枣营养品质指标的比较，难以全面科学地综合评价新疆骏枣品质特点。

果实品质综合评价是通过选取能够反映评价对象的代表性指标，结合几种分析方法，对评价对象做出客观、准确、科学的评价。目前，综合评价方法广泛应用于实际生产和科学研究中，包括层次分析法[6]、模糊综合评价法[7]、灰色关联评价法[8]、主成分分析法[9]和因子分析法[10]等。其中，层次分析法为降低主观因素的影响，需结合数学分析方法，如灰色关联度分析方法等。灰色关联度分析法是建立在多性状量化的基础上，利用综合性状的全部优良信息，得到理想性状作为同一对比标准，通过计算关联系数、关联度，最终根据关联度的大小对评价对象进行排序[11-12]。基于层次分析和灰色关联度相结合的方法对研究样本的容量和数据的规律性要求较低，但此方法计算过程复杂，计算量大。

本研究针对新疆骏枣的果实品质开展研究，对其质地品质（硬度、黏附性、弹性、内聚性、胶着度、咀嚼度、回复性）和营养品质（可溶性糖、可滴定酸、蛋白质、维生素C、类黄酮、总酚）进行检测分析，应用层次分析和灰色关联度分析相结合的方法对新疆不同县市骏枣品质差异进行综合评价，以期更加客观、准确和科学地分析8 个不同县市的骏枣品质，为新疆骏枣资源的进一步开发和利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

试验所用骏枣采自新疆8 个不同县市（表1），在不同县市的骏枣密植产区各选取3 个立地条件和管理条件基本一致的枣园，每个枣园选择生长状况（树龄、树高、树冠、胸径等）相似的3～5 株枣树，枣树均为健康生长的成龄结果树。于2018年9—10月份的完熟期选取果形、大小和成熟度一致且无病虫害和无伤痕的枣果进行采样，每株枣树按5 个方位（东南西北中）随机采10 个果，每个县市各采集骏枣100 个，带回实验室后进行果实品质的测定。

表1 骏枣样品来源信息Table 1 Source information of Jun jujube samples

1.2 仪器与设备

本研究采用的仪器和设备主要有：破壁机MJPB80Easy，芜湖优泽进出口贸易有限公司；BSA 124S 型精密分析天平，广州市授科仪器科技有限公司；游标卡尺，北京卓尔力欣机电有限公司；UV-1800 型紫外可见分光光度计，翱艺仪器(上海)有限公司；超级恒温水浴锅，长沙基隆仪器仪表有限公司；TA−XT plus 质地分析仪（Stable Micro Systems Ltd，UK），北京微讯超技仪器技术有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 骏枣果实质地品质的测定

骏枣质地品质的测定主要参照禄彩丽等[13]、闫忠心等[14]、杨植等[15]的枣果处理方法和TPA试验方法，测定骏枣硬度、黏附性、弹性、内聚性、咀嚼度、胶着度和回复性7 项质地品质指标。从每个样点的枣样中选择大小相同且完好的3 个样品，用切片刀从枣果表面赤道处向枣核纵切2刀（相间1.0 cm），取出所切长块状果实，再横切2 刀（相间1.0 cm），得到长和宽各1 cm、高为枣横径长的类长方体小块，每个枣果重复3 次。采用TAXT plus 质地分析仪（Stable Micro Systems Ltd.，UK）对所切样品进行TPA 分析，获取骏枣组织的质地参数。特别在进行质地仪器操作时，对所有样品按照枣皮向枣核的方向进行测试，以减小可能因方向不同而产生的其他影响。

1.3.2 骏枣果实营养品质的测定

随机选取20 个枣果，将单个红枣去核，果肉用破壁机打碎，分别测定维生素C、蛋白质、氨基酸、可溶性糖、可滴定酸、类黄酮、总酚的含量，每个样品重复3 次。维生素C 含量主要参照GB/T 5009.86—2003 水果蔬菜及其制品中总抗坏血酸的测定，采用2，4 二硝基苯肼法进行测定；可溶性糖含量主要参照位杰等[16]的蒽酮比色法进行测定；可滴定酸含量主要参照GB/T 12293—1990 水果、蔬菜制品-可滴定酸度滴定法，采用电位滴定法进行测定；蛋白质含量主要参照蒋大程等[17]的考马斯亮蓝法进行测定；类黄酮和总酚含量主要参照夏乐晗等[18]的比色法进行测定；氨基酸含量主要参照GB 5009.124—2016 食品中氨基酸的测定，采用酸水解法进行测定。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2010 和SPSS19.0 软件统计处理数据，计算变异系数、各指标的权重系数及灰色关联系数。

1.4.1 根据层次分析法确定指标权重系数

将所测的骏枣质地品质和营养品质共14 个指标，运用1～9 比例标度法构建判断矩阵，分层次建立两两比较矩阵，通过计算两两比较矩阵的最大特征值λmax，并根据公式（1）（2）进行一致性检验（CI）和一致性比率（CR）计算，最终得到各指标权重。当CR 小于0.10 时，便认为判断矩阵具有可接受的一致性[19]。

式中：λmax为判断矩阵最大特征值；n为判断矩阵阶数；RI 为与n对应的平均随机一致性取值。

1.4.2 计算加权灰色关联度

根据骏枣的性状值设定一个理想数值作为参考类型（I0），先将原始数据进行无量纲化处理，将其化为0～1 间的标准化数据。然后根据灰色关联公式（3），计算关联系数，最后将层次分析法确定的核心指标权重值代入公式（4）中，求出各样品的加权关联度，关联度越高则说明综合品质越优[20]。

式中：ε(k)为关联系数；Δi(k)为第i个县市第k个指标的无量纲化处理的测量值与理想值的绝对差值；ρ为分辨系数，取0.5；ri为第i个县市的加权灰色关联度；w为此指标的权重值。

2 结果与分析

2.1 不同县市骏枣质地品质的变异特征

本研究对新疆不同县市骏枣果实的质地TPA特性进行了测量。从表2中可以看出，在新疆不同县市，质地品质指标之间变异系数差距较大，各指标之间变异系数范围为5.562%～54.921%。弹性和内聚性的变异系数较小，为弱变异（变异系数＜10%），说明不同县市骏枣的弹性和内聚性差异较小。而硬度、粘附性、胶着度、咀嚼度和回复性变异系数较大，为中等变异（变异系数＞10%），说明不同县市骏枣硬度、粘附性、胶着度、咀嚼度和回复性存在较大差异。总体来看，新疆不同县市骏枣的质地品质有着明显差异，阿克苏市枣果的多个指标均偏高，库尔勒市枣果的多个指标偏低。

表2 不同县市骏枣质地品质指标比较Table 2 Comparison of texture quality indexes of Jun jujube from different counties

2.2 不同县市骏枣营养品质的变异特征

新疆地域宽阔，各县市种植环境的差异使得不同县市骏枣的营养品质各有不同。从表3可以看出，不同县市的骏枣营养品质间存在着一定差异，各指标之间变异系数差距较小，变异系数范围为7.565%～28.866%。其中，变异系数较低的指标有可溶性糖含量，变异系数为7.565%，为低变异（变异系数＜10%）；变异系数较高的指标有维生素C、蛋白质、氨基酸、可滴定酸、类黄酮和总酚，其变异系数分别为27.840%、20.821%、28.866%、21.442%、11.400%和26.650%，为中等变异（变异系数＞10%）。其中，骏枣可溶性糖含量以策勒县最高，达到73.087%；骏枣蛋白质和维生素C 含量均以阿拉尔市最高，分别为7.391%和1.527 g/kg；骏枣氨基酸以阿克苏市最高，达到2.774%；骏枣可滴定酸以沙雅县最高，为0.963%；骏枣类黄酮和总酚以托克逊县最高，分别为3.179 mg/g 和26.024 mg/g。

表3 不同县市骏枣果实营养品质指标比较Table 3 Comparison of nutrient quality indexes of Jun jujube from different counties

2.3 品质指标的筛选

指标之间可能存在着复杂的自相关性及多重线性等问题，这些指标的高度相关性在综合评价过程中将对评价结果产生严重的影响。本文中对骏枣14 个品质指标进行相关性分析，对品质指标进行进一步的筛选。如表4所示，硬度与粘附性、弹性、胶着度、咀嚼度呈极显著相关（P＜0.01），粘附性与弹性、胶着度、咀嚼度、氨基酸呈极显著相关（P＜0.01），弹性与胶着度、咀嚼度呈极显著相关（P＜0.01），内聚性与可溶性糖呈显著相关（P＜0.05），胶着度与咀嚼度呈极显著相关（P＜0.01），咀嚼度与维生素C、氨基酸呈显著相关（P＜0.05），可溶性糖与蛋白质、可滴定酸呈显著相关（P＜0.05），类黄酮与总酚呈显著相关（P＜0.05）。由于各指标之间表现出不同程度的相关性，表明测定指标所反映的信息存在有重叠现象，将会导致评价结果出现偏差，所以需要对其进行筛选。将|相关系数|≥0.8 的两个环境因子只保留其中一个，以提高品质评价效率。综上所述，本研究选择质地品质（硬度、内聚性和回复性）和营养品质（可溶性糖、蛋白质、维生素C、可滴定酸和类黄酮）作为骏枣品质的评价核心指标。

表4 品质指标之间的相关性分析†Table 4 Correlation analysis between quality indicators

2.4 骏枣品质的层次分析

2.4.1 层次结构模型的建立

在参考层次分析法层次构建标准以及前人的红枣品质评价体系的基础上[21-22]，依据骏枣的品质性状各因子的相互关系和隶属关系，构建骏枣的品质性状综合评价模型（表5）。该层次分为3 层，目标层（A）为优良的骏枣品质；第二层为约束层（B），为质地品质和营养品质；第三层为标准层（C），详见表5。

表5 骏枣品质评价模型Table 5 Jun jujube quality evaluation model

结合骏枣品质指标之间的隶属关系以及专家意见，根据1-9 比率标度法，构造A-B、B-C 之间因素两两比较矩阵，并对其进行一致性检验。A-B判断矩阵λmax＝2，n＝2，RI＝0；B1-C 判断矩阵λmax＝3.039，n＝3，RI＝0.520；B2-C 判断矩阵λmax＝5.063，n＝5，RI＝1.120；通过公式（1）、（2）计算出CI 依次为0、0.019、0.016，CR 依次为0、0.037、0.014，CR＜0.10，表明判断矩阵具有令人满意的一致性，得出骏枣硬度、内聚性、回复性、可溶性糖、蛋白质、维生素C、可滴定酸、类黄酮的权重分别为0.159、0.065、0.026、0.306、0.179、0.109、0.047、0.109。

2.4.2 灰色关联度分析结果

依据骏枣品质特性和研究结果确定各品质指标的理想值（I0），可溶性糖、蛋白质、维生素C、内聚性、回复性和类黄酮含量均为正向指标，测定值越大越好，取各指标测量值中的最大值；可滴定酸为负向指标，测定值越小越好，取指标最小值；硬度为中性指标，取平均值作为理想品质的参考值，以此进行各指标数据的无量纲化处理。

再根据公式（3）计算出各品种相应指标的关联系数，然后根据层次分析法计算得到的各指标权重代入公式（4），计算各县市骏枣品质的加权灰色关联度ri＝硬度×0.159+内聚性×0.065+回复性×0.026+可溶性糖×0.306+蛋白质×0.179+维生素C×0.109+可滴定酸×0.047+类黄酮×0.109，结果见表6。按照关联分析的原则，加权关联度越大，说明该县市骏枣的品质评价越高。从分析结果可知，加权关联度最大的是策勒县（0.695），最小的是库尔勒市（0.422）。

表6 不同县市骏枣品质性状的加权灰色关联度Table 6 Weighted grey correlation degree of Jun jujube quality characters

3 结论与讨论

基于新疆不同县市骏枣质地品质和营养品质的差异性，本研究利用层次分析与灰色关联度相结合的研究方法，根据测定的骏枣理化指标对果实品质进行综合评价。在对新疆骏枣各品质指标进行变异性分析后，发现骏枣各品质指标之间的变异系数差距较大。其中，硬度、粘附性、胶着度、咀嚼度、回复性、维生素C、蛋白质、氨基酸、可滴定酸、总酚的变异系数均超过10%，为中等变异；弹性、内聚性和可溶性糖的变异系数小于10%，为轻度变异。通过相关性分析对骏枣品质评价指标进行筛选，最终选择质地品质（硬度、内聚性和回复性）和营养品质（可溶性糖、蛋白质、维生素C、可滴定酸和类黄酮）作为骏枣品质评价的核心指标，这些评价指标之间相互独立，避免了重复信息的干扰；运用层次分析法确定核心评价指标权重，得出骏枣硬度、内聚性、回复性、可溶性糖、蛋白质、维生素C、可滴定酸、类黄酮的权重，分别为0.159、0.065、0.026、0.306、0.179、0.109、0.047、0.109；结合灰色关联度分析法建立骏枣品质综合评价模型：ri=硬度×0.159+内聚性×0.065+回复性×0.026+可溶性糖×0.306+蛋白质×0.179+维生素C×0.109+可滴定酸×0.047+类黄酮×0.109。进行综合评价分析后，8 个县市枣果综合品质从优到劣依次为：策勒县＞阿拉尔市＞沙雅县＞托克逊县＞泽普县＞若羌县＞阿克苏市＞库尔勒市。

本研究筛选出的骏枣营养指标包括有可溶性糖、蛋白质、维生素C、可滴定酸和类黄酮，其中可溶性糖和可滴定酸既是枣果中的营养物质，也是重要的风味物质。质地品质是与食物结构相关的最重要属性，是作为果实加工、运输和包装的依据[23]。其中，硬度是决定骏枣质地的关键指标，而内聚性和回复性反映了果肉的微观组织结构的完整性。骏枣品质通常会受到基因、环境和栽培管理方式等多种因素的共同影响[24-25]，本研究选取新疆8 个不同县市的骏枣，在骏枣成熟度基本一致的情况下，尽量保证栽培管理条件差异较小，以最大限度地确保骏枣的品质差异来源于自然环境因素，这将有利于对不同县市的骏枣进行有针对性的选择和利用，并为骏枣的集约化规模化种植提供理论依据。本试验结果是基于不同环境条件及分析方法做出的结论，不适用于因其他条件改变后导致的品质差异，并且本实验所测定的营养品质指标较少。在下一步研究中，需要考虑增加骏枣产地和营养品质指标的测定，并通过外观品质、风味品质和贮藏品质分析等对新疆骏枣进行全面评价。