1-MCP對佛手瓜低溫貯藏品質影響的主成分分析和綜合評價

李玉，張銘容，董紅敏，李杰，秦文

(四川農業大學食品學院，四川雅安，625014)

佛手瓜(Sechium edule Swartz)，為葫蘆科佛手瓜屬栽培種，多年生攀緣性草本植物［1］，原產于墨西哥和中美洲［2］，19世紀傳入我國，在我國西南地區廣泛種植。佛手瓜的果實營養豐富，清脆可口，是一種深受人們喜愛的保健蔬菜［3］。但新鮮佛手瓜供應時間較短，加之皮嫩易破，易失水發芽，難以滿足周年供應的需要。因此，開展佛手瓜的耐貯性研究可為佛手瓜果實的有效貯藏提供一定的理論依據，也為佛手瓜資源的開發利用和果實的精深加工進一步創造條件［4］。1-甲基環丙烯(1-methylcyclopropene，1-MCP)作為乙烯受體抑制劑，能阻斷乙烯對果實的催熟作用，由于其具有無色無味、無毒、高效等優點，已廣泛應用在各類呼吸躍變型果蔬的貯藏保鮮方面［5］，但關于1-MCP對佛手瓜果實貯藏期間品質變化影響的研究卻鮮有報道。以往研究果蔬貯藏品質時，為了全面反映問題，測定與分析的品質指標較多，且各個指標間相互關系復雜，部分數據之間又有一定相關性，使得所測指標在一定程度上反映的信息有所重疊。因此，系統研究反映果實貯藏綜合品質的主要因子具有重要意義。

主成分分析法(principal component analysis，PCA)是一種將多個變量通過線性變換以選出較少個數重要變量的一種多元統計分析方法。其中心思想是將數據進行降維，以排除眾多化學信息共存中相互重疊的信息［6］，近年來在生物性狀分析和產品品質分析中應用廣泛。主成分分析法側重于客觀數據，以各主成分的方差貢獻率或方差相對貢獻率為權重，是一種客觀賦權法，與前人使用的模糊評價法、層次分析法及灰色關聯度分析法等主觀賦權法相比，避免了人為賦予權重造成的主觀因素影響［7-8］。本研究以綠皮無刺佛手瓜為試材，利用主成分分析法探討了不同濃度的1-MCP處理對佛手瓜果實低溫貯藏期間品質的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 試驗材料

供試綠皮無刺佛手瓜為花后10 d個體大小均勻、成熟度一致、無病蟲害及機械損傷的果實，于2014年10月12日10∶00～12∶00采自四川省滎經縣港森農業有限公司有機蔬菜種植基地，采摘后用發泡網單果包裝置于已消毒的20 L貯藏箱中，當天運至四川農業大學果蔬采后生理研究室，于8℃條件下預冷24 h后備用。

1.1.2 試劑及藥品

NaOH、BaCl2、乙醇、2，6-二氯酚靛酚、濃 H2SO4、抗壞血酸等，均為分析純，成都市科龍化工試劑廠;HCl、丙酮，分析純，四川西隴化工股份有限公司;三氯乙酸:分析純，廣東光華科技股份有限公司;蒽酮:分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司;安喜培(AnsiP?-S)，每20 L空間中釋放1-MCP有效濃度為900 nL/L，臺灣利統股份有限公司。

1.1.3 儀器設備

BS210S型電子天平(0.0001)，塞多利斯北京天平有限公司;TA.XT Plus型質構儀，英國 SMS公司;Multifuge X3R型高速冷凍離心機，美國 Thermo公司;UV-3000型掃描型紫外/可見分光光度計，上海美譜達有限公司;JD-2000型 電子天平(0.01)，沈陽龍騰科技有限公司;HWS24型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科技有限公司等;DHG-9245A型電熱恒溫鼓風干燥箱，上海一恒科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品處理

分別將0.5片(A組)、1片(B組)和1.5片(C組)安喜培(有效成分為1-MCP，每片規格為25 cm×20 cm，在0.02 m3空間內的釋放的1-MCP有效濃度為900 nL/L)置于裝有佛手瓜果實的20 L密閉貯藏箱中，則每組處理1-MCP有效濃度分別為:A組，450 nL/L;B組，900 nL/L;C組，1 350 nL/L;對照組(CK)為不添加1-MCP的同溫冷藏處理。安喜培上面加蓋一條已消毒的白色濕毛巾以利于1-MCP釋放熏蒸果實，處理24 h后將安喜培和毛巾取出。將上述各處理組和對照組果實裝入20 L貯藏箱中置于9℃、相對濕度95%的冷藏庫內。以上處理重復3次，每組貯藏60個果實，貯藏期間每隔15 d隨機取5個果實測定相關指標。

1.2.2 指標測定方法

呼吸強度和Vc、葉綠素、總酚、類黃酮等含量的測定:參照曹建康等［9］方法;可溶性固形物(TSS)的測定:采用手持折光儀測定;果實硬度的測定:采用質構儀測定，分別取果實的頭部、赤道部位和尾部，用P/5探頭(直徑5 mm)進行測定，設置測前、測中、測后上行速度均為3 mm/s，深度10 mm;果實失重率的測定:采用稱重法。

1.3 數據處理

采用SPSS 17.0數據處理系統進行差異顯著性分析和主成分分析。應用SPSS軟件包中的主成分分析程序，從樣本相關矩陣出發，對原始數據進行標準化處理后，計算各品質指標的特征值和方差貢獻率，根據品質指標特征值累積方差貢獻率在85%以上確定主成分的個數，再根據各指標的特征向量，列出主成分函數表達式，構建綜合評價模型。采用Origin 9.0軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 貯藏期間佛手瓜果實的品質變化分析

試驗對經不同濃度1-MCP處理后的佛手瓜果實在低溫貯藏期間的8個主要品質指標進行了測定，測定結果如表1所示。

表1 貯藏期佛手瓜果實各指標的測定結果Table 1 Results of chayote fruit’s quality indicators during storage time

續表1

在佛手瓜低溫貯藏過程中，各組果實呼吸強度呈先上升后下降的趨勢，對照組在貯藏15 d即達到呼吸高峰16.06 mg/(kg·h)，而經1-MCP處理后的試驗組果實在貯藏30 d才出現呼吸躍變，且峰值均比對照組低，說明1-MCP處理可推遲果實在貯藏過程中呼吸高峰的出現，有效抑制果實的呼吸強度，減少營養物質的消耗，較好的保持了果實的品質。此外，貯藏期間各組果實的Vc含量、葉綠素含量、TSS等均隨貯藏時間的延長而減少，硬度和失重率卻呈相反趨勢，可見長期貯藏不利于果實品質的保持。果實中的總酚、類黃酮等作為植物體內最豐富的次生代謝產物，具有抗氧化、殺菌、清除自由基等功能［10］，它是植物體受生物和非生物脅迫如紫外線輻照、高光、低溫、創傷、營養不良、病原體侵襲等誘導產生的，用以適應外界逆境環境［11］。隨著果實貯藏時間的延長，果實中總酚、類黃酮等物質經誘導其含量也隨之上升。到貯藏末期，試驗B組的總酚和類黃酮含量上升幅度最大，與其他各組差異顯著(P＜0.05)，其次是A處理組。說明經900 nL/L 1-MCP處理的佛手瓜果實其抗氧化能力最強，果實品質保持的最好，可明顯減緩果實的衰老速度。同時，王友升等［12］也研究發現，采用5 μg/L 1-MCP 對‘安哥諾’李果實進行熏蒸處理會增加果實貯藏期間總酚和總黃酮的含量。

2.2 佛手瓜果實品質指標的主成分分析

由于佛手瓜果實在貯藏期間的品質測定指標存在不同程度的差異，若只進行單一性狀的比較，很難對各品種的果實品質做出正確、客觀的評價，故需要對各處理的果實品質作進一步的綜合評價。

2.2.1 數據標準化處理

由于各指標具有不同的量綱，在數量級上也有很大差異，在應用主成分分析研究時，不同的量綱和數量級會導致分析結果的嚴重偏差。數據標準化的主要功能就是將各指標數據轉化成均值為0，標準差為1的無量綱數據，消除變量間的量綱關系，從而使數據具有可比性［8，13-14］。為此，需要對所有指標數據先進行標準化處理，標準化公式為:

表2 佛手瓜果實貯藏期間品質指標標準化處理Table 2 Standardization results of chayote fruit’s quality indicators during storage time

續表2

2.2.2 主成分的選取

將各組佛手瓜果實8個已經標準化處理的品質指標轉化為8個主成分，再利用SPSS 17.0軟件進行主成分分析得到特征值和貢獻率。在主成分分析中，方差代表性狀在主成分方向上的分散程度，方差越大，主成分在樣本數據分析中的作用越大，因此主成分的特征值和貢獻率是選擇主成分的重要依據［15］。由表3可知，在所有主成分構成中，信息主要集中在前2個主成分，各組前2個主成分的累積貢獻率均超過85%，已把佛手瓜在低溫貯藏過程中品質變化高于85%的信息反映出來，其中B處理組的累積貢獻率高達91.24%，其次是A組的{89.64%}，可見第一和第二主成分足以說明果實品質的變化趨勢，完全符合主成分分析的要求，因此可選取第一主成分、第二主成分作為佛手瓜果實各指標選擇的綜合指標。

表3 主成分的特征值、方差貢獻率和累計方差貢獻率Table 3 Eigenvalues，contribution and cumulative contribution for principal components

由各組指標主成分的特征向量(表4)顯示，各組特征向量值有其統一性，說明佛手瓜果實在貯藏期間的成熟衰老進程中品質變化趨勢相似。在第一主成分(因子1)中果實的呼吸強度X1、Vc含量X2、葉綠素含量X3和可溶性固形物X4均為正系數值，其中Vc含量X2、葉綠素含量X3和可溶性固形物X4的正系數值較大，說明其對果實內在品質的影響較大，其分量值越大，果實品質越好。此類指標與果實貯藏品質有關，應將因子1歸為貯藏品質因子;除C處理組的硬度X5系數為較小的正值(0.16)以外，其余各組均為負值，同時，各組果實的總酚含量X6、類黃酮含量X7和失重率X8也均為負值，且其絕對值較大，說明其可明顯影響果實的貯藏特性，其分量值越大，果實耐貯性越差。在第二主成分中(因子2)，各組分量的負值系數絕對值均較小，果實生理活動不明顯;但CK和B組的呼吸強度X1和總酚含量X6、A組的呼吸強度X1和硬度X5以及C組的硬度X5和總酚含量X6的系數均為較大的正值，直接反映了果實的生理活動，因此可將因子2歸為生理因子。

2.3 綜合評價模型的構建

由于提取的第一和第二主成分已經基本保留了所有指標的原有信息，可以用2個變量Z1和Z2代替原來的8個指標(其中X1～X8均為標準化后的變量)，則得出線性組合見表5。

表4 各組指標主成分的特征向量Table 4 Principal component eigenvectors of four groups’indicators

表5 各組佛手瓜果實品質的綜合特征向量Table 5 Integrated eigenvectors of four groups’quality

以各處理的第一、第二主成分的對應特征值占所提取的兩個主成分總的特征值之和的比例(α1和α2)作為權重，以Z1和Z2作為特征向量因子，構建綜合評價模型:

式(2)中F為綜合評價指標，F值越大，說明果實的貯藏品質越好。各組果實貯藏品質綜合評價得分計算結果見圖1。

圖1 佛手瓜果實貯藏品質綜合評價Fig.1 Comprehensive evaluation of chayote’s storage quality

圖1顯示，各組果實品質的綜合評價得分F值均隨貯藏時間的延長而整體呈下降趨勢。在貯藏的前15 d，F值變化不大，各組果實品質保持較好，之后對照組果實品質綜合得分F值開始急劇下降，說明佛手瓜果實進入完熟期，果實品質開始下降。而經1-MCP處理后的3組果實品質的F值在貯藏至第30天才開始下降，與對照組相比推遲了15 d，其中B組果實在此后的下降過程中始終保持著最高的F值。貯藏至第45天時，C組果實綜合得分已降至-0.33，其他各組F值在第60 d降為負值，其中B組得分最高，與其他各組差異顯著(P＜0.05)，其次是C組。說明此時期的果實已進入了衰老期，生理開始失調，品質迅速下降，這也與實際情況相一致。貯藏末期，對照組果實得分已降至-3.51，此時的果實品質已嚴重下降，不利于再長期貯藏。經1-MCP處理的果實得分均明顯高于對照組(P＜0.05)，說明1-MCP處理可顯著減緩佛手瓜果實在貯藏期間品質的下降，其中濃度為900 nL/L的1-MCP處理效果最佳，與2.1中品質指標分析得出的結論一致。

3 討論

在果實貯藏過程中，除考慮果實貯藏期的長短外，果實的貯藏品質也十分重要。果實品質是目前人們最關心的問題，更是影響其貯藏后銷售的一個重要因素。若果實品質下降嚴重而影響食用，則再繼續延長果實貯藏期已無任何現實意義和經濟價值。本試驗采用SPSS軟件通過對佛手瓜果實貯藏期間呼吸強度、Vc、硬度等品質指標進行主成分分析，將8個品質指標綜合為2個獨立指標參數，根據獨立指標和綜合指標對果實貯藏品質進行評價，綜合評價模型的F值可客觀反映各組佛手瓜果實綜合品質的優劣程度。在低溫貯藏條件下，各組果實的綜合評價指標F值均呈先平穩變化再急劇下降的變化趨勢，但1-MCP處理可使處理組果實品質的F值推遲15 d下降。此外，各組果實F值在貯藏期的前60 d均為正值，此后均為負值，表明果實進入衰老期，果實品質發生劣變。通過比較貯藏期間各組果實的F值變化趨勢，得出4組不同佛手瓜果實品質綜合評價結果為B＞A＞C＞CK，其中濃度為900 nL/L的1-MCP處理可有效抑制佛手瓜果實在貯藏期間品質的下降，效果優于其他處理，與單一品質指標的分析結果一致。

從各組F值整體變化趨勢來看，主成分分析法在佛手瓜果實上的應用結果與在冬棗［14］、芒果［13］和李果實［16］上的分析結果基本一致。雖然單項指標也可以簡單地說明采后佛手瓜果實品質的優劣，但有時可能會存在誤差，所以很難避免結論會存在片面性，甚至得出的結論截然相反。例如，試驗中低溫貯藏至第30天時測得對照組果實可溶性固形物比貯藏初期數值大，但這并不能說明這些果實的品質比貯藏前期好，這可能是儀器誤差或果實本身失水所導致，而此時的綜合評價指標F值明顯比初始值小，說明此時的果實品質與貯藏初期相比已下降很多。因此，應用主成分分析法分析比較低溫貯藏條件下經不同濃度1-MCP處理的佛手瓜果實品質的綜合變化情況，明確得出了1-MCP處理可有效保持果實在貯藏期間的品質，具有延緩果實品質劣變的作用;同時篩選出1-MCP對佛手瓜果實貯藏保鮮的最佳處理濃度，準確反映了果實采后的品質變化規律，也為佛手瓜的適時貯藏提供了一定的參考依據。

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