重慶地區鮮食葡萄品質綜合評價

李雪，梁葉星，許晶冰，劉劍飛，張雪梅，楊世雄，張玲*，張歡歡

1(重慶市農業科學院，農產品貯藏加工研究所，重慶，401329) 2(重慶市食品藥品檢驗檢測研究院，重慶，401121) 3(重慶市農業科學院，重慶，401329)

由于氣候立地條件等原因，我國南方地區是葡萄栽培次適宜區，生產出的葡萄果實糖分含量較低、酸度較高，不宜制酒，因此除鮮食外，適宜加工糖水葡萄、葡萄汁等[1]。近幾年，隨著優良品種的引進及栽培技術、設施的完善，南方地區已成為我國重要的葡萄新興產區[2-3]。重慶市近年葡萄栽培面積和產量保持穩定快速增長趨勢[4]，據國家統計局網站數據查詢，2016年重慶市葡萄產量已達11.08萬t，葡萄園面積達9.80千hm2。重慶主栽鮮食葡萄，大多本地鮮銷，葡萄生產成為促進當地農民脫貧致富的重要途徑。但葡萄品種在重慶地區種植表現、果實品質全面評價的相關研究報道較少，葡萄生產種植缺乏科學引導，當地葡萄品種較雜亂[3]。

農產品的品質應包含營養品質、加工品質和商業品質3個方面[5]。前人對鮮食葡萄理化營養及商業品質的研究較多，白世踐等[6-8]對鮮食葡萄的內在、外在品質進行評價，包含果重、果形、糖酸比、可溶性固形物、維生素C等指標。由于氣候原因，重慶地區7～8月鮮食葡萄盛產期集中來臨，鮮銷不暢導致大量葡萄腐爛變質，帶來了很大的經濟損失。鮮食葡萄除直接食用外，也可加工榨汁或釀造低醇甜型葡萄酒[9]，解決滯銷問題。湯兆星等[10-12]對釀酒及鮮食葡萄加工品質進行研究，包含了風味、總酸、可溶性固形物、蛋白質、出汁率等。對重慶地區鮮食葡萄理化營養品質、加工制汁品質和商業品質進行全面綜合評價，才能更好指引重慶葡萄生產。

目前對農產品品質進行綜合評價的方法主要包括主成分(principal component analysis，PCA)與因子分析(factor analysis, FA)[13-14]、層次分析(analytic hierarchy process, AHP)[15]、灰色關聯度分析(grey relational analysis, GRA)[6-7,16]、逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to ideal solution, TOPSIS)等[17]。PCA及FA主要適用于大樣本分析，當樣本容量小于變量個數時，就無法提供完善的結論及算法[18]，且要求較高，需進行KMO及Bartlett的球形度檢驗[19]；AHP分析法是由美國運籌學家T.L.SAATY提出，主要用于指標的賦權，是分解問題后將不同層級內結合使用定性分析和定量分析的決策方法[20]，常與GRA等分析法聯合進行品質綜合評價，但GRA分析需先主觀確定一系列理想值，過程較復雜；TOPSIS分析是系統工程中有限方案多目標決策分析中的一種常用方法，該法應用靈活、結果合理[21]，與AHP給予指標賦權結合應用，既能排序又能合理分檔。本研究將AHP與TOPSIS聯合應用，對重慶地區銷售的9種鮮食葡萄果實理化營養品質、加工制汁品質和商業品質進行綜合評價，并結合聚類分析優選鮮食葡萄品種，為重慶地區葡萄生產種植、加工提供理論指導，為鮮食葡萄品質綜合評價提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

參試葡萄樣品于2016～2018年7月中下旬采集,連續3年采樣。重慶本地主栽7個品種鮮食葡萄分別為：“玫瑰香”、“巨玫瑰”、“夏黑”、“陽光玫瑰”、“密利”、“金手指”、“巨峰”，分別編號S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7，于重慶市九龍坡區西彭鎮葡萄園購買；同期采集市場上主要銷售的2個外調品種鮮食葡萄，分別為：外調“巨峰”(產地河北)、外調“紅提”(產地新疆)，分別編號S8、S9，于重慶市九龍坡區大型超市購買。

無水乙醇、甲醇(色譜純)，德國Meker公司；葡萄糖、沒食子酸、蘆丁、飛燕草色素、矢車菊色素、矮牽牛色素等標準品，美國Sigma-Aldrich公司；濃H2SO4、NaOH、偏磷酸、鉬酸銨、草酸、3,5-二硝基水楊酸、冰乙酸等均為國產分析純；

1.2 儀器與設備

XPE205電子天平，瑞士Mettler Toledo公司；KJELTEC 8400全自動凱氏定氮儀，丹麥Foss公司；F10型自動纖維測定儀，上海晟聲自動化分析儀器有限公司；Specord Plus紫外可見分光光度計，德國Analytik Jena公司；7700X電感耦合等離子體質譜儀，美國Agilent公司；1260高效液相色譜儀，美國Agilent公司；7890A氣相色譜儀，美國Agilent公司；CT3質構分析儀，美國Brookfield公司。

1.3 方法

1.3.1 測定方法

水分、蛋白質、粗纖維、總酸、礦物質的組成采用相應的食品安全國家標準方法；可溶性糖含量的測定采用NY/T 2742—2015《水果及制品可溶性糖的測定 3,5-二硝基水楊酸比色法》；花青素測定采用NY/T 2640—2014《植物源性食品中花青素的測定高效液相色譜法》；總酚、類黃酮、可溶性固形物、出汁率、乙醇的測定參考《果蔬采后生理生化實驗指導》[22]；維生素C測定參考李軍[23]的鉬藍比色法；硬度的測定采用質構儀，選取TPA程序、TA44探頭、1 g觸發力、1 mm/s測試速度、50%壓縮形變。

風味采用感官評定的方式進行，由10 位經過專業培訓的25～40歲技術人員組成評定小組，統計總分取平均值，評分問卷如表1所示；專家鑒評采用開鑒評會的方式，由20 位農產品貯藏加工專家組成評定小組，營養品質、加工品質及商業品質各賦值10 分，統計總分進行優良排序。

表1 鮮食葡萄風味感官評分表Table 1 Sensory evaluation of table grapes flavor

1.3.2 統計分析方法

取3年數據的平均值做統計分析。采用Microsoft Excel 2010軟件統計處理數據及TOPSIS分析，用SPSS19.0軟件進行相關性及聚類分析，用yaahp 6.0進行AHP分析。數據分析步驟如下：

①指標數據進行變異性及相關性分析，篩選出相互較為獨立的指標；

②AHP法賦予指標權重，并進行一致性檢驗；

③原始數據xij(i=1，2，…n；j=1，2，…m)同向化及無量綱化處理，用倒數法將逆向指標(總酚、乙醇含量)正向化，按公式(1)將適度指標(糖酸比、穗重)正向化，將同向化后的指標按公式(2)進行歸一化處理，得到歸一化矩陣Z；

(1)

(2)

④按公式(3)、(4)將權重系數代入TOPSIS分析中，按公式(5)得到各品質優良排序，按公式(6)得到綜合得分Q；

(3)

(4)

(5)

Q=Ci1+Ci2+Ci3

(6)

⑤計算綜合得分排序與專家鑒評排序秩相關系數，判斷兩者吻合程度；

⑥用聚類分析將樣品進行分類。

2 結果與分析

2.1 鮮食葡萄品質分析及指標篩選

9種鮮食葡萄22 項品質指標均存在不同的變異情況，如表2所示。果實糖酸比的變異系數最大(87.75)，糖酸比是影響鮮食葡萄及葡萄汁口味的重要因素，其表現了葡萄酸甜平衡性，決定葡萄口感風味的好壞[7]，各地葡萄由于地理條件及栽培措施有別，各主要質量指標相差很大，因而各地鮮食葡萄的理想糖酸比值也不同(20.00～50.00)[6-7]，理想的糖酸比值應取風味酸甜適中的所有品種的平均值或略高于風味為酸甜可口的值作為參考[6]，因此該研究設重慶地區鮮食葡萄的適度糖酸比值為35.00。2個外調品種及本地“密利”糖酸比較低，分別為9.48、7.96、9.13，其余本地葡萄糖酸比較合適(31.03～45.70)， “金手指”的糖酸比甚至高達108.20。糖酸比主要由鮮食葡萄可溶性總糖及有機酸含量決定，2個外調品種可溶性總糖含量低(3.91、7.51 mg/100 g)，除品種及栽培不同外，這可能是由于外調葡萄需要長途運輸、采摘時成熟度較低導致，而本地葡萄采摘時成熟度較高，故糖含量普遍較高，可溶性糖含量與糖酸比指標有重復，而糖酸比能更好的反映鮮食葡萄的口味，故篩去可溶性糖指標；有機酸是葡萄中的營養物質，也是重要的風味物質，“密利”總酸含量高達1.00 g/100 g，其果實果酸風味突出，而“金手指”總酸含量僅為0.13 g/100 g，這導致其具有過高糖酸比，前人對鮮食葡萄總酸含量理想值的選擇相差較大[24-25]，其值的高低易造成風味及營養物質的沖突，且與糖酸比有重復，故篩去該指標。

表2 鮮食葡萄品質性狀及指標變異系數Table 2 Quality indexes and coefficient variation of table grapes

注： X1-水分含量(g/100g)；X2-蛋白質含量(g/100g)；X3-粗纖維含量(g/100g)；X4-維生素C含量(mg/100g)；X5-鎂含量(mg/100g)；X6-鉀含量(mg/100g)；X7-鈣含量(mg/100g)；X8-花青素含量(mg/100g)；X9-類黃酮含量(mg/100g)；X10-可溶性固形物含量(Brix%)；X11-可溶性總糖含量(g/100g)；X12-總酸含量(g/100g)；X13-糖酸比；X14-出汁率(%)；X15-總酚含量(mg/100g)；X16-乙醇含量(mg/100g)；X17-縱徑(mm)；X18-橫徑(mm)；X19-單果重(g)；X20-穗重(kg)；X21-硬度(kg)；X22-風味；M-均值；SD-標準差；CV-變異系數(%)。

果實乙醇、總酚、總酸及類黃酮含量的變異系數也較高(51.38～56.66)。乙醇是果蔬采后無氧呼吸作用產生，與采后保藏條件、貯藏時間及品種含糖量都有關系，過多的乙醇會導致葡萄產生異味，對葡萄汁品質影響較大；本地“密利”、“巨峰”、外調“巨峰”乙醇含量較高(105.38～121.73 mg/100 g)，而“陽光玫瑰”及“巨玫瑰”乙醇含量僅為14.00 mg/100 g左右。總酚是影響果汁加工產品色澤的重要因素[26]，“巨玫瑰”總酚含量最高(37.28 mg/100 g)，其果汁較易褐變，而“夏黑”總酚含量最低(7.02 mg/100 g)，其果汁色澤較穩定。類黃酮是鮮食葡萄中的功能性營養物質，具有抗氧化及抗自由基作用，“密利”、“巨峰”及外調“巨峰”類黃酮含量較高(21.27～22.77 mg/100 g)。

果實硬度、鈣含量、VC含量、穗重、粗纖維及花青素含量的變異系數也高(40.14～46.48)。果實硬度是反映鮮食葡萄貯運性的重要指標，“陽光玫瑰”、“夏黑”、“金手指”、外調“紅提”及本地“巨峰”有較高的硬度(3.00～5.59 kg)，而“密利”最軟(0.90 kg)，不適合長途運輸。“金手指”及“巨峰”有較高的鈣含量(10.29、14.67 mg/100 g)，2個外調品種鈣含量低(4.45、4.74 mg/100 g)，這可能主要與栽培條件相關。與外調品種相比，本地鮮食葡萄VC含量普遍較高，本地“巨峰”VC含量比外調“巨峰”高出近1倍，除品種及栽培原因外，本地葡萄采后運輸距離短、貯藏時間短，這可能是導致VC損失更小的主要原因。外調“紅提”穗重最大(1.20 kg)，而本地鮮食葡萄的穗重在0.41～0.56 kg之間，普遍偏小，這在今后的栽培管理中應引起重視，設鮮食葡萄穗重1.00 kg為適度值[5]。“巨峰”及外調“巨峰”粗纖維含量較高(5.53～6.53 g/100 g)，而“玫瑰香”僅含1.41 g/100 g)。花青素是鮮食葡萄中的主要功能性營養物質，經測定，參試樣品中的花青素以矢車菊素為主，“夏黑”、“巨玫瑰”及外調“巨峰”總花青素含量較高(15.13～16.85 mg/100 g)。

果實可溶性總糖及出汁率的變異系數次之(30.57～35.89)。出汁率是反映鮮食葡萄加工制汁的重要指標，“夏黑”出汁率高達75.70%，適宜制汁加工，而“密利”僅為13.75%。其余大部分指標的變異系數為13.02～24.64，其中，單果重作為消費者判斷鮮食葡萄品質的第一標準[27-28]，外調品種表現較優，這在今后的栽培管理中值得借鑒；風味指標的變異系數為7.44，是消費者判斷鮮食葡萄品質的重要指標，2個外調品種得分僅為7.70左右，本地“夏黑”、“巨峰”及“巨玫瑰”風味得分高(9.19～9.29)，這可能也是因為外調葡萄經過長時間的貯藏運輸，較多風味損失、品質下降導致。水分含量的變異系數僅為4.13，說明各品種間水分含量差異不大，故篩去該指標。

以上分析可見，篩去具有重復性、變異小的3項指標(可溶性總糖、總酸及水分含量)，鮮食葡萄其余19 項果實品質指標均具有較大的變異系數，不同品種具有不同的品質特點，19 項指標能較全面反映鮮食葡萄的品質特點，且各具代表性。

2.2 鮮食葡萄各品質指標相關性分析

指標選擇是否合理能直接影響品質評價結果，科學的指標除了能夠全面、充分反映被評價對象的真實屬性以外，還應遵從獨立性原則，即指標之間不存在因果關系，相關度不能過高，2個指標之間的相關系數不宜超過0.5[29]，由表3可以看出，171 對指標中有125 對指標相關系數未超過0.5，9 個品種鮮食葡萄的19 項指標能較全面的評價果實品質，雖信息有一定程度的重疊，但不存在因果關系，總體而言相互較為獨立。

表3 鮮食葡萄品質指標的相關性分析Table 3 Correlation analysis of quality indexes of table grapes

續表3

P1P2P3P4P5P6P7P8P9P10P11P12P13P14P15P16P17P18P19P110.700?0.1990.4170.3820.4940.0310.729?-0.4130.5330.2051P120.461-0.3270.483-0.1200.088-0.3280.110-0.387-0.038-0.1130.1321P13-0.5170.105-0.1660.182-0.120-0.007-0.4270.668?-0.422-0.206-0.564-0.3491P140.2840.172-0.1280.6450.728?0.807??-0.170-0.6330.4150.892??0.2540.043-0.2031P15-0.1380.3710.077-0.332-0.221-0.6520.0860.197-0.552-0.817??0.1430.3360.121-0.5241P160.1100.4890.0590.0920.216-0.168-0.022-0.303-0.276-0.3020.4160.421-0.0920.0940.777?1P17-0.4270.189-0.379-0.323-0.241-0.446-0.182-0.196-0.740?-0.4230.0820.2080.158-0.0630.6450.668?1P180.2390.292-0.2480.2480.3610.4710.080-0.676?0.4100.4710.573-0.267-0.6440.534-0.2770.166-0.0841P190.772?-0.1540.6190.4500.3480.4200.417-0.1880.911??0.4580.4440.024-0.5220.199-0.425-0.219-0.774?0.4401

注： **表示在0.01 水平(雙側)上顯著相關，*表示在 0.05 水平(雙側)上顯著相關。P1-蛋白質含量；P2-粗纖維含量；P3-維生素C含量；P4-鎂含量；P5-鉀含量；P6-鈣含量；P7-花青素含量；P8-類黃酮含量；P9-可溶性固形物含量；P10-糖酸比；P11-出汁率；P12-總酚含量；P13-乙醇含量；P14-縱徑；P15-橫徑；P16-單果重；P17-穗重；P18-硬度；P19-風味。下同。

其中，風味與蛋白質含量呈顯著正相關、與可溶性固形物含量呈極顯著正相關、與穗重呈顯著負相關，這說明可溶性固形物及蛋白質含量高、果穗小的鮮食葡萄風味佳；穗重與單果重呈顯著正相關、與可溶性固形物呈顯著負相關，這說明果穗大的鮮食葡萄一般單果質量也較大，而可溶性固形物含量則較低；糖酸比與鎂含量、可溶性固形物含量呈顯著正相關，與縱徑、鈣含量呈極顯著正相關，與橫徑呈極顯著負相關，這說明橫徑小、縱徑大、鈣鎂及可溶性固形物含量高的鮮食葡萄口感更甜；縱徑與鉀含量呈顯著正相關，與鈣含量呈極顯著正相關，這說明縱徑大的鮮食葡萄鈣、鉀含量也較高；鎂含量與鉀含量呈極顯著正相關，與鈣含量呈顯著正相關；出汁率與蛋白質、花青素含量呈顯著正相關；蛋白質與可溶性固形物、VC含量呈極顯著正相關；單果重與橫徑、類黃酮與乙醇呈顯著正相關，而類黃酮與硬度呈顯著負相關。

2.3 基于AHP法的指標權重確定

層次分析法目標樹如圖1所示，建立了3層次鮮食葡萄綜合評價模型，包括目標層(A)，即鮮食葡萄綜合品質；基準層(B)，即理化營養品質、加工制汁品質及商業品質；方案層(P)，代表決策時的備選方案[21]，即篩選出的19 項品質性狀指標。各品質分類參考張宏志[5]在農產品品質評價體系中的研究。

圖1 鮮食葡萄綜合品質評價目標樹圖Fig.1 Target tree diagram of comprehensive quality evaluation of table grapes

其次，根據SAATY[30]的1～9評價尺度表建立兩兩比較判斷矩陣，計算各指標的相對權重。判斷矩陣及一致性檢驗結果見表4，可以看出，CR值均小于0.1，說明判斷矩陣合理。對權重值進行排序，商業品質權重值0.625>加工品質權重值0.239>營養品質權重值0.137，這與白世踐等[6]、沈甜等[7]的結果不同，他們認為內在品質權重值0.6>外觀品質0.4，這是由于指標分類及專家意見不同導致，本研究將19 項指標分為理化營養品質、加工制汁品質、商業品質3個類別，指標分類更加細化，且評定專家認為鮮食葡萄的商業品質最為重要，其次是加工制汁品質，而鮮食葡萄的理化營養品質并不是消費者購買時考慮的首要因素，這種權重的評價可能更符合消費市場的需求。排序前10的指標依次分別為風味0.267、單果重0.162、硬度0.103、出汁率0.102、糖酸比0.058、乙醇0.052、花青素及類黃酮0.042、穗重0.038、橫徑0.036、總酚0.019，而蛋白質及粗纖維含量的權重最低，僅為0.004。

表4 AHP判斷矩陣及一致性檢驗Table 4 The judgment matrix and consistency check from analytic hierarchy process

2.4 基于TOPSIS法的鮮食葡萄品質綜合評價

為保證指標之間的可對比性，消除各個評價指標的單位、量綱和數量級對評價結果不同程度的影響，需對原始數據進行一致化及無量綱化處理，同趨勢化及歸一化后形成的數據矩陣見表5。

表5 鮮食葡萄19項品質指標的數據無量綱化值Table 5 Dimensionless value of 19 quality indexes of table grapes

續表5

指標編號S1S2S3S4S5S6S7S8S9P130.120.630.250.690.080.120.080.090.11P140.320.330.280.360.240.480.320.280.33P150.300.350.310.320.320.250.360.360.39P160.270.380.270.340.220.270.400.320.47P170.170.220.210.190.180.200.180.700.49P180.240.240.430.550.090.400.300.170.31P190.350.350.360.340.320.340.350.290.30

根據歸一化矩陣，得到正理想解和負理想解，結合表4中各指標的權重，最終計算出各評價對象指標值與正負理想解的相對接近程度Ci值，對各品質及綜合得分進行排序，TOPSIS及專家鑒評結果見表6。理化營養品質中，“巨峰”Ci值0.101，營養品質最佳，其次是外調“巨峰”0.099、“夏黑”0.087；加工制汁品質中，“巨玫瑰”Ci值0.198，制汁品質最佳，其次是“陽光玫瑰”0.182、“夏黑”0.163；商業品質中，“陽光玫瑰”Ci值0.402，商業品質最佳，其次是外調“紅提”0.385、“巨峰”0.331；綜合得分由高至低依次是“陽光玫瑰”、“夏黑”、“巨玫瑰”、“巨峰”、外調“紅提”、外調“巨峰”、“金手指”、“玫瑰香”、“密利”。計算TOPSIS與專家鑒評結果排序的秩相關系數為0.867**，呈極顯著相關，這說明評價結果可靠，與專家評鑒結果基本吻合。

表6 TOPSIS分析及優良排序Table 6 Analysis of TOPSIS and excellent ranking

2.5 聚類分析及鮮食葡萄等級評價

根據表6中3個品質的相對接近程度Ci值，對9個品種鮮食葡萄進行K-均值聚類分析，根據現有標準中的分類[31-32]，本研究將鮮食葡萄聚為3類，結合表6中的綜合得分Q，進一步對聚類分析的結果進行等級評價，聚類分析結果及產品分級如表7所示。

表7 鮮食葡萄K-中心聚類分析及產品分級Table 7 K-means cluster analysis and grading of fresh grape

結果表明，第Ⅰ類，優等品，包括“巨玫瑰”、“夏黑”、“陽光玫瑰”、“巨峰”、外調“紅提”5個品種；第Ⅱ類，一等品，包括“玫瑰香”、“金手指”、外調“巨峰”3個品種；第Ⅲ類，二等品，包括“密利”1個品種。

3 結論

該研究從理化營養品質、加工制汁品質、商業品質3個方面，選取風味、單果重、硬度、出汁率、糖酸比、乙醇、花青素含量等19 項相關指標，構建了鮮食葡萄綜合品質AHP-TOPSIS分析法，并結合聚類分析優選出重慶本地市場“陽光玫瑰”、“夏黑”、“巨玫瑰”、“巨峰”及外調“紅提”5個綜合品質佳的鮮食葡萄，評價結果與專家鑒評結果吻合程度高，能較好的反映鮮食葡萄綜合品質。該評價方法簡單、可靠，亦可在其余農產品品質綜合評價上廣泛使用。

本地“陽光玫瑰”、“夏黑”、“巨玫瑰”及“巨峰”綜合品質高，建議在重慶大規模推廣種植，但與外調品種相比，本地鮮食葡萄果穗及單果重普遍較小，這在今后的栽培管理中應引起重視。本地產鮮食葡萄在VC、糖酸比及風味等鮮活性指標方面與同期市場銷售的外調葡萄相比優勢更大，這可能是因為本地農產品由于采摘時成熟度較高、采后運輸距離短、周轉次數少，而目前常用的貯藏、物流方式則會在一定程度上損失外調農產品的品質。因此，為最大限度保持農產品的鮮活性，一方面應提高采后貯運技術，另一方面應多在目標消費市場周邊發展農產品基地、就地供應。