中國凍梨加工品質評價體系構建

王陽，賈曉輝，王文輝，佟偉，王志華，杜艷民

（中國農業科學院果樹研究所，遼寧興城 125100）

0 引言

【研究意義】中國作為世界上梨最大的生產國，種植面積和產量均占世界的 70%以上[1]。但中國的果品加工總量僅占總產量的10%，遠遠低于世界水果平均加工量（20%）[2]。凍梨是一種加工手段簡單、營養豐富的加工產品，相對于深加工營養損失更少，且具有清熱利咽、止咳降噪、醒酒解膩、促進食欲、幫助消化等功效[3]，但由于目前對凍梨品質缺乏有效的評價體系，研究建立凍梨的品質評價體系，將為今后凍梨工藝優選、營養品質研究及規模化生產提供科學依據。【前人研究進展】近年來，對凍梨的研究主要集中在凍梨基本信息的介紹。張文利等[4]對甘肅地區的凍梨品種進行了闡述，其中多為秋子梨品種；王文輝等[3]對我國凍梨生產歷史、產業現狀進行了分析，概述了凍梨的歷史文化、品種以及食用方法，提出目前凍梨產業問題較多，如：缺乏統一的產品標準、工藝混亂等；張忠等[5]對軟兒梨凍梨解凍方式進行了研究，得出空氣解凍較水浴解凍能更好保持果實品質；王陽等[6]對凍梨的適宜品種進行了篩選，得出秋子梨品種更適宜做凍梨。【本研究切入點】目前對凍梨的研究還不夠深入，缺乏科學性和準確性的凍梨品質評價體系。【擬解決的關鍵問題】本研究在對 56個凍梨品種 18項品質指標檢測基礎上，通過主成分分析篩選凍梨品質評價指標，基于頻數分布建立凍梨品質評價指標分級標準，通過層次分析法確定凍梨各品質評價指標的權重以及評分標準，利用 K類中心聚類分析和判別分析建立凍梨品質判別函數。旨在構建凍梨品質評價體系，以期為凍梨品質的科學評價奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

56個供試梨品種分別于2016年8—10月手工采摘自國家種質興城梨資源圃和農戶，采摘后立即運往中國農業科學院果樹研究所果品貯藏冷庫，0℃貯藏待用。選取大小均一、無機械損傷和病蟲害的果實。梨品種名稱及編號見表1。

1.2 主要儀器

CR-400色差儀，日本 Konica minolta公司；PR-101α糖量儀，日本ATAGO（愛宕）公司；Metrohm 808 Titrando 全自動電位滴定儀，瑞士萬通公司；JYZ-E16榨汁機，九陽股份有限公司；PHS-4CT微型pH計，上海康儀儀器有限公司；GC-2010 Tubro Matrix 40氣相色譜儀，島津（日本）公司；JA2603B電子天平，上海精科儀器有限公司；基本型分析研磨機，德國 IKA（愛卡）公司；BC/BD-318HD冰箱，海爾集團有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗處理 待果實于最佳食用期時（后熟品種需常溫（20±1）℃下后熟至硬度1.5 kg/0.5 cm2左右）置于-20℃冰箱內，凍藏20 d后置于0℃ 24 h，再置于-20℃冰箱內凍藏150 d后測定品質指標。

1.3.2 凍梨品質指標測定 果皮、果肉色差值（L*、a*、b*、C*、h）采用 CR-400手持色差儀通過反射法測定。隨機選取10個大小均勻的果實，擦拭無水后以果皮上兩個互相對稱的點為測定點，測定果皮色差值；將果皮上兩個互相對稱的點去皮，測定果肉色差值。

可溶性固形物含量（TSS）采用PR-101α糖度計測定。隨機選取10個大小均勻的果實，去核后于研磨機內搗碎成勻漿，過濾，蒸餾水調零后將濾液滴于糖度計上讀數即可，重復3次。

可滴定酸（TA）含量采用瑞士 Metrohm 808 Titrando電位滴定儀測定。稱取上述過濾后的果汁3 g，用蒸餾水定容至30 mL，用標定過的NaOH溶液滴定，重復3次。

出汁率測定。隨機選取10個果實，用榨汁機制取果汁。根據出汁率（%）=果汁質量/果肉質量×100計算出汁率，重復3次。

石細胞含量測定[7]。石細胞含量（%）=石細胞質量/果肉質量×100，重復3次。

乙醇含量采用GC-2010 Tubro Matrix 40氣相色譜儀測定。稱取1.335—1.350 g NaCl置于20 mL的色譜瓶內，加1 mL去離子水，再吸取5 mL果汁，封蓋，搖勻后置于進樣器轉盤上，根據峰面積記錄乙醇濃度，計算出乙醇含量，重復3次。

汁液流失率測定[8]。汁液流失率（%）=原凍結重量-解凍后重量/原凍結重量×100，重復3次。

單果重測定。隨機稱取 20個果實稱重，重復 3次。

1.4 數據分析

用Excel 2010和SPSS 20.0進行主成分分析、頻數分布分析、層次分析、K類中心聚類分析、判別分析等統計分析。

表1 凍梨供試品種Table 1 Tested cultivars of frozen pear

2 結果

2.1 凍梨品質指標水平分析

凍梨18項品質指標的變幅、平均數、變異系數見表2。由表2可知，品種間果皮L*值差異較小，變異系數（CV）僅為9.97%；各品種間果皮a*值差異很大（CV=112.33%），其中 2個品種（玉露香、新梨 7號）為負值，其余均為正值；品種間果皮b*、C*值差異較大，CV分別為33.31%、36.51%；品種間果皮h值差異很小，CV僅為6.54%，分布在黃色區域；品種間果肉L*值CV僅為11.96%，顏色較果皮淺；果肉a*值、b*值均為正值，果肉均呈黃綠色；品種間果肉C*值變異系數較大（CV=30.74%）；品種間果肉h值差異較小，CV僅為10.32%；大多數品種TSS在10%以上，占 76.79%；品種間 TA含量差異很大（CV=77.40%），TA含量最低僅為0.04%，最高達0.77%；品種間固酸比差異很大，CV為 71.40%；品種間出汁率差異不大，CV為14.70%；品種間石細胞含量、乙醇含量、汁液流失率、單果重差異很大，CV分別為360.37%、253.77%、253.77%和48.31%。由于涵蓋了白梨、秋子梨、砂梨、西洋梨等梨品種，鮮果品種間品質差異較大，因此整體呈現出較大的差異。

表2 凍梨18項品質指標的變異情況Table 2 Variation of 18 indices for frozen pear

2.2 凍梨品質評價指標的確定

對18項凍梨品質指標進行主成分分析，各因子系數、特征值及方差貢獻率見表3，以特征值大于1的原則提取出4個主成分，累積貢獻率為82.05%，包含了原始數據的大部分信息[9]。其中，第 1主成分包含了原始信息的28.20%，主要由TSS、TA、TSS/TA決定，反應了凍梨酸甜程度，命名為口味因子；第2主成分包含了原始信息的23.75%，主要由果皮L*、a*、b*、C*、h值決定，反應了凍梨果皮顏色，命名為果皮色澤因子；第3主成分包含了原始信息的17.73%，主要由果肉a*、h值決定，反應了凍梨果肉顏色，命名為果肉色澤因子；第 4主成分包含了原始信息的12.37%，主要由石細胞含量決定，反應了凍梨果肉粗糙程度，命名為粗糙度因子。其中，在果皮色澤因子指標中，C*值的因子權重最大（以絕對值論，下同），且C*值、h值均可由a*、b*導出，故選擇果皮L*、C*值代表果皮色澤因子；同理在果肉色澤因子指標中，果肉h值因子權重大于果肉a*值，故選擇果肉h值代表果肉色澤因子。

基于上述分析，確定TSS、TA含量、TSS/TA、果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、石細胞含量7項指標為凍梨品質評價指標，其中，TSS、TA含量、TSS/TA為味覺品質指標，果皮L*、果皮C*值為果皮色澤品質指標，果肉h值為果肉色澤品質指標，石細胞含量為口感品質指標。

2.3 凍梨品質評價指標分級標準的建立

利用SPSS數據處理軟件對TSS、TA、TSS/TA、果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、石細胞含量進行頻數分布分析，劃分成5級（極低、低、中、高和極高）[10]，同時利用單個樣本K-S進行檢驗，以概率值大于0.05表示分級呈正態分布[11]。凍梨7項品質評價指標的分級標準及各級的樣品分布見表 4，每組中的數據含這組起止范圍的最低值，不含最高值。由表 4可知，除石細胞含量去掉一個拖尾（黃金對麻）后符合正態分布外，其他7項指標均符合正態分布。從樣品分布上看，果皮L、C、h值、TSS多集中在低等級；TA含量、TSS/TA極低的樣品超過1/2；石細胞含量極低的樣品約占 34.55%，其次是低等級的樣品（30.91%），高等級樣品僅占3.64%。

表3 凍梨18項品質指標主成分分析結果Table 3 Factor analysis of 18 indices for frozen pear

表4 凍梨7項品質評價指標的分級標準Table 4 Grading of 7 evaluation indices for frozen pear

2.4 凍梨品質評價指標評分標準的建立

采用 1—9標度法[12]，結合專家經驗，構造出層次結構關系（表 5）以及判斷矩陣（表 6）。各判別矩陣的CI、CR值均滿足CI＜0.1，CR＜0.1，說明建立的判斷矩陣具有滿意的一致性，接受層次總排序結果[13]，得到 TSS、TA含量、TSS/TA、果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、石細胞含量 7項指標的權重分別為0.1176、0.0477、0.2900、0.0166、0.0498、0.1101、0.3683。可見，石細胞含量和TSS/TA對凍梨品質貢獻最大，其次是TSS和果肉h值，TA含量和果皮C對凍梨品質的影響較小，以果皮L*值對凍梨品質的影響最小。

分別利用凍梨7項指標的權重值乘以100作為該指標的滿分值，各評價指標滿分之和為100分，以各評價指標滿分值的10%為級差，確定各指標分級的得分[14]。正向指標（果皮C值、SSC、TA）以最高等級為滿分，其前各等級得分以10%的級差遞減；負向指標（果皮L*值、果肉h值、石細胞含量）以最低等級為滿分，其后各等級得分以10%的級差遞減；中性指標（TSS/TA）以中等級為滿分，由于中國人喜甜，TSS/TA由中向極低，得分以滿分值的 20%為級差；TSS/TA由中向極高，得分以滿分值的 10%為級差。各指標的評分標準見表7。

表5 7項凍梨品質評價指標的層次結構Table 5 Hierarchical structure of 7 evaluation indices for frozen pear

表6 判別矩陣及其一致性檢驗Table 6 Discriminant matrix and its consistency

2.5 凍梨品質判別函數的建立

用凍梨的7項品質評價指標權重乘以對應品質指標得分經標準化后的數值，計算出56個樣品的綜合得分，用K類中心聚類分析將56個樣品依綜合得分劃分為5類，其品質依次為優、良、中、差和極差[15]。從5類樣品中各抽取38個樣品（2/3樣品）作為建模樣本用于建立判別函數，余下18個樣品（1/3樣品）作為檢驗樣本用于檢驗判別函數的準確性。分別得到5個Fisher判別函數[16]：

y1=-215.937.89x1-2.25x2+0.628x3+5.86x4+143.53x5+0.95x6-6.12x7

y2=-192.35+7.01x1-2.575x2+0.92x3+7.14x4+99.51x5+0.70x6-5.04x7

y3=-4085.51-4.38x1-2.53x2+0.74x3+11.30x4-479.37x5-0.83x6+111.05x7

y4=-359.551+10.32x1-3.02x2+0.29x3+5.16x4+260.19x5+1.57x6-7.81x7

y5=-408.99+10.22x1+0.52x2+3.52x3+309.73x4+1.80x5-8.31x6-408.99x7

式中，x1—x7分別代表果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、SSC、TA含量、SSC/TA、石細胞含量7項凍梨品質評價指標的得分，y1—y5分別代表優、良、中、差和極差。

將TSS、TA含量、TSS/TA、果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、石細胞含量的得分分別代入上述函數，計算函數值，第幾個判別函數值最大，則該凍梨品質就屬于第幾類。由表7可知，在研究的56個品種中，南果梨、紅南果、尖把梨等7個品種凍梨品質為優，酥木梨、無籽黃、豐水等10個品種的凍梨品質為差，以黃金對麻凍梨品質最差（石細胞含量太高）。用上述判別函數對建模樣本（38個品種）進行判別，有1個第3類樣品（品質中）誤判為了第2類樣品（品質良），判對的概率為97.37%。用上述判別函數對檢驗樣本（18個品種）進行判別，判對的概率為100%。可見，所建立的判別函數正確判別率極高，完全適用于凍梨品質綜合判別。

表8 凍梨品質情況Table 8 The quality of frozen pear

3 討論

3.1 凍梨評價指標的確定

與鮮果相比，凍梨最大的變化是果皮顏色呈黑褐色，這是由于梨果經反復凍融后細胞破裂，非酶促褐變和酶促褐變同時發生，并且梨果皮的酚類物質顯著高于果肉所造成，更加說明了表皮褐變程度較果肉嚴重的多[16-17]。據在長春、延邊、甘肅等地區調研發現，凍梨表皮越黑越受人們喜愛，食用方法多為解凍后直接剝皮食用，黑褐色的表皮已成為凍梨的最基本特征，果皮、果肉的色差值（L*、a*、b*、C*、h）可以全面評價顏色的變化，色差計早已在梨汁、蘋果汁、南果梨褐變等方面得到廣泛應用；糖酸含量是梨果的主要營養及風味物質，通常以固酸比來綜合評價果實的風味變化；不同梨品種果實石細胞含量存在很大差異，這是鑒別梨果肉品質的重要依據之一。

本研究通過主成分分析以降維的方式將18項凍梨品質指標轉化成幾個綜合指標，根據特點對其分類命名，達到簡化數據和揭示變量間關系的目的[18-19]，利用主成分分析法篩選關鍵指標的分析方法在華紅蘋果[20]、番茄[21]等品質研究中早已應用。在凍梨品質評價體系中，得到了TSS、TA含量、TSS/TA、果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、石細胞含量7項指標為凍梨品質評價指標，這與凍梨品質的變化最為密切，充分體現了凍梨的品質特點。

3.2 評價指標的分級及判別函數的確定

頻數分布可將統計數據分成若干組別，明確各樣品的分布情況，通常以劃分成5級（極低、低、中、高和極高）居多，能夠更加準確的反映目標樣品的等級分布，再結合層次分析法確定各指標的評分標準，且層次分析是對一些較為復雜、模糊的問題做出決策的簡易方法[11]，此法廣泛應用于蘋果汁[22]、油桃汁[12]和宣木瓜果脯[23]等品質評價研究，可科學、準確地確定指標權重，但在進行K-S檢驗時發現，因黃金對麻的石細胞含量高達74.68 g/100 g，影響了石細胞含量的正態分布，將其舍去后符合正態分布，分析得出黃金對麻果實品質下降（石細胞含量高）與資源圃管理及當年天氣密切相關。

判別函數可以用一些函數來表示和鑒別某個特征數值屬于哪個類別，該方法在香榧籽[24]、甜瓜[25]、紅茶[26]、葡萄酒香氣鑒別[27]、獼猴桃和柚子分類及指紋圖譜鑒別[28]等方面得到了應用。本研究針對極差、差、中、良和優5類凍梨，建立了凍梨品質判別函數，建模樣本和檢驗樣本正確判別率分別達到 97.37%和100%，顯示了極高的判別準確性。因此，這些判別函數完全可用于凍梨品質優劣的判別與分類，成為評價凍梨品質的重要技術手段。

凍梨是一種傳統的加工食品，經常在北方春節前后食用，但對于從未接觸過凍梨的人們來說，由于對凍梨的認識不夠，將凍梨誤認為爛果，同時因加工技術手段落后，外包裝差，外觀品質一般，嚴重制約了凍梨產業的發展。通過對凍梨品質評價體系研究不僅可以確定評價凍梨的關鍵指標，而且可以篩選出優異的凍梨品種。擬選南果梨、尖把梨等優異凍梨品種，以后熟硬度、解凍次數等因素篩選最佳工藝，通過篩選出的最佳工藝參數系統的評價凍梨色、香、味及質地的變化，進一步推動凍梨產業的標準化、規模化生產，為凍梨的產業及技術推廣奠定基礎。

4 結論

凍梨品質評價指標可用可溶性固形物含量、可滴定酸含量、固酸比、果皮L*值、果皮C*值、果肉h值、石細胞含量7項品質指標來評價；建立了評價指標分級及標準，為凍梨的品質評價提供了依據；同時，建立的凍梨品質判別函數具有極高的判別準確性，可用于凍梨品質定性判別。