不同產地紅心獼猴桃品質的主成分及聚類分析

李躍紅，冉茂乾，徐孟懷，陳 露，趙 陽，游元丁，焦彥朝

（1.六盤水市山地特色生態產品研究中心，貴州六盤水 553000；2.貴陽海關綜合技術中心果蔬實驗室（六盤水），貴州六盤水 553000）

獼猴桃（Actinidia chinensisPlanch），又名羊桃、奇異果，為獼猴桃科（Actinidiaceae）獼猴桃屬（Actinidia）落葉藤本果樹[1-2]。獼猴桃果實汁多、味甜、風味宜人，富含糖、酸和酚類物質等多種營養成分[3-4]，尤其是維生素C，其含量是其他水果的的十幾倍甚至幾十倍，營養價值較高，對人體健康具有重要作用[5-7]。目前，市場上獼猴桃果肉顏色有綠色、黃色和紅色3種，其中綠肉最多，黃肉次之，紅肉較少[8]。紅心獼猴桃是我國特有的品種，其果肉沿中軸呈放射狀紅色，鮮艷美觀，酸甜可口，是我國果農增收的主要經濟作物之一。研究表明，影響獼猴桃品質的因素除了獼猴桃品種本身的遺傳特性外，不同產地氣候條件、土壤環境、施肥條件和栽培方式等也起著重要的作用[9-12]。

目前關于獼猴桃果實品質評價的方法主要有模糊綜合評判法[13-14]、主成分分析法[15-16]、聚類分析法[17]、合理-滿意度和多維價值理論評價法[18-19]等，其中對主成分分析法研究較為全面。主成分分析法是利用降維的思想，將多個變量轉化為少數幾個不相關的綜合變量的多元統計方法，其目的是通過降維，去除眾多信息中相互重疊的信息[20-21]，已被廣泛應用于果蔬品質指標篩選和品質綜合評價研究中[22-23]。馬云等[24]采用主成分分析法對不同品種軟棗獼猴桃果實品質進行分析，主成分分析法可作為評價不同品種軟棗獼猴桃優質特性的方法。陳璐等[25]采用主成分和聚類分析法對黃肉獼猴桃品種的果實性狀進行評價，果實性狀的主成分和聚類分析結果較為一致。目前在眾多獼猴桃果實品質評價研究中，大多數基于對獼猴桃引種栽培后果實品質或不同品種之間品質的評價研究，但對不同產地獼猴桃，尤其是針對我國特有的紅心獼猴桃果實品質的綜合評價未見報道。本試驗通過對11個產地的紅心獼猴桃果實品質指標進行測定和分析，采用主成分和聚類分析方法，對11個產地紅心獼猴桃果實進行綜合評價并分類，以期為消費者合理選擇購買以及對紅心獼猴桃的栽培和加工利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅心獼猴桃鮮果 市售，成熟度一致，11個產地分別為四川省蒼溪縣、貴州省松桃縣、江西省奉新縣、湖南省鳳凰縣、陜西省周至縣、河南省西峽縣、浙江省上虞區、廣西省南丹縣、四川省雅安市、四川省蒲江縣和貴州省修文縣，采購后運輸到貴陽海關綜合技術中心果蔬檢測重點實驗室（六盤水），隨機取色澤均勻、無病蟲害，無機械損傷的各產地紅心獼猴桃果實進行外觀品質測量和內在品質檢測。

UFLC-XR高效液相色譜儀、UV-2700紫外可見分光光度計 日本島津公司；iCAP RQ電感耦合等離子體質譜儀 賽默飛世爾科技有限公司；T5電位滴定儀、RM40全自動折光儀 梅特勒-托利多儀器有限公司。

1.2 實驗方法

本研究的項目測定方法均為現行有效的國家標準和農業標準方法。單果重、縱徑：參照農業標準NY/T 425-2000測定；可溶性固形物：根據農業標準NY/T 2637-2014測定；總酸：根據國家標準GB/T 12456-2008 pH電位法測定；可溶性糖：根據農業標準NY/T 2742-2015紫外可見分光光度法測定；維生素C：根據國家標準GB 5009.86-2016高效液相色譜法測定；單寧：根據農業標準NY/T 1600-2008紫外可見分光光度法測定；微量元素：根據國家標準GB 5009.268-2016電感耦合等離子體質譜法測定；糖酸比為可溶性固形物與總酸含量的比值。

1.3 數據處理

每次實驗均采取3次平行。采用Excel 2007進行試驗數據整理，利用SPSS Statistics 17.0軟件進行數據相關性分析、主成分分析及聚類分析。為消除各個指標單位、度量的差異，在使用SPSS Statistics 17.0軟件前，參照劉科鵬等[26]的方法利用隸函數法對數據進行標準化處理。

2 結果與分析

2.1 紅心獼猴桃外觀品質分析

水果的外觀品質指的是水果的外觀形象，包括水果形狀、大小、顏色等。通過觀察和測定，11個產地紅心獼猴桃果實基本呈短圓柱形，果面潔凈，果皮綠褐色，光滑無毛，無病斑及其他附著物，單果重和縱徑測定結果見表1。由表1可知，11個產地紅心獼猴桃的單果重和縱徑均存在差異，其中單果重差異最大。單果重質量介于64.65～101.19 g之間，平均單果重為79.40 g，單果重以西峽和修文表現最好，其平均值分別為101.19和97.49 g，南丹和松桃表現最差，其平均值分別為64.65和66.14 g；縱徑范圍為5.06～6.08 cm，和單果重一樣，縱徑以修文和西峽表現最好，分別為6.08和6.03 cm，南丹和雅安表現最差，分別為5.06和5.11 cm。

2.2 紅心獼猴桃內在品質分析

11個產地紅心獼猴桃內在品質指標測定結果見表2。由表2可知，11個產地紅心獼猴桃的各內在品質指標之間變異系數不同，說明11個產地紅心獼猴桃內在品質指標之間呈現不同的差異性，其中Co含量差異最大，變異系數為96.32%，可溶性固形物差異最小，變異系數僅為12.10%。其中可溶性固形物和可溶性糖含量以奉新最高，分別達到19.58%和16.36%；糖酸比是衡量水果風味的重參數，糖酸比越高，水果越甜，糖酸比較高的產地為奉新和鳳凰，其值分別為23.31和20.38；維生素C含量最高的產地為松桃和西峽，維生素C含量分別為153.22和140.13 mg/100 g；單寧含量以西峽最高，其值為1000 mg/kg；微量元素對維持機體正常生理功能具有重要作用，通過對11個產地紅心獼猴桃的8種微量元素分析，微量元素變異系數均較大，差異較大，其中Mn元素含量最高，其平均值為2.3110 mg/kg，其次為Cu、Sr、Ba、Ti和As，Co 和V含量最低，其平均值僅為0.0233和0.0133 mg/kg。綜上所述，各產地的紅心獼猴桃各項品質指標均存在差異，表明各產地的紅心獼猴桃內在品質存在差異。

表1 單果縱徑、果重結果Table 1 Results of fruit longitudinal diameter and weight

2.3 紅心獼猴桃品質指標的相關性分析

多樣本兩指標之間相關系數絕對值越大，則這兩指標之間的聯系越緊密[27]。由此進一步考察不同產地紅心獼猴桃16個品質指標相互間的相關性，采用Pearson相關系數對紅心獼猴桃品質指標進行相關性分析，結果見表3。由表3可知，11個產地紅心獼猴桃的16項品質指標之間相關性存在差異。可溶性固形物與糖酸比存在顯著正相關（P＜0.05），與可溶性糖存在極顯著正相關（P＜0.01），表明可溶性固形物的變化顯著影響可溶性糖及糖酸比的變化,進而影響果實的風味品質；糖酸比與可溶性糖和總酸存在顯著正相關（P＜0.05），表明可溶性糖和總酸含量的變化共同影響了果實的糖酸比，決定果實的口感風味；單果重與縱徑存在極顯著正相關（P＜0.01），與V存在顯著正相關（P＜0.05），而與Cu存在顯著負相關（P＜0.05），表明果實質量越大，縱徑就越大，V含量增高，而Cu含量降低；縱徑與Ti和Cu均存在顯著負相關（P＜0.05），表明縱徑越大，Ti和Cu含量越低。此外，總酸和單寧、Ti與維生素C和Sr、Mn與Co等的相關系數絕對值均大于0.5，指標間相關性較高。相關性分析結果表明，紅心獼猴桃16個品質指標相互間具有一定的相關性，因而所統計的原始數據反映的信息存在重疊。由此進一步采取主成分分析法對16項品質指標簡化，提高紅心獼猴桃果實品質評價的分析效率。

2.4 紅心獼猴桃品質指標的主成分分析及綜合評價

由于11個產地紅心獼猴桃16個品質指標彼此間存在差異，而且各指標間具有一定的相關性，故采取主成分分析法對16項品質指標進一步分類簡化。將紅心獼猴桃16個品質指標轉化為16個主成分，根據特征值大于1進行提取，結果見表4。由表4可知，特征值大于1的主成分共6個，其方差貢獻率依次為25.990%、18.619%、17.391%、14.379%、7.827%和6.744%，累積方差貢獻率為90.950%，代表了紅心獼猴桃總信息的90.950%，保留了獼猴桃品質的絕大部分信息，獼猴桃評價的16項品質指標轉化為6個不相關的綜合指標，達到對原信息降維的目的。

表2 不同產地紅心獼猴桃的品質指標含量Table 2 Quality index content of red-centred kiwifruit from different habitats

主成分載荷矩陣反映了各指標在主成分中的作用方向及大小程度。由表4可知，第1主成分代表了紅心獼猴桃總信息的25.990%，果實縱徑和單果重負向載荷權數最大，其值分別為-0.942、-0.855，Cu和Ti正向載荷權數最大，其值分別為0.671、0.563，可見，正向作用遠小于負向作用，表明了果實縱徑和單果重對第1主成分起決定性作用，因此第1主成分主要反映了果實外觀品質。果實縱徑與單果重、Ti和Cu均存在顯著相關性（表3），因此將縱徑作為第1主成分的代表指標。第2主成分代表了總信息的18.619%，可溶性糖、維生素C和可溶性固形物正向載荷權數最大，其值分別為0.784、0.717、0.709，Ti和Sr負向載荷權數最大，其值分別為-0.595、-0.570，正向作用遠大于負正向作用，因此第2主成分主要反映了果實營養品質?？扇苄蕴桥c可溶性固形物存在相關性，與維生素C無相關，Ti與維生素C呈負相關，與Sr呈正相關（表3），因此選擇可溶性糖、維生素C和Sr作為第2主成分的代表指標。第3主成分代表了總信息的17.391%，糖酸比和總酸正向載荷權數最大，其值分別為0.759、0.709，Cu和Mn負向載荷權數最大，其值分別為-0.613、-0.557，正向作用仍然高于負向作用，因此第3主成分主要反映了果實風味品質。糖酸比和總酸呈顯著正相關，Cu和Mn呈正相關，故選擇糖酸比和Cu作為第3主成分的代表指標。第4主成分代表了總信息的14.379%，Co的正向載荷權數最大，主要反映了果實中Co信息。第5主成分代表了總信息的7.827%，Ba和Ti正向載荷權數最大，主要反映了果實中Ba和Ti主要信息。第6主成分代表了總信息的6.744%，V和Sr正向載荷權數最大，主要反映了果實中V和Sr主要信息。綜合分析6個主成分主要代表指標相關性，縱徑與Cu和Ti呈顯著負相關，糖酸比與可溶性糖呈顯著正相關，Ti與維生素C和Sr相關，最終確定縱徑、糖酸比、維生素C、Co、Sr和Ba作為不同產地紅心獼猴桃品質評價的核心指標。利用主成分載荷矩陣（表4）中各指標數據除以主成分相對應的特征值開平方根，便得到6個主成分中各指標所對應的系數即特征向量，設6個主成分得分依次為F1、F2、F3、F4、F5、F6，以特征向量為權重構建6個主成分的得分表達式：

以6個主成分的方差貢獻率為權重，構建紅心獼猴桃綜合評價模型：Dn=25.99%F1+18.619%F2+17.391%F3+14.379%F4+7.827%F5+6.744%F6。根據上述綜合評價模型計算出各產地的紅心獼猴桃的綜合評價分值，分值越高，該產地品質越好，結果見表5。由表5可知，11個產地紅心獼猴桃中，奉新、蒼溪、周至和松桃紅心獼猴桃主成分綜合得分最高，品質表現最好，修文、蒲江和西峽主成分綜合得分最低，品質表現最差。

2.5 不同產地紅心獼猴桃的聚類分析

聚類就是根據樣品品質特性的相似程度進行簡化合并分組，相似性最大的優先聚合在一起，最終按照類別的綜合性質多個樣品聚合，使其具有最大的組內相似性和最小的組間相似性[28-29]。根據紅心獼猴桃16項品質指標數據標準化處理結果，采用系統聚類分析方法，以平方Euclidean距離為度量標準，以組間連接為聚類方法，對11個產地紅心獼猴桃進行聚類分析，得到聚類樹狀圖。如圖1所示，在距離約為17時，11個產地紅心獼猴桃聚集為4類，結合表1，第1類聚集了7個產地，包括鳳凰、上虞、雅安、蒼溪、周至、松桃和奉新，這一類產地紅心獼猴桃果實可溶性固形物、可溶性糖、糖酸比和維生素C含量均較高，而果實縱徑和單果重相對較小，果實微量元素相對較高，該類產地果實風味酸甜適宜，從口感方面更容易贏得消費者喜愛，果實適合于鮮食利用；第2類聚集了1個產地南丹，南丹紅心獼猴桃果實縱徑和單果重最小，糖酸比偏低，而Cu和Ti含量最高，該類產地果實外觀品質較差，適用于加工高含量微量元素的獼猴桃制品；第3類聚集了2個產地蒲江和修文，該類產地果實縱徑和單果重相對較大，可溶性糖、糖酸比、維生素C、Cu、As和Sr含量均較低，該類產地果實外觀品質上占有一定優勢，但口感欠佳，果實更適合加工利用；第4類聚集了1個產地西峽，西峽果實縱徑偏大，單果重最大，維生素C含量偏高，單寧和總酸含量最高，糖酸比偏小，Ti、Cu、Co、Sr和Ba含量均最低，西峽雖然單果重最大，外觀品質上能贏得消費者青睞，但單寧和總酸含量高，糖酸比和微量元素含量低，果實適合加工高維生素C含量的獼猴桃休閑食品和保健品。綜上，聚類分析和主成分綜合評價得分結果較為一致，表明聚類分析和主成分分析均可用來分析紅心獼猴桃果實品質指標，綜合評價不同產地紅心獼猴桃果實的鮮食或加工品質的優劣。研究結果與公麗艷等[30]和劉丙花等[31]采用兩種方法分別對蘋果加工品質和不同藍莓品種品質分析的評判結果一致。

表5 不同產地紅心獼猴桃的主成分得分Table 5 Scores of the principal component of red-centred kiwifruit from different habitats

圖1 紅心獼猴桃產地聚類分析樹狀圖Fig.1 Dendrogram obtained from cluster analysis of red-centred kiwifruit habitats

3 討論

本研究通過對11個產地紅心獼猴桃的16項品質指標進行測定，并對指標進行相關性分析、主成分分析和聚類分析。結果表明，不同產地紅心獼猴桃的16項品質指標均具有不同的差異性，其中Co含量差異最大，縱徑差異最小。分析原因可能有：一是相對于綠肉和黃肉獼猴桃，紅心獼猴桃發展起步較晚，各個產地對紅心獼猴桃馴化和栽培差異較大；二是不同產地光照條件、肥水供給狀況以及樹體結果數量影響果實單果重及營養成分；三是由于通過市售采購的紅心獼猴桃，有些產地有意挑選相對較大均勻的果實進入市場增加競爭力，導致果實大小不一。通過主成分分析法，不同產地紅心獼猴桃16個品質指標簡化為6個主成分，第1主成分主要反映了果實外觀品質，第2主成分主要反映了果實營養品質，第3主成分主要反映了果實風味品質，第4、5、6主成分主要反映了果實中微量元素Co、Ba、Ti、V和Sr的信息，6個主成分累積方差貢獻率為90.950%，綜合了紅心獼猴桃品質的絕大部分信息。結合相關性和主成分分析，從16項品質指標中篩選出縱徑、糖酸比、維生素C、Co、Sr和Ba 6項品質指標，可作為評價不同產地紅心獼猴桃品質的核心指標。聚類分析將11個產地紅心獼猴桃可劃分為4類，第1類聚集了7個產地鳳凰、上虞、雅安、蒼溪、周至、松桃和奉新，第2類聚集了1個產地南丹，第3類聚集了2個產地蒲江和修文，第4類聚集了1個產地西峽。綜合評價結果顯示，11個產地紅心獼猴桃中，奉新得分最高，品質最好，其次是蒼溪、周至、松桃，西峽綜合得分最低，品質最差。本試驗結果基于現有試驗條件及分析方法而做出的結論，而不適用于因其他條件改變后導致的品質差異，在下一步研究中，需要考慮對紅心獼猴桃基地進行現場隨機采摘取樣、增加獼猴桃產地和營養成分的測定，并通過感官評價、風味品質和貯藏品質分析等對紅心獼猴桃進行全面評價。

4 結論

本試驗通過對11個產地紅心獼猴桃的16項品質指標進行測定，并運用相關性分析、主成分分析和聚類分析對試驗數據統計分析。結果表明：紅心獼猴桃的16項品質指標相互間存在不同程度的相關性，通過主成分分析，提取了6個主成分，并確定了縱徑、糖酸比、維生素C、Co、Sr和Ba 6項核心品質指標，可用于評價不同產地紅心獼猴桃品質。通過聚類分析，11個產地紅心獼猴桃可劃分為4類，與主成分分析判定結果一致。綜合評價結果得出：11個產地紅心獼猴桃中，奉新品質最好，其次是蒼溪、周至和松桃，西峽品質最差。