不同搭架方式百香果營養成分分析及綜合評價

張麗敏，彭 熙，蔡國俊，張孫健，吳應海，李安定

（1.貴州科學院山地資源研究所，貴州貴陽，550001；2.貴州科學院生物研究所，貴州貴陽，550009）

百香果，學名西番蓮，是西番蓮科（Passifloraceae）西番蓮屬（PassifloraLinn.）的熱帶多年生常綠藥食同源藤本植物。原產于巴西、厄瓜多爾等南美洲一帶，現在主栽國家有越南、澳大利亞、中國等，中國主要分布在廣西、云南、福建、廣東、貴州等地，2020年種植面積達60 萬畝以上。目前主要品種有紫果種（Passiflora edulisSims）、黃果種（Passiflora edulisf.flavicarpaDegener）及二者的雜交種[1]。百香果全身是寶，果汁含有豐富的維生素、大量元素、微量元素、人體所需氨基酸及100 多種香氣成分[2]，其中蛋白質、總糖、VC、Ca 和K 含量平均為2770.00、7260.00、27.40、4.14 和4.93 mg/100 g；風味氨基酸（FAA）含量高，平均為323.08 mg/100 g，占總氨基酸的26.69%，被稱為“果汁之王”；種子含油量高，可用于榨油及提取精油；果皮富含果膠和超氧化物歧化酶（71.20 U/g），可用于制作面膜；根、莖和葉藥用成分豐富，藥用氨基酸含量平均為845.64 mg/100 g，可用于制藥，具有預防高血壓、抗抑郁、抗衰老等功效[3?4]。

目前國內外學者對百香果的研究較多，主要在高效栽培技術、種質資源收集與品種選育、貯藏與保鮮技術等方面，對百香果營養特性及香氣成分的研究多集中在不同品種之間的比較[5?7]。潘葳等[8]比較了福建省5 種百香果果汁營養及香氣成分，發現‘芭樂味黃金果’綜合品質最佳；鄺瑞彬等[9]比較了廣東省4 種百香果的營養及香氣成分，發現‘大黃金’的綜合內在品質最佳；朱潔等[10]研究了貴州省‘紫香1 號’和‘平塘1 號’的營養成分，發現‘平塘1 號’百香果營養價值更高，由于研究區域不同，其氣象因子及栽培管理水平不一致，導致研究結果存在差異[11]。我國百香果種植面積大，分布區域廣，栽培技術參差不齊，其中搭架技術是影響百香果產量與品質的主要因素，李朝能[12]采用門字架、人字架和籬架種植‘紫香1 號’，發現不同搭架方式下產量具有顯著差異（P<0.05）；張文娟[13]認為單壁籬架種植百香果可提高產量和品質；黃春亮等[14]也認為直立籬架效果較好。但這些研究結果多是基于單因素分析，指標之間影響較大，且對不同搭架方式的整體研究報道較少，尤其是把多元統計分析應用到比較不同搭架方式下百香果產量與品質的報道幾乎沒有。

主成分分析（principal component analysis，PCA）是采用少量綜合指標代替原來多個指標大部分信息的一種降維分析方法[15]，即把海量數據轉化為幾個信息不重疊的數據，從眾多因素中提取出幾個關鍵因子[16]，其優點在于可消除評價指標間的相關影響，能夠保證評價的客觀性[17?20]。PCA 技術目前已廣泛應用于農產品品質差異、篩選和評價的研究[21?23]，目前已在百香果[2]、即食玉米[24]、枸杞[25]等農產品中得到了很好的應用，是評價百香果綜合品質的一種較好的方法。因此，本研究針對5 種不同搭架方式，采用PCA 法及構建模型綜合評價不同搭架方式對百香果產量及品質的影響，從而篩選最佳搭架方式。該研究可為百香果的栽培奠定一定的理論基礎，具有實際指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

‘臺農1 號’百香果 貴州省山地資源研究所“特色藤本植物產學研”基地；氫氧化鈉、95%乙醇、鹽酸、硫酸、硝酸、無水乙醚、硫酸銅、硫酸鉀、酒石酸鉀鈉、酚酞指示劑、鉀硫氨酸、氮藍四唑、2,6-二氯酚靛酚、鄰苯二甲酸氫鉀、次甲基藍 均為分析純，浙江華軍藥業有限公司。

FA2104S 百分之一分析天平 上海一恒科學儀器有限公司；ACE101-150 游標卡尺 南昌江大儀器有限公司；WYT-4 型手持糖量儀 北京萬行吉利經貿有限公司；PHS-3C pH 計 梅特勒-托利多上海有限公司；LWS2600 氣相色譜儀 上海精科儀器有限公司；UV-1800PC 紫外可見分光光度計 上海儀電分析儀器有限公司；IMMAGE800 全自動蛋白質分析儀、L-3000 全自動氨基酸分析儀 大連隆豐儀器儀表有限公司；ATPIO-3000D 粉碎機、WARING 800S 組織搗碎機 安徽奇卓粉體設備有限公司；ZCA-1000AFG 原子吸收光譜儀 北京中和測通儀器有限責任公司；HC-3018R 高速離心機 浙江正達環保設備有限公司。

1.2 試驗地概況

試驗地位于貴州省黔南州平塘縣克度鎮光明村貴州省山地資源研究所“特色藤本植物產學研”基地（東經106°48′19″，北緯25°43′37″），海拔853 m，年平均氣溫16.3 ℃，年降雨量1400 mm 左右。雨季為5～10 月，占全年降雨量的80%，屬亞熱帶季風氣候，土壤為山地黃壤。

1.3 試驗設計

以‘臺農1 號’百香果為試驗品種，2020 年4 月定植，采用5 種不同搭架方式：籬壁式單層架（FBSD）、籬壁式雙層架（FBSS）、寬窄行單層架（KZHD）、寬窄行雙層架（KZHS）、平棚垂簾式搭架（PPJ），搭架材料為水泥柱，為鋼筋混凝土結構，粗8～10 cm，高度250 cm，水泥柱嵌入泥土50 cm，FBSD 和KZHD 搭架時在離地面196 cm 處用PVC 管打“十字架”孔1 個，PPJ 打孔2 個，FBSS 和KZHS 搭架時在離地面106、196 cm 處各打孔1 個，孔用于穿鋼絲，頂孔離水泥柱頂部4 cm，于2020 年5 月完成搭架。每種搭架方式種植100 株百香果苗，3 個重復試驗小區，種植管理水平一致。種植株行距、箱面寬、過道寬、搭架距離及每畝種植株數如表1 所示。

表1 百香果種植及搭架基本情況Table 1 Basic information of passion fruit planting and frame modes

1.4 指標測定

1.4.1 產量測定 于2020 年6～12 月，在百香果開始掛果至整個生育期結束期間，每種搭架方式的每個試驗小區隨機選擇20 株百香果，統計每株百香果的果實數量，在盛果期隨機采摘100 個百香果稱重，平均得到每個百香果的單重，百香果畝產（kg/畝）=每株果實數（個/株）× 每個果單重（g）×每畝株數（株/畝）/1000。

1.4.2 品質測定 2020 年10 月，在百香果盛果期從不同方位采集成熟度一致的果實樣品，每種搭架方式的每個試驗小區隨機采摘果實5.0 kg，樣品果帶回實驗室測定。橫徑（T_d）、縱徑（L_d）、果皮厚度（PT）采用游標卡尺測定；果形指數（FSI）為縱徑與橫徑的比值；單果重（SFW）、果肉重采用百分之一電子天平測定；可食率（ER）為果肉重與單果重的比值；維生素E（VE）：GB 5009.82-2016；維生素C（VC）：GB 5009.86-2016；蛋白質（ProT）：GB 5009.5-2016；脂肪（Fat）：GB 5009.6-2016；粗纖維（CF）：GB/T 5009.10-2003；鈣（Ca）：GB 5009.92-2016；鐵（Fe）：GB 5009.90-2016； 鋅（ Zn） ： GB 5009.14-2017； 鉀（ K） ： GB 5009.91-2017；鎂（Mg）：GB 5009.241-2017；總黃酮（T_f）：SN/T 4592-2016; 超氧化物歧化物（Sd）：GB/T 5009.171-2003；可溶性固形物（Ss）：GB/T 12143-2008; 總糖（Ts）：GB 5009.8-2016；總酸（Ta）：GB/T 12456-2008；糖酸比（S_a）為總糖與總酸的比值；氨基酸：GB 5009.124-2016。

1.5 數據分析

采用Excel 2007 軟件對實驗數據進行處理，采用SPSS 19.0 軟件和Duncan 新復極差法進行顯著性分析，P<0.05 表示差異顯著；采用R 語言軟件進行PCA 統計分析及綜合評價。

2 結果與分析

2.1 不同搭架方式百香果產量變化

在圖1 中，百香果產量在不同搭架方式中具有顯著差異（P<0.05）。KZHS 和FBSS 百香果產量最高，畝產分別為1156.48、1035.13 kg，其次為KZHD，畝產為815.78 kg，FBSD 及PPJ 百香果產量最低，分別為564.68、574.25 kg。這與袁啟鳳等[26]、張文娟等[13]的研究結果相一致，雙層架產量均明顯高于單層架，主要是因為雙層架架面有兩層，單株枝條較多，結果量大，同時FBSS 和KZHS 畝栽株數多，故產量高；而FBSD 和PPJ 架面為單層架，單株枝條少，且畝栽株數少，故產量低。

圖1 不同搭架方式百香果產量變化Fig.1 Yield changes of passion fruit in different frame modes

2.2 不同搭架方式百香果外觀品質變化

由表2 可知，在FBSD、FBSS、KZHD、KZHS、PPJ5 種搭架方式中，百香果的橫徑、縱徑、果形指數、單果重、果皮厚度、可食率均未表現出顯著差異。果實平均橫徑為5.71～5.85 cm，縱徑為6.18～6.35 cm，果形指數為1.07～1.09，單果重為59.78～68.57 g，果皮厚度為0.54～0.62 cm，可食率為44.89%～48.24%。這可能是由于該品種自身的遺傳特性較穩定[27]，根據全國調研數據發現，該品種在福建、廣東、廣西、云南、貴州等地種植的果實外觀、可食率等未見明顯差異[28]，與該研究結果相一致。

表2 不同搭架方式百香果外觀品質Table 2 Appearance quality of passion fruit in different frame modes

2.3 不同搭架方式百香果內在品質變化

2.3.1 不同搭架方式百香果主要營養成分變化 在表3 中，維生素E、C 含量分別為0.61～0.74、23.60～27.10 mg/100 g，KZHD、KZHS 和PPJ 維生素E 含量顯著高于FBSD、FBSS，而FBSD 維生素C 含量顯著高于其他四種搭架方式（P<0.05）。維生素E、C 含量高于郭艷峰等[29]的研究結果，可能與研究區環境氣候條件、海拔高度、土壤、栽培管理水平以及采摘成熟度有關[30]。蛋白質、脂肪、鈣、鐵、鎂、鋅、總黃酮、可溶性固形物含量在FBSD 和KZHD 方式下顯著高于其他三種搭架方式，粗纖維和鉀含量在不同搭架方式下未表現出顯著差異（P<0.05），其中鉀、鈣、鐵含量分別226.00～246.00、5.09～8.18、0.37～0.63 mg /100 g，本結果接近于鄺瑞彬等[9]、Zhu 等[31]的研究結果，但與同類水果相比，其含量均高于香蕉、火龍果、芒果等熱帶水果[32]。超氧化物歧化物在FBSD、FBSS 含量最高。在果實品質中，酸是調節果實風味的主要物質，酸含量過高或過低都會影響果實的適口性，且良好的風味須在較高的含糖量上有合適的糖酸比[33]，因此，總糖、總酸和糖酸比這3 個營養成分指標對百香果內在品質有著重要影響。在本研究中，總糖在不同搭架方式下未表現出顯著差異（8400.00～8800.00 mg/100 g），總酸含量在PPJ 中最高，為3804.00 mg/100 g，在FBSD 中最低，為3044.00 mg/100 g，糖酸比為KZHD（2.72）≈ FBSD（2.89）>KZHS（2.46）≈ FBSS（2.45）≈ PPJ（2.26），低于鄺瑞彬等[9]（5.42）、Zhu 等[31]（4.84～5.68）和郭艷峰等[29]（5.37）研究結果，且顯著低于人群口味認可的13:1～15:1[34]，這可能與采摘時間有關，本試驗百香果采摘時間較晚，貴州百香果在10 月份時由于溫度降低，日照減少，導致糖積累較少，酸增加，因此總體糖酸比較低。

表3 不同搭架方式百香果主要營養成分變化Table 3 Main nutritional components of passion fruit in different frame modes

2.3.2 不同搭架方式百香果氨基酸含量變化 如表4所示，在16 種氨基酸中，有7 種人體必需氨基酸，2 種兒童必需氨基酸，4 種甜味氨基酸，2 種酸味氨基酸，1 種其它氨基酸。谷氨酸含量最高，為210.46～320.42 mg/100 g，接近于鄺瑞彬等[9]的研究結果（204.00～256.00 mg/100 g），高于袁啟鳳等[26]（197.87 mg/100 g）；天冬氨酸次之，為121.64～150.65 mg/100 g，接近于鄺瑞彬等[9]（120.00～153.00 mg/100 g），低于袁啟鳳等[26]（215.31 mg/100 g），這可能是品種不同及采集來源不同所致。兒童必需氨基酸指兒童生長發育過程中不能在體內合成，只能通過外界攝入，2 種兒童必需氨基酸中，精氨酸和組氨酸含量分別為62.26～150.36、13.31～22.10 mg/100 g。FBSD 總氨基酸（TAA）、必需氨基酸（EAA）、風味氨基酸（FAA）含量較高，分別為1366.60、369.64 和799.50 mg/100 g，必需氨基酸占總氨基酸的含量為27.05%；FBSS 總氨基酸（TAA）和風味氨基酸（FAA）含量最低，分別為948.54 和549.68 mg/100 g，必需氨基酸占總氨基酸的含量為29.61%；KZHD、KZHS 和PPJ 氨基酸含量居中，說明單層架有助于氨基酸的積累和風味氨基酸的呈味，主要是因為單層架果實與光照的接觸面大，有利于氨基酸的合成，這與袁啟鳳等[26]的研究結果相一致。在五種搭架方式中，必需氨基酸占總氨基酸的含量為27.05%～29.61%，略低于FAO/WHO 標準規定的必需氨基酸理想含量40%[35]。氨基酸的呈味與其側鏈R 基團的疏水性關系密切，當氨基酸的疏水性較小時，其主要呈甜味，如甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸和絲氨酸，當其側鏈R 基團為酸性基團時，則以酸味為主，如谷氨酸、天冬氨酸，這兩種氨基酸也是形成鮮味物質的重要前提之一[36?37]。在本研究中，甜味氨基酸和酸味氨基酸含量分別為217.58～328.43、332.10～471.07 mg/100 g，占風味氨基酸的37.09%～41.08%、58.92%～62.91%，說明百香果主要以酸味為主，甜味為輔，但相差不大，酸甜適中。

表4 不同搭架方式百香果氨基酸含量變化（mg/100 g）Table 4 Amino acid content changes of passion fruit in different frame modes（mg/100 g）

2.4 主成分分析及綜合評價

在圖2 和圖3 中，以特征值大于1 為標準，在檢測的39 個指標中共提取出4 個主成分，累積解釋貢獻率為100.0%，說明這四個主成分反映了原始變量的全部信息，可代替原39 個指標評價百香果的營養品質。第一主成分的解釋貢獻率和特征值最大，分別為46.0%和17.94，具有較大解釋值的指標為氨基酸，即精氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、谷氨酸和甘氨酸，其載荷權數分別為0.97、0.98、0.97、0.99、0.98，主要影響FBSD；第二主成分的解釋貢獻率為26.2%，具有較大解釋值的指標為礦質元素，即鐵、鋅、鎂，其載荷權數分別為0.82、0.96、0.98，主要影響KZHD；第三主成分的解釋貢獻率為19.6%，具有較大解釋值的指標為外觀營養成分，即單果重，其載荷權數為0.96，主要影響FBSS；第四主成分的解釋貢獻率為8.2%，具有較大解釋值的指標為產量，其載荷權數為0.77，主要影響KZHS。在百香果種植過程中，若只考慮單一品質的影響，則有不同的搭架模式，如只考慮氨基酸，可以選擇FBSD 搭架，只考慮礦質元素，可以選擇KZHD 搭架，只考慮外觀營養成分，可以選擇FBSS 搭架，只考慮產量，可以選擇產量KZHS。

圖2 不同搭架方式下百香果營養成分PCA 圖Fig.2 PCA diagram of nutrient components of passion fruit in different frame modes

圖3 不同主成分上百香果營養成分相關性及貢獻率Fig.3 Correlation and contribution rate of different principal components of passion fruit

若要考慮多因素品質（氨基酸、礦質元素、外觀品質、產量）的影響，則要進行綜合評價分析。根據各主成分的特征向量與標準化后的指標計算各主成分的得分（Y1～Y4），以各主成分對應的解釋貢獻率為權重，可構建綜合評價模型[38]，為：Y=46.0Y1+26.2Y2+19.6Y3+8.2Y4，根據該模型計算出不同搭架方式的綜合總得分，分值越高，說明該種搭架方式下百香果品質越好。從表5 可看出，FBSD 的總得分最高，為2.097，PPJ 的得分最低，為1.229，排序為FBSD（2.097）>KZHD（1.836）>FBSS（1.589）>KZHS（1.476）>PPJ（1.229）。說明在這五種搭架方式中，FBSD 是百香果種植過程中最佳的搭架方式，PPJ 是最不推薦的搭架方式。主要原因是FBSD 搭架光照充足，有利于果實的呈色及營養物質的積累，而PPJ 搭架遮陰嚴重，透光性差，不利于果實養分的積累[25]。

表5 不同搭架方式下百香果果實主成分分析綜合得分Table 5 Principal component score of passion fruit in different frame modes

3 結論

通過對5 種搭架方式下百香果產量及營養成分含量的分析，采用多元統計分析方法進行主成分分析（PCA），綜合評價了不同搭架方式的優劣性。研究結果發現，在FBSS 和KZHS 下百香果產量最高，畝產分別為1156.48 和1035.13 kg，FBSD 及PPJ 百香果產量最低，分別為564.68 和574.25 kg；不同搭架方式百香果外觀品質未表現出明顯差異；維生素E、C 含量分別為0.61～0.74 和23.60～27.10 mg /100 g，蛋白質、脂肪、鈣、鐵、鎂、鋅、總黃酮、可溶性固形物含量在FBSD 和KZHD 方式下顯著高于其他三種搭架方式，超氧化物歧化物在FBSD、FBSS 含量最高，總糖在不同搭架方式下未表現出明顯差異（8400.00～8800.00 mg/100 g），總酸含量在PPJ 中最高，為3804.00 mg/100 g，在FBSD 中最低，為3044.00 mg/100 g，百香果糖酸比在FBSD、FBSS、KZHD、KZHS、PPJ 方式中分別為2.89、2.45、2.72、2.46 和2.26，普遍偏低。FBSD 總氨基酸（TAA）、必需氨基酸（EAA）、風味氨基酸（FAA）含量最高，分別為1366.60、369.64 和799.50 mg/100 g；FBSS 總氨基酸（TAA）和風味氨基酸（FAA）含量最低，分別為948.54 和549.68 mg/100 g，必需氨基酸占總氨基酸的含量為29.61%；KZHD、KZHS 和PPJ 氨基酸含量居中。在本研究中，甜味氨基酸和酸味氨基酸含量分別為217.58～328.43、332.10～471.07 mg/100 g，占風味氨基酸的37.09%～41.08%、58.92%～62.91%。

對39 種指標進行主成分分析，從中提取了4 個主成分因子，其累計方差貢獻率為 100.0%。根據4 個主成分方差貢獻率建立綜合評價模型：Y=46.0Y1+26.2Y2+19.6Y3+8.2Y4，根據該模型計算出不同搭架方式的綜合總得分，FBSD 的總得分最高，為2.097，PPJ 的得分最低，為1.229，排序為FBSD（2.097）>KZHD（1.836）>FBSS（1.589）>KZHS（1.476）>PPJ（1.229）。說明在這五種搭架方式中，FBSD 是百香果種植過程中最佳的搭架方式。