基于主成分分析法的不同品種黃瓜綜合品質分析與評價

高玨曉，郭 瑩，徐蓓蓓，王仁杰，王興翠，李美芹*，張 云

（1.全國蔬菜質量標準中心，山東 壽光 262700；2.濰坊科技學院，山東 壽光 262700；3.壽光日報傳媒有限公司，山東 壽光 262700)

黃瓜（L.），別名胡瓜，屬葫蘆科甜瓜屬1年生攀緣草本植物，以其新鮮的風味，酥脆的口感和豐富的營養而受到消費者的喜愛。當前，人們對黃瓜品質的認知主要限于商品品質，即黃瓜的外觀和形狀，但其風味品質和營養品質其實更重要。

不同學者對黃瓜營養品質的看法不盡相同。喬宏宇發現黃瓜的粗蛋白、維生素C、可溶性糖和可溶性固形物占營養品質的94.48%，其中可溶性固形物對營養品質有重要影響。柯勇等認為黃瓜的品質指標主要包括可溶性固形物、可溶性糖、維生素C、蛋白質、干物質和硬度。但王立霞等指出，黃瓜的營養品質指標除了可溶性固形物、可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C、游離氨基酸外，還包括可滴定酸、硝酸鹽和鞣質。此外，黃瓜風味與其獨特的香氣和一些非揮發性物質密切相關。影響風味的非揮發性物質主要是指可溶性糖、可溶性固形物、有機酸、維生素C、單寧等。黃瓜風味品質測定主要依靠感官評價和儀器測定。感官評價可以從香氣、味道和喜好等方面全面評估果實品質，但存在易受感官評價人員主觀因素影響的缺點。儀器測定主要用于定性和定量分析營養元素、色素和有毒物質的含量，比如維生素C、有機酸、礦物質、硝酸鹽等。

目前，國內對黃瓜品質的研究重點大多在于施肥方法、砧木嫁接、栽培基質等對果實品質的影響上，很少通過綜合黃瓜的營養和風味品質來對黃瓜品質開展評價。本研究選取10個不同外形、營養、風味的黃瓜品種，對其可溶性糖、果糖、葡萄糖等12個品質指標進行儀器測定，分析各指標間的差異性和相關性，并通過主成分分析對黃瓜的風味品質進行排名，為初步開展黃瓜品質評價工作提供了思路和方向。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試品種

供試10個黃瓜品種的名稱、特性及其來源見表1，統一種植于全國蔬菜質量標準中心研發基地，5月14日起陸續采收。

表1 供試黃瓜品種特性及來源

1.1.2 儀器與設備

日本ATAGO公司PAL-1手持型糖度儀，購自廣州市愛宕科學儀器有限公司；UV5200PC紫外分光光度計，購自上海元析儀器有限公司；YS6060臺式分光測色儀，購自深圳市三恩時科技有限公司；氣相色譜-質譜聯用分析儀（GC-MS）ISQ，購自賽默飛世爾科技公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 品質指標測定

每個品種隨機挑選達到食用程度的外觀新鮮整齊的10條黃瓜，切塊后用組織搗碎機攪碎，用于指標測定，每項指標重復3次。可溶性固形物含量參照NY/T 2637—2014測定；可溶性糖含量參照NY/T 1278—2007測定；總酸含量參照GB/T 12456—2021測定；維生素C含量參照GB 5009.86—2016中的2,6-二氯靛酚滴定法測定；蛋白質含量參照GB 5009.5—2016中的分光光度法測定；單寧含量參照NY/T 1600—2008測定；葡萄糖、果糖、蔗糖、檸檬酸、蘋果酸以及氨基酸的含量參照張紅艷等的方法測定。

1.2.2 各指標差異性和相關性分析

利用SPSS 16.0對黃瓜的12個品質指標進行差異顯著性分析，利用Pearson相關分析法進行相關性分析。

1.2.3 各指標主成分分析

指標間存在顯著差異且存在一定相關性，進行主成分分析才有意義。將10種黃瓜的9個風味品質指標利用SPSS 16.0中的因子分析進行主成分分析，得到其kmo＝0.586＞0.5，顯著性為0.000，故適合做主成分分析。

為了更好地解釋各品質指標與主成分因子之間的關系，將所提取的主成分因子進行旋轉處理，其載荷值大小反映各變量在主成分中的重要程度。為了消除不同單位和數據的影響，必須對各指標原始數據進行標準化處理，構建2個主成分模型，用2個新的綜合指標來代替原來的9個品質指標對不同品種黃瓜品質進行評價，得到黃瓜中前2個主成分的得分函數表達式。

式中，F1代表第1主成分，F2代表第2主成分。1代表果糖原始數據標準化以后的數值，以此類推，2代表葡萄糖，3代表可溶性糖，4代表蘋果酸，5代表氨基酸，6代表蔗糖，7代表檸檬酸，8代表單寧，9代表維生素C。

對各得分值與相應特征值的方差貢獻率的乘積累加，得出不同黃瓜品種綜合評價指數F（F＝0.656F1＋0.155F2），以此來評價不同黃瓜的綜合品質。

1.3 數據分析

采用SPSS 16.0和Excel 2010對數據進行分析處理。

2 結果與分析

2.1 品質指標差異性分析

從表2可以看出，可溶性固形物所占比重較高，是評價黃瓜品質的主要指標，不同品種黃瓜可溶性固形物含量介于3.7%～5.0%，變異系數為9.00%，說明品種間有一定差異；可溶性固形物含量最大的是維納斯，其次是托尼102、優美和玉女。10種黃瓜可溶性糖含量變化區間為1.74%～2.36%，果糖含量變化區間在1 435.04～2 701.88 mg/kg，葡萄糖含量變化區間是1 385.56～2 960.22 mg/kg，蔗糖含量變化區間是567.29～712.42 mg/kg，其中果糖含量和葡萄糖含量的變異系數分別為20.97%和25.13%，都高于20%，說明品種間的差異較大，可溶性糖含量和蔗糖含量變異系數分別為10.52%和7.37%，說明品種間有一定差異。可溶性糖、葡萄糖和果糖含量最高的品種均是綠寶，其次是維納斯和托尼102，可溶性糖含量最低的是德瑞特975，葡萄糖、果糖含量最低的均是甘脆1號；蔗糖含量最高的品種是玉女，其次也是維納斯和托尼102，含量最低的是金童。

反映黃瓜酸味的指標包括總酸、蘋果酸、檸檬酸。如表2所示，總酸含量的變化區間為0.88～1.24 g/kg，變異系數為9.97%；蘋果酸含量的變化區間是206.60～398.78 mg/kg，變異系數為18.36%；檸檬酸的含量變化區間是155.52～167.76 mg/kg，變異系數為2.55%。蘋果酸的變異系數較大，說明品種間差異較大；蘋果酸含量最高的品種是綠寶，其次是玉女和維納斯，含量最低的是甘脆1號。檸檬酸的變異系數較小，說明品種間差異很小。

反映黃瓜澀味的指標為單寧，單寧含量的變化區間是96～140 mg/kg，變異系數為10.25%，說明品種間存在一定差異，單寧含量最高的品種是維納斯，最低的是金童（表2）。

維生素C含量變化區間是95.4～163.0 mg/kg，變異系數為16.69%，說明品種間存在一定差異；維生素C含量最高的是維納斯，其次是綠寶和甘脆1號，含量最低的是傳奇778。蛋白質含量的變化區間是1.02%～1.47%，變異系數為11.40%，品種間存在一定差異；蛋白質含量最高的是優美，其次是維納斯和金童，含量最低的是甘脆1號。氨基酸含量的變化區間是369.00～450.41 mg/kg，變異系數為6.95%，品種間有一定差異；含量最高的是綠寶，其次是托尼102和維納斯，含量最低的是甘脆1號（表2）。

表2 黃瓜品質指標差異性分析

2.2 品質指標相關性分析

如表3所示，首先，可溶性固形物含量與可溶性糖、果糖、葡萄糖、蔗糖含量均呈顯著正相關，可溶性糖含量與果糖、葡萄糖含量均呈極顯著正相關，與蔗糖含量呈顯著正相關，說明糖的各分項與可溶性固形物、可溶性糖密切相關；其次，蘋果酸含量與可溶性糖、果糖、葡萄糖含量均呈極顯著正相關，與蔗糖含量呈顯著正相關，檸檬酸含量僅與可溶性糖呈顯著正相關，總酸含量與各類糖含量不相關；維生素C含量與可溶性固形物、可溶性糖、蔗糖均呈顯著正相關，說明維生素C含量越高的品種，其口感越甜；另外，氨基酸與可溶性糖、果糖、葡萄糖均呈極顯著正相關，與蘋果酸呈顯著正相關，說明氨基酸含量與黃瓜甜味有關的指標密切相關。

表3 黃瓜品質指標相關性分析

2.3 品質指標主成分分析

表4所示的2個主成分的特征值均大于1，第2主成分F2累計方差貢獻率為81.157%（＞80%），能夠代表所有指標的絕大部分信息，且綜合反映10種黃瓜品種的果實風味特性，可以作為評價黃瓜風味的綜合指標。

表4 主成分的特征值和貢獻率

主成分在各品質指標上旋轉后的成分矩陣分析結果見表5。第1主成分主要綜合了果糖、葡萄糖、可溶性糖、蘋果酸、氨基酸（＞0.8）等，反映了黃瓜甜鮮味的良好口感品質。第2主成分主要是單寧，反映了黃瓜澀味，即不良口感品質。

表5 主成分在各品質指標上旋轉后的成分矩陣

為消除不同單位和數據的影響，必須對各指標的原始數據進行標準化處理，轉化成均值為0、標準差為1的無量綱數據，結果如表6所示。

表6 不同品質指標原始數據的標準化無量綱數據

不同品種黃瓜品質預測評價結果如表7所示，結果表明綜合評價指數（F）排名前3位的依次是維納斯、綠寶和托尼102，得分最低的品種是德瑞特975。

表7 不同黃瓜品種品質預測評價結果

3 結論與討論

本試驗探究了10種黃瓜的營養品質和風味品質的差異性，并對所有的品質指標進行相關性分析，對反映黃瓜風味的指標進行主成分分析，篩選了最佳風味的黃瓜品種。結果表明，可溶性固形物含量最大的是維納斯，其次是托尼102、玉女和優美，最低的是德瑞特975。鮮食黃瓜會有甜味，是因為可溶性糖含量較高。可溶性糖是部分蔬菜和水果的重要營養組成部分，也是衡量果實甜度和風味的一個重要指標。可溶性糖的主要成分有葡萄糖、果糖和蔗糖。在本試驗中，可溶性糖、葡萄糖和果糖含量最高的品種均是綠寶，其次是維納斯和托尼102，最低的分別是德瑞特975、甘脆1號和甘脆1號；蔗糖含量最高的品種是玉女，其次也是維納斯和托尼102，最低的是金童。其中，葡萄糖和果糖含量的變異系數都高于20%，說明品種間的差異較大。相關性分析結果表明，可溶性固形物含量與果糖、葡萄糖、蔗糖、可溶性糖含量均呈顯著正相關，可溶性糖含量與果糖、葡萄糖含量均呈極顯著正相關，與蔗糖含量呈顯著正相關。

有機酸在水果和部分蔬菜中也是重要組成部分。參試10種黃瓜中總酸含量最高的是金童，其次是維納斯和甘脆1號，最低的是德瑞特975。總酸含量與各類糖含量不存在顯著相關性，蘋果酸含量在各品種間的差異較大，變異系數為18.36%，含量最高的品種是綠寶，其次是玉女和維納斯，最低的是甘脆1號。相關性分析結果顯示，蘋果酸含量與果糖、葡萄糖、可溶性糖含量均呈極顯著正相關，與蔗糖含量呈顯著正相關；相反，各品種間檸檬酸含量差異不明顯，其僅與可溶性糖呈顯著正相關。有研究表明檸檬酸高的品種，酸味更加濃郁，而蘋果酸則能夠增強人體口腔對甜味的感知。單寧含量最高的是維納斯，其次是傳奇778和德瑞特975，最低的是金童。由美千惠認為黃瓜果實呈現澀味是因為植物體內的單寧所導致的，但王立霞等認為鞣質是鮮食果蔬中澀味的主要來源。

由于人體不能合成維生素C，因此在日常的飲食中攝入維生素C對人體非常重要。本試驗表明，維生素C含量在各品種間均存在差異。維生素C含量最高的是維納斯，其次是綠寶和甘脆1號，最低的是傳奇778。相關性分析顯示，維生素C含量與可溶性固形物、可溶性糖、蔗糖均呈顯著正相關，說明維生素C含量越高的品種，其口感也越甜。這與張秀榮等對8個華南型黃瓜品種的研究結果正好正相反，這可能與黃瓜品種類型、種植地理位置及土壤環境不同有關。

蛋白質含量最高的是優美，其次是維納斯和金童，最低的是甘脆1號。氨基酸含量在品種間差異較小，含量最高的是綠寶，最低的也是甘脆1號。氨基酸不僅維持著人體必要的生理活動，而且在食品的風味里也占據不可或缺的位置，呈現出不同的風味，從而影響食物口感；另外，氨基酸含量與其蛋白質含量存在聯系，氨基酸含量不足或者過剩會導致蛋白質營養作用下降。本試驗中氨基酸含量與可溶性糖、葡萄糖、果糖含量均呈極顯著正相關，與蘋果酸呈顯著正相關，說明氨基酸含量的高低也影響人們對黃瓜甜味的感知。這與樊勇等的研究結果相近。

最后，將反映黃瓜風味的品質指標進行主成分分析后發現，第1主成分主要綜合了可溶性糖、果糖、葡萄糖、氨基酸等良好口感品質，第2主成分為單寧，即不良口感品質。通過計算和綜合排名后，發現風味品質前3位的是維納斯、綠寶和托尼102，這3個品種的可溶性糖、葡萄糖、果糖和氨基酸含量均排名前3；風味排名第1的是維納斯，其所有品質指標值都排名前3，風味排名最后的德瑞特975，有5個品質指標值都排名最后，說明該評價方法和評價指數能在一定程度上反映黃瓜的綜合品質。

高佳等對比分析了8個黃瓜品種在成都地區的采后外觀、營養和風味品質性狀，最后經隸屬函數分析進行了綜合品質排序。苗妍秀等也曾采用隸屬函數從生長、葉片和果實等方面對黃瓜的綜合品質進行分析。雖然陳銀根對黃瓜果實可溶性糖含量的遺傳效應進行了初步研究，但目前尚無對黃瓜果實品質指標中的果糖、蔗糖、蘋果酸、檸檬酸等進行差異性和相關性分析的詳細研究，也少有研究通過主成分分析的方法分析黃瓜的風味指標對綜合品質的影響，除可溶性固形物、可溶性糖、維生素C、蛋白質等營養品質外，本研究重點關注了影響黃瓜風味的各種糖、各種酸、氨基酸和單寧等指標，更側重于從消費者口感的角度來評價黃瓜品質。在下一步的研究中，若能針對普通消費者開展感官評價并進行綜合分析，將促使黃瓜果實品質得到更加科學和全面的評價。