1-MCP对佛手瓜低温贮藏品质影响的主成分分析和综合评价

李玉，张铭容，董红敏，李杰，秦文

(四川农业大学食品学院，四川雅安，625014)

佛手瓜(Sechium edule Swartz)，为葫芦科佛手瓜属栽培种，多年生攀缘性草本植物［1］，原产于墨西哥和中美洲［2］，19世纪传入我国，在我国西南地区广泛种植。佛手瓜的果实营养丰富，清脆可口，是一种深受人们喜爱的保健蔬菜［3］。但新鲜佛手瓜供应时间较短，加之皮嫩易破，易失水发芽，难以满足周年供应的需要。因此，开展佛手瓜的耐贮性研究可为佛手瓜果实的有效贮藏提供一定的理论依据，也为佛手瓜资源的开发利用和果实的精深加工进一步创造条件［4］。1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene，1-MCP)作为乙烯受体抑制剂，能阻断乙烯对果实的催熟作用，由于其具有无色无味、无毒、高效等优点，已广泛应用在各类呼吸跃变型果蔬的贮藏保鲜方面［5］，但关于1-MCP对佛手瓜果实贮藏期间品质变化影响的研究却鲜有报道。以往研究果蔬贮藏品质时，为了全面反映问题，测定与分析的品质指标较多，且各个指标间相互关系复杂，部分数据之间又有一定相关性，使得所测指标在一定程度上反映的信息有所重叠。因此，系统研究反映果实贮藏综合品质的主要因子具有重要意义。

主成分分析法(principal component analysis，PCA)是一种将多个变量通过线性变换以选出较少个数重要变量的一种多元统计分析方法。其中心思想是将数据进行降维，以排除众多化学信息共存中相互重叠的信息［6］，近年来在生物性状分析和产品品质分析中应用广泛。主成分分析法侧重于客观数据，以各主成分的方差贡献率或方差相对贡献率为权重，是一种客观赋权法，与前人使用的模糊评价法、层次分析法及灰色关联度分析法等主观赋权法相比，避免了人为赋予权重造成的主观因素影响［7-8］。本研究以绿皮无刺佛手瓜为试材，利用主成分分析法探讨了不同浓度的1-MCP处理对佛手瓜果实低温贮藏期间品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 试验材料

供试绿皮无刺佛手瓜为花后10 d个体大小均匀、成熟度一致、无病虫害及机械损伤的果实，于2014年10月12日10∶00～12∶00采自四川省荥经县港森农业有限公司有机蔬菜种植基地，采摘后用发泡网单果包装置于已消毒的20 L贮藏箱中，当天运至四川农业大学果蔬采后生理研究室，于8℃条件下预冷24 h后备用。

1.1.2 试剂及药品

NaOH、BaCl2、乙醇、2，6-二氯酚靛酚、浓 H2SO4、抗坏血酸等，均为分析纯，成都市科龙化工试剂厂;HCl、丙酮，分析纯，四川西陇化工股份有限公司;三氯乙酸:分析纯，广东光华科技股份有限公司;蒽酮:分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司;安喜培(AnsiP®-S)，每20 L空间中释放1-MCP有效浓度为900 nL/L，台湾利统股份有限公司。

1.1.3 仪器设备

BS210S型电子天平(0.0001)，塞多利斯北京天平有限公司;TA.XT Plus型质构仪，英国 SMS公司;Multifuge X3R型高速冷冻离心机，美国 Thermo公司;UV-3000型扫描型紫外/可见分光光度计，上海美谱达有限公司;JD-2000型 电子天平(0.01)，沈阳龙腾科技有限公司;HWS24型电热恒温水浴锅，上海一恒科技有限公司等;DHG-9245A型电热恒温鼓风干燥箱，上海一恒科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品处理

分别将0.5片(A组)、1片(B组)和1.5片(C组)安喜培(有效成分为1-MCP，每片规格为25 cm×20 cm，在0.02 m3空间内的释放的1-MCP有效浓度为900 nL/L)置于装有佛手瓜果实的20 L密闭贮藏箱中，则每组处理1-MCP有效浓度分别为:A组，450 nL/L;B组，900 nL/L;C组，1 350 nL/L;对照组(CK)为不添加1-MCP的同温冷藏处理。安喜培上面加盖一条已消毒的白色湿毛巾以利于1-MCP释放熏蒸果实，处理24 h后将安喜培和毛巾取出。将上述各处理组和对照组果实装入20 L贮藏箱中置于9℃、相对湿度95%的冷藏库内。以上处理重复3次，每组贮藏60个果实，贮藏期间每隔15 d随机取5个果实测定相关指标。

1.2.2 指标测定方法

呼吸强度和Vc、叶绿素、总酚、类黄酮等含量的测定:参照曹建康等［9］方法;可溶性固形物(TSS)的测定:采用手持折光仪测定;果实硬度的测定:采用质构仪测定，分别取果实的头部、赤道部位和尾部，用P/5探头(直径5 mm)进行测定，设置测前、测中、测后上行速度均为3 mm/s，深度10 mm;果实失重率的测定:采用称重法。

1.3 数据处理

采用SPSS 17.0数据处理系统进行差异显著性分析和主成分分析。应用SPSS软件包中的主成分分析程序，从样本相关矩阵出发，对原始数据进行标准化处理后，计算各品质指标的特征值和方差贡献率，根据品质指标特征值累积方差贡献率在85%以上确定主成分的个数，再根据各指标的特征向量，列出主成分函数表达式，构建综合评价模型。采用Origin 9.0软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 贮藏期间佛手瓜果实的品质变化分析

试验对经不同浓度1-MCP处理后的佛手瓜果实在低温贮藏期间的8个主要品质指标进行了测定，测定结果如表1所示。

表1 贮藏期佛手瓜果实各指标的测定结果Table 1 Results of chayote fruit’s quality indicators during storage time

续表1

在佛手瓜低温贮藏过程中，各组果实呼吸强度呈先上升后下降的趋势，对照组在贮藏15 d即达到呼吸高峰16.06 mg/(kg·h)，而经1-MCP处理后的试验组果实在贮藏30 d才出现呼吸跃变，且峰值均比对照组低，说明1-MCP处理可推迟果实在贮藏过程中呼吸高峰的出现，有效抑制果实的呼吸强度，减少营养物质的消耗，较好的保持了果实的品质。此外，贮藏期间各组果实的Vc含量、叶绿素含量、TSS等均随贮藏时间的延长而减少，硬度和失重率却呈相反趋势，可见长期贮藏不利于果实品质的保持。果实中的总酚、类黄酮等作为植物体内最丰富的次生代谢产物，具有抗氧化、杀菌、清除自由基等功能［10］，它是植物体受生物和非生物胁迫如紫外线辐照、高光、低温、创伤、营养不良、病原体侵袭等诱导产生的，用以适应外界逆境环境［11］。随着果实贮藏时间的延长，果实中总酚、类黄酮等物质经诱导其含量也随之上升。到贮藏末期，试验B组的总酚和类黄酮含量上升幅度最大，与其他各组差异显著(P＜0.05)，其次是A处理组。说明经900 nL/L 1-MCP处理的佛手瓜果实其抗氧化能力最强，果实品质保持的最好，可明显减缓果实的衰老速度。同时，王友升等［12］也研究发现，采用5 μg/L 1-MCP 对‘安哥诺’李果实进行熏蒸处理会增加果实贮藏期间总酚和总黄酮的含量。

2.2 佛手瓜果实品质指标的主成分分析

由于佛手瓜果实在贮藏期间的品质测定指标存在不同程度的差异，若只进行单一性状的比较，很难对各品种的果实品质做出正确、客观的评价，故需要对各处理的果实品质作进一步的综合评价。

2.2.1 数据标准化处理

由于各指标具有不同的量纲，在数量级上也有很大差异，在应用主成分分析研究时，不同的量纲和数量级会导致分析结果的严重偏差。数据标准化的主要功能就是将各指标数据转化成均值为0，标准差为1的无量纲数据，消除变量间的量纲关系，从而使数据具有可比性［8，13-14］。为此，需要对所有指标数据先进行标准化处理，标准化公式为:

表2 佛手瓜果实贮藏期间品质指标标准化处理Table 2 Standardization results of chayote fruit’s quality indicators during storage time

续表2

2.2.2 主成分的选取

将各组佛手瓜果实8个已经标准化处理的品质指标转化为8个主成分，再利用SPSS 17.0软件进行主成分分析得到特征值和贡献率。在主成分分析中，方差代表性状在主成分方向上的分散程度，方差越大，主成分在样本数据分析中的作用越大，因此主成分的特征值和贡献率是选择主成分的重要依据［15］。由表3可知，在所有主成分构成中，信息主要集中在前2个主成分，各组前2个主成分的累积贡献率均超过85%，已把佛手瓜在低温贮藏过程中品质变化高于85%的信息反映出来，其中B处理组的累积贡献率高达91.24%，其次是A组的{89.64%}，可见第一和第二主成分足以说明果实品质的变化趋势，完全符合主成分分析的要求，因此可选取第一主成分、第二主成分作为佛手瓜果实各指标选择的综合指标。

表3 主成分的特征值、方差贡献率和累计方差贡献率Table 3 Eigenvalues，contribution and cumulative contribution for principal components

由各组指标主成分的特征向量(表4)显示，各组特征向量值有其统一性，说明佛手瓜果实在贮藏期间的成熟衰老进程中品质变化趋势相似。在第一主成分(因子1)中果实的呼吸强度X1、Vc含量X2、叶绿素含量X3和可溶性固形物X4均为正系数值，其中Vc含量X2、叶绿素含量X3和可溶性固形物X4的正系数值较大，说明其对果实内在品质的影响较大，其分量值越大，果实品质越好。此类指标与果实贮藏品质有关，应将因子1归为贮藏品质因子;除C处理组的硬度X5系数为较小的正值(0.16)以外，其余各组均为负值，同时，各组果实的总酚含量X6、类黄酮含量X7和失重率X8也均为负值，且其绝对值较大，说明其可明显影响果实的贮藏特性，其分量值越大，果实耐贮性越差。在第二主成分中(因子2)，各组分量的负值系数绝对值均较小，果实生理活动不明显;但CK和B组的呼吸强度X1和总酚含量X6、A组的呼吸强度X1和硬度X5以及C组的硬度X5和总酚含量X6的系数均为较大的正值，直接反映了果实的生理活动，因此可将因子2归为生理因子。

2.3 综合评价模型的构建

由于提取的第一和第二主成分已经基本保留了所有指标的原有信息，可以用2个变量Z1和Z2代替原来的8个指标(其中X1～X8均为标准化后的变量)，则得出线性组合见表5。

表4 各组指标主成分的特征向量Table 4 Principal component eigenvectors of four groups’indicators

表5 各组佛手瓜果实品质的综合特征向量Table 5 Integrated eigenvectors of four groups’quality

以各处理的第一、第二主成分的对应特征值占所提取的两个主成分总的特征值之和的比例(α1和α2)作为权重，以Z1和Z2作为特征向量因子，构建综合评价模型:

式(2)中F为综合评价指标，F值越大，说明果实的贮藏品质越好。各组果实贮藏品质综合评价得分计算结果见图1。

图1 佛手瓜果实贮藏品质综合评价Fig.1 Comprehensive evaluation of chayote’s storage quality

图1显示，各组果实品质的综合评价得分F值均随贮藏时间的延长而整体呈下降趋势。在贮藏的前15 d，F值变化不大，各组果实品质保持较好，之后对照组果实品质综合得分F值开始急剧下降，说明佛手瓜果实进入完熟期，果实品质开始下降。而经1-MCP处理后的3组果实品质的F值在贮藏至第30天才开始下降，与对照组相比推迟了15 d，其中B组果实在此后的下降过程中始终保持着最高的F值。贮藏至第45天时，C组果实综合得分已降至-0.33，其他各组F值在第60 d降为负值，其中B组得分最高，与其他各组差异显著(P＜0.05)，其次是C组。说明此时期的果实已进入了衰老期，生理开始失调，品质迅速下降，这也与实际情况相一致。贮藏末期，对照组果实得分已降至-3.51，此时的果实品质已严重下降，不利于再长期贮藏。经1-MCP处理的果实得分均明显高于对照组(P＜0.05)，说明1-MCP处理可显著减缓佛手瓜果实在贮藏期间品质的下降，其中浓度为900 nL/L的1-MCP处理效果最佳，与2.1中品质指标分析得出的结论一致。

3 讨论

在果实贮藏过程中，除考虑果实贮藏期的长短外，果实的贮藏品质也十分重要。果实品质是目前人们最关心的问题，更是影响其贮藏后销售的一个重要因素。若果实品质下降严重而影响食用，则再继续延长果实贮藏期已无任何现实意义和经济价值。本试验采用SPSS软件通过对佛手瓜果实贮藏期间呼吸强度、Vc、硬度等品质指标进行主成分分析，将8个品质指标综合为2个独立指标参数，根据独立指标和综合指标对果实贮藏品质进行评价，综合评价模型的F值可客观反映各组佛手瓜果实综合品质的优劣程度。在低温贮藏条件下，各组果实的综合评价指标F值均呈先平稳变化再急剧下降的变化趋势，但1-MCP处理可使处理组果实品质的F值推迟15 d下降。此外，各组果实F值在贮藏期的前60 d均为正值，此后均为负值，表明果实进入衰老期，果实品质发生劣变。通过比较贮藏期间各组果实的F值变化趋势，得出4组不同佛手瓜果实品质综合评价结果为B＞A＞C＞CK，其中浓度为900 nL/L的1-MCP处理可有效抑制佛手瓜果实在贮藏期间品质的下降，效果优于其他处理，与单一品质指标的分析结果一致。

从各组F值整体变化趋势来看，主成分分析法在佛手瓜果实上的应用结果与在冬枣［14］、芒果［13］和李果实［16］上的分析结果基本一致。虽然单项指标也可以简单地说明采后佛手瓜果实品质的优劣，但有时可能会存在误差，所以很难避免结论会存在片面性，甚至得出的结论截然相反。例如，试验中低温贮藏至第30天时测得对照组果实可溶性固形物比贮藏初期数值大，但这并不能说明这些果实的品质比贮藏前期好，这可能是仪器误差或果实本身失水所导致，而此时的综合评价指标F值明显比初始值小，说明此时的果实品质与贮藏初期相比已下降很多。因此，应用主成分分析法分析比较低温贮藏条件下经不同浓度1-MCP处理的佛手瓜果实品质的综合变化情况，明确得出了1-MCP处理可有效保持果实在贮藏期间的品质，具有延缓果实品质劣变的作用;同时筛选出1-MCP对佛手瓜果实贮藏保鲜的最佳处理浓度，准确反映了果实采后的品质变化规律，也为佛手瓜的适时贮藏提供了一定的参考依据。

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