甜瓜营养品质分析及其代表性指标探究

闫巧俐 - 张雁鸣 - 陶永霞 -何伟忠 - 王 成

(1. 新疆农业大学食品科学与药学学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2. 新疆农业科学院农业质量标准与检测技术研究所，新疆 乌鲁木齐 830091；3. 新疆农业科学院农业农村部农产品质量安全风险评估实验室，新疆 乌鲁木齐 830091； 4. 新疆农产品质量安全实验室，新疆 乌鲁木齐 830091；5. 新疆农业科学院科研管理处，新疆 乌鲁木齐 830091)

据2018年国家统计年鉴[1]显示，中国甜瓜产量达到403.7万t，占全年果用瓜产量44.7%。目前多从外形、单果重、表皮特征、有无裂纹等方面，进行甜瓜的质量评价[2-3]。开展甜瓜营养品质表征指标的研究分析，可在进一步充实甜瓜质量评价方法的同时，明确区域主栽品种甜瓜营养品质特点，支撑品牌形成及构建。

国内外已有关于甜瓜或西瓜营养品质的研究报道；但报道内容多集中在通过改良培育手段改善营养品质等技术领域。如谢秀芳等[4]研究表明磷素对提高甜瓜可溶性固形物、VC等营养成分的含量具有积极作用；孙爽等[5]研究表明硼营养利于增加甜瓜的总酸、可溶性糖等含量；熊韬等[6]认为适量的钾有利于甜瓜品质的提升；汤谧等[7]报道了可通过改进育种手段和栽培方式来提高甜瓜营养和风味品质的技术方法。Flores等[8]利用近红外光谱法对西瓜中的可溶性固形物进行了测定，并且依据测定结果对西瓜进行了分级。Barrett等[9]认为水果营养品质也是影响消费者接受度的最重要因素，并论述不同加工方法对果品的风味、质地的影响。关于甜瓜营养品质表征指标及其不同品种营养品质特点的研究报道较少，黄倩等[10]研究仅针对甜瓜的可溶性固形物、VC、可溶性糖等5个指标进行甜瓜品质的评价，并未筛选出代表甜瓜营养品质的代表性指征。

试验拟以常见的13种甜瓜为研究对象，在完成试样灰分、蛋白质、脂肪、粗纤维、VB1、VB2、烟酸、烟酰胺、酒石酸、苹果酸、柠檬酸、富马酸、果糖、葡萄糖、蔗糖、总糖、可溶性固形物、总酸18项营养品质指标研究分析的基础上，依据所得数据，通过主成分、聚类等多种分析方法，深入探讨代表甜瓜营养品质的表征指标及其特点[11-13]。旨在将受试13种甜瓜依据各自营养品质特点进行分类，从而使甜瓜销售过程中的商品化程度更高。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

86、杂交伽师瓜、伽师瓜、奎克拜热、辟山、风味8号、绿肉伽师瓜、金龙、甲黄蜜2号、西州蜜25号、冰糖雪梨、绿宝石甜王、花宝13种甜瓜(成熟度相同)：采购于喀什市农贸市场，经打浆处理后，置于-20 ℃冰柜冷冻保藏；

乙酸镁、浓盐酸、氢氧化钠、氢氧化钾、酚酞、乙酸锌、亚铁氰化钾、磷酸、硫酸、酒石酸钾钠、硫酸铜等：分析纯，天津市致远化学试剂有限公司；

甲醇、无水乙醇、乙腈：色谱纯，美国Fisher Chemical公司。

1.2 试验设备

电感耦合等离子体发射光谱-质谱仪：iCAP6300型，德国赛默飞公司；

电子天平：BSA223s型，美国赛多利斯公司；

微波消解仪：Mars型，美国CEM公司；

原子吸收分光光度计：900F型，美国PE公司；

气相色谱仪(配FID检测器)：7890A型，美国安捷伦科技有限公司；

高效液相色谱仪：Waters2695型，美国Waters公司；

全自动凯氏定氮仪：8400型，丹麦FOSS公司。

1.3 指标测定

灰分、蛋白质、总酸、可溶性固形物、总糖、脂肪、粗纤维、酒石酸、苹果酸、柠檬酸、富马酸、蔗糖、果糖、葡萄糖、VB1、VB2、烟酸、烟酰胺18个营养指标均采用现行有效的国家标准方法。

1.4 数据分析

参照吴东峰等[14]数据分析方法，应用SPSS 21.0软件对试验所得13种甜瓜的营养指标进行分析，在此基础上，选用聚类分析结合品质数据，进行13种受试甜瓜的分类和营养品质特点的研究与探讨。

2 结果分析

2.1 甜瓜品质指标相关性分析

由表1可知，部分营养品质指标间存在相关性，18个指标间存在一定的关联性，试验结果表明指标间有可能重叠了部分信息，故借助主成分分析法对其实行降维处理。

2.2 特征值与累积贡献率分析

由表2可知，主成分1～3的特征根超过1，总贡献率为70.533%，相比之下，主成分4～5的方差贡献率较低，第3主成分的方差贡献率为第4主成分的1.51倍。这在一定程度上说明前面3个主成分已然可体现出原始变量的大多数信息，故本试验选取主成分1～3予以深入分析。

2.3 因子载荷矩阵

由表3可知，第1主成分与灰分、VB1、蔗糖、总糖、可溶性固形物高度正相关；第2主成分与脂肪、烟酸高度正相关；第3主成分与酒石酸、总酸高度正相关。总方差近70%的贡献来自前3个主成分，故筛选出高度正相关的9个指标即灰分、脂肪、VB1、烟酸、酒石酸、蔗糖、总糖、可溶性固形物、总酸为评价甜瓜营养品质的主要指标。

甜瓜的营养品质取决于其自身含有的可溶性固形物、可溶性糖、维生素和有机酸等物质的含量[15]。且含糖量为决定甜瓜品质的重要因素，决定了甜瓜作为商品的价值高低[16]。张银欢等[17]研究表明甜瓜果实中的糖、有机酸、维生素和纤维素是反映甜瓜内在营养品质的重要指标。试验结果也表明酒石酸、蔗糖、总糖、可溶性固形物、总酸等指标适合用于甜瓜营养品质评价。

2.4 甜瓜营养品质的综合评价

将各品质指标变量的主成分载荷值与其对应的特征值进行除法计算，而后再开平方根，即可获得3个主成分中各指标的系数，也可将其称为特征向量，如表4所示。

表1 甜瓜各项指标相关性†

† X1灰分；X2蛋白质；X3总酸；X4可溶性固形物；X5总糖；X6脂肪；X7粗纤维；X8酒石酸；X9苹果酸；X10柠檬酸；X11富马酸；X12蔗糖；X13果糖；X14葡萄糖；X15VB1；X16VB2；X17烟酸；X18烟酰胺。“*”在0.05 水平(双侧)上显著相关；“**”在0.01 水平(双侧)上显著相关。

表2 特征值与累积贡献率

以特征向量为权重确定各主成分函数：

Z1=0.13X1+0.087X2-0.014X3+…-0.042X18，

(1)

Z2=0.033X1+0.170X2+0.197X3+…+0.061X18，

(2)

Z3=-0.188X1-0.104X2-0.098X3-…+0.274X18。

(3)

以分析所得各个对应的主成分方差贡献率作为权重，应用各主成分得分与对应的权重进行线性加权求和运算，得综合评价函数如式(4)。

F= 37.031Z1+20.575Z2+12.927Z3。

(4)

根据以上主成分分析的各项结果计算可得甜瓜营养品质综合评价得分模型，应用其模型可计算出13个不同品种甜瓜的综合得分值及排序结果(表5)。其中综合得分前3位的优质甜瓜品种依次为甲黄蜜2号、金龙、辟山。

表3 甜瓜品质指标的3个主成分的因子载荷矩阵

表4 主要果实性状相关矩阵的特征向量

采用9种甜瓜品质代表性表征指标进行聚类分析，由图1可知，受试13个品种大致可分为两类，分别是伽师瓜、西州蜜25号、绿宝石甜王、花宝、奎克拜热、冰糖雪梨、风味8号为一类；86、杂交伽师瓜、绿肉伽师瓜、辟山、甲黄蜜2号、金龙为一类；且各类营养品质特点各有不同。

由表6可知，以86、杂交伽师瓜为代表的一类甜瓜总糖、可溶性固形物和蔗糖含量较高；以伽师瓜、西州蜜25号为代表的甜瓜脂肪和总酸含量相对丰富。

张先亮等[18]针对西瓜的口感进行了研究，结果表明纤维素的含量与西瓜的质地有关，纤维含量越高，果肉越粗；果糖的甜味峰值比其他风味出现得早，因此果糖为消费者感官评价最先感受到的。而可溶性固形物则在实际生产中代表了西瓜中果糖、葡萄糖、蔗糖综合含量，因此可溶性固形物高的瓜类，消费者往往都有更好的甜度体验。试验以86、杂交伽师瓜为代表的一类甜瓜，具有较丰富的蔗糖、总糖、可溶性固形物，因此在感官上可能表现出更甜一些的特性，适合嗜甜的消费者。以伽师瓜、西州蜜25号为代表的一类的甜瓜则可能表现出甜酸适口的感官特性。

表5 不同品种甜瓜的主成分因子得分

图1 甜瓜聚类分析结果

表6 甜瓜营养品质聚类分析结果

3 结论

通过对13个品种甜瓜的灰分、总酸、总糖等18项糖酸类和基本成分含量的研究分析，结合主成分分析法筛选了9个指标，即灰分、脂肪、VB1、烟酸、酒石酸、蔗糖、总糖、可溶性固形物、总酸适合作为甜瓜品质表征指标，可通过这些指标进行不同品种甜瓜营养品质的研究比较。受试甜瓜可分为两类，第1类包括86、杂交伽师瓜、绿肉伽师瓜、辟山、甲黄蜜2号、金龙，具有灰分、VB1、烟酸、酒石酸、蔗糖、总糖、可溶性固形物含量相对丰富的特点；第2类包括伽师瓜、西州蜜25号、绿宝石甜王、花宝、奎克拜热、冰糖雪梨、风味8号，具有脂肪和总酸含量相对丰富的特点。试验对甜瓜的特征营养指标进行了筛选，并根据依据筛选结果对甜瓜进行了聚类分析，但并未结合具体的感官特性进行分类分级。因此结合具体的感官指标和营养特征指标进行分类和分级将是后续对甜瓜商品化分类分级研究的侧重点。