趙國(guó)群，趙一凡，張曉騰，關(guān)軍鋒*

（1.河北科技大學(xué) 生物科學(xué)與工程學(xué)院，河北 石家莊 050018；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院 遺傳生理研究所，河北 石家莊 050051）

果酒是以新鮮水果為原料經(jīng)過(guò)酒精發(fā)酵制成的一類酒精飲料，營(yíng)養(yǎng)豐富，色、香、味獨(dú)特，并且具有多種保健功效[1]。隨著人們生活水平的提高和保健意識(shí)的增加，對(duì)果酒的消費(fèi)越來(lái)越多。梨（Pyrusspp.）是我國(guó)種植面積和產(chǎn)量?jī)H次于蘋果和柑橘的第三大水果。梨果肉質(zhì)細(xì)脆，含糖量高，香甜爽口，營(yíng)養(yǎng)豐富，含有多種蛋白質(zhì)、維生素和酚類物質(zhì)等，是釀制果酒的良好原料[2]。原料對(duì)果酒的最終品質(zhì)具有至關(guān)重要的作用。關(guān)于梨酒的研究，目前主要集中在酵母種類的篩選[3-5]、發(fā)酵工藝的優(yōu)化[6-8]等方面。盡管梨的品種眾多，但并沒(méi)有像葡萄酒那樣有專用的釀酒品種[9]。王景濤等[10]比較了8個(gè)不同品種的梨所釀制的梨酒品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)五九香梨酒品質(zhì)最好?？琢畛降萚11]研究了5種梨的釀酒適宜性，發(fā)現(xiàn)水晶梨為較適宜的釀酒品種。這些研究?jī)H是梨酒的理化指標(biāo)及感官評(píng)價(jià)的簡(jiǎn)單比較，對(duì)梨酒品質(zhì)綜合分析與評(píng)價(jià)的系統(tǒng)研究較少。

主成分分析（principle component analysis，PCA）是一種通過(guò)降維處理把多個(gè)變量（多指標(biāo)）簡(jiǎn)化為少數(shù)幾個(gè)主成分（綜合指標(biāo)）的多元統(tǒng)計(jì)分析法[12]。梨酒品質(zhì)是由多個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的復(fù)雜系統(tǒng)，其評(píng)價(jià)指標(biāo)間存在不同程度的相關(guān)性，采用主成分分析既可以同時(shí)提取多個(gè)指標(biāo)的大部分信息，又避免了人為選擇評(píng)價(jià)因子的主觀性。聚類分析（cluster analysis，CA）是目前數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)發(fā)展最好的分支之一，能在多維空間或模式空間發(fā)現(xiàn)隱藏的結(jié)構(gòu)，能利用確定的標(biāo)準(zhǔn)如歐幾里德距離和曼哈坦距離計(jì)算出所有樣品之間的相關(guān)性，能夠根據(jù)原始數(shù)據(jù)的相似性，將原始數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化合并，從而可以更加直觀地進(jìn)行相似組分信息的綜合比較[13]。

本研究以6個(gè)品種的梨為原料發(fā)酵制成梨酒，對(duì)梨酒理化指標(biāo)、有機(jī)酸種類及含量、抗氧化物質(zhì)含量等20項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，利用描述性統(tǒng)計(jì)、主成分分析、聚類分析，并結(jié)合感官評(píng)價(jià)對(duì)梨酒品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，確定影響梨酒品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)，嘗試建立一套適合梨酒品質(zhì)評(píng)價(jià)的方法，篩選適宜釀酒的梨果品種，為梨樹(shù)種植及釀酒梨品種的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

雪花梨、黃冠梨、南果梨、鴨梨、豐水梨、香蕉梨：石家莊當(dāng)?shù)爻?；釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）EC1118：上海杰兔工貿(mào)有限公司；葡萄糖、偏重亞硫酸鉀、3,5-二硝基水楊酸（dinitrosalicylic acid，DNS）（均為分析純）：天津市永大化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

JYZ-E6螺桿式榨汁機(jī)：九陽(yáng)股份有限公司；ZXSD-A1090生化培養(yǎng)箱：上海智城分析儀器制造有限公司；UV-600PC紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：上海元析儀器有限公司；1100高效液相色譜儀：美國(guó)安捷倫公司；pH211臺(tái)式酸度測(cè)量?jī)x：北京哈納科儀科貿(mào)有限公司；WAY-2W阿貝折光儀：上海精密科學(xué)儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 釀酒酵母種子液的制備

配制5%的葡萄糖水，以100∶1（mL∶g）比例加入釀酒酵母EC1118干酵母粉，35℃條件下活化30 min。

1.3.2 梨酒的釀制

選擇新鮮無(wú)蟲(chóng)害的成熟梨果，清水洗凈、去核后，用螺桿式榨汁機(jī)榨汁。將2.4 L梨汁加入3 L帶發(fā)酵栓的玻璃罐中，加入1.2 mL 100 g/L偏重亞硫酸鉀溶液（SO2終質(zhì)量濃度為60 mg/L），用葡萄糖調(diào)節(jié)梨汁還原糖含量到220 g/L，接入釀酒酵母種子液，接種量均為1×106CFU/mL，在20℃生化培養(yǎng)箱中靜置，進(jìn)行發(fā)酵。待發(fā)酵液中殘?zhí)呛俊?.0g/L時(shí)，補(bǔ)0.6 mL 100 g/L偏重亞硫酸鉀溶液終止發(fā)酵。發(fā)酵結(jié)束后，用硅藻土過(guò)濾，所得到的澄清酒液即為梨酒。將梨酒放置在15～18℃的地窖中陳釀3個(gè)月。

1.3.3 梨酒理化指標(biāo)的測(cè)定

梨酒的常規(guī)理化指標(biāo)參照GB/T15038—2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》進(jìn)行測(cè)定。還原糖含量的測(cè)定：3,5-二硝基水楊酸（DNS）比色法[14]；單寧含量（以單寧酸計(jì)）的測(cè)定：Folin-Dennis比色法[15]；蛋白質(zhì)含量的測(cè)定：考馬斯亮藍(lán)法[16]；總酚含量（以沒(méi)食子酸計(jì)）的測(cè)定：Folin-Ciocalteu比色法[17]；類黃酮含量（以蘆丁含量表示）的測(cè)定：硝酸鋁比色法[18]。有機(jī)酸的測(cè)定：高效液相色譜法[19]；色度的測(cè)定[20]：梨酒經(jīng)0.22 μm濾膜過(guò)濾，然后放入1 cm比色杯中，在波長(zhǎng)420 nm、520 nm、620 nm條件下測(cè)吸光度值，分別記錄為A420nm、A520nm和A620nm，三者相加即為梨酒色度。每一指標(biāo)做3次平行試驗(yàn)。

1.3.4 感官評(píng)價(jià)

挑選10位具有評(píng)審經(jīng)驗(yàn)的師生組成評(píng)審小組，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參照國(guó)標(biāo)GB/T 25504—2010《冰葡萄酒》，主要從色澤、香氣、口感、風(fēng)格四個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。感官評(píng)價(jià)得分以平均值計(jì)，滿分100分。

表1 梨酒感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standards of pear wine

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

采用新復(fù)極差法對(duì)梨酒進(jìn)行各性狀品質(zhì)之間的顯著性水平分析。

主成分分析：用SPSS18.0軟件對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化處理過(guò)后的梨酒各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。根據(jù)不同梨酒中主成分特征值、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率，構(gòu)建梨酒綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，對(duì)6種梨酒的品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

聚類分析：用SPSS18.0軟件對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化處理過(guò)后的梨酒各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，聚類距離采用歐氏平方距離，聚類方法為組間連接。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同梨酒各項(xiàng)理化指標(biāo)描述性分析

6種梨酒的常規(guī)理化指標(biāo)分析結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，6種梨酒的酒精度在12.1%vol～12.8%vol，無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。這與發(fā)酵前梨汁調(diào)糖有關(guān)。不同品種的梨所釀制的梨酒總酸差異很大，南果梨酒總酸含量最高（6.40g/L），豐水梨酒總酸含量最低（2.79 g/L），這也造成了不同品種梨酒的pH有顯著性差異（P＜0.05）。揮發(fā)酸含量是果酒品質(zhì)一個(gè)重要指標(biāo)，南果梨酒的揮發(fā)酸含量最高（0.39 g/L），其次是香蕉梨酒（0.38 g/L），最低的是黃冠梨酒（0.18 g/L），但均遠(yuǎn)低于葡萄酒國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值1.2g/L。6個(gè)梨酒的可溶性固形物、還原糖和干浸出物變異系數(shù)均＞10%，表明指標(biāo)差異較大；其中還原糖變異系數(shù)最大，達(dá)43.65%，豐水梨酒的還原糖含量最高（3.93g/L），而黃冠梨酒的還原糖含量最低（1.21g/L）。果酒中蛋白質(zhì)對(duì)酒體穩(wěn)定性有很大影響[21]。南果梨酒的蛋白質(zhì)含量最高（115.04mg/L），其次為香蕉梨酒（110.23 mg/L），明顯高于其余幾個(gè)品種（60.38～91.75 mg/L）。6個(gè)梨酒在色度上有明顯的差異，鴨梨酒的色度明顯低于其他品種的梨酒，這可能是由于酚類物質(zhì)含量的差異所造成的。

表2 不同品種梨酒的理化指標(biāo)Table 2 Physicochemical indexes of pear wine from different cultivars

2.2 不同品種梨酒有機(jī)酸成分描述性分析

果酒中有機(jī)酸的種類、含量和比例對(duì)于果酒的風(fēng)味、口感、穩(wěn)定性等方面有重要影響[22]。如表3所示，6個(gè)品種梨酒有機(jī)酸含量有顯著差異（P＜0.05），其中檸檬酸的變異系數(shù)最大（91.23%），草酸含量變異系數(shù)最?。?.43%）。6個(gè)品種梨酒中含量最高的三種有機(jī)酸均為蘋果酸、檸檬酸和酒石酸，這3種酸占總酸的78.7%～90.6%。除香蕉梨酒中檸檬酸含量最高外，其余5個(gè)品種梨酒中均為蘋果酸含量最高。梨汁本身含有蘋果酸、檸檬酸、酒石酸、琥珀酸、奎寧酸、莽草酸、乳酸等多種有機(jī)酸。釀酒酵母在酒精發(fā)酵過(guò)程中不僅會(huì)將糖轉(zhuǎn)化為酒精，而且在其生長(zhǎng)代謝過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生蘋果酸和琥珀酸等有機(jī)酸[23]。

表3 不同品種梨酒的有機(jī)酸含量Table 3 Organic acid contents of pear wine from different cultivars

表4 不同品種梨酒有機(jī)酸的風(fēng)味強(qiáng)度Table 4 Flavor units of organic acids in pear wine from different cultivars

風(fēng)味強(qiáng)度（flavor unit，F(xiàn)U）是風(fēng)味物質(zhì)濃度與其風(fēng)味閾值的比值。當(dāng)FU值＞1時(shí)，該有機(jī)酸才對(duì)整體風(fēng)味有明顯的貢獻(xiàn)[24]。不同品種梨酒有機(jī)酸的風(fēng)味強(qiáng)度見(jiàn)表4。由表4可知，6個(gè)品種梨酒中草酸、富馬酸、琥珀酸含量很低，它們的FU值也均＜1，對(duì)梨酒風(fēng)味幾乎沒(méi)有貢獻(xiàn)。FU值均＞1的有機(jī)酸有蘋果酸、檸檬酸和乙酸，其中蘋果酸在6個(gè)品種梨酒中的FU值最大，對(duì)梨酒整體風(fēng)味影響最大。有機(jī)酸對(duì)梨酒風(fēng)味的影響也與梨品種有關(guān)，如乳酸在鴨梨和雪花梨酒中含量較低，其FU值均＜1，因而乳酸對(duì)鴨梨和雪花梨酒風(fēng)味影響較小。本研究中6種梨酒的總酸含量在2.79～6.4g/L，明顯低于一般葡萄酒的總酸含量（5.5～6.5 g/L）?？偹岬偷墓瓶诟衅降?，總酸含量適中的果酒具有爽口感。

2.3 不同梨酒抗氧化物質(zhì)分析

梨果實(shí)中含有多酚類等天然抗氧化物質(zhì)。本研究測(cè)定了6個(gè)梨酒中總酚、類黃酮、單寧的含量，結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，6種梨酒中總酚、黃酮、單寧含量有顯著差異（P＜0.05）。梨酒的總酚含量在164.12～547.20 mg/L，其中南果梨酒中總酚含量最高（547.20mg/L）；其次為香蕉梨（342.60mg/L），而黃冠梨總酚含量最低（164.12mg/L）。就類黃酮含量而言，南果梨酒的含量最高，達(dá)311.90 mg/L，顯著高于其他品種（P＜0.05）。南果梨酒的單寧含量仍為最高（328.34 mg/L），而其他5個(gè)梨酒的單寧含量則比較接近。

表5 不同品種梨酒中抗氧化物質(zhì)含量Table5Antioxidantsubstancecontentsofpearwinefromdifferentcultivars

2.4 不同梨酒品質(zhì)指標(biāo)主成分分析

2.4.1 數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理與梨酒品質(zhì)指標(biāo)主成分確定

主成分分析是從多個(gè)變量中通過(guò)線性變換從中挑選出少數(shù)重要變量的數(shù)據(jù)處理方法[26]。為了避免不同量綱和數(shù)量綱對(duì)分析結(jié)果的影響，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理。由表2、表3及表5可知，20個(gè)品質(zhì)指標(biāo)中，由于不同梨酒的pH、酒精度、草酸含量變異系數(shù)均＜10%，且取值較為集中；富馬酸和琥珀酸含量很低，其FU值均＜1，對(duì)梨酒整體風(fēng)味影響很小，故主成分分析時(shí)將上述5個(gè)品質(zhì)指標(biāo)剔除。對(duì)剩余的15個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，得到了不同主成分的方差貢獻(xiàn)率和主成分載荷矩陣，結(jié)果分別見(jiàn)表6及表7。

表6 梨酒品質(zhì)指標(biāo)主成分的特征值及方差貢獻(xiàn)率Table 6 Characteristic values of principal components and their contribution rates to variance of pear wine

由表6可知，前4個(gè)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為97.8%，即這4個(gè)主成分所含信息占總體信息的97.80%（＞80%），完全符合分析要求，并且前4個(gè)主成分特征值均＞1，因此確定前4個(gè)主成分來(lái)評(píng)價(jià)梨酒品質(zhì)。

表7 梨酒品質(zhì)指標(biāo)主成分分析載荷矩陣Table 7 Loading matrix of principal components analysis of quality indexes of pear wine

由表7可知，在第一主成分中，總酸、酒石酸、總酚均有較大的正系數(shù)，均＞0.95，說(shuō)明第一主成分中總酸、酒石酸和總酚為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。第二主成分方差貢獻(xiàn)率為21.74%，其中載荷權(quán)數(shù)為正且最大的指標(biāo)為可溶固形物為0.927，這表明第二主成分中可溶固形物含量為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中，色度載荷權(quán)數(shù)最高且有負(fù)向影響。第三主成分方差貢獻(xiàn)率為12.46%，其中還原糖和干浸出物有較大的正向載荷權(quán)數(shù)，分別為0.679和0.66，表明第三主成分中還原糖和可溶固形物為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。第四主成分方差貢獻(xiàn)率為10.43%，其中單寧含量有最大的載荷權(quán)數(shù)0.715，表明第四主成分中單寧為主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

綜上所述，梨酒的總酸、總酚、酒石酸含量、可溶固形物含量、還原糖含量、干浸出物含量和單寧含量是評(píng)價(jià)梨酒品質(zhì)的主要指標(biāo)。

2.4.2 梨酒品質(zhì)主成分分析得分及綜合評(píng)價(jià)

將各指標(biāo)變量的主成分載荷除以主成分相對(duì)應(yīng)的特征值開(kāi)平方根，得到4個(gè)主成分中每個(gè)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)，即特征向量，以特征向量為權(quán)重構(gòu)建4個(gè)主成分的表達(dá)函數(shù)式：

上述表達(dá)式中，Z1～Z4表示第一～第四主成分；X1～X15分別表示總酸、揮發(fā)酸、可溶固形物、還原糖、干浸出物、蛋白質(zhì)、色度、酒石酸、蘋果酸、乳酸、乙酸、檸檬酸、總酚、類黃酮、單寧。以每個(gè)主成分相對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，通過(guò)每一指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)值與相應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重線性加權(quán)求和，得到梨酒綜合評(píng)價(jià)函數(shù)：F=0.53Z1+0.217Z2+0.126Z3+0.104Z4。

根據(jù)該梨酒綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，計(jì)算出了6個(gè)品種梨酒的綜合得分值（F）和總排名結(jié)果見(jiàn)表8。由表8可知，排名前兩位的為南果梨酒和香蕉梨酒。由主成分載荷矩陣分析結(jié)果（表7）可知，總酸、酒石酸和總酚對(duì)第一主成分影響較為顯著；南果梨酒和香蕉梨酒中的酒石酸、總酸和總酚含量較高，因而這兩種梨酒在第一主成分得分較高。在第二主成分中可溶固形物有最大的正向影響；南果梨酒和香蕉梨酒可溶固形物含量中等，故在第二主成分得分中排名中等。由于南果梨酒中酒石酸、總酸、總酚和類黃酮含量最高，故在6個(gè)梨酒中排名第一。

表8 6個(gè)梨酒主成分得分及排名Table 8 Scores and rankings of principal components of 6 pear wine

2.5 不同梨酒的聚類分析

為了篩選適宜加工果酒的品種，對(duì)梨酒品質(zhì)指標(biāo)特征主成分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的同時(shí)，對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)聚類分析，以便充分利用主成分實(shí)驗(yàn)結(jié)果。6個(gè)品種梨酒的聚類分析是根據(jù)綜合得分和排名，結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知，在歐氏平方距離5處，可以將6種梨酒分為三類。第一類包括南果梨酒和香蕉梨酒，聚入此類的梨酒品種得分F＞1.5。在表8中南果梨酒綜合得分為3.377，表明南果梨釀造的梨酒品質(zhì)最優(yōu)。第二類包括雪梨酒、豐水梨酒和鴨梨酒，聚入此類的梨酒品種得分0＜F＜1.5，釀制的梨酒綜合品質(zhì)中等。第三類僅有黃冠梨酒，聚入此類的梨酒品種得分F＜0，綜合得分最低，釀制的梨酒品質(zhì)最差。

圖1 不同品種梨酒聚類分析樹(shù)狀圖Fig.1 Dendrogram plot obtained from cluster analysis of pear wine from different cultivars

2.6 不同品種梨酒的感官評(píng)價(jià)

對(duì)6個(gè)品種梨酒進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表9。由表9可知，南果梨酒的感官評(píng)分最高，其次是香蕉梨酒，黃冠梨酒的評(píng)分最低，這個(gè)結(jié)果與6個(gè)梨酒的主成分分析及聚類分析結(jié)果一致。南果梨酒在香氣、口味和風(fēng)格上明顯優(yōu)于其他5個(gè)梨酒。所釀制的南果梨酒呈淺黃色，澄清透明，酒香濃馥和諧，果香純正，酒體豐滿，柔和爽口，因此，南果梨為適宜的釀酒梨果品種。

表9 不同品種梨酒感官評(píng)價(jià)結(jié)果Table 9 Results of sensory evaluation of pear wine from different cultivars

3 結(jié)論

以6個(gè)品種梨為原料發(fā)酵釀制成梨酒，采用主成分與聚類分析法，對(duì)不同品種梨酒進(jìn)行了品質(zhì)指標(biāo)分析及綜合評(píng)價(jià)，確定梨酒的總酸、總酚、酒石酸含量、可溶固形物含量、還原糖含量、干浸出物含量和單寧含量7個(gè)指標(biāo)為評(píng)價(jià)梨酒品質(zhì)的主要指標(biāo)，從6種梨品種中篩選出適合釀制梨酒的品種為南果梨，其次是香蕉梨，而黃冠梨不適合加工釀制梨酒。梨酒感官評(píng)價(jià)結(jié)果與主成分分析及聚類分析的結(jié)果一致。主成分分析法及聚類分析法是良好的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)梨酒品質(zhì)的方法。

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