沈海軍，張湯磊，許振興，宇 庭，曹仲文,

（1.江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院揚(yáng)州旅游商貿(mào)辦學(xué)點(diǎn)，江蘇揚(yáng)州 225001；2.揚(yáng)州大學(xué)旅游烹飪學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225127；3.中餐非遺技藝傳承文化和旅游部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇揚(yáng)州 225127）

蘋果（Malus pumila）是一種低熱量水果，其營(yíng)養(yǎng)成分可溶性大，富含多種被人體所需要的微量元素和維生素等營(yíng)養(yǎng)成分[1-2]，已被證明有較高的抗氧化性、抗惡性細(xì)胞增殖性和化學(xué)防護(hù)作用[3-4]，有“活水”之稱[5]，是公認(rèn)營(yíng)養(yǎng)程度最高的健康水果之一。蘋果在采摘之后，由于新陳代謝作用，質(zhì)地與理化性質(zhì)會(huì)發(fā)生復(fù)雜的變化，影響著內(nèi)外部品質(zhì)，不同新鮮度的蘋果，其品質(zhì)有較大差別。傳統(tǒng)蘋果新鮮度的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)多為感官評(píng)價(jià)和理化指標(biāo)檢驗(yàn)[6-7]，感官評(píng)價(jià)存在評(píng)斷標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一和主觀意識(shí)強(qiáng)等缺陷。理化檢驗(yàn)存在檢測(cè)指標(biāo)較多，影響程度不同，各指標(biāo)難以建立聯(lián)系等缺點(diǎn)，無法準(zhǔn)確的反映水果新鮮度[8-9]。王迪等[10]研究發(fā)現(xiàn)含水量是影響新鮮度的重要成分，也是蘋果在貯藏期間容易腐爛變質(zhì)的重要原因之一。吳萌萌等[11]研究認(rèn)為蘋果的外觀色澤及固有硬度是消費(fèi)者評(píng)斷蘋果優(yōu)劣的重要基本屬性，這與采摘后在貯藏期間發(fā)生的生理變化有著密切的聯(lián)系。白鳳岐等[12]通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可滴定酸與可溶性固體含量（SSC）的變化也會(huì)影響著蘋果的風(fēng)味。為此，有必要將這些關(guān)鍵指標(biāo)建立評(píng)價(jià)模型，從而能對(duì)蘋果新鮮度進(jìn)行綜合而準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。

Fisher判別分析法又稱典型判別法，是依據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分類標(biāo)準(zhǔn)，識(shí)別并建立判別函數(shù)，利用該判別函數(shù)去分類新的數(shù)據(jù)，此方法在一定程度上能夠克服數(shù)據(jù)高維距離度量無效性帶來的困擾，可以對(duì)多項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行降維分析，有著對(duì)數(shù)據(jù)分布無要求等優(yōu)點(diǎn)，目前在醫(yī)療、土木、農(nóng)業(yè)等方面有著廣泛的應(yīng)用[13-16]。本文基于Fisher判別分析法，以淘寶銷量前五的蘋果（天水花牛、阿克蘇糖心、洛川紅富士、奶油富士、黃元帥）作為試驗(yàn)對(duì)象，結(jié)合感官評(píng)價(jià)及聚類分析，對(duì)不同貯藏期的含水量、硬度、色差、SSC及可滴定酸5個(gè)參數(shù)作為判別因子，得出判別函數(shù)，建立模型，并利用模型對(duì)未知樣品進(jìn)行分類，為蘋果新鮮度的識(shí)別提供一種新方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蘋果（天水花牛、阿克蘇糖心、洛川紅富士、奶油富士、黃元帥） 選取成熟度一致，無損傷的樣品，均從當(dāng)天采摘于揚(yáng)州生態(tài)水果基地，在1 h內(nèi)運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，置于20 ℃和55%相對(duì)濕度條件下貯藏；酚酞指示劑、鄰苯二甲酸氫鉀、NaOH固體 廣州市江順化工科技有限公司；蒸餾水 濟(jì)南原易化工有限公司。

常壓氣調(diào)冷庫(kù) 蘇州銀雪制冷設(shè)備有限公司；精密電子秤 廣東香山衡器集團(tuán)股份有限公司；3nH電腦色差儀 深圳市三恩時(shí)科技醫(yī)學(xué)科技有限公司；CT-3質(zhì)構(gòu)儀 柜谷科技發(fā)展（上海）有限公司；DZF真空干燥箱 南京沃環(huán)科技實(shí)業(yè)有限公司；ZGWYA2S折射儀 上海卓光儀器科技有限公司；WARING 8010S高速組織破碎機(jī) 上海略申儀器設(shè)備有限公司；RS201數(shù)字式溫濕度計(jì) 深圳瑞思創(chuàng)新科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 蘋果貯藏及取樣 選用蘋果在貯藏25 d期間，每間隔5 d（即在第0、5、10、15、20和25 d）每種選取30個(gè)測(cè)試樣品，每個(gè)樣品個(gè)頭大小為75～80 mm，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。其中每種蘋果的5個(gè)樣品用于感官評(píng)定的測(cè)定，另外25個(gè)分別進(jìn)行含水量、硬度、色差、SSC及可滴定酸含量的測(cè)定試驗(yàn)。

1.2.2 感官評(píng)定 參照蘋果的感官質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 10651-2008）[17]和李麗娜等[18]的方法，制定感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，建立10人組成的評(píng)定小組，對(duì)蘋果的外觀、風(fēng)味、氣味、手感和質(zhì)感按10分制進(jìn)行試驗(yàn)，見表1，以評(píng)定得分的平均值作為最終得分。

表1 感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation criteria

依據(jù)感官評(píng)定得分結(jié)果，將蘋果的新鮮度分為4個(gè)等級(jí)，分別為感官評(píng)定8.5～10分，為新鮮；感官評(píng)定7.0～8.5分，為次新鮮；感官評(píng)定5.0～7.0，為可接受；感官評(píng)定0～5.0分，為腐敗。

1.2.3 含水量的測(cè)定 將樣品洗凈擦干去除果核，切碎分為3份，每份精確取樣不少于10 g，分別放入經(jīng)過干燥處理的潔凈鋁盒中（鋁盒的重量記為M2），記為M1。置于真空干燥箱中，將溫度調(diào)至75 ℃，真空度調(diào)至80 kPa，干燥至恒重后分別稱取重量，記為M3。根據(jù)以下公式計(jì)算：

式中：M1為鋁盒的質(zhì)量和蘋果試樣的質(zhì)量，g；M2為鋁盒的質(zhì)量，g；M3為鋁盒的質(zhì)量和干燥后蘋果試樣的質(zhì)量，g。

1.2.4 硬度的測(cè)定 參考王海鷗等[19]的測(cè)定方法，測(cè)試前對(duì)樣品進(jìn)行去皮預(yù)處理，制成厚度8 cm，直徑10 mm的試件，利用質(zhì)構(gòu)儀在TPA模式下進(jìn)行檢測(cè)。具體參數(shù)為：距離30 mm，測(cè)前速率2 mm/s，測(cè)試速率2 mm/s，測(cè)試后速率2 mm/s，壓縮程度為60%，停留間隔時(shí)間4 s，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)試3次，取其平均值作為最終結(jié)果。

1.2.5 色差的測(cè)定 通過色差儀測(cè)定所得數(shù)據(jù)包括：L*值、a*值和b*值。在距離果核約1.5 cm處用色差儀進(jìn)行檢測(cè)，以第0 d檢測(cè)樣品的數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)色差。每個(gè)蘋果樣品測(cè)試3次，取其平均值作為測(cè)定的最終結(jié)果。本文以總色差ΔE來評(píng)判蘋果在貯藏期間色澤變化的范圍，根據(jù)以下公式計(jì)算：

式中：ΔL*=L樣品-L標(biāo)準(zhǔn)；Δa*=a樣品-a標(biāo)準(zhǔn)；Δb*=b樣品-b標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.6 SSC含量的測(cè)定 參考NY/T 2637-2014水果和蔬菜SSC的測(cè)定方法[20]，采用折射儀法測(cè)定蘋果的SSC。取10 g樣品用高速破碎機(jī)破碎，紗布擠出汁水，在室溫20 ℃的條件下，用折射儀測(cè)量，取其平均值，用%表示所得結(jié)果。

1.2.7 可滴定酸含量的測(cè)定 參照GB/T 8210-2011及王娜等[21]的測(cè)定方法制作NaOH標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液。每次準(zhǔn)確稱取樣品30～50 g（精確至0.001 g）破碎研磨，用蒸餾水將樣品轉(zhuǎn)入到200 mL的容量瓶中定容，靜置過濾。吸取20.00 mL濾液于三角瓶中，加1%酚酞指示劑2～3滴，用已標(biāo)定的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，記錄用量。每個(gè)樣品測(cè)試3次，取其平均值，所得最終數(shù)據(jù)用%表示。同時(shí)做空白對(duì)照試驗(yàn)。依據(jù)NaOH滴定液消耗量，計(jì)算蘋果中可滴定酸含量，根據(jù)以下公式計(jì)算：

式中：V為蘋果樣品提取液體積，mL；V1為滴定濾液消耗的NaOH溶液體積，mL；V2為空白試驗(yàn)滴定消耗的NaOH溶液體積，mL；Vi為滴定所取濾液體積，mL；c為標(biāo)準(zhǔn)NaOH滴定液濃度，mol·L-1；f為酸的折算系數(shù)，g·mmol-1；m為所取樣品質(zhì)量，g。

1.3 數(shù)據(jù)處理

使用IBM SPSS Statistics 23軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析和Fisher判別分析，Origin 2019b軟件進(jìn)行圖形的繪制。

聚類分析：以蘋果品種作為個(gè)案標(biāo)注依據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。方法如下：在每個(gè)貯藏期抽取3個(gè)樣品數(shù)據(jù)，共90個(gè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行Q型聚類，再將每種蘋果的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行R型聚類，得出譜系圖。

Fisher判別分析：對(duì)五種蘋果的含水量、硬度、色差、SSC及可滴定酸進(jìn)行Fisher判別分析。方法如下：在每個(gè)貯藏期選取20個(gè)樣品（每種樣品4個(gè)，共120個(gè)）作為訓(xùn)練集。10個(gè)樣品（每種樣品2個(gè)，共60個(gè)）作為測(cè)試集，得到蘋果的判別函數(shù)散點(diǎn)圖和判別函數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 貯藏時(shí)間對(duì)蘋果感官品質(zhì)的影響

表面顏色、外形質(zhì)地、口味氣味是反應(yīng)水果新鮮度的重要感官屬性[22]。圖1顯示了不同品種蘋果的感官評(píng)定得分?？梢园l(fā)現(xiàn)，隨著貯藏時(shí)間的增長(zhǎng)，所有品種蘋果的感官得分都在下降。在貯藏的第0 d，天水花牛、阿克蘇冰糖心、洛川紅富士樣品果皮呈深紅色，黃元帥、奶油富士樣品果皮呈金黃色，樣品外觀色澤均勻鮮艷，果體飽滿，評(píng)分高，都在9.0分以上，為新鮮。在儲(chǔ)藏期的第5～10 d，果體較為飽滿，但果皮光澤度下降，評(píng)分均在7.0～8.5分之間，為次新鮮。在貯藏期的第15～20 d，果體逐漸失去固有色澤，表面不夠光亮，輕微失水萎縮，果香味淡，評(píng)分進(jìn)一步降低，在5.0～7.0分之間，為可接受，在貯藏期的第25 d，果體色澤灰暗，表體無光，失水萎縮明顯，無果香味，甚至出現(xiàn)異味，感官評(píng)分在3.0分左右，低于5.0分，為腐敗，這一階段是由于隨著貯藏時(shí)間的增長(zhǎng)，果體被微生物侵染，導(dǎo)致腐敗變質(zhì)[23]，整個(gè)過程與金志強(qiáng)等[24]研究草莓失水率及其腐敗的結(jié)果相似。以上結(jié)果顯示，由于新陳代謝作用和貯藏環(huán)境因素[25]，不同品種的蘋果隨著貯藏時(shí)間的增加，其質(zhì)地、色澤、風(fēng)味等性質(zhì)均會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致新鮮度降低。

圖1 不同品種蘋果在貯藏期間的感官評(píng)分變化Fig.1 Changes of sensory scores of different varieties of apples during storage

2.2 貯藏時(shí)間對(duì)蘋果理化參數(shù)的影響

圖2～圖6是反映五種蘋果在貯藏期檢測(cè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)變化詳情，由圖可知，不同品種蘋果的可滴定酸含量、硬度、含水量、總色差及SSC在貯藏期間均有顯著變化（P＜0.05）。由于呼吸作用和蒸騰作用的影響[26]，在整個(gè)貯藏期間，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，五個(gè)品種的蘋果含水量、硬度均在降低，其中洛川紅富士含水量下降幅度最大，達(dá)到18%以上，阿克蘇糖心硬度變化最大，硬度從8.95 kg·cm-2降低到2.32 kg·cm-2，在整個(gè)貯藏期下降幅度達(dá)74.08%；同時(shí)受酶的作用[27]，五個(gè)品種蘋果的可滴定酸含量也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。蘋果的顏色也在逐漸變化，即ΔE數(shù)值的增加，在貯藏期的第25 d，黃元帥的總色差最大，洛川紅富士的總色差最小，所有品種蘋果的總色差均大于4.0[28]。相對(duì)于其他品質(zhì)指標(biāo)，五種蘋果在貯藏期的SSC的變化不盡相同，變化范圍相對(duì)較小，在7%～16%之間，這與果實(shí)成熟度相關(guān)，成分中可溶性的糖等成分逐漸升高，到達(dá)一個(gè)頂點(diǎn)后由于呼吸作用消耗而導(dǎo)致[29]。以上數(shù)據(jù)表明，隨著蘋果新鮮度的降低，含水量、硬度、可滴定酸的含量、總色差及SSC均發(fā)生改變。

圖2 不同品種蘋果在貯藏期間的含水量變化Fig.2 Changes of water content of different apple varieties during storage

圖3 不同品種蘋果在貯藏期間可滴定酸含量的變化Fig.3 Changes of titratable acid content of different apple varieties during storage

圖4 不同品種蘋果在貯藏期間色差的變化Fig.4 Changes of color difference of different apple varieties during storage

圖5 不同品種蘋果在貯藏期間的硬度變化Fig.5 Changes of hardness of different apple varieties during storage

圖6 不同品種蘋果在貯藏期間的SSC變化Fig.6 SSC changes of different apple varieties during storage

2.3 聚類分析

為了近一步得到蘋果新鮮度與各個(gè)檢測(cè)指標(biāo)之間的關(guān)系，對(duì)不同貯藏時(shí)間的不同品種蘋果進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析。圖7是Q型聚類結(jié)果，由圖7可知，在整個(gè)25 d貯藏期間，根據(jù)聚類樣品數(shù)目，將其分為四大類。再將每種蘋果的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行R型聚類，得到如圖8所示的譜系圖。五種蘋果的R型聚類雖然不盡相同，但差別不大，以數(shù)值5為最小標(biāo)度距離，可以分為四類，即在貯藏期第0 d的蘋果為一類（Ⅰ），第5～10 d的蘋果為一類（Ⅱ），第15～20 d的蘋果為一類（Ⅲ），第25 d的蘋果為一類（Ⅳ）。由圖8可知，第0 d的蘋果樣品新鮮度與其他貯藏期的樣品新鮮度相似性差異最大，其次是第25 d的樣品新鮮度，且蘋果樣品在25 d貯藏期間聚類圖的分類結(jié)果與感官評(píng)價(jià)的新鮮度分類結(jié)果是一致的。以上的結(jié)果進(jìn)一步表明，隨著蘋果的新鮮度降低，含水量、硬度、色差、SSC及可滴定酸可作為評(píng)價(jià)蘋果在貯藏期新鮮度的品質(zhì)指標(biāo)。

圖7 蘋果新鮮度指標(biāo)的聚類分析Fig.7 Cluster analysis of apple freshness index

圖8 不同品種蘋果譜系圖Fig.8 Dendrogram of different apple varieties

2.4 Fisher判別分析

依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，對(duì)五種蘋果的含水量、硬度、色差、SSC及可滴定酸進(jìn)行Fisher判別分析，得到蘋果的判別函數(shù)散點(diǎn)圖9，判別函數(shù)系數(shù)如表2所示。由圖9可知，蘋果在貯藏期建立了2個(gè)判別函數(shù)，其中函數(shù)1的總變異系數(shù)為93.90%（P=0.000），函數(shù)2的總變異系數(shù)為6.10%（P=0.003），兩個(gè)函數(shù)均有判別意義（P＜0.05）。四種不同品質(zhì)的蘋果得到了有效的區(qū)分，組質(zhì)心沒有互相重疊，說明對(duì)蘋果新鮮度進(jìn)行Fisher判別的效果較好。

表2 蘋果新鮮度指標(biāo)Fisher判別函數(shù)系數(shù)Table 2 Fisher discriminant function coefficient of apple freshness index

圖9 蘋果新鮮度的Fisher判別空間散點(diǎn)圖Fig.9 Fisher discriminant spatial scatter diagram of apple freshness

依據(jù)Fisher判別分析，建立Y1（新鮮），Y2（次新鮮），Y3（可接受）及Y4（腐?。┑姆诸惡瘮?shù)關(guān)系。利用函數(shù)（4）、（5）、（6）及（7）對(duì)樣本新鮮度進(jìn)行判別，依次將5項(xiàng)指標(biāo)分別帶入Y1（新鮮），Y2（次新鮮），Y3（可接受）及Y4（腐?。?，數(shù)值最大者對(duì)應(yīng)的為該蘋果樣本的新鮮度。判別函數(shù)如下：

表3顯示了蘋果新鮮度指標(biāo)Fisher判別結(jié)果，由表可知，訓(xùn)練集的識(shí)別率為96.25%，測(cè)試集的識(shí)別率為92.5%。研究結(jié)果顯示，通過測(cè)試集對(duì)含水量、硬度、色差、SSC及可滴定酸的指標(biāo)識(shí)別，新鮮和腐敗的識(shí)別率為100%，次新鮮識(shí)別率為80%，可接受為90%。其中次新鮮樣品的誤判率為20%（10%誤判為新鮮、10%誤判為可接受），可接受樣品中的誤判率為10%（均為腐?。?/p>

表3 蘋果新鮮度指標(biāo)Fisher判別結(jié)果Table 3 Fisher discriminant results of apple freshness index

3 結(jié)論

新鮮度是評(píng)判水果品質(zhì)的核心因素[30]，其識(shí)別檢測(cè)技術(shù)具有廣闊的市場(chǎng)前景。影響蘋果品質(zhì)的因素有很多，如貯藏方式、貯藏溫度等。本文選取市場(chǎng)占有較多的五個(gè)品種蘋果作為試驗(yàn)對(duì)象，在貯藏環(huán)境為20 ℃，相對(duì)濕度55%的條件下，對(duì)各蘋果不同貯藏時(shí)間的含水量、硬度、色差、SSC及可滴定酸進(jìn)行檢測(cè)，感官評(píng)價(jià)和聚類分析的結(jié)果表明，各種蘋果的含水量、硬度、色差、SSC及可滴定酸均與新鮮度有高度相關(guān)性，將這些理化指標(biāo)通過Fisher判別分析所建立的識(shí)別模型可有效區(qū)分本文五種蘋果的新鮮度。試驗(yàn)選取五種蘋果的自身理化指標(biāo)雖有差異，但從結(jié)果上看，并未影響各品種新鮮度的判斷，由此可知，本文所應(yīng)用的Fisher判別分析方法具廣譜性。此方法克服了以往依據(jù)食品感官方法判別蘋果新鮮度的主觀隨意，相較于單一理化指標(biāo)表征蘋果新鮮度的方法也更具綜合性和全面性，對(duì)蘋果的貯藏保鮮具有指導(dǎo)意義，也利于不同貯藏期的蘋果建立更全面、準(zhǔn)確的品質(zhì)評(píng)價(jià)。該方法可進(jìn)一步應(yīng)用到更多品種水果的新鮮度檢驗(yàn)，從而為水果的儲(chǔ)藏管理提供理論方法。