重庆地区鲜食葡萄品质综合评价

李雪，梁叶星，许晶冰，刘剑飞，张雪梅，杨世雄，张玲*，张欢欢

1(重庆市农业科学院，农产品贮藏加工研究所，重庆，401329) 2(重庆市食品药品检验检测研究院，重庆，401121) 3(重庆市农业科学院，重庆，401329)

由于气候立地条件等原因，我国南方地区是葡萄栽培次适宜区，生产出的葡萄果实糖分含量较低、酸度较高，不宜制酒，因此除鲜食外，适宜加工糖水葡萄、葡萄汁等[1]。近几年，随着优良品种的引进及栽培技术、设施的完善，南方地区已成为我国重要的葡萄新兴产区[2-3]。重庆市近年葡萄栽培面积和产量保持稳定快速增长趋势[4]，据国家统计局网站数据查询，2016年重庆市葡萄产量已达11.08万t，葡萄园面积达9.80千hm2。重庆主栽鲜食葡萄，大多本地鲜销，葡萄生产成为促进当地农民脱贫致富的重要途径。但葡萄品种在重庆地区种植表现、果实品质全面评价的相关研究报道较少，葡萄生产种植缺乏科学引导，当地葡萄品种较杂乱[3]。

农产品的品质应包含营养品质、加工品质和商业品质3个方面[5]。前人对鲜食葡萄理化营养及商业品质的研究较多，白世践等[6-8]对鲜食葡萄的内在、外在品质进行评价，包含果重、果形、糖酸比、可溶性固形物、维生素C等指标。由于气候原因，重庆地区7～8月鲜食葡萄盛产期集中来临，鲜销不畅导致大量葡萄腐烂变质，带来了很大的经济损失。鲜食葡萄除直接食用外，也可加工榨汁或酿造低醇甜型葡萄酒[9]，解决滞销问题。汤兆星等[10-12]对酿酒及鲜食葡萄加工品质进行研究，包含了风味、总酸、可溶性固形物、蛋白质、出汁率等。对重庆地区鲜食葡萄理化营养品质、加工制汁品质和商业品质进行全面综合评价，才能更好指引重庆葡萄生产。

目前对农产品品质进行综合评价的方法主要包括主成分(principal component analysis，PCA)与因子分析(factor analysis, FA)[13-14]、层次分析(analytic hierarchy process, AHP)[15]、灰色关联度分析(grey relational analysis, GRA)[6-7,16]、逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to ideal solution, TOPSIS)等[17]。PCA及FA主要适用于大样本分析，当样本容量小于变量个数时，就无法提供完善的结论及算法[18]，且要求较高，需进行KMO及Bartlett的球形度检验[19]；AHP分析法是由美国运筹学家T.L.SAATY提出，主要用于指标的赋权，是分解问题后将不同层级内结合使用定性分析和定量分析的决策方法[20]，常与GRA等分析法联合进行品质综合评价，但GRA分析需先主观确定一系列理想值，过程较复杂；TOPSIS分析是系统工程中有限方案多目标决策分析中的一种常用方法，该法应用灵活、结果合理[21]，与AHP给予指标赋权结合应用，既能排序又能合理分档。本研究将AHP与TOPSIS联合应用，对重庆地区销售的9种鲜食葡萄果实理化营养品质、加工制汁品质和商业品质进行综合评价，并结合聚类分析优选鲜食葡萄品种，为重庆地区葡萄生产种植、加工提供理论指导，为鲜食葡萄品质综合评价提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

参试葡萄样品于2016～2018年7月中下旬采集,连续3年采样。重庆本地主栽7个品种鲜食葡萄分别为：“玫瑰香”、“巨玫瑰”、“夏黑”、“阳光玫瑰”、“密利”、“金手指”、“巨峰”，分别编号S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7，于重庆市九龙坡区西彭镇葡萄园购买；同期采集市场上主要销售的2个外调品种鲜食葡萄，分别为：外调“巨峰”(产地河北)、外调“红提”(产地新疆)，分别编号S8、S9，于重庆市九龙坡区大型超市购买。

无水乙醇、甲醇(色谱纯)，德国Meker公司；葡萄糖、没食子酸、芦丁、飞燕草色素、矢车菊色素、矮牵牛色素等标准品，美国Sigma-Aldrich公司；浓H2SO4、NaOH、偏磷酸、钼酸铵、草酸、3,5-二硝基水杨酸、冰乙酸等均为国产分析纯；

1.2 仪器与设备

XPE205电子天平，瑞士Mettler Toledo公司；KJELTEC 8400全自动凯氏定氮仪，丹麦Foss公司；F10型自动纤维测定仪，上海晟声自动化分析仪器有限公司；Specord Plus紫外可见分光光度计，德国Analytik Jena公司；7700X电感耦合等离子体质谱仪，美国Agilent公司；1260高效液相色谱仪，美国Agilent公司；7890A气相色谱仪，美国Agilent公司；CT3质构分析仪，美国Brookfield公司。

1.3 方法

1.3.1 测定方法

水分、蛋白质、粗纤维、总酸、矿物质的组成采用相应的食品安全国家标准方法；可溶性糖含量的测定采用NY/T 2742—2015《水果及制品可溶性糖的测定 3,5-二硝基水杨酸比色法》；花青素测定采用NY/T 2640—2014《植物源性食品中花青素的测定高效液相色谱法》；总酚、类黄酮、可溶性固形物、出汁率、乙醇的测定参考《果蔬采后生理生化实验指导》[22]；维生素C测定参考李军[23]的钼蓝比色法；硬度的测定采用质构仪，选取TPA程序、TA44探头、1 g触发力、1 mm/s测试速度、50%压缩形变。

风味采用感官评定的方式进行，由10 位经过专业培训的25～40岁技术人员组成评定小组，统计总分取平均值，评分问卷如表1所示；专家鉴评采用开鉴评会的方式，由20 位农产品贮藏加工专家组成评定小组，营养品质、加工品质及商业品质各赋值10 分，统计总分进行优良排序。

表1 鲜食葡萄风味感官评分表Table 1 Sensory evaluation of table grapes flavor

1.3.2 统计分析方法

取3年数据的平均值做统计分析。采用Microsoft Excel 2010软件统计处理数据及TOPSIS分析，用SPSS19.0软件进行相关性及聚类分析，用yaahp 6.0进行AHP分析。数据分析步骤如下：

①指标数据进行变异性及相关性分析，筛选出相互较为独立的指标；

②AHP法赋予指标权重，并进行一致性检验；

③原始数据xij(i=1，2，…n；j=1，2，…m)同向化及无量纲化处理，用倒数法将逆向指标(总酚、乙醇含量)正向化，按公式(1)将适度指标(糖酸比、穗重)正向化，将同向化后的指标按公式(2)进行归一化处理，得到归一化矩阵Z；

(1)

(2)

④按公式(3)、(4)将权重系数代入TOPSIS分析中，按公式(5)得到各品质优良排序，按公式(6)得到综合得分Q；

(3)

(4)

(5)

Q=Ci1+Ci2+Ci3

(6)

⑤计算综合得分排序与专家鉴评排序秩相关系数，判断两者吻合程度；

⑥用聚类分析将样品进行分类。

2 结果与分析

2.1 鲜食葡萄品质分析及指标筛选

9种鲜食葡萄22 项品质指标均存在不同的变异情况，如表2所示。果实糖酸比的变异系数最大(87.75)，糖酸比是影响鲜食葡萄及葡萄汁口味的重要因素，其表现了葡萄酸甜平衡性，决定葡萄口感风味的好坏[7]，各地葡萄由于地理条件及栽培措施有别，各主要质量指标相差很大，因而各地鲜食葡萄的理想糖酸比值也不同(20.00～50.00)[6-7]，理想的糖酸比值应取风味酸甜适中的所有品种的平均值或略高于风味为酸甜可口的值作为参考[6]，因此该研究设重庆地区鲜食葡萄的适度糖酸比值为35.00。2个外调品种及本地“密利”糖酸比较低，分别为9.48、7.96、9.13，其余本地葡萄糖酸比较合适(31.03～45.70)， “金手指”的糖酸比甚至高达108.20。糖酸比主要由鲜食葡萄可溶性总糖及有机酸含量决定，2个外调品种可溶性总糖含量低(3.91、7.51 mg/100 g)，除品种及栽培不同外，这可能是由于外调葡萄需要长途运输、采摘时成熟度较低导致，而本地葡萄采摘时成熟度较高，故糖含量普遍较高，可溶性糖含量与糖酸比指标有重复，而糖酸比能更好的反映鲜食葡萄的口味，故筛去可溶性糖指标；有机酸是葡萄中的营养物质，也是重要的风味物质，“密利”总酸含量高达1.00 g/100 g，其果实果酸风味突出，而“金手指”总酸含量仅为0.13 g/100 g，这导致其具有过高糖酸比，前人对鲜食葡萄总酸含量理想值的选择相差较大[24-25]，其值的高低易造成风味及营养物质的冲突，且与糖酸比有重复，故筛去该指标。

表2 鲜食葡萄品质性状及指标变异系数Table 2 Quality indexes and coefficient variation of table grapes

注： X1-水分含量(g/100g)；X2-蛋白质含量(g/100g)；X3-粗纤维含量(g/100g)；X4-维生素C含量(mg/100g)；X5-镁含量(mg/100g)；X6-钾含量(mg/100g)；X7-钙含量(mg/100g)；X8-花青素含量(mg/100g)；X9-类黄酮含量(mg/100g)；X10-可溶性固形物含量(Brix%)；X11-可溶性总糖含量(g/100g)；X12-总酸含量(g/100g)；X13-糖酸比；X14-出汁率(%)；X15-总酚含量(mg/100g)；X16-乙醇含量(mg/100g)；X17-纵径(mm)；X18-横径(mm)；X19-单果重(g)；X20-穗重(kg)；X21-硬度(kg)；X22-风味；M-均值；SD-标准差；CV-变异系数(%)。

果实乙醇、总酚、总酸及类黄酮含量的变异系数也较高(51.38～56.66)。乙醇是果蔬采后无氧呼吸作用产生，与采后保藏条件、贮藏时间及品种含糖量都有关系，过多的乙醇会导致葡萄产生异味，对葡萄汁品质影响较大；本地“密利”、“巨峰”、外调“巨峰”乙醇含量较高(105.38～121.73 mg/100 g)，而“阳光玫瑰”及“巨玫瑰”乙醇含量仅为14.00 mg/100 g左右。总酚是影响果汁加工产品色泽的重要因素[26]，“巨玫瑰”总酚含量最高(37.28 mg/100 g)，其果汁较易褐变，而“夏黑”总酚含量最低(7.02 mg/100 g)，其果汁色泽较稳定。类黄酮是鲜食葡萄中的功能性营养物质，具有抗氧化及抗自由基作用，“密利”、“巨峰”及外调“巨峰”类黄酮含量较高(21.27～22.77 mg/100 g)。

果实硬度、钙含量、VC含量、穗重、粗纤维及花青素含量的变异系数也高(40.14～46.48)。果实硬度是反映鲜食葡萄贮运性的重要指标，“阳光玫瑰”、“夏黑”、“金手指”、外调“红提”及本地“巨峰”有较高的硬度(3.00～5.59 kg)，而“密利”最软(0.90 kg)，不适合长途运输。“金手指”及“巨峰”有较高的钙含量(10.29、14.67 mg/100 g)，2个外调品种钙含量低(4.45、4.74 mg/100 g)，这可能主要与栽培条件相关。与外调品种相比，本地鲜食葡萄VC含量普遍较高，本地“巨峰”VC含量比外调“巨峰”高出近1倍，除品种及栽培原因外，本地葡萄采后运输距离短、贮藏时间短，这可能是导致VC损失更小的主要原因。外调“红提”穗重最大(1.20 kg)，而本地鲜食葡萄的穗重在0.41～0.56 kg之间，普遍偏小，这在今后的栽培管理中应引起重视，设鲜食葡萄穗重1.00 kg为适度值[5]。“巨峰”及外调“巨峰”粗纤维含量较高(5.53～6.53 g/100 g)，而“玫瑰香”仅含1.41 g/100 g)。花青素是鲜食葡萄中的主要功能性营养物质，经测定，参试样品中的花青素以矢车菊素为主，“夏黑”、“巨玫瑰”及外调“巨峰”总花青素含量较高(15.13～16.85 mg/100 g)。

果实可溶性总糖及出汁率的变异系数次之(30.57～35.89)。出汁率是反映鲜食葡萄加工制汁的重要指标，“夏黑”出汁率高达75.70%，适宜制汁加工，而“密利”仅为13.75%。其余大部分指标的变异系数为13.02～24.64，其中，单果重作为消费者判断鲜食葡萄品质的第一标准[27-28]，外调品种表现较优，这在今后的栽培管理中值得借鉴；风味指标的变异系数为7.44，是消费者判断鲜食葡萄品质的重要指标，2个外调品种得分仅为7.70左右，本地“夏黑”、“巨峰”及“巨玫瑰”风味得分高(9.19～9.29)，这可能也是因为外调葡萄经过长时间的贮藏运输，较多风味损失、品质下降导致。水分含量的变异系数仅为4.13，说明各品种间水分含量差异不大，故筛去该指标。

以上分析可见，筛去具有重复性、变异小的3项指标(可溶性总糖、总酸及水分含量)，鲜食葡萄其余19 项果实品质指标均具有较大的变异系数，不同品种具有不同的品质特点，19 项指标能较全面反映鲜食葡萄的品质特点，且各具代表性。

2.2 鲜食葡萄各品质指标相关性分析

指标选择是否合理能直接影响品质评价结果，科学的指标除了能够全面、充分反映被评价对象的真实属性以外，还应遵从独立性原则，即指标之间不存在因果关系，相关度不能过高，2个指标之间的相关系数不宜超过0.5[29]，由表3可以看出，171 对指标中有125 对指标相关系数未超过0.5，9 个品种鲜食葡萄的19 项指标能较全面的评价果实品质，虽信息有一定程度的重叠，但不存在因果关系，总体而言相互较为独立。

表3 鲜食葡萄品质指标的相关性分析Table 3 Correlation analysis of quality indexes of table grapes

续表3

P1P2P3P4P5P6P7P8P9P10P11P12P13P14P15P16P17P18P19P110.700∗0.1990.4170.3820.4940.0310.729∗-0.4130.5330.2051P120.461-0.3270.483-0.1200.088-0.3280.110-0.387-0.038-0.1130.1321P13-0.5170.105-0.1660.182-0.120-0.007-0.4270.668∗-0.422-0.206-0.564-0.3491P140.2840.172-0.1280.6450.728∗0.807∗∗-0.170-0.6330.4150.892∗∗0.2540.043-0.2031P15-0.1380.3710.077-0.332-0.221-0.6520.0860.197-0.552-0.817∗∗0.1430.3360.121-0.5241P160.1100.4890.0590.0920.216-0.168-0.022-0.303-0.276-0.3020.4160.421-0.0920.0940.777∗1P17-0.4270.189-0.379-0.323-0.241-0.446-0.182-0.196-0.740∗-0.4230.0820.2080.158-0.0630.6450.668∗1P180.2390.292-0.2480.2480.3610.4710.080-0.676∗0.4100.4710.573-0.267-0.6440.534-0.2770.166-0.0841P190.772∗-0.1540.6190.4500.3480.4200.417-0.1880.911∗∗0.4580.4440.024-0.5220.199-0.425-0.219-0.774∗0.4401

注： **表示在0.01 水平(双侧)上显著相关，*表示在 0.05 水平(双侧)上显著相关。P1-蛋白质含量；P2-粗纤维含量；P3-维生素C含量；P4-镁含量；P5-钾含量；P6-钙含量；P7-花青素含量；P8-类黄酮含量；P9-可溶性固形物含量；P10-糖酸比；P11-出汁率；P12-总酚含量；P13-乙醇含量；P14-纵径；P15-横径；P16-单果重；P17-穗重；P18-硬度；P19-风味。下同。

其中，风味与蛋白质含量呈显著正相关、与可溶性固形物含量呈极显著正相关、与穗重呈显著负相关，这说明可溶性固形物及蛋白质含量高、果穗小的鲜食葡萄风味佳；穗重与单果重呈显著正相关、与可溶性固形物呈显著负相关，这说明果穗大的鲜食葡萄一般单果质量也较大，而可溶性固形物含量则较低；糖酸比与镁含量、可溶性固形物含量呈显著正相关，与纵径、钙含量呈极显著正相关，与横径呈极显著负相关，这说明横径小、纵径大、钙镁及可溶性固形物含量高的鲜食葡萄口感更甜；纵径与钾含量呈显著正相关，与钙含量呈极显著正相关，这说明纵径大的鲜食葡萄钙、钾含量也较高；镁含量与钾含量呈极显著正相关，与钙含量呈显著正相关；出汁率与蛋白质、花青素含量呈显著正相关；蛋白质与可溶性固形物、VC含量呈极显著正相关；单果重与横径、类黄酮与乙醇呈显著正相关，而类黄酮与硬度呈显著负相关。

2.3 基于AHP法的指标权重确定

层次分析法目标树如图1所示，建立了3层次鲜食葡萄综合评价模型，包括目标层(A)，即鲜食葡萄综合品质；基准层(B)，即理化营养品质、加工制汁品质及商业品质；方案层(P)，代表决策时的备选方案[21]，即筛选出的19 项品质性状指标。各品质分类参考张宏志[5]在农产品品质评价体系中的研究。

图1 鲜食葡萄综合品质评价目标树图Fig.1 Target tree diagram of comprehensive quality evaluation of table grapes

其次，根据SAATY[30]的1～9评价尺度表建立两两比较判断矩阵，计算各指标的相对权重。判断矩阵及一致性检验结果见表4，可以看出，CR值均小于0.1，说明判断矩阵合理。对权重值进行排序，商业品质权重值0.625>加工品质权重值0.239>营养品质权重值0.137，这与白世践等[6]、沈甜等[7]的结果不同，他们认为内在品质权重值0.6>外观品质0.4，这是由于指标分类及专家意见不同导致，本研究将19 项指标分为理化营养品质、加工制汁品质、商业品质3个类别，指标分类更加细化，且评定专家认为鲜食葡萄的商业品质最为重要，其次是加工制汁品质，而鲜食葡萄的理化营养品质并不是消费者购买时考虑的首要因素，这种权重的评价可能更符合消费市场的需求。排序前10的指标依次分别为风味0.267、单果重0.162、硬度0.103、出汁率0.102、糖酸比0.058、乙醇0.052、花青素及类黄酮0.042、穗重0.038、横径0.036、总酚0.019，而蛋白质及粗纤维含量的权重最低，仅为0.004。

表4 AHP判断矩阵及一致性检验Table 4 The judgment matrix and consistency check from analytic hierarchy process

2.4 基于TOPSIS法的鲜食葡萄品质综合评价

为保证指标之间的可对比性，消除各个评价指标的单位、量纲和数量级对评价结果不同程度的影响，需对原始数据进行一致化及无量纲化处理，同趋势化及归一化后形成的数据矩阵见表5。

表5 鲜食葡萄19项品质指标的数据无量纲化值Table 5 Dimensionless value of 19 quality indexes of table grapes

续表5

指标编号S1S2S3S4S5S6S7S8S9P130.120.630.250.690.080.120.080.090.11P140.320.330.280.360.240.480.320.280.33P150.300.350.310.320.320.250.360.360.39P160.270.380.270.340.220.270.400.320.47P170.170.220.210.190.180.200.180.700.49P180.240.240.430.550.090.400.300.170.31P190.350.350.360.340.320.340.350.290.30

根据归一化矩阵，得到正理想解和负理想解，结合表4中各指标的权重，最终计算出各评价对象指标值与正负理想解的相对接近程度Ci值，对各品质及综合得分进行排序，TOPSIS及专家鉴评结果见表6。理化营养品质中，“巨峰”Ci值0.101，营养品质最佳，其次是外调“巨峰”0.099、“夏黑”0.087；加工制汁品质中，“巨玫瑰”Ci值0.198，制汁品质最佳，其次是“阳光玫瑰”0.182、“夏黑”0.163；商业品质中，“阳光玫瑰”Ci值0.402，商业品质最佳，其次是外调“红提”0.385、“巨峰”0.331；综合得分由高至低依次是“阳光玫瑰”、“夏黑”、“巨玫瑰”、“巨峰”、外调“红提”、外调“巨峰”、“金手指”、“玫瑰香”、“密利”。计算TOPSIS与专家鉴评结果排序的秩相关系数为0.867**，呈极显著相关，这说明评价结果可靠，与专家评鉴结果基本吻合。

表6 TOPSIS分析及优良排序Table 6 Analysis of TOPSIS and excellent ranking

2.5 聚类分析及鲜食葡萄等级评价

根据表6中3个品质的相对接近程度Ci值，对9个品种鲜食葡萄进行K-均值聚类分析，根据现有标准中的分类[31-32]，本研究将鲜食葡萄聚为3类，结合表6中的综合得分Q，进一步对聚类分析的结果进行等级评价，聚类分析结果及产品分级如表7所示。

表7 鲜食葡萄K-中心聚类分析及产品分级Table 7 K-means cluster analysis and grading of fresh grape

结果表明，第Ⅰ类，优等品，包括“巨玫瑰”、“夏黑”、“阳光玫瑰”、“巨峰”、外调“红提”5个品种；第Ⅱ类，一等品，包括“玫瑰香”、“金手指”、外调“巨峰”3个品种；第Ⅲ类，二等品，包括“密利”1个品种。

3 结论

该研究从理化营养品质、加工制汁品质、商业品质3个方面，选取风味、单果重、硬度、出汁率、糖酸比、乙醇、花青素含量等19 项相关指标，构建了鲜食葡萄综合品质AHP-TOPSIS分析法，并结合聚类分析优选出重庆本地市场“阳光玫瑰”、“夏黑”、“巨玫瑰”、“巨峰”及外调“红提”5个综合品质佳的鲜食葡萄，评价结果与专家鉴评结果吻合程度高，能较好的反映鲜食葡萄综合品质。该评价方法简单、可靠，亦可在其余农产品品质综合评价上广泛使用。

本地“阳光玫瑰”、“夏黑”、“巨玫瑰”及“巨峰”综合品质高，建议在重庆大规模推广种植，但与外调品种相比，本地鲜食葡萄果穗及单果重普遍较小，这在今后的栽培管理中应引起重视。本地产鲜食葡萄在VC、糖酸比及风味等鲜活性指标方面与同期市场销售的外调葡萄相比优势更大，这可能是因为本地农产品由于采摘时成熟度较高、采后运输距离短、周转次数少，而目前常用的贮藏、物流方式则会在一定程度上损失外调农产品的品质。因此，为最大限度保持农产品的鲜活性，一方面应提高采后贮运技术，另一方面应多在目标消费市场周边发展农产品基地、就地供应。