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1、. .苹果物理性质的综合分析及研究摘要：本文主要研究了苹果主要形态，水、总糖、蛋白质等的物理性质，并以三元件MaXwell模型作为苹果的松驰规律模型分析苹果的流变特性，且对苹果感官分析品质与仪器分析品质相关性进行了讨论。关键词：组织结构；流变特性；质构测定；感官检验1 苹果物理性质分析1.1 苹果内部品质及其物理性质1.1.1 水分新鲜苹果中含量最多的是水，一般占8990，随品种不同而有差异。它能使果实显得格外新鲜丰满，呈现出坚挺、脆嫩的状态，而且具有光泽。水分充足，果实的硬度和紧实度都会处于最佳状态，由于水分热容量大，可以很好地避免果子体温剧烈变化。更重要的是许多营养成分溶解于水中，易被人体
2、吸收利用。生长期间的苹果果实，随着果实的增大，总含水量急速增加，但其含量百分比，即含水量则变化不大，直到成熟之前还稍有下降。1.1.2 总糖糖是苹果果实中可溶性物质的大部分，在成熟的果实中，含量仅次于水分。糖的含量多少与果实的风味、品质、营养价值有很大关系。苹果果实中糖的种类有蔗糖，果糖及葡萄糖。果实的呼吸作用和水份丧失是果实中总糖在贮存过程中损失的主要途径, 所以测定不同贮存时期的各品种苹果中总糖的含量, 有助于了解苹果的呼吸作用和水份丧失的高峰期, 从而为苹果的保鲜提供科学的依据。1.1.3 粗蛋白粗蛋白是苹果的重要营养成分之一, 与果实的营养价值密切相关。准确测定不同贮存时期各种苹果中的
3、粗蛋白含量, 对于优选耐贮性好、营养价值高的苹果品种有着深远的意义。1.1.4 矿物质矿物质元素含量不但是衡量苹果中营养水平的重要指标，却能够还与苹果的质量和风味有相关性。苹果中主要含有铜、铁、锌、钙、镁、钠和钾等矿物元素，虽然含量不高，却能够保持果子细胞的完整性，增强果子对病原物侵染的抵抗能力。1.1.5 纤维素苹果果实的纤维素含量般在1.28。果实的表皮细胞均含有角质纤维素，角质具有耐酸、耐氧化和不易透水的特性，并且对微生物的侵染有高度的抵抗能力。因此在苹果的采收、分级、包装、运输和贮藏等的操作中，千万不要使表皮受机械伤。1.2 苹果组织结构特征及其物性性质下面是通过对25 个品种果实进行
4、组织结构研究的结果, 了解了不同品种果实组织结构的特点, 为探索品种鉴定、品种分类和选育优良品种时选择选配亲本提供依据, 为研究苹果品种果实组织结构与果实的生物学特性、贮藏运输和某些果实生理或病原病害的关系奠定基础。1.2.1 果实角质层结构 苹果品种果实角质层厚度变化在12.0一20.0m之间,相差8.0m。观察角质层结构发现, 陆奥、印度、鸡冠等多数品种的质地均匀一致, 无明显断片, 与果皮细胞连接紧密, 是果实不易失水和生锈的品种特点(图版一1 ) 。金冠的角质层结构松散, 断片多而呈堆积状(图版一2 )。这种结构, 很容易失水致使果皮变皱, 加之果皮外露, 易产生木栓组织而变成果锈,
5、这就是金冠果面易生锈的重要原因。乔纳金、秦冠、津轻等品种的角质层有断口,数量与断片长短不尽相同(图版一3 ) 。1.2.2 果实表皮结构苹果果实表皮是单层细胞结构。不同品种果实表皮细胞的形状、排列状态和细胞大小都存在明显的差别。从细胞形状来看, 不仅品种间有所不同, 在品种内亦有方形、长方形、不规则或近圆形等的差别。表皮细胞的排列状态, 除红玉外大多是不连续、不规整、甚至呈破碎状态。( 图版一4) 。表皮细胞长度和厚度在品种间差异明显。长度变化X围在1 4.8 一28.1m , 厚度变化在7.0一17.9m 之间。细胞又长又厚的品种为新红星、红星、艳红等, 细胞细长的为王林、印度、超红等, 细
6、胞短厚的为澳洲青苹、红玉等。1.2.3 果皮组织结构苹果果实果皮厚度因品种不同变化很大, 变化在16.9一53.3 m 之间, 其中最薄的津轻为16.9 m , 较厚的澳洲青苹、长红、千秋为48.3 一53 .3m , 多数分布在2 4.2 一38 .7m 之间。果皮细胞层数, 最少的津轻为1.8 层, 最多的千秋为4.8 层, 多数品种为3一4层。果皮厚、细胞层数多是保护果实和耐挤压的良好结构。较理想的果皮组织结构应是果皮较厚、细胞层数较多、细胞较长、较薄、排列紧密，此种结构的果皮保护作用和耐挤压特性都较好，如印度、鸡冠等品种果皮属于此类。相反，金冠、津轻、赤阳、红玉等品种果皮薄、层数较少、
7、细胞短而厚，果皮的保护性能不理想，属于易失水、易碰伤的类型。果皮细胞形状对果皮结构也有很大的影响，如印度、珍宝、千秋等果皮细胞呈长梭形，细胞间相互搭接面大，排列严密(图版一5);赤阳、红玉等品种果皮细胞呈椭圆形、圆柱形，且不整齐，排列不紧密，是一种不理想的果皮结构(图版一6)。1.2.4果肉外层组织结构观察苹果果肉发现有两层明显不同的组织结构，靠近果皮的外层果肉，细胞较小，排列较紧密，愈接近果皮愈甚;果肉内层细胞明显增大，约为外层的3-5倍，细胞间隙明显。 苹果外层果肉的厚度最薄的是印度54.lm，多数品种分布在67.5-126.Om之间。外层果肉细胞长度变化在33.9-55.0m之间。外层果
8、肉细胞厚度变化在19.4-33.6m之间，较厚的有鸡冠、陆奥、新红星，均为33.6m，较薄的有超红、红瑞光，为19.4-20.7m，多数品种分布在25.0-30.Om之间。 苹果果肉外层的厚度、细胞层数、细胞大小、形状和排列状态与果实的物理特性、食用口感有一定的关系。如果外层果肉较厚、细胞层数较多、细胞较小、较长、排列紧密, 会增加其抗挤压、耐运输的特性, 也会导致果肉较致密的口感。如青香蕉、国光、金晕、秦冠等具有这种结构。相反, 果实的耐挤压能力较低, 肉质口感也较松脆, 如津轻、红瑞光等。这里应指出的是, 鸡冠外层果肉组织结构基本属于前者, 但不同的是细胞较大, 果肉仍较致密, 表现特殊。
9、1.2.5 果肉内层组织结构苹果果肉内层细胞绝大多数呈圆形、近圆形、椭圆形, 唯有金冠、千秋等呈不规则的多边形, 表现极为特殊(图版一2 ) , 原因尚需进一步研究。金冠果肉内层细胞排列较紧密, 与其肉质较致密有关。果肉内层细胞大小品种间差异较大, 细胞较大的有乔纳金、王林、红瑞光、陆奥等,直径为14 1.0 一1 48. 0m , 细胞较小的有珍宝、元帅等, 直径在80. 0m 以下; 多数品种分布在1 00一1400m 之间。分析表明, 果肉内层细胞大小与果实大小和果肉硬度没有明显相关。1.2.6 讨论 苹果果实的角质层、表皮、果皮、果肉外层和内层等组织结构在不同品种、甚至在同一芽变系的不
10、同品种间都表现出不同的特征和结构状态, 可据此进行品种鉴别和分类, 对品种研究和描述及育种时选配亲本均有一定的参考价值。 不同苹果品种果实的组织结构对果实的物理特性和贮运性能也有一定的影响。角质层厚、质地均匀无断裂口, 果皮和果肉外层厚、细胞层数多、细胞长、薄、排列紧密者, 耐挤压的机械性能好, 不易失水、皱皮、生锈; 相反, 则为不理想的结构, 不耐挤压, 易失水、皱皮、生锈。当然完全理想的品种是不多的, 同一品种内有时性状可互补, 而维持一种较好的结构状态, 如印度果皮、果肉外层不是很厚, 但角质层、表皮结构较好, 果皮细胞梭形狭长、层数较多, 便弥补了果皮和果肉外层薄的缺点。对于某些结构
11、明显不好的品种如金冠等则需采取必要措施, 提高贮运能力。2 苹果的流变特性- 松驰特性的试验与研究苹果的流变特性在其长卸、遨输、加工及贮存过程中具有重要的尝义, 其有一重要的流变特性为松驰特性, 下面针对不同条件下苹果的松驰特性进行试验研究。2.1 材料与方法2.1.1 材料及装置以苹果为试材, 试验的环境温度为1623 , 空气相对湿度为51%一72 %. 试验装置如图l 。2.1.2 试验方法与设计变形量1.0 , 1.5 , 2.0mm时对应的载重量为2 ,3 ,4 kg , 其变形速度变为5 m / s 。 为了研究各因素对其流变特性参数影响的显著性，采用Lq（3）正交实验设计进行试验
12、,每次试验重复3 次, 空列作为第一类误差处理，其试验因素水平(见表l )。通过该试验,寻求苹果在不同定变形量下, 果品的内力随时间的变化关系。另外, 对苹果纵向放置时的松驰特性作了测定。此时变形量调整为2 mm ,加载重量为4.25 kg , 分别用大、中、小苹果实验, 并同横向放置时的松驰特性作比较。2.2 试验结果及分析2.2.1 数学模型根据测定数据及特性曲线图,以三元件MaXwell模型作为苹果的松驰规律模型, 见图2。 以计算机对曲线进行解析拟合, 求出其流变特性参数及相关系, 其相关系数在0. 9 3 以上。对参数进行统计分析, 用三水平下重复3 次时作分析计算, 并检验因素对其
13、流变特性参数影响的显著性。2.2.2 数据分析 其流变特性参数见表2 。另外, 统计检验的结呆表明, 在0 . 0 5 水平上苹果的大小、变形量对数影响不显著。同时, 用苹果纵向放置与横向松驰放置时特性作了比较试验 ( 见曲线图3 , 4 ) 。从以上的曲线不难看出苹果纵向放置时其内力较大, 即能够承受的外载较大。可以看到, 苹果在纵向放置时有的就没有发生松驰现象。其变形量且达不到2 . o m m( 载荷一定) , 显示出力不变, 变形量在增加的现象, 最后的变形量如图所示。既然苹果纵向放置能承受较大的外力, 所以苹果包装、贮运时应纵向放置, 以减少损伤。3 苹果质构的测定3.1 苹果感官品
14、质的模糊综合评价感官鉴别法就是用人体的感觉器官（眼、手、口、鼻）直接观测果形、个头、色泽、外表以及嗅尝果实风味、品质和味道等来判定果品品质优劣的方法。由于感官鉴别主要是通过人们目测、鼻嗅、口尝和手摸等方法获得的综合性的评价，加之常规的感官质量评分的离散度往往较大，其常常致使评价结果存在一定的局限性，很难获得比较一致的结果。因为仅用一个平均数很难准确地表示某一指标应得的分值，这样就使结果出现的误差较大，从而影响了评价果品质量的准确性。因此采用模糊综合评判法对苹果的感官品质进行了评判。3.1.1 评价人员及评价方法的确定评价人员均为训练有素的食品感官质量考评员，要求评价人员在评价前2 小时内禁用烟
15、、酒和辛辣等刺激性食物。评价过程在感官评价实验室中进行。评价前，给每位评价人员讲解评价内容、评价标准和评价方法，然后将已编好号的五份苹果待评价样品用相同的盛器送交评价员评价。评价中不许相互交谈，评价完一个样品后，用清水漱口，间隔8 分钟再评价下一个样品，最后填写好评分表并签名。收集各评价员的评价结果，进行分析。3.1.2 隶属函数的建立根据苹果的感官质量指标内容，设定两个评价域：因素集U 和评语集V，从U 到V 的一个模糊映射构成评判矩阵R，设权重集X 为加权数，则有：3.1.2.1 因素集的确定因素集是苹果感官质量的指标集合。可表示为：U果形U1，果面U2，果色U3，气味U4，滋味U5，手感
16、U63.1.2.2 评语集的确定评语集是苹果质量等级的评语集合。评价苹果的等级采用百分制打分，得90 分以上者为“优质果”，得8089 分者为“良质果”，得6079 分者为“次质果”，60 分以下者为“劣质果”，则其评语集可以表示为：V优质果V1，良质果V2，次质果V3，劣质果V4。3.1.2.3 权重集的确定权重集是评语集合各指标在总体感官质量上所占比重的集合。权重的确定非常重要，它在很大程度上影响着最终的评价结果。一般情况下，影响苹果感官质量的果形、果面、果色、气味、滋味、手感等指标在综合评价中所占比重分别为0.20、0.10、0.10、0.20、0.25、0.15。因此，其权重集可以表示
17、为：X0.20，0.10，0.10，0.20，0.25，0.153.1.2.4 评价标准苹果品质主要的的感官评价标准见表 1。3.1.2.5 评价矩阵的确定整理考评员的评价结果，统计每项指标认可人数，将汇总结果填入表2。由表 2 得各待评价样品的模糊关系矩阵分别为：3.1.2.6 评价结果按最大、最小运算法则，经模糊变换得出各待评价苹果样品的评价结果：3.1.3讨论建立模糊评判的因素集、评语集、权重集以及模糊矩阵，并进行模糊变换和归一化处理，极大地消除了评价员主观因素的影响，使评价结果更加客观、准确。法可用于农副产品的等级评判，也可用于对众多同类样品的排序，排序时主要参照样品的隶属度大小。将模
18、糊综合评判法应用到农产品感官质量评价上，极大地消除了主观因素的影响，使最终的评价结果更客观、更准确。3.2 质构仪质地多面分析( TPA) 方法对苹果采后质地变化的检测 苹果质地脆嫩多汁, 然而, 采后苹果质地会不断变化, 内部组织逐渐变得绵软, 严重时会影响食用价值。传统上多采用硬度计测定果肉硬度。然而, 表征果实质地特性的参数还包括脆度、黏性、汁液丰富性等。近年来,质构仪等仪器的使用使得果肉质地评价的内容更为丰富, 评价参数的设定也更为客观, 克服了传统检测法的一些缺点。质构仪质地多面分析( TPA) 检测是模拟人牙齿咀嚼食物, 对试样进行两次压缩的机械过程, 该过程能够测定探头对试样的压
19、力以及其它相关质地参数。3.2.1 材料和方法3.2.1.1 原料 原料采用富士苹果,10 月底采摘,1 月初出库,果实直径6080 mm13.2.1.2 试验装置 英国SMS 公司生产的质地分析仪TA2XT2i ,通过模拟人口腔的咀嚼运动,对样品进行两次压缩,测试与微机连接,通过界面输出质地测试曲线,并用TA2XT2i 的专用软件(Texture Expert) 中的TPA宏分析功能对曲线进行自动分析,获得TPA 质地参数。3.2.1.3 试验方法 采用P/ 5 探头(直径5 mm 的柱形探头) ,选取的测试因素为:变形速率、压缩变形量、间隔时间,其中压缩变形量、变形速率两因素是综合考虑了试
20、验指标的可比性、试验对象特殊性(整果) 和试验变形微小性,又由于试验所采用的探头相对于整果而言也很小,是对整果的局部测试,所以选定压缩变形量和变形速率作为影响因素，采用L9 (34) 正交试验设计进行试验,分析三个测试条件对测试结果的影响，试验过程中尽可能地减小测试对果实产生的损伤,根据苹果的临界损伤机理和李小昱等对苹果损伤临界变形的相关研究,选取三因素的各水平见表1考虑到农产品力学特性的离散性,每工况重复3次。3.2.2试验结果与分析试验过程中,在第9 号试验条件下(变形速率1mm/ s、变形量1 mm ,两次压缩之间停隔时间4 s) 的测试曲线如图2 所示,其他测试曲线形态与此类似1在第一
21、次压缩过程中没有出现屈服点,所以不分析脆性值,同时苹果是固体,所以在不分析胶粘性,而且整果测试的粘性分析也没有意义,所以测试结果中,分析记录了硬度、弹性、内聚性、耐咀性、回复性5 个质地参数,如表2 所示1 其中弹性反映的是在探头从第一次压缩的最大变形处返回到探头的测试起始点这段时间,并加上探头停留时间这两段时间内被测试部位恢复程度,尽管被测试部位的恢复具有时效性,这两段时间内的恢复情况并不能代表果实的实际恢复能力,但在一定程度上反映了果实受到的损伤情况,所以可以用弹性来描述测试对果实的损伤程度1 从试验结果中可以看出弹性值E 均在0195 以上,说明整果测试部位被压缩后能很好地恢复,产生的塑
22、性变形小,对果实产生的损伤很小1弹性的极差分析见表21 从表2 中看出弹性极差排列为:变形量 间隔时间 变形速率,说明变形量对弹性值的影响最大,间隔时间次之,变形速率的影响最小1 因素指标效应见图3 ,从中看出变形量越大弹性值越低1 为了分析各个因素对弹性影响的显著性,对试验结果进行方差分析(见表3) 1 从表中看出变形速率和间隔时间对弹性值无显著性影响,压缩变形影响极显著1 以上分析说明,果实因TPA测试而引起的损伤程度和压缩变形量极其相关,变形量大,损伤程度就大。利用同样的方法对硬度、内聚性、耐咀性、回复性进行显著性检验,各指标的F 检验值和显著性水平结果见表4 ,括号内标注的是F 检验值
23、相应的显著性水平1 由表看出:变形量对硬度和弹性影响极显著,对内聚性、耐咀性、回复性影响显著;在变形速率和时间间隔这两个因素中除了变形速率对回复性有显著影响,时间间隔不显著。3.2.3 讨论对苹果整果进行TPA 测试,探索了变形速率、压缩变形量、间隔时间三因素对TPA 测试结果及损伤程度的影响1 试验结果表明在选定的各水平下弹性值均较高,对整果损伤很小,而且变形量对弹性影响极显著,变形量越大弹性值越小,损伤程度就越大1变形量对硬度影响极显著,对内聚性、耐咀性、回复性影响显著. 其他影响因素如探头的尺寸、果实的形态等对整果TPA 测试结果的影响还需要进一步分析研究1 同时,建立整果测试结果与取样
24、测试结果之间的关联性还有待深入研究,从而为果实质地评价和建立快速检测方法提供理论依据。3.3 苹果感官分析品质与仪器分析品质相关性讨论感官分析(sensory analysis)是利用科学客观的方法，借助人类的感觉器官(听觉、嗅觉、味觉、视觉等)对食品的感官性质进行评定、换起、测定、分析、解释，并结合心理、生理、物理、化学及统计学等学科，对食品进行定性、定量的测量与分析，了解人们对这些产品的感受或喜欢程度，并测知产品本身质量的特性。感官分析果肉质地涵盖了感官能够感受到的硬度、脆度等多个性状，仪器分析时使用质构仪测定了果皮的硬度和果肉的硬度。感官分析中风味品质和质地品质与仪器分析测定值间具有极显
25、著相关性，基于仪器分析品质指标的局限性，未能达到预测感官品质得分的水平。后续研究可以从可溶性固形物、可溶性糖、还原糖、可滴定酸、有机酸及各种糖和酸的组成、含量、比值等，硬度、脆度、咀嚼性、果胶含量、果皮和果肉的细胞大小、含水量等品质指标进行深入研究，通过相关性分析和回归分析等统计方法，从中筛选出少量能够预测感官分析风味和质地品质得分的仪器测定值，从而得到感官分析风味和质地的预测模型。4 结论及展望 目前我国还没有建立系统的苹果品质评价方法及标准，缺乏原料基础数据和加工品质数据，导致育种没有确切目标，培育品种不适合加工使用，加工用苹果没有原料来源或原料品质不一，加工产业不能得到合理的经济效益，而
26、一些非加工型苹果产量超出市场需求，导致增产不增收，致使苹果产业链不能无缝对接。根据苹果品质指标制定完善的苹果品质评价标准，可为不同加工用途选用适合苹果原料做出技术指导，为指导农业产业结构调整、选育优质的加工专用苹果品种、建立加工原料专用基地提出明确的目标，以完善苹果种植和加工产业结构。4.1 苹果品质评价技术发展趋势 苹果品质评价的感官品质、理化营养品质和加工品质三方面的指标有十多项，发展准确、快速、方便、无损的检测方法是目前品质评价技术发展的目标。其发展趋势主要是：4.1.1 传统方法自动、快速、便捷化 测定蛋白质含量的凯氏定氮法作为标准方法，其处理时间长，步骤繁琐。自动定氮设备和技术的发展
27、为蛋白质的测定提供自动、准确的测定方法。水分含量测定的国标方法为直接干燥法，该方法需要长时间的处理，不能满足目前快速测定的需要。微波快速水分测定仪为水分含量测定提供一种快速准确的测量方法，可在40120s 测定水分含量。手持式糖度计和手持式硬度计代替阿贝折光仪和流变仪成为测定可溶性固形物和果实硬度的便捷仪器。4.1.2 新材料的应用 随着生物芯片、生物技术的发展和集成化技术的提高及一些纳米材料的应用，在图形认知设备的快速发展下，电子鼻的特异性将大大提高，传感器材料的发展也促进了其重复性的提高，电子鼻将会有更广阔的应用前景，为苹果品质评价发挥更大作用。4.2 苹果加工品质指标的综合评价 不同的加
28、工目的所关注原料苹果的品质指标有所差异。苹果加工品质指标综合评价是根据不同的加工目的对苹果的感官品质指标、理化与营养品质指标和加工品质指标进行数据处理分析，使用聚类分析、通径分析、模糊分析、回归分析等统计学原理，得出各种加工方式侧重的品质指标，建立各加工方式苹果加工适宜性评价百分法细则，得出加工适宜性等级，如适合榨汁用苹果级、级、级，适合脆片加工用苹果级、级、级等。并对现有苹果品种进行打分评定，筛选最适加工品种。同时也为苹果育种提出明确指导目标，选育苹果加工专用品种，优化苹果产业结构，健全我国苹果产业发展，增加农业效益，实现农民增收。参考文献：1.白沙沙，毕金峰，方芳等.苹果品质评价技术研究现
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