姜雪峰，毛娟，徐巨濤，馬宗桓，王穎，陳佰鴻

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省慶城縣果業(yè)局，甘肅 慶城 745100)

蘋果產(chǎn)業(yè)是中國(guó)第一大果品產(chǎn)業(yè)，提高果品品質(zhì)是21世紀(jì)蘋果生產(chǎn)的主要任務(wù)[1].蘋果品質(zhì)由外觀品質(zhì)和內(nèi)在品質(zhì)構(gòu)成，外觀品質(zhì)包括果實(shí)色澤、果形和大小等；內(nèi)在品質(zhì)包括糖酸含量、果實(shí)硬度和香氣成分等[2].因此，作為果品選優(yōu)的重要環(huán)節(jié)，采用科學(xué)的評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)不同蘋果品種品質(zhì)的優(yōu)劣是亟待解決的問題.

層次分析法(analytic hierarchy process,AHP)是由美國(guó)學(xué)者薩蒂最早提出的一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)評(píng)價(jià)決策方法.它的優(yōu)點(diǎn)是把系統(tǒng)元素分解歸并為目標(biāo)、準(zhǔn)則、指標(biāo)等層次，構(gòu)建一個(gè)層次結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行定性和定量分析.AHP法已在諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，它的特點(diǎn)是能使復(fù)雜的問題得到簡(jiǎn)捷而重點(diǎn)突出的分析，是一種簡(jiǎn)單、合理、可靠的綜合評(píng)價(jià)分析方法[3].目前，國(guó)內(nèi)外已有許多將AHP應(yīng)用于品質(zhì)評(píng)價(jià)方面的研究報(bào)道，如劉遵春等[3]利用AHP評(píng)價(jià)金花梨果實(shí)的品質(zhì)；馬啟和等[4]應(yīng)用層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)度分析法綜合評(píng)價(jià)冬棗的果實(shí)品質(zhì)；Flavio F S等[5]利用AHP探索分析新產(chǎn)品的品質(zhì)；Rucitra A L等[6]利用AHP分析消費(fèi)者對(duì)菠蘿蜜片質(zhì)量的滿意程度；Zein Kallas等[7]對(duì)比分析了AHP與選擇試驗(yàn)(choice experiment，CE)在消費(fèi)者偏好試驗(yàn)中的區(qū)別；張曉煜等[8]對(duì)影響枸杞綜合品質(zhì)因子的權(quán)重利用層次分析法進(jìn)行定量評(píng)判，建立了寧夏枸杞品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)；陳賢等[9]研究認(rèn)為層次分析法在番茄果實(shí)商品性狀綜合評(píng)價(jià)中具有較好的適用性；Dirpan A等[10]利用層次分析法進(jìn)行了柑橘果實(shí)采后技術(shù)的選擇；Chen H W等[11]研究了層次分析法在長(zhǎng)果型黃瓜品種性狀綜合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用；楊彥伶等[12]應(yīng)用層次分析法對(duì)?？?9個(gè)野生紫薇無性系的 9個(gè)生物學(xué)性狀進(jìn)行了研究，通過對(duì)不同無性系花性狀、生長(zhǎng)性狀與抗病蟲害能力等的綜合評(píng)價(jià)，初次建立了紫薇優(yōu)良無性系選擇體系，為野生紫薇的良種選育工作奠定了基礎(chǔ).王青等[13]應(yīng)用層次分析法建立了盆栽多頭小菊株選的綜合評(píng)價(jià)體系，為快速選育新品種提供了理論依據(jù).白世踐等[14]根據(jù)葡萄外觀、內(nèi)在品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行因子分析，并及結(jié)合層次分析法建立了無核葡萄綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)模型，為無核葡萄優(yōu)良品種的篩選提供參考依據(jù).AHP方法在蘋果果實(shí)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用較少，白沙沙等[15]只對(duì)蘋果的感官品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).

本研究利用層次分析法，按照分析目的將過程分為不同層次，根據(jù)指標(biāo)對(duì)品質(zhì)的重要程度構(gòu)造判斷矩陣，對(duì)23個(gè)著色蘋果品種果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，并利用感官品質(zhì)評(píng)價(jià)對(duì)層次分析法的綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行驗(yàn)證，篩選出綜合品質(zhì)較優(yōu)的蘋果品種，希望本研究能為新品種的引進(jìn)和篩選提供評(píng)價(jià)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試蘋果品種(‘望香紅’‘成紀(jì)1號(hào)’‘煙富3號(hào)’‘煙富6號(hào)’‘瑞陽(yáng)’‘長(zhǎng)富2號(hào)’‘秋富1號(hào)’‘玉華早富’‘天紅2號(hào)’‘秀水’‘陜富6號(hào)’‘巖富10號(hào)’‘華冠’‘潤(rùn)奇富士’‘惠民短富’‘皮諾娃’‘2001富士’‘金世紀(jì)’‘秦冠’‘新紅星’‘中秋王’‘壽紅’‘禮泉短富’)采自甘肅慶陽(yáng)慶城縣，選取樹勢(shì)基本一致，管理措施基本相同，樹齡為5～7 a，紡錘形樹形，株行距為2 m×3 m的果園.采樣于2016年10月中下旬進(jìn)行，每個(gè)品種按東、西、南、北4個(gè)方位各隨機(jī)選取大小一致、果形端正、無病蟲害的果實(shí)10個(gè)，立即運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行果實(shí)品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定及感官品質(zhì)的評(píng)價(jià)(果實(shí)未經(jīng)過后熟階段).

1.2 試劑

無水乙醇，美國(guó)Sigma公司；草酸，美國(guó)Fluka公司；甲醇為色譜純，其余試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純.

1.3 儀器與設(shè)備

TU-1900紫外分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；TL-18m高速冷凍離心機(jī)，上海離心機(jī)研究所；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋，國(guó)華電器有限公司； PAL-1型數(shù)顯糖度計(jì)，日本ATAGO愛宕公司；Fruit Texture Analyser TA-XT2i，英國(guó)Stable Micro-Systems公司.

1.4 測(cè)定方法

采用精度為0.01g的電子天平稱量單果質(zhì)量；用電子數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量果實(shí)縱徑(mm)、橫徑(mm)，并計(jì)算果形指數(shù)；用刀片削去果皮，采用Fruit Texture Analyser TA-XT2i進(jìn)行果肉硬度(kg/cm2)測(cè)定；研缽磨碎果實(shí)，采用手持日產(chǎn)ATAGO數(shù)顯糖度儀進(jìn)行可溶性固形物含量測(cè)定；將新鮮的蘋果刮去果肉，剪碎果皮，稱取1 g果皮，采用pH示差法進(jìn)行果皮花青素含量測(cè)定，具體過程參照曹建康等[16]的方法；稱取1 g果實(shí)，用研缽磨碎，采用NaOH酸堿中和滴定法測(cè)定可滴定酸(%)含量，具體過程參照李錫香等[17]的方法.稱取1 g果實(shí)，用研缽磨碎，采用 2,6-二氯酚靛酚氧化還原滴定法測(cè)定VC含量，具體過程參照陳華緒[18]的方法.

1.5 層次分析法

1.5.1 建立遞階層次結(jié)構(gòu) 根據(jù)對(duì)問題的了解和初步分析，將研究對(duì)象所含因素按屬性分組，以形成不同層次.同一層次的元素作為準(zhǔn)則，對(duì)下一層次的某些元素起支配作用,同時(shí)它又受上一層次元素支配，這種從上到下的支配關(guān)系形成了一個(gè)遞階層次.

1.5.2 構(gòu)造兩兩比較判斷矩陣 根據(jù)層次分析法理論[19-20]及園藝專家對(duì)影響果實(shí)品質(zhì)各因素之間重要性的定性評(píng)價(jià)，運(yùn)用1～9比例標(biāo)度法建立判斷矩陣；針對(duì)上一層的某元素，在下一層中兩兩元素進(jìn)行相對(duì)重要性的判斷并將其量化，從而構(gòu)造成矩陣形式，即為判斷矩陣.判斷元素間重要程度的衡量尺度見表1.

1.5.3 計(jì)算權(quán)重及一致性檢驗(yàn) 設(shè)m階判斷矩陣，計(jì)算權(quán)重.利用MATLAB數(shù)學(xué)軟件求矩陣的最大特征根λmax，再根據(jù)公式求得指標(biāo)Ci的權(quán)重系數(shù)Wj，權(quán)重系數(shù)是否合理，需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)采用以下公式：

CI=(λmax-m)/(m-1)

CR=CI/RI

式中：CR為判斷矩陣的隨機(jī)一致性比率；m為判斷矩陣的階數(shù)；CI為判斷矩陣的一般一致性指標(biāo)；RI為判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo).RI的具體值見表2.

表1 1～9比率標(biāo)度法

表2 1～15階矩陣RI值

計(jì)算矩陣最大的特征根λmax及相應(yīng)的特征向量T= (t1，t2，…，ti)，i=m；對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，求得一致性指標(biāo)中的隨機(jī)一致性比率CR=CI/RI，當(dāng)CR<0.10時(shí)，則認(rèn)為判斷矩陣A具有較滿意的一致性，否則就應(yīng)當(dāng)重新調(diào)整判斷矩陣,直至具有滿意的一致性.

1.5.4 層次排序 層次排序及結(jié)果分析在滿足一致性的前提下，進(jìn)行層次排序.

1.6 感官評(píng)價(jià)

通過視覺、嗅覺和味覺來評(píng)定鮮食蘋果的感官品質(zhì).組織評(píng)審小組進(jìn)行感官品質(zhì)評(píng)審.評(píng)價(jià)小組成員為8人，男性4人，年齡分別為49、32、30、27歲；女性4人，年齡分別為36、26、24、24歲.本試驗(yàn)參考《蘋果種植資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》確定感官品質(zhì)的描述詞以及各描述詞對(duì)應(yīng)的感官分值(表3)，最高分值為15分. 去除評(píng)審小組成員評(píng)分中最高分和最低分，所得平均值即為該品種的最終的感官評(píng)價(jià)得分.

表3 感官評(píng)價(jià)描述及評(píng)分

1.7 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，運(yùn)用MATLAB R2015a軟件計(jì)算權(quán)重.

2 結(jié)果與分析

2.1 建立綜合評(píng)價(jià)模型結(jié)構(gòu)

根據(jù)蘋果果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的基本性質(zhì)、指標(biāo)之間的相互關(guān)聯(lián)以及層次隸屬關(guān)系，建立蘋果果實(shí)品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)模型結(jié)構(gòu).模型層次結(jié)構(gòu)分為3層：第1層為目標(biāo)層(O)，即果實(shí)品質(zhì)綜合排序；第2層為準(zhǔn)則層(C)，即影響果實(shí)品質(zhì)的9個(gè)指標(biāo)，記為C=(C1，C2，…，C9)=(果皮著色指數(shù)，可溶性固形物，糖酸比，可滴定酸，花青素，果實(shí)硬度，單果重，維生素，果形指數(shù))；第3層為方案層，即23個(gè)蘋果品種.

2.2 判斷矩陣的構(gòu)造及一致性檢驗(yàn)

表4 著色品種的判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

C1：果皮著色指數(shù)；C2：可溶性固形物；C3：糖酸比；C4：可滴定酸；C5：花青素；C6：果實(shí)硬度；C7：?jiǎn)喂|(zhì)量；C8：維生素C；C9：果形指數(shù)；Wj：指標(biāo)權(quán)重.

C1:Peel color index;C2:Soluble solid;C3:Sugar acid ratio;C4:Titratable acid;C5:Anthocyanin;C6:Fruit firmness;C7:Per fruit weight;C8:Vitamin C;C9:Fruit shape index;Wj:Index weight.

2.3 果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化及綜合評(píng)價(jià)

供試蘋果品種的各品質(zhì)指標(biāo)見表5.為排除由于各指標(biāo)的單位不同及其數(shù)值數(shù)量級(jí)間的懸殊差別所帶來的影響，避免不合理現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)各指標(biāo)值作無量綱化處理[14].各指標(biāo)值無量綱化結(jié)果和綜合得分見表6.

表5 果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)平均值

C1：果皮著色指數(shù)；C2：可溶性固形物(%)；C3：糖酸比；C4：可滴定酸(%)；C5：花青素(mg/100g)；C6：果實(shí)硬度(kg/cm2)；C7：?jiǎn)喂|(zhì)量(g)；C8：維生素C(mg/100g)；C9：果形指數(shù).

C1:Peel color index； C2：Soluble solids (%);C3:Sugar acid ratio;C4:Titratable acid content (%)；C5:Anthocyanin content (mg/100g);C6:Fruit firmness (kg/cm2);C7：Per fruit weight (g);C8:Vitamin C content (mg/100g);C9:Fruit shape index.

根據(jù)23個(gè)著色蘋果品種的9項(xiàng)果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)值及數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值乘以各因子的權(quán)重，計(jì)算得出每個(gè)樣品果實(shí)品質(zhì)的綜合得分，由此用得分的高低進(jìn)行果實(shí)品質(zhì)排名，結(jié)果見表6.由表6可知，Y(綜合得分)=0.244 7×果皮著色指數(shù)+0.207 5×可溶性固形物+0.172 0×固酸比+0.102 5×可滴定酸+0.102 5×花青素+0.067 6×果實(shí)硬度+0.044 2×單果質(zhì)量+0.029 4×VC+0.029 4×果形指數(shù)，參與評(píng)價(jià)的23個(gè)著色蘋果品種綜合得分排序如下：‘望香紅’>‘成紀(jì)1號(hào)’>‘煙富3號(hào)’>‘煙富6號(hào)’>‘瑞陽(yáng)’>‘長(zhǎng)富2號(hào)’>‘秋富1號(hào)’>‘玉華早富’>‘天紅2號(hào)’>‘秀水’>‘陜富6號(hào)’>‘巖富10號(hào)’>‘華冠’>‘潤(rùn)奇富士’>‘惠民短富’>‘皮諾娃’>‘2001富士’>‘金世紀(jì)’>‘秦冠’>‘新紅星’>‘中秋王’>‘壽紅’>‘禮泉短富’；其中綜合得分大于0.800 0品質(zhì)較優(yōu)的品種有‘望香紅’‘成紀(jì)1號(hào)’‘煙富3號(hào)’‘煙富6號(hào)’‘瑞陽(yáng)’‘長(zhǎng)富2號(hào)’‘秋富1號(hào)’‘玉華早富’‘天紅2號(hào)’；其次為‘秀水’‘陜富6號(hào)’‘巖富10號(hào)’‘華冠’‘潤(rùn)奇富士’‘惠民短富’‘皮諾娃’‘2001富士’‘金世紀(jì)’‘秦冠’；而‘新紅星’‘中秋王’‘壽紅’‘禮泉短富’果實(shí)品質(zhì)較差.

2.4 感官評(píng)價(jià)得分

評(píng)價(jià)小組對(duì)6個(gè)指標(biāo)的感官評(píng)價(jià)結(jié)果見表2.

表6 果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的無量綱化結(jié)果與綜合得分

C1：果皮著色指數(shù)；C2：可溶性固形物；C3：糖酸比；C4：可滴定酸；C5：花青素；C6：果實(shí)硬度；C7：?jiǎn)喂|(zhì)量；C8：維生素C；C9：果形指數(shù).

C1:Peel color index;C2:Soluble solid;C3:Sugar acid ratio;C4:Titratable acid;C5:Anthocyanin;C6:Fruit firmness;C7:Per fruit weight;C8:Vitamin C;C9:Fruit shape index.

表7 感官評(píng)價(jià)結(jié)果

2.5 綜合評(píng)價(jià)模型的驗(yàn)證

為了驗(yàn)證層次分析法得出的蘋果品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)模型的準(zhǔn)確性，對(duì)蘋果進(jìn)行感官評(píng)價(jià)分析，利用感官得分與模型得分對(duì)比來驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性.將感官評(píng)價(jià)結(jié)果與層次分析法模型計(jì)算結(jié)果應(yīng)用回歸分析進(jìn)行擬合，坐標(biāo)軸x表示感官評(píng)價(jià)結(jié)果，y軸表示模型結(jié)果，得到兩者的線性關(guān)系：預(yù)測(cè)值y=0.027 0x+0.468 9，R2=0.839 7(圖1).結(jié)果顯示，感官得分結(jié)果與模型評(píng)分結(jié)果有較高的相關(guān)系數(shù)，即有較高的擬合程度，表明層次分析法的數(shù)學(xué)模型適用于蘋果的品質(zhì)評(píng)價(jià).

圖1 感官評(píng)價(jià)得分與模型得分驗(yàn)證Figure 1 Fitness test between sensory and model

3 討論

建立蘋果品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型的合理與否關(guān)鍵在于數(shù)學(xué)方法的處理和指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的確定[21]，本試驗(yàn)對(duì)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)利用層次分析法進(jìn)行確定，得出了蘋果品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)得分及排序.白沙沙等[15]研究表明蘋果果皮顏色和著色度不僅是重要的感官品質(zhì)，而且果實(shí)表面著色度與其成熟度和內(nèi)部品質(zhì)有著密切的關(guān)系，著色度好且著色均勻一致的果實(shí)往往能體現(xiàn)較高的商品價(jià)值.本研究中果皮著色指數(shù)權(quán)重系數(shù)的值最大，即果皮著色指數(shù)是影響蘋果品質(zhì)的一個(gè)重要因素.本試驗(yàn)中可溶性固形物含量的權(quán)重值排在第二位，這與董月菊等[22]研究的可溶性固形物是衡量果實(shí)營(yíng)養(yǎng)的一個(gè)重要指標(biāo)，其含量影響著蘋果的口感和風(fēng)味的結(jié)果基本一致.糖類物質(zhì)的含量及種類對(duì)果實(shí)的感官品質(zhì)和理化性質(zhì)有直接的影響[23]，糖酸比的大小主要由糖和酸含量的高低共同決定，是影響蘋果品質(zhì)的重要因素，這與梁俊等[24]的研究結(jié)果相一致.蘋果果實(shí)硬度的高低，直接影響到鮮食時(shí)的口感，對(duì)貯藏品質(zhì)也有較大影響.Prange等[25]研究認(rèn)為果肉硬度小于 4.5 kg/cm2時(shí)，果實(shí)口感變劣，消費(fèi)者無購(gòu)買欲，因此本研究中果實(shí)硬度也是一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo).單果質(zhì)量是蘋果果實(shí)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，果實(shí)質(zhì)量與體積之間有顯著的相關(guān)性關(guān)系[26].VC又稱抗壞血酸，具有抗氧化作用，有利于防止果實(shí)發(fā)生褐化[22]，是蘋果品質(zhì)評(píng)價(jià)重要的理化指標(biāo)之一[27].而果形指數(shù)也是果實(shí)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)，但相對(duì)于前幾個(gè)品質(zhì)指標(biāo)，它們的重要性較弱，因此權(quán)重系數(shù)相對(duì)較小.本文研究得出，蘋果品質(zhì)的單一指標(biāo)的權(quán)重值大小為果皮著色指數(shù)>可溶性固形物>固酸比>可滴定酸>花青素>果實(shí)硬度>單果重>維生素>果形指數(shù)，這與葉霜等[28]對(duì)黃果柑的研究結(jié)果相似，說明果實(shí)著色以及果實(shí)的糖酸含量對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響較大.本文研究結(jié)果表明，利用該方法評(píng)價(jià)的得出，除‘禮泉短富’外，其余的富士品種的品質(zhì)均優(yōu)于‘秦冠’，這與李鵬等[29]運(yùn)用綜合指標(biāo)法的研究結(jié)果相似.本文研究結(jié)果得出，這3個(gè)品種的綜合品質(zhì)得分排序?yàn)椤畮r富10號(hào)’>‘華冠’>‘新紅星’，這與徐吉花等[30]的研究結(jié)果一致.

層次分析法綜合了數(shù)學(xué)運(yùn)算以及人為因素，判斷矩陣是對(duì)果實(shí)品質(zhì)要求的基礎(chǔ)上建立的，可以根據(jù)一致性檢驗(yàn)的結(jié)果來驗(yàn)證并進(jìn)行調(diào)整；通過數(shù)學(xué)計(jì)算得到評(píng)價(jià)結(jié)果，并將層次分析的得分作為果實(shí)品質(zhì)的得分進(jìn)行排序[3]，得出評(píng)價(jià)結(jié)果.利用客觀的數(shù)學(xué)方法結(jié)合測(cè)定的指標(biāo)對(duì)果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，減少了人為主觀因素的影響，是評(píng)價(jià)得到的結(jié)果與客觀真實(shí)值更相接近[31].

4 結(jié)論

本試驗(yàn)利用層次分析法建立了蘋果品質(zhì)的評(píng)價(jià)模型，并結(jié)合感官品質(zhì)的評(píng)價(jià)對(duì)該模型進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果表明感官品質(zhì)得分與層次分析法的綜合得分有較高的相關(guān)性，即具有較高的擬合度，表明應(yīng)用層次分析法對(duì)蘋果品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)是合理的、科學(xué)的、可行的.