精制竹醋液指標間關(guān)系及產(chǎn)品質(zhì)量判別分析

王漢坤， 余 雁，江澤慧， 田根林， 劉杏娥， 劉 冬

（國家林業(yè)局與北京市共建竹藤科學與技術(shù)重點實驗室，國際竹藤中心，北京 100102）

精制竹醋液指標間關(guān)系及產(chǎn)品質(zhì)量判別分析

王漢坤， 余 雁，江澤慧， 田根林， 劉杏娥， 劉 冬

（國家林業(yè)局與北京市共建竹藤科學與技術(shù)重點實驗室，國際竹藤中心，北京 100102）

竹醋液是竹材熱解過程中產(chǎn)生的煙霧經(jīng)冷卻得到的水溶液，用途廣泛。竹醋液成分復雜，不同廠家生產(chǎn)的竹醋液質(zhì)量差異較大，影響后續(xù)加工和使用。收集了不同地區(qū)11個廠家生產(chǎn)的竹醋液，分別測定其折光率、pH值、密度、焦油含量、總酸含量，并采用典型相關(guān)分析分析了指標之間的關(guān)系，同時用因子分析得到了主要判別因子，實現(xiàn)了竹醋液產(chǎn)品質(zhì)量的快速預(yù)判。

竹醋液；典型相關(guān)分析；因子分析；判別分析

竹醋液是20世紀末日本率先開發(fā)成功的一種純天然、綠色環(huán)保新產(chǎn)品，由竹材及竹材加工剩余物干餾氣體經(jīng)過冷卻收集得到的酸性液體[1]。竹醋液在日本、韓國等國已廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和環(huán)境保護領(lǐng)域[2]。我國浙江、江西、福建、安徽等地也開始對竹醋液的應(yīng)用加快開發(fā)步伐，在浙江衢州，竹醋液產(chǎn)業(yè)已初見規(guī)模，成為新的支柱產(chǎn)業(yè)[3]。

竹醋液用途廣泛，精制竹醋液后可用作薰液，消除臭味[4]。在醫(yī)療衛(wèi)生上可用作殺菌、消炎、醫(yī)藥、保健[5]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中可用作植物發(fā)根促進劑、農(nóng)藥添加劑及抗菌劑[6]。此外，竹醋酸液還可用于高爾夫球場等草地的土壤改良[7]。

竹醋液為茶褐色或棕色混合液體，成分復雜不穩(wěn)定[8-9]，主要是水，并含有有機酸、酚類、醛類等數(shù)百種有機化學物質(zhì)[10]，各組分隨竹材熱解設(shè)備、工藝條件、收集方法、加工方法、貯存、包裝、運輸?shù)葪l件不同而發(fā)生變化[11-12]。粗竹醋液的生產(chǎn)方法有3種：一是炭窯燒制法。二是干餾釜熱解法，三是用特種設(shè)備制備法[13-15]。竹醋液的精制常采用靜置法、有機溶劑萃取法，竹炭、活性炭吸附分離法，蒸餾、精餾法等[16-17]。各種制作方法所得竹醋液各項性能指標和質(zhì)量差異較大[18-19]，影響其后續(xù)加工和使用。為實現(xiàn)竹醋液質(zhì)量等級的快速判別，筆者收集了全國不同產(chǎn)地的11廠家的精制竹醋液，同時參照相關(guān)標準，對pH值、焦油含量、折光率、密度、總酸含量進行測定，對上述指標進行經(jīng)典型相關(guān)分析和因子分析，找出竹醋液質(zhì)量主要判別因子，實現(xiàn)竹醋液產(chǎn)品質(zhì)量快速預(yù)判。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

本研究共選取了不同地區(qū)11個廠家15個精制竹醋液樣品，進行經(jīng)典型相關(guān)分析和因子分析，找出竹醋液質(zhì)量主要判別因子，以實現(xiàn)對竹醋液的質(zhì)量實現(xiàn)快速預(yù)判。

1.2 試驗方法

樣品的前處理和測試方法參照企業(yè)標準（Q/LSF 02-2002）和《竹醋液》林業(yè)國家標準（報批稿）。

數(shù)據(jù)分析采用SPSS18.0軟件，首先采用典型相關(guān)分析分析各項指標之間的相關(guān)系數(shù)，結(jié)合回歸模型分析相關(guān)性顯著的指標間的變化趨勢；同時采用因子分析尋找決定竹醋液質(zhì)量的主要公因子，從而找出竹醋液質(zhì)量主要判別因子。

2 結(jié)果與討論

2.1 竹醋液指標間的相關(guān)關(guān)系

竹醋液的pH值、焦油含量、折光率、密度、總酸含量測試結(jié)果匯總見表1，每個指標重復測量3次后取其平均值。

表1 不同廠家竹醋液指標的測定結(jié)果Table 1 Testing results of bamboo vinegar from different manufacturers

竹醋液的評價指標可以分為兩類，一是竹醋液的成分指標，包括總酸含量和焦油含量；二為竹醋液的性能指標，包括折光率、密度和pH值。指標之間的聯(lián)系反映成分與性能變化的聯(lián)系。分別對上述指標進行兩兩典型相關(guān)分析，結(jié)果見表2。竹醋液指標間相關(guān)系數(shù)表明：性能指標僅有折光率與密度之間存在典型正相關(guān)關(guān)系，成分指標之間不具有相關(guān)性，而成分指標與性能指標之間卻存在相關(guān)性。折光率與總酸含量和焦油含量顯著正相關(guān)，其中焦油含量對折光率的影響要大于總酸含量；密度與總酸含量和焦油含量顯著正相關(guān)，其中焦油含量對密度的影響要大于總酸含量；pH值與總酸含量和焦油含量顯著相關(guān)，但焦油含量和pH值為正相關(guān)，總酸含量和pH值為負相關(guān)。

表2 竹醋液性能指標間的相關(guān)系數(shù)矩陣?Table 2 The correlation coefficient matrix between indicators of bamboo vinegar

圖1為竹醋液折光率隨密度的變化趨勢，竹醋液的折光率與密度呈很好的線性相關(guān)性，折光率隨密度的增加而增大，回歸分析表明“折光率－密度”模型的sig值（顯著性檢驗值）小于0.001，R2＝0.931，模型通過檢驗，擬合優(yōu)度很好，變量之間差異性顯著，模型合理。

圖1 折光率與密度的關(guān)系Fig.1 Relationship between refractive index and density

圖2 為竹醋液總酸含量、焦油含量隨密度的變化規(guī)律，從圖中可以看出，總酸含量和焦油含量均隨密度的增加而增大，回歸分析表明“總酸含量－密度”模型的sig值為0.043，“焦油含量－密度”模型sig值為0.004，模型均通過檢驗，且“焦油含量－密度”模型的擬合優(yōu)度較好。雖然焦油含量與密度的相關(guān)性要優(yōu)于總酸含量，但因為竹醋液中焦油含量遠小于總酸含量，所以對竹醋液密度起主要作用的成分為總酸含量。

圖2 密度與總酸含量、焦油含量的關(guān)系Fig.2 Relationship between density and total acid content,tar content

圖3 為竹醋液總酸含量、焦油含量隨pH值的變化規(guī)律。從圖中可以看出，總酸含量隨pH值增大而顯著減小，但與焦油含量之間的關(guān)系不明顯。回歸分析表明“總酸含量－pH值”模型的sig值為0.024，介于0.01～0.05之間，說明變量之間差異性顯著，模型合理；而“焦油含量－pH值”模型則不能建立，這表明對竹醋液pH值起主要作用的成分為總酸含量。

圖3 pH值與總酸含量、焦油含量的關(guān)系Fig.3 Relationship between pH and total acid content,tar content

圖4 為竹醋液總酸含量、焦油含量隨折光率的變化規(guī)律。從圖中可以看出，總酸含量和焦油含量均隨折光率的增加而增大，回歸分析表明“焦油含量－折光率”模型模型的sig值為0.003，模型通過檢驗，而“總酸含量－折光率”則不能建立，這表明對竹醋液折光率起主要作用的成分為焦油含量。

圖4 折光率與總酸含量、焦油含量的關(guān)系Fig.4 Relationship between refractive index and total acid content, tar content

2.2 竹醋液產(chǎn)品質(zhì)量判別

按照標準要求，需對竹醋液的5項指標全部進行檢查才能最終確定產(chǎn)品是否合格，尤其是總酸含量測定，費時費力。2.1中的結(jié)果表明，竹醋液的指標之間存在顯著相關(guān)性，因此可以利用統(tǒng)計軟件尋找主要判別因子，實現(xiàn)竹醋液產(chǎn)品質(zhì)量的快速預(yù)判。

由于竹醋液的各項指標之間數(shù)值差別較大，不宜直接進行判別分析，需確定對判別結(jié)果影響較大的因素再進行判別分析，因此首先需要進行因子分析。所謂的因子分析是按照竹醋液指標間的相關(guān)性大小進行分組，每組指標重新用相互獨立的綜合變量（即公共因子）來表示，這樣就可以減少所要考察指標的數(shù)目，并且可以檢驗指標間的關(guān)系。公共因子的數(shù)量由累計方差貢獻率來確定，所謂方差貢獻率即公共因子的方差占總方差的百分比，當累計方差貢獻百分率大于85%，即可認為公共因子能夠基本表達全部的指標。

表3 公因子的特征值和累計方差貢獻率Table 3 Eigenvalues of common factor and cumulative variance contribution rate

表3是因子分析結(jié)果。前兩個公因子的累計方差貢獻率為98.95%，即這2個公因子所含信息達到總信息的98.95%，且因為公因子之間是相互獨立的，所以這兩個公因子就代表了初始所得五項竹醋液指標間關(guān)系。為了確定各原始指標對公因子的貢獻，也就是表達各公因子的意義，對數(shù)據(jù)進行方差極大正交旋轉(zhuǎn)，所得數(shù)據(jù)見表4。

表4 公因子中原始指標的貢獻度Table 4 The contribution of original index in common factors

由表3和表4可知：第一個公因子中起主要作用的指標是折光率與密度的綜合因子，表明這2個指標內(nèi)在聯(lián)系較強，且與其他指標相互獨立，方差貢獻率為69.408%；第二個公因子中起主要作用的指標是pH值，表明該指標與其他指標相互獨立，方差貢獻率為29.54%。因此折光率、密度和pH值三個指標就可以描述五個原始指標。所以快速判別竹醋液質(zhì)量時只需對折光率、密度和pH值進行測試即可。

綜合上述分析，分別以折光率和pH值；密度和pH值；折光率、pH值和密度作為判別因子，對15種精制竹醋液進行質(zhì)量判別，判別結(jié)果見表5。

表5 樣品質(zhì)量的判別結(jié)果?Table 5 Discrimination results of samples’ quality

判別結(jié)果表明：密度和pH值作為判別因子時可以對竹醋液的產(chǎn)品等級進行100%的判別，所達到的效果與3項指標綜合的結(jié)果相同，而折光率和pH值作為判別因子時判對的概率為93.3%?？紤]到測試的便捷性及準確性，以密度和pH值做為判別因子，可以實現(xiàn)對竹醋液產(chǎn)品質(zhì)量進行便捷、準確、快速預(yù)判，即只要樣品的密度和pH值是符合標準的，則可預(yù)測樣品基本上為合格產(chǎn)品，為檢驗工作節(jié)省了大量的時間。

3 結(jié) 論

（1）竹醋液成分指標與性能指標間存在顯著相關(guān)性。折光率和密度隨總酸含量和焦油含量的增加而增大，對竹醋液密度起主要作用的成分為總酸含量，對竹醋液折光率起主要作用的成分為焦油含量；pH值隨總酸含量的增加而顯著減小，但隨焦油含量的增加變化不大，對竹醋液pH值起主要作用的成分為總酸含量；

（2）因子分析表明折光率與密度的綜合因子方差貢獻率為69.41%，內(nèi)在聯(lián)系較強；pH值的方差貢獻率為29.54%，獨立性較強；折光率、密度、pH值是判別竹醋液質(zhì)量的主要因子；

（3）以密度和pH值作為判別因子可以對竹醋液產(chǎn)品質(zhì)量進行便捷、準確、快速預(yù)判。

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The relationship among different performance indicators of refined bamboo vinegar and the discriminant analysis of product quality

WANG Han-kun, YU Yan, JIANG Ze-hui, TIAN Gen-lin, LIU Xing-e, LIU Dong
(Key Lab. of Bio-materials, International Center for Bamboo and Rattan, State Forestry Administration of China, Beijing 100102, China)

∶ Bamboo vinegar is the acid aqueous product of bamboo pyrolysis, having wide applications. The composition of bamboo vinegar is very complicate, and the performance indicators of the products from different factories varied greatly, which will significantly affect its subsequent processing and use. The 15 bamboo vinegar samples have been collected from different factories and places, the 5 performance indicators including refractive index, pH value, density, tar content and total acid content were measured by standard method. The relationships among these indicators were analyzed by Canonical Correlation Analysis, in order to judge the quality of bamboo vinegar quickly, thus realizing fast anticipation of product quality of bamboo vinegar liquid.

∶ bamboo vinegar; canonical correlation; factor analysis; discriminant analysis

S786；S785

A

1673-923X(2012)06-0180-04

2012-01-17

國家“十二五”科技支撐項目課題（2012BAD23B0103）；國際竹藤中心基本科研業(yè)務(wù)費專科資金（1632009001）

王漢坤，博士研究生，主要研究方向：竹藤材深加工利用技術(shù)；電話010-8478907；E-mail:wanghankun@icbr.ac.cn

余 雁，博士，副研究員，主要研究方向：生物質(zhì)材料結(jié)構(gòu)與功能；電話：010-84789812；E-mail:yuyan9812@icbr.ac.cn

[本文編校：邱德勇]