油用文冠果品質(zhì)的主成分分析與聚類(lèi)分析

李 秀，蘇東民，2*，席克忠

(1.河南工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001；3.鄭州僑聯(lián)生物能源有限公司，河南 鄭州 450001）

0 引言

文冠果是我國(guó)特有的木本油料樹(shù)種.文冠果含油量很高，種子含油量35%～40%，種仁含油量59%～73%，文冠果油是由14 類(lèi)90 多種物質(zhì)組成的混合物，不飽和脂肪酸含量高，被稱(chēng)為“ 油料珍品”[1].發(fā)展文冠果產(chǎn)業(yè)，主要目的是利用文冠果種子榨取油脂.油脂含量是評(píng)價(jià)油料種子的重要指標(biāo)，脂肪酸組成更是選擇優(yōu)良食用植物種源的重要依據(jù).然而不同地區(qū)文冠果品質(zhì)差異顯著，因此深入研究不同文冠果品種品質(zhì)特性，建立文冠果品質(zhì)評(píng)價(jià)方法，是發(fā)展文冠果產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要方向.作者將文冠果種仁基本品質(zhì)性狀與其油脂化學(xué)成分相結(jié)合，建立基于主成分分析和聚類(lèi)分析判別函數(shù)的文冠果質(zhì)量評(píng)價(jià)模型，可以更為客觀(guān)地評(píng)價(jià)文冠果質(zhì)量.

1 材料與方法

1.1 樣品的采集

試驗(yàn)分別采購(gòu)了滎陽(yáng)、方山、張家口、渾源、濰坊5 個(gè)地區(qū)的文冠果，又收集整理了志丹、欒川、楊凌、子午嶺、赤峰、翁牛、靈寶、白城、西安、建平10 個(gè)地區(qū)文冠果的相關(guān)理化指標(biāo)，本研究對(duì)這15個(gè)地區(qū)的文冠果是否適宜用作油脂加工做出綜合分析評(píng)判.

1.2 樣品的測(cè)定方法

仁殼比采用手工脫殼的方法，隨機(jī)取樣500 g，分別稱(chēng)取種仁、種皮的總量，以種仁/種皮的形式表示，重復(fù)取樣5 次，以相近3 個(gè)數(shù)的平均值表示[2]；測(cè)定種仁灰分含量參照GB/T 5505—2008；測(cè)定種仁礦物質(zhì)Zn、Fe 含量參照GB/T 14609—2008；測(cè)定種仁粗脂肪含量參照GB/T 5512—2008；測(cè)定脂肪酸組成采用氣相色譜法分析.氣相色譜分析條件為：FID 檢測(cè)器，色譜柱SGE BPX-70，柱箱溫度180 ℃，檢測(cè)器溫度230 ℃,進(jìn)樣口溫度210 ℃，檢測(cè)器壓力307 kPa，H2流量47.0 mL/min，空氣流量399.8 mL/min，色譜柱流量1.0 mL/min.

1.3 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用SPSS16.0 對(duì)最終數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分分析和聚類(lèi)分析[3-4].

2 結(jié)果與分析

2.1 不同文冠果樣品相關(guān)性分析

對(duì)15 個(gè)地區(qū)文冠果樣品種仁的粗脂肪和各種脂肪酸含量進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表1.

表1 不同地區(qū)文冠果粗脂肪、脂肪酸相關(guān)性分析Table 1 The correlation analysis of oil content and fatty acid composition of Shiny-leaf Yellowhorn from different districts

由表1 可知，各指標(biāo)之間都存在一定的相關(guān)性，其中文冠果粗脂肪與油酸呈顯著正相關(guān)，與亞油酸和花生二烯酸呈顯著負(fù)相關(guān)，而與亞麻酸、棕櫚酸、硬脂酸等相關(guān)性不顯著，可能是由于亞麻酸、棕櫚酸、硬脂酸含量較少的緣故.各主要脂肪酸之間：油酸與亞油酸、花生二烯酸呈極顯著負(fù)相關(guān)；亞油酸與硬脂酸呈極顯著負(fù)相關(guān)，與山俞酸呈顯著負(fù)相關(guān)，而與花生二烯酸呈顯著正相關(guān)；山俞酸與硬脂酸、亞麻酸、花生二烯酸均呈極顯著正相關(guān)；棕櫚酸與其他各脂肪酸相關(guān)性均不顯著.僅通過(guò)分析文冠果種仁粗脂肪和各脂肪酸含量不能夠準(zhǔn)確反映油用文冠果的品質(zhì)，因此可以增加有關(guān)其種仁品質(zhì)的其他重要指標(biāo)進(jìn)行綜合分析評(píng)定.

2.2 不同文冠果樣品主成分分析

文冠果的仁殼比（出仁率）越大則說(shuō)明文冠果可利用率越高.灰分是標(biāo)示樣品中無(wú)機(jī)成分（又稱(chēng)礦物質(zhì)）總量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，灰分越高則無(wú)機(jī)鹽含量越大.根據(jù)文冠果種仁粗脂肪含量、脂肪酸組成間各指標(biāo)相關(guān)性大小，初步保留的指標(biāo)為粗脂肪、亞油酸、棕櫚酸、亞麻酸.將仁殼比、灰分、粗脂肪、亞油酸、棕櫚酸、亞麻酸、Fe、Zn，8 個(gè)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后做主成分分析[4].相關(guān)矩陣的特征值和方差如表2 所示，提取了3 個(gè)主成分，其特征值分別為3.074、1.834、1.442，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為79.369%，前3 個(gè)主成分可以表達(dá)原來(lái)8 個(gè)原始指標(biāo)的79.369%的信息，由原來(lái)的8 個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為3個(gè)指標(biāo).主成分得分系數(shù)矩陣見(jiàn)表3.

表2 特征值與方差貢獻(xiàn)Table 2 Total variance explained

表3 主成分得分系數(shù)矩陣Table 3 Component matrixn of Yellowhorn

由表3 可得，各主成分線(xiàn)性模型：

由于是以相關(guān)系數(shù)矩陣為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行因子分析，所以主成分分析表達(dá)線(xiàn)性模型中的x1、x2、…、x8應(yīng)該是標(biāo)準(zhǔn)化變換后的標(biāo)準(zhǔn)變量.由表2和表3 可知，y1單獨(dú)說(shuō)明原始變量的38.425%，代表變量為x1、x2、x3和x7含量；y2單獨(dú)說(shuō)明原始變量的22.92%，代表變量為種仁x4、x7和x8含量；y3單獨(dú)說(shuō)明原始變量的18.02%，代表變量為x5和x6含量.

2.3 不同地區(qū)文冠果聚類(lèi)分析

由主成分得分系數(shù)矩陣與仁殼比、灰分、粗脂肪、亞油酸、棕櫚酸、亞麻酸、Fe、Zn 8 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化變量間的線(xiàn)性關(guān)系，分別計(jì)算出各地區(qū)文冠果3 個(gè)主成分得分.各地文冠果3 個(gè)主成分得分情況如表4 所示.將其按照是否適宜作為油用文冠果進(jìn)行分類(lèi)，聚類(lèi)情況如表5 所示.

表4 油用文冠果主成分得分Table 4 Component score of Yellowhorn

表5 樣品聚類(lèi)分析后歸類(lèi)情況Table 5 Sample classification of cluster analysis

由表5 可知，依據(jù)中心點(diǎn)歐式距離順序排列，將15 個(gè)地區(qū)文冠果分為適宜、較適宜、基本適宜、不適宜4 類(lèi)，第一類(lèi)是產(chǎn)于志丹和建平的文冠果，這兩個(gè)地區(qū)的文冠果相對(duì)最適宜用作油脂原料；第二類(lèi)是方山地區(qū)文冠果，此地文冠果相對(duì)較適宜用作提取文冠果油；第三類(lèi)為滎陽(yáng)、張家口、渾源、濰坊、赤峰、楊凌、靈寶、白城、西安9 個(gè)地區(qū)的文冠果，這些地區(qū)的文冠果種仁相對(duì)基本適合作為油脂原料；第四類(lèi)為其他3 個(gè)地區(qū)文冠果，這些地區(qū)的文冠果與前3 類(lèi)相比最不適合作為文冠果油料使用.

3 結(jié)論

對(duì)各地區(qū)文冠果脂肪酸組成、粗脂肪含量做相關(guān)性分析可知，文冠果粗脂肪與油酸呈極顯著正相關(guān)，與亞油酸呈極顯著負(fù)相關(guān).各主要脂肪酸之間：油酸與亞油酸、花生二烯酸呈極顯著負(fù)相關(guān)；亞油酸與硬脂酸呈極顯著負(fù)相關(guān)，與山俞酸呈顯著負(fù)相關(guān)，而與花生二烯酸呈顯著正相關(guān)；山俞酸與硬脂酸、亞麻酸、花生二烯酸均呈極顯著正相關(guān)；棕櫚酸與其他各脂肪酸相關(guān)性均不顯著.

對(duì)文冠果仁殼比、灰分、粗脂肪、亞油酸、棕櫚酸、亞麻酸、Fe、Zn8 個(gè)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后做主成分分析，提取到了3 個(gè)主成分，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為79.369%，前3 個(gè)主成分可以表達(dá)原8 個(gè)指標(biāo)79%以上的信息，起到降維的作用.

對(duì)文冠果進(jìn)行聚類(lèi)分析，分為適宜、較適宜、基本適宜、不適宜4 類(lèi)，分析表明，陜西志丹和遼寧建平文冠果最適宜作為油脂原料，山西方山文冠果則較為適宜作為文冠果油料使用.

［1］陳鷗，董鳳亮，馬海淵，等.文冠果油的萃取及理化性質(zhì)和脂肪酸組成分析［J］.北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（1）:78-80.

［2］鄧紅.文冠果種仁品質(zhì)及其油脂和蛋白質(zhì)資源利用研究［D］.西安：陜西師范大學(xué)，2011.

［3］高祥寶，董寒青.數(shù)據(jù)分析與SPSS 應(yīng)用［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2007.

［4］薛薇.基于SPSS 的數(shù)據(jù)分析［M］.北京:中國(guó)人民大學(xué)出版社，2006.