基于判別分析的幾種物質(zhì)解辣效果分級(jí)研究

彭 燦，聞 濤，白皎皎，鄭惠文，蔣苗苗

（1.安徽中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，安徽 合肥 230012；2.電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610054）

基于判別分析的幾種物質(zhì)解辣效果分級(jí)研究

彭 燦1，聞 濤1，白皎皎2，鄭惠文1，蔣苗苗1

（1.安徽中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，安徽 合肥 230012；2.電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610054）

通過(guò)查閱資料并結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)了解到糖、醋、酪蛋白酸鈉、紫蘇油可能具有解辣效果。設(shè)計(jì)品嘗實(shí)驗(yàn)對(duì)這幾種物質(zhì)的解辣效果進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，建立解辣效果評(píng)價(jià)方法，采用逐步判別分析檢驗(yàn)建立判別函數(shù)，并對(duì)物質(zhì)的解辣效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，最終利用回代估計(jì)法和刀切法對(duì)判別函數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)。研究結(jié)果顯示酪蛋白酸鈉、醋、紫蘇油對(duì)解辣效果有貢獻(xiàn)，糖對(duì)解辣效果無(wú)貢獻(xiàn)，其標(biāo)準(zhǔn)化函數(shù)系數(shù)分別為1.015、0.339、0.144，對(duì)解辣效果的影響力由大到小分別是酪蛋白酸鈉、醋、紫蘇油。以這3 個(gè)指標(biāo)建立判別函數(shù)對(duì)樣品進(jìn)行分類(lèi)并作出散點(diǎn)圖，結(jié)果表明取得的判別模型可以將4 種解辣效果等級(jí)區(qū)分開(kāi)來(lái)?；卮烙?jì)法及刀切法檢驗(yàn)正確率分別為98%和88%，表明該判別函數(shù)方程判別性穩(wěn)定，結(jié)果可靠。本研究建立的評(píng)價(jià)系統(tǒng)可有效評(píng)價(jià)不同物質(zhì)的解辣效果，值得推廣應(yīng)用。

判別分析；回代估計(jì)法；刀切法；解辣

彭燦, 聞濤, 白皎皎, 等. 基于判別分析的幾種物質(zhì)解辣效果分級(jí)研究[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(17): 120-125. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201717020. http://www.spkx.net.cn

PENG Can, WEN Tao, BAI Jiaojiao, et al. Using discriminant analysis to differentiate among the ameliorative effects of several substances on peppery tastes[J]. Food Science, 2017, 38(17): 120-125. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201717020. http://www.spkx.net.cn

辣椒為茄科植物辣椒（Capsicum frutescens L.）的果實(shí)[1],是一種營(yíng)養(yǎng)豐富、利用價(jià)值非常高的蔬菜，對(duì)人體的益處也非常的多。辣椒中的辣味成分最早由Thres于1876 年從辣椒果實(shí)中分離出來(lái)，并命名為辣椒堿。辣椒堿類(lèi)物質(zhì)是辣椒的主要辣味成分，是辣椒辛辣味和具有藥物功能的主要來(lái)源[2-4]，主要由辣椒堿、二氫辣椒堿、降二氫辣椒堿等物質(zhì)組成[5]。其中辣椒堿和二氫辣椒堿在辣椒中的含量通常占到辛辣物質(zhì)總量的90%以上[6]，此外還含有少量的降二氫辣椒堿、高辣椒堿、高二氫辣椒堿等[7]。Peppin等[8]由實(shí)驗(yàn)得出，8%辣椒堿透皮貼劑用于治療外周神經(jīng)痛，鎮(zhèn)痛效果明顯，且不會(huì)帶來(lái)阿片類(lèi)鎮(zhèn)痛藥樣的亢奮等不良反應(yīng)。辣椒堿類(lèi)物質(zhì)還具有鎮(zhèn)痛、抗氧化、減肥、降低心腦血管壓力及抗癌等作用[9-10]，在食品、醫(yī)藥、保健、美容等行業(yè)都有廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)代社會(huì)有許多人愛(ài)吃辣，十分享受辣椒帶來(lái)的酷爽感，但還是難以忍受辣帶給人們的那種口腔和食道的灼熱感。為了讓人們能更好地享受辣椒，解辣也就成了必不可少的環(huán)節(jié)。查閱既往資料[11-12]發(fā)現(xiàn)，糖、醋、酪蛋白酸鈉、紫蘇油具有解辣效果。糖的解辣作用只是簡(jiǎn)單的味覺(jué)掩蔽，效果并不明顯；醋具有解辣效果是由于辣椒堿為堿性物質(zhì)，醋中的醋酸 能與其發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，減少辣椒堿的含量從而降低辣感；酪蛋白酸鈉是一種很好的乳化劑，可對(duì)因辣而灼傷的消化道上皮黏膜細(xì)胞起修復(fù)作用，并緩和感覺(jué)神經(jīng)的受刺激程度，達(dá)到解辣的作用[11]；紫蘇油的解辣機(jī)制一方面與辣椒堿的溶解性有關(guān)，辣椒堿為非水溶性物質(zhì)，只能與脂肪、油類(lèi)及酒精相結(jié)合，因此紫蘇油能夠很好地帶走結(jié)合在感受器上的辣椒堿，以此沖淡辣味[12]，另一方面紫蘇油的解辣效果還可能與紫蘇醇作用有關(guān)，但此方面的研究目前尚未確證。

我國(guó)關(guān)于辣椒辣度標(biāo)準(zhǔn)和辣椒堿等辛辣主要成分臨床應(yīng)用方面的研究起步較晚。2005年，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)的王燕等[13]引進(jìn)了美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)并對(duì)我國(guó)鮮干辣椒的辣度進(jìn)行研究，并先后制定了湖南省地方標(biāo)準(zhǔn)DB43/T 275—2006《辣椒素測(cè)定及辣度表示方法》[14]和GB/T 21266—2007《辣椒及辣椒制品中辣椒素類(lèi)物質(zhì)測(cè)定及辣度表示方法》[15]。本項(xiàng)目成員為了對(duì)物質(zhì)的解辣效果進(jìn) 行評(píng)價(jià)，采用了感官與數(shù)據(jù)相結(jié)合的判別分析[16]方法。判別分析是解決多元分析問(wèn)題中應(yīng)用較多的一種方法[17]，其基本思想是在已知若干個(gè)體的機(jī)組屬性觀測(cè)數(shù)據(jù)及個(gè)體所屬類(lèi)別的前提下，根據(jù)某些準(zhǔn)則建立判別公式，然后對(duì)位置類(lèi)型的個(gè)體進(jìn)行判別分析。按判別準(zhǔn)則的不同可分為距離判別法、菲希爾（Fisher）判別法、貝葉斯判別法[18-21]。本實(shí)驗(yàn)首先對(duì)各類(lèi)物質(zhì)感官解辣效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，提出：解辣級(jí)數(shù)=辣椒樣品辣度－吃解辣樣品后辣度；再利用感官評(píng)價(jià)結(jié)果和各物質(zhì)濃度數(shù)據(jù)，用SPSS進(jìn)行逐步判別分析[22]和Box’s M檢驗(yàn)，對(duì)物質(zhì)的解辣效果進(jìn)行驗(yàn)證和考察，并建立物質(zhì)解辣級(jí)數(shù)的判別函數(shù)，并用回代估計(jì)法和刀切法進(jìn)行檢驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)建立的系列物質(zhì)解辣效果評(píng)價(jià)體系，過(guò)程簡(jiǎn)單、易操作、適用性高、評(píng)價(jià)結(jié)果可靠，可推廣成為一種適用于其他物質(zhì)的簡(jiǎn)便的解辣效果評(píng)價(jià)體系，也可為解辣制劑的解辣效果評(píng)價(jià)提供相應(yīng)的方案和參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫蘇籽油 遼寧丹東綠星食品有限公司；糯米、白醋湖南加加食品集團(tuán)股份有限公司；白砂糖 廣西犀牛腳歐亞糖業(yè)有限公司；酪蛋白粉 北京康比特體育科技股份公司；酪蛋白酸鈉 河南中泰食化有限公司；吐溫-80（分析純） 天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；超純水 顏爾過(guò)濾器（北京）有限公司；甲醇（分析純）上海星可高純?nèi)軇┯邢薰尽?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

P1201依利特高效液相色譜儀（配有可變波長(zhǎng)檢測(cè)器、自動(dòng)進(jìn)樣器和EC 2003色譜工作站） 大連依利特分析儀器有限公司；JY502電子天平 上海浦春計(jì)量?jī)x器有限公司；DZF-6050真空干燥箱 上海博訊實(shí)業(yè)有限公司；ZNCL-S-10D多點(diǎn)智能磁力攪拌器 上海越眾儀器設(shè)備有限公司；UV757CRT紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)上海佑科儀器儀表有限公司；Q51402HH純水機(jī) 顏爾過(guò)濾器（北京）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

1.3.1.1 辣椒樣品

據(jù)實(shí)驗(yàn)需要將辣度分為微辣、中辣、辣、很辣4 級(jí)，研究[23]表明120 μg/mL辣椒堿溶液處于“很辣”級(jí)，選用此辣度級(jí)別的辣椒堿溶液制備辣椒樣品。

1.3.1.2 解辣樣品

樣品構(gòu)成：糖、醋、酪蛋白酸鈉、紫蘇油4 種因素，通過(guò)SPSS隨機(jī)數(shù)字生成器隨機(jī)生成數(shù)字，糖在1～5 g內(nèi)隨機(jī)取50 次，醋在0～1 g內(nèi)隨機(jī)取50 次，酪蛋白酸鈉在0～1 g內(nèi)隨機(jī)取50 次，紫蘇油在0～3 g內(nèi)隨機(jī)取50 次，并使4因素隨機(jī)組合，定容至50 mL，構(gòu)成50 個(gè)隨機(jī)生成的解辣樣品，制備方法如下，樣品配制具體情況見(jiàn)表1。

制備方法：稱(chēng)取單甘酯和蔗糖酯各0.5 g，混合均勻后，加入30 mL的80 ℃熱水，于1 000 r/min攪拌20 min至均勻后加入紫蘇油，待乳化完成后，冷卻待用；將其他原料，即糖、酪蛋白酸鈉、醋依次加入到20 mL冷水中，用1 000 r/min攪拌20 min至溶解均勻；最后將乳化劑溶液與其他原料的混合液在室溫條件下混合，1 000 r/min攪拌30 min，成均勻乳狀液，將每個(gè)樣品取2 g左右，作為待品嘗樣品。

表 1 解辣樣品成分配制Table 1 Combinations of four substances able to ameliorate peppery tastes

1.3.2 品嘗程序

實(shí)驗(yàn)中品評(píng)人員的品嘗準(zhǔn)備程序和品嘗間隔按照GB/T 21266—2007《辣椒辣度的感官評(píng)價(jià)方法》[24]的要求進(jìn)行。在每個(gè)品評(píng)員面前各放1 組品評(píng)液，由1 個(gè)辣椒樣品和1 個(gè)解辣樣品構(gòu)成1 組；品評(píng)人員按照樣品號(hào)進(jìn)行品嘗，在品嘗每一組品評(píng)液前后都要用35～40 ℃的水漱口，并吃適量無(wú)鹽蘇打餅干消除口中味道。品嘗人員充分品嘗辣椒樣品后，立即品嘗解辣樣品，給出辣度變化相應(yīng)的描述，每組的品評(píng)間隔時(shí)間為5 min。

1.3.3 評(píng)價(jià)方法

由5 個(gè)經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的感官品評(píng)人員[24]（對(duì)辣的敏感程度為中等并一致的吃辣椒人員）進(jìn)行鑒評(píng)，5 人結(jié)果中取3 個(gè)以上（含3 個(gè)）相同的結(jié)果為最終辣度感官品評(píng)結(jié)果。解辣級(jí)數(shù)=辣椒樣品辣度－吃解辣樣品后辣度。解辣效果評(píng)價(jià)如表2所示。

表 2 解辣樣品感官效果評(píng)價(jià)Table 2 Grading system for pungency amelioration

1.3.4 數(shù)據(jù)矩陣的建立

建立論域U={X1，X2，…，X50}，表示50 個(gè)解辣樣品，選取樣品中糖、醋、酪蛋白酸鈉、紫蘇油的濃度作為判別因子，構(gòu)成50×4矩陣，如式（1）所示。式中：i為樣品編號(hào)；X為樣品。

1.3.5 運(yùn)用SPSS進(jìn)行判別分析

判別分析常用的方法有最大似然法[25]、Fisher判別[26]、Bayes判別、逐步判別[27]。本實(shí)驗(yàn)由于指標(biāo)較多且各指標(biāo)的顯著性未知，因此選擇逐步判別分析法。在建立判別函數(shù)的同時(shí)，對(duì)各指標(biāo)的顯著性也進(jìn)行篩選，對(duì)幾個(gè)指標(biāo)解辣效果的顯著程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。運(yùn)用SPSS 22.0軟件，采用Wilk’s lambda法進(jìn)行逐步判別分析，得出評(píng)價(jià)解辣效果的判別函數(shù)，并用回代估計(jì)法和刀切法對(duì)判別函數(shù)的優(yōu)劣進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官評(píng)價(jià)結(jié)果

對(duì)50 個(gè)解辣樣品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，辣度級(jí)別分為微辣、中辣、辣、很辣，對(duì)應(yīng)的解辣級(jí)數(shù)為3級(jí)、2級(jí)、1級(jí)、0級(jí)。

解辣0級(jí)A0：感官審評(píng)為“很辣”級(jí)的樣品有12、19、20、28、29、30、32、38、39、42、46。這一類(lèi)的各項(xiàng)指標(biāo)的基本參數(shù)見(jiàn)表3。

表 3 A0、A1、A2、A3各項(xiàng)指標(biāo)的基本參數(shù)Table 3 Levels of the four substances for the zero、one、two and three level of pungency amelioration (A0、A1、A2、A3) g/100 mL

解辣1級(jí)A1：感官評(píng)價(jià)為“辣”級(jí)的樣品有1、3、9、14、16、31、36、45、49，這一類(lèi)的各項(xiàng)指標(biāo)的基本參數(shù)見(jiàn)表3。

解辣2級(jí)A2：感官評(píng)價(jià)為“中辣”級(jí)的樣品有11、13、26、37、43、44、48，這一類(lèi)的各項(xiàng)指標(biāo)的基本參數(shù)見(jiàn)表3。

解辣3級(jí)A3：感官評(píng)價(jià)為“微辣”級(jí)的樣品有2、4、5、6、7、8、10、15、17、18、21、22、23、24、25、27、33、34、35、40、41、47、50。這一類(lèi)的各項(xiàng)指標(biāo)的基本參數(shù)見(jiàn)表3。

2.2 逐步判別指標(biāo)分析

表 4 不在分析中的變量Table 4 The variables excluded from the analysis

逐步判別分析是在判別分析的基礎(chǔ)上采用有進(jìn)有出的方法，即每一步都通過(guò)檢驗(yàn)把判別能力最強(qiáng)的變量引入判別函數(shù)，同時(shí)將判別能力差的剔除，這個(gè)篩選的過(guò)程就是通過(guò)假設(shè)檢驗(yàn)，找出顯著性變量，剔除不顯著性變量[28]。實(shí)驗(yàn)選取的4 種因素來(lái)源于生活經(jīng)驗(yàn)，它們是否具有解辣效果并未證實(shí)，實(shí)驗(yàn)通過(guò)逐步判別分析的Box’s共變異數(shù)矩陣等式檢定發(fā)現(xiàn)，解辣效果中酪蛋白酸鈉（S1）、紫蘇油（S2）、醋（S3）有顯著性，可作為判別因子；糖無(wú)顯著性，不作為判別因子（表4）；酪蛋白酸鈉、紫蘇油、醋有解辣作用，而糖無(wú)解辣作用。且酪蛋白酸鈉（S1）、紫蘇油（S2）、醋（S3）的標(biāo)準(zhǔn)化函數(shù)系數(shù)分別為1.015、0.144、0.339，表明它們對(duì)解辣效果的影響力由大到小分別是酪蛋白酸鈉、醋、紫蘇油。

2.3 判別函數(shù)的建立

經(jīng)過(guò)判別分析取得3 個(gè)典型區(qū)別函數(shù)用于分析，其特征值分別為6.939、1.088、0.204，見(jiàn)表5，其中函數(shù)1可解釋84.3%的方差變化；前兩個(gè)判別函數(shù)共可解釋97.5%的方差變化，包含了大部分有效解辣成分；3 個(gè)典型判別函數(shù)共可解釋100%的方差變化。通過(guò)Wilk’s lambda檢驗(yàn)表明建立的判別函數(shù)是有意義 的，見(jiàn)表6。用前2 個(gè)判別函數(shù)對(duì)各樣品作散點(diǎn)圖，結(jié)果見(jiàn)圖1。取得的判別模型可以將4 種解辣效果等級(jí)區(qū)分開(kāi)來(lái)。

表 5 典型判別函數(shù)的特征值Table 5 Eigenvalue of canonical discriminant functions

表 6 典型判別函數(shù)的Wilk s lambda檢驗(yàn)Table 6 Wilks lambda test of canonical discriminant functions

圖 1 典型判別函數(shù)散點(diǎn)圖Fig. 1 Scatter plot of canonical discriminant functions

根據(jù)表7得到的4 項(xiàng)典型判別函數(shù)方程為：

Y0= 12.064S1＋2.262S2＋6.624S3－4.587（解辣0級(jí)）

Y1=16.850S1＋1.062S2＋21.031S3－11.831（解辣1級(jí)）

Y2= 32.949S1＋4.381S2＋14.196S3－17.714（解辣2級(jí)）

Y3=56.128S1＋2.925S2＋20.857S3－33.143（解辣3級(jí)）

表 7 分類(lèi)函數(shù)系數(shù)Table 7 Classifi cation function coeffi cients

2.4 判別模型的檢驗(yàn)

表 8 逐步判別函數(shù)方程效果評(píng)估Table 8 Effi ciency evaluation of stepwise discriminant functions

分類(lèi)函數(shù)及判別準(zhǔn)則建立后必須進(jìn)行檢驗(yàn)。檢驗(yàn)就是將樣品逐一用所建立的判別準(zhǔn)則進(jìn)行歸類(lèi)，求出其假陽(yáng)性率、假陰性率及總的錯(cuò)誤率。判別結(jié)果一般要求誤判的概率要小于0.1或0.2才有應(yīng)用價(jià)值。一般誤判概率估計(jì)是通過(guò)前瞻性或回顧性2 種方式估計(jì)獲得，而回顧性誤判概率往往低估了誤判概率，會(huì)夸大判別效果[29]。因此，本實(shí)驗(yàn)采用回代估計(jì)法[30]及刀切法[31]對(duì)判別函數(shù)進(jìn)行檢驗(yàn)?；卮烙?jì)法檢驗(yàn)僅38號(hào)樣品判別分析結(jié)果與感官評(píng)價(jià)結(jié)果不一致，正確率為98%；刀切法檢驗(yàn)正確率為88%。兩檢測(cè)方法結(jié)果見(jiàn)表8。2 種檢驗(yàn)方法表明建立的判別函數(shù)方程判別性穩(wěn)定，結(jié)果可靠。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)建立了解辣效果分級(jí)方法以及解辣效果判別函數(shù)模型，并通過(guò)“逐步判別分析”、“Box’s共變異數(shù)矩陣等式檢定”對(duì)各因素解辣效果的貢獻(xiàn)性進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要結(jié)論如下：1）從統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上對(duì)物質(zhì)的解辣效果進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定酪蛋白酸鈉、紫蘇油、醋的解辣效果有顯著性，糖的解辣效果無(wú)顯著性。2）僅利用酪蛋白酸鈉、紫蘇油、醋這3 個(gè)指標(biāo)建立判別函數(shù)，可以有效評(píng)價(jià)這4 種物質(zhì)的解辣效果，即使再引入?yún)?shù)糖也不會(huì)使解辣效果的評(píng)價(jià)模型更好，該模型的回代估計(jì)法及刀切法檢驗(yàn)的正確率分別為98%、88%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將逐步判別分析用于物質(zhì)解辣效果分級(jí)簡(jiǎn)便有效、正確率高。3）建立了解辣效果與解辣因素之間的量化關(guān)系，對(duì)某物質(zhì)的解辣效果評(píng)價(jià)無(wú)需再通過(guò)感官進(jìn)行品嘗，通過(guò)判別函數(shù)即可快速、有效地進(jìn)行評(píng)價(jià)，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

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Using Discriminant Analysis to Differentiate among the Ameliorative Effects of Several Substances on Peppery Tastes

PENG Can1, WEN Tao1, BAI Jiaojiao2, ZHENG Huiwen1, JIANG Miaomiao1
(1. College of Pharmacy, Anhui University of Chinese Medicine, Hefei 230012, China; 2. College of Medicine, University of Electronic Science and Technology, Chengdu 610054, China）

Sugar, vinegar, sodium caseinate and perilla oil may ameliorat peppery tastes according to our literature review and life experience. Tasting experiments were designed to evaluate the ameliorative effects of the four substances on peppery tastes. For this purpose, discriminant functions were established by stepwise discriminant analysis and tested by re-substitution method and jackknife methods. The results showed that sodium caseinate, vinegar and perilla oil rather than sugar contributed to the amelioration of peppery tastes in the decreasing order: sodium caseinate ＞ vinegar ＞ perilla oil, with standard function coeffi cients of 1.015, 0.339 and 0.144, respectively. The discriminant functions were used to classify the test samples based on these parameters and a scatter diagram was plotted. The results revealed that the discriminant model could rank the ameliorative effects on peppery tastes at four levels. The accuracy of re-substitution and jackknife methods were 98% and 88%, respectively, indicating that the established discriminant functions were robust and reliable. The evaluation system established in this experiment was effective in assessing the ameliorative effect of different substances on peppery tastes, and thus it deserves wide application.

discriminant analysis; re-substitution method; jackknife method; amelioration of peppery tastes

10.7506/spkx1002-6630-201717020

TS202.1

A

1002-6630（2017）17-0120-06引文格式：

2016-07-21

安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目（2015157）；安徽中醫(yī)藥大學(xué)人才引進(jìn)基金項(xiàng)目（2014RC002）；安徽中醫(yī)藥大學(xué)科研基金項(xiàng)目（20152R010）

彭燦（1984—），男，講師，博士，研究方向?yàn)樗幬镏苿?、藥物代謝動(dòng)力學(xué)及食品、保健品、化妝品開(kāi)發(fā)。

E-mail：pengcanking@hotmail.com