燕麥籽粒與燕麥片品質(zhì)的相關(guān)性與主成分分析

陳子葉 王麗娟 李再貴

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083)

燕麥籽粒與燕麥片品質(zhì)的相關(guān)性與主成分分析

陳子葉 王麗娟 李再貴

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，北京 100083)

為研究不同品種燕麥籽粒品質(zhì)與其燕麥片加工品質(zhì)特性的關(guān)系，以國內(nèi)燕麥主產(chǎn)區(qū)56份燕麥原料為研究對象，通過相關(guān)性分析與主成分分析等方法，篩選適宜加工燕麥片的品種。結(jié)果表明，燕麥原料的L*值、b*值高，則加工出的燕麥片泡前和泡后色澤均較好，因此在選擇加工燕麥片的原料時(shí)，宜選擇色澤明亮、呈黃色或淡黃色的燕麥籽粒。蛋白質(zhì)、灰分、纖維素、β-葡聚糖含量高，脂肪、總淀粉含量低的燕麥原料，加工的燕麥片常溫吸水率、高溫吸水率、湯汁可溶性固形物和黏度較高而容重較低，沖泡后其香味純正濃郁，湯汁黏稠度大，麥片勁道不黏牙，口感滑潤，風(fēng)味濃厚且持久。感官評價(jià)結(jié)果顯示，烏蘭察布產(chǎn)白燕二號加工的燕麥片品質(zhì)較高。主成分分析結(jié)果表明，前7個(gè)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到75.508%，綜合評價(jià)篩選出定燕2號、西寧皮1、新燕麥1號、張燕4號、燕科2號等為燕麥片加工原料的推薦品種。

燕麥籽粒 燕麥片 相關(guān)性 主成分分析

燕麥屬禾本科燕麥屬，是世界八大糧食作物之一。我國以裸燕麥為主，產(chǎn)量約占燕麥總產(chǎn)量95%，主要分布在內(nèi)蒙古、河北等地[1]。燕麥已成為世界公認(rèn)的營養(yǎng)和醫(yī)療保健價(jià)值最高的谷類作物之一，經(jīng)常食用可以降低血清膽固醇[2]，降低血糖水平[3]以及促進(jìn)益生菌增值[4]等。燕麥片是以燕麥為原料，經(jīng)蒸煮、烘干、壓片及干燥等工藝流程加工制成，幾乎保留了燕麥所有的營養(yǎng)成分，是我國最主要的燕麥加工食品之一。國內(nèi)外學(xué)者研究了加工過程中不同加工工藝和設(shè)備對燕麥片品質(zhì)的影響[5-8]，但對燕麥原料與燕麥片品質(zhì)間的相關(guān)性以及加工燕麥片專用品種的研究仍較少。本研究以56份燕麥原料為研究對象，通過相關(guān)性分析與主成分分析的方法，比較燕麥籽粒理化指標(biāo)等品質(zhì)與其加工后燕麥片品質(zhì)特性的關(guān)系，探究燕麥原料中影響燕麥片品質(zhì)的主要因素，以期建立燕麥片原料理化指標(biāo)篩選標(biāo)準(zhǔn)，為燕麥片加工原料的選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

燕麥樣品品種及來源見表1。

表1 燕麥樣品品種及來源

1.2 燕麥籽粒品質(zhì)指標(biāo)測定

所有燕麥原料均進(jìn)行篩選、除雜(皮燕麥先去殼)，得到清潔、完整籽粒。采用HY-04A高速粉碎機(jī)粉碎燕麥，過40目篩后分裝于密封袋中，于-18 ℃儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

參照GB/T 21305—2007/ISO 712:1998、GB/T 22510—2008/ISO2171:2007測定燕麥水分、灰分含量；GB/T 5511—2008/ISO 20483: 2006測定粗蛋白含量；GB/T 5512—2008測定粗脂肪含量；參照NY/T 2006—2011、AACC Method 32—23方法測定β-葡聚糖含量；GB/T 5514—2008、GB/T 5009.9—2003測定總淀粉含量；GB 7648—87測定直鏈淀粉含量；GB/T 5515—2008/ISO 6865:2000測定燕麥總纖維含量；使用色彩色差計(jì)CR-400(Minolta)測定燕麥原糧白度，三色協(xié)調(diào)系統(tǒng)L*，a*，b*(CIEL*a*b*)表示顏色。其中脂肪、蛋白質(zhì)、總淀粉、直鏈淀粉、灰分、纖維素和葡聚糖含量以干基計(jì)。

1.3 燕麥片加工與品質(zhì)指標(biāo)測定

將全部燕麥(每種原料5 kg)加工成燕麥片，加工流程包括蒸麥、壓片、干燥和包裝。

參照GB 5009.3—2010測定燕麥片水分；參照Gates F. K等[9]的方法測定燕麥片常溫吸水率和容重；參照路長喜等[10]的方法測定燕麥片高溫吸水率和吸水膨脹率；使用手持糖度計(jì)測定燕麥片湯汁中可溶性固形物含量；參照董吉林等[11]的方法測定燕麥片湯汁黏度；使用色彩色差計(jì)CR-400(Minolta)測定燕麥片白度。

1.4 燕麥片感官品質(zhì)評價(jià)

56種燕麥片沖泡樣品的制備：包括基準(zhǔn)燕麥片在內(nèi)每次評價(jià)5種燕麥片，取60 g燕麥片樣品于透明玻璃杯中，進(jìn)行燕麥片沖泡前感官評價(jià)。然后按7∶1(V/m)加入沸騰熱水沖調(diào)，用小勺攪勻，室溫下靜置10 min，待燕麥片充分熟化。進(jìn)行沖泡后的感官品質(zhì)分析。將20個(gè)評價(jià)員分成4組，每一組設(shè)定不同的評價(jià)順序，樣品制備好后迅速分發(fā)給每位評價(jià)員進(jìn)行品嘗、評分，感官評定在10 min內(nèi)完成。由于樣品較多，為防止感官疲勞，每5個(gè)樣品設(shè)為一組(包括基準(zhǔn)品北京特品降脂燕麥)，每組間隔時(shí)間為30 min。參考標(biāo)度法[12]進(jìn)行感官評定，燕麥片感官評價(jià)指標(biāo)及評分細(xì)則如表2所示。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 12.0軟件進(jìn)行方差、相關(guān)性分析，顯著性水平為0.05，圖中標(biāo)注字母不同表示有顯著性差異(P<0.05)。每個(gè)樣品重復(fù)測定3次，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。用SPSS 12.0進(jìn)行主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 燕麥籽粒與燕麥片品質(zhì)指標(biāo)分析

由表3可知，56份燕麥樣品品質(zhì)指標(biāo)均存在不同程度的變異。燕麥籽粒a*值變異程度最大，變異系數(shù)為46.53%。直鏈淀粉含量變異系數(shù)為30.69%，說明燕麥直鏈淀粉含量在不同品種間變化程度較大。脂肪、蛋白質(zhì)、灰分、纖維素和β-葡聚糖變異程度較大，系數(shù)均在15%以上。顧軍強(qiáng)等[13]研究2012年全國范圍內(nèi)31個(gè)裸燕麥品種，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)、粗脂肪、β-葡聚糖和直鏈淀粉變異系數(shù)均在15%以上，與本研究相近。其中蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的品種是烏蘭察布定燕2號，為18.51%，β-葡聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高的品種是西寧產(chǎn)草莜1號，為5.56%。β-葡聚糖屬于燕麥中的可溶性膳食纖維，占總膳食纖維的1/3[14]，具有降脂減肥[15]，降低血糖[3]以及益生元[4]的作用。在燕麥片品質(zhì)指標(biāo)中，a*值變異程度最大，變異系數(shù)為43.25%。燕麥片黏度和可溶性固形物含量變異系數(shù)較大，分別為38.38%和19.84%，其他指標(biāo)變異程度較小，系數(shù)均小于15%，與路長喜等[10]研究結(jié)果一致。其中黏度較高的品種有烏蘭察布蒙燕1號、新疆新燕麥2號、白城白燕11號、白燕5號、白燕3號、新疆新燕麥1號和新燕麥3號，黏度值均在400 000 mPa·s以上；黏度最低的品種為4號張家口的鑒44-625-52，黏度值只有99 000 mPa·s。

表2 燕麥片的感官評價(jià)指標(biāo)與方法

注：不同小寫字母表示不同評價(jià)方法，a表示將燕麥片分別在自封袋和表面皿中目測觀察并評價(jià)其形狀大小、色澤；b表示趁熱聞燕麥片粥的氣味并評價(jià)其香氣；c觀察燕麥麥片粥的形狀和顏色并評價(jià)其燕麥片色澤；d表示取半勺湯放入中，體驗(yàn)湯汁在口腔中的感受并評價(jià)其湯汁口感；e表示取半勺麥片粥放在嘴中咀嚼，感受燕麥片的適口性以及用牙齒感覺是否有嚼勁，并評價(jià)其麥片口感；f表示連湯帶麥片入口中咀嚼至吞咽后，感受味道的好壞并評價(jià)其風(fēng)味。

2.2 燕麥片感官評價(jià)結(jié)果

由表4可知，不同品種燕麥片泡后色澤、湯汁口感和風(fēng)味變異系數(shù)均大于250%，分別為458.82%、382.76%和257.50%，表明不同燕麥片品種間的泡后色澤和湯汁口感差異最為明顯。綜合評價(jià)分值最高的燕麥品種為烏蘭察布白燕2號，與標(biāo)準(zhǔn)品相比其具有更加濃郁的天然燕麥片香氣，湯汁黏稠度大，燕麥片更勁道和潤滑，麥片風(fēng)味更加濃厚和持久，其各項(xiàng)感官評價(jià)指標(biāo)評分值均高于標(biāo)準(zhǔn)品，其次為烏蘭察布A4、白城白燕2號和白燕15以及新疆新燕麥1號。綜合評價(jià)分值最低的燕麥品種為西寧巴燕5號，燕麥片碎片較多且形狀不規(guī)則，細(xì)粉多，色澤暗淡，湯汁顏色較暗，口感寡淡且無嚼勁，各項(xiàng)感官評價(jià)指標(biāo)評分值均低于標(biāo)準(zhǔn)品，其次為烏蘭察布壩莜13號、西寧巴燕3號、張家口200242-5-1-5-16以及內(nèi)蒙古燕科2號。

2.3 燕麥片感官指標(biāo)與燕麥籽粒的品質(zhì)間相關(guān)性分析

對燕麥片感官評價(jià)指標(biāo)與燕麥原料及燕麥片品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，如表5所示，燕麥片的形狀大小得分與β-葡聚糖含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，與容重呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。燕麥原料的L*值和麥片的L*值與燕麥片泡前色澤呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)，原料的b*值與泡前色澤呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；燕麥原料的b*值以及麥片的L*值和a*值與泡后色澤呈顯著正相關(guān)(P<0.05)，表明燕麥原料的L*值和b*值高，加工出的燕麥片泡前和泡后色澤均較好，因此在選擇燕麥片原料時(shí)，宜選擇色澤明亮、呈黃色或淡黃色的燕麥籽粒。同時(shí)，表5相關(guān)性分析結(jié)果表明，蛋白質(zhì)、灰分、纖維素、β-葡聚糖含量高，脂肪、總淀粉含量低的燕麥原料，加工的燕麥片的常溫吸水率、高溫吸水率、湯汁可溶性固形物和黏度較高且容重較低，沖泡后的燕麥片具有香味純正、濃郁，湯汁黏稠度大，燕麥片勁道不黏牙，口感滑潤，麥片風(fēng)味濃厚、持久。

2.4 影響燕麥片品質(zhì)的主成分分析

主成分分析是將多指標(biāo)簡化為少量綜合指標(biāo)的一種統(tǒng)計(jì)分析方法，用少數(shù)變量盡可能多的反映原來變量的信息[16]，保證原信息損失小且變量數(shù)目盡可能少。以燕麥原料品質(zhì)指標(biāo)和燕麥片加工品質(zhì)、感官品質(zhì)等29項(xiàng)指標(biāo)為變量，對供試的56個(gè)燕麥品種進(jìn)行主成分分析。主成分分析結(jié)果如表6所示，選取特征值大于1的前7個(gè)主成分，結(jié)果顯示主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到75.508%，說明前7個(gè)主成分能夠代表原29個(gè)品質(zhì)性狀的大部分信息。因此，可將燕麥原料和燕麥片29個(gè)品質(zhì)性狀綜合成7個(gè)主成分。

表3 燕麥原料營養(yǎng)品質(zhì)與燕麥片品質(zhì)指標(biāo)

注：脂肪、蛋白質(zhì)、總淀粉、直鏈淀粉、灰分、纖維素和葡聚糖均為干基含量。

表4 燕麥片感官評價(jià)指標(biāo)

表5 燕麥片感官評價(jià)和籽粒品質(zhì)相關(guān)性分析

注：*和**分別表示在5%和1%水平上相關(guān)顯著。

表6 各主成分因子向量載荷系數(shù)及方差貢獻(xiàn)率

主成分與各原始品質(zhì)指標(biāo)的載荷矩陣闡明了各品質(zhì)指標(biāo)在主成分上占的權(quán)重。因此，可根據(jù)每個(gè)品質(zhì)指標(biāo)在各主成分上的載荷，判斷主成分所代表的綜合品質(zhì)指標(biāo)。由主成分在各品質(zhì)指標(biāo)上的載荷矩陣可知，第一主成分主要代表燕麥片的湯汁口感、綜合評價(jià)、風(fēng)味、蛋白質(zhì)、灰分、纖維素；第二主成分主要代表了燕麥片泡前色澤、口感、泡后色澤；第三主成分主要代表了原料和燕麥片的b*值；第四主成分代表了燕麥原料的脂肪和燕麥片的常溫吸水率；第五主成分代表了燕麥片的高溫吸水率；第六主成分代表了燕麥原料的直鏈淀粉；第七主成分代表了燕麥片的膨脹度。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)與特征向量矩陣計(jì)算主成分，公式為Y=X*t，其中X為原始變量標(biāo)準(zhǔn)化后的值，t為標(biāo)準(zhǔn)化的特征向量矩陣，得出各主成分的表達(dá)式。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，得到各主成分的表達(dá)式如下：其中，Y1-Y7為7個(gè)主成分，X1-X29為原始數(shù)據(jù)29個(gè)品質(zhì)。

Y1=0.138X1+0.020X2+0.211X3+0.036X4+0.273X5+0.188X6+0.255X7+0.255X8-0.144X9-0.099X10+0.240X11-0.232X12+0.109X13+0.193X14+0.245X15+0.072X16-0.150X17+0.241X18+035X19-0.130X20+0.197X21+0.262X22-0.085X23+0.221X24+0.230X25-0.254X26-0.045X27+0.190X28-0.145X29

Y2=0.217X1+8.362X2+8.155X3+……+0.343X27-0.171X28-0.024X29

Y3=0.039X1-0.034X2+0.100X3+……-0.311X27-0.147X28+0.443X29

Y4=-0.129X1+0.006X2+0.097X3+……-0.030X27-0.301X28+0.130X29

Y5=0.362X1-0.004X2+0.116X3+……-0.035X27+0.108X28-0.086X29

Y6=0.239X1+0.398X2-0.300X3+……+0.030X27-0.019X28+0.178X29

Y7=0.174X1+0.027X2-0.158X3+……+0.045X27+0.067X28-0.007X29

Z=0.25987Y1+0.16796Y2+0.10513Y3+0.074 49Y4+0.061 04Y5+0.045 49Y6+0.041 10Y7

根據(jù)綜合主成分值的得分公式，56個(gè)燕麥品種綜合主成分值結(jié)果顯示定燕2號、西寧皮1、新燕麥1號、張燕4號、燕科2號綜合主成分值較高，說明這些燕麥品種的綜合品質(zhì)較佳；草莜1號、林納、S20-1759、張燕4號、白燕11綜合主成分得分較低，說明這些燕麥品種的綜合品質(zhì)較差，不適宜燕麥片的加工。值得注意的是，主成分分析得出的綜合品質(zhì)較佳的品種與感官評價(jià)得出的感官品質(zhì)較佳的品種有所差異。巴燕5號在感官評價(jià)以及以往的經(jīng)驗(yàn)上認(rèn)為其品質(zhì)較差，不適宜燕麥片的加工，但主成分分析結(jié)果顯示其排名為16位；又如白燕15號，感官評價(jià)結(jié)果排名為第4位，而主成分分析結(jié)果顯示其綜合品質(zhì)排名為第51位。這可能是因?yàn)?，主成分分析評價(jià)的結(jié)果是針對燕麥的綜合品質(zhì)，部分品種在感官品質(zhì)較好，然而其營養(yǎng)價(jià)值無法通過人為的感官評價(jià)得知，因此主成分分析的結(jié)果與實(shí)際稍有出入；此外，不同品種的燕麥?zhǔn)艿侥攴?、氣候、栽培及人為因素的影響，其品質(zhì)與感官經(jīng)驗(yàn)存在差異，從而導(dǎo)致誤差。因此，今后值得研究建立以感官評價(jià)為主，適當(dāng)降低營養(yǎng)品質(zhì)權(quán)重的燕麥片加工原料篩選方法。

3 結(jié)論

通過分析國內(nèi)56種燕麥原料及其加工燕麥片的品質(zhì)特性，發(fā)現(xiàn)同燕麥原料的a*值、直鏈淀粉含量以及燕麥片的a*值、黏度在不同品種間變異程度較大。燕麥片感官指標(biāo)與原料的品質(zhì)特性的相關(guān)性分析表明，在選擇適宜加工燕麥片的品種時(shí)，宜選擇色澤明亮、且呈黃色或淡黃色的燕麥原料；蛋白質(zhì)、灰分、纖維素、β-葡聚糖含量高，脂肪、總淀粉含量低的燕麥原料，加工的燕麥片的常溫吸水率、高溫吸水率、湯汁可溶性固形物和黏度較高而容重較低，沖泡后其香味純正、濃郁，湯汁黏稠度大，燕麥片勁道不黏牙，口感滑潤，麥片風(fēng)味濃厚、持久。將56種燕麥的營養(yǎng)與燕麥片的品質(zhì)特性進(jìn)行主成分分析和綜合評價(jià)，前7個(gè)主成分累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到75.508%，綜合評價(jià)篩選出定燕2號、西寧皮1、新燕麥1號、張燕4號、燕科2號等為較適宜加工燕麥片。

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Correlation and Principal Component Analysis of the Quality of Oat Groats and Oatmeal

Chen Ziye Wang Lijuan Li Zaigui
(College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083)

Correlation and principal component analysis were used to find the relationship between the quality of oat and oatmeal. 56 oat raw materials selected from the domestic main producing area of oat were studied to select the species which was appropriate for producing oatmeal by correlation analysis and principal component analysis. As the results shown, ifL*andb*of oat were higher, the color of oatmeal before and after brewing was better. Bright and yellow oat groats should be selected as the raw material for oatmeal processing. Oats with high content of protein, ash, fiber, β-gluten but low content of fat and starch improved the water absorption, total soluble solid and viscosity of oatmeal, and decreased the volume weight. At same times, flavor, stickiness and taste of brewed oatmeal were also better. The sensory evaluation showed Baiyan NO.2 originated from Ulan Qab had best quality. In principal components analysis, accumulative variance contribution of the first seven principle components accounted for 75.508%, comprehensive evaluation of oat flake showed that Dingyan NO.2, Xining NO.1, Xinyanmai NO.1, Zhangyan NO.4 and Yanke NO.2 were high quality varieties, indicating that they were more suitable for oat flake processing.

oat groats, oatmeal, correlation, principal component analysis

S512.6

A

1003-0174(2017)12-0019-06

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助(CARS-08-D-3)

2017-01-02

陳子葉，女，1994年出生，碩士，食品科學(xué)

李再貴，男，1964年出生，教授，谷物科學(xué)與利用