采用多元統(tǒng)計(jì)分析方法構(gòu)建南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)體系

陸冰怡，劉寶林，劉志東，張忭忭，林 娜

采用多元統(tǒng)計(jì)分析方法構(gòu)建南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)體系

陸冰怡1,2，劉寶林2，劉志東1※，張忭忭1，林 娜1

（1. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所，上海 200090； 2. 上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093）

南極磷蝦是一種重要的戰(zhàn)略性海洋生物資源，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，資源量大，開發(fā)利用前景廣闊。為了構(gòu)建南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)體系，為南極磷蝦粉品質(zhì)的科學(xué)評(píng)價(jià)提供依據(jù)。通過(guò)檢測(cè)15項(xiàng)南極磷蝦粉品質(zhì)指標(biāo)，采用因子分析篩選品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，應(yīng)用概率分布分級(jí)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)層次分析確定品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，利用K-均值聚類分析和判別分析建立南極磷蝦粉品質(zhì)判別函數(shù)。結(jié)果表明：1）南極磷蝦粉品質(zhì)指標(biāo)之間離散度有差異，變異系數(shù)在8.89%～84.46%；2）從15項(xiàng)指標(biāo)中選擇6項(xiàng)作為南極磷蝦粉品評(píng)價(jià)指標(biāo)（蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、鹽分、賴氨酸、生育酚、揮發(fā)性鹽基氮）；3）建立了南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)；4）建立了南極磷蝦粉品質(zhì)判別函數(shù)，判別率較高。該研究構(gòu)建的南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)體系為南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)提供了科學(xué)依據(jù)，可以用于南極磷蝦粉的品質(zhì)定性判別和評(píng)價(jià)。

品質(zhì)控制；模型；南極磷蝦粉；分析；評(píng)價(jià)；體系構(gòu)建

0 引 言

南極磷蝦（）是一種生活在南極海域的浮游類甲殼動(dòng)物，因其良好的營(yíng)養(yǎng)功能特性，巨大的生物資源量（約為3.79億t）和潛在的開發(fā)利用前景受到廣泛關(guān)注[1-2]。自2009年實(shí)施首次南極磷蝦商業(yè)化探捕以來(lái)，中國(guó)南極磷蝦捕獲量逐年增加；2015年至今，中國(guó)已經(jīng)連續(xù)多年成為全球第二大南極磷蝦捕獲國(guó)。目前，南極磷蝦船載加工的產(chǎn)品主要是冷凍南極磷蝦和蝦粉，南極磷蝦粉主要用做水產(chǎn)動(dòng)物飼料、添加劑[3-6]和提取南極磷蝦油的原料[7]等。南極海域遠(yuǎn)離中國(guó)大陸，南極磷蝦粉由于含水率低，貯運(yùn)方便等優(yōu)勢(shì)，未來(lái)有望成為南極磷蝦產(chǎn)業(yè)最主要的加工產(chǎn)品或中間產(chǎn)品形式。

南極磷蝦粉的品質(zhì)主要取決于南極磷蝦的原料特性，加工技術(shù)和貯運(yùn)條件等，直接影響其價(jià)格和應(yīng)用領(lǐng)域。因此，南極磷蝦粉的品質(zhì)對(duì)于南極磷蝦產(chǎn)業(yè)具有重要意義。目前，南極磷蝦粉的品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)主要參考魚粉的評(píng)價(jià)指標(biāo)。由于物種的差異和加工方式的不同，兩者評(píng)價(jià)指標(biāo)的兼容性還需要開展深入探討；此外，現(xiàn)有的魚粉評(píng)價(jià)指標(biāo)主要側(cè)重于單一品質(zhì)指標(biāo)，沒(méi)有深入探討指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。然而，南極磷蝦粉是一種復(fù)雜體系，體系組分相互關(guān)聯(lián)、相互影響；單一指標(biāo)不能全面、客觀地反映南極磷蝦粉的綜合品質(zhì)[8-10]。然而，目前關(guān)于南極磷蝦粉品質(zhì)的評(píng)價(jià)尚沒(méi)有形成一個(gè)科學(xué)、系統(tǒng)、公認(rèn)的評(píng)價(jià)體系和標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重制約了南極磷蝦粉行業(yè)的發(fā)展。能夠用于南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)的指標(biāo)較多，如何在復(fù)雜的品質(zhì)指標(biāo)中遴選出有效的特征指標(biāo)，科學(xué)、精準(zhǔn)地評(píng)價(jià)南極磷蝦粉品質(zhì)是南極磷蝦粉加工與利用領(lǐng)域亟需解決的重要、基本工作之一。只有深入闡明南極磷蝦粉品質(zhì)指標(biāo)與品質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，才能更全面反映南極磷蝦粉品質(zhì)特性，為南極磷蝦粉的品質(zhì)體系構(gòu)筑和完善提供全面信息[11-13]。

本研究針對(duì)上述問(wèn)題，明確了南極磷蝦粉15項(xiàng)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過(guò)因子分析篩選獲得南極磷蝦粉的代表性品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，基于概率分布建立南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)層次分析確定南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，利用K-均值聚類分析和判別分析建立南極磷蝦粉品質(zhì)判別函數(shù)，構(gòu)建南極磷蝦粉的品質(zhì)評(píng)價(jià)體系，以期為南極磷蝦粉品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)與分級(jí)提供參考依據(jù)，也為相關(guān)產(chǎn)品品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)與分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和體系構(gòu)建提供新的思路。

1 材料與方法

1.1 材料

南極磷蝦粉：2018年4月購(gòu)自江蘇深藍(lán)遠(yuǎn)洋漁業(yè)有限公司，青島遠(yuǎn)洋漁業(yè)有限公司等，運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室后保存在?18 ℃冰柜。

1.2 儀器與設(shè)備

PHS-3C型精密pH計(jì)：梅特勒-托利多公司；KQ-3200DE型數(shù)控超聲波儀：江蘇省昆山市超聲儀器有限公司；PL203型電子分析天秤：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；LXJ-IIB型離心機(jī)、RE-52型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器：上海安亭實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；CR-400/401型色彩色差儀：柯尼卡美能達(dá)公司；DG-9073B-1型電熱鼓風(fēng)干燥箱：上海一恒科學(xué)儀器有限公司；UV-2550紫外-可見(jiàn)光分光光度計(jì)：日本島津公司；Milli-RO PLUS 30純水機(jī)：法國(guó)Millipore公司。

1.3 試驗(yàn)方法

南極磷蝦粉的品質(zhì)指標(biāo)主要包括理化指標(biāo)（水分，蛋白質(zhì)，脂肪，鹽分，灰分，磷脂及生育酚等），感官指標(biāo)（風(fēng)味，色澤等）和微生物指標(biāo)等。

水分測(cè)定：參照GB 5009.3-2016；蛋白質(zhì)測(cè)定：參照GB/T 5009.5-2016；脂肪測(cè)定：參照GB/T 5009.6-2016；灰分測(cè)定：參照GB 5009.4-2016；鹽分測(cè)定：GB 5009.42-2016；磷脂測(cè)定：參照GB28401-2012；生育酚測(cè)定：參照GB 5009.82-2016；蝦青素測(cè)定：參照SC/T3053-2019；酸價(jià)測(cè)定：參照GB 5009.229-2016；組胺測(cè)定：參照GB 5009.208-2016；揮發(fā)性鹽基氮（Total Volatile Base Nitrogen）TVB-N測(cè)定：參照GB 5009.228-2016；吡咯測(cè)定：參照GB 29977-2013；賴氨酸，蛋氨酸測(cè)定：參照GB 5009.124-2016。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次，取平均值；數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。數(shù)據(jù)運(yùn)用SPSS 24.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行處理、進(jìn)行因子分析、多元線性回歸、分層聚類和判別分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 南極磷蝦粉品質(zhì)指標(biāo)及其相關(guān)性材料

由表1可知，南極磷蝦粉品質(zhì)指標(biāo)之間差異較大；其中，氟的變異系數(shù)最大，達(dá)到84.46%，變異幅度為126～5 984 mg/kg，其次是鹽分和磷脂，其指標(biāo)變異系數(shù)分別為34.54%和32.49%；而賴氨酸的變異系數(shù)最小，為8.89%；蛋白質(zhì)和灰分含量的變異性也較小，分別為12.03%和12.91%。由表1的結(jié)果可知所選樣本品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定值離群點(diǎn)較少，南極磷蝦粉品質(zhì)指標(biāo)差異較大，具有一定的代表性。表1結(jié)果表明，南極磷蝦粉組分的含量是相對(duì)的，這些組分及其含量對(duì)南極磷蝦粉品質(zhì)的形成和演變都發(fā)揮了一定作用，但對(duì)南極磷蝦粉品質(zhì)的貢獻(xiàn)度卻并不相同。因此，為了獲得南極磷蝦粉品質(zhì)貢獻(xiàn)較大的指標(biāo)，舍棄貢獻(xiàn)較小的指標(biāo)，需要對(duì)上述指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)關(guān)系分析。本研究針對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行K-S正態(tài)分布檢驗(yàn)，>0.05 即判定符合正態(tài)分布[14]。

南極磷蝦粉15項(xiàng)指標(biāo)間的相關(guān)性分析結(jié)果表明，各品質(zhì)特性指標(biāo)間存在著密切關(guān)聯(lián)關(guān)系，直接利用這些指標(biāo)進(jìn)行南極磷蝦粉的品質(zhì)評(píng)價(jià)可能會(huì)產(chǎn)生信息的重疊。由表2可知，依次將樣品南極磷蝦粉的15個(gè)品質(zhì)性狀按照水分、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、灰分、鹽分、磷脂、蝦青素、生育酚、酸價(jià)、組胺、TVB-N、吡咯、氟、賴氨酸和蛋氨酸的次序從1～15進(jìn)行編號(hào)，相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表2。南極磷蝦粉樣本的水分與蛋白質(zhì)、吡咯、灰分呈明顯負(fù)相關(guān)，與酸價(jià)、生育酚、氟存在正相關(guān)關(guān)系；蛋白質(zhì)與吡咯存在顯著正相關(guān)，與TVB-N、酸價(jià)存在明顯負(fù)相關(guān)；脂質(zhì)和磷脂、鹽分呈顯著正相關(guān)，和酸價(jià)、賴氨酸存在明顯負(fù)相關(guān)；灰分與鹽分、組胺呈明顯正相關(guān)，與氟明顯負(fù)相關(guān)；鹽分與磷脂存在顯著正相關(guān)，與酸價(jià)呈顯著負(fù)相關(guān)；磷脂與生育酚、蝦青素呈顯著正相關(guān)，與酸價(jià)呈顯著負(fù)相關(guān)；蝦青素與生育酚呈顯著正相關(guān)；生育酚與吡咯、氟存在一定正相關(guān)關(guān)系；酸價(jià)與TVB-N呈明顯正相關(guān)，與組胺、吡咯明顯負(fù)相關(guān)；組胺與氟存在明顯負(fù)相關(guān)關(guān)系；賴氨酸與蛋氨酸存在明顯負(fù)相關(guān)。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，南極磷蝦粉組分含量與蝦粉品質(zhì)之間并無(wú)必然聯(lián)系，特定組分含量高，不一定對(duì)蝦粉綜合品質(zhì)貢獻(xiàn)大，組分含量低，也不一定對(duì)蝦粉綜合品質(zhì)得分貢獻(xiàn)小。此外，盡管這些品質(zhì)指標(biāo)之間密切相關(guān)，但直接利用這些指標(biāo)進(jìn)行南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)會(huì)產(chǎn)生信息的重疊。因此，還需要對(duì)其進(jìn)行降維分析。

表2 南極磷蝦粉15項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)間相關(guān)性分析

注：*表示顯著相關(guān)。

Note: * indicates significant correlation.

2.2 南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)選

樣品品質(zhì)評(píng)價(jià)時(shí)，不能僅考慮單一特性或幾個(gè)特性的優(yōu)劣，而應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行全面、系統(tǒng)、科學(xué)的綜合評(píng)價(jià)。主成分分析的基本思想是利用降維的方法將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)（即主成分），且盡可能多地保留眾多指標(biāo)信息，確保評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)、客觀、準(zhǔn)確。南極磷蝦粉品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性很強(qiáng)，采用主成分分析法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)能夠消除過(guò)多的重疊信息，較準(zhǔn)確地反映南極磷蝦粉品質(zhì)的真實(shí)情況。

主成分分析具體是根據(jù)各主成分的特征值和貢獻(xiàn)率進(jìn)行主成分提取，針對(duì)各指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)采用標(biāo)準(zhǔn)化法轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，再采用主成分分析提取若干個(gè)特征值的主成分。為確定南極磷蝦粉的主要品質(zhì)指標(biāo)，分析了南極磷蝦粉15項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)主成分特征值、方差貢獻(xiàn)率（表3）。基于因子分析結(jié)果，提取6個(gè)主因子，方差貢獻(xiàn)率達(dá)92.263%，包含了15個(gè)南極磷蝦粉品質(zhì)指標(biāo)的大部分信息，為主因子。第1因子代表性指標(biāo)為蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、鹽分、磷脂、酸價(jià)和吡咯，方差貢獻(xiàn)率為34.414%，蛋白質(zhì)可定義為營(yíng)養(yǎng)因子Ⅰ，脂質(zhì)可定義為營(yíng)養(yǎng)因子Ⅱ，鹽分可定義為營(yíng)養(yǎng)因子Ⅲ，磷脂定義為功效因子Ⅰ，酸價(jià)可定義為安全因子Ⅰ，吡咯可定義為安全因子Ⅱ；第2因子代表性指標(biāo)為生育酚和氟，累積方差貢獻(xiàn)率為17.055%，生育酚可定義為功效因子Ⅱ，氟可定義為安全因子Ⅲ；第3因子代表性指標(biāo)為蛋氨酸，可定義為營(yíng)養(yǎng)因子Ⅳ，方差貢獻(xiàn)率為13.470%；第4因子代表性指標(biāo)為賴氨酸，可定義為營(yíng)養(yǎng)因子Ⅴ，方差貢獻(xiàn)率為11.357%；第5因子代表性指標(biāo)為TVB-N，可定義為安全因子Ⅳ，方差貢獻(xiàn)率為8.567%；第6因子代表性指標(biāo)為蝦青素，可定義為營(yíng)養(yǎng)因子Ⅴ，方差貢獻(xiàn)率為7.400 %。

表3 南極磷蝦粉15項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)因子分析

由于蛋氨酸和賴氨酸都是南極磷蝦粉營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，兩者存在明顯相關(guān)性，且賴氨酸權(quán)重較大（以絕對(duì)值論，下同），故選擇賴氨酸代表營(yíng)養(yǎng)因子Ⅳ。酸價(jià)、TVB-N和氟都是南極磷蝦粉安全品質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，因?yàn)樗醿r(jià)和鹽分的相關(guān)性顯著，氟的變異系數(shù)過(guò)大，故選擇TVB-N代表安全因子。因?yàn)榱字?、蝦青素、生育酚都是功能品質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，由于磷脂與脂質(zhì)相關(guān)性顯著，剩下兩者中生育酚的因子權(quán)重最大，故選擇生育酚代表功效因子?；谏鲜龇治?，確定蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、鹽分、賴氨酸、生育酚、TVB-N等6項(xiàng)指標(biāo)為南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、鹽分、賴氨酸為營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)，生育酚為功效指標(biāo)，TVB-N為安全指標(biāo)。

2.3 南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的建立

指標(biāo)分級(jí)是指標(biāo)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)?；?個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的概率分布將南極磷蝦粉每個(gè)品質(zhì)指標(biāo)均分為5個(gè)等級(jí)。采用Kolmogorov-Smrnov和Shaprio-Wilk檢驗(yàn)，以K-S統(tǒng)計(jì)量為準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)量>0.05則認(rèn)為分級(jí)呈正態(tài)分布[15]。本試驗(yàn)利用SPSS的頻次分布將樣本劃分為5級(jí)，分別為極高、高、中和低、極低。由表4可知，6項(xiàng)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)均呈正態(tài)分布。從樣品指標(biāo)分布看，蛋白質(zhì)含量以低中等為主，為44.8%；脂質(zhì)和鹽分含量以中等為主，分別為44.8%和50.4%；賴氨酸含量以高等為主，為33.6%；生育酚含量中等為主，為44.8%；TVB-N含量以中等為主，為33.6%。

表4 南極磷蝦粉6項(xiàng)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

注：統(tǒng)計(jì)量>0.05服從正態(tài)分布。

Note: Sig>0.05 shows data obey normal distribution.

2.4 南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的建立

根據(jù)南極磷蝦粉的6項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)貢獻(xiàn)及其重要程度，采用9標(biāo)度法構(gòu)造出南極磷蝦粉品質(zhì)指標(biāo)的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系[16]，較低層因素（蛋白質(zhì)（C1）、脂質(zhì)（C2）、鹽分（C3）、賴氨酸（C4）、生育酚（C5）、TVB-N（C6））相對(duì)于各自對(duì)應(yīng)的高層因素（營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)（B1）、功能品質(zhì)（B2）、安全品質(zhì)（B3））的判斷矩陣見(jiàn)表5。層次總排序和判斷矩陣的一致性比例分別為0.032 7、0.012 0，均<0.10，說(shuō)明構(gòu)造的判斷矩陣中各因素的相互關(guān)系比較一致，接受層次總排序結(jié)果；獲得的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、鹽分、賴氨酸、生育酚、TVB-N等6項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重分別為0.297、0.177、0.102、0.061、0.258、0.105。因此，試驗(yàn)樣品的蛋白質(zhì)和生育酚含量對(duì)南極磷蝦粉綜合品質(zhì)貢獻(xiàn)最大，其次是脂質(zhì)、鹽分和TVB-N，賴氨酸對(duì)南極磷蝦粉綜合品質(zhì)的影響相對(duì)較小。

表5 南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)判別矩陣

注：判別系數(shù) CR＜0.1，認(rèn)為比較判斷矩陣的一致性可以接受。

Note: Discriminating factor CR＜0.1, denotes the consistency of discriminant matrix accepted.

以層次分析確定的指標(biāo)權(quán)重乘以100，保留兩位小數(shù)，作為該品質(zhì)指標(biāo)的滿分值，6項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)滿分總和為100分。以該品質(zhì)指標(biāo)滿分值的20%為極差，確定各級(jí)的得分。正向指標(biāo)（蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、鹽分、賴氨酸、生育酚）以最高等級(jí)為滿分，其前各等級(jí)得分依次遞減，反向指標(biāo)（TVB-N）以最低等級(jí)為滿分，其后各等級(jí)得分依次遞減。各指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表6。

表6 南極磷蝦粉5項(xiàng)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

2.5 南極磷蝦粉品質(zhì)判別函數(shù)的建立

南極磷蝦粉品質(zhì)的綜合得分是將主要品質(zhì)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后，計(jì)算6個(gè)主成分的得分，以所選主成分對(duì)應(yīng)的特征值占6個(gè)特征值總和的比例為權(quán)重，計(jì)算南極磷蝦粉的綜合評(píng)價(jià)得分值（），各得分值與相應(yīng)特征值方差貢獻(xiàn)率的乘積累加得出南極磷蝦粉品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。

以南極磷蝦粉各品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重乘以各品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)得分經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值作為每個(gè)樣品的綜合得分，采用K-均值聚類分析將15個(gè)樣品依綜合得分劃分為5類（表7），其品質(zhì)依次為劣、差、中、良和優(yōu)。從5類樣品中各抽取2/3的樣品用于建立判別函數(shù)，余下1/3樣品用于檢驗(yàn)判別函數(shù)的判別準(zhǔn)確性，經(jīng)多類判別分析得到5個(gè)判別函數(shù)：

1=?2 058.884+25.8281+38.1032?191.4983+

424.5544+14.6055+2.1166（1）

2=?1 930.705+25.3541+36.8382?184.8303+

406.5294+14.1935+2.0496（2）

3=?2 220.928+27.4051+39.3602?197.5973+

433.5154+15.1965+2.1946（3）

4=?2 492.796+29.0911+41.5552?208.8733+

458.5944+16.2985+2.2946（4）

5=?2 819.511+30.7901+44.5262?223.0773+

489.1294+17.4505+2.4056（5）

式中1～6分別代表蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、鹽分、賴氨酸、生育酚、TVB-N等6項(xiàng)南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的得分。1～5為6個(gè)主要品質(zhì)指標(biāo)在表7中的得分帶入判別函數(shù)獲得的綜合分值，根據(jù)5類判別函數(shù)的分值對(duì)南極磷蝦粉進(jìn)行分類。

結(jié)果表明，本研究獲得的5個(gè)判別函數(shù)判別正確率較高，基本能夠滿足南極磷蝦粉綜合品質(zhì)判別的需要，可以用于南極磷蝦粉品質(zhì)的分類。在實(shí)際應(yīng)用中，只需將南極磷蝦粉的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、鹽分、賴氨酸、生育酚、TVB-N等6項(xiàng)指標(biāo)的得分分別代入上述5個(gè)函數(shù)，計(jì)算值并對(duì)其歸類，則其品質(zhì)就屬于第幾類。

以南極磷蝦粉各品質(zhì)指標(biāo)第1特征向量的得分（F1）為橫坐標(biāo)，以各品質(zhì)指標(biāo)第2特征向量的得分（F2）為縱坐標(biāo)，繪制產(chǎn)品品質(zhì)分布圖（圖1）。由圖1可知，除建模樣本中的1個(gè)樣品外，所建立的判別函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)南極磷蝦粉品質(zhì)的區(qū)分，區(qū)分效果明顯。

表7 K-均值聚類分析結(jié)果

圖1 樣品不同品質(zhì)兩判別函數(shù)散點(diǎn)圖

3 討 論

研究表明，由于捕撈海域、時(shí)間、生長(zhǎng)階段等因素導(dǎo)致了南極磷蝦原料生物學(xué)特性的多樣性和復(fù)雜性；此外，南極磷蝦加工、貯運(yùn)條件等也會(huì)對(duì)南極磷蝦粉品質(zhì)產(chǎn)生影響，最終表現(xiàn)為南極磷蝦粉品質(zhì)穩(wěn)定性和復(fù)雜性并存的特點(diǎn)[17]。此外，不同的指標(biāo)在反映南極磷蝦粉品質(zhì)特性方面的作用也是不同的。由于指標(biāo)指示作用的特異性，研究南極磷蝦粉評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)南極磷蝦粉品質(zhì)的分類貢獻(xiàn)度具有重要的意義。目前，南極磷蝦粉的評(píng)價(jià)多采取單指標(biāo)法（主要參考魚粉評(píng)價(jià)方法），這樣雖然可以簡(jiǎn)化分析計(jì)算過(guò)程和提高評(píng)判效率；但由于各個(gè)指標(biāo)對(duì)南極磷蝦粉品質(zhì)變化數(shù)量級(jí)、變化幅度及相關(guān)性方面差異較大，其所反映的信息存在一定程度的重疊和遺漏，可能造成所獲得信息的“不真實(shí)”。因此，采用單一指標(biāo)表征總體品質(zhì)存在較大的誤差。

3.1 關(guān)于南極磷蝦粉指標(biāo)分級(jí)問(wèn)題

指標(biāo)分級(jí)是品質(zhì)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。魚粉國(guó)標(biāo)GB/T 19164-2003對(duì)魚粉品質(zhì)指標(biāo)分為特級(jí)品、一級(jí)品、二級(jí)品和三級(jí)品并進(jìn)行了定性描述。其中魚粉國(guó)標(biāo)GB/T 19164-2003對(duì)魚粉的感官指標(biāo)（色澤、組織和氣味）做出了規(guī)定，但沒(méi)有定量的指標(biāo)；理化指標(biāo)、安全指標(biāo)和微生物指標(biāo)規(guī)定了定量指標(biāo)。由于物種來(lái)源的不同，加工方式的差異，這種分級(jí)方法是否適用于南極磷蝦粉的品質(zhì)評(píng)價(jià)還有待檢驗(yàn)。因此，本研究針對(duì)確定的15項(xiàng)南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了分級(jí)，建立了分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，不僅為南極磷蝦粉品質(zhì)的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)提供了參考依據(jù)，也為南極磷蝦粉標(biāo)準(zhǔn)的制訂提供了有效信息。

3.2 關(guān)于因子分析和層次分析問(wèn)題

因子分析能夠?qū)崿F(xiàn)將多個(gè)變量綜合為少數(shù)“因子”，但仍可再現(xiàn)原始變量與“因子”之間的相關(guān)關(guān)系，發(fā)揮數(shù)據(jù)降維的作用[14]。因子分析法和主成分分析法是解決指標(biāo)間信息重疊問(wèn)題的主要方法[15]。在南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)研究中，利用因子分析從15項(xiàng)指標(biāo)中篩選出蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、鹽分、賴氨酸、生育酚、TVB-N為南極磷蝦粉的適宜定量評(píng)價(jià)指標(biāo)。本研究利用因子分析，實(shí)現(xiàn)了15項(xiàng)南極磷蝦粉品質(zhì)指標(biāo)的科學(xué)分類（表2），優(yōu)選出6項(xiàng)指標(biāo)作為南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

層次分析法能夠?qū)崿F(xiàn)定性與定量分析方法相結(jié)合，屬于一種半定量方法[14]。本研究利用層次分析，確定了南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，量化了各指標(biāo)對(duì)南極磷蝦粉品質(zhì)的影響程度。通過(guò)因子分析確定了南極磷蝦粉主要的品質(zhì)指標(biāo)，利用層次分析和判別分析對(duì)其主要品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了分級(jí)，并建立了分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，不僅為南極磷蝦粉品質(zhì)的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)提供了科學(xué)依據(jù)，也為今后制定南極磷蝦粉綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)[18-22]。

3.3 關(guān)于判別函數(shù)判別準(zhǔn)確性問(wèn)題

判別分析能夠?qū)崿F(xiàn)在研究對(duì)象采用某種方法已分成若干類的情況下，確定新的數(shù)據(jù)屬于已知類別中的哪一類；主要是通過(guò)建立預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)報(bào)對(duì)象的分類。因此，判別函數(shù)可以用于南極磷蝦粉品質(zhì)等級(jí)的判別與分類，成為評(píng)價(jià)南極磷蝦粉品質(zhì)的重要技術(shù)手段[23-26]。

盡管蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等在南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)方面具有較高的代表性，在一定程度上為南極磷蝦粉分類提供參考，但僅采用單指標(biāo)評(píng)價(jià)南極磷蝦粉品質(zhì)，可能會(huì)因某項(xiàng)指標(biāo)的極端分布而帶來(lái)誤差，進(jìn)而影響南極磷蝦粉品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)。而采用判別函數(shù)并結(jié)合多個(gè)指標(biāo)分布情況建立判別模型，經(jīng)降維后，通過(guò)考慮多個(gè)指標(biāo)的大小和貢獻(xiàn)度，針對(duì)南極磷蝦粉的品質(zhì)進(jìn)行綜合分析，能夠獲得更為合理的分級(jí)分類結(jié)果[27-30]。

4 結(jié) 論

南極磷蝦粉品質(zhì)主要是由南極磷蝦原料特性和加工、貯運(yùn)技術(shù)決定；南極磷蝦粉有望為解決中國(guó)優(yōu)質(zhì)動(dòng)物性蛋白短缺的問(wèn)題發(fā)揮重要作用。目前，中國(guó)還沒(méi)有建立科學(xué)、系統(tǒng)的南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)方法及分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。本研究表明：1）利用南極磷蝦粉蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、鹽分、賴氨酸、生育酚、TVB-N 6個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，基本能夠反映南極磷蝦粉品質(zhì)的主要方面；2）建立的南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)能夠?yàn)槟蠘O磷蝦粉綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)提供參考依據(jù)；3）構(gòu)建的南極磷蝦粉綜合品質(zhì)判別函數(shù)具有較高的判別準(zhǔn)確性，可以用于南極磷蝦粉綜合品質(zhì)定性判別。下一步，南極磷蝦粉樣本的數(shù)量還應(yīng)該再擴(kuò)大，獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)將更具有代表性和全面性；南極磷蝦粉的品質(zhì)研究應(yīng)該集中于相同時(shí)間段、不同海域和相同海域、不同時(shí)間段的品質(zhì)2個(gè)層面，進(jìn)一步豐富和完善南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建，為南極磷蝦粉綜合品質(zhì)評(píng)價(jià)提供更加堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。

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Establishment of a quality evaluation system for Antarctic krill meal using multivariate statistics

Lu Bingyi1,2, Liu Baolin2, Liu Zhidong1※, Zhang Bianbian1, Lin Na1

(1.,200090,; 2.200093,)

Antarctic krill () meal has been widely recognized as the most important marine product of protein with highly nutritional values and huge resources. It is also mainly used in the field of aquacultural feed and oil extraction of an Antarctic krill. Therefore, the quality of Antarctic krill meal is crucial to its application. However, the quality evaluation on the Antarctic krill meal varies in different conditions, even conflicts in the related information expression. In this study, a feasible quality evaluation system was established to assess the Antarctic krill meal using the principal component analysis. 15 quality indicators of an Antarctic krill meal were classified, including the moisture, protein, lipid, ash, salt, phospholipid, astaxanthin, tocopherol, acid value, histamine, TVB-N, pyrrole, fluorine, lysine, and methionine. A SPSS 24.0 software was used to carry out the probability distribution, analytical hierarchy process, K-means cluster, and discriminant analysis. A factor analysis was performed to select the primary quality indicators from 15 quality indices of an Antarctic krill meal. The probability distribution and analytical hierarchy process were used to grade and determine the weights of the quality indicators. The K-means cluster and discriminant analysis were employed to establish the discriminant model of a quality evaluation for the Antarctic krill meal. The results demonstrated that the quality indicators of an Antarctic krill meal were dispersed with the coefficient of variation from 8.89% to 84.46%. Six quality indicators of an Antarctic krill meal (protein, lipid, salt, lysine, tocopherol, and TVB-N) were in the highly significant correlation with the quality of Antarctic krill meal, further to serve as the indicators of quality evaluation for the Antarctic krill meal. Five grades were divided in the six quality indicators, including the lower, low, medium, high, and higher level, indicating normal or near normal distributions. The principal component analysis showed that the cumulative variance contribution rate of six principal components were 92.263%. The importance of 6 principal components and the comprehensive evaluation model were selected to establish the quality grading standards and scoring system for the Antarctic krill meal. The results showed that a highly accurate quality evaluation was achieved in the various Antarctic krill meal, whether the modeling samples or experimental ones. Therefore, the scores from the prediction model can be utilized to fully distinguish the quality indicators, such as protein, lipid, salt, lysine, tocopherol, and TVB-N in the tested samples. Combining the grade and score of quality indicators, it was found that the quality of an Antarctic krill meal was a comprehensive effects of different components in the Antarctic krill meal. The prediction model can also be used to accurately distinguish and evaluate the difference in the quality of Antarctic krill meal. This finding can provide a basic information support to establish the evaluation system, further to realize the comprehensive detection in the quality of Antarctic krill meal. The facile evaluation can also be extended to the scientific quality evaluation of fish meal.

quality control; models; Antarctic krill meal; analysis; evaluation; system construction

陸冰怡，劉寶林，劉志東，等. 采用多元統(tǒng)計(jì)分析方法構(gòu)建南極磷蝦粉品質(zhì)評(píng)價(jià)體系[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，36(23)：301-308.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.035 http://www.tcsae.org

Lu Bingyi, Liu Baolin, Liu Zhidong, et al. Establishment of a quality evaluation system for Antarctic krill meal using multivariate statistics[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(23): 301-308. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.035 http://www.tcsae.org

2020-07-27

2020-11-19

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（2020XT1201，2016HY-ZD1003）

陸冰怡，主要從事海洋生物資源研究。Email：609204636@qq.com

劉志東，博士，副研究員，主要從事海洋生物資源利用研究。Email：zd-liu@hotmail.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.23.035

S986

A

1002-6819(2020)-23-0301-08