基于相關性與主成分分析法綜合評價不同品種甘薯脆片加工適宜性

王輝 牟琴 聶廷

摘要：為獲得口感、質(zhì)地良好的甘薯脆片，從全國眾多資源中選取常見白薯、紅薯、紫薯共12個甘薯品種，測定影響甘薯脆片的主要營養(yǎng)成分含量以及不同品種甘薯經(jīng)過熱泵干燥并油炸后甘薯脆片的質(zhì)構(gòu)、色差值、含油率等，然后對各指標進行相關性分析和主成分分析。結(jié)果顯示：不同品種間淀粉、總糖、還原糖含量及含水率差異顯著，甘薯脆片硬度與含水率、還原糖含量及含油率呈極顯著負相關，L*值與含水率、含油率以及還原糖含量呈負相關。通過主成分分析法提取出3個主成分可以解釋甘薯脆片品質(zhì)的 81.751%，可較好反映甘薯脆片品質(zhì)的絕大部分信息，含水率、還原糖含量及硬度等是影響甘薯脆片品質(zhì)的主要因子，用這3個主成分代替原來的13個品質(zhì)因子對甘薯脆片進行綜合評判，篩選出品種間適宜加工甘薯脆片的紅薯為紅薯407，其次是紅薯ZYKS;紫薯為紫薯F404，其次是紫薯 13-27-2;白薯為商19。

關鍵詞：品種;甘薯脆片;相關性分析;主成分分析;加工適宜性

中圖分類號：TS215;S531.09?? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2020）06-0173-07

我國是世界甘薯（Dioscorea esculenta） 第一生產(chǎn)大國，是我國繼水稻、小麥、玉米之后的第四大糧食作物，世界衛(wèi)生組織（WHO）、美國公共利益科學中心（CSPI）等對數(shù)十種常見蔬菜的研究結(jié)果表明，甘薯含有豐富的食用纖維、糖、維生素和礦物質(zhì)等人體必需的重要營養(yǎng)成分[1-4]，被譽為世界第七大重要作物，在發(fā)展中國家被譽為第5位熱量的主要來源物質(zhì)和第3位最具有價值的產(chǎn)品[5]。

近年來，貴州甘薯企業(yè)數(shù)量逐年增加，對甘薯品種的需求愈發(fā)凸顯，甘薯種植主要分布在貴州遵義、銅仁、黔東南等地區(qū)。甘薯脆片作為休閑食品的一種，也屬于貴州民間的一道特色佳肴，擁有巨大的市場潛力與廣闊的發(fā)展空間[6]。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，特別是中國第一特區(qū)萬山特區(qū)老百姓有著幾百年吃甘薯脆片的傳統(tǒng)，以萬山特產(chǎn)劉姐薯片為首帶動當?shù)馗适硪?guī)?；N植、加工，年產(chǎn)值可達2 000萬元，由于品種以及肉色甘薯品質(zhì)不同，加工成甘薯的脆片顏色、質(zhì)地也有所不同[7]。張宛平發(fā)現(xiàn)，淀粉分子在油炸工程中糊化形成脆片的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)骨架，水分得以蒸發(fā)、遷移，油炸后的山藥脆片膨化度高[8]。王沛等分析發(fā)現(xiàn)，不同原料蘋果脆片的含水率與還原糖含量呈極顯著正相關，脆度和粗纖維含量呈顯著負相關，含水率低的脆片中粗纖維含量較高，其脆度較差[9]。呂健等通過建立桃脆片綜合品質(zhì)評價判別函數(shù)模型，得出桃脆片綜合品質(zhì)可用還原糖含量、復水比、L*值、粗蛋白含量和膨化度等5項核心指標進行評價[10]。李臣等通過主成分分析了甘薯香味在甘薯品種間存在顯著性差異，淀粉、氨基酸和粗脂肪含量變化量對甘薯香味貢獻最大[11]。

本試驗研究白薯、紅薯以及紫薯共12個不同品種甘薯的營養(yǎng)成分含量的差異，測定不同品種甘薯制成甘薯脆片的質(zhì)構(gòu)、色差值以及含油率，并進行感官評析。然后對各指標進行相關性分析和主成分分析，篩選出適宜制作甘薯脆片的品種，從而為貴州當?shù)靥厣适泶嗥I(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料 選用甘薯品種、來源及產(chǎn)地見表1 。

1.1.2 試劑 香滿園烹調(diào)油（餐飲專用棕櫚油），嘉里糧油（防城港）有限公司;石油醚（分析純），國藥集團化學試劑有限公司。乙醇、亞硝酸鈉、氫氧化鈉、3，5-二硝基水楊酸、無水亞硫酸鈉、鹽酸、酚酞均為分析純;所用水為超純水。

1.2 儀器與設備

NH310便攜式計算機色差儀，深圳市三恩時科技有限公司;TMS-PRO食品物性分析儀，美國FTC（Food Technology Corporation）公司;SOX500粗脂肪測定儀，濟南海能儀器股份有限公司;CP213電子天平、MB23含水率測定儀，奧豪斯儀器（常州）有限公司;STML7001型熱泵干燥烘房，上海濕騰電器有限公司。HHS型電熱恒溫水浴鍋，上海博迅實業(yè)有限公司;CP213型分析天平，奧豪斯（上海）儀器有限公司;UV-2102C型紫外可見分光光度計，尤尼科（上海）儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 甘薯干片干燥工藝流程 新鮮甘薯→清洗→去皮→切片→汽漂→烘干→成品。

通過預試驗最佳工藝選取無害、無芽、眼淺的新鮮甘薯，用流動自來水清洗后去皮、切成3 mm厚度片狀，放入專用蒸鍋中汽漂4 min后轉(zhuǎn)移到烘房專用托盤中，將熱泵干燥器溫度設置到 70 ℃，放入待干燥甘薯片，干燥3 h取出待其冷卻后，裝入自封袋中。

將甘薯干片進行油炸，得到甘薯脆片，測定其含油率、破碎力、硬度、彈性、膠黏性、咀嚼性，3次平行，取平均值，a*值、b*值、L*值正反面各3次平行，取平均值。

1.3.2 甘薯含水率測定 采用常壓干燥法，參考國標GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》[12]。

1.3.3 甘薯總糖和還原糖含量測定[13] 精確稱取一定量的甘薯置于105 ℃的烘箱中干燥至恒質(zhì)量，并確保葡萄糖為100.0 mg，用蒸餾水溶解并定容至100 mL，搖勻，制備成1.0 mg/mL葡萄糖標準溶液，分別取 0、0.2、0.4、0.6、0.8、10 mL上述葡萄糖標準溶液依次加入25 mL容量瓶中，補足蒸餾水至 1 mL，加入3.0 mL 3，5-二硝基水楊酸（DNS）溶液，混勻，于沸水浴中加熱5 min，取出后立即冷卻，用蒸餾水定容至刻度，搖勻。以空白溶液作為對照，用1 cm比色皿在489 nm處測定吸光度值。以葡萄糖溶液濃度為橫坐標x、吸光度值為縱坐標制作標準曲線y，為y=0.033 1x-0019 3，r2= 0999 3。

由表6可知，前3個主成分的初始特征值均大于1，其中主成分1的方差貢獻率為56.343%，主成分2的方差貢獻率為16.093%，主成分3的方差貢獻率為9.315%，累積方差貢獻率為81.751%，解釋了絕大部分信息。因此提取前3個主成分代替原13個指標評價甘薯脆片品質(zhì)，達到降維的目的。根據(jù)綜合評價的需要，故采用前3個主成分來代替原來的13個指標變量。

2.5 不同品種甘薯脆片品質(zhì)綜合評判

為了消除不同單位和數(shù)據(jù)的影響，須對各指標原始數(shù)據(jù)進行標準化處理， 轉(zhuǎn)化成均值為0、標準差在主成分分析的基礎上，根據(jù)綜合得分模型計算不同品種甘薯脆片的綜合得分，結(jié)果如表8所示，綜合得分越高，說明該品種的甘薯脆片綜合品質(zhì)越好。由表8可知，在主成分1的y1中，紅薯407的得分最高，為2.57分，其次是紅薯ZYKS，為2.09分，再次是紫薯F404，為1.02分;由表7知，主成分2中含水率、還原糖含量以及含油率的影響最顯著，說明紅薯407、紫云紅心薯、紫薯含水率、還原糖含量以及含油率在12個甘薯品種中表現(xiàn)較優(yōu)。其次是主成分2中b*值、L*值以及主成分3中a*值的載荷值較大，說明紅薯407、紅薯ZYKS、紫薯F404色澤較其他品種顏色更佳，而甘薯脆片顏色是一個影響甘薯脆片出產(chǎn)率的重要因素。經(jīng)綜合分析可知，紅薯中紅薯407在綜合排名中排名第一，最適宜制作為甘薯脆片，其次是紅薯ZYKS;紫薯中紫薯F404綜合排名最高，適宜制作為甘薯脆片，其次是紫薯13-27-2;白薯中商19綜合得分最高，適宜制作為甘薯脆片。

3 討論與結(jié)論

不同品種及肉色的甘薯的主要營養(yǎng)成分含量及化學組成不同，加工制成的甘薯脆片也存在一定差異，表現(xiàn)在產(chǎn)品的色澤、風味、外觀以及口感等多方面，通過試驗得出，不同品種及肉色甘薯之間的淀粉、總糖、還原糖含量及含水率差異顯著，將不同品種甘薯制成甘薯脆片產(chǎn)品后質(zhì)構(gòu)分析、色差及含油率也呈現(xiàn)一定的差異性。通過相關性分析得出，甘薯脆片硬度與含水率、還原糖含量及含油率呈極顯著負相關（P<0.01），L*值與含水率、含油率以及還原糖含量呈負相關，含水率與總糖含量和還原糖含量呈極顯著正相關，與淀粉含量呈極顯著負相關。再通過主成分分析法提取出3個主成分，可以解釋甘薯脆片品質(zhì)的 81.751%，它們的貢獻率分別為56.343%、16.093%和 9.315%。在此分析結(jié)果基礎上建立主成分綜合得分模型，對不同品種的甘薯脆片品質(zhì)進行綜合評分，篩選出適宜加工甘薯脆片的品種，紅薯中紅薯407在綜合排名中排名第一，最適宜制作為甘薯脆片，其次是紅薯ZYKS;紫薯中紫薯F404綜合排名最高，適宜制作為甘薯脆片，其次是紫薯13-27-2;白薯中商19綜合得分最高，適宜制作為甘薯脆片。由于甘薯原料的品質(zhì)不僅受品種的影響，還與生長地區(qū)的地質(zhì)條件、生長季節(jié)等因素有很大關系，加之感官評價的主觀性，故分析結(jié)果也會存在差異。在今后的研究中，應擴大采樣范圍，加強研究的深入性，使研究結(jié)果更具有實用價值，從而為甘薯脆片加工企業(yè)提供有效的依據(jù)。

參考文獻：

[1]馬代夫，李 強，曹清河，等. 中國甘薯產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展與展望[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報，2012，28（5）：969-973.

[2]杜海敏. 解讀WHO推薦的最佳食品榜[J]. 家庭醫(yī)生（新健康），2007（11）：42-43.

[3]楊立明，陳賜生. 淺談甘薯綜合開發(fā)利用[J]. 國外農(nóng)學（雜糧作物），1995（2）：44-45.

[4]劉慶昌. 甘薯在我國糧食和能源安全中的重要作用[J]. 科技導報，2004（9）：21-22.

[5]Mohan C. Advances in horticultur biotechnology：molecular markers and marker assisted selection-vegetables，ornamentals and tuber crops[M]. India：Westville Publishing House，2011：187-230.

[6]梁曹雯. 甘薯食品加工利用[J]. 食品安全導刊，2016（26）：79-81.

[7]黃 英，張 波，武曉娟，等. 基于主成分分析的綠豆沙加工用品種篩選[J]. 食品科學，2012，33（13）：104-107.

[8]張宛平. 油炸山藥豆脆片工藝研究及貨架期預測[D]. 武漢：武漢輕工大學，2014.

[9]王 沛，畢金峰，白沙沙，等. 不同原料品種的蘋果脆片品質(zhì)評價及其相關性分析[J]. 食品與機械，2012，28（2）：9-14，26.

[10]呂 健，劉 璇，畢金峰，等. 桃變溫壓差膨化脆片品質(zhì)評價研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學，2016，49（4）：802-812.

[11]李 臣，王永徐，邱天越，等. 不同品種甘薯香味組分差異性分析[J]. 中國糧油學報，2019，34（2）：45-52.

[12]食品安全國家標準食品中含水率的測定：GB 5009.3—2016[S]. 北京：中國標準出版社，2016：1-2.

[13]程 柳，李 靜. 3，5-二硝基水楊酸法測定山楂片中還原糖和總糖含量[J]. 輕工科技，2016，208（3）：25-28.

[14]曹建康，姜微波，趙玉梅. 果蔬采后生理生化實驗指導[M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社，2007.

[15]食品中脂肪的測定：GB 5009.6—2016[S]. 北京：中國標準出版社，2016：1-2.

[16]趙大偉，徐寧生，李國芳，等. 不同肉色甘薯產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀相關性分析[J]. 西南農(nóng)業(yè)學報，2018，31（7）：1360-1365.

[17]余善鳴，馬興勝，龐文強，等. 馬鈴薯在冷藏中還原糖的變化對油炸馬鈴薯片色澤影響的研究[J]. 冷藏技術(shù)，1994（1）：13-18.

[18]Laurie S M，Calitz F J，Adebola P O，et al. Characterization and evaluation of South African sweet potato[Ipomoea batatas （L.） Lam]land races[J]. South African Journal of Botany，2013（85）：10-16.

[19]唐忠厚，魏 猛，陳曉光，等. 不同肉色甘薯塊根主要營養(yǎng)品質(zhì)特征與綜合評價[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學，2014，47（9）：1705-1714.

[20]蘇 旺. 白薯、紅薯、紫薯營養(yǎng)有什么區(qū)別[J]. 農(nóng)村新技術(shù)，2018（3）：56.

[21]吳列洪，沈升法，李 兵. 甘薯品種干率與油炸薯片含油量和硬度間的相關性[J]. 中國糧油學報，2009，24（11）：47-49.

[22]Hagenimana V，Karuri E G，Oyunga M A. Oil content in fried processed sweetpotato products[J]. Journal of Food Processing and Preservation，1998，22（2）：15.

[23]劉文秀，杜潤鴻，彭鑒君，等. 影響油炸薯片質(zhì)量的主要因素及其分析[J]. 糧油加工與食品機械，2001（5）：22-23.

[24]Ha S K，Wilkins C L，Abidi S L. Analysis of antimycin A by reversed-phase liquid chromatography/nuclear magnetic resonance spectrometry[J]. Analytical Chemistry，1989，61（5）：404-408.孫 恬，劉鳳松，馮 沖，等. 不同干燥方法對巴戟天寡糖化學成分的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2020，48（6）：180-183.