基于主成分分析法構(gòu)建五谷酸奶品質(zhì)評(píng)價(jià)模型

孫德偉　陳曉華

摘 要：本文全面檢測了五谷酸奶的感官評(píng)定、理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)，初步確定儲(chǔ)藏期間五谷酸奶中各指標(biāo)值的最佳范圍，并用SPSS軟件分析各指標(biāo)，建立評(píng)價(jià)五谷酸奶品質(zhì)模型。研究結(jié)果表明，五谷酸奶中各指標(biāo)最佳范圍為：酸度值86～96°T、pH值4.05～4.35、蛋白質(zhì)含量4.3～4.7 g/100 g、總糖含量6.0～6.4 g/100 g、乳清析出率5.5%～7.5%、脂肪含量4.7～5.2 g/100 g、黏度8 400～10 000 mPa·s、乳酸菌數(shù)對(duì)數(shù)值6.5～8.0。本實(shí)驗(yàn)將為酸奶品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)奠定理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：主成分分析法;五谷酸奶;品質(zhì)評(píng)價(jià);模型

Abstract：In this study， the grain yogurt comprehensive sensory evaluation， physical and chemical index and microorganism indexes were determined to analysis the optimal range of values of each index in the grain yogurt during storage. The software of SPSS was used to analyze each index and establish the evaluation model of grain quality of yogurt. The result shows that the best range of each index of grain in yogurt followed as acidity value， 86～96 °T， pH value， 4.05～4.35， protein content of 4.3～4.7 g/100 g， total sugar content， 6.4～6.0 g/100 g， whey precipitation rate of 5.5%～7.5%， fat content， 4.7～5.2 g/100 g， Lactic acid bacteria number 6.5～8.0， numerical viscosity 8 400～10 000 mPa·s. This experiment will lay a theoretical basis for the comprehensive evaluation of the quality of yogurt.

Key words：Principal component analysis; Grain yogurt; Quality evaluation; Model

中圖分類號(hào)：TS252.54

酸奶是發(fā)展最快的乳制品，每年以超過20%速度增長，高品質(zhì)、健康、品種多樣化是酸奶最主要的發(fā)展趨勢[1-3]。其中，五谷酸奶以玉米、黑豆和黑芝麻等谷物為原料，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵而成，可為人體提供豐富的膳食纖維、維生素以及多種營養(yǎng)[4-5]，且具有抗氧化、降血脂[6]、減肥、低熱量等特殊功效[7]。我國酸奶市場前景好、產(chǎn)銷量大，提高酸奶產(chǎn)品質(zhì)量、建立酸奶評(píng)價(jià)指標(biāo)和品質(zhì)評(píng)價(jià)體系成為了各乳企的研究熱點(diǎn)[8]。

五谷酸奶品質(zhì)是用于衡量五谷酸奶等級(jí)的重要規(guī)范或依據(jù)，有主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)兩種方法[9]。主觀評(píng)價(jià)即感官評(píng)價(jià)，主要是以消費(fèi)者喜好設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)，誤差較大?？陀^評(píng)價(jià)則是利用客觀手段與儀器，把感官所能感覺到的品質(zhì)性狀表達(dá)出來，通常情況下，客觀評(píng)價(jià)應(yīng)以主觀評(píng)價(jià)為參照或基準(zhǔn)，找到客觀評(píng)價(jià)與主觀評(píng)價(jià)的相關(guān)性。目前，發(fā)達(dá)國家多采用比較分析法和綜合評(píng)價(jià)法來建立乳制品加工品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[10]。消費(fèi)者希望購買高品質(zhì)、多花色的酸奶欲望愈加濃烈，食品企業(yè)希望提高產(chǎn)品品質(zhì)，因此建立一套科學(xué)的品質(zhì)評(píng)價(jià)體系迫在眉睫[11]。

本文在對(duì)五谷酸奶感官評(píng)定、理化指標(biāo)及微生物指標(biāo)測定基礎(chǔ)上，通過SPSS分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，獲得了五谷酸奶品質(zhì)最佳標(biāo)準(zhǔn)范圍，初步構(gòu)建品質(zhì)評(píng)價(jià)模型和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

1 材料與方法

1.1 材料及試劑

玉米、黑豆、黑芝麻，衡陽本地;雀巢全脂奶粉、白砂糖，市售。菌種：保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌（丹尼斯克）;氫氧化鈉、酚酞、G-250考馬斯亮藍(lán)、氯化鈉、濃磷酸、牛血清清蛋白（BSA）、95%乙醇、硫酸銅、次甲基藍(lán)、酒石酸鉀鈉、乙酸鋅、冰乙酸、亞鐵氰化鉀、鹽酸、葡萄糖。

1.2 儀器與設(shè)備

SW-CJ-1D型單人凈化工作臺(tái)（蘇州凈化設(shè)備有限公司）、SPX-250B-G型光照培養(yǎng)箱（上海博訊實(shí)業(yè)有限公司）、HH-S6型數(shù)顯恒溫水浴鍋（金壇市安普實(shí)驗(yàn)儀器廠江）、722SP13100型可見分光光度計(jì)（上海棱光技術(shù)有限公司）、奧浦UB100系列顯微鏡（重慶奧浦光電技術(shù)有限公司）、DHG-9240型電熱鼓風(fēng)干燥箱（金壇市普安實(shí)驗(yàn)儀器廠）、BXM-30R型立式壓力蒸汽滅菌器（上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)用設(shè)備廠）等。

1.3 五谷酸奶的制作及實(shí)驗(yàn)方法

在前期研究的基礎(chǔ)上，得到五谷酸奶最佳配方：黑芝麻汁添加量10%，黑豆汁添加量13.3%，玉米汁添加量13.3%，奶粉7.9%，接種量3%，發(fā)酵時(shí)間7 h，溫度42 ℃，白砂糖用量5%;五谷酸奶發(fā)酵完成后置于5 ℃環(huán)境冷藏。

1.4 五谷酸奶品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)測定方法

1.4.1 五谷酸奶的感官評(píng)價(jià)

參照GB 19302-2010中凝固型酸乳感官檢驗(yàn)方法，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見表1。感官鑒評(píng)小組由7名女性、3名男性共10名學(xué)生自愿者組成，年齡在19～23歲，10名志愿者經(jīng)常飲用發(fā)酵乳且均接受了食品感官鑒評(píng)課程培訓(xùn)。

1.4.2 理化指標(biāo)測定

（1）酸奶黏度的測定。選用Brookfield DV-1 VISCOMETER黏度儀。轉(zhuǎn)速調(diào)至60 r·min-1（黏度范圍為0～2 000 Pa·s），儀器開機(jī)平衡約15 min后，在室溫（25 ℃）測定參數(shù)值。

（2）酸度的測定。參照GB/T S009.46-2010中的酸度滴定法測定酸度。

（3）脂肪的測定。參照GB/T5009.6-2003中索氏抽提法測定脂肪含量。

（4）蛋白質(zhì)的測定。采用考馬斯亮藍(lán)法測定蛋白質(zhì)含量。

（5）總糖的測定。采用蒽酮比色法測定總糖含量。

（6）pH值的測定。pH值采用pH計(jì)測定。

（7）乳清析出率。參照柳艷霞等[12]的方法。取一個(gè)燒杯，在燒杯上放上濾紙，稱取10 g酸奶，放置在空氣中100 min，再次稱量，得出乳清的量，用公式

（1）計(jì)算乳清析出量。

（1）

1.4.3 微生物指標(biāo)

參照GB/T 4789.35-2010規(guī)定的乳酸菌平板計(jì)數(shù)法測定五谷酸奶中的乳酸菌總數(shù)。

1.5 五谷酸奶品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)分析方法

本文酸奶的黏度、酸度、脂肪含量、蛋白質(zhì)含量、總糖含量、pH值、乳清析出率、乳酸菌總數(shù)等指標(biāo)測定均重復(fù)3次。采用SPSS軟件對(duì)感官評(píng)定結(jié)果和理化檢測數(shù)值進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 五谷酸奶品質(zhì)評(píng)價(jià)感官指標(biāo)

感官指標(biāo)是五谷酸奶最重要的指標(biāo)，感官評(píng)定值隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化如圖1所示。

由圖1可知，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間延長，感官評(píng)定值先上升后迅速下降，然后緩慢下降，其中第2 d感官評(píng)分達(dá)到最大值92分，說明此時(shí)酸奶品質(zhì)最佳。儲(chǔ)藏6 d

后，感官評(píng)價(jià)分值逐漸下降至63分，品質(zhì)基本合格。儲(chǔ)藏初期，五谷酸奶中乳酸菌代謝活躍，五谷酸奶低溫冷藏后熟，形成五谷酸奶特有風(fēng)味物質(zhì)，故第2 d感官評(píng)定分值升高，但隨著時(shí)間延長，酸度增加，凝乳狀態(tài)變差，風(fēng)味物質(zhì)揮發(fā)，且會(huì)產(chǎn)生不良滋味，而使感官評(píng)定值快速下降。因此，當(dāng)儲(chǔ)存到第2 d時(shí)得分

75～92分，五谷酸奶可接受性強(qiáng)，品質(zhì)最佳。

2.2 五谷酸奶品質(zhì)評(píng)價(jià)理化指標(biāo)

2.2.1 五谷酸奶pH值和酸度隨時(shí)間的變化關(guān)系

pH值反映的是溶液中呈離子狀態(tài)H+的數(shù)量，而酸度是在中和過程中與強(qiáng)堿反應(yīng)的H+的數(shù)量，二者有一定的相關(guān)性[13]。五谷酸奶pH值和酸度隨儲(chǔ)藏時(shí)間變化如圖2所示。

從圖2可知，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長，酸度持續(xù)上升，pH值相應(yīng)下降，儲(chǔ)藏3～6 d時(shí)，酸度值在86～96°T，pH值在4.35～4.05，此時(shí)儲(chǔ)藏效果最佳。

2.2.2 五谷酸奶黏度和乳清析出率隨時(shí)間的變化關(guān)系

五谷酸奶黏度和乳清析出隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化如圖3所示。由圖3可知，冷藏第1 d，五谷酸奶的黏度值達(dá)10 457.9 mPa·s，而乳清析出率僅5.87%。酸奶發(fā)酵過程中，牛乳將從酪蛋白粒子中的水游離出來，保持在由酪蛋白凝聚形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成許多大凝乳微粒，五谷酸奶具有較高黏度和蓄水能力[14]。冷藏第5～6 d時(shí)，蛋白質(zhì)膠體結(jié)構(gòu)被破壞，凝膠粒子束縛水能力下降，使酸奶中黏度顯著增加，具體見圖3所示。

因此，五谷酸奶黏度在10 000～8 400 mPa·s和乳清析出率在5.5%～7.5%時(shí)，酸奶保持其特有的質(zhì)地及口感，且酸奶黏度和乳清析出之間存在一定的相關(guān)性。

2.2.3 五谷酸奶總糖、脂肪及蛋白質(zhì)含量隨時(shí)間的變化關(guān)系

五谷酸奶總糖、脂肪和蛋白質(zhì)含量隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化如圖4所示。由圖4可知，隨儲(chǔ)藏時(shí)間延長，五谷酸奶中總糖、脂肪及蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)出下降趨勢，但含量變化不大?？偺羌爸竞恳恢背尸F(xiàn)緩慢下降趨勢，脂肪含量在4 d后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，使脂肪含量呈現(xiàn)出更緩慢下降趨勢，當(dāng)達(dá)到第7～8 d時(shí)，基本無變化，具體見如圖4所示。

五谷酸奶低溫儲(chǔ)藏，抑制了乳酸菌生長，但由于營養(yǎng)物質(zhì)豐富，仍有少量營養(yǎng)素被分解[15]。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)含量為4.3～4.7 g/100 g，脂肪含量為5.2～4.7 g/100 g，總糖含量為6.4～6.0 g/100 g時(shí)，五谷酸奶中的營養(yǎng)物質(zhì)最豐富。

2.3 五谷酸奶品質(zhì)評(píng)價(jià)微生物指標(biāo)

五谷酸奶乳酸菌數(shù)對(duì)數(shù)值隨儲(chǔ)藏時(shí)間的變化如圖5所示。

由圖5可知，隨儲(chǔ)藏時(shí)間延長，乳酸菌數(shù)含量呈現(xiàn)逐漸上升趨勢，第5 d時(shí)乳酸菌數(shù)對(duì)數(shù)值達(dá)8.28，后呈現(xiàn)快速下降趨勢。雖然在低溫條件下儲(chǔ)藏，乳酸菌被抑制，但由于酸奶在儲(chǔ)藏初期營養(yǎng)物質(zhì)充足，乳酸菌增長較快，到儲(chǔ)藏中期乳酸菌總數(shù)達(dá)到最大值。儲(chǔ)藏后期，由于酸奶中酸度較高，營養(yǎng)物質(zhì)匱乏，導(dǎo)致部分乳酸菌死亡，乳酸菌總數(shù)急劇減少[16]。當(dāng)乳酸菌數(shù)對(duì)數(shù)值在6.5～8.0時(shí)，表明該酸奶乳酸菌數(shù)較多，利用價(jià)值更高。

2.4 五谷酸奶品質(zhì)評(píng)價(jià)模型建立

由于感官評(píng)價(jià)值和理化指標(biāo)值都會(huì)對(duì)五谷酸奶品質(zhì)產(chǎn)生影響，利用SPSS軟件的主成分分析法，分析pH值（1）、酸度（2）、乳清析出（3）、黏度（4）、乳酸菌對(duì)數(shù)值（51）、蛋白質(zhì)含量（6）、脂肪含量（7）、總糖度（8）和感官評(píng)分值（9）對(duì)五谷酸奶品質(zhì)貢獻(xiàn)率（具體見表2），建立五谷酸奶品質(zhì)評(píng)價(jià)模型Y=ΣXn。

從表2看出，由于只有前1個(gè)特征值大于1，且累積貢獻(xiàn)率達(dá)到88.20%，第1個(gè)主成分分量可代表全部指標(biāo)信息，由此得出9個(gè)綜合因子初始因子載荷矩陣，如表3所示。

根據(jù)表2和表3，得到評(píng)價(jià)五谷酸奶評(píng)價(jià)的主成分的表達(dá)式：

Y=0.354X1-0.351X2-0.349X3+0.341X4-0.168X5+0.352X6

+0.353X7+0.352X8+0.336X9

3 結(jié)論與討論

本文以評(píng)價(jià)儲(chǔ)存10 d五谷酸奶的基礎(chǔ)理化指標(biāo)和感官品質(zhì)，其中感官品質(zhì)指標(biāo)有風(fēng)味、氣味、質(zhì)地和色澤等評(píng)價(jià)指標(biāo)，綜合評(píng)分值隨時(shí)間的延長而呈現(xiàn)下降趨勢，綜合評(píng)分范圍取值在75～92分時(shí)，口味極佳;將風(fēng)味最佳的五谷酸奶儲(chǔ)藏時(shí)間的理化指標(biāo)和微生物指標(biāo)范圍值取確定如下：在儲(chǔ)藏時(shí)間2 d，酸度值86～96 °T、pH值4.05～4.35、黏度8 400～10 000 mPa·s、乳清析出率5.5%～7.5%、蛋白質(zhì)含量4.3～4.7 g/100 g，乳酸菌數(shù)對(duì)數(shù)值6.5～8.0脂肪含量4.7～5.2 g/100 g，總糖含量6.0～6.4 g/100 g，可將其作為五谷酸奶品質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定建議。

本文充分考慮影響五谷酸奶品質(zhì)的pH值、酸度、乳清析出率、黏度、乳酸菌對(duì)數(shù)值、蛋白質(zhì)含量、脂肪含量、總糖度、感官評(píng)分值等指標(biāo)，建立了品質(zhì)評(píng)價(jià)模型，為五谷酸奶品質(zhì)評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。五谷酸奶品質(zhì)Y=0.354×pH值-0.351×酸度-0.349×乳清析出率+0.341×黏度-0.168×乳酸菌對(duì)數(shù)值×+0.352×蛋白質(zhì)含量+0.353×脂肪含量+0.352×總糖含量+0.369×感官評(píng)定值，此模型可以客觀的量化評(píng)估五谷酸奶的品質(zhì)。

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