基于主成分分析法的甘薯熟化品質(zhì)評(píng)價(jià)

林燕，霍艷榮，呂尊富，陳正偉，馮永才，陸國(guó)權(quán)*

（1.浙江農(nóng)林大學(xué)農(nóng)業(yè)與食品科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 311300；2.諸暨綠康生物科技有限公司，浙江 紹興 311800）

甘薯[Ipomoea batatas（L.）Lam]是旋花科草本塊根植物，是重要的糧食、飼料作物，同時(shí)也是工業(yè)原料及能源材料[1]。近年來(lái)，世界各地的甘薯的消費(fèi)量不斷增加[2]。甘薯含糖量高，熟化后有較好的感官品質(zhì)，且含有多種具有營(yíng)養(yǎng)和保健功能的生物活性化合物[3-4]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)甘薯總量中約有15%經(jīng)過(guò)熟化后直接食用，約有50%經(jīng)過(guò)熟化進(jìn)行后續(xù)加工[5]，且隨著加工用薯比例的增加，對(duì)甘薯加工專用品種的需求日益增長(zhǎng)[6-7]。國(guó)內(nèi)外有不少關(guān)于甘薯熟化后品質(zhì)變化的研究，Ellong等[8]研究了甘薯蒸煮后的顏色變化，發(fā)現(xiàn)蒸煮導(dǎo)致花青素稀釋。Nwosisi等[9]研究了烘烤、高壓蒸煮和常規(guī)蒸煮對(duì)甘薯質(zhì)構(gòu)的影響。Adepoju等[10]研究了去皮蒸煮和常規(guī)蒸煮對(duì)甘薯水分、灰分、纖維、蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、維生素A和維生素C的影響，結(jié)果表明未剝皮的甘薯能更好地保留營(yíng)養(yǎng)成分。楊燁等[11]研究了7種熟化方法對(duì)迷你甘薯品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性的影響，建立了感官評(píng)價(jià)與儀器分析之間的相關(guān)性模型，孔霜霜等[12]研究蒸、煮、烤、微波4種不同熟化方法對(duì)紫薯的色澤、營(yíng)養(yǎng)成分和抗氧化能力的影響。趙楠等[13]探討了蒸煮、氣體射流沖擊和微波對(duì)甘薯熟化過(guò)程的影響，主要內(nèi)容包括甘薯邊緣與中心溫度的變化、熟化前后甘薯的質(zhì)量變化及熟化成本，比較了3種熟化方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

心香甘薯是浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物與核技術(shù)科學(xué)所、勿忘農(nóng)集團(tuán)有限公司選育的甘薯品種，其具有產(chǎn)量高、早熟、食用品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，受到市場(chǎng)認(rèn)可和消費(fèi)者追捧，市場(chǎng)需求潛力巨大。因此，本文研究了6種不同熟化方式對(duì)心香甘薯的色澤、感官評(píng)價(jià)、質(zhì)構(gòu)特性及糖化指標(biāo)的影響，并對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，探究6種熟化方式對(duì)其品質(zhì)的影響及各熟化方式加工后甘薯品質(zhì)評(píng)價(jià)綜合得分的順序，為消費(fèi)者提供適合自身需要的熟化方式，亦為甘薯不同產(chǎn)品的深加工選擇合適的熟化方式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

心香甘薯：浙江農(nóng)林大學(xué)薯類研究所；乙醇、葡萄糖、氫氧化鈉、可溶性淀粉、酒石酸、一水合檸檬酸、二水合檸檬酸三鈉、無(wú)水亞硫酸鈉（均為分析純）、麥芽糖（生物試劑）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；鹽酸（優(yōu)級(jí)純）：永華化學(xué)股份有限公司；水楊酸：上海化學(xué)試劑采購(gòu)供應(yīng)五聯(lián)化工廠。

1.2 儀器與設(shè)備

ZM-100反壓高溫蒸煮鍋：廣州標(biāo)際包裝設(shè)備有限公司；SAM-503烤箱：無(wú)錫市雙麥機(jī)械有限公司；KD23B-DA微波爐：廣州美的微波爐制造有限公司；DHG型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；HP-2132便攜式色差儀：上海漢譜光電科技有限公司；TMS-PRO物性測(cè)試儀：美國(guó)FTC公司；YB700B多功能粉碎機(jī)：永康市速鋒工貿(mào)有限公司；T6新世紀(jì)紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：北京普析通用儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品預(yù)處理

新鮮心香甘薯，紡錘形，無(wú)病蟲(chóng)害，質(zhì)量在150 g～250 g之間。清洗后混勻并分成7等份，每份6個(gè)薯塊，將其中1份作為對(duì)照，其余6份按照不同的熟化方式進(jìn)行加工。為避免干擾，所有熟化加工試驗(yàn)均采用可以控制時(shí)間裝置的微電腦電磁爐、微波爐及烤箱。

1）常規(guī)煮制：將甘薯直接放入冷水中加熱煮熟，水剛好沒(méi)過(guò)薯塊，常壓煮制45 min。

2）常規(guī)蒸制：將甘薯在不直接接觸水的前提下在鍋中蒸制45 min。

3）帶皮烘烤：將甘薯直接放入烤箱中烘烤加熱，上下火控溫200℃烤55 min。

4）去皮烘烤：將甘薯去皮后，放入烤箱中烘烤加熱，上下火控溫200℃烤55 min。

5）反壓蒸煮：將帶耐高溫聚乙烯真空包裝袋的甘薯放入裝有適量水的殺菌鍋中，水剛好沒(méi)過(guò)甘薯，壓力0.1 MPa，溫度121℃，蒸煮25 min。

6）微波：將甘薯直接放入微波爐中，800 W加熱7 min，中途進(jìn)行一次翻面。

7）對(duì)照：新鮮生薯。

將各組熟化后的甘薯及鮮薯用切片機(jī)切成0.5 cm厚薄片，取50 g置于-80℃冰箱，待用，測(cè)定β-淀粉酶含量。取150 g迅速轉(zhuǎn)移至烘箱中，在50℃下干燥至恒重，再用多功能粉碎機(jī)磨碎，過(guò)100目篩，裝入自封袋，置于常溫下保存，待用，測(cè)定淀粉和還原糖含量。

1.3.2 甘薯得率

每份甘薯熟化前進(jìn)行稱重，記為M；熟化完成冷卻后，稱量，記為m。得率計(jì)算公式如下。

熟化甘薯得率/%=n/M×100

1.3.3 色澤測(cè)定

采用色差儀測(cè)定甘薯色澤，以儀器白板亮度L*值為標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)CIELAB表色系統(tǒng)測(cè)量樣品色度值中的L*值、a*值和b*值。將鮮薯和熟化后的甘薯橫切后測(cè)定，測(cè)定數(shù)據(jù)平行3次。

1.3.4 感官評(píng)價(jià)

感官評(píng)價(jià)中采取雙盲法。品嘗前，未對(duì)甘薯熟化的方式做任何介紹，樣本隨機(jī)擺放，通過(guò)取樣品嘗進(jìn)行鑒定。由6位有食品感官鑒定經(jīng)驗(yàn)的人員組成感官鑒定小組。在評(píng)測(cè)期間，每個(gè)評(píng)測(cè)成員獨(dú)自進(jìn)行評(píng)價(jià)，互相不接觸，每個(gè)樣品評(píng)測(cè)之間用涼開(kāi)水漱口。感官評(píng)價(jià)得分采用5分制，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)參見(jiàn)表1[14]。最后歸類統(tǒng)計(jì)平均值。

表1 熟化甘薯感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standard of sensory evaluation of cooked sweetpotato

1.3.5 質(zhì)構(gòu)分析

采用質(zhì)構(gòu)儀對(duì)不同熟化處理后的甘薯進(jìn)行全質(zhì)構(gòu)分析（texture profile analysis，TPA）測(cè)試。 選用直徑5 mm的P/5圓柱形探頭，測(cè)試前的速度為1.5 mm/s，測(cè)試時(shí)速度為1 mm/s，測(cè)試后的速度為1.5 mm/s，壓縮比為60%[15]。測(cè)定指標(biāo)有硬度、黏附力、黏附性、膠黏性、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性。對(duì)熟化后薯塊的中間部位進(jìn)行測(cè)定，每種樣品6次重復(fù)，取平均值。

1.3.6 糖化指標(biāo)測(cè)定

還原糖含量及淀粉含量的測(cè)定參考薛冠偉[16]的二硝基水楊酸（dinitrosalicylic acid，DNS）比色法測(cè)定；β-淀粉酶活力的測(cè)定采用DNS比色法[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2013進(jìn)行采集，且利用SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同熟化方式對(duì)甘薯得率的影響

不同熟化方式對(duì)心香甘薯得率的影響見(jiàn)圖1。

圖1 不同熟化方式對(duì)心香甘薯得率的影響Fig.1 Effects of different cooking methods on the yield of Xinxiang sweetpotato

如圖1所示，經(jīng)不同方式熟化后甘薯得率分布范圍為72.78%～100.71%，煮制組得率最高，去皮烘烤組薯得率最低，且蒸制組和煮制組得率顯著高于烘烤組（P<0.05）。這與趙楠等[13]的研究結(jié)果一致，甘薯熟化過(guò)程中重量的變化由其含水量變化引起，煮制熟化介質(zhì)是水，導(dǎo)致甘薯吸收水分，重量增加，去皮烘烤組沒(méi)有外皮的保護(hù)，水分在高溫下流失更快，所以得率最低，但帶皮烘烤組和去皮烘烤組的得率差異不顯著，說(shuō)明去皮后的甘薯水分流失并不多，這可能是因?yàn)槿テず蟮氖韷K在烘烤過(guò)程中表面因高溫迅速失水變硬，以至于薯塊內(nèi)部水分不易揮發(fā)。

2.2 不同熟化方式對(duì)甘薯肉色澤的影響

不同熟化方式對(duì)心香甘薯肉色澤的影響見(jiàn)表2。

表2 不同熟化方式對(duì)心香甘薯肉色澤的影響Table 2 Influence of different cooking methods on the color of Xinxiang sweetpotato meat

由表2可知，熟化后心香薯肉的L*值、a*值均減小，而b*值出現(xiàn)上下波動(dòng)，這與孔霜霜等[12]的研究結(jié)果部分一致。L*值、a*值的減小說(shuō)明薯肉的色澤變暗，紅色減少，這可能是因?yàn)樵谑旎^(guò)程類胡蘿卜素發(fā)生降解[8]。b*值升高，主要是因?yàn)楦适碇懈缓€原糖，在高溫條件下，還原糖和氨基化合物發(fā)生美拉德反應(yīng)及焦糖化反應(yīng)，產(chǎn)生黑褐色物質(zhì)[18]。微波組的L*值和b*值較鮮薯均無(wú)顯著性差異（P>0.05），微波組和烘烤組較鮮薯b*值升高。而蒸制組、煮制組和反壓蒸煮組的b*值有所降低，這可能與熟化過(guò)程中是否接觸水分有關(guān)，蒸制、煮制和反壓蒸煮組的熟化過(guò)程均以水為介質(zhì)，這導(dǎo)致了顏色的流失。因此，熟化后色澤最好的是微波組，其次是烘烤組。

2.3 感官評(píng)價(jià)

以感官硬度、黏性、甜度、纖維感、香味和整體口感6個(gè)方面評(píng)價(jià)不同方式熟化后的甘薯品質(zhì)。感官評(píng)分見(jiàn)表3。

由表3可知，帶皮烘烤甘薯整體口感最佳，去皮烘烤甘薯次之，而反壓蒸煮甘薯的整體口感較差，同時(shí)除蒸制和煮制外，不同熟化方式間存在顯著性差異（P<0.05）。這與楊燁等[11]的研究中整體口感烘烤>蒸煮>微波的結(jié)論一致。因此，僅從感官評(píng)價(jià)整體口感考慮，帶皮烘烤、去皮烘烤和蒸制均為較佳的選擇。

表3 不同熟化方法對(duì)心香甘薯感官評(píng)價(jià)的影響Table 3 Effects of different cooking methods on sensory evaluation of Xinxiang sweetpotato

2.4 質(zhì)構(gòu)分析

在熟化過(guò)程中，隨著溫度的上升，甘薯細(xì)胞內(nèi)的淀粉顆粒糊化，甘薯細(xì)胞體積膨大，對(duì)細(xì)胞壁產(chǎn)生壓力，使細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)破壞，胞間層逐步松散化，最終導(dǎo)致甘薯質(zhì)地軟化[19]。不同熟化方法對(duì)心香甘薯質(zhì)構(gòu)影響見(jiàn)表4。

由表4可知，熟化后，心香甘薯的硬度、黏附力、黏附性、膠黏性和咀嚼性均比鮮薯顯著降低（P<0.05），彈性比鮮薯稍有降低。煮制組和反壓蒸煮組的硬度、黏附力、黏附性、膠黏性、內(nèi)聚性、彈性和咀嚼性均相近，無(wú)顯著差異，這可能是因?yàn)槎贾苯咏佑|水，以水為傳熱介質(zhì)，導(dǎo)致相似的質(zhì)地。去帶皮烘烤組和去皮烘烤組除黏附性外，均無(wú)顯著性差異（P>0.05）。微波組和帶皮烘烤組除彈性外，均無(wú)顯著性差異（P>0.05）。這與楊燁等[11]研究的不同熟化方式對(duì)迷你甘薯質(zhì)地影響結(jié)果相似，但與Nwosisi等[9]研究結(jié)果中烘烤組彈性、內(nèi)聚性、黏附性和咀嚼性最高不一致，這可能是由烘烤時(shí)間和溫度不同引起的。

表4 不同熟化方法對(duì)心香甘薯質(zhì)構(gòu)影響Table 4 Effects of different cooking methods on texture of Xinxiang sweetpotato

2.5 糖化分析

對(duì)不同熟化方式處理后的甘薯的淀粉含量、還原糖以及β-淀粉酶活力進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 不同熟化方法對(duì)心香甘薯糖化的影響Table 5 Effects of different cooking methods on the saccharification of Xinxiang sweetpotato

熟化前，心香甘薯的淀粉含量為66.71%，熟化后，淀粉含量顯著降低（P<0.05），變化范圍分別在34.53%～40.15%之間，且各個(gè)熟化方式之間均無(wú)顯著性差異（P>0.05）。熟化前，心香甘薯的還原糖含量為1.59%，熟化后還原糖含量顯著升高（P<0.05），變化范圍為5.26%～8.69%，其中微波組顯著低于其余組（P<0.05），與葉夏芳等[20]的研究中烘烤組還原糖的增量高于蒸制組的結(jié)論一致。熟化前心香甘薯的β-淀粉酶活力為125.57 mg/（g·min），熟化后均顯著降低（P<0.05），且變幅為1.31 mg/（g·min）～94.46 mg/（g·min）。其中微波組顯著高于其余5組（P<0.05），除微波組外，甘薯的β-淀粉酶幾乎呈失活狀態(tài)，這是因?yàn)棣?淀粉酶活力在40℃時(shí)最高，高于或低于此溫度酶活力均降低，并且在70℃時(shí)，β-淀粉酶幾乎完全失活[21]。但熟化過(guò)程中，熱量不是迅速傳遞至細(xì)胞各部位，而是從外層向內(nèi)逐層傳遞[22]，使在加熱過(guò)程中尚未失去活性的淀粉酶作用于淀粉。由此推測(cè)烘烤時(shí)β-淀粉酶活性發(fā)揮較充分，使烘烤后甘薯甜度高。但微波組β-淀粉酶還具有活性，這與Owusu-Mensah等[23]的研究中，微波中產(chǎn)生的電磁輻射使淀粉酶失活的結(jié)論不一致，這可能是因?yàn)槲⒉ㄟ^(guò)程中進(jìn)行了翻面，使得溫度不高，連續(xù)熟化時(shí)間短，β-淀粉酶雖未失活但未能充分發(fā)揮作用，導(dǎo)致甜度不高。6種熟化方式降低了淀粉含量和淀粉酶活性，增加了還原糖含量，這與Wei等[24]的研究一致。

2.6 熟化甘薯品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)

對(duì)6種熟化方式后甘薯的得率、色差、感官評(píng)價(jià)、質(zhì)構(gòu)以及糖化指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，先對(duì)原始數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到進(jìn)行主成分分析的20個(gè)變量的相關(guān)系數(shù)矩陣，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 相關(guān)矩陣Table 6 Correlation matrix

由表6可知，許多變量之間直接的相關(guān)性比較強(qiáng)，所以變量之間的確存在信息上的重疊[25-27]。再轉(zhuǎn)換初始因子載荷矩陣，使因子與原始變量間的關(guān)系進(jìn)行重新分配，相關(guān)系數(shù)向0～1分化，從而使因子載荷矩陣中系數(shù)更加顯著。通過(guò)方差最大正交旋轉(zhuǎn)法對(duì)因子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)處理，結(jié)果見(jiàn)表7。

僅有前 4個(gè)特征值大于 1，分別為 λ1＝9.739、λ2＝6.266、λ3＝2.105、λ4＝1.094，因此只提取前 4 個(gè)公因子進(jìn)行后續(xù)分析。此外，在旋轉(zhuǎn)后4個(gè)公因子的方差累積貢獻(xiàn)率均發(fā)生了變化，但保持從大到小的排序，且前5個(gè)因子的方差貢獻(xiàn)率為96.019%，與旋轉(zhuǎn)前完全相同，因此選前4個(gè)因子已足夠描述熟化后甘薯的品質(zhì)。

通過(guò)方差最大旋轉(zhuǎn)后，其因子載荷矩陣見(jiàn)表8。

表8 旋轉(zhuǎn)成分矩陣Table 8 Rotating component matrix

由表 8 可知，第一公因子在 X2、X4、X5、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X20、有較大的載荷，從 L*、b*、感官硬度，黏附力、黏附性、膠黏性、內(nèi)聚性、彈性、咀嚼性和β-淀粉酶反映熟化甘薯的品質(zhì)；第二公因子在 X6、X7、X9、X10、X19有較大載荷，從黏性、甜度、香味、整體口感和還原糖含量反映熟化甘薯的品質(zhì)；第三公因子在X1、X8、X18有較大的載荷，從得率、纖維感、淀粉含量反映熟化甘薯的品質(zhì)；第四公因子在X3、X11有較大的載荷，a*和硬度反映熟化甘薯的品質(zhì)。

各個(gè)主成分（F1、F2、F3、F4）所對(duì)應(yīng)的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權(quán)重計(jì)算[30]，熟化馬鈴薯品質(zhì)指標(biāo)各主成分的綜合評(píng)判式如下式所示。

根據(jù)該模型計(jì)算得到6種熟化方式后甘薯食味品質(zhì)的綜合得分，結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 6種方式熟化后甘薯品質(zhì)綜合得分Table 9 Comprehensive score of sweetpotato quality after six cooking methods

由表9可知，綜合得分排序?yàn)槲⒉ǎ編ず婵荆救テず婵荆菊糁疲痉磯赫糁螅局笾?。因此綜合考慮熟化后甘薯的得率、色差、感官評(píng)價(jià)、質(zhì)構(gòu)以及糖化指標(biāo)，得出微波熟化方式后甘薯品質(zhì)的綜合得分最高，可以作為最優(yōu)的熟化方式。

3 結(jié)論

研究蒸制、煮制、微波、反壓蒸煮、帶皮烘烤和去皮烘烤6種熟化方式對(duì)心香甘薯得率、色差、感官評(píng)價(jià)、質(zhì)構(gòu)以及糖化指標(biāo)的影響，以及對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。結(jié)果表明，微波和烘烤都能較好的保留甘薯的色澤；帶皮烘烤后甘薯的整體口感最佳；煮制和反壓蒸煮、帶皮烘烤、去皮烘烤和微波具有相似的質(zhì)地；熟化后，微波組的還原糖含量顯著低于其他組，β-淀粉酶活性顯著高于其他組，蒸制組和烘烤組的還原糖含量顯著高于其他組。綜合熟化后甘薯得率、色差、感官評(píng)價(jià)、質(zhì)構(gòu)以及糖化指標(biāo)考慮，經(jīng)主成分分析得熟化后品質(zhì)順序?yàn)椋何⒉ǎ編ず婵荆救テず婵荆菊糁疲痉磯赫糁螅局笾疲虼?，微波熟化食味品質(zhì)效果最佳，且微波有方便省時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，但熟化后的甘薯甜度不高，適合用于二次加工；若僅從整體口感考慮，烘烤和蒸制熟化為最佳選擇；反壓蒸煮和煮制均不適合加工甘薯。