基于主成分分析和聚類分析的烘烤類澳洲堅果果仁綜合品質(zhì)評價

秦力悅，石萍萍，李榮輝，馬菲菲，胡 昕，何代琴，申 揮，蘇火生

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，云南昆明 650221）

澳洲堅果（Macadamia ternifoliaF. Muell.），又稱昆士蘭果、夏威夷果等，屬于山龍眼科澳洲堅果屬，原產(chǎn)于澳大利亞，目前在我國云南、廣西、廣東、海南等地廣泛種植。澳洲堅果營養(yǎng)豐富，不飽和脂肪酸含量超過80%，是木本堅果中含有大量棕櫚油酸的重要品種[1]，具有降低總膽固醇、改善血液環(huán)境、增強(qiáng)記憶力和抗衰老的作用[2]。市場上的澳洲堅果產(chǎn)品以烘烤類即食型干果為主，由于其具有奶油香味、質(zhì)地酥脆、營養(yǎng)價值和保健價值高的特點(diǎn)，已成為市場上最受歡迎的堅果之一。由于澳洲堅果加工是提高產(chǎn)品附加值和產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要手段，近年已有較多關(guān)于澳洲堅果加工的研究，主要為采后帶殼果干燥工藝研究[3-5]、果仁烘烤和干燥工藝研究[6-7]以及相關(guān)的設(shè)備開發(fā)等。任二芳等[8]通過檢測澳洲堅果的水分、色澤、硬度和脆度、酸價、過氧化值、油酸和棕櫚油酸，對比研究自然晾干、熱泵干燥、熱風(fēng)干燥和超聲協(xié)同熱風(fēng)干燥對采后帶殼果的品質(zhì)影響。黃克昌等[3]通過口感、色澤、風(fēng)味的感官評價，以及測定酸價和過氧化值，對不同溫度和時間焙烤的澳洲堅果帶殼果進(jìn)行評價。針對澳洲堅果果仁，烘烤加工是最常用的干熱加工方式之一，烘烤可使堅果的色澤、香氣、口味、質(zhì)地等品質(zhì)大幅提升。同時，研究表明澳洲堅果經(jīng)適當(dāng)烘烤其氧化穩(wěn)定性顯著增加[9-10]，核桃仁也有類似報道[11-12]。靜瑋等[6]通過測定果仁外觀顏色指標(biāo)分析澳洲堅果在不同烘烤溫度和時間條件下果仁的顏色變化規(guī)律。鄒建云等[7]通過觀察和品嘗不同焙炒溫度和時間的果仁樣品的顏色和口感，利用觀察顏色計算褐變率，對澳洲堅果果仁焙炒工藝進(jìn)行研究。但是，針對不同烘烤溫度和時間的烘烤類即食型澳洲堅果果仁的品質(zhì)分析和評價體系的研究鮮有報道，因此分析烘烤類澳洲堅果果仁的品質(zhì)評價指標(biāo)并建立品質(zhì)評價體系，具有重要意義。

目前，主成分分析和聚類分析已廣泛應(yīng)用于果蔬原料甄別和各類加工食品品質(zhì)評價的研究中，已有文獻(xiàn)運(yùn)用主成分分析和聚類分析對如餅干[13]、燕麥[14]、藍(lán)莓[15]等食品進(jìn)行綜合品質(zhì)分析。本文選取21 種不同溫度和時間烘烤的澳洲堅果果仁，進(jìn)行16 項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的評價，并利用相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析的方法，探索不同品質(zhì)指標(biāo)的差異性和關(guān)聯(lián)性，篩選出可用于全面評價烘烤類澳洲堅果果仁品質(zhì)的關(guān)鍵性指標(biāo)并建立評價體系，同時得到最佳的烘烤條件，以期為烘烤類澳洲堅果果仁的品質(zhì)評價和研發(fā)加工提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

澳洲堅果果仁 購于昆明市金馬正昌水果批發(fā)市場，挑選當(dāng)年采收、果仁飽滿、無病蟲害、無污染的果仁；植物總酚含量檢測試劑盒 生工生物工程（上海）股份有限公司；石油醚、碘化鉀、硫代硫酸鈉、可溶性淀粉、酚酞、無水乙醇 廣東光華化學(xué)廠有限公司；無水硫酸鈉、冰乙酸、重鉻酸鉀、異丙醇、過硫酸鉀 天津致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；甲基叔丁基醚、ABTS 上海麥克林生化科技有限公司；三氯甲烷、乙醚、鹽酸 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；上述試劑均為分析純。

MK-C2P2A 烤箱 美的集團(tuán)；HGZF-9053 臺式電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司；Multiskan GO 酶標(biāo)儀 美國賽默飛世爾科技公司；CM-5 臺式色差儀 日本柯尼卡美能達(dá)公司；TMSTouch 食品質(zhì)構(gòu)測定儀 美國Food Technology Corporation 公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 澳洲堅果果仁的烘烤方法 將澳洲堅果果仁平鋪于烤盤中，在110、120、130 和140 ℃的條件下，分別烤制10、15、20、25 和30 min。烘烤結(jié)束后，冷卻至室溫，備用。

1.2.2 褐變值測定 參考靜瑋等[6]的方法，略作修改后用于測定澳洲堅果果仁的色澤。稱取10 g 堅果碎倒入樣品皿中，填滿壓實(shí)至底面無空隙。對樣品皿底部的圓心和以圓心對稱的上下左右5 個點(diǎn)進(jìn)行顏色測定，得到亮度值L*，紅綠值a*和黃藍(lán)值b*。參考NG 等[16]的方法，按公式（1）計算褐變值。

1.2.3 理化指標(biāo)分析

1.2.3.1 水分含量、酸價和過氧化值測定 澳洲堅果果仁的水分含量、酸價和過氧化值參照GB 5009.3-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》[17]、GB 5009.229-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中酸價的測定》[18]和GB 5009.227-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中過氧化值的測定》[19]中所述的方法進(jìn)行測定。

1.2.3.2 總酚的提取和測定 參考曲文娟等[20]提取核桃總酚的方法，并稍做修改。將澳洲堅果果仁使用食品料理機(jī)打碎，稱取堅果碎5 g，與25 mL 含有0.05 mol/L 鹽酸的70%乙醇溶液混合，超聲提取40 min，12000 r/min 下離心15 min，收集上清，上清液即為總酚提取物。

根據(jù)植物總酚含量檢測試劑盒說明書，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=3.442x+0.002，R2=0.999。根據(jù)試劑盒方法，處理澳洲堅果果仁總酚提取液樣品，于760 nm 測定樣品吸光度，按照標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計算樣品的沒食子酸質(zhì)量濃度c，帶入公式（2）中計算澳洲堅果的總酚含量。

式中：W 為總酚含量（mg/g）；c 為沒食子酸質(zhì)量濃度（mg/mL）；V 為總酚提取物體積（mL）；m 為堅果碎樣品質(zhì)量（g）。

1.2.3.3 ABTS+自由基清除能力測定 參照Re 等[21]的方法進(jìn)行修改，測定澳洲堅果果仁總酚提取液的ABTS+自由基清除能力。取7 mmol/L ABTS 乙醇溶液和4.9 mmol/L 過硫酸鉀乙醇溶液，等比例混合，室溫避光放置12～16 h，用70%乙醇溶液稀釋，使其在734 nm 下吸光度為0.7±0.2，得到ABTS+自由基工作液。取20 μL 待測樣品和80 μL ABTS+自由基工作液混勻，室溫避光反應(yīng)6 min，于734 nm 波長下檢測吸光度。

按公式（3）計算ABTS+自由基清除率。

式中：A1為總酚樣品+ABTS+自由基工作液的吸光度，A2為總酚樣品+70%乙醇溶液的吸光度，A0為樣品溶劑+ABTS+自由基工作液的吸光度。

1.2.4 硬度和脆度檢測 采用食品質(zhì)構(gòu)測定儀對澳洲堅果果仁進(jìn)行硬度、破裂力和剪切力測定。硬度和破裂力檢測選用TMS-75 mm 圓盤探頭，測試條件參考任二芳等[8]的方法進(jìn)行修改，起始力為1.5 N，檢測速度為30 mm/min，形變量為50%。剪切測試，選用輕型單刀復(fù)合剪切探頭，起始力為0.5 N，檢測速度為30 mm/min。每組樣品以上兩個指標(biāo)各檢測8 次。

1.2.5 感官評價 參考MOGHADDAM 等[22]的方法進(jìn)行修改，由12 名（20～40 歲）從事食品研究的專業(yè)人員進(jìn)行感官評價，感官評價包括澳洲堅果果仁的顏色、香氣、香甜味、焦苦味、硬度、脆度和總體喜好度7 個指標(biāo)，評分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 烘烤類澳洲堅果果仁的感官評價標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation standard of roasted kernels in macadamia nuts

1.3 數(shù)據(jù)處理

除特殊說明，所有實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行3 次平行實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)采用SPSS 26 軟件進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，采用Duncan’s Multiple Range Test 計算組間的差異顯著性（P＜0.05）。將21 種不同烘烤條件的澳洲堅果樣品作為評價單元，以16 項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)為變量，采用SPSS 26 進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析、主成分分析和聚類分析。數(shù)據(jù)采用SIMCA 14.1軟件，進(jìn)行偏最小二乘法分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 烘烤類澳洲堅果果仁的褐變值

烘烤加工會引起堅果果仁的顏色變化，因此果仁顏色被認(rèn)為是加工過程中的一個品控指標(biāo)。果仁的顏色變化是由烘烤過程中果仁發(fā)生褐變和焦糖化反應(yīng)引起的，蛋白質(zhì)和還原糖在高溫下一起作用形成褐變[23]，在高溫中磷脂化合物的化學(xué)反應(yīng)，也可促進(jìn)褐色色素的形成，從而使堅果果仁褐變值增加[16]。本文以澳洲堅果果仁的褐變值作為果仁顏色的品控指標(biāo)，由表2 可知，當(dāng)烘烤的溫度和時間達(dá)到120 ℃/20 min后，隨著烘烤溫度和時間的增加，褐變值隨之增加。110 ℃烘烤至30 min 澳洲堅果果仁褐變值與對照組相比無明顯差異，可能由于烘烤溫度較低，不能引起果仁褐變值的明顯變化。120 ℃烘烤10 和15 min的澳洲堅果果仁褐變值與對照組相當(dāng)，推斷在120℃烘烤的前15 min 澳洲堅果果仁溫度上升過程較慢，導(dǎo)致果仁褐變值變化不明顯。烘烤溫度達(dá)到130 和140 ℃時，每一烘烤時段之間的果仁褐變值都具有顯著差異，說明在130 和140 ℃時，褐變和焦糖化反應(yīng)較快，可在較短的時間引起褐變值的明顯變化，其中140 ℃/30 min 烘烤的澳洲堅果果仁褐變值最大。

表2 烘烤類澳洲堅果果仁的褐變值Table 2 Browning index of roasted kernels in macadamia nuts

2.2 烘烤類澳洲堅果果仁的理化指標(biāo)分析

烘烤類澳洲堅果果仁的理化分析包括水分、酸價、過氧化值、總酚含量和ABTS+自由基清除率。水分含量是影響澳洲堅果果仁品質(zhì)的重要因素之一，在產(chǎn)品儲存過程中可能導(dǎo)致產(chǎn)品顏色、質(zhì)地、香氣和氧化穩(wěn)定性的改變。由表3 可知，澳洲堅果果仁水分含量隨烘烤溫度和時間的增加而減少，自烘烤條件達(dá)到110 ℃/20 min 后，澳洲堅果果仁水分含量與對照組相比明顯減少，經(jīng)140 ℃/30 min 烘烤后，澳洲堅果果仁水分為0.660%±0.007%，相比對照組減少約0.525%。酸價和過氧化值是評價澳洲堅果品質(zhì)的重要指標(biāo)，酸價是脂肪水解產(chǎn)物的含量，反映脂肪水解的程度，可表示游離脂肪酸總量的多少[24]；過氧化值是脂質(zhì)氧化初期氫過氧化物形成的重要指標(biāo)，而氫過氧化物是油脂氧化酸敗的關(guān)鍵產(chǎn)物[25]。由表3 可知，烘烤后的澳洲堅果果仁酸價和過氧化值均有所上升，110 ℃/10 min 烘烤后的果仁酸價和過氧化值與對照組相比明顯升高。當(dāng)烘烤溫度小于140 ℃時，過氧化值上升趨勢較為平緩，部分烘烤條件下澳洲堅果果仁酸價有所降低。當(dāng)烘烤溫度大于140 ℃時，澳洲堅果果仁的酸價和過氧化值隨烘烤時間的增加而顯著升高。

表3 烘烤類澳洲堅果果仁的理化分析Table 3 Physicochemical properties of roasted kernels in macadamia nuts

澳洲堅果果仁經(jīng)110～130 ℃烘烤后，其總酚含量和ABTS+自由基清除率均有升高，總酚含量增加與已有的研究結(jié)果吻合[9-10]，其中130 ℃/30 min 烘烤條件下，總酚含量和ABTS+自由基清除率達(dá)到最大值。但經(jīng)140 ℃烘烤的果仁，總酚含量和ABTS+自由基清除率呈下降趨勢，可能是酚類物質(zhì)在140 ℃以上部分揮發(fā)導(dǎo)致[26]。果仁的ABTS+自由基清除能力增加，除了與總酚含量增加有關(guān)，還可能與烘烤時澳洲堅果果仁中糖和氨基酸發(fā)生美拉德反應(yīng)有關(guān)，美拉德反應(yīng)的中間產(chǎn)物中有一類為二羰基化合物，其具有較強(qiáng)的抗氧化能力[27-28]。上述結(jié)果中，澳洲堅果果仁酸價和過氧化值的變化可能是受到總酚和美拉德反應(yīng)中間產(chǎn)物的影響。

2.3 烘烤類澳洲堅果果仁的硬度和脆度分析

烘烤類澳洲堅果果仁的口感取決于果仁的酥脆度，而通過質(zhì)構(gòu)儀可以模擬咀嚼過程，檢測果仁的硬度、破裂力和剪切力可以反映果仁的口感。由表4 可知，對照組的硬度最大，經(jīng)過烘烤處理后的澳洲堅果果仁的硬度顯著降低，并隨溫度和時間的增加，呈下降趨勢，140 ℃/30 min 烘烤的果仁硬度最低，與對照組相比，下降了59.292 N，烘烤后的開心果硬度也有相似的變化[22]。破裂力和剪切力都是判斷果仁脆度的指標(biāo)[22,29]，由表4 可知，與對照組相比，經(jīng)110 ℃/10 min烘烤的果仁破裂力明顯降低，經(jīng)140 ℃/30 min 烘烤的果仁破裂力最低，與對照組相比分別下降了13.018 N 和69.415 N。烘烤溫度為140℃時，破裂力下降速度較其他烘烤溫度更快，從15 min 開始，每個時段之間的果仁破裂力存在顯著差異，烘烤時間延長，破裂力明顯降低。經(jīng)110 ℃/15 min 烘烤的果仁與對照組相比，剪切力明顯降低，而烘烤條件為110 ℃/20、25、30 min，120 ℃/30 min，130 ℃/30 min，140 ℃/20、25、30 min 的澳洲堅果果仁剪切力相當(dāng)，可能因?yàn)榘闹迗怨时旧砗土枯^大，脆度有限導(dǎo)致的。綜上所述，烘烤后的澳洲堅果果仁的硬度、破裂力和剪切力都明顯降低，說明烘烤可以使澳洲堅果果仁的口感更加酥脆。

表4 烘烤類澳洲堅果果仁的硬度和脆度Table 4 Hardness and crispness of roasted kernels in macadamia nuts

2.4 烘烤類澳洲堅果果仁的感官評價分析

由表5 可知，在澳洲堅果果仁的感官評價中，果仁經(jīng)過110 ℃/10 min 的烘烤，專業(yè)人員可以明顯看出果仁的顏色變深，顏色評分變高，其中經(jīng)140 ℃/30 min烘烤的澳洲堅果果仁評分最高，說明顏色最深。澳洲堅果果仁顏色評分隨烘烤溫度和時間的增加而升高，與褐變值的變化結(jié)果一致。

表5 烘烤類澳洲堅果果仁的感官評價Table 5 Sensory evaluation of roasted kernels in macadamia nuts

在烘烤過程中，由于堅果發(fā)生美拉德反應(yīng)，形成了大量的芳香性物質(zhì)，為堅果帶來了豐富的香氣及口味，吡嗪類化合物是烘烤類堅果中燒烤味和爆米花味的來源[30]，吡咯衍生物有助于燒烤和煙熏香氣的形成[31]，呋喃類化合物一般被描述為焦糖味和甜味[32]，大多數(shù)吡嗪類化合物、吡咯衍生物和呋喃類化合物只有當(dāng)烘烤溫度達(dá)到130 ℃時才能被檢測到[16]，當(dāng)烘烤溫度達(dá)到140 ℃或以上時，生成的吡喃衍生物麥芽酚是焦苦味的來源[33]。本實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)110 ℃/15 min烘烤的澳洲堅果果仁的香味評分較對照組相比，明顯提高，隨著烘烤溫度和時間的增加，澳洲堅果果仁的香味評分增加。其中果仁的香味評分由高到低的前三組為140 ℃/30 min、140 ℃/25 min、130 ℃/30 min，與其他組別的香味評分具有顯著性差異。在對烘烤類澳洲堅果果仁的香甜味評價中，烘烤后的果仁與對照組相比，評分顯著提高，說明烘烤可以增加澳洲堅果果仁特有的香甜風(fēng)味，但烘烤后的果仁香甜味評分之間差異并不大，僅有120 ℃/25 min、130 ℃/25、30 min、140 ℃/20 min 烘烤條件下的果仁評分較高，其余組別的果仁香甜味評分沒有顯著性的差異。由表5 可知，澳洲堅果果仁焦苦味的評分隨烘烤溫度和時間增加而升高，評分最高的是經(jīng)140 ℃/30 min烘烤的果仁，其次是140 ℃/25 min。以上結(jié)果與上述的過往研究相一致，其中烘烤后澳洲堅果果仁的香甜味評分可能是受到焦苦味的影響，導(dǎo)致各組間差異不大，140 ℃/25 和30 min 烘烤的果仁評分不高。

澳洲堅果果仁的硬度評分隨烘烤溫度和時間的增加而降低，而脆度增加，這一結(jié)果與相應(yīng)的檢測結(jié)果相吻合。在感官評價中，硬度評分較低的是烘烤條件120 ℃/30 min、140 ℃/25 和30 min 的澳洲堅果果仁，脆度評分較高的烘烤條件為140 ℃/25 和30 min 澳洲堅果果仁，與其他組別具有顯著差異。

在對澳洲堅果果仁總體喜好度的評價中，烘烤過的澳洲堅果果仁評分明顯高于對照組，其中烘烤條件為130 ℃/25 min 的果仁總體喜好度評分最高，其次為130 ℃/30 min，以上兩者與其他組別具有顯著差異。

2.5 烘烤類澳洲堅果果仁品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

本研究運(yùn)用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法對16 個品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表6，其中有11 對指標(biāo)間的相關(guān)性達(dá)到顯著水平（P＜0.05），66 對指標(biāo)間的相關(guān)性達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），說明評價指標(biāo)之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性。褐變值與過氧化值、感官顏色、感官香氣、感官脆度、感官焦苦味呈極顯著的正相關(guān)（P＜0.01），與硬度、破裂力、剪切力和感官硬度呈極顯著的負(fù)相關(guān)（P＜0.01）；水分與硬度、破裂力、剪切力和感官硬度呈極顯著的正相關(guān)（P＜0.01）；酸價與總酚含量、ABTS+自由基清除率呈負(fù)相關(guān)；感官評價中感官顏色與其余感官評價指標(biāo)均具有相關(guān)性，與感官硬度呈負(fù)相關(guān)，與其他指標(biāo)呈正相關(guān)；總體喜好度與褐變值、總酚含量、ABTS+自由基清除率呈正相關(guān)，與硬度、破裂力、剪切力呈負(fù)相關(guān)，與感官評價中的顏色、香氣、香甜味和脆度呈正相關(guān)。

表6 烘烤類澳洲堅果果仁品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis between quality indexes of roasted kernels in macadamia nuts

偏最小二乘法是一種新型多元統(tǒng)計分析法，是多元線性回歸法、主成分分析法和典型相關(guān)分析法的有機(jī)結(jié)合，可有效對自變量多、樣本量少而相關(guān)性高的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在食品領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[34]。為了更加直觀的體現(xiàn)出感官評價指標(biāo)和檢測指標(biāo)的相關(guān)性，本研究以檢測指標(biāo)為Y 變量，感官評價指標(biāo)為X 變量，進(jìn)行偏最小二乘法分析。2 個變量間的距離說明兩者的相關(guān)性，位置越接近，正相關(guān)性越強(qiáng)；兩者在距離圓心的相反位置，負(fù)相關(guān)性越強(qiáng)；兩者位置越垂直，越不相關(guān)[35]。如圖1 所示，感官硬度與水分、硬度、剪切力、破裂力呈正相關(guān)，感官脆度與水分、硬度、剪切力、破裂力呈負(fù)相關(guān)；褐變值與感官顏色、感官焦苦味呈正相關(guān)，褐變值與感官焦苦味的相關(guān)性更密切；水分與酸價、過氧化值、總酚含量、ABTS+自由基清除率呈負(fù)相關(guān)，以上結(jié)果與皮爾遜相關(guān)系數(shù)法的分析結(jié)果基本一致，感官評價指標(biāo)和檢測指標(biāo)之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性。

圖1 感官評價與檢測指標(biāo)的相關(guān)性分布Fig.1 Correlation distribution of sensory evaluation and detection indexes

2.6 烘烤類澳洲堅果果仁品質(zhì)指標(biāo)的主成分分析

主成分分析是利用降維的方法，把多個指標(biāo)簡化為少數(shù)綜合性指標(biāo)，并且保留了原指標(biāo)的大部分信息，比單一評價更加準(zhǔn)確[14]。一般認(rèn)為，當(dāng)主成分特征值大于1 且累計方差貢獻(xiàn)率大于85%時，可以使用提取的主成分表示原始變量大部分的主要信息[36]。本研究對21 種不同烘烤條件處理的澳洲堅果果仁樣品進(jìn)行16 種品質(zhì)指標(biāo)的評價測定，評價測定數(shù)據(jù)取平均值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，使用標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。圖2 是主成分分析特征值碎石圖，特征值大于1 的有3 個點(diǎn)，結(jié)合表7 可知，前3 個主成分特征值均大于1，累計貢獻(xiàn)率為85.534%，表明前3 個主成分可以反映烘烤類澳洲堅果果仁品質(zhì)評價的主要信息。

圖2 主成分分析特征值碎石圖Fig.2 Principal component analysis feature root gravel

表7 主成分特征值、方差貢獻(xiàn)率和累計貢獻(xiàn)率Table 7 Eigenvalues, variance contribution rates and cumulative contribution rates of principal components

圖3 為載荷圖，可直觀的顯示各主成分與各變量直接的相關(guān)關(guān)系，載荷圖中不同變量的分布取決于載荷因子，離象限原點(diǎn)越遠(yuǎn)，對主成分的貢獻(xiàn)率越大。結(jié)合表8 和圖3 可知，第1 主成分特征值為9.631，水分、硬度、感官硬度、破裂力和剪切力起負(fù)向作用，載荷值分別為-0.96、-0.933、-0.886、-0.856和-0.766，感官顏色、感官香氣、感官焦苦味和褐變值起正向作用，載荷值分別為0.946、0.945、0.917、0.837 和0.801。第2 主成分特征值為2.626，抗氧化相關(guān)的品質(zhì)指標(biāo)有較高的載荷值，ABTS+自由基清除率為0.856，總酚含量為0.814。第3 主成分特征值為1.428，主要為烘烤類澳洲堅果果仁的氧化品質(zhì)指標(biāo)，過氧化值和酸價的載荷值為-0.61 和-0.459。

圖3 主成分分析載荷圖Fig.3 Principal component analysis load diagram

表8 旋轉(zhuǎn)后主成分載荷矩陣Table 8 Principal component loading matrix after rotation

根據(jù)表9 中3 個主成分的因子得分系數(shù)矩陣，可計算出每個主成分的因子得分，各主成分的因子得分按式（4）～式（6）計算。

表9 主成分得分系數(shù)矩陣Table 9 Principal component score coefficient matrix

式中：X1～X16分別表示16 個品質(zhì)指標(biāo)，F(xiàn)1～F3 分別表示主成分1～3 的主成分因子得分。

結(jié)合主成分因子得分公式并以主成分方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重，構(gòu)建烘烤類澳洲堅果果仁品質(zhì)綜合得分公式（7），計算不同烘烤條件處理的澳洲堅果果仁品質(zhì)綜合得分，F(xiàn) 為綜合得分。

根據(jù)綜合得分公式，計算出21 種烘烤類澳洲堅果果仁的品質(zhì)綜合得分，并進(jìn)行綜合得分排序，F(xiàn) 值越大，表明該烘烤條件處理的澳洲堅果果仁品質(zhì)越好。結(jié)果如表10 所示，130 ℃/30 min 烘烤的澳洲堅果果仁品質(zhì)排名第1，烘烤條件為130 ℃/25 min、140 ℃/30 min 和140 ℃/25 min 的澳洲堅果果仁品質(zhì)較好，綜合得分F＞0.5，排名靠前。

表10 主成分得分與綜合得分Table 10 Principal component score and comprehensive score

2.7 烘烤類澳洲堅果果仁品質(zhì)指標(biāo)的聚類分析

聚類分析是將樣本劃分為不同的類群進(jìn)行相似性評價，可以綜合、客觀和科學(xué)的體現(xiàn)研究對象之間的關(guān)系[37-38]，通常使用R 型聚類對變量進(jìn)行聚類分析。本研究在主成分分析的基礎(chǔ)上，對16 個烘烤類澳洲堅果果仁品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行R 型聚類，聚類方法采用組間聯(lián)接法，聚類區(qū)間為皮爾遜相關(guān)。如圖4 所示，當(dāng)聚類距離為12 時，可將烘烤類澳洲堅果果仁品質(zhì)評價指標(biāo)分為5 大類，第1 大類為描述抗氧化活性的總酚含量和ABTS+自由基清除率；第2 大類為感官香甜味和總體喜好度；第3 大類為感官顏色、感官香氣、褐變值、感官焦苦味和感官脆度；第4 大類為與澳洲堅果果仁氧化有關(guān)的指標(biāo)，酸價和過氧化值；第5 大類為水分、破裂力、硬度、剪切力和感官硬度。結(jié)合相關(guān)性分析和主成分分析的結(jié)果，同時考慮品質(zhì)指標(biāo)可標(biāo)準(zhǔn)化檢測，以便客觀準(zhǔn)確的對烘烤類澳洲堅果果仁品質(zhì)進(jìn)行評價，最終選用水分、褐變值、硬度、ABTS+自由基清除率、酸價和過氧化值為評價烘烤類澳洲堅果果仁品質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵性指標(biāo)，可對烘烤類澳洲堅果果仁進(jìn)行綜合全面的品質(zhì)評價。

圖4 品質(zhì)指標(biāo)聚類分析樹狀圖Fig.4 Cluster analysis of quality indexes

3 結(jié)論

本研究通過對21 種不同烘烤條件處理的澳洲堅果果仁進(jìn)行了16 項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)的檢測分析，發(fā)現(xiàn)隨烘烤條件的變化，澳洲堅果果仁品質(zhì)指標(biāo)的檢測結(jié)果也隨之變化，導(dǎo)致各組果仁之間存在一定的品質(zhì)差異。通過相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)16 項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)之間有較強(qiáng)的相關(guān)性，各品質(zhì)指標(biāo)呈現(xiàn)信息重疊現(xiàn)象，因此采用主成分分析和聚類分析對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，最終確定水分、褐變值、硬度、ABTS+自由基清除率、酸價和過氧化值為評價烘烤類澳洲堅果果仁品質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵性指標(biāo)。同時，通過主成分分析構(gòu)建的綜合得分公式，得出經(jīng)130 ℃/30 min 烘烤的澳洲堅果果仁綜合品質(zhì)排名第一。

綜上所述，本文基于主成分分析和聚類分析，得到了以水分、褐變值、硬度、ABTS+自由基清除率、酸價和過氧化值作為檢測指標(biāo)的烘烤類澳洲堅果果仁的品質(zhì)評價體系，該評價體系可為烘烤類澳洲堅果果仁的研究和加工提供簡單、高效、精準(zhǔn)的品質(zhì)評價方法，為澳洲堅果進(jìn)行綜合準(zhǔn)確的品質(zhì)評價和建立質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)提供了理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。另外基于主成分分析得到的最佳品質(zhì)果仁的烘烤條件130 ℃/30 min，也為烘烤類澳洲堅果果仁的烘烤工藝研究和生產(chǎn)加工提供了參考。