基于不同用途大豆的特征品質(zhì)指標(biāo)篩選及優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)品種確定

丁 儉，沈舒晗，李淑英，蔡 蔚，李志海，嚴(yán) 曲，黃天航，王鳳忠，方 勇,*

（1.南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇省現(xiàn)代糧食流通與安全協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估實驗室（北京），北京 100193）

大豆是我國重要的糧食作物，是食用油脂、飼用豆粕、植物蛋白和豆制品等加工的重要原料[1-3]。我國是食用植物油和飼料的消費大國，其中大豆油占食用油消費的比重最大，大豆餅粕是動物飼料生產(chǎn)的主要原料，因此，大豆是保障國計民生不可或缺的重要戰(zhàn)略物資[4-6]。隨著我國食品和飼料行業(yè)的蓬勃發(fā)展，以及消費者對高品質(zhì)食用油和飼料產(chǎn)品品質(zhì)化、功能化的全面追求，市場對高品質(zhì)商品大豆提出了更高的要求[7-8]。目前，我國大豆產(chǎn)區(qū)分布廣泛、氣候條件差異大，大豆品種繁多、營養(yǎng)品質(zhì)參差不齊，優(yōu)勢品種差異化、特色化區(qū)分度不高等問題亟待解決[9-10]。因此，系統(tǒng)掌握大豆主產(chǎn)區(qū)不同品種的品質(zhì)特征和品種間的具體差異，對保障我國優(yōu)質(zhì)大豆育種、原料安全供給和高效加工利用意義重大。

大豆原料的品質(zhì)特性是影響產(chǎn)品品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)的關(guān)鍵因素，不同用途的大豆對原料品質(zhì)的要求不同。據(jù)前人研究報道，地區(qū)和氣候條件對大豆品質(zhì)有顯著影響，產(chǎn)地地理位置從南向北大豆蛋白質(zhì)含量逐漸降低，脂肪含量逐漸升高，其基因型效應(yīng)表現(xiàn)也與之相對應(yīng)，這主要是由于不同的光照、溫度、降雨量等環(huán)境因素交互影響了大豆籽粒中脂肪和蛋白質(zhì)的積累[11]。但大豆成分復(fù)雜，且每個成分對不同加工用途所發(fā)揮的作用不同，其品質(zhì)評價需要進(jìn)行多屬性、多指標(biāo)分析，應(yīng)借助多元統(tǒng)計、評價模型構(gòu)建等手段綜合評價[12]。馬磊[13]利用典型相關(guān)分析、逐步回歸分析和主成分聚類分析對70 份大豆品種的豆奶風(fēng)味品質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)評價，篩選了豆奶專用大豆的品質(zhì)指標(biāo)和品系。而作為油用大豆最主要的評價指標(biāo)，除脂肪含量外，脂肪酸組成、磷脂含量都會影響油脂的氧化穩(wěn)定性及后續(xù)的精煉難度[14-15]。蘇瑩[16]報道了大豆的損傷粒率、雜質(zhì)含量、VE含量等會影響油脂色澤、酸價和營養(yǎng)品質(zhì)。針對飼料用大豆，李軍國等[17]的研究表明蛋白質(zhì)含量是大豆作為飼料加工的第1評價指標(biāo)，同時粗脂肪、粗纖維含量也是評價飼料用大豆的重要指標(biāo)，而大豆功能因子大豆異黃酮等對飼料功能營養(yǎng)價值提升、促進(jìn)動物生長、提高動物免疫力、改善肉質(zhì)等方面也有重要作用。因此，針對不同用途大豆的加工品質(zhì)評價，用單一指標(biāo)不能客觀、準(zhǔn)確、全面地挑選出適宜原料。

目前，油脂和飼料加工行業(yè)多注重產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝方面，對原料大豆專種專用的重視程度不夠，同時對不同用途大豆的品質(zhì)指標(biāo)評價體系還不清晰[18]。此外，利用多元統(tǒng)計分析等方法分析不同地區(qū)、不同品種間大豆加工品質(zhì)指標(biāo)的差異、相互關(guān)系和綜合評價模型方面的報道相對較少。本研究利用多種統(tǒng)計方法（如方差分析、主成分分析和聚類分析）對4 個大豆產(chǎn)區(qū)不同品種間品質(zhì)指標(biāo)差異進(jìn)行系統(tǒng)分析，篩選和明確對油料用和飼料用大豆起主要影響的特征性品質(zhì)指標(biāo)和品種，通過組合賦權(quán)法模型評價出適合油用、飼料用大豆的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)和優(yōu)勢品種，以期為不同用途大豆的品質(zhì)評價指標(biāo)、優(yōu)質(zhì)品種選育、產(chǎn)區(qū)布局和規(guī)?；a(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

本實驗選取了全國4 個大豆主產(chǎn)區(qū)40 個主栽品種樣品作為實驗對象，供試品種包括東北春大豆區(qū)大豆：‘遼豆59’‘綏農(nóng)94’‘綏農(nóng)3’‘黑芽2’‘中龍606’‘黑農(nóng)81’‘黑農(nóng)85’‘蒙豆1137’‘黑農(nóng)88’‘黑農(nóng)89’；華北春大豆區(qū)大豆：‘冀豆19’‘冀豆2 0’‘冀豆2 3’‘冀豆2 4’‘汾豆9 2’‘汾豆93’‘蒙豆359’‘齊黃34’‘赤豆4’‘赤豆5’；華東春夏大豆區(qū)大豆：‘蘇夏1907’‘皖豆28’‘皖豆35’‘徐豆18’‘通豆10’‘通豆14’‘南農(nóng)58’‘蘇豆20’‘蘇豆18’‘中黃13’；華南春夏大豆區(qū)大豆：‘桂春8’‘桂春15’‘桂夏3’‘桂夏7’‘華春4’‘華春9’‘華春17’‘華春21’‘華夏1’‘圣豆40’。將采集的大豆置于15 ℃冷庫貯藏備用。

無水乙醚、硼酸、乙醇 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉、氫氧化鉀 西隴科學(xué)股份有限公司；二硫蘇糖醇、考馬斯亮藍(lán)、甲基紅、乙腈 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；溴甲酚綠、乙酸鎂、濃硫酸、鹽酸、冰乙酸、甲醇、三氯甲烷 南京化學(xué)試劑股份有限公司；BCA試劑盒、VE含量檢測試劑盒 北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

BXH-65干燥箱 上海博迅醫(yī)療生物儀器有限公司；GL21M離心機(jī) 湖南湘儀實驗室儀器開發(fā)有限公司；SGM馬弗爐 美國Sigma公司；721紫外分光光度計上海精密科學(xué)儀器有限公司；1260高效液相色譜儀美國安捷倫公司；K1100全自動凱氏定氮儀 深圳市賽亞泰科儀器設(shè)備有限公司；垂直電泳儀 美國伯樂公司；SpectraMax Plus384酶標(biāo)儀 美國美谷分子公司。

1.3 方法

1.3.1 雜質(zhì)含量、色澤氣味、損傷率測定

雜質(zhì)含量、色澤氣味、損傷率指標(biāo)的測定均按照GB 1352—2009《大豆》進(jìn)行，每個樣品重復(fù)測定3 次。

1.3.2 水分含量測定

水分含量采用直接干燥法進(jìn)行測定。將大豆樣品研磨至顆粒小于2 mm，將潔凈坩堝置于（103±2）℃烘箱內(nèi)干燥1 h，取出置于干燥器中冷卻至室溫，稱質(zhì)量，再重復(fù)干燥直至恒質(zhì)量（即兩次質(zhì)量差小于2 mg）。稱取2.000 0～10.000 0 g試樣于預(yù)處理過的坩堝中，試樣厚度不超過5 mm，加蓋，稱質(zhì)量。置于101～105 ℃干燥箱中干燥2～4 h后加蓋取出，于干燥器內(nèi)冷卻0.5 h后稱質(zhì)量。于101～105 ℃干燥箱中干燥1 h左右取出，于干燥器內(nèi)冷卻0.5 h后再稱質(zhì)量。重復(fù)以上操作至前后兩次質(zhì)量差不超過2 mg，即為恒質(zhì)量。實驗重復(fù)3 次，經(jīng)計算得到大豆水分含量。

1.3.3 粗脂肪含量測定

粗脂肪含量采用索氏提取法進(jìn)行測定。稱取大豆樣品5 g，置于全自動索氏提取儀中測定，每個樣品重復(fù)測定3 次。

1.3.4 蛋白質(zhì)含量測定

蛋白質(zhì)含量采用凱氏定氮法進(jìn)行測定。將大豆樣品研磨至顆粒小于2 mm，稱取試樣0.2～2.0 g進(jìn)行消化處理后置于自動凱氏定氮儀，測定大豆蛋白質(zhì)含量，每個樣品重復(fù)測定3 次。

1.3.5 灰分含量測定

灰分含量根據(jù)GB 5009.4—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測定》進(jìn)行測定。

1.3.6 碳水化合物含量測定

碳水化合物含量采用減法計算獲得。根據(jù)GB 28050—2011《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 預(yù)包裝食品營養(yǎng)標(biāo)簽通則》，大豆中碳水化合物質(zhì)量為大豆總質(zhì)量（100 g）減去蛋白質(zhì)、脂肪、水分和灰分的質(zhì)量，每個樣品取3 個平行。

1.3.7 磷脂含量測定

將大豆樣品經(jīng)搗碎機(jī)充分搗碎，稱取2～5 g，經(jīng)三氯甲烷-甲醇溶液提取得到提取物后灼燒至完全灰化，然后用鹽酸加熱溶解灰分，冷卻至室溫后用氫氧化鉀中和，用鹽酸溶解沉淀，定容，進(jìn)行比色測定，實驗重復(fù)3 次[19]。

1.3.8 7S和11S球蛋白含量測定

大豆7S和11S球蛋白含量采用姜振峰等[20]的方法進(jìn)行測定。首先利用堿提酸沉法[21]提取大豆蛋白，將大豆粉碎后脫脂，將脫脂后的大豆粉與去離子水按照料液比1∶10（m/V）混合，用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至9.0，在室溫下攪拌30 min后5 000 r/min離心15 min，離心得到的上清液用HCl溶液調(diào)節(jié)pH值至4.5，靜置30 min，4 800 r/min離心15 min，棄去上清液，將沉淀加水復(fù)溶，用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值至7.0，將蛋白進(jìn)行冷凍干燥后得到大豆分離蛋白。將提取得到的不同品種大豆分離蛋白配制為5 mg/mL蛋白溶液，取50 μL蛋白樣品、40 μL上樣緩沖液和10 mL二硫蘇糖醇混勻，于100 ℃加熱10 min。取10 μL樣品溶液上樣，濃縮膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%，分離膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%，在電壓80 V條件下進(jìn)行十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳（sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis，SDS-PAGE）2～3 h后取出膠條，浸泡于固定液（7%冰乙酸溶液、40%甲醇溶液）中1 h，用考馬斯亮藍(lán)R-250染色，用脫色液（7.5%冰乙酸溶液、5%甲醇溶液）脫色至背景清晰。利用Gel-Doc 2000凝膠成像儀拍照，用Quantity One 4.1軟件分析7S球蛋白、11S球蛋白含量[22]，實驗重復(fù)3 次。

1.3.9 蛋白質(zhì)溶解比率測定

蛋白質(zhì)溶解比率測定參考徐亞等[22]的方法，采用BCA試劑盒對水溶性蛋白質(zhì)量進(jìn)行測定。首先將BCA試劑與CuSO4溶液（體積比50∶1）配制成工作液，充分混勻。將1.3.8節(jié)提取的大豆分離蛋白加入蒸餾水中配制10 mg/mL的溶液，將溶液4 000 r/min離心15 min，取上清液備用。取牛血清白蛋白（bovine serum albumin，BSA）標(biāo)準(zhǔn)品用磷酸鹽緩沖液溶解得到質(zhì)量濃度為0.5 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)品溶液。向標(biāo)準(zhǔn)品溶液和樣品溶液中加入BCA工作液，在37 ℃下放置30 min，用酶標(biāo)儀在562 nm波長處測定吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計算出水溶性蛋白質(zhì)量濃度，每個樣品進(jìn)行3 次重復(fù)實驗，總蛋白質(zhì)量濃度通過1.3.4節(jié)方法測得，蛋白質(zhì)溶解比率按公式（1）計算。

1.3.10 酸價測定

酸價采用滴定法進(jìn)行測定。將索氏抽提的大豆油通過旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除溶劑后，稱取油樣3.5 g，加入乙醚-乙醇（體積比2∶1）混合溶劑50 mL，再加入酚酞指示劑，用0.1 mol/L的氫氧化鉀溶液滴定，出現(xiàn)微紅且30 s不褪色時記錄消耗氫氧化鉀溶液的體積[23]，實驗重復(fù)3 次，按公式（2）計算大豆油的酸價。

式中：V為試樣測定所消耗的標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積/mL；V0為相應(yīng)的空白測定所消耗的標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積/mL；c為標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度/（mol/L）；56.1為氫氧化鉀的摩爾質(zhì)量（g/mol）；m為油脂樣品質(zhì)量/g。

1.3.11 VE含量測定

VE含量使用試劑盒測定。將大豆樣品經(jīng)搗碎機(jī)充分搗碎，稱取0.1 g大豆樣品加入1 mL提取液，旋渦振蕩5 min，于25 ℃、5 000×g離心10 min，取上清液。使用酶標(biāo)儀在530 nm波長處進(jìn)行測定，用無水乙醇調(diào)零，將VE標(biāo)準(zhǔn)品溶液用無水乙醇梯度稀釋繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，分別測定對照管、測定管、標(biāo)準(zhǔn)管和空白管（按照檢測試劑盒說明書操作配制）的吸光度，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線計算樣品中VE質(zhì)量濃度，并按式（3）計算大豆中VE含量，每個樣品重復(fù)3 次。

式中：ρ為樣品VE質(zhì)量濃度/（μg/mL）；V樣為樣品液體積（0.5 mL）；V總為提取液體積（3 mL）；m為樣品質(zhì)量/g。

1.3.12 大豆異黃酮含量測定

大豆異黃酮含量采用高效液相色譜法進(jìn)行測定。將大豆樣品研磨，稱取5 g試樣用甲醇溶液超聲振蕩提取，提取液經(jīng)離心、濃縮、定容、過濾后，用高效液相色譜儀測定，色譜柱為RPC18柱（250 mm×4.6 mm，5 μm），流動相為0.1%乙酸溶液和0.1%乙酸乙腈溶液[24]，以大豆苷、染料木苷、染料木素為標(biāo)準(zhǔn)品，重復(fù)3 次，利用外標(biāo)法計算大豆異黃酮含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

本研究采用Excel 2021軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理匯總，采用SPSS 26.0軟件進(jìn)行單因素方差分析、主成分分析和聚類分析，采用R語言和Origin 2021軟件繪圖。

1.4.1 Delphi問卷調(diào)查篩選大豆品質(zhì)評價指標(biāo)

Delphi法即專家調(diào)查法，其通過匿名方式將所有大豆相關(guān)品質(zhì)指標(biāo)匯總制成問卷，對大豆產(chǎn)業(yè)專家、用戶（生產(chǎn)商、經(jīng)銷商及消費者等產(chǎn)業(yè)參與人員）進(jìn)行問卷評價及訪談，分析食用商品大豆品質(zhì)指標(biāo)及其重要性，最終形成油用商品大豆和飼料用商品大豆品質(zhì)評價核心指標(biāo)。本研究根據(jù)文獻(xiàn)研究和現(xiàn)有資料[25-27]制定《油料用、飼料用大豆品質(zhì)評價指標(biāo)調(diào)查問卷》，第1輪問卷主要包括油料用、飼料用大豆的食用品質(zhì)、加工品質(zhì)、商品品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)方面的品質(zhì)指標(biāo)，按5 個重要性等級（重要性從低到高分別對應(yīng)分值1～5 分）對大豆評價指標(biāo)進(jìn)行打分，實現(xiàn)定量評價，并適當(dāng)留白供專家書寫修改補充意見?；厥盏?輪問卷進(jìn)行總結(jié)分析，結(jié)合專家的補充意見制定第2輪專家調(diào)查問卷，并對第2輪問卷進(jìn)行分析，形成基于Delphi法的《油料用、飼料用大豆品質(zhì)評價指標(biāo)專家共識》第3輪問卷。每輪向20 位專家發(fā)放問卷。得到的問卷結(jié)果采用Excel 2021軟件雙機(jī)數(shù)據(jù)錄入，分析得到Delphi問卷調(diào)查結(jié)果。

1.4.2 構(gòu)建大豆品質(zhì)綜合評價數(shù)據(jù)模型

對問卷調(diào)查結(jié)果數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后構(gòu)建數(shù)據(jù)模型[28]，從主觀和客觀兩方面的權(quán)重構(gòu)建線性關(guān)系得出每個指標(biāo)的組合權(quán)重，根據(jù)組合權(quán)重計算綜合得分。

1.4.2.1 G1法確定主觀權(quán)重

根據(jù)專家認(rèn)知的重要程度將10 個指標(biāo)按重要性排序得到評價指標(biāo)集X＝{X1，…，X10}，將Xn-1與Xn的重要性之比記為rn，得到公式（4）。

按式（9）計算第i個對象的第j項指標(biāo)在該指標(biāo)值和中所占的比重fij。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同大豆品種主要品質(zhì)指標(biāo)的差異性

本研究對用戶及行業(yè)專家進(jìn)行Delphi問卷調(diào)查，結(jié)合對油料用和飼料用大豆的品質(zhì)要求，最后各篩選出10 個典型品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行差異顯著性分析。對東北、華北、華東和華南4 個主產(chǎn)區(qū)大豆品質(zhì)指標(biāo)的差異性分析結(jié)果如表1所示。不同大豆品種間大部分品質(zhì)指標(biāo)差異都達(dá)到極顯著或高度顯著水平（P＜0.01或P＜0.001），顯示了不同品種的主效應(yīng)作用，其中只有色澤氣味和碳水化合物含量2 個指標(biāo)差異不明顯，說明種植地區(qū)、生長條件和品種差異對大豆品質(zhì)性狀有重要影響。F值是組間和組內(nèi)離差平方和與自由度的比值，可用于檢測某項變異因素的效應(yīng)或方差。F值大，說明品種間方差是主要方差來源，品種對F值影響顯著，如7S/11S球蛋白比例、水分含量、蛋白質(zhì)溶解比率等指標(biāo)。F值小，說明隨機(jī)方差是主要的方差來源，如碳水化合物含量、色澤氣味，品種對F值影響不顯著。但方差分析只能初步評價大豆的品質(zhì)差異，不能準(zhǔn)確地篩選特征性品質(zhì)指標(biāo)，對于油料、飼料專用大豆品種的選擇還需結(jié)合多元分析方法進(jìn)行區(qū)分，從而篩選出在不同用途上對大豆品質(zhì)指標(biāo)起主導(dǎo)作用的特征性指標(biāo)，最終利用特征性指標(biāo)判定油料用大豆和飼料用大豆的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)和優(yōu)勢品種。

表1 油料、飼料用大豆主要品質(zhì)指標(biāo)的方差分析Table 1 Analysis of variance of major quality properties of soybeans for oil and feed

2.2 熱圖分析結(jié)果

將不同大豆品種的檢測指標(biāo)數(shù)據(jù)利用SPSS軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并通過R語言軟件繪制熱圖，結(jié)果如圖2所示。橫坐標(biāo)代表不同地區(qū)的大豆品種，縱坐標(biāo)代表品質(zhì)指標(biāo)，通過顏色反映大豆品種與品質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)性。通過對40 個大豆品種與10 個品質(zhì)指標(biāo)之間相關(guān)性的直觀展示，可以發(fā)現(xiàn)油料用大豆中東北地區(qū)大豆品種與粗脂肪含量、VE含量、水分含量相關(guān)性較高，明顯高于其他3 個大豆主產(chǎn)區(qū)。胡國華[29]的研究結(jié)果表明，大豆脂肪含量與緯度的相關(guān)系數(shù)為0.843 7（P＜0.01），高緯度地區(qū)大豆的脂肪含量相對較高，這主要與氣候條件密切相關(guān)，晝夜溫差大、降雨量適中、日照充足有利于脂肪的形成，使東北春大豆的含油量高于南方夏大豆，且東北大豆的平均含油量一般在20.0%以上[30]。飼料用大豆中華南地區(qū)大豆品種與蛋白質(zhì)含量、華東地區(qū)大豆品種與7S/11S球蛋白比例、東北地區(qū)大豆品種與蛋白質(zhì)溶解比率相關(guān)性較好，東北地區(qū)大豆品種與粗脂肪含量、大豆異黃酮含量也具有一定的相關(guān)性，而華北地區(qū)大豆各指標(biāo)的變化規(guī)律性不強。大豆蛋白質(zhì)含量與緯度的相關(guān)系數(shù)為-0.818 4（P＜0.01）[31]，因此長江流域大豆蛋白質(zhì)含量＞黃河流域＞東北地區(qū)。其中大豆7S/11S球蛋白比例、蛋白質(zhì)溶解比率和大豆異黃酮含量對飼料的消化吸收性及營養(yǎng)提供至關(guān)重要，而這類指標(biāo)在華南、華東和東北地區(qū)大豆品種中相對較高，提示這些地區(qū)所產(chǎn)大豆更適合用作加工飼料。熱圖能夠清晰地反映各大豆品種與指標(biāo)之間的相關(guān)性，表明大豆的部分指標(biāo)具有區(qū)域性的特征，可為大豆專用加工提供品種篩選的依據(jù)。

圖1 油料（A）、飼料（B）用大豆品種的聚類分析熱圖Fig.1 Heatmap for cluster analysis of soybean varieties for oil (A)and feed (B)

圖2 油料用大豆品種的主成分分析Fig.2 Principal component analysis plot of oil soybean varieties

2.3 油料、飼料用大豆品種與品質(zhì)指標(biāo)的主成分分析結(jié)果

主成分分析的主要目的是從較多大豆品質(zhì)指標(biāo)中篩選出可以表征不同用途大豆的特征性指標(biāo)，并將多個指標(biāo)重新組合成一組互不相關(guān)的指標(biāo)代替原有指標(biāo)，進(jìn)而反映大豆品種的整體特性[32-34]。對油料用大豆進(jìn)行主成分分析，如表2和圖2所示，得到4 個主成分，累計貢獻(xiàn)率達(dá)到63.43%，能夠反映原始數(shù)據(jù)信息，其中第1主成分（PC1）貢獻(xiàn)率為22.5%，通過因子分析旋轉(zhuǎn)成分矩陣結(jié)果顯示，第1主成分因子中粗脂肪、VE和水分含量荷載值較高，這些指標(biāo)均可稱為油脂相關(guān)因子，影響油脂的出油率和營養(yǎng)品質(zhì)；第2主成分（PC2）貢獻(xiàn)率為17.6%，旋轉(zhuǎn)成分矩陣中雜質(zhì)含量和損傷率在第2主成分因子中荷載值較高，雜質(zhì)含量和損傷率對油脂的酸價有重要影響；第3、4主成分貢獻(xiàn)率分別為12.20%和11.21%，其中碳水化合物和磷脂含量荷載值較高，磷脂含量與大豆油脂的加工品質(zhì)和營養(yǎng)特性密切相關(guān)，而碳水化合物含量對油脂品質(zhì)影響較小，并且差異顯著性分析結(jié)果顯示這兩個指標(biāo)在不同品種間差異不顯著，故不作為特征指標(biāo)。

表2 油料用大豆品質(zhì)指標(biāo)旋轉(zhuǎn)成分矩陣Table 2 Rotated component matrix of oil soybean quality indexes

此外，圖2顯示不同地區(qū)的大豆品種各自聚類現(xiàn)象不明顯，樣品間距離近代表差異較小，距離遠(yuǎn)代表差異較大。東北地區(qū)大豆相對獨立，其與其他3 個地區(qū)大豆品種的差異主要體現(xiàn)在PC1上，但其他地區(qū)大豆的分布相對東北地區(qū)大豆聚集性不高。除了東北地區(qū)，以上結(jié)果反映了同一產(chǎn)區(qū)、不同品種大豆是否都適用于油料加工的聚類現(xiàn)象不明顯。房媛媛[35]從大豆油脂加工特性的角度出發(fā)，采用出油率（脂肪含量）和油脂脂肪酸組成等品質(zhì)指標(biāo)評價了大豆原料的性質(zhì)，同時從大豆油脂貯藏特性角度分析了大豆磷脂、VE含量與油脂氧化穩(wěn)定性的關(guān)系。喬金友等[36]的研究表明，脂肪含量因子對不同地區(qū)大豆油脂品質(zhì)貢獻(xiàn)率均最大，且雜質(zhì)含量、損傷率越低，油脂的品質(zhì)越好，這兩個指標(biāo)同樣也會影響油脂的酸價，本實驗的主成分分析結(jié)果與以上研究相似。最終，綜合油料用大豆的加工需求，確定油料用大豆主要品質(zhì)特征指標(biāo)為粗脂肪含量、VE含量、雜質(zhì)含量、損傷率、水分含量和磷脂含量，其可作為品質(zhì)指標(biāo)篩選的依據(jù)。

對飼料用大豆進(jìn)行主成分分析和因子分析，如表3和圖3所示，得到4 個主成分，累計貢獻(xiàn)率達(dá)到66.63%，能夠反映原始數(shù)據(jù)信息。第1主成分（PC1）貢獻(xiàn)率為21.8%，通過因子分析旋轉(zhuǎn)成分矩陣，結(jié)果顯示第1主成分因子中7S/11S球蛋白比例、蛋白質(zhì)溶解比率、粗脂肪含量和蛋白質(zhì)含量荷載值較高，影響飼料的營養(yǎng)品質(zhì)；第2主成分（PC2）貢獻(xiàn)率為19.6%，旋轉(zhuǎn)成分矩陣中雜質(zhì)含量在第2主成分因子中荷載值較高，其影響飼料加工成品的顏色及穩(wěn)定性；第3主成分貢獻(xiàn)率為13.67%，第4主成分貢獻(xiàn)率為11.56%，旋轉(zhuǎn)成分矩陣中損傷率、色澤氣味和大豆異黃酮含量荷載值較高，這些指標(biāo)與飼料的加工品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)密切相關(guān)，而色澤氣味雖然荷載值較高但主成分貢獻(xiàn)率低，且品種間差異不顯著，故不作為主要特征指標(biāo)。

圖3 飼料用大豆品種的主成分分析Fig.3 Principal component analysis plot of feed soybean varieties

表3 飼料用大豆品質(zhì)指標(biāo)旋轉(zhuǎn)成分矩陣Table 3 Rotated component matrix of feed soybean quality indexes

圖3顯示不同地區(qū)的大豆品種呈現(xiàn)各自聚類現(xiàn)象，其中華東和華南地區(qū)大豆品種相似度較高，東北地區(qū)相對獨立，華北地區(qū)較為分散，各地區(qū)不同品種大豆的區(qū)別主要體現(xiàn)在PC1上。前人研究表明評價飼料用大豆品種的指標(biāo)主要有色澤、氣味、損傷粒率以及蛋白質(zhì)、氨基酸、磷脂、粗脂肪和粗纖維含量等[37]。綜上，在飼料加工中蛋白質(zhì)含量仍然是評價大豆原料的第一指標(biāo)，但考慮飼料的營養(yǎng)價值均衡性，粗脂肪含量、粗纖維含量、蛋白質(zhì)溶解度、大豆異黃酮含量等也是重點考察指標(biāo)[38]。結(jié)合本研究結(jié)果和飼料大豆的加工需求，確定飼料用大豆主要品質(zhì)特征指標(biāo)為7S/11S球蛋白比例、蛋白質(zhì)溶解比率、粗脂肪含量、蛋白質(zhì)含量、雜質(zhì)含量、損傷率和大豆異黃酮含量，可以此作為飼料用大豆的評價依據(jù)。以上結(jié)果與2.2節(jié)熱圖分析結(jié)果相印證。

2.4 模型構(gòu)建與綜合得分

在特征性品質(zhì)指標(biāo)篩選的基礎(chǔ)上進(jìn)一步利用組合賦權(quán)法構(gòu)建評價模型，對大豆品質(zhì)的多變量指標(biāo)進(jìn)行分析，針對油料用大豆和飼料用大豆的品質(zhì)指標(biāo)分兩步構(gòu)建大豆評價指標(biāo)數(shù)據(jù)模型[28]。首先利用G1法結(jié)合Delphi問卷調(diào)查的結(jié)果確定主觀權(quán)重，并通過熵權(quán)法得到客觀權(quán)重，將主觀權(quán)重和客觀權(quán)重進(jìn)行線性組合，得到組合權(quán)重，通過組合權(quán)重和綜合評價函數(shù)對不同大豆品種指標(biāo)進(jìn)行分析，得到每個品種大豆的綜合得分并排序，取得分排名前10 位的品種（表4）。

表4 油料用、飼料用大豆綜合得分排名前10 位的品種Table 4 Top 10 oil and feed soybean varieties with the highest comprehensive score

由表4可知，油料用大豆中‘黑農(nóng)88’得分排名第一，是最適合用于油料的大豆品種，且排名前10 位的大豆品種中東北地區(qū)大豆占比達(dá)到了50%，其次是華北地區(qū)大豆；飼料用大豆中‘華春9’得分排名第一，是最適合用于飼料的大豆品種，排名前10 位的大豆品種中華南、華東地區(qū)大豆占比較高，其次為東北地區(qū)大豆。綜合分析得分結(jié)果發(fā)現(xiàn)，油料用大豆的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)為東北春大豆區(qū)，其次為華北春大豆區(qū)，適宜品種為‘黑農(nóng)88’‘黑農(nóng)85’‘黑芽2’‘赤豆5’和‘赤豆4’。飼料用大豆的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)為華南和華東春夏大豆區(qū)，其次為東北春大豆區(qū)，適宜品種為‘華春9’‘華春4’‘通豆10’‘遼豆59’和‘綏農(nóng)94’。以上結(jié)果也驗證了大豆的地理分布規(guī)律，即產(chǎn)自高緯度地區(qū)的大豆粗脂肪含量較高，南部低緯度地區(qū)的大豆粗蛋白含量較高[39]。通過構(gòu)建大豆評價數(shù)據(jù)模型計算不同品種大豆的綜合得分可以清晰高效地得到該品種大豆在油料用、飼料用大豆中的排名情況，為大豆的不同加工需求提供了高效的原料篩選方法。

2.5 聚類分析結(jié)果

對40 個大豆品種進(jìn)行聚類分析[1]。為了排除量綱、數(shù)量級對結(jié)果的影響，本研究先利用SPSS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后通過系統(tǒng)聚類中組間聯(lián)接法進(jìn)行分析，采用歐氏距離差平方和法對D值進(jìn)行聚類分析。開始時每個品種的大豆各自為一類，然后把最靠近的大豆品種聚為小類，再將已聚合的小類按其類間距離合并，最后聚合成大類，得到的結(jié)果如圖4所示。圖4A為油料用大豆的聚類結(jié)果，可將40 個大豆品種劃分為5 個類群，分別包含30、5、2、2 個和1 個大豆品種，其中排名前5 位的大豆品種中‘黑農(nóng)85’單獨成類，‘黑芽2’‘黑農(nóng)88’‘華春9’為一類，這些品種都具有較高的脂肪含量（均在20 g/100 g左右），且損傷率低、磷脂含量高。圖4B為飼料用大豆的聚類結(jié)果，可將40 個大豆品種劃分為9 個類群，分別包含12、3、3、1、12、6、1、1 個和1 個大豆品種，同樣地，‘黑農(nóng)85’單獨成類。飼料用大豆綜合得分前5 位的大豆品種中‘通豆10’‘華夏1’和‘華春4’都?xì)w類于V類，這些品種都具有蛋白質(zhì)含量高，損傷粒率、雜質(zhì)含量低等特點，與熱圖分析的結(jié)果一致。這也在一定程度上反映了大豆品種的品質(zhì)相近性和區(qū)域特征，為全面準(zhǔn)確地評估不同地區(qū)、不同品種大豆的相關(guān)性質(zhì)以及專種專用大豆的歸類提供了切實可行的參考。

圖4 油料（A）、飼料（B）用大豆品種聚類圖Fig.4 Cluster analysis of soybean varieties for oil (A) and feed (B)

3 結(jié) 論

本研究通過分析比較不同地區(qū)、不同品種大豆的品質(zhì)指標(biāo)差異，利用主成分分析中的因子分析確定了油料用大豆的關(guān)鍵特征指標(biāo)，除粗脂肪含量外，補充了VE含量、雜質(zhì)含量、損傷率、水分含量和磷脂含量作為綜合評價指標(biāo)；確定了飼料用大豆的關(guān)鍵特征指標(biāo)，除蛋白質(zhì)含量外，補充了7S/11S球蛋白比例、蛋白質(zhì)溶解比率、粗脂肪含量、雜質(zhì)含量、損傷率和大豆異黃酮含量作為綜合評價指標(biāo)，進(jìn)一步豐富了油料、飼料用大豆評價指標(biāo)體系，使評價結(jié)果更具全面性和準(zhǔn)確性。在特征性指標(biāo)的基礎(chǔ)上利用組合賦權(quán)模型確定適用于油料用大豆的主產(chǎn)區(qū)為東北黑龍江春大豆區(qū)，其次為華北春大豆區(qū)，適宜品種為‘黑農(nóng)88’‘黑農(nóng)85’‘黑芽2’‘赤豆5’和‘赤豆4’；適用于飼料用大豆的主產(chǎn)區(qū)為華南和華東春夏大豆區(qū)，適宜品種為‘華春9’‘華春4’‘通豆10’‘遼豆59’和‘綏農(nóng)94’，聚類分析結(jié)果的補充也為具有相似特性大豆的專種專用提供了參考。然而，本研究并沒有完全覆蓋我國主栽大豆的所有品種，因此后續(xù)研究仍需進(jìn)一步充實和完善。