基于主成分、因子和聚類分析淡水魚品種對(duì)速凍青稞魚面品質(zhì)的影響

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(1.四川旅游學(xué)院,四川成都 610100;2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,四川雅安 625014;3.莊河市食品檢測(cè)監(jiān)測(cè)中心,遼寧大連116400;4. 成都市農(nóng)林科學(xué)院,四川成都 611130)

魚面是我國(guó)傳統(tǒng)的魚糜制品,有著悠久的加工歷史,在湖北的云夢(mèng)、武漢的新洲等地區(qū)深受人們的喜愛[1-2]。魚面是在魚糜中加入一定量的面粉和輔料加工而成,能夠改善傳統(tǒng)面條營(yíng)養(yǎng)不全面的缺陷[3]。喬明鋒[4]等在傳統(tǒng)魚面的基礎(chǔ)上,添加一定量的青稞粉和面條改良劑,研發(fā)出一款速凍青稞魚面,口感獨(dú)特、營(yíng)養(yǎng)更加全面。魚面中添加了大量的淡水魚糜,所以淡水魚的品質(zhì)會(huì)對(duì)魚面的質(zhì)量有直接的影響。柳麗寧[5]等研究發(fā)現(xiàn)魚糜的品質(zhì)能夠顯著影響其制品的膠凝強(qiáng)度;Shan[6]等發(fā)現(xiàn)漂洗鯉魚魚肉的介質(zhì)和時(shí)間不同會(huì)影響魚糜的白度,甚至導(dǎo)致魚糕顏色變暗,品質(zhì)下降。研究不同品種的淡水魚對(duì)魚面品質(zhì)的影響,評(píng)價(jià)指標(biāo)包括魚糜的理化指標(biāo)和魚面的食用品質(zhì)指標(biāo),由于指標(biāo)間存在一定的相關(guān)性和獨(dú)立性,對(duì)于淡水魚品種的選擇,依靠幾個(gè)品質(zhì)指標(biāo)并不能準(zhǔn)確判斷某種淡水魚是否適宜魚面的加工,因此采用主成分、因子和聚類分析對(duì)淡水魚綜合品質(zhì)進(jìn)行研究。

主成分分析法能夠從指標(biāo)因子間的相互關(guān)系入手,將其轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)互不關(guān)聯(lián)的綜合因素,簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)的過程[7];因子分析與主成分分析類似,利用數(shù)據(jù)降維的方法將復(fù)雜關(guān)系的變量綜合為較少的幾個(gè)因子[8];聚類分析是將樣本劃為不同類群進(jìn)行相似性評(píng)價(jià)的方法[9];如宋江峰[10]等采用了主成分與聚類分析對(duì)菜用大豆的品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià);白世踐[11]等針對(duì)吐魯番地區(qū)的葡萄的品質(zhì)性狀進(jìn)行因子、聚類分析。本實(shí)驗(yàn)以速凍青稞魚面為研究對(duì)象,研究7個(gè)品種淡水魚糜對(duì)魚面品質(zhì)的影響,通過主成分、因子及聚類分析方法對(duì)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析,篩選出品質(zhì)最優(yōu)的淡水魚品種的同時(shí)尋求魚糜品質(zhì)評(píng)價(jià)主要因素及取值范圍,簡(jiǎn)化了淡水魚品質(zhì)評(píng)價(jià)體系,為速凍青稞魚面工業(yè)化、機(jī)械化生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

實(shí)驗(yàn)室自制青稞粉(康青8號(hào)) 于2016年在甘孜州農(nóng)科所八美農(nóng)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)田種植,供實(shí)驗(yàn)室使用;麥芯粉 臨邑縣鴻泰制粉有縣公司;谷朊粉 山東渠風(fēng)食品科技有限公司;綠色生態(tài)井鹽 四川久大制鹽有限責(zé)任公司;食用純堿 鄭州特正商貿(mào)有限公司;復(fù)合磷酸鹽 徐州恒世磷酸鹽有限公司;CMC(羧甲基纖維素鈉) 鄭州特正商貿(mào)有限公司;不同品種(草魚、鯽魚、鯉魚、花鰱、白鰱、黔魚、烏魚)新鮮的淡水魚 均采購(gòu)于成都市龍泉驛區(qū)平安菜市,并用保鮮盒在1 h內(nèi)運(yùn)送至四川旅游學(xué)院食品學(xué)院。

YB-N型電子天平 上海精密儀器儀表有限公司;DS-1高速組織攪碎機(jī) 上海標(biāo)本模型廠制造;XHF-D高速分散器 寧波新芝生物科技股份有限公司;HR2356飛利浦自動(dòng)面條機(jī) 飛利浦投資有限公司;TMS-PRO型高精度專業(yè)食品物性分析儀 美國(guó)TFC公司;SF-400型手壓封口機(jī) 沈陽(yáng)東泰機(jī)械制造有限公司;立式RD10急凍柜 北京榮港順華制冷設(shè)備有限公司;IFSJ-I型錘片式糧食實(shí)驗(yàn)粉碎機(jī) 成都施特威科技發(fā)展公司;101-oA型電熱鼓風(fēng)干燥箱 北京中興偉業(yè)儀器有限公司;HHS-8s電子恒溫不銹鋼水浴鍋 上海光地儀器設(shè)備有限公司;DC-P3新型全自動(dòng)測(cè)色差計(jì) 北京市興光測(cè)色差儀器公司;GL-22MC高速冷凍離心機(jī) 長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司;SZF-06A粗脂肪測(cè)定儀 上海華睿儀器有限公司。

1.2魚糜和速凍青稞魚面加工工藝

1.2.1 魚糜的制備 將淡水魚肉洗凈后切成1 cm見方的小塊,按魚肉和水1∶1的比例在組織搗碎機(jī)1200 r/min下?lián)v碎1 min左右得到魚糜。

1.2.2 速凍青稞魚面的制備 參考文獻(xiàn)[4]速凍青稞魚面的制作方法,以180 g青稞混粉(青稞粉∶麥芯粉=1∶9)為基準(zhǔn)。將食用純堿(0.10%)、復(fù)合磷酸鹽(0.25%)、CMC(0.20%)、10 mL純凈水在95 ℃水浴鍋中加熱溶解,獲得復(fù)合改良劑溶液;將魚糜(33.33%)、純凈水(16.67%)、改良劑溶液(10 mL)在高速分散器10000 r/s的條件下勻漿30 s后得到魚糜勻漿;將青稞混粉、谷朊粉(8.33%)、食鹽(1.25%)、魚糜勻漿加入自動(dòng)面條機(jī),和面8 min后靜置15 min單螺旋擠壓制得生面條。生面條經(jīng)沸水糊化10～30 s,流水冷卻瀝干,稱重分袋包裝,然后進(jìn)行速凍后于-18 ℃冷藏,即得速凍青稞魚面。

1.3指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 魚糜化學(xué)成分的測(cè)定 魚糜的水分含量、蛋白質(zhì)、脂肪、灰分,分別按照GB/T 9695.15-2008《肉與肉制品水分含量測(cè)定》、GB 5009-2010《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》、GB/T 9695.7-2008《肉與肉制品總脂肪含量測(cè)定》、GB5009.4-2010《食品中灰分的測(cè)定》,進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)。

1.3.2 魚糜持水性(WHC)的測(cè)定 參考孫衛(wèi)青[12]等的研究方法,準(zhǔn)確稱取5 g魚糜,在離心管中放兩層濾紙,將稱好的魚糜放在濾紙中,1500 r/min離心15 min,離心后將樣品移出,再次稱重,包括濾紙上吸收的水分。持水能力計(jì)算:

式中:m1,樣品質(zhì)量,g;m2,濾紙吸收水分,g。

1.3.3 魚糜白度的測(cè)定 使用測(cè)定色澤變化,儀器經(jīng)過預(yù)熱校準(zhǔn)后進(jìn)行魚糜色澤的測(cè)定,結(jié)果以亮度值L*,紅綠值a*和黃藍(lán)值b*表示,白度計(jì)算公式如下:白度=100-[(100-L*)2+a*2+b*2]1/2[13-14]。

1.3.4 魚糜膠凝強(qiáng)度的測(cè)定 參考吳潤(rùn)鋒[15]等文獻(xiàn)方法,并作如下改進(jìn),將不同品種的魚糜樣品進(jìn)行灌腸后凝膠化,將魚糜凝膠切成20 mm厚的片段,用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)壓縮型膠凝強(qiáng)度,檢測(cè)速度為1 mm/s,膠凝強(qiáng)度表示穿刺強(qiáng)度與刺破魚糜凝膠時(shí)探頭所走距離的乘積,單位g.mm。每組做6個(gè)平行。

1.3.5 魚糜肌原纖維蛋白的提取 參考李清正[16]的方法,略作改動(dòng)。取5 g魚肉,加入20 mL pH=7.0的50 mmol/L磷酸緩沖液,均質(zhì)后于4 ℃、8000 r/min離心15 min,傾去上清液,重復(fù)沉淀洗滌1次,最后所得沉淀即為肌原纖維蛋白。

1.3.6 魚糜肌原纖維蛋白熱變性溫度 參考范三紅[17]等文獻(xiàn)方法,測(cè)定采用差示掃描量熱法,取淡水魚糜精確稱取5～15 mg,密封在鋁盒中并放入樣品池,以空盒做參比,保護(hù)氣為氮?dú)?升溫速率10 ℃/min,溫度范圍10～100 ℃。

1.3.7 魚糜肌原纖維蛋白乳化性 用濁度法[18-19]測(cè)定肌原纖維蛋白的乳化活性。

表1 速凍青稞魚面感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Sensory evaluation quick-frozen highland barley fish noodles

1.3.8 魚面質(zhì)構(gòu)特性的測(cè)定 參考趙田田[20-21]等文獻(xiàn)方法測(cè)定面條的質(zhì)構(gòu),取速凍青稞魚面20 g不解凍放入沸水鍋中煮熟后(3 min)撈出,流水冷卻后瀝干至無(wú)明水。將煮熟的面魚剪切為3 cm的長(zhǎng)條,每次將4根面魚水平放置在載物臺(tái)上,放置方向與平口探頭垂直,參數(shù)設(shè)定(高度30 mm,形變量50 mm,速度60 mm/min,回復(fù)力0.375 N,兩次壓縮停留間隔5 s),每組實(shí)驗(yàn)平行6組,測(cè)定其硬度、彈性、黏附性和咀嚼性指標(biāo)。

1.3.9 魚面蒸煮特性的測(cè)定 干物質(zhì)吸水率測(cè)定:參照孫茹[22]等方法;干物質(zhì)損失率測(cè)定:參考侯娟[23]等方法。

表2 不同品種淡水魚糜理化指標(biāo)Table 2 Physicochemical index of different varieties freshwater fish

注:同列數(shù)據(jù)標(biāo)注不同字母表示差異顯著(p<0.05);表3同。

1.3.10 魚面感官評(píng)價(jià) 量取500 mL自來(lái)水于不銹鋼鍋中,在2000 W電磁爐上煮沸,煮至面魚芯的白色生粉剛剛消失(3 min),立即撈出分裝在碗中待品嘗。由10名經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的食品科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)生(男∶女=1∶1)組成的評(píng)價(jià)小組對(duì)不同處理的樣品進(jìn)行色澤、表觀狀態(tài)、食味和口感進(jìn)行感官評(píng)定[24-25]。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

1.4因子綜合得分計(jì)算

根據(jù)主成分貢獻(xiàn)率選取因子數(shù)量,根據(jù)因子得分計(jì)算各產(chǎn)品綜合得分F,計(jì)算公式為:F=PC1×F1+PC2×F2+……+PCn×Fn,式中,PC1、PC2……PCn為主成分貢獻(xiàn)率,F1、F2……Fn為因子得分[26]。

1.5數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)采用Excel軟件,方差分析、Duncan多重比較顯著性差異分析主成分、因子和聚類分析用SPSS 20.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1不同品種淡水魚和魚面品質(zhì)直觀分析

2.1.1 魚糜理化指標(biāo)分析 表2為7種淡水魚糜理化指標(biāo),淡水魚的蛋白質(zhì)含量普遍較高,在16.97%～21.02%之間,草魚的蛋白質(zhì)含量最高,較其他品種淡水魚存在顯著差異(p<0.05);脂肪含量在1.02%～4.76%之間,其中白鰱的脂肪含量最低(1.02%),約為鯽魚的0.25倍;鯉魚的持水性、白度、凝膠強(qiáng)度較高,持水性相較于草魚增幅達(dá)到65.85%,膠凝強(qiáng)度相較于烏魚增幅達(dá)到31.91%。由于鯉魚魚肉肉質(zhì)細(xì)嫩,含人體必需氨基酸、礦物質(zhì)和維生素等營(yíng)養(yǎng)元素[27]。綜上所述,鯉魚魚糜的綜合品質(zhì)相對(duì)較佳。

2.1.2 魚面食用品質(zhì)分析 如表3所示,鯉魚、花鰱魚面的感官品質(zhì)評(píng)分相較其他品種淡水魚面評(píng)分較高,如鯉魚色澤評(píng)分為8.60,花鰱的表觀狀態(tài)評(píng)分為8.32,均為最高值,可能是由于鯉魚和花鰱膠凝強(qiáng)度相對(duì)較高,能夠改善魚面的韌性和口感,增強(qiáng)其食用品質(zhì);花鰱魚面的質(zhì)構(gòu)指標(biāo)相對(duì)較高,彈性值高達(dá)0.51 mm,而黔魚魚面的彈性值顯著下降為0.04 mm;7種魚面的吸水率在51.60%～58.88%范圍內(nèi),其中鯉魚、黔魚魚面的吸水率較高,烏魚魚面的吸水率相對(duì)較低,而損失率最高達(dá)8.44%。因此初步確認(rèn)鯉魚、花鰱魚面綜合品質(zhì)較佳。

表3 淡水魚品種對(duì)速凍青稞魚面品質(zhì)的影響Table 3 Effect of fish variety on quick-frozen highland barley fish noodles quality

表4 各品質(zhì)指標(biāo)間相關(guān)性分析表Table 4 Correlation analysis among various quality indexes

注:**在0.01 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān);* 在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

2.2相關(guān)性分析

由表4可知,魚糜的理化指標(biāo)與魚面的品質(zhì)之間存在不同程度的相關(guān)性。魚糜的持水性與魚面硬度呈極顯著正相關(guān)(p<0.01);魚糜的膠凝強(qiáng)度與表觀狀態(tài)呈極顯著正相關(guān)(p<0.01);魚糜的肌原纖維蛋白乳化性與魚面的硬度、彈性、咀嚼性呈極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01)。以上測(cè)定的魚糜理化指標(biāo)與魚面的品質(zhì)指標(biāo)之間均存在不同程度的相關(guān)性,說明指標(biāo)間存在著信息的重疊,因此魚糜的理化指標(biāo)與魚面的品質(zhì)指標(biāo)不能作為準(zhǔn)確評(píng)價(jià)淡水魚品質(zhì)的主要影響因素。

2.3主成分分析

2.3.1 提取主成分 主成分分析法是用少數(shù)變量盡可能多的反映原來(lái)變量的信息,一般認(rèn)為累積方差貢獻(xiàn)率大于85%,就可以保留大部分重要信息[28]。由表5可知,前4個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為90.38%>85%;圖1為特征值的碎石圖,可以根據(jù)連線坡度的陡緩程度,可以比較清楚地看出各成分的重要程度,前4個(gè)成分的特征值下降趨勢(shì)較快,第5個(gè)成分開始變化趨勢(shì)表現(xiàn)為緩慢下降,即這4個(gè)主成分能較為全面的反映淡水魚品質(zhì)的大部分信息,因此提取4個(gè)成分比較合適。

表5 主成分特征值、方差貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 5 Eigenvalues,variance contribution rates and cumulative contribution rates of principal components

表6 成分荷載矩陣表Table 6 Component loading matrix

圖1 碎石圖Fig.1 Screen plot

2.3.2 主成分成分荷載 結(jié)合表5和表6可知,第1主成分的特征值為8.582,貢獻(xiàn)率為45.17%,決定第1主成分的主要是魚面的口感,其次為色澤、咀嚼性、表觀狀態(tài)、彈性、食味和魚糜的膠凝強(qiáng)度等;可將第1主成分看作是淡水魚品質(zhì)的綜合指標(biāo);第2主成分的特征值為4.771,貢獻(xiàn)率為25.113%,第2主成分的主要是魚糜的灰分、蛋白質(zhì)等決定,可將第2主成分看作是魚糜的理化特性指標(biāo);第3主成分的特征值2.485,貢獻(xiàn)率為13.08%,決定第3主成分的主要是魚糜的白度,其次為魚面的粘附性等;第4主成分的特征值為1.333,貢獻(xiàn)率為7.018%,決定第4主成分主要是魚糜持水性,其次為脂肪含量。

2.4因子分析

2.4.1 基于主成分確定因子荷載 對(duì)7個(gè)淡水魚品種的19項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行因子分析,由主成分分析結(jié)果可提取4個(gè)公因子,其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到90.38%,可以看出這4個(gè)因子能夠解釋淡水魚品質(zhì)指標(biāo)的90.38%,具有較高的代表性。為了使因子之間的信息更加獨(dú)立,用最大方差法(Varimax)進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)后的因子荷載向兩端集中,能較好的地解釋公因子,結(jié)果如表7所示。

表7 因子得分系數(shù)矩陣表Table 7 Rotated factor loading matrix

表8 因子得分與綜合得分Table 8 Factor scores and comprehensive scores

2.4.2 因子得分與綜合得分 以各公因子的貢獻(xiàn)率作為權(quán)重,構(gòu)建品質(zhì)綜合評(píng)價(jià)得分函數(shù):

F=0.4517F1+0.2511F2+0.1308F3+0.0702F4,計(jì)算淡水魚品質(zhì)的因子綜合評(píng)分值,若評(píng)分值越高,則淡水魚的綜合品質(zhì)越好。在因子綜合統(tǒng)計(jì)結(jié)果基礎(chǔ)上計(jì)算出供試的7個(gè)淡水魚品種的綜合得分,如表8所示。結(jié)果表明,7個(gè)品種淡水魚中,鯉魚的得分最高(0.7673),其次為花鰱和鯽魚,白鰱、草魚、黔魚和烏魚的綜合評(píng)分在-0.7000～0之間,其中烏魚的評(píng)價(jià)得分最低(-0.6555)。因此,從因子綜合品質(zhì)分析可以篩選出品質(zhì)較優(yōu)的淡水魚品種為鯉魚和花鰱。

2.4.3 各分值相關(guān)性分析 將指標(biāo)綜合得分與因子得分進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果如表5所示,綜合得分與因子得分1呈顯著正相關(guān)(p<0.05),相關(guān)系數(shù)為0.840,說明綜合得分與因子得分1具有良好的相關(guān)性;而4個(gè)因子得分之間相關(guān)性均為0,說明4個(gè)公因子代表的淡水魚品質(zhì)信息不重疊,符合因子分析的要求。

表9 相關(guān)性分析Table 9 Correlation analysis

2.5聚類分析

由于因子得分1與綜合得分存在較好的相關(guān)性,所以以因子得分1為依據(jù)對(duì)7個(gè)淡水魚品種進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析,分析結(jié)果見圖2。當(dāng)類間距離為8時(shí),7個(gè)品種淡水魚共聚為2類,其中第1類為鯉魚、花鰱、草魚和鯽魚,第2類為白鰱、黔魚、烏魚。以因子得分1為依據(jù)得到的分類結(jié)果,因子得分1共代表了包括膠凝強(qiáng)度、口感、硬度、持水性、彈性、色澤、表觀狀態(tài)、食味、咀嚼性等9個(gè)指標(biāo)。

圖2 聚類分析圖Fig.2 Cluster analysis

2.6淡水魚品質(zhì)指標(biāo)最佳取值范圍分析

根據(jù)聚類分析結(jié)果,對(duì)9個(gè)核心指標(biāo)進(jìn)行分析,不同類別的淡水魚品質(zhì)指標(biāo)的取值范圍見表10。第一、二類中,第一類膠凝強(qiáng)度范圍為1783.35～2295.63 g·mm,顯著高于第二類(1740.32～1897.03 g·mm),魚糜膠凝強(qiáng)度大,則淡水魚糜的綜合品質(zhì)越高,其成品魚面的粘性、彈性等質(zhì)構(gòu)特性越佳[29];感官指標(biāo)評(píng)分越高,則表明面條食用品質(zhì)越高,第一類面條的感官指標(biāo)品質(zhì)均值高于第二類,色澤評(píng)分>8.00,表觀狀態(tài)評(píng)分>7.80,食味評(píng)分>7.60,口感評(píng)分>18.74,此時(shí)面條品質(zhì)較好;彈性、硬度、咀嚼性與面條的品質(zhì)呈正相關(guān),第一類的彈性取值0.30～0.51 mm,硬度取值0.72～0.90 N,咀嚼性取值0.07～0.15 mJ,顯著高于第二類的指標(biāo)值;魚糜的持水性影響魚肉的品質(zhì),直接影響成品魚面的綜合品質(zhì),第一類持水性為0.82%～1.36%,第二類持水性0.96%～1.15%,持水性在0.95%～1.36%范圍內(nèi)成品魚面品質(zhì)較佳。綜上所述,將淡水魚的品質(zhì)指標(biāo)最佳范圍進(jìn)行歸納總結(jié),如表11所示,通過這些指標(biāo)和范圍可以對(duì)優(yōu)質(zhì)的淡水魚品種進(jìn)行有效篩選,為速凍青稞魚面原料的篩選提供了理論依據(jù)。

表10 不同類別淡水魚品質(zhì)指標(biāo)的取值范圍Table 10 The value range of quality index in different freshwater fish

表11 淡水魚品質(zhì)指標(biāo)最佳取值范圍Table 11 The optimal value range of freshwater fish quality index

注:表中的“-”代表“無(wú)”。

3 結(jié)論

我國(guó)淡水魚品種繁多,品質(zhì)特性有極大的差異,以其為原料制作而成的速凍青稞魚面品質(zhì)也有不同程度的差異。通過主成分、因子和聚類分析對(duì)7個(gè)品種淡水魚品質(zhì)進(jìn)行研究,得到9個(gè)核心品質(zhì)指標(biāo)的最佳取值范圍:魚糜膠凝強(qiáng)度1783.35～2295.63 g·mm,持水性 0.95%～1.36%,魚面表觀狀態(tài)>7.80,食味>7.60,口感>18.74,色澤>8.00,彈性0.30～0.51 mm,咀嚼性0.07～0.15 mJ,硬度0.72～0.90 mJ,這些指標(biāo)對(duì)高品質(zhì)淡水魚品種的篩選具有重要的意義,為工業(yè)化生產(chǎn)出品質(zhì)穩(wěn)定的速凍青稞魚面具有重要的實(shí)踐意義。

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