基于數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析的紅棗主要評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇

許牡丹，陳奕文，張悅

（陜西科技大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，陜西西安710021）

紅棗味甘香甜，風(fēng)味獨(dú)特，被稱為水果中的“補(bǔ)品王”[1]。紅棗營養(yǎng)成分全面，除了含有豐富的有機(jī)酸和蛋白質(zhì)之外，還含有多種微量元素和必須氨基酸。其中的大棗多糖具有抗癌、抗衰老等生理活性功能[2-3]。目前，紅棗的加工最常見的是紅棗的干制。主成分分析和聚類分析是最常用的數(shù)據(jù)處理方法，近年來在果蔬的品質(zhì)指標(biāo)分析中有廣泛的應(yīng)用。張振文等[4]采用主成分分析方法，對(duì)芒果儲(chǔ)藏過程中的VC、總糖、葉綠素含量等8個(gè)指標(biāo)的變化進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。王佐等[5]對(duì)寧夏6個(gè)品種紅棗的10項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行研究，利用主成分分析綜合評(píng)價(jià)法選出金昌一號(hào)和山西駿棗果這兩個(gè)品種。樊丁宇等[6]分析測(cè)定58個(gè)品種杏的單果重、可溶性固形物和硬度等10個(gè)指標(biāo)，并對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析和聚類分析。

陜北地區(qū)是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)紅棗的基地，所產(chǎn)的紅棗色澤鮮艷，棗大核小，汁多甘甜。陜西省大荔縣也是生產(chǎn)紅棗的主要地區(qū)，品種以水棗和冬棗居多。寧夏由于得天獨(dú)厚的地理和氣候條件非常適宜紅棗栽種。本文選取了陜西的3種棗和寧夏的4種棗作為原料，通過測(cè)定營養(yǎng)理化指標(biāo)，色澤指標(biāo)和加工特性指標(biāo)評(píng)價(jià)出不同品種的紅棗品質(zhì)的差異，并對(duì)各個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析和聚類分析，篩選出紅棗品質(zhì)的核心評(píng)價(jià)指標(biāo)，以期為紅棗今后的加工與開發(fā)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

同心圓棗、中寧小棗、靈武圓棗、靈武長棗：采于寧夏紅棗基地，八成熟；水棗：陜西大荔縣；梨棗：陜西涇陽；木棗：采于陜西省佳縣。

草酸（分析純）：天津市天力化學(xué)試劑有限公司；2，6-二氯靛酚（分析純）：上海華藍(lán)化學(xué)科技公司；抗壞血酸（分析純）：致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限責(zé)任公司；無水乙醇（分析純）：天津市富宇精細(xì)化工有限公司；亞鐵氰化鉀（分析純）：汕頭市光華化學(xué)廠。

1.2 儀器與設(shè)備

YP2001N電子天平：北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；H1207758型電子恒溫水浴鍋：上海景宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；2W型阿貝折光儀：上海精密光學(xué)儀器公司；754PC紫外分光光度計(jì)：上海光譜儀器有限公司；101-2A電熱鼓風(fēng)干燥箱：天津市泰斯特儀器有限公司；DZ-300A多功能真空封裝機(jī)：溫州市興業(yè)機(jī)械設(shè)備有限公司。

1.3 指標(biāo)測(cè)定方法

采用常壓烘箱干燥法GB5009.3-2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》測(cè)定水分含量；斐林試劑法[7]測(cè)定總糖含量；直接滴定法[7]測(cè)定還原糖；滴定法[7]測(cè)定總酸含量；重量法[8]測(cè)定纖維素；分光光度計(jì)法[8]測(cè)定葉綠素；VC含量采用用2，6-二氯靛酚滴定法[9]；咔唑比色法[9]測(cè)定果膠；參照黃偉坤[10]的方法來表示褐變度；參照江昊[11]的方法測(cè)定制干率以及復(fù)水性。

1.4 數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法

研究過程中，會(huì)遇到指標(biāo)數(shù)量過多，信息在一定程度上發(fā)生重疊的問題。主成分分析法是用少數(shù)指標(biāo)代表原來大量指標(biāo)，并且包含80%以上信息的統(tǒng)計(jì)分析方法。聚類分析是按照不同指標(biāo)或樣本的相似性，將距離相近的一類逐漸聚合的過程。

應(yīng)用主成分分析，依據(jù)特征值和累計(jì)貢獻(xiàn)率確定品質(zhì)評(píng)價(jià)因素的個(gè)數(shù)，然后應(yīng)用聚類分析中系統(tǒng)聚類法選擇評(píng)價(jià)的類別和評(píng)價(jià)因素[12]。采用SPSS19.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 鮮棗感官性狀分析

鮮棗感官品質(zhì)的好壞會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量的優(yōu)劣，選取7個(gè)不同品種的鮮棗為研究對(duì)象進(jìn)行感官品質(zhì)評(píng)價(jià)，結(jié)果見表1。

表1 不同品種鮮棗感官性狀分析Table1 Theanalysisof sensory properties for different fresh jujube

由表1可知，7個(gè)品種中涇陽梨棗的體積最大，大荔水棗和中寧小棗的體積偏小。由于采收期不同，涇陽梨棗和大荔水棗均采于棗的白孰期，所以棗皮程白綠色，口感微甜，質(zhì)地軟。其他5種棗均采摘于脆熟期，所以果皮都呈現(xiàn)紅色且質(zhì)地偏硬，其中靈武長棗的果皮顏色最深，呈黑紅色。

2.2 不同品種紅棗品質(zhì)指標(biāo)比較

不同品種紅棗品質(zhì)指標(biāo)比較見表2。

由表2可知，不同品種的棗各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)差異較大。7種紅棗中靈武長棗的棗核所占比例最小，可食率高。同心圓棗，武靈圓棗，武靈長棗，中寧小棗屬于寧夏品種，水分含量普遍偏低，而VC和可溶性固形物的含量較高，適合做干制品，且纖維素含量少吃起來口感細(xì)膩。其中武靈圓棗的VC含量最高為457mg/g，涇陽梨棗VC含量最少，且涇陽梨棗的纖維素含量最高，吃起來口感較粗糙。佳縣木棗的總糖最高為30.2%，口味偏甜。總酸度最大的是靈武圓棗，最小的是涇陽梨棗。涇陽梨棗的制干率最低為21.58%，不易干燥。7種紅棗的復(fù)水比在2.97～2.43之間，其中靈武長棗的復(fù)水性最好，涇陽梨棗的復(fù)水性最差。色澤方面，佳縣木棗的葉綠素含量最低，大荔水棗和涇陽梨棗的葉綠素含量較高且褐變度小，這可能是因?yàn)樵诓烧诿傅暮科毡槠?，干燥時(shí)酶促褐變的程度小，所以大棗的色澤得到了保護(hù)。

表2 不同品種紅棗品質(zhì)指標(biāo)比較Table2 Comparison of different kindsof jujubequality indexes

2.3 紅棗品質(zhì)指標(biāo)描述性分析

通過測(cè)定7種紅棗的14項(xiàng)指標(biāo)，研究不同品種的紅棗各項(xiàng)指標(biāo)的差異，結(jié)果見表3。

表3 品質(zhì)指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)Table3 Descriptive statisticsofquality indexes

由于紅棗的遺傳多樣性，7種紅棗的品質(zhì)性狀均存在不同程度的變異情況。變異系數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比，可以用來表示紅棗各個(gè)指標(biāo)的離散程度。由表3可知，復(fù)水性的變異系數(shù)最小為8.19%，離散程度較小，說明不同品種的紅棗復(fù)水性的差異不大。其余的指標(biāo)變異系數(shù)均較大，說明不同品種的紅棗大多數(shù)的品質(zhì)差異較大，其中果膠和纖維素的變異程度最大，變異系數(shù)分別為60.6%和58.97%。以上分析結(jié)果表明，試驗(yàn)所選的7個(gè)品種紅棗14項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定值均在接受范圍之內(nèi)，不同品種紅棗的品質(zhì)差異較大，說明具有一定的代表性與廣泛性。

2.4 紅棗品質(zhì)指標(biāo)的主成分分析

首先采用SPSS19.0分析軟件對(duì)14個(gè)品質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，從而避免不同量綱、量級(jí)產(chǎn)生的誤差影響。再運(yùn)用主成分分析法得到紅棗品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣見表4，方差分析貢獻(xiàn)表見表5和主成分載荷矩陣見表6。

表4 紅棗品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)矩陣Table4 Correlationmatrix of quality indexesof jujube

根據(jù)表4可知，在表示營養(yǎng)的參數(shù)中，水分與可溶性固形物呈極顯著負(fù)相關(guān)，與果膠呈極顯著正相關(guān)；VC分別與總糖、總酸、可溶性固形物呈極顯著正相關(guān)，與纖維素呈極顯著負(fù)相關(guān)；總酸與可溶性固形物呈極顯著正相關(guān)，與纖維素呈極顯著負(fù)相關(guān)。

表5 方差貢獻(xiàn)分析表Table5 Totalvarianceexplained ofquality indexes

表6 主成分載荷矩陣Table6 Rotated com ponentm atrix of PCA

在表示加工特性的參數(shù)中，制干率分別與總糖，可溶性固形物呈極顯著正相關(guān)，與纖維素和葉綠素含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；復(fù)水性與棗核所占比例呈極顯著負(fù)相關(guān)，說明棗核所占比例越大可食率越低，越不適合干燥；在表示色澤的參數(shù)中，葉綠素與纖維素程極顯著正相關(guān)，與總糖、可溶性固形物、褐變度程極顯著負(fù)相關(guān)，說明葉綠素含量越高越不容易發(fā)生褐變。褐變度與總糖，可溶性固形物程極顯著正相關(guān)。

經(jīng)上述分析，指標(biāo)不同相關(guān)性程度不同。由表5可知，前4項(xiàng)主成分的特征值λ＞1，且累積貢獻(xiàn)率是94.972%，這表明前4個(gè)主成分可以代表原有品質(zhì)指標(biāo)的絕大多數(shù)信息。所以，最終可將紅棗的14品質(zhì)指標(biāo)綜合為4個(gè)主成分。表6的主成分載荷矩陣可以反映4個(gè)主成分中各個(gè)變量的重要程度。

由表6可知，第一主成分與總糖、還原糖、可溶性固形物、制干率、褐變度由很大的正相關(guān)，與纖維素和葉綠素含量有很大負(fù)相關(guān)，包含了紅棗的營養(yǎng)指標(biāo)，加工指標(biāo)和色澤指標(biāo)；第二主成分與水分和復(fù)水性有很大正相關(guān)，與棗核所占比例與葉綠素含量有很大負(fù)相關(guān)，涵蓋了紅棗的營養(yǎng)理化指標(biāo)，加工指標(biāo)以及色澤指標(biāo)；第三主成分與VC和總酸有很大正相關(guān)，與褐變度由很大負(fù)相關(guān)，主要體現(xiàn)了紅棗的營養(yǎng)指標(biāo)和色澤指標(biāo)；第四主成分與鮮棗質(zhì)量成很大負(fù)相關(guān)，與褐變度程很大正相關(guān)，代表了紅棗的理化指標(biāo)和色澤指標(biāo)。綜上訴述，經(jīng)主成分分析篩選出的4個(gè)主成分包含了紅棗的營養(yǎng)理化指標(biāo)，加工特性指標(biāo)和色澤指標(biāo)。將14個(gè)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)簡化為4個(gè)主成分，起到保留重要信息，剔除重疊部分，降維的效果。

2.5 紅棗品質(zhì)指標(biāo)的聚類分析

采用SPSS19.0對(duì)紅棗的14項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行聚類分析，生成聚類分析樹狀圖，結(jié)果見圖1。根據(jù)主成分分析的結(jié)果，前4個(gè)主成分的累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到94.972%，所以將品質(zhì)指標(biāo)聚為4類。

圖1 紅棗品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)聚類分析樹狀圖Fig.1 Clustering dendrogram of quality indexesof jujube

由圖1可知，在歐式距離為11左右時(shí)，14個(gè)指標(biāo)合并為四類。第一類聚集了總糖、還原糖、可溶性固形物、制干率、褐變度、VC、總酸這7個(gè)指標(biāo)；第二類聚集了葉綠素含量、水分、果膠、纖維素、鮮棗質(zhì)量5個(gè)指標(biāo)；復(fù)水性與棗核所占比例與其他指標(biāo)沒有相似項(xiàng)，分別單獨(dú)聚為一類。由表4指標(biāo)的相關(guān)系矩陣可知，總糖與還原糖，制干率、可溶性固形物都成極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均大于0.9。葉綠素含量與水分、果膠、纖維素、鮮棗質(zhì)量也呈極顯著正相關(guān)。

由于同一大類的品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間有密切的相關(guān)性，可以選用一個(gè)指標(biāo)代替這一類的其他指標(biāo)予以簡化。綜合主成分分析與聚類分析的結(jié)果，可將紅棗的14個(gè)品質(zhì)指標(biāo)簡化為：總糖、葉綠素含量、復(fù)水性和棗核所占比例，涵蓋了紅棗的營養(yǎng)理化指標(biāo)，色澤指標(biāo)和加工特性指標(biāo)。

3 結(jié)論

本文通過對(duì)陜西和寧夏地區(qū)7個(gè)不同品種紅棗的感官性狀和品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明，不同品種的紅棗之間品質(zhì)差異較大。與其他品種相比，靈武長棗的棗核所占比例小最?。粚幭牡?種棗，水分含量偏低，而可溶性固形物和VC的含量較高，適合干制。佳縣木棗的總糖含量最高，口味偏甜。涇陽梨棗的總酸和制干率都最低，不易干燥。7種棗復(fù)水比在差異不大。佳縣木棗的葉綠素含量最低，大荔水棗和涇陽梨棗的葉綠素含量較高且褐變程度小。對(duì)14個(gè)指標(biāo)進(jìn)行描述性分析，果膠的變異系數(shù)最大，復(fù)水性的變異系數(shù)最小，測(cè)定值在可接受范圍之內(nèi)。結(jié)合主成分分析和聚類分析，將14個(gè)指標(biāo)簡化為4個(gè)，分別為棗核所占比例、總糖、復(fù)水性和葉綠素含量，為今后紅棗的加工與開發(fā)以及原料的選擇提供參考。

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