市售沙拉醬游離氨基酸組成的主成分分析與層次聚類分析

唐史杰，尹明雨，松岡亮輔，奚印慈，王錫昌

1(上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院，上海，201306)2(上海海洋大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)研究室，上海，201306)

沙拉醬是一種調(diào)味沙司，又名色拉醬，或美乃滋——由Mayonnaise音譯而來。沙拉醬作為一種重要的西式調(diào)味品，自從引入中國以來已有約40年。因為沙拉醬口感潤滑，香甜可口[1]，廣受人們喜愛，使其在各類餐食中都有一席之地，有報道表明老年人食用油性沙拉醬有助于增強大腦的記憶功能[2]，市場前景較好。

現(xiàn)階段關(guān)于沙拉醬的研究主要集中于食品工藝類的沙拉醬產(chǎn)品的研發(fā)，目前已有報道研究了牛肝菌沙拉醬、藍圓鰺沙拉醬、黑蒜沙拉醬、沙拉醬魚糜等種類[3-6]，牛琛[7]研究了沙拉醬對于青椒風(fēng)味的影響，證明了沙拉醬的加入可以顯著減少青椒的刺激性氣味和辣度。還有一些研究集中于沙拉醬乳化和脂肪氧化等方面[8-10]，而對于沙拉醬品質(zhì)評價方面的研究較少。

游離氨基酸作為一種重要的風(fēng)味物質(zhì)，還可為人體提供VE和葉酸等重要營養(yǎng)素[11-12],因此食品中游離氨基酸的含量和種類可作為評價食品品質(zhì)的重要指標(biāo)[12]。然而游離氨基酸品種較多，結(jié)構(gòu)相似，分析較為困難，因而選用一種科學(xué)有效的統(tǒng)計方法尤顯重要。主成分分析(principal component analysis，PCA) 是一種統(tǒng)計方法，通過正交變換將一組可能存在相關(guān)性的變量轉(zhuǎn)換為一組線性不相關(guān)的變量，轉(zhuǎn)換后的這組變量稱為主成分，抽取出的主成分足以反映原始變量的大部分信息，且所含信息互不重復(fù)，是一種較為有效的分析方法[13-14]。目前，已有報道對茶葉、食用菌、桑葚、獼猴桃、蝦、貝等食品的氨基酸種類與含量進行了分析研究[15-20]。如劉偉等[21]利用PCA對10個黃花菜地方特色品種進行研究，提取出3個主成分，通過計算主成分得分發(fā)現(xiàn)綜合品質(zhì)較好的黃花菜品種是沖天花、駝駝花、八月花。因此本研究使用PCA法研究不同沙拉醬中的游離氨基酸并進行品質(zhì)分析，可為沙拉醬的營養(yǎng)與風(fēng)味研究、產(chǎn)品開發(fā)和消費者的選購提供數(shù)據(jù)支撐和理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試劑與材料

2020年5月6種品牌香甜味沙拉醬購于農(nóng)工商超市(上海臨港新城店),樣品從超市貨架隨機選取4瓶，并編碼(BL、HS、HM、QB、KF、WM)，立即送入實驗室4 ℃冰箱保存。

三氯乙酸、NaOH、KOH(均為分析純)等，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；NaCl，上海源葉生物有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FJ200-SH數(shù)顯高速分散均質(zhì)機，上海標(biāo)本模型廠；超低溫冰箱，艾本德(上海)國際貿(mào)易有限公司；PHS-3C pH計，上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司；H2050R高速冷凍離心機，長沙湘儀有限公司；L-8080A氨基酸全自動分析儀，日本日立公司；HWS-24電熱恒溫水浴鍋，上海恒科學(xué)儀器有限公司。

1.3 實驗方法

游離氨基酸的測定參考張艷霞等[22]的方法并略有改動，分別準(zhǔn)確稱取樣品1.0 g(精確到 0.001 g)，加入15 mL質(zhì)量分數(shù)5%的三氯乙酸并勻漿，樣品超聲5 min后靜置2 h，然后離心(10 000 r/min；4 ℃；10 min)并移取上清液5 mL于燒杯中，用6和1 mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)pH至2.2，最后用超純水定容至10 mL，用0.22 μm水相濾膜過濾后打入進樣瓶待上機測定。測試參數(shù)設(shè)定如下:色譜柱(4.6 mm×150 mm，7 μm)；柱溫:50 ℃；1通道流速:0.4 mL/min；2通道流速:0.35 mL/min。流動相:pH 3.2、3.3、4.0、4.9的檸檬酸鈉和檸檬酸的混合緩沖液以及質(zhì)量分數(shù)4%的茚三酮緩沖液。

1.4 味道強度值

滋味物質(zhì)的味道強度值(taste activity value，TAV)的計算公式(1)所示:

(1)

式中：TAV為味道強度值；C為滋味物質(zhì)的絕對濃度值，mg/100g；T為滋味物質(zhì)的閾值，mg/100g。

1.5 數(shù)據(jù)分析

1.5.1 相關(guān)性分析

采用SPSS 22.0軟件對相關(guān)系數(shù)進行分析，以描述沙拉醬中游離氨基酸相互間關(guān)系的密切程度。

1.5.2 PCA及綜合評價

采用SPSS 22.0軟件對不同種類沙拉醬的游離氨基酸進行PCA，以對沙拉醬進行綜合評價。本研究將特征值>1.0的成分選做主成分進行分析，再通過計算主成分得分，以游離氨基酸為切入對不同品種沙拉醬進行綜合評價，最后將各主成分得分Fi加權(quán)求和得到綜合評價函數(shù)[23-24]。

1.5.3 層次聚類分析

采用TB tools 軟件進行了層次聚類分析，以將沙拉醬進行分類，簡化研究對象。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種類沙拉醬游離氨基酸的組成與含量

表1顯示6種沙拉醬共檢測出17種游離氨基酸，其中包括7種必需氨基酸，分別為蘇氨酸(Thr)、纈氨酸(Val)、蛋氨酸(Met)、異亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)、賴氨酸(Lys)和苯丙氨酸(Phe)[18-19]；7種非必需氨基酸，分別為天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)、甘氨酸(Gly)、絲氨酸(Ser)、丙氨酸(Ala)、胱氨酸(Cys)和脯氨酸(Pro)；2 種營養(yǎng)半必需氨基酸組氨酸(His)和精氨酸(Arg)和1種條件必需氨基酸酪氨酸(Tyr)[25]。表1還顯示出不同沙拉醬含有的游離氨基酸不同，其中HS、HM、QB和WM這4種沙拉醬含有全部17種游離氨基酸；BL其次，含有16種游離氨基酸，未檢測到His；KF含有的游離氨基酸最少，僅14種，未檢測到Arg、His和Tyr。

表1 不同沙拉醬的氨基酸組成 單位:mg/100g

6種沙拉醬中含有的呈味氨基酸、必需氨基酸和限制氨基酸含量也有較大差異。含有呈味氨基酸較多的是HS和QB，分別含2 269.95和2 472.89 mg/100g，占比94.19%和90.98%，且占其中絕大多數(shù)的是Glu，而呈味氨基酸含量最少的是BL，僅含18.739 mg/100g，占比45.34%。含有必需氨基酸較多的是QB，含有189.83 mg/100g，占比6.98%，而必需氨基酸含量最少的是BL，僅含16.55 mg/100g，占比40.05%。含有限制氨基酸較多的是WM，含有38.32 mg/100g，占比8.57%，而限制氨基酸含量最少的是KF，僅含1.113 mg/100g，占比0.13%。在所有樣品中含量最少的游離氨基酸是His，含量最多的是Glu。

17種游離氨基酸中，變異系數(shù)最大的Glu，這是因為在HS和QB中檢測出了大量的Glu，推測這可能是這2種沙拉醬的配方中添加了較多鮮味物質(zhì)所導(dǎo)致，如谷氨酸鈉等。變異系數(shù)最小的是Gly，說明各樣品間Gly含量的差別較小。

2.2 呈味特征與TAV分析

沙拉醬作為一種廣受歡迎的調(diào)味品，口味酸甜，口感潤滑，這與其所含的游離氨基酸息息相關(guān)。Glu是所有呈味氨基酸中鮮味最強的氨基酸，其鈉鹽是能提供強烈鮮味的谷氨酸鈉(即味精)，谷氨酸產(chǎn)品不僅在食品加工中提供了鮮美的滋味，還具有生理功能，如保護肝臟[26]；Gly、Ala則是呈味氨基酸中甜味較強的氨基酸，Gly的清香甜味能有效降低苦味，使人產(chǎn)生愉悅的感覺[27]。根據(jù)氨基酸的呈味特征，大致將其分為鮮味氨基酸(Asp、Glu、Gly、Ala、Lys)、甜味氨基酸(Ser、Thr、His、Pro)、芳香族氨基酸(Cys、Tyr、Phe)、苦味氨基酸(Arg、Val、Met、Ile、Leu)[17]。

表2顯示不同種類沙拉醬中呈味氨基酸含量為:鮮味氨基酸>苦味氨基酸>芳香族氨基酸>甜味氨基酸。鮮味氨基酸含量為14.01～2 422.29 mg/100g，平均值為950.26 mg/100g，占總呈味氨基酸的84.81%，其中QB含量最高，BL含量最低?？辔栋被岷繛?0.46～123.64 mg/100g，平均值為78.283 mg/100g，占總呈味氨基酸的6.99%，其中WM含量最高，BL含量最低。芳香族氨基酸含量為8.22～103.43 mg/100g，平均值為53.34 mg/100g，占總呈味氨基酸的4.76%，其中QB含量最高，BL含量最少。甜味氨基酸含量為8.63～68.94 mg/100g，平均值為38.52 mg/100g，占總呈味氨基酸的3.44%，其中QB含量最高，BL含量最少。沙拉醬的風(fēng)味與其所含游離氨基酸之間有著必然聯(lián)系，而鮮味氨基酸在所有樣品中占比均最高，Asp、Glu、Gly等鮮味氨基酸能提供令人愉悅的鮮美風(fēng)味，并緩解不良口感[28]。

表2 不同沙拉醬呈味氨基酸含量 單位:mg/100g

因為沙拉醬中樣品含有的14種游離氨基酸具有不同的呈味特征，且這些呈味特征的閾值有較大里聯(lián)系。因此可根據(jù)各游離氨基酸閾值計算TAV，TAV的大小與氨基酸的呈味效果成正相關(guān)。游離氨基酸TAV以數(shù)值1為分界點，>1則對呈味有貢獻，反之則貢獻不大，不能顯著呈味[29]。

表3顯示了不同沙拉醬游離氨基酸的TAV，可見HS、HM、QB和WM中檢測出的17種游離氨基酸TAV值均>1，即所有游離氨基酸均對這4種沙拉醬樣品呈味有貢獻，其中Glu的TAV最高，均高于其他游離氨基酸的TAV，對沙拉醬樣品呈味有顯著貢獻；HS和QB中的Cys的TAV較高，Cys可用于天然果汁中，以防止VC氧化和果汁褐變[30]。KF中Thr、Gly、Ile、Tyr、His和Arg的TAV>1，對呈味沒有貢獻，與HS和QB一樣，在對呈味有貢獻的游離氨基酸中，Glu的TAV值最高，其次為Cys。BL中Thr、Met、Ile、Tyr和His的TAV<1，對呈味沒有貢獻，而BL中對呈味有貢獻的游離氨基酸中TAV值最高的是Cys。

表3 不同沙拉醬游離氨基酸TAVTable 3 Taste activity values of free amino acids in different salad dressings

總體而言，對于6種沙拉醬樣品的呈味特征貢獻最大的Glu，TAV值為17.351～7 878.745，有助于沙拉醬形成令人愉悅的酸甜風(fēng)味。其次為Cys。

2.3 不同種類沙拉醬游離氨基酸相關(guān)性分析

對6種沙拉醬樣品所含的17種游離氨基酸進行相關(guān)性分析，結(jié)果如表4所示，指標(biāo)間正相關(guān)與負相關(guān)并存，絕大多數(shù)氨基酸之間都呈顯著相關(guān)或極顯著相關(guān)，但Glu、Cys和Pro與其他氨基酸之間均不存在相關(guān)性，多數(shù)相關(guān)系數(shù)的絕對值>0.5，表明各游離氨基酸品質(zhì)指標(biāo)間具有較強相關(guān)性，故可以通過PCA進行研究。

表4 不同沙拉醬游離氨基酸指標(biāo)間相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of free amino acids in different salad dressings

2.4 不同種類沙拉醬游離氨基酸的主成分分析

表5總方差分解結(jié)果顯示，前2個主成分的對應(yīng)特征值均>1，且其累計方差貢獻率達94.28%。其中主成分1的特征值為13.635，方差貢獻率為80.204%，稱其為必需氨基酸因子；主成分2的特征值為2.393，方差貢獻率為14.075，稱其為半必需氨基酸因子。結(jié)果表明這2個相互獨立的綜合性變量已經(jīng)足夠反映不同沙拉醬品種中游離氨基酸的大部分信息。

表5 總方差分解結(jié)果Table 5 Total variance explained

載荷圖圖1較為清晰地將17種游離氨基酸分為2類。Cys，Glu和Pro明顯遠離其他種類游離氨基酸。與表5的結(jié)果相互印證，故本研究提取出2個主成分。

圖1 不同沙拉醬的載荷圖Fig.1 Loading plot for different salad dressings

根據(jù)主成分性質(zhì)計算主成分載荷矩陣，因子載荷值反映了沙拉醬各氨基酸指標(biāo)對主成分載荷的相對大小和影響的方向，數(shù)值反映原變量對因子影響的大小，正負代表變化方向的差別。表6顯示主成分1中載荷值較高的有Thr、Leu、Asp、Val、Ile、Tyr、Ser、Phe、Arg、Gly、Lys和His，其載荷值均>0.9且均為正向影響，即當(dāng)主成分1大時，這些游離氨基酸含量也高；主成分2中Cys和Glu載荷值較高，為0.965和0.822。

表6 主成分載荷矩陣Table 6 Principal component loading matrix of principal component analysis

2.5 不同種類沙拉醬游離氨基酸的綜合評價

根據(jù)表5確定了2個主成分后，以17個游離氨基酸指標(biāo)為初始自變量，經(jīng)過PCA后，最終得出3個主成分因子的方程表達式如公式(2)～公式(3)所示:

F1=0.269ZX1+0.270ZX2+0.266ZX3+0.063ZX4+0.262ZX5+0.268ZX6-0.010ZX7+0.268ZX8+0.232ZX9+0.268ZX10+0.270ZX11+0.268ZX12+0.263ZX13+0.258ZX14+0.251ZX15+0.263ZX16+0.175ZX17

(2)

F2=-0.047ZX1+0.036ZX2-0.043ZX3+0.531ZX4-0.036ZX5-0.046ZX6+0.624ZX7+0.067ZX8-0.231ZX9-0.025ZX10+0.040ZX11+0.036ZX12+0.105ZX13-0.171ZX14+0.118ZX15-0.134ZX16+0.430ZX17

(3)

式中:F1為必需氨基酸因子，F(xiàn)2為半必需氨基酸因子。F1和F2兩個主成分因子重新將17個指標(biāo)進行組合變換成新的綜合指標(biāo)，并使其能較好地包含不同沙拉醬中氨基酸的絕大部分信息。

2個分別的主成分因子方程式不足以描述沙拉醬樣品的總體情況，故需要對2個主成分因子方程式進行加權(quán)求和，從而得到一個新的綜合評價方式，即綜合得分方程式，其表達式如公式(4)所示:

F=0.802F1+0.141F2

(4)

以此計算沙拉醬的綜合得分，可反映出沙拉醬的綜合品質(zhì)高低。表7表明主成分1得分最高的是WM，最低的是BL；主成分2得分最高的是QB，最低的是WM。6種沙拉醬樣品品質(zhì)由高到低為WM、QB、HM、HS、KF、BL。

表7 不同沙拉醬的成分得分和綜合得分Table 7 Principal component scores and comprehensive scores of different salad dressings

2.6 層次聚類分析

聚類分析法可將受試樣本劃分為不同類群進行評價分析，其結(jié)果具有綜合性、客觀性和科學(xué)性。

本試驗利用TBtools軟件[31-32]，對6種沙拉醬的17種脂肪酸采用層次聚類分析法進行層次聚類，分析結(jié)果如圖2所示。層次聚類分析結(jié)果顯示，6種沙拉醬可分為兩類:WM與QB為一類，游離氨基酸品質(zhì)較好；HS、HM、BL和KF為另一類，游離氨基酸品質(zhì)一般。沙拉醬中的游離氨基酸水平受到工藝技術(shù)、配方和生產(chǎn)環(huán)境等影響。聚類分析的結(jié)果與沙拉醬中游離氨基酸綜合評價的綜合得分相互印證，能較好地反映出不同沙拉醬之間的差異性。

圖2 不同沙拉醬游離氨基酸層次聚類分析圖Fig.2 Dendrogram from cluster analysis of different salad dressings

3 結(jié)論與討論

本研究對6種沙拉醬產(chǎn)品的游離氨基酸進行了PCA，提取出2個主成分，計算了綜合得分后得出，各類氨基酸含量都較低的BL品質(zhì)最低。含有較多限制氨基酸，呈味氨基酸和必需氨基酸含量均不是最高的WM品質(zhì)最好，而被檢測出含有大量鮮味氨基酸Glu的HS和KF品質(zhì)反而不如WM，表明沙拉醬品質(zhì)與呈味氨基酸之間并非完全的正比關(guān)系。品質(zhì)較好的沙拉醬應(yīng)含有適量的游離氨基酸，游離氨基酸的含量過高或過低都會造成沙拉醬產(chǎn)品品質(zhì)降低。

PCA與聚類分析可較好地分析沙拉醬中游離氨基酸組成，并以此作為沙拉醬的品質(zhì)評價指標(biāo)，進一步實驗仍需擴大取樣量進行更深入的研究，為沙拉醬的營養(yǎng)與風(fēng)味研究、產(chǎn)品開發(fā)和消費者的選購提供了數(shù)據(jù)支撐和理論基礎(chǔ)。