基于判別分析方法評(píng)價(jià)鮮棗凍干脆片加工適宜性

葉崢，楊春，張江寧，張玲，丁衛(wèi)英

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 山西功能食品研究院，太原 030001)

鮮棗是鼠李科植物棗樹(shù)的果實(shí)，是我國(guó)栽培歷史悠久的特產(chǎn)果品[1-2]。棗果酸甜可口，食用價(jià)值與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，其富含可溶性糖、有機(jī)酸、維生素C、多酚類(lèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[3-7]，是人們青睞的水果品種。鮮棗成熟后，果內(nèi)水分多，含糖量高，同時(shí)呼吸強(qiáng)度高，放出大量呼吸熱，易感染真菌或細(xì)菌，常溫下易腐爛，不耐儲(chǔ)藏，每年因腐爛損失的數(shù)量多[8-9]，所以，制干仍是棗最常用的加工保藏方法。鮮棗凍干脆片是利用真空冷凍干燥，將鮮棗片冷凍，使鮮棗中的水分變成冰，然后在真空狀態(tài)下使冰升華而達(dá)到干燥的目的[10-11]。在不同的鮮棗干燥方式中，真空冷凍干燥的鮮棗制品品質(zhì)最佳[12-13]。

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鮮棗制干的研究集中在新品種的開(kāi)發(fā)[14-16]，以及對(duì)鮮棗不同方式干燥特性和品質(zhì)的研究[17-22]，但對(duì)鮮棗凍干脆片適宜性評(píng)價(jià)方面的研究還未見(jiàn)報(bào)道。只有優(yōu)質(zhì)的適于加工的鮮棗品種才能加工出優(yōu)質(zhì)的鮮棗凍干脆片，原料加工的適宜性是加工產(chǎn)品質(zhì)量的決定因素[23]，這不僅可以指導(dǎo)棗農(nóng)選育鮮棗品種，還會(huì)推動(dòng)鮮棗加工業(yè)快速發(fā)展。本研究對(duì)22個(gè)鮮棗品種及其凍干脆片的22項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，分析品質(zhì)指標(biāo)的變化，并進(jìn)行相關(guān)性分析，通過(guò)主成分分析篩選不同鮮棗凍干脆片加工適宜性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用頻數(shù)分布對(duì)核心指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)，運(yùn)用熵權(quán)法分析確定指標(biāo)權(quán)重以及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，最終建立凍干脆片品質(zhì)判別函數(shù)。

1 材料和方法

1.1 材料

22個(gè)鮮棗樣本(壺瓶棗、郎棗、相棗、三變紅、團(tuán)棗、屯屯棗、駿棗、冬棗、梨棗、雞心棗、晉棗、板棗、贊皇棗、油棗、木棗等)：均采自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院太原棗園(原山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝所棗園)和山西太谷縣小白鄉(xiāng)國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)紅棗產(chǎn)業(yè)園。

1.2 試劑

硫酸銅、酒石酸鉀鈉、亞鐵氰化鉀、葡萄糖、亞硝酸鈉、硝酸鋁、草酸(均為分析純)：天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；2,6-二氯靛酚、蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品、蒽酮(均為分析純)：上海源葉生物科技有限公司。

1.3 主要儀器與設(shè)備

SCIENTZ-10YD/A真空冷凍干燥機(jī) 寧波新芝生物科技有限公司；BC/BD-320HD臥式冷凍柜 青島海爾特種電冰柜有限公司；DZKW-4電子恒溫水浴鍋 北京中興偉業(yè)儀器有限公司；1 kW單聯(lián)可調(diào)溫電爐 北京科偉永興儀器有限公司；打漿機(jī) 杭州九陽(yáng)生活電器有限公司；SC-3610低速離心機(jī) 安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；1510-05063酶標(biāo)儀 賽默飛世爾科技公司；TA.XT.Plus質(zhì)構(gòu)儀 超技儀器公司；CR-400色彩色差儀 柯尼卡美能達(dá)公司；PHS-25型pH計(jì) 上海雷磁儀器廠；電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司。

1.4 方法

1.4.1 鮮棗凍干脆片的制備

將鮮棗清洗干凈去核，切去3～5 mm兩端部分，其余切成2～3 mm的薄片，平鋪在真空冷凍干燥不銹鋼盤(pán)上，用保鮮膜裹住，置于-40 ℃冷凍柜中預(yù)凍3 h[24-25]。真空冷凍干燥機(jī)參數(shù)設(shè)置：冷凍溫度-38 ℃，1 h后開(kāi)始抽真空，真空度保持在5～10 Pa[26]，隔板溫度設(shè)置為-35 ℃，每隔5 ℃為一個(gè)梯度，每個(gè)梯度時(shí)間1 h，最終干燥溫度為35 ℃。

1.4.2 鮮棗和凍干脆片品質(zhì)指標(biāo)的測(cè)定

果實(shí)縱徑、果實(shí)橫徑為用游標(biāo)卡尺測(cè)量的果實(shí)縱切面、橫切面最寬的距離。果形指數(shù)用果實(shí)縱徑與果實(shí)橫徑的比值表示[27]。水分含量參照GB 5009.3-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》中的直接干燥法測(cè)定。硬度、酥脆性采用質(zhì)構(gòu)儀測(cè)定[28]?？偺菂⒄誈B/T 10782-2021中的斐林試劑法測(cè)定?？傻味ㄋ釁⒄誈B 12456-2021中的酸堿指示劑滴定法測(cè)定。糖酸比用總糖含量和可滴定酸含量的比值表示。維生素C參照GB 5009.86-2016中的2,6-二氯靛酚滴定法測(cè)定。多糖用蒽酮硫酸法測(cè)定[29-30]。黃酮參照GB/T 19416-2003附錄A總黃酮(蘆丁)的測(cè)定中的分光光度法測(cè)定。出品率用凍干后棗片質(zhì)量和凍干前棗片質(zhì)量的百分比表示。L*、a*、b*用色差儀測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用Excel 2016和SPSS 26.0進(jìn)行主成分分析、頻數(shù)分布分析、熵權(quán)法分析、K均值聚類(lèi)分析、判別分析等統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鮮棗與凍干脆片品質(zhì)指標(biāo)水平分析

對(duì)22種鮮棗和凍干脆片指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到鮮棗和凍干脆片22項(xiàng)品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的變化范圍、均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)，見(jiàn)表1。果實(shí)橫徑、果實(shí)縱徑、果形指數(shù)、水分含量、硬度、出品率和酥脆性體現(xiàn)加工品質(zhì)指標(biāo)；總糖、可滴定酸、糖酸比、L*、a*、b*值體現(xiàn)感官品質(zhì)指標(biāo)；維生素C、多糖、黃酮含量體現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)。

表1 鮮棗與凍干脆片品質(zhì)指標(biāo)水平Table 1 Quality index levels of fresh jujubes and freeze-dried crisps

續(xù) 表

變異系數(shù)可衡量數(shù)據(jù)的變化程度。對(duì)于鮮棗，品種間硬度、可滴定酸、糖酸比、維生素C、多糖、黃酮離散度大，變異系數(shù)均在20%以上，其中黃酮的變異系數(shù)較大，超過(guò)了100%，說(shuō)明總黃酮含量在各品種棗片中離散程度最大，這可能與選擇的棗片品種與成熟度有關(guān)；果實(shí)橫徑、果實(shí)縱徑、果形指數(shù)、總糖含量離散度較小，分別為13.93%、19.38%、18.59%、11.45%；水分含量離散度最小，變異系數(shù)僅為6.73%。對(duì)于凍干脆片，品種間酥脆性、可滴定酸、糖酸比、多糖和黃酮含量離散度大，變異系數(shù)均超過(guò)20%，與鮮棗相同，其中黃酮的變異系數(shù)較大，超過(guò)100%，也可能是棗片在加工過(guò)程中氧化，導(dǎo)致指標(biāo)變化較大；出品率、a*值、b*值、總糖、維生素C離散度較小，變異系數(shù)分別為13.51%、19.07%、12.83%、13.21%、18.39%；L*值離散度最小，變異系數(shù)為1.77%。

2.2 鮮棗和凍干脆片品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析

相關(guān)性分析顯示，鮮棗果實(shí)縱徑與果形指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.682，總糖含量和可滴定酸含量與糖酸比之間均呈極顯著相關(guān)性，總糖與糖酸比呈正相關(guān)，可滴定酸與糖酸比呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.590，-0.890。表明果實(shí)縱徑越大，品種的果形指數(shù)越大；總糖含量越高的品種，糖酸比越?。货r棗可滴定酸含量越高，糖酸比越??；反之亦然。

凍干脆片的總糖含量和可滴定酸含量與糖酸比之間的相關(guān)性與鮮棗相似，對(duì)應(yīng)相關(guān)系數(shù)分別為0.510，-0.857。出品率和酥脆性呈顯著正相關(guān)，與總糖呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.489，-0.580；酥脆性與維生素C含量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.446；L*值與a*值呈極顯著正相關(guān)，與b*值呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.589，-0.466；a*值與b*值呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.912；黃酮與糖酸比呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.441。

鮮棗和凍干脆片之間總糖、可滴定酸、糖酸比、維生素C、多糖、黃酮6項(xiàng)指標(biāo)均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.867，0.616，0.840，0.656，0.616，0.971(見(jiàn)表2)。表明鮮棗總糖含量高的品種，凍干脆片總糖含量也高，反之亦然；可滴定酸、糖酸比、維生素C、多糖、黃酮5項(xiàng)指標(biāo)亦如此。

表2 鮮棗和凍干脆片指標(biāo)間的相關(guān)性Table 2 Correlation between the indexes of fresh jujubes and freeze-dried crisps

2.3 鮮棗凍干脆片加工適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

根據(jù)鮮棗與凍干脆片的品質(zhì)指標(biāo)水平(見(jiàn)表1)及相關(guān)性(見(jiàn)表2)、出品率的重要性以及糖酸比對(duì)凍干脆片品質(zhì)的影響，將果形指數(shù)、水分含量、硬度、總糖、糖酸比、維生素C、多糖、黃酮、出品率、酥脆性、a*值和b*值12項(xiàng)指標(biāo)作為鮮棗凍干脆片加工適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)的考察范圍，用因子分析加以簡(jiǎn)化。

因子分析顯示，前5個(gè)因子的特征值均大于1，為主因子，方差貢獻(xiàn)率之和為82.859%，表示5個(gè)因子所包含的信息量占總信息量的82.859%(見(jiàn)表3)。第1主因子的代表性指標(biāo)為水分含量、出品率，定義為加工因子Ⅰ。第2主因子的代表性指標(biāo)為色差a*值和b*值，定義為感官因子。第3主因子的代表性指標(biāo)為糖酸比和維生素C，定義為感官營(yíng)養(yǎng)因子。第4主因子的代表性指標(biāo)為果形指數(shù)和多糖，定義為加工營(yíng)養(yǎng)因子。第5主成分的代表指標(biāo)為硬度，定義為加工因子Ⅱ。在加工因子Ⅰ的2項(xiàng)代表性指標(biāo)中，由于出品率的重要性，以及水分含量與出品率之間呈極顯著的負(fù)相關(guān)性，保留出品率。在感官因子的2項(xiàng)代表性指標(biāo)中，保留因子權(quán)重大的a*值。感官營(yíng)養(yǎng)因子的2項(xiàng)代表指標(biāo)，因子權(quán)重差距小，保留營(yíng)養(yǎng)因子維生素C含量。加工營(yíng)養(yǎng)因子的2項(xiàng)代表指標(biāo)中，保留因子權(quán)重大的果形指數(shù)。

表3 5個(gè)主因子的權(quán)重Table 3 Weights of the five principal factors

最終確定果形指數(shù)、硬度、維生素C、出品率、a*值5項(xiàng)指標(biāo)為不同鮮棗凍干脆片加工適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.4 鮮棗凍干脆片加工適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的建立

對(duì)果形指數(shù)、硬度、維生素C、出品率、a*值進(jìn)行頻數(shù)分布分析，劃分成極低、低、中、高和極高5個(gè)等級(jí)。同時(shí)進(jìn)行K-S檢驗(yàn)，5項(xiàng)指標(biāo)的概率值分別為0.200，0.132，0.200，0.200，0.141，均大于0.05，服從正態(tài)分布。

鮮棗凍干脆片加工適宜性評(píng)價(jià)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及各級(jí)樣品分布見(jiàn)表4，從樣品分布上看，各等級(jí)的品種分布比例存在差異。果形指數(shù)極低的品種最多，占36.36%；果形指數(shù)低的品種和中的品種次之，分別占27.27%、22.73%；果形指數(shù)高和極高的品種較少，分別占9.09%、4.55%。硬度極低和高的品種最多，均占31.82%；硬度中的品種次之，占22.73%；硬度極高的品種較少，占13.64%；沒(méi)有硬度低的品種。維生素C含量中的品種最多，占40.91%；維生素C含量極高的品種次之，占27.27%；維生素C含量高的品種較少，占18.18%；維生素C含量極低和低的品種最少，均小于10%。出品率低的品種最多，占27.27%；出品率中和高的品種所占比例一樣多，占22.73%；出品率極高的品種較少，占18.18%；出品率極低的品種最少，所占比例不足10%。a*值高的品種最多，占40.91%；a*值極低的品種占比次之，占22.73%；a*值低和中的品種所占比例接近，二者共占31.82%；a*值極高的品種最少，僅占4.55%。

表4 鮮棗凍干脆片加工適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Grading criteria for evaluation indexes of processing suitability of fresh jujube freeze-dried crisps

2.5 鮮棗凍干脆片加工適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的建立

采用客觀賦權(quán)方法熵權(quán)法分析，根據(jù)各指標(biāo)的變異程度，利用信息熵計(jì)算出各指標(biāo)的熵權(quán)，再通過(guò)熵權(quán)對(duì)各指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行修正，從而得到較為客觀的指標(biāo)權(quán)重。果形指數(shù)的權(quán)重為0.260 6，硬度的權(quán)重為0.255 3，維生素C的權(quán)重為0.114 6，出品率的權(quán)重為0.160 4，a*值的權(quán)重為0.209 1。

以確定的指標(biāo)權(quán)重乘以100作為該指標(biāo)的滿(mǎn)分值，5項(xiàng)鮮棗凍干脆片品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)滿(mǎn)分為100分。以該指標(biāo)滿(mǎn)分值的10%為級(jí)差，確定各級(jí)得分。各指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。

表5 鮮棗凍干脆片加工適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 5 Scoring criteria for evaluation indexes of processing suitability of fresh jujube freeze-dried crisps

2.6 鮮棗凍干脆片加工適宜性判別函數(shù)的建立

用5項(xiàng)鮮棗凍干脆片加工適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重乘以各品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)得分，計(jì)算出每個(gè)樣品的綜合得分，用K均值聚類(lèi)分析將22個(gè)樣品按綜合得分劃分為5類(lèi)，其品質(zhì)依次為優(yōu)、良、中、差和極差。從樣品中各抽取17個(gè)樣品作為建模樣本用于建立判別函數(shù)，余下5個(gè)樣品作為檢驗(yàn)樣本用于檢驗(yàn)判別函數(shù)的判別準(zhǔn)確性，得到5個(gè)判別函數(shù)：

y1=-10 897.64+235.50x1+305.72x2+178.21x3+191.41x4+270.96x5，

y2=-9 964.79+224.14x1+292.68x2+171.68x3+183.90x4+258.56x5，

y3=-9 095.24+214.51x1+279.55x2+163.54x3+175.52x4+247.08x5，

y4=-7 620.73+195.62x1+255.86x2+151.03x3+161.20x4+225.80x5，

y5=-7 202.45+190.53x1+248.16x2+146.76x3+156.48x4+219.99x5。

式中：x1～x5分別代表果形指數(shù)、硬度、維生素C、出品率、a*值5項(xiàng)鮮棗凍干脆片加工適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化得分。y1～y5分別代表5個(gè)判別函數(shù)的判別值。

由表6可知，在研究的22個(gè)品種中，駿棗全紅和三變紅全紅品質(zhì)為優(yōu)，壺瓶棗全紅、團(tuán)棗半紅、晉棗全紅等5個(gè)品種品質(zhì)為良，駿棗半紅、三變紅半紅、冬棗全紅3個(gè)品種品質(zhì)為中，郎棗全紅、相棗全紅、冬棗半紅等10個(gè)品種品質(zhì)為差，屯屯棗半紅、屯屯棗全紅品種品質(zhì)極差。應(yīng)用上述判別函數(shù)對(duì)建模樣本(17個(gè)品種)進(jìn)行判別，判別正確率為100%。用上述判別函數(shù)對(duì)檢驗(yàn)樣本(5個(gè)品種)進(jìn)行判別，有2個(gè)品種由第4類(lèi)判為第5類(lèi)，判別正確率為90.91%。可見(jiàn)，所建立的判別函數(shù)判別正確率高，完全適用于鮮棗凍干脆片品質(zhì)綜合判別。

表6 鮮棗凍干脆片綜合得分及品質(zhì)情況Table 6 Overall scores and quality of fresh jujube freeze-dried crisps

3 結(jié)論

本研究針對(duì)22個(gè)鮮棗品種及其凍干脆片，運(yùn)用判別分析等方法評(píng)價(jià)鮮棗凍干脆片加工適宜性，篩選出可用于鮮棗凍干脆片加工的鮮棗品種，具體研究結(jié)果如下：

鮮棗和凍干脆片之間總糖、可滴定酸、糖酸比、維生素C、多糖、黃酮6項(xiàng)指標(biāo)均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.867，0.616，0.840，0.656，0.616，0.971。

將果形指數(shù)、水分含量、硬度、總糖、糖酸比、維生素C、多糖、黃酮、出品率、酥脆性、a*值和b*值12項(xiàng)指標(biāo)作為鮮棗凍干脆片加工適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)的考察范圍。利用因子分析，最終確定鮮棗凍干脆片加工適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系由果形指數(shù)、硬度、維生素C、出品率、a*值5項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成。

利用概率分級(jí)方法將5項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分為服從正態(tài)分布的5級(jí)(極低、低、中、高和極高)。利用熵權(quán)法分析確定5項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重分別為0.260 6，0.255 3，0.114 6，0.160 4，0.209 1。根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重和分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，建立各評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

利用K均值聚類(lèi)分析和判別分析，建立了鮮棗凍干脆片加工適宜性判別函數(shù)。這些判別函數(shù)有極高的判別準(zhǔn)確性，判別正確率達(dá)到90.91%。用建立的判別函數(shù)對(duì)22個(gè)鮮棗品種進(jìn)行鮮棗凍干脆片加工適宜性評(píng)價(jià)，最終確定駿棗全紅和三變紅全紅凍干脆片品質(zhì)為優(yōu)，壺瓶棗全紅、團(tuán)棗半紅、晉棗全紅等5個(gè)品種凍干脆片品質(zhì)為良。