基于相關性與主成分分析法綜合評價不同品種甘薯脆片加工適宜性

王輝 牟琴 聶廷

摘要：為獲得口感、質地良好的甘薯脆片，從全國眾多資源中選取常見白薯、紅薯、紫薯共12個甘薯品種，測定影響甘薯脆片的主要營養成分含量以及不同品種甘薯經過熱泵干燥并油炸后甘薯脆片的質構、色差值、含油率等，然后對各指標進行相關性分析和主成分分析。結果顯示：不同品種間淀粉、總糖、還原糖含量及含水率差異顯著，甘薯脆片硬度與含水率、還原糖含量及含油率呈極顯著負相關，L*值與含水率、含油率以及還原糖含量呈負相關。通過主成分分析法提取出3個主成分可以解釋甘薯脆片品質的 81.751%，可較好反映甘薯脆片品質的絕大部分信息，含水率、還原糖含量及硬度等是影響甘薯脆片品質的主要因子，用這3個主成分代替原來的13個品質因子對甘薯脆片進行綜合評判，篩選出品種間適宜加工甘薯脆片的紅薯為紅薯407，其次是紅薯ZYKS;紫薯為紫薯F404，其次是紫薯 13-27-2;白薯為商19。

關鍵詞：品種;甘薯脆片;相關性分析;主成分分析;加工適宜性

中圖分類號：TS215;S531.09?? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2020）06-0173-07

我國是世界甘薯（Dioscorea esculenta） 第一生產大國，是我國繼水稻、小麥、玉米之后的第四大糧食作物，世界衛生組織（WHO）、美國公共利益科學中心（CSPI）等對數十種常見蔬菜的研究結果表明，甘薯含有豐富的食用纖維、糖、維生素和礦物質等人體必需的重要營養成分[1-4]，被譽為世界第七大重要作物，在發展中國家被譽為第5位熱量的主要來源物質和第3位最具有價值的產品[5]。

近年來，貴州甘薯企業數量逐年增加，對甘薯品種的需求愈發凸顯，甘薯種植主要分布在貴州遵義、銅仁、黔東南等地區。甘薯脆片作為休閑食品的一種，也屬于貴州民間的一道特色佳肴，擁有巨大的市場潛力與廣闊的發展空間[6]。通過調研發現，特別是中國第一特區萬山特區老百姓有著幾百年吃甘薯脆片的傳統，以萬山特產劉姐薯片為首帶動當地甘薯規模化種植、加工，年產值可達2 000萬元，由于品種以及肉色甘薯品質不同，加工成甘薯的脆片顏色、質地也有所不同[7]。張宛平發現，淀粉分子在油炸工程中糊化形成脆片的網狀結構骨架，水分得以蒸發、遷移，油炸后的山藥脆片膨化度高[8]。王沛等分析發現，不同原料蘋果脆片的含水率與還原糖含量呈極顯著正相關，脆度和粗纖維含量呈顯著負相關，含水率低的脆片中粗纖維含量較高，其脆度較差[9]。呂健等通過建立桃脆片綜合品質評價判別函數模型，得出桃脆片綜合品質可用還原糖含量、復水比、L*值、粗蛋白含量和膨化度等5項核心指標進行評價[10]。李臣等通過主成分分析了甘薯香味在甘薯品種間存在顯著性差異，淀粉、氨基酸和粗脂肪含量變化量對甘薯香味貢獻最大[11]。

本試驗研究白薯、紅薯以及紫薯共12個不同品種甘薯的營養成分含量的差異，測定不同品種甘薯制成甘薯脆片的質構、色差值以及含油率，并進行感官評析。然后對各指標進行相關性分析和主成分分析，篩選出適宜制作甘薯脆片的品種，從而為貴州當地特色甘薯脆片工業化生產提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 材料 選用甘薯品種、來源及產地見表1 。

1.1.2 試劑 香滿園烹調油（餐飲專用棕櫚油），嘉里糧油（防城港）有限公司;石油醚（分析純），國藥集團化學試劑有限公司。乙醇、亞硝酸鈉、氫氧化鈉、3，5-二硝基水楊酸、無水亞硫酸鈉、鹽酸、酚酞均為分析純;所用水為超純水。

1.2 儀器與設備

NH310便攜式計算機色差儀，深圳市三恩時科技有限公司;TMS-PRO食品物性分析儀，美國FTC（Food Technology Corporation）公司;SOX500粗脂肪測定儀，濟南海能儀器股份有限公司;CP213電子天平、MB23含水率測定儀，奧豪斯儀器（常州）有限公司;STML7001型熱泵干燥烘房，上海濕騰電器有限公司。HHS型電熱恒溫水浴鍋，上海博迅實業有限公司;CP213型分析天平，奧豪斯（上海）儀器有限公司;UV-2102C型紫外可見分光光度計，尤尼科（上海）儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 甘薯干片干燥工藝流程 新鮮甘薯→清洗→去皮→切片→汽漂→烘干→成品。

通過預試驗最佳工藝選取無害、無芽、眼淺的新鮮甘薯，用流動自來水清洗后去皮、切成3 mm厚度片狀，放入專用蒸鍋中汽漂4 min后轉移到烘房專用托盤中，將熱泵干燥器溫度設置到 70 ℃，放入待干燥甘薯片，干燥3 h取出待其冷卻后，裝入自封袋中。

將甘薯干片進行油炸，得到甘薯脆片，測定其含油率、破碎力、硬度、彈性、膠黏性、咀嚼性，3次平行，取平均值，a*值、b*值、L*值正反面各3次平行，取平均值。

1.3.2 甘薯含水率測定 采用常壓干燥法，參考國標GB 5009.3—2016《食品安全國家標準 食品中水分的測定》[12]。

1.3.3 甘薯總糖和還原糖含量測定[13] 精確稱取一定量的甘薯置于105 ℃的烘箱中干燥至恒質量，并確保葡萄糖為100.0 mg，用蒸餾水溶解并定容至100 mL，搖勻，制備成1.0 mg/mL葡萄糖標準溶液，分別取 0、0.2、0.4、0.6、0.8、10 mL上述葡萄糖標準溶液依次加入25 mL容量瓶中，補足蒸餾水至 1 mL，加入3.0 mL 3，5-二硝基水楊酸（DNS）溶液，混勻，于沸水浴中加熱5 min，取出后立即冷卻，用蒸餾水定容至刻度，搖勻。以空白溶液作為對照，用1 cm比色皿在489 nm處測定吸光度值。以葡萄糖溶液濃度為橫坐標x、吸光度值為縱坐標制作標準曲線y，為y=0.033 1x-0019 3，r2= 0999 3。

由表6可知，前3個主成分的初始特征值均大于1，其中主成分1的方差貢獻率為56.343%，主成分2的方差貢獻率為16.093%，主成分3的方差貢獻率為9.315%，累積方差貢獻率為81.751%，解釋了絕大部分信息。因此提取前3個主成分代替原13個指標評價甘薯脆片品質，達到降維的目的。根據綜合評價的需要，故采用前3個主成分來代替原來的13個指標變量。

2.5 不同品種甘薯脆片品質綜合評判

為了消除不同單位和數據的影響，須對各指標原始數據進行標準化處理， 轉化成均值為0、標準差在主成分分析的基礎上，根據綜合得分模型計算不同品種甘薯脆片的綜合得分，結果如表8所示，綜合得分越高，說明該品種的甘薯脆片綜合品質越好。由表8可知，在主成分1的y1中，紅薯407的得分最高，為2.57分，其次是紅薯ZYKS，為2.09分，再次是紫薯F404，為1.02分;由表7知，主成分2中含水率、還原糖含量以及含油率的影響最顯著，說明紅薯407、紫云紅心薯、紫薯含水率、還原糖含量以及含油率在12個甘薯品種中表現較優。其次是主成分2中b*值、L*值以及主成分3中a*值的載荷值較大，說明紅薯407、紅薯ZYKS、紫薯F404色澤較其他品種顏色更佳，而甘薯脆片顏色是一個影響甘薯脆片出產率的重要因素。經綜合分析可知，紅薯中紅薯407在綜合排名中排名第一，最適宜制作為甘薯脆片，其次是紅薯ZYKS;紫薯中紫薯F404綜合排名最高，適宜制作為甘薯脆片，其次是紫薯13-27-2;白薯中商19綜合得分最高，適宜制作為甘薯脆片。

3 討論與結論

不同品種及肉色的甘薯的主要營養成分含量及化學組成不同，加工制成的甘薯脆片也存在一定差異，表現在產品的色澤、風味、外觀以及口感等多方面，通過試驗得出，不同品種及肉色甘薯之間的淀粉、總糖、還原糖含量及含水率差異顯著，將不同品種甘薯制成甘薯脆片產品后質構分析、色差及含油率也呈現一定的差異性。通過相關性分析得出，甘薯脆片硬度與含水率、還原糖含量及含油率呈極顯著負相關（P<0.01），L*值與含水率、含油率以及還原糖含量呈負相關，含水率與總糖含量和還原糖含量呈極顯著正相關，與淀粉含量呈極顯著負相關。再通過主成分分析法提取出3個主成分，可以解釋甘薯脆片品質的 81.751%，它們的貢獻率分別為56.343%、16.093%和 9.315%。在此分析結果基礎上建立主成分綜合得分模型，對不同品種的甘薯脆片品質進行綜合評分，篩選出適宜加工甘薯脆片的品種，紅薯中紅薯407在綜合排名中排名第一，最適宜制作為甘薯脆片，其次是紅薯ZYKS;紫薯中紫薯F404綜合排名最高，適宜制作為甘薯脆片，其次是紫薯13-27-2;白薯中商19綜合得分最高，適宜制作為甘薯脆片。由于甘薯原料的品質不僅受品種的影響，還與生長地區的地質條件、生長季節等因素有很大關系，加之感官評價的主觀性，故分析結果也會存在差異。在今后的研究中，應擴大采樣范圍，加強研究的深入性，使研究結果更具有實用價值，從而為甘薯脆片加工企業提供有效的依據。

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