基于主成分分析的不同品種龍眼干品質綜合評價

劉佳夢，林麗靜，劉義軍，張 利，倪明珠

（1.華中農業大學食品科學科技學院，湖北 武漢 430070；2.中國熱帶農業科學院農產品加工研究所，農業農村部熱帶作物產品加工重點實驗室，海南省果蔬貯藏與加工重點實驗室，廣東 湛江 524001；3.云南農業大學熱帶作物學院，云南 昆明 650201）

龍眼（Dimocarpus longan Lour.）隸屬于無患子科龍眼屬，俗稱“桂圓”[1-2]，盛產于中國、泰國、印度、越南、孟加拉國、馬達加斯加、毛里求斯等地[3-4]。我國龍眼資源豐富，據不完全統計我國有400多個龍眼品種[5]，龍眼口感獨特，富含酸、糖、維生素和磷質等成分，具有一定的滋補藥用價值，深受廣大消費群體的喜愛[6-11]。龍眼產量大，除鮮食外多加工為龍眼干進行銷售，但目前對于龍眼干制備的品種選擇及品質綜合評價鮮見報道。

主成分分析是利用降維的思維，運用線性變化將多個變量簡化成少數綜合變量的一種統計分析方法，這些綜合指標能保留原有指標的大部分信息，且相互獨立，有效避免重復信息的干擾[12-16]。該方法在引進多方面變量的同時將復雜的因素歸結為幾個主成分，使問題簡單化，同時得到更加科學有效的數據信息[14,17]。聚類分析是根據樣品的多個測量指標，具體找出一些能夠度量樣品或指標間相似程度的統計量，以這些統計量為依據，將相似程度較大的樣品聚為一類[18-19]。目前，主成分分析在梨[20-21]、獼猴桃[22-24]、桃[25]、葡萄[26]等多種水果的品質分析方面都有應用。

目前對龍眼干綜合品質評價的研究報道較為少見。本研究對同一來源的7個不同品種龍眼干的12項指標運用主成分分析及聚類分析評價其綜合品質，并建立評價模型，為龍眼干的品質評價體系提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

1.1.1 材料與試劑

供試的7個品種龍眼（儲良、草埔、石硤、鳳大晚香、風大晚蜜、古山二號、FD310），均采自中國熱帶農業科學院南亞熱帶作物研究所龍眼種子資源圃。

葡萄糖標準品（純度≥99.5%），美國Sigma公司；蘆丁標準品（純度≥99.5%），上海源葉生物公司。

1.1.2 儀器與設備

EL204-IC電子天平，瑞士梅特勒-托利多公司；HH-601恒溫水浴鍋，金壇市恒豐儀器制造有限公司；UV-1780紫外可見分光光度計，日本Shimadzu公司；PD-151數位型游標卡尺，臺灣寶工寶工實業股份有限公司；Milli-Q Advantage A10超純水器，法國Merck Millipore公司；LC-20A低溫高速離心機，德國Sigma公司；WGLL-230BE電熱鼓風箱，吳江超宇烘箱制造有限公司；Color i 5D臺式分光光度儀，愛色麗（上海）色彩科技有限公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品預處理

新鮮龍眼采摘后，選取大小均一、無霉變的果品平鋪于托盤上，在70℃熱風干燥箱中干燥24 h，然后置于室溫回軟48 h，再置于60℃熱風干燥箱中干燥24 h，最后放入干燥皿中備用。

1.2.2 品質指標測定

總糖含量：采用苯酚-硫酸法[27]測定；可溶性糖含量：參考農業行業標準NY/T 2742—2015[28]中的方法測定；還原糖含量：參考GB 5009.7—2016[29]中的方法測定；蛋白質含量：參考GB 5009.5—2016[30]中的方法測定；氨基酸含量：參考GB 5009.124—2016[31]中的方法測定。

1.2.3 多酚含量測定

準確稱取沒食子酸標準品40 mg，80%乙醇定容至100 mL，配制成0.4 g/L沒食子酸對照品溶液，分別吸取1、2、3、4、5、6 mL該溶液并定容至10 mL，配制成0.04、0.08、0.12、0.16、0.20、0.24 mg/mL沒食子酸標準溶液。分別取200μL上述系列沒食子酸標準溶液和400μL福林酚溶液，混合靜置3 min，再加入2 mL7.5%碳酸鈉定容至10 mL，40℃下水浴30 min，于765 nm處測定吸光度，以吸光度為橫坐標，沒食子酸濃度為縱坐標繪制標準曲線，得到回歸方程為y=437.94x+0.005 5，R2=0.999 8。

準確稱取10 g龍眼肉加入15 mL 80%乙醇，超聲處理60 min后過濾，然后用80%乙醇定容至100 mL，-20℃冰箱保存備用。取200μL樣品原液按照所述方法測定。

1.2.4 果形指數（FI）測定

測量樣品的最大縱徑（Ld）與最大橫徑（Cd）。

果形指數=Ld/Cd

1.2.5 龍眼可食率（Er）測定

隨機選取10個龍眼干果，稱量其總質量（m0），去殼去核之后，測定其果肉質量（m1），按照如下公式計算可食率。

可食率（%）=m1/m0×100

1.2.6 龍眼肉色差測定

參考王丹等[22]的方法，采用愛色麗色差儀對龍眼肉的色差進行測定。L*表示果肉亮暗程度，其值越大則說明果肉越亮，反之則越暗；a*表示果肉的紅藍程度，其值越大說明果肉越紅，反之則越藍；b*表示果肉的黃綠程度，其值越大說明果肉越黃，反之則越綠。

1.2.7 可溶性固形物測定

采用NY/T 2637—2014[32]中的方法測定。

1.2.8 數據處理

采用Microsoft Excel 2010進行數據統計分析，IBM SPSS Statistics 21.0軟件進行顯著性、相關性及主成分分析和聚類分析，使用Origin 9.1軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同品種龍眼干基礎性營養組分變化規律研究

不同品種龍眼干基礎性營養組分變化規律見表1。由表1可知：不同品種龍眼干各項指標均存在一定差異，石硤龍眼干總糖含量最高，為（627.53±1.54）mg/g，古山二號龍眼干還原糖和可溶性糖含量最高，分別為（37.89±0.23）mg/g和（83.90±0.51）mg/g，FD310龍眼干的可溶性固形物含量最高，為21.47%±0.12%。供試龍眼干的果形指數為0.88～1.03，干燥所得龍眼干符合圓形或者扁圓形特征[33-34]，FD310龍眼干的果形指數最大，草埔龍眼干的果形指數最小，FD310龍眼干與草埔、石硤、儲良、古山二號4個品種龍眼干之間果形指數差異顯著（P＜0.05）；草埔龍眼干與鳳大晚蜜、鳳大晚香兩個品種龍眼干之間果形指數差異顯著（P＜0.05）。7種龍眼干的可食率介于0.38%～0.49%，其中草埔龍眼干可食率最高，達0.49%，與石硤、儲良、鳳大晚香、古山二號4種龍眼干之間差異顯著（P＜0.05）。7個品種龍眼干多酚含量介于2.59～4.88 mg/g，古山二號龍眼干的多酚含量最高，為（4.88±0.05）mg/g，與石峽龍眼干之間差異不顯著，與FD310、草埔、儲良、鳳大晚蜜、鳳大晚香5個品種龍眼干之間差異顯著（P＜0.05）。供試龍眼干中蛋白質和氨基酸含量分別介于5.22～5.96 g/100 g和1.99～3.30 g/100 g，古山二號龍眼干的蛋白質含量最高，儲良龍眼干的氨基酸含量最高，分別為（5.96±0.07）g/100 g和（3.30±0.31）g/100 g，草埔與儲良、鳳大晚蜜、古山二號3個品種龍眼干蛋白質含量之間差異顯著（P＜0.05），其他品種兩兩差異不顯著。7個品種龍眼干L*值介于4.57～23.60，a*值介于6.52～23.62，b*值介于7.92～24.94。古山二號龍眼干的L*值為23.60±2.74，與其他品種之間差異顯著（P＜0.05）；鳳大晚香a*值最高，為23.62±1.05，與其他品種之間差異顯著（P＜0.05）；古山二號b*值最高，為24.94±3.18，不同品種間差異不顯著。

表1 不同品種龍眼干品質指標Table 1 Quality index of different dried longan varieties

2.2 龍眼干品質指標的相關性分析

由表2可知：總糖與可食率、氨基酸均呈極顯著負相關（P＜0.01），相關系數分別為-0.72、-0.76；還原糖與果形指數呈顯著負相關（P＜0.05），與可食率、氨基酸均呈極顯著負相關（P＜0.01），與總糖、可溶性糖、蛋白質均呈極顯著正相關（P＜0.01）；可溶性糖與果形指數、氨基酸均呈極顯著負相關（P＜0.01），與可食率呈顯著負相關（P＜0.05），與多酚、總糖、還原糖、蛋白質均呈極顯著正相關（P＜0.01）；可溶性固形物與可食率呈極顯著正相關（P＜0.01），與a*值呈極顯著負相關（P＜0.01），與總糖、b*值均呈顯著負相關（P＜0.05），與氨基酸呈顯著正相關（P＜0.05）；蛋白質與可食率、氨基酸均呈顯著負相關（P＜0.05），與總糖、還原糖、蛋白質均呈極顯著正相關（P＜0.01）；氨基酸與可食率、可溶性固形物均呈顯著正相關（P＜0.05），與多酚、總糖、還原糖、可溶性糖均呈極顯著負相關（P＜0.01）；L*值與還原糖呈顯著正相關（P＜0.05）；a*值與可溶性固形物呈極顯著負相關（P＜0.01），與b*值呈顯著正相關（P＜0.05）；b*值與可溶性固形物、氨基酸均呈顯著負相關（P＜0.05），與a*值呈顯著性正相關（P＜0.05）。由此可見，指標間的相關性分析表明測定指標所反映的信息存在重疊現象，因此有必要對各項品質指標進行主分成分析和聚類分析，這有助于提高綜合評價的效率和準確性。

表2 不同品種龍眼干品質指標相關性分析Table 2 Correlation analysis among major quality parameters of different dried longan cultivars

2.3 龍眼干品質指標主成分分析

不同品種龍眼干品質指標主成分分析結果見表3。主成分分析碎石圖見圖1。由表3可知：前4個成分的特征值均大于1，累計方差貢獻率達86.511%，可以代表原始數據的大部分信息。第一主成分的方差貢獻率為45.175%，總糖、還原糖、可溶性糖、蛋白質在第一主成分上有較大的載荷，其中總糖、還原糖和可溶性糖與第一主成分呈正相關，蛋白質與第一主成分呈負相關；第二主成分的方差貢獻率為18.439%，可溶性固形物、氨基酸、a*值和b*值在第二主成分上有較大的載荷，其中可溶性固形物和氨基酸與第二主成分呈正相關，a*值、b*值均與第二主成分呈負相關；第三主成分的方差貢獻率為12.463%，可食率在第三主成分上有較大的載荷，可食率與第三主成分呈正相關；第四主成分的方差貢獻率為10.434%，果形指數、多酚和L*值在第四主成分上有較大的載荷，果形指數和多酚與第四主成分呈正相關，L*值與第四主成分呈負相關。

表3 不同品種龍眼干主成分分析結果Table 3 Principal component analysis results of different dried longan cultivars

圖1 主成分分析碎石圖Fig.1 Scree plot of principal component analysis

2.4 龍眼干品質綜合評價及排名

為綜合考慮不同指標對龍眼干品質的影響，采用4個主成分的得分情況，以各自的方差貢獻率為權重，二者相乘求和構建綜合評價得分函數，計算出各個品種龍眼干的綜合得分及排名。

將龍眼干各項指標標準化后，計算各主成分得分，并以各主成分方差貢獻率為權重，構建龍眼干品質綜合評價得分函數：F=0.452F1＋0.184F2＋0.125F3＋0.104F4，得出不同品種綜合得分及排名，具體如表4所示。綜合得分越高表明該品種品質越好。由表4可知，龍眼干品種綜合得分從高到低依次為古山二號、石硤、儲良、FD310、草埔、鳳大晚蜜、鳳大晚香。

表4 不同品種龍眼干綜合得分Table 4 Comprehensive scores of different longan cultivars

2.5 聚類分析

為了進一步評價龍眼干的差異性，采用系統聚類和K均值聚類兩種方法對不同品種龍眼干進行聚類分析。由圖2可知，在樣本點間距離15.5處劃分不同品種，可以將7個品種聚為3類：草埔、鳳大晚蜜和鳳大晚香聚為一類；FD310和儲良為第二類；石硤和古山二號為第三類。

圖2 不同品種龍眼干聚類分析Fig.2 Cluster analysis of different dired longan cultivars

進行K均值聚類分析時，設定聚為3類，具體見表5。由表5可知：有3個品種聚為一類，2個品種聚為一類，剩余2個品種聚為一類，這與系統聚類在15.5處聚類結果一致。

表5 K均值聚類分析結果Table 5 Results of K means cluster analysis

根據不同品種龍眼干主成分分析綜合得分結果，對3類品種進行等級劃分。由表5可知，最終得分從大到小依次為C＞B＞A。由此表明，C等級的品種得分最高，品質為優，B等級品種的品質為良，A等級品種的品質為差。

3 結論

通過對7個不同品種龍眼干的12個品質指標進行測定發現，不同品種的龍眼干指標差異明顯。通過相關性分析表明，不同指標反映的信息有一定重疊，進一步通過主成分分析對12個指標進行降維分析，可提取4個主成分，累積方差貢獻率達86.511%，可代表大部分指標，并構建評價模型：F=0.452F1＋0.184F2＋0.125F3＋0.104F4，利用該模型對選取的7個不同品種龍眼干的綜合品質進行排序，結果表明品質最好的品種為古山二號，品質最差的品種為鳳大晚香。聚類分析可將7個品種分為A、B、C三類，A類為草埔、鳳大晚蜜和鳳大晚香，B類為FD310和儲良，C類為石硤和古山二號，并且綜合品質C＞B＞A，與主成分分析一致。分析結果可為龍眼干品質評價提供理論指導依據。