營養指標結合主成分分析識別干酪的種類

摘 要：本文測定了干酪和再制干酪中蛋白質、脂肪和不飽和脂肪酸的含量，并利用主成分分析法對干酪和再制干酪樣品進行區分。結果表明，干酪系列的蛋白質含量和脂肪含量普遍高于再制干酪系列，再制干酪的平均不飽和脂肪酸含量略低于干酪的平均不飽和脂肪酸含量。蛋白質、脂肪和不飽和脂肪酸信息經過主成分分析提煉后，可有效實現對干酪種類的準確鑒別。營養指標結合主成分分析識別干酪種類的方法，不僅有助于提高干酪的品質和產量，還能為消費者提供更準確的營養信息。

關鍵詞：干酪；再制干酪；營養指標；主成分分析

Nutritional Indicators Combined with PCA to Identify the Types of Cheese

YANG Beijie

（Shanghai Food Research Institute Co.， Ltd.， Shanghai 200235， China）

Abstract： This article determined the content of protein， fat， and unsaturated fatty acids in cheese and processed cheese， and used principal component analysis to distinguish between cheese and processed cheese samples. The results showed that the protein and fat content of the cheese series were generally higher than those of the processed cheese series， and the average unsaturated fatty acid content of the processed cheese was slightly lower than that of the cheese series. After refining the information of protein， fat， and unsaturated fatty acids through principal component analysis， accurate identification of cheese types can be effectively achieved. The method of combining nutritional indicators with principal component analysis to identify cheese types not only helps improve the quality and yield of cheese， but also provides consumers with more accurate nutritional information.

Keywords： cheese; making cheese; nutritional index; principal component analysis

市售干酪一般分為干酪和再制干酪，是一類營養豐富、口感獨特的乳制品，其種類繁多，營養指標也各不相同，在市場上備受消費者歡迎。干酪主要由原奶精心制作而成，其中富含蛋白質、鈣和脂肪等多種營養成分，被譽為純天然食品。然而，與之不同的是再制干酪。它是以干酪為基礎，輔以其他原輔料，并通過加熱、攪拌、乳化（干燥）等工藝精心制作而成[1]。郭媛等[2]研究表明，不同品種的干酪存在明顯的質構特性差異，這些差異受到化學組成和加工工藝的影響。雖然水分含量對干酪硬度有一定影響，但最關鍵的因素是加工過程中形成的酪蛋白網絡結構。

利用先進的統計技術、信號處理技術以及數學算法，化學模式識別能夠精準地分析化學測量數據，通過深入分析和推理，發現物質的本質特征，從而實現對物質的準確識別和分類。許祿等[3]采用此方法處理化學測量數據，可顯著提高對食品中復雜多組分體系的定性或定量檢測的準確性和效率。主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）是常用的化學分析方法之一，用于研究復雜化學體系的內在結構和規律。趙贇等[4]通過氣相色譜質譜聯用儀對15種奶酪的有機酸成分進行檢測，并結合PCA能有效區分傳統奶豆腐和再制奶酪，但對工藝不同的西式奶酪區分不理想。在前期的研究中發現，干酪與再制干酪的營養指標數據內容豐富，不同種類的干酪中營養成分的含量和比例也各不相同。本文將營養指標與主成分分析相結合，實現對干酪種類的準確鑒別，對干酪的營養指標進行分析和鑒定，對于提高干酪品質、促進干酪產業的可持續發展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料

干酪共12個樣本，標示為YZ01—YZ12，品牌有沃特堡、總統、妙可藍多、小貝勒、金凱利、卓德、多美鮮、杜嘉、瑞慕、小圓奶酪和威客農場。再制干酪共32個樣本，標示為ZZ01—ZZ32，品牌有恩澤寶、一頭小牛、凱芮甜心、吉士汀、卓德、沃特堡、百嘉、德運、大堡礁、歐拉德、多美鮮、甄芝、良品鋪子、認養一頭牛、妙飛、奶酪博士、伊利、光明、妙可藍多、安佳、愛氏晨曦、百吉福和總統。所有試驗用樣品都是同批次從大型超市（上海）購入，樣品真實且在保質期內，試驗前均根據標簽上的儲存條件保存。

1.1.2 儀器

氣相色譜儀（GC），配氫火焰離子化檢測器（FID）；FOSS全自動凱氏定氮儀。

1.2 方法

1.2.1 營養指標的測定

（1）蛋白質。根據《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》（GB 5009.5—2016）中第一法[5]，稱取0.5 g干酪（精確至0.001 g）至消化管中，再加入催化劑（硫酸銅0.4 g、硫酸鉀6 g），加入20 mL硫酸后，置于消化爐上消化。消化完成冷卻后，于全自動凱氏定氮儀上自動測定，記錄滴定數據（定氮儀在使用前加入氫氧化鈉溶液、鹽酸標準滴定溶液、含有混合指示劑的硼酸溶液），最后計算出蛋白質含量。

（2）脂肪。根據《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》（GB 5009.6—2016）中第三法[6]，稱取2 g試樣（精確至0.000 1 g）于具塞抽脂瓶，加入6 mol·L-1的鹽酸6 mL，于沸水中加熱30 min。靜置冷卻后，加入10 mL乙醇，混勻，加入25 mL乙醚，振蕩1 min，再加入25 mL石油醚，振蕩30 s。離心5 min，上層液體轉移至已經恒重的空脂肪瓶中。抽脂瓶中加入5 mL乙醇，混勻，加入15 mL乙醚，振蕩1 min，再加入15 mL石油醚，振蕩30 s。離心5 min，上層液體轉移至已經恒重的脂肪瓶中，此提取步驟再重復提取一遍。將脂肪瓶中的溶劑揮干后，放入（100±5）℃的烘箱干燥1 h，干燥器內冷卻30 min后稱重，重復以上操作至恒重。空白實驗與樣品同時進行，用10 mL水替代樣品。最后計算出脂肪含量。

（3）不飽和脂肪酸。根據《食品安全國家標準 食品中脂肪酸的測定》（GB 5009.168—2016）中第三法[7]，取1 g干酪，加入5 mL氨水，于70 ℃水浴20 min后，加入10 mL鹽酸繼續水解20 min，取出冷卻至室溫。加入10 mL乙醇溶液，混勻后轉移至分液漏斗中，加入50 mL乙醚石油醚混合液，振搖5 min后靜置，將上層醚層轉移至圓底燒瓶中，旋蒸濃縮至干。加入8 mL氫氧化鉀甲醇溶液，于80 ℃水浴中冷凝回流至油滴消失，從回流冷凝器三段加入7 mL三氟化硼甲醇溶液，繼續回流2 min，去除冷卻至室溫。加入10 mL正庚烷，振搖2 min后加入飽和氯化鈉水溶液，靜置分層。吸取正庚烷層5 mL，加入無水硫酸鈉，振搖后靜置，吸取上層溶液供氣相色譜儀測定。

氣相色譜儀儀器條件：色譜柱Agilent CP-sil88（100 m×0.25 μm，0.25 μm）；載氣：氮氣；進樣口溫度：270 ℃；檢測器溫度：280 ℃；進樣量：1μL，分流進樣，分流比30∶1；采用的升溫程序見表1。

1.2.2 主成分分析

主成分分析是一種有效的降維技術，它通過特征投影的方式將多元變量轉換為易于理解和可視化的特征變量，通常是在二維或三維空間中展示[8]。本文對44個干酪和再制干酪樣品進行主成分分析，主要分析其蛋白質、脂肪和不飽和脂肪酸數據。通過相關矩陣法，將提取這些樣品信息的主成分（Principal Component，PC）及其特征值。只有當PC的特征值大于1時，該主成分才會被保留，并按順序命名為PC1、PC2等。接下來計算每個原始指標在獲取的主成分中的對應系數，并對初始樣品信息進行標準化處理。基于這些處理結果，構建主成分表達式并計算主成分得分。最后，繪制出主成分分布圖，以更直觀地展示樣品間的差異與相似性。

2 結果與分析

2.1 營養指標的數據結果

根據1.2.1的方法對干酪和再制干酪共44個樣品進行蛋白質、脂肪和不飽和脂肪酸的測定，數據結果見表2。在蛋白質含量方面，再制干酪的蛋白質含量在（3.64～24.10） g/100 g，平均值為11.28 g/100 g；干酪的蛋白質含量在（19.20～34.90）g/100 g，平均值為26.50 g/100 g。在脂肪含量方面，再制干酪的脂肪含量在（11.60～25.60）g/100 g，平均值為18.17 g/100 g；干酪的脂肪含量在（5.20～34.90）g/100 g，平均值為23.70 g/100 g。在不飽和脂肪酸含量方面，再制干酪的不飽和脂肪酸含量在（2.85～7.32）g/100 g，平均值為4.85 g/100 g；干酪的不飽和脂肪酸含量在（0.91～9.05）g/100 g，平均值為6.57 g/100 g。說明干酪系列的蛋白質含量和脂肪含量普遍高于再制干酪系列，再制干酪的平均不飽和脂肪酸含量低于干酪的平均不飽和脂肪酸含量。

2.2 利用主成分分析方法識別干酪的種類

對44個干酪和再制干酪樣品中的蛋白質、脂肪和不飽和脂肪酸數據進行主成分分析后，獲得1個特征值大于1的成分，記為PC1，并得到營養指標在各主成分中的載荷及方差貢獻率，見表3。由表3可知，主成分1（PC1）占總方差貢獻的76.156%，說明已包含樣本中大部分的營養指標的信息。

圖1為2種共44個樣本的主成分得分圖，干酪和再制干酪之間的差異可以通過主成分得分圖上的間隔距離反映出來，間隔越遠說明種類特性的差別越大。干酪與再制干酪在主成分得分圖上的區分較為清晰。再制干酪主要位于圖中的左下部分；干酪主要位于圖中的右上部分，雖然有少量干酪與再制干酪樣本位置接近，但是大部分樣本區分明顯。總體而言樣本的蛋白質、脂肪和不飽和脂肪酸信息經過PCA提煉后，可以實現干酪和再制干酪的有效區分。

3 結論

對干酪的營養指標進行分析和鑒定，對于提高干酪品質、促進干酪產業的可持續發展具有重要意義。本文應用主成分分析對44個干酪和再制干酪樣品的蛋白質、脂肪和不飽和脂肪酸數據進行分析，以明確通過營養指標來快速鑒別干酪和再制干酪種類的可行性。研究表明，將蛋白質、脂肪和不飽和脂肪酸信息經過主成分分析提煉后，可以有效實現對干酪種類的準確鑒別。營養指標結合主成分分析識別干酪與再制干酪，不僅有助于提高干酪的品質和產量，還能為消費者提供更準確的營養信息。

參考文獻

[1]吳佳佳.干酪標識區分明確奶酪產品加速升級迭代[J].中國食品工業，2023（19）：11-13.

[2]郭媛，張曉瑩，孫文峰，等.不同干酪質構及其影響因素的研究[J].中國奶牛，2009（10）：49-51.

[3]許祿，邵學廣.化學計量學方法[M].北京：科學出版社，2004.

[4]趙赟，夏亞男，劉皓，等.基于GC-MS及PCA對比15種奶酪的有機酸成分[J].食品研究與開發，2021，42（15）：163-171.

[5]國家衛生和計劃生育委員會，國家食品藥品監督管理總局.食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定：

GB 5009.5—2016[S].北京：中國標準出版社，2016.

[6]國家衛生和計劃生育委員會，國家食品藥品監督管理總局.食品安全國家標準 食品中脂肪的測定：

GB 5009.6—2016[S].北京：中國標準出版社，2016.

[7]國家衛生和計劃生育委員會，國家食品藥品監督管理總局.食品安全國家標準 食品中脂肪酸的測定：

GB 5009.168—2016[S].北京：中國標準出版社，2016.

[8]梁逸曾，俞汝勤.化學計量學[M].北京：高等教育出版社，2003.