基于聚類分析的濃縮蘋果汁風(fēng)味品質(zhì)分析與評(píng)價(jià)

柴鵬飛，李林潔，2，劉靜，趙方圓，宋佳，鄭宇，石磊，萬(wàn)守朋，王敏*

1(天津市微生物代謝與發(fā)酵過(guò)程控制技術(shù)工程中心，天津科技大學(xué) 生物工程學(xué)院，天津， 300457)2(國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作天津中心，天津， 300304)3(天津市利民調(diào)料有限公司，天津， 300308)

蘋果是世界上種植量最大的水果之一，富含多種氨基酸、糖類、有機(jī)酸等營(yíng)養(yǎng)成分，以及維生素、礦物質(zhì)等微量元素[1]。濃縮蘋果汁是以蘋果為原料，經(jīng)物理方法去除一定比例的水分獲得的純天然產(chǎn)品[2]。2016年，我國(guó)鮮蘋果和濃縮蘋果汁出口量分別為132.20萬(wàn)t和50.64萬(wàn)t，均居世界首位[3]。濃縮蘋果汁主要用于飲料等食品的生產(chǎn)，雖然所有產(chǎn)品都符合《濃縮蘋果汁》(GB/T 18963—2012)等相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[4]，但由于原料成熟度、生產(chǎn)管理等方面的原因，濃縮蘋果汁批次間會(huì)存在風(fēng)味差異，有可能會(huì)對(duì)其后續(xù)加工產(chǎn)品的風(fēng)味品質(zhì)產(chǎn)生影響。蘋果汁的品質(zhì)通常是依據(jù)《感官分析食品感官質(zhì)量控制導(dǎo)則》(GB/T 29605—2013)及《感官分析方法學(xué)總論》(GB/T 10220—2012)等[5-6]相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定和檢驗(yàn)蘋果汁感官質(zhì)量的，但感官評(píng)價(jià)存在著主觀性強(qiáng)、差異性大、缺乏數(shù)據(jù)支撐等缺點(diǎn)[7]。

風(fēng)味是評(píng)價(jià)食品品質(zhì)特征的重要指標(biāo)，通常人們所講的風(fēng)味主要是指味感和嗅感的綜合[8-9]。其中，對(duì)味感產(chǎn)生影響的主要是食品中有機(jī)酸、氨基酸、糖類等不揮發(fā)性物質(zhì)，對(duì)嗅感產(chǎn)生影響的主要是酯類、醇類、酮類等各種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。目前已經(jīng)鑒定出的蘋果汁香氣成分已有300多種[10]，主要包括酯類、醇類、醛類[11-13]，另含有少量酮類、烴類、酚類等物質(zhì)。另外，有機(jī)酸、糖類等不揮發(fā)性物質(zhì)也因其直接影響果汁的酸度、甜度等有著同樣重要的地位。由于蘋果汁中風(fēng)味物質(zhì)種類眾多、組成復(fù)雜，且各類物質(zhì)的來(lái)源并不能完全解析，給準(zhǔn)確快速地判別濃縮蘋果汁風(fēng)味品質(zhì)帶來(lái)了諸多不便。

聚類分析(cluster analysis, CA)是一種用于分析多變量的技術(shù)[14]。其根據(jù)研究對(duì)象的多樣性，將其分為相對(duì)同質(zhì)的群組，并依據(jù)樣品品質(zhì)特性的相似程度將其聚合在一起，相似度大的優(yōu)先聚合，最終按照類別的綜合性質(zhì)將多個(gè)品種聚合，進(jìn)而完成聚類分析的過(guò)程[15]。此方法在農(nóng)產(chǎn)品品種譜系、食品主成分及食品品質(zhì)分析領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本論文采用風(fēng)味化學(xué)分析方法，對(duì)同一年份和地區(qū)的濃縮蘋果汁樣品進(jìn)行分析，篩選對(duì)濃縮蘋果汁風(fēng)味品質(zhì)影響較大的風(fēng)味物質(zhì)建立其聚類分析方法，為濃縮蘋果汁風(fēng)味品質(zhì)快速鑒定提供依據(jù)，也為生產(chǎn)企業(yè)優(yōu)化工藝參數(shù)提供理論支撐和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

濃縮蘋果汁樣品(2017和2018年榨季)，陜西某濃縮蘋果汁生產(chǎn)企業(yè)；糖類、氨基酸、有機(jī)酸標(biāo)準(zhǔn)品(色譜級(jí))，上海源葉生物科技有限公司；2-辛醇、H2SO4、醋酸鈉、NaCl、DNFB、NaHCO3、KH2PO4、DNS試劑為分析純，天津北方天醫(yī)化學(xué)試劑廠；乙腈、乙酸為色譜純，天津市大茂化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

CP1502電子天平，奧豪斯儀器(上海)有限公司；TGL-16G高速臺(tái)式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；TDL-SC低速大容量臺(tái)式離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠；S20K pH計(jì)，梅特勒·托利多儀器有限公司；LH-T20手持折光儀，杭州陸恒生物技術(shù)有限公司；Agilent1100型HPLC儀，安捷倫科技有限公司；GC-789011型GC-MS，安捷倫科技有限公司。

1.3 樣品的選取與分析

1.3.1 樣品的選取

由廠家提供2017年生產(chǎn)的符合《濃縮蘋果汁》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的12個(gè)批次濃縮蘋果汁樣品，由10名經(jīng)過(guò)品評(píng)培訓(xùn)的專業(yè)人員組成評(píng)定小組對(duì)濃縮蘋果汁樣品的香氣、滋味2個(gè)因素進(jìn)行感官評(píng)定。采取10分制打分，對(duì)2個(gè)因素的得分分別按50%的權(quán)重計(jì)算出感官評(píng)定綜合得分，感官評(píng)價(jià)評(píng)分表見(jiàn)表1。其中，感官評(píng)定綜合得分大于等于8分的，認(rèn)定為風(fēng)味較好批次(A類)樣品，得分小于8分的，認(rèn)定為風(fēng)味相對(duì)較差的(B類)樣品。樣品17-1～17-12感官評(píng)價(jià)綜合得分分別為9.05±0.325、8.95±0.345、8.725±0.3、8.5±0.425、8.45±0.3、8.025±0.37、6.075±0.38、6.275±0.3、6.125±0.365、6.65±0.39、6.5±0.405、5.025±0.38，樣品17-1～17-6得分大于8分，認(rèn)定為A類樣品，樣品17-7～17-12得分低于8分，認(rèn)定為B類樣品。兩類樣品感官評(píng)價(jià)得分經(jīng)顯著性檢驗(yàn)P<0.05，兩組樣品感官評(píng)價(jià)綜合得分具有顯著性差異。

表1 感官評(píng)價(jià)評(píng)分表

由廠家提供2018年生產(chǎn)的濃縮蘋果汁樣品(18-1～18-8)，用于該方法的驗(yàn)證。

1.3.2 樣品的分析

(1)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析

取2 mL樣品置于30 mL氣相玻璃瓶，加入4 mL超純水，2 g NaCl和1 μL 1.6 mg/mL 2-辛醇(內(nèi)標(biāo))，加入磁力攪拌器，密封，40 ℃水浴平衡10 min，然后插入固相微萃取頭，40 ℃水浴40 min，磁力攪拌速度為450 r/min。隨后迅速將萃取頭插入進(jìn)樣口解吸5 min，用GC-MS檢測(cè)分析香氣成分。

GC-MS條件：Agilent HP-5毛細(xì)管柱(30 m×250 mm×0.25 μm)。進(jìn)樣口溫度250 ℃，氦載氣流速1.0 mL/min，不分流。柱溫程序：35 ℃保持1 min，以1 ℃/min升溫至70 ℃保持2 min，然后以5 ℃/min升溫至230 ℃維持2 min。質(zhì)譜檢測(cè)溫度為220 ℃，EI電離能量為70 eV，捕獲方式為全掃描，掃描范圍為30～600m/z。

(2)氨基酸含量分析

取樣品1 mL，12 000 r/min離心20 min，取上清液過(guò)膜。準(zhǔn)確量取過(guò)膜后的樣品10 μL于1 mL離心管中，加入已經(jīng)配制好的衍生緩沖溶液200 μL，混勻后再加入衍生試劑溶液100 μL，混勻，將容量瓶置于60 ℃水浴中暗處恒溫加熱60 min，放置待溶液冷卻至室溫后，加入定容緩沖液700 μL稀釋至刻度并搖勻，放置15 min后用0.22 μm濾膜過(guò)濾即可以開(kāi)始進(jìn)行HPLC檢測(cè)分析氨基酸。

色譜柱：Diamonsil C18(250 mm×4.6 mm,5 μm)；柱溫：33 ℃；流速：1 mL/min；檢測(cè)波長(zhǎng)：360 nm；流動(dòng)相A為50%乙腈，流動(dòng)相B為0.4%醋酸鈉，稱取4.1 g醋酸鈉，加400 mL水，用HAC調(diào)pH至6.4，定容到1 L。

(3)有機(jī)酸和糖類化合物分析

將各濃縮蘋果汁樣品分別稀釋10倍，然后各取2 mL稀釋液，置于離心機(jī)，以12 000 r/min轉(zhuǎn)速離心5 min后取上清液，濾液經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾后進(jìn)行HPLC檢測(cè)有機(jī)酸、糖類物質(zhì)。

有機(jī)酸檢測(cè)條件，色譜柱：Aminex HPX-87H lon Exclusion Column (7.8 mm×300 mm)；柱溫：30 ℃；流速：0.6 mL/min；紫外檢測(cè)器波長(zhǎng)：215 nm；流動(dòng)相：5 mmol/mLH2OS4；運(yùn)行時(shí)間為21 min。

糖類化合物檢測(cè)條件，色譜柱：Prevail Carbohydrate ES (250 mm×4.6 mm,5 μm)；柱溫：40 ℃；流速：1.2 mL/min；檢測(cè)器溫度：45 ℃；流動(dòng)相為V(乙腈)∶V(水)=78 ∶22。

1.4 主要差異風(fēng)味化合物的篩選

首先分別對(duì)各樣品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)、氨基酸、有機(jī)酸、糖類等風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行主成分分析，確定該類化合物是否適用于樣品的區(qū)分。若兩類樣品在該類風(fēng)味物質(zhì)組成上確實(shí)存在差異，再對(duì)該類風(fēng)味物質(zhì)中的所有化合物進(jìn)行綜合打分，打分結(jié)果大于0的物質(zhì)即為該類風(fēng)味物質(zhì)中的主要差異風(fēng)味化合物。

1.5 樣品聚類分析與驗(yàn)證

對(duì)篩選得到的各類主要差異風(fēng)味化合物進(jìn)行組合，首先對(duì)各化合物濃度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理以消除不同綱量帶來(lái)的影響，并進(jìn)一步進(jìn)行聚類分析，篩選出的能夠顯著區(qū)分A、B兩類樣品的主要差異風(fēng)味物質(zhì)組合，即在該組合條件下A、B兩類樣品具有最低的類間相似性，且同類樣品具有最高的類內(nèi)相似性。

利用獲得的最優(yōu)組合，對(duì)待測(cè)濃縮蘋果汁樣品進(jìn)行聚類分析，驗(yàn)證該方法的重復(fù)性。

1.6 數(shù)據(jù)處理方法

采用Excel和OrginPro 9.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。采用SIMCA-P 11.5軟件進(jìn)行主成分分析(principal component analysis，PCA)。采用IBM SPSS Statistics 軟件進(jìn)行因子分析、綜合打分，得到造成此差異的所有物質(zhì)貢獻(xiàn)率高低的排名，從而篩選得到對(duì)感官評(píng)價(jià)結(jié)果影響較大的風(fēng)物物質(zhì)。

采用Minitab 16.0軟件進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 濃縮蘋果汁理化指標(biāo)分析

依據(jù)GB/T 12143—2008《飲料通用分析方法》[16]及GB/T 18963—2012《濃縮蘋果汁》[4]中規(guī)定的相關(guān)濃縮蘋果清汁理化指標(biāo)檢測(cè)方法對(duì)12個(gè)濃縮蘋果汁樣品進(jìn)行可溶性固形物、總酸、pH、還原糖的測(cè)定。各批次濃縮蘋果汁理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果如表2所示，這12個(gè)濃縮蘋果汁樣品標(biāo)均符合國(guó)標(biāo)相關(guān)要求，可溶性固形物(20 ℃，以折光計(jì))≥65.0 Bx，可滴定酸(以蘋果酸計(jì)，可溶性固形物11.5%條件下測(cè)定)≥0.70。根據(jù)感官評(píng)價(jià)結(jié)果將12個(gè)樣品分為兩類，對(duì)品質(zhì)較好的A類樣品(17-1～17-6)和品質(zhì)較差的B類樣品(17-7～17-12)的理化指標(biāo)進(jìn)行差異顯著性分析發(fā)現(xiàn)，A類樣品和B類樣品在可溶性固形物、總酸、pH和還原糖指標(biāo)上并不存在顯著差異(P值分別為0.628、0.248、0.127、0.751，P>0.05)，由此可知，樣品的品質(zhì)好壞與理化指標(biāo)無(wú)關(guān)，主要是由風(fēng)味物質(zhì)組成及濃度差異導(dǎo)致。因此進(jìn)一步對(duì)其主要風(fēng)味化合物進(jìn)行分析檢測(cè)。

表2 濃縮蘋果汁理化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

2.2 濃縮蘋果汁主要風(fēng)味物質(zhì)分析

2.2.1 揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析檢測(cè)

濃縮蘋果汁樣品中揮發(fā)性物質(zhì)種類和含量情況結(jié)果如圖1所示，12個(gè)樣品共檢測(cè)到39種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，但樣品間揮發(fā)性物質(zhì)組成存在差異，其中樣品17-1揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)總相對(duì)含量最高，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類數(shù)也最多，樣品17-11次之。

圖1 濃縮蘋果汁中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)種類和相對(duì)含量

在對(duì)濃縮蘋果汁樣品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)初步分析的基礎(chǔ)上，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件(SIMCA-P 11.5)進(jìn)行主成分分析，進(jìn)一步分析兩類樣品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的異同，結(jié)果如圖2所示，其中主成分1、主成分2分別解釋了總體信息的62.25%和16.71%，表明主成分分析結(jié)果比較可靠，能較好地解釋樣品的總體信息。

圖2 濃縮蘋果汁中揮發(fā)性物質(zhì)主成分分析

由表3可以看出，所有的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)中綜合打分排名靠前的化合物主要有糠醛、2,4-二叔丁基苯酚、鄰苯二甲酸異丁基壬酯、1,2-苯二甲酸-2-甲基丙基酯、(E)-1-(2，6，6-三甲基-1，3-二環(huán)己烷-1-乙基)-2-丁烯-1-酮及鄰苯二甲酸二丁酯(其中已查明糠醛具有特殊的杏仁香味，(E)-1-(2,6,6-三甲基-1,3-二環(huán)己烷-1-乙基)-2-丁烯-1-酮具有奶油香氣)，說(shuō)明這些化合物可能對(duì)濃縮蘋果汁感官評(píng)定結(jié)果有重要影響。但是，由圖2可以看出，樣品17-1、17-3及17-11分散為3個(gè)孤點(diǎn)，說(shuō)明利用揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)難以很好地區(qū)分AB兩類樣品，主要由于同類樣品間的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)存在較大差異，這與圖1所得到的分類及含量結(jié)果保持一致，因此在后續(xù)主要差異風(fēng)味化合物的篩選過(guò)程中不考慮揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。

表3 濃縮蘋果汁揮發(fā)性物質(zhì)主成分綜合得分

2.2.2 氨基酸

采用柱前衍生法及紫外檢測(cè)器-高效液相色譜儀對(duì)濃縮蘋果汁樣品中的氨基酸成分進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖3所示，在氨基酸組成上，兩類濃縮蘋果汁中氨基酸種類組成情況基本相似，但濃度各不相同，對(duì)A、B兩類樣品氨基酸總濃度進(jìn)行T檢驗(yàn)，得出t值的絕對(duì)值為2.765，表明兩組數(shù)據(jù)存在差異性顯著(P<0.05)。有趣的是，A類濃縮蘋果汁中氨基酸總濃度平均水平(11.8 g/L)低于B類(13.7 g/L)。氨基酸是食品中常見(jiàn)的風(fēng)味物質(zhì)，對(duì)食品的香氣和滋味具有重要影響。不同的氨基酸呈現(xiàn)不同的風(fēng)味，從而對(duì)食品的整體風(fēng)味產(chǎn)生影響。如圖3所示，濃縮蘋果汁樣品中含量較高的氨基酸依次是蛋氨酸(31.9%～47.8%)、絲氨酸(25.4%～39.5%)和天冬氨酸(10.3%～16.4%)，這些氨基酸對(duì)濃縮蘋果汁的風(fēng)味有較大影響。其中，蛋氨酸具有腥臭氣味，絲氨酸呈甜味，天冬氨酸呈鮮味，這些氨基酸可能對(duì)蘋果特有的香氣和滋味產(chǎn)生負(fù)面作用，因此氨基酸濃度較低的樣品反而感官品評(píng)的得分較高。

圖3 濃縮蘋果汁氨基酸分類含量

為了更為直觀地得到12個(gè)批次濃縮蘋果汁樣品氨基酸組成的差異性情況，進(jìn)行主成分分析，結(jié)果如圖4所示。其中主成分1、2分別解釋了總體信息的47.51%和28.62%，表明主成分分析結(jié)果比較可靠。由圖4可知，兩類樣品被很好地分到2個(gè)區(qū)域，這說(shuō)明可以通過(guò)氨基酸組成的差異來(lái)區(qū)分兩類濃縮蘋果汁樣品品質(zhì)。

圖4 濃縮蘋果汁中氨基酸主成分分析

利用IBM SPSS Statistics 19軟件對(duì)氨基酸測(cè)定結(jié)果進(jìn)行因子分析及綜合打分處理，結(jié)果見(jiàn)表4，在14種氨基酸成分中有3種物質(zhì)得分大于0，即它們的貢獻(xiàn)率大于平均水平，分別為蛋氨酸、絲氨酸和天冬氨酸，因此暫定這3種氨基酸為差異風(fēng)味化合物，用于后續(xù)聚類分析。

表4 濃縮蘋果汁氨基酸主成分綜合得分

2.2.3 有機(jī)酸

利用紫外檢測(cè)器-高效液相色譜儀對(duì)濃縮蘋果汁樣品中的有機(jī)酸成分進(jìn)行測(cè)定[18]，共檢測(cè)到6種有機(jī)酸，其中乳酸含量及未檢測(cè)到的富馬酸均符合國(guó)標(biāo)要求。各濃縮蘋果汁樣品中有機(jī)酸具體組成情況如圖5所示，含量較高的有機(jī)酸依次是蘋果酸(62.7%～72.3%)、乳酸(19.8%～30.9%)、檸檬酸(4.6%～7.5%)。同時(shí)，前6個(gè)感官評(píng)定較好批次濃縮蘋果汁除蘋果酸、乳酸平均含量稍低于較差批次果汁外，其余4類有機(jī)酸平均含量均高于較差批次。

圖5 濃縮蘋果汁中有機(jī)酸分類含量

在有機(jī)酸含量測(cè)定結(jié)果基礎(chǔ)上，進(jìn)行主成分分析，其結(jié)果如圖6所示。其中主成分1、主成分2分別解釋了12個(gè)濃縮蘋果汁樣品中6種有機(jī)酸含量總體信息的58.99%和25.11%，表明主成分分析結(jié)果比較可靠，能較好解釋樣品的總體信息。可觀察到除去1、9兩點(diǎn)，其余樣品濃縮蘋果汁被較好的分到2個(gè)區(qū)域，可見(jiàn)濃縮蘋果汁樣品因其有機(jī)酸組成上的差異。

圖6 濃縮蘋果汁中有機(jī)酸主成分分析

利用IBM SPSS Statistics 19軟件對(duì)除去17-1及17-9樣品其余10個(gè)批次濃縮蘋果汁的有機(jī)酸含量測(cè)定結(jié)果進(jìn)行因子分析及綜合打分處理。由表5綜合得分結(jié)果可知，在6種有機(jī)酸成分中有2種物質(zhì)得分大于0值，即它們的貢獻(xiàn)率大于平均水平，進(jìn)而得出這6種有機(jī)酸成分中對(duì)蘋果汁品質(zhì)影響較大的2種物質(zhì)，分別為蘋果酸和乳酸，選取這2個(gè)物質(zhì)用于后續(xù)聚類分析。

表5 濃縮蘋果汁有機(jī)酸主成分綜合得分

2.2.4 糖類物質(zhì)

利用示差折光檢測(cè)器-高效液相色譜儀對(duì)濃縮蘋果汁樣品中的糖類物質(zhì)成分進(jìn)行測(cè)定，共檢測(cè)到4種糖類物質(zhì)，如圖7所示，含量較高的糖類物質(zhì)為果糖(52.3%～56.6%)，其次是葡萄糖(21.1%～28.5%)。

圖7 濃縮蘋果汁糖類物質(zhì)分類含量

在糖類物質(zhì)含量測(cè)定結(jié)果基礎(chǔ)上，進(jìn)行主成分分析，其結(jié)果如圖8所示。其中主成分1、主成分2分別解釋了12個(gè)濃縮蘋果汁樣品中4種糖類含量總體信息的43.18%和32.07%，表明主成分分析結(jié)果比較可靠，能較好地解釋樣品的總體信息。可觀察到12個(gè)樣品點(diǎn)分布相對(duì)較分散，說(shuō)明各樣品的糖類物質(zhì)組成存在較大波動(dòng)性，但2個(gè)區(qū)域區(qū)分較明顯，由此說(shuō)明果汁樣品在糖類物質(zhì)組成上存在的差異性可使其較好地分為兩類。

圖8 濃縮蘋果汁中糖類物質(zhì)主成分分析

利用IBM SPSS Statistics 19軟件對(duì)糖類物質(zhì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行因子分析及綜合打分處理，由表6可知，在4種糖成分中有2種物質(zhì)得分大于0值，分別為果糖和葡萄糖，選取這2個(gè)物質(zhì)用于后續(xù)聚類分析。

表6 濃縮蘋果汁糖類物質(zhì)主成分綜合得分

2.3 主要風(fēng)味物質(zhì)的聚類分析

2.3.1 聚類分析模型優(yōu)化

由濃縮蘋果汁的風(fēng)味物質(zhì)測(cè)定及主成分分析結(jié)果可知，揮發(fā)性物質(zhì)的PCA得到的2個(gè)樣品聚集區(qū)域區(qū)分不是十分明顯，而根據(jù)氨基酸、有機(jī)酸和糖類的均可以將濃縮蘋果汁分到2個(gè)區(qū)域，因此選取這3類不揮發(fā)性物質(zhì)(共7種)進(jìn)一步做聚類分析，優(yōu)化聚類分析模型。

由于各個(gè)指標(biāo)的單位不同、量綱不同、數(shù)量級(jí)不同，不便于分析，甚至?xí)绊懺u(píng)價(jià)的結(jié)果。所以，首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，消除不同綱量帶來(lái)的影響，而后進(jìn)行聚類分析。聚類分析結(jié)果如圖9，樣品17-1～17-6聚集為一類，類內(nèi)樣品間相似性在53.12%～56.59%；17-7～17-12聚集為一類，其類內(nèi)樣品間相似性在64.02%～68.06%。

由以上7種物質(zhì)進(jìn)行聚類分析得到的聚類結(jié)果并不理想，故將這7種物質(zhì)進(jìn)行排列組合再次聚類，力求得到最高的相似性值，為了保證結(jié)果的可靠性和全面性，組合物質(zhì)個(gè)數(shù)至少選擇5個(gè)，共得到29種物質(zhì)組合方法，其聚類分析結(jié)果如表7。

圖9 濃縮蘋果汁的主要風(fēng)味物質(zhì)聚類分析

表7 不同風(fēng)味物質(zhì)組合聚類分析結(jié)果

注：“*”表示有一個(gè)樣品未正確聚類，“—”表示未能良好聚為兩類，故沒(méi)有相似性值。

通過(guò)分析可得到第24號(hào)組合即天冬氨酸、絲氨酸、蛋氨酸、果糖、葡萄糖進(jìn)行聚類時(shí)得到聚類分析結(jié)果相對(duì)最好，其結(jié)果如圖10所示。將風(fēng)味評(píng)定較好的批次濃縮蘋果汁分到一類，各果汁相似性聚集在54.95%～65.11%，風(fēng)味較差批次濃縮蘋果汁分到一類，各果汁相似性聚集在72.43%～84.26%。

圖10 濃縮蘋果汁的主要風(fēng)味物質(zhì)聚類分析

2.3.2 聚類分析方法的驗(yàn)證

為了對(duì)以上所建立的蘋果醋原料風(fēng)味品質(zhì)判別方法進(jìn)行驗(yàn)證，隨機(jī)選取蘋果汁廠于2018年生產(chǎn)的8批次樣品，分別對(duì)以上樣品進(jìn)行風(fēng)味物質(zhì)測(cè)定，然后進(jìn)行聚類分析，其聚類結(jié)果如圖11所示，其中，觀測(cè)值1～5為濃縮蘋果汁樣品18-1～18-5，它們?yōu)楦泄僭u(píng)定為風(fēng)味較好的批次，6～8為濃縮蘋果汁樣品18-6～18-8為風(fēng)味較差批次。

圖11 濃縮蘋果汁的主要風(fēng)味物質(zhì)聚類分析

由圖11可看出用于驗(yàn)證的8個(gè)濃縮蘋果汁樣品中樣品18-1～18-5類內(nèi)相似性高于68.03%聚為一類，樣品18-6～18-8類內(nèi)相似性高于78.65%聚為一類，說(shuō)明風(fēng)味較好與較差批次蘋果汁被明顯區(qū)分，由此也就驗(yàn)證了利用所篩選的5個(gè)主要風(fēng)味物質(zhì)(蛋氨酸、絲氨酸、天冬氨酸、果糖及葡萄糖)建立的聚類分析能用于濃縮蘋果汁樣品風(fēng)味品質(zhì)優(yōu)劣的快速判斷。

3 結(jié)論

本文將人工感官評(píng)價(jià)手段與聚類判別方法相結(jié)合[21]，通過(guò)對(duì)感官評(píng)定較好和較差的2組濃縮蘋果汁的主要風(fēng)味化合物進(jìn)行分析檢測(cè)，利用主成分綜合打分的方法篩選出各指標(biāo)中對(duì)風(fēng)味貢獻(xiàn)率較大的化合物。通過(guò)聚類分析選出5個(gè)主要風(fēng)味物質(zhì)，分別為蛋氨酸、絲氨酸、天冬氨酸、果糖及葡萄糖，以此建立聚類分析模型，并應(yīng)用用于濃縮蘋果汁樣品感官評(píng)定分析，增加了濃縮蘋果汁風(fēng)味品質(zhì)的判定的客觀性和準(zhǔn)確性，極大地提高了蘋果汁風(fēng)味判別結(jié)果的可靠性，同時(shí)也為生產(chǎn)者合理調(diào)整工藝提供一定的理論參考。