基于主成分分析法構建五谷酸奶品質評價模型

孫德偉　陳曉華

摘 要：本文全面檢測了五谷酸奶的感官評定、理化指標和微生物指標，初步確定儲藏期間五谷酸奶中各指標值的最佳范圍，并用SPSS軟件分析各指標，建立評價五谷酸奶品質模型。研究結果表明，五谷酸奶中各指標最佳范圍為：酸度值86～96°T、pH值4.05～4.35、蛋白質含量4.3～4.7 g/100 g、總糖含量6.0～6.4 g/100 g、乳清析出率5.5%～7.5%、脂肪含量4.7～5.2 g/100 g、黏度8 400～10 000 mPa·s、乳酸菌數(shù)對數(shù)值6.5～8.0。本實驗將為酸奶品質綜合評價奠定理論依據(jù)。

關鍵詞：主成分分析法;五谷酸奶;品質評價;模型

Abstract：In this study， the grain yogurt comprehensive sensory evaluation， physical and chemical index and microorganism indexes were determined to analysis the optimal range of values of each index in the grain yogurt during storage. The software of SPSS was used to analyze each index and establish the evaluation model of grain quality of yogurt. The result shows that the best range of each index of grain in yogurt followed as acidity value， 86～96 °T， pH value， 4.05～4.35， protein content of 4.3～4.7 g/100 g， total sugar content， 6.4～6.0 g/100 g， whey precipitation rate of 5.5%～7.5%， fat content， 4.7～5.2 g/100 g， Lactic acid bacteria number 6.5～8.0， numerical viscosity 8 400～10 000 mPa·s. This experiment will lay a theoretical basis for the comprehensive evaluation of the quality of yogurt.

Key words：Principal component analysis; Grain yogurt; Quality evaluation; Model

中圖分類號：TS252.54

酸奶是發(fā)展最快的乳制品，每年以超過20%速度增長，高品質、健康、品種多樣化是酸奶最主要的發(fā)展趨勢[1-3]。其中，五谷酸奶以玉米、黑豆和黑芝麻等谷物為原料，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵而成，可為人體提供豐富的膳食纖維、維生素以及多種營養(yǎng)[4-5]，且具有抗氧化、降血脂[6]、減肥、低熱量等特殊功效[7]。我國酸奶市場前景好、產(chǎn)銷量大，提高酸奶產(chǎn)品質量、建立酸奶評價指標和品質評價體系成為了各乳企的研究熱點[8]。

五谷酸奶品質是用于衡量五谷酸奶等級的重要規(guī)范或依據(jù)，有主觀評價和客觀評價兩種方法[9]。主觀評價即感官評價，主要是以消費者喜好設定標準，誤差較大。客觀評價則是利用客觀手段與儀器，把感官所能感覺到的品質性狀表達出來，通常情況下，客觀評價應以主觀評價為參照或基準，找到客觀評價與主觀評價的相關性。目前，發(fā)達國家多采用比較分析法和綜合評價法來建立乳制品加工品質評價指標體系[10]。消費者希望購買高品質、多花色的酸奶欲望愈加濃烈，食品企業(yè)希望提高產(chǎn)品品質，因此建立一套科學的品質評價體系迫在眉睫[11]。

本文在對五谷酸奶感官評定、理化指標及微生物指標測定基礎上，通過SPSS分析軟件進行統(tǒng)計分析，獲得了五谷酸奶品質最佳標準范圍，初步構建品質評價模型和評價標準。

1 材料與方法

1.1 材料及試劑

玉米、黑豆、黑芝麻，衡陽本地;雀巢全脂奶粉、白砂糖，市售。菌種：保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌（丹尼斯克）;氫氧化鈉、酚酞、G-250考馬斯亮藍、氯化鈉、濃磷酸、牛血清清蛋白（BSA）、95%乙醇、硫酸銅、次甲基藍、酒石酸鉀鈉、乙酸鋅、冰乙酸、亞鐵氰化鉀、鹽酸、葡萄糖。

1.2 儀器與設備

SW-CJ-1D型單人凈化工作臺（蘇州凈化設備有限公司）、SPX-250B-G型光照培養(yǎng)箱（上海博訊實業(yè)有限公司）、HH-S6型數(shù)顯恒溫水浴鍋（金壇市安普實驗儀器廠江）、722SP13100型可見分光光度計（上海棱光技術有限公司）、奧浦UB100系列顯微鏡（重慶奧浦光電技術有限公司）、DHG-9240型電熱鼓風干燥箱（金壇市普安實驗儀器廠）、BXM-30R型立式壓力蒸汽滅菌器（上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)用設備廠）等。

1.3 五谷酸奶的制作及實驗方法

在前期研究的基礎上，得到五谷酸奶最佳配方：黑芝麻汁添加量10%，黑豆汁添加量13.3%，玉米汁添加量13.3%，奶粉7.9%，接種量3%，發(fā)酵時間7 h，溫度42 ℃，白砂糖用量5%;五谷酸奶發(fā)酵完成后置于5 ℃環(huán)境冷藏。

1.4 五谷酸奶品質評價指標測定方法

1.4.1 五谷酸奶的感官評價

參照GB 19302-2010中凝固型酸乳感官檢驗方法，評定標準見表1。感官鑒評小組由7名女性、3名男性共10名學生自愿者組成，年齡在19～23歲，10名志愿者經(jīng)常飲用發(fā)酵乳且均接受了食品感官鑒評課程培訓。

1.4.2 理化指標測定

（1）酸奶黏度的測定。選用Brookfield DV-1 VISCOMETER黏度儀。轉速調至60 r·min-1（黏度范圍為0～2 000 Pa·s），儀器開機平衡約15 min后，在室溫（25 ℃）測定參數(shù)值。

（2）酸度的測定。參照GB/T S009.46-2010中的酸度滴定法測定酸度。

（3）脂肪的測定。參照GB/T5009.6-2003中索氏抽提法測定脂肪含量。

（4）蛋白質的測定。采用考馬斯亮藍法測定蛋白質含量。

（5）總糖的測定。采用蒽酮比色法測定總糖含量。

（6）pH值的測定。pH值采用pH計測定。

（7）乳清析出率。參照柳艷霞等[12]的方法。取一個燒杯，在燒杯上放上濾紙，稱取10 g酸奶，放置在空氣中100 min，再次稱量，得出乳清的量，用公式

（1）計算乳清析出量。

（1）

1.4.3 微生物指標

參照GB/T 4789.35-2010規(guī)定的乳酸菌平板計數(shù)法測定五谷酸奶中的乳酸菌總數(shù)。

1.5 五谷酸奶品質評價指標分析方法

本文酸奶的黏度、酸度、脂肪含量、蛋白質含量、總糖含量、pH值、乳清析出率、乳酸菌總數(shù)等指標測定均重復3次。采用SPSS軟件對感官評定結果和理化檢測數(shù)值進行分析。

2 結果與分析

2.1 五谷酸奶品質評價感官指標

感官指標是五谷酸奶最重要的指標，感官評定值隨儲藏時間的變化如圖1所示。

由圖1可知，隨著儲藏時間延長，感官評定值先上升后迅速下降，然后緩慢下降，其中第2 d感官評分達到最大值92分，說明此時酸奶品質最佳。儲藏6 d

后，感官評價分值逐漸下降至63分，品質基本合格。儲藏初期，五谷酸奶中乳酸菌代謝活躍，五谷酸奶低溫冷藏后熟，形成五谷酸奶特有風味物質，故第2 d感官評定分值升高，但隨著時間延長，酸度增加，凝乳狀態(tài)變差，風味物質揮發(fā)，且會產(chǎn)生不良滋味，而使感官評定值快速下降。因此，當儲存到第2 d時得分

75～92分，五谷酸奶可接受性強，品質最佳。

2.2 五谷酸奶品質評價理化指標

2.2.1 五谷酸奶pH值和酸度隨時間的變化關系

pH值反映的是溶液中呈離子狀態(tài)H+的數(shù)量，而酸度是在中和過程中與強堿反應的H+的數(shù)量，二者有一定的相關性[13]。五谷酸奶pH值和酸度隨儲藏時間變化如圖2所示。

從圖2可知，隨著儲藏時間的延長，酸度持續(xù)上升，pH值相應下降，儲藏3～6 d時，酸度值在86～96°T，pH值在4.35～4.05，此時儲藏效果最佳。

2.2.2 五谷酸奶黏度和乳清析出率隨時間的變化關系

五谷酸奶黏度和乳清析出隨儲藏時間的變化如圖3所示。由圖3可知，冷藏第1 d，五谷酸奶的黏度值達10 457.9 mPa·s，而乳清析出率僅5.87%。酸奶發(fā)酵過程中，牛乳將從酪蛋白粒子中的水游離出來，保持在由酪蛋白凝聚形成的網(wǎng)狀結構，形成許多大凝乳微粒，五谷酸奶具有較高黏度和蓄水能力[14]。冷藏第5～6 d時，蛋白質膠體結構被破壞，凝膠粒子束縛水能力下降，使酸奶中黏度顯著增加，具體見圖3所示。

因此，五谷酸奶黏度在10 000～8 400 mPa·s和乳清析出率在5.5%～7.5%時，酸奶保持其特有的質地及口感，且酸奶黏度和乳清析出之間存在一定的相關性。

2.2.3 五谷酸奶總糖、脂肪及蛋白質含量隨時間的變化關系

五谷酸奶總糖、脂肪和蛋白質含量隨儲藏時間的變化如圖4所示。由圖4可知，隨儲藏時間延長，五谷酸奶中總糖、脂肪及蛋白質含量呈現(xiàn)出下降趨勢，但含量變化不大。總糖及脂肪含量一直呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，脂肪含量在4 d后出現(xiàn)轉折點，使脂肪含量呈現(xiàn)出更緩慢下降趨勢，當達到第7～8 d時，基本無變化，具體見如圖4所示。

五谷酸奶低溫儲藏，抑制了乳酸菌生長，但由于營養(yǎng)物質豐富，仍有少量營養(yǎng)素被分解[15]。當?shù)鞍踪|含量為4.3～4.7 g/100 g，脂肪含量為5.2～4.7 g/100 g，總糖含量為6.4～6.0 g/100 g時，五谷酸奶中的營養(yǎng)物質最豐富。

2.3 五谷酸奶品質評價微生物指標

五谷酸奶乳酸菌數(shù)對數(shù)值隨儲藏時間的變化如圖5所示。

由圖5可知，隨儲藏時間延長，乳酸菌數(shù)含量呈現(xiàn)逐漸上升趨勢，第5 d時乳酸菌數(shù)對數(shù)值達8.28，后呈現(xiàn)快速下降趨勢。雖然在低溫條件下儲藏，乳酸菌被抑制，但由于酸奶在儲藏初期營養(yǎng)物質充足，乳酸菌增長較快，到儲藏中期乳酸菌總數(shù)達到最大值。儲藏后期，由于酸奶中酸度較高，營養(yǎng)物質匱乏，導致部分乳酸菌死亡，乳酸菌總數(shù)急劇減少[16]。當乳酸菌數(shù)對數(shù)值在6.5～8.0時，表明該酸奶乳酸菌數(shù)較多，利用價值更高。

2.4 五谷酸奶品質評價模型建立

由于感官評價值和理化指標值都會對五谷酸奶品質產(chǎn)生影響，利用SPSS軟件的主成分分析法，分析pH值（1）、酸度（2）、乳清析出（3）、黏度（4）、乳酸菌對數(shù)值（51）、蛋白質含量（6）、脂肪含量（7）、總糖度（8）和感官評分值（9）對五谷酸奶品質貢獻率（具體見表2），建立五谷酸奶品質評價模型Y=ΣXn。

從表2看出，由于只有前1個特征值大于1，且累積貢獻率達到88.20%，第1個主成分分量可代表全部指標信息，由此得出9個綜合因子初始因子載荷矩陣，如表3所示。

根據(jù)表2和表3，得到評價五谷酸奶評價的主成分的表達式：

Y=0.354X1-0.351X2-0.349X3+0.341X4-0.168X5+0.352X6

+0.353X7+0.352X8+0.336X9

3 結論與討論

本文以評價儲存10 d五谷酸奶的基礎理化指標和感官品質，其中感官品質指標有風味、氣味、質地和色澤等評價指標，綜合評分值隨時間的延長而呈現(xiàn)下降趨勢，綜合評分范圍取值在75～92分時，口味極佳;將風味最佳的五谷酸奶儲藏時間的理化指標和微生物指標范圍值取確定如下：在儲藏時間2 d，酸度值86～96 °T、pH值4.05～4.35、黏度8 400～10 000 mPa·s、乳清析出率5.5%～7.5%、蛋白質含量4.3～4.7 g/100 g，乳酸菌數(shù)對數(shù)值6.5～8.0脂肪含量4.7～5.2 g/100 g，總糖含量6.0～6.4 g/100 g，可將其作為五谷酸奶品質評價標準的制定建議。

本文充分考慮影響五谷酸奶品質的pH值、酸度、乳清析出率、黏度、乳酸菌對數(shù)值、蛋白質含量、脂肪含量、總糖度、感官評分值等指標，建立了品質評價模型，為五谷酸奶品質評價提供科學依據(jù)。五谷酸奶品質Y=0.354×pH值-0.351×酸度-0.349×乳清析出率+0.341×黏度-0.168×乳酸菌對數(shù)值×+0.352×蛋白質含量+0.353×脂肪含量+0.352×總糖含量+0.369×感官評定值，此模型可以客觀的量化評估五谷酸奶的品質。

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