市售沙拉醬游離氨基酸組成的主成分分析與層次聚類分析

唐史杰，尹明雨，松岡亮輔，奚印慈，王錫昌

1(上海海洋大學 食品學院，上海，201306)2(上海海洋大學 食品科學技術研究室，上海，201306)

沙拉醬是一種調味沙司，又名色拉醬，或美乃滋——由Mayonnaise音譯而來。沙拉醬作為一種重要的西式調味品，自從引入中國以來已有約40年。因為沙拉醬口感潤滑，香甜可口[1]，廣受人們喜愛，使其在各類餐食中都有一席之地，有報道表明老年人食用油性沙拉醬有助于增強大腦的記憶功能[2]，市場前景較好。

現階段關于沙拉醬的研究主要集中于食品工藝類的沙拉醬產品的研發，目前已有報道研究了牛肝菌沙拉醬、藍圓鰺沙拉醬、黑蒜沙拉醬、沙拉醬魚糜等種類[3-6]，牛琛[7]研究了沙拉醬對于青椒風味的影響，證明了沙拉醬的加入可以顯著減少青椒的刺激性氣味和辣度。還有一些研究集中于沙拉醬乳化和脂肪氧化等方面[8-10]，而對于沙拉醬品質評價方面的研究較少。

游離氨基酸作為一種重要的風味物質，還可為人體提供VE和葉酸等重要營養素[11-12],因此食品中游離氨基酸的含量和種類可作為評價食品品質的重要指標[12]。然而游離氨基酸品種較多，結構相似，分析較為困難，因而選用一種科學有效的統計方法尤顯重要。主成分分析(principal component analysis，PCA) 是一種統計方法，通過正交變換將一組可能存在相關性的變量轉換為一組線性不相關的變量，轉換后的這組變量稱為主成分，抽取出的主成分足以反映原始變量的大部分信息，且所含信息互不重復，是一種較為有效的分析方法[13-14]。目前，已有報道對茶葉、食用菌、桑葚、獼猴桃、蝦、貝等食品的氨基酸種類與含量進行了分析研究[15-20]。如劉偉等[21]利用PCA對10個黃花菜地方特色品種進行研究，提取出3個主成分，通過計算主成分得分發現綜合品質較好的黃花菜品種是沖天花、駝駝花、八月花。因此本研究使用PCA法研究不同沙拉醬中的游離氨基酸并進行品質分析，可為沙拉醬的營養與風味研究、產品開發和消費者的選購提供數據支撐和理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試劑與材料

2020年5月6種品牌香甜味沙拉醬購于農工商超市(上海臨港新城店),樣品從超市貨架隨機選取4瓶，并編碼(BL、HS、HM、QB、KF、WM)，立即送入實驗室4 ℃冰箱保存。

三氯乙酸、NaOH、KOH(均為分析純)等，國藥集團化學試劑有限公司；NaCl，上海源葉生物有限公司。

1.2 儀器與設備

FJ200-SH數顯高速分散均質機，上海標本模型廠；超低溫冰箱，艾本德(上海)國際貿易有限公司；PHS-3C pH計，上海儀電科學儀器股份有限公司；H2050R高速冷凍離心機，長沙湘儀有限公司；L-8080A氨基酸全自動分析儀，日本日立公司；HWS-24電熱恒溫水浴鍋，上海恒科學儀器有限公司。

1.3 實驗方法

游離氨基酸的測定參考張艷霞等[22]的方法并略有改動，分別準確稱取樣品1.0 g(精確到 0.001 g)，加入15 mL質量分數5%的三氯乙酸并勻漿，樣品超聲5 min后靜置2 h，然后離心(10 000 r/min；4 ℃；10 min)并移取上清液5 mL于燒杯中，用6和1 mol/L NaOH溶液調節pH至2.2，最后用超純水定容至10 mL，用0.22 μm水相濾膜過濾后打入進樣瓶待上機測定。測試參數設定如下:色譜柱(4.6 mm×150 mm，7 μm)；柱溫:50 ℃；1通道流速:0.4 mL/min；2通道流速:0.35 mL/min。流動相:pH 3.2、3.3、4.0、4.9的檸檬酸鈉和檸檬酸的混合緩沖液以及質量分數4%的茚三酮緩沖液。

1.4 味道強度值

滋味物質的味道強度值(taste activity value，TAV)的計算公式(1)所示:

(1)

式中：TAV為味道強度值；C為滋味物質的絕對濃度值，mg/100g；T為滋味物質的閾值，mg/100g。

1.5 數據分析

1.5.1 相關性分析

采用SPSS 22.0軟件對相關系數進行分析，以描述沙拉醬中游離氨基酸相互間關系的密切程度。

1.5.2 PCA及綜合評價

采用SPSS 22.0軟件對不同種類沙拉醬的游離氨基酸進行PCA，以對沙拉醬進行綜合評價。本研究將特征值>1.0的成分選做主成分進行分析，再通過計算主成分得分，以游離氨基酸為切入對不同品種沙拉醬進行綜合評價，最后將各主成分得分Fi加權求和得到綜合評價函數[23-24]。

1.5.3 層次聚類分析

采用TB tools 軟件進行了層次聚類分析，以將沙拉醬進行分類，簡化研究對象。

2 結果與分析

2.1 不同種類沙拉醬游離氨基酸的組成與含量

表1顯示6種沙拉醬共檢測出17種游離氨基酸，其中包括7種必需氨基酸，分別為蘇氨酸(Thr)、纈氨酸(Val)、蛋氨酸(Met)、異亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)、賴氨酸(Lys)和苯丙氨酸(Phe)[18-19]；7種非必需氨基酸，分別為天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)、甘氨酸(Gly)、絲氨酸(Ser)、丙氨酸(Ala)、胱氨酸(Cys)和脯氨酸(Pro)；2 種營養半必需氨基酸組氨酸(His)和精氨酸(Arg)和1種條件必需氨基酸酪氨酸(Tyr)[25]。表1還顯示出不同沙拉醬含有的游離氨基酸不同，其中HS、HM、QB和WM這4種沙拉醬含有全部17種游離氨基酸；BL其次，含有16種游離氨基酸，未檢測到His；KF含有的游離氨基酸最少，僅14種，未檢測到Arg、His和Tyr。

表1 不同沙拉醬的氨基酸組成 單位:mg/100g

6種沙拉醬中含有的呈味氨基酸、必需氨基酸和限制氨基酸含量也有較大差異。含有呈味氨基酸較多的是HS和QB，分別含2 269.95和2 472.89 mg/100g，占比94.19%和90.98%，且占其中絕大多數的是Glu，而呈味氨基酸含量最少的是BL，僅含18.739 mg/100g，占比45.34%。含有必需氨基酸較多的是QB，含有189.83 mg/100g，占比6.98%，而必需氨基酸含量最少的是BL，僅含16.55 mg/100g，占比40.05%。含有限制氨基酸較多的是WM，含有38.32 mg/100g，占比8.57%，而限制氨基酸含量最少的是KF，僅含1.113 mg/100g，占比0.13%。在所有樣品中含量最少的游離氨基酸是His，含量最多的是Glu。

17種游離氨基酸中，變異系數最大的Glu，這是因為在HS和QB中檢測出了大量的Glu，推測這可能是這2種沙拉醬的配方中添加了較多鮮味物質所導致，如谷氨酸鈉等。變異系數最小的是Gly，說明各樣品間Gly含量的差別較小。

2.2 呈味特征與TAV分析

沙拉醬作為一種廣受歡迎的調味品，口味酸甜，口感潤滑，這與其所含的游離氨基酸息息相關。Glu是所有呈味氨基酸中鮮味最強的氨基酸，其鈉鹽是能提供強烈鮮味的谷氨酸鈉(即味精)，谷氨酸產品不僅在食品加工中提供了鮮美的滋味，還具有生理功能，如保護肝臟[26]；Gly、Ala則是呈味氨基酸中甜味較強的氨基酸，Gly的清香甜味能有效降低苦味，使人產生愉悅的感覺[27]。根據氨基酸的呈味特征，大致將其分為鮮味氨基酸(Asp、Glu、Gly、Ala、Lys)、甜味氨基酸(Ser、Thr、His、Pro)、芳香族氨基酸(Cys、Tyr、Phe)、苦味氨基酸(Arg、Val、Met、Ile、Leu)[17]。

表2顯示不同種類沙拉醬中呈味氨基酸含量為:鮮味氨基酸>苦味氨基酸>芳香族氨基酸>甜味氨基酸。鮮味氨基酸含量為14.01～2 422.29 mg/100g，平均值為950.26 mg/100g，占總呈味氨基酸的84.81%，其中QB含量最高，BL含量最低。苦味氨基酸含量為10.46～123.64 mg/100g，平均值為78.283 mg/100g，占總呈味氨基酸的6.99%，其中WM含量最高，BL含量最低。芳香族氨基酸含量為8.22～103.43 mg/100g，平均值為53.34 mg/100g，占總呈味氨基酸的4.76%，其中QB含量最高，BL含量最少。甜味氨基酸含量為8.63～68.94 mg/100g，平均值為38.52 mg/100g，占總呈味氨基酸的3.44%，其中QB含量最高，BL含量最少。沙拉醬的風味與其所含游離氨基酸之間有著必然聯系，而鮮味氨基酸在所有樣品中占比均最高，Asp、Glu、Gly等鮮味氨基酸能提供令人愉悅的鮮美風味，并緩解不良口感[28]。

表2 不同沙拉醬呈味氨基酸含量 單位:mg/100g

因為沙拉醬中樣品含有的14種游離氨基酸具有不同的呈味特征，且這些呈味特征的閾值有較大里聯系。因此可根據各游離氨基酸閾值計算TAV，TAV的大小與氨基酸的呈味效果成正相關。游離氨基酸TAV以數值1為分界點，>1則對呈味有貢獻，反之則貢獻不大，不能顯著呈味[29]。

表3顯示了不同沙拉醬游離氨基酸的TAV，可見HS、HM、QB和WM中檢測出的17種游離氨基酸TAV值均>1，即所有游離氨基酸均對這4種沙拉醬樣品呈味有貢獻，其中Glu的TAV最高，均高于其他游離氨基酸的TAV，對沙拉醬樣品呈味有顯著貢獻；HS和QB中的Cys的TAV較高，Cys可用于天然果汁中，以防止VC氧化和果汁褐變[30]。KF中Thr、Gly、Ile、Tyr、His和Arg的TAV>1，對呈味沒有貢獻，與HS和QB一樣，在對呈味有貢獻的游離氨基酸中，Glu的TAV值最高，其次為Cys。BL中Thr、Met、Ile、Tyr和His的TAV<1，對呈味沒有貢獻，而BL中對呈味有貢獻的游離氨基酸中TAV值最高的是Cys。

表3 不同沙拉醬游離氨基酸TAVTable 3 Taste activity values of free amino acids in different salad dressings

總體而言，對于6種沙拉醬樣品的呈味特征貢獻最大的Glu，TAV值為17.351～7 878.745，有助于沙拉醬形成令人愉悅的酸甜風味。其次為Cys。

2.3 不同種類沙拉醬游離氨基酸相關性分析

對6種沙拉醬樣品所含的17種游離氨基酸進行相關性分析，結果如表4所示，指標間正相關與負相關并存，絕大多數氨基酸之間都呈顯著相關或極顯著相關，但Glu、Cys和Pro與其他氨基酸之間均不存在相關性，多數相關系數的絕對值>0.5，表明各游離氨基酸品質指標間具有較強相關性，故可以通過PCA進行研究。

表4 不同沙拉醬游離氨基酸指標間相關性分析Table 4 Correlation analysis of free amino acids in different salad dressings

2.4 不同種類沙拉醬游離氨基酸的主成分分析

表5總方差分解結果顯示，前2個主成分的對應特征值均>1，且其累計方差貢獻率達94.28%。其中主成分1的特征值為13.635，方差貢獻率為80.204%，稱其為必需氨基酸因子；主成分2的特征值為2.393，方差貢獻率為14.075，稱其為半必需氨基酸因子。結果表明這2個相互獨立的綜合性變量已經足夠反映不同沙拉醬品種中游離氨基酸的大部分信息。

表5 總方差分解結果Table 5 Total variance explained

載荷圖圖1較為清晰地將17種游離氨基酸分為2類。Cys，Glu和Pro明顯遠離其他種類游離氨基酸。與表5的結果相互印證，故本研究提取出2個主成分。

圖1 不同沙拉醬的載荷圖Fig.1 Loading plot for different salad dressings

根據主成分性質計算主成分載荷矩陣，因子載荷值反映了沙拉醬各氨基酸指標對主成分載荷的相對大小和影響的方向，數值反映原變量對因子影響的大小，正負代表變化方向的差別。表6顯示主成分1中載荷值較高的有Thr、Leu、Asp、Val、Ile、Tyr、Ser、Phe、Arg、Gly、Lys和His，其載荷值均>0.9且均為正向影響，即當主成分1大時，這些游離氨基酸含量也高；主成分2中Cys和Glu載荷值較高，為0.965和0.822。

表6 主成分載荷矩陣Table 6 Principal component loading matrix of principal component analysis

2.5 不同種類沙拉醬游離氨基酸的綜合評價

根據表5確定了2個主成分后，以17個游離氨基酸指標為初始自變量，經過PCA后，最終得出3個主成分因子的方程表達式如公式(2)～公式(3)所示:

F1=0.269ZX1+0.270ZX2+0.266ZX3+0.063ZX4+0.262ZX5+0.268ZX6-0.010ZX7+0.268ZX8+0.232ZX9+0.268ZX10+0.270ZX11+0.268ZX12+0.263ZX13+0.258ZX14+0.251ZX15+0.263ZX16+0.175ZX17

(2)

F2=-0.047ZX1+0.036ZX2-0.043ZX3+0.531ZX4-0.036ZX5-0.046ZX6+0.624ZX7+0.067ZX8-0.231ZX9-0.025ZX10+0.040ZX11+0.036ZX12+0.105ZX13-0.171ZX14+0.118ZX15-0.134ZX16+0.430ZX17

(3)

式中:F1為必需氨基酸因子，F2為半必需氨基酸因子。F1和F2兩個主成分因子重新將17個指標進行組合變換成新的綜合指標，并使其能較好地包含不同沙拉醬中氨基酸的絕大部分信息。

2個分別的主成分因子方程式不足以描述沙拉醬樣品的總體情況，故需要對2個主成分因子方程式進行加權求和，從而得到一個新的綜合評價方式，即綜合得分方程式，其表達式如公式(4)所示:

F=0.802F1+0.141F2

(4)

以此計算沙拉醬的綜合得分，可反映出沙拉醬的綜合品質高低。表7表明主成分1得分最高的是WM，最低的是BL；主成分2得分最高的是QB，最低的是WM。6種沙拉醬樣品品質由高到低為WM、QB、HM、HS、KF、BL。

表7 不同沙拉醬的成分得分和綜合得分Table 7 Principal component scores and comprehensive scores of different salad dressings

2.6 層次聚類分析

聚類分析法可將受試樣本劃分為不同類群進行評價分析，其結果具有綜合性、客觀性和科學性。

本試驗利用TBtools軟件[31-32]，對6種沙拉醬的17種脂肪酸采用層次聚類分析法進行層次聚類，分析結果如圖2所示。層次聚類分析結果顯示，6種沙拉醬可分為兩類:WM與QB為一類，游離氨基酸品質較好；HS、HM、BL和KF為另一類，游離氨基酸品質一般。沙拉醬中的游離氨基酸水平受到工藝技術、配方和生產環境等影響。聚類分析的結果與沙拉醬中游離氨基酸綜合評價的綜合得分相互印證，能較好地反映出不同沙拉醬之間的差異性。

圖2 不同沙拉醬游離氨基酸層次聚類分析圖Fig.2 Dendrogram from cluster analysis of different salad dressings

3 結論與討論

本研究對6種沙拉醬產品的游離氨基酸進行了PCA，提取出2個主成分，計算了綜合得分后得出，各類氨基酸含量都較低的BL品質最低。含有較多限制氨基酸，呈味氨基酸和必需氨基酸含量均不是最高的WM品質最好，而被檢測出含有大量鮮味氨基酸Glu的HS和KF品質反而不如WM，表明沙拉醬品質與呈味氨基酸之間并非完全的正比關系。品質較好的沙拉醬應含有適量的游離氨基酸，游離氨基酸的含量過高或過低都會造成沙拉醬產品品質降低。

PCA與聚類分析可較好地分析沙拉醬中游離氨基酸組成，并以此作為沙拉醬的品質評價指標，進一步實驗仍需擴大取樣量進行更深入的研究，為沙拉醬的營養與風味研究、產品開發和消費者的選購提供了數據支撐和理論基礎。