基于主成分分析法的甘薯熟化品質評價

林燕，霍艷榮，呂尊富，陳正偉，馮永才，陸國權*

（1.浙江農林大學農業與食品科學學院，浙江 杭州 311300；2.諸暨綠康生物科技有限公司，浙江 紹興 311800）

甘薯[Ipomoea batatas（L.）Lam]是旋花科草本塊根植物，是重要的糧食、飼料作物，同時也是工業原料及能源材料[1]。近年來，世界各地的甘薯的消費量不斷增加[2]。甘薯含糖量高，熟化后有較好的感官品質，且含有多種具有營養和保健功能的生物活性化合物[3-4]。

據統計，我國甘薯總量中約有15%經過熟化后直接食用，約有50%經過熟化進行后續加工[5]，且隨著加工用薯比例的增加，對甘薯加工專用品種的需求日益增長[6-7]。國內外有不少關于甘薯熟化后品質變化的研究，Ellong等[8]研究了甘薯蒸煮后的顏色變化，發現蒸煮導致花青素稀釋。Nwosisi等[9]研究了烘烤、高壓蒸煮和常規蒸煮對甘薯質構的影響。Adepoju等[10]研究了去皮蒸煮和常規蒸煮對甘薯水分、灰分、纖維、蛋白質、脂肪、碳水化合物、維生素A和維生素C的影響，結果表明未剝皮的甘薯能更好地保留營養成分。楊燁等[11]研究了7種熟化方法對迷你甘薯品質和質構特性的影響，建立了感官評價與儀器分析之間的相關性模型，孔霜霜等[12]研究蒸、煮、烤、微波4種不同熟化方法對紫薯的色澤、營養成分和抗氧化能力的影響。趙楠等[13]探討了蒸煮、氣體射流沖擊和微波對甘薯熟化過程的影響，主要內容包括甘薯邊緣與中心溫度的變化、熟化前后甘薯的質量變化及熟化成本，比較了3種熟化方法的優缺點。

心香甘薯是浙江省農業科學院作物與核技術科學所、勿忘農集團有限公司選育的甘薯品種，其具有產量高、早熟、食用品質好等優點，受到市場認可和消費者追捧，市場需求潛力巨大。因此，本文研究了6種不同熟化方式對心香甘薯的色澤、感官評價、質構特性及糖化指標的影響，并對各指標進行主成分分析，探究6種熟化方式對其品質的影響及各熟化方式加工后甘薯品質評價綜合得分的順序，為消費者提供適合自身需要的熟化方式，亦為甘薯不同產品的深加工選擇合適的熟化方式提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

心香甘薯：浙江農林大學薯類研究所；乙醇、葡萄糖、氫氧化鈉、可溶性淀粉、酒石酸、一水合檸檬酸、二水合檸檬酸三鈉、無水亞硫酸鈉（均為分析純）、麥芽糖（生物試劑）：國藥集團化學試劑有限公司；鹽酸（優級純）：永華化學股份有限公司；水楊酸：上海化學試劑采購供應五聯化工廠。

1.2 儀器與設備

ZM-100反壓高溫蒸煮鍋：廣州標際包裝設備有限公司；SAM-503烤箱：無錫市雙麥機械有限公司；KD23B-DA微波爐：廣州美的微波爐制造有限公司；DHG型電熱恒溫鼓風干燥箱：上海精宏實驗設備有限公司；HP-2132便攜式色差儀：上海漢譜光電科技有限公司；TMS-PRO物性測試儀：美國FTC公司；YB700B多功能粉碎機：永康市速鋒工貿有限公司；T6新世紀紫外可見分光光度計：北京普析通用儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品預處理

新鮮心香甘薯，紡錘形，無病蟲害，質量在150 g～250 g之間。清洗后混勻并分成7等份，每份6個薯塊，將其中1份作為對照，其余6份按照不同的熟化方式進行加工。為避免干擾，所有熟化加工試驗均采用可以控制時間裝置的微電腦電磁爐、微波爐及烤箱。

1）常規煮制：將甘薯直接放入冷水中加熱煮熟，水剛好沒過薯塊，常壓煮制45 min。

2）常規蒸制：將甘薯在不直接接觸水的前提下在鍋中蒸制45 min。

3）帶皮烘烤：將甘薯直接放入烤箱中烘烤加熱，上下火控溫200℃烤55 min。

4）去皮烘烤：將甘薯去皮后，放入烤箱中烘烤加熱，上下火控溫200℃烤55 min。

5）反壓蒸煮：將帶耐高溫聚乙烯真空包裝袋的甘薯放入裝有適量水的殺菌鍋中，水剛好沒過甘薯，壓力0.1 MPa，溫度121℃，蒸煮25 min。

6）微波：將甘薯直接放入微波爐中，800 W加熱7 min，中途進行一次翻面。

7）對照：新鮮生薯。

將各組熟化后的甘薯及鮮薯用切片機切成0.5 cm厚薄片，取50 g置于-80℃冰箱，待用，測定β-淀粉酶含量。取150 g迅速轉移至烘箱中，在50℃下干燥至恒重，再用多功能粉碎機磨碎，過100目篩，裝入自封袋，置于常溫下保存，待用，測定淀粉和還原糖含量。

1.3.2 甘薯得率

每份甘薯熟化前進行稱重，記為M；熟化完成冷卻后，稱量，記為m。得率計算公式如下。

熟化甘薯得率/%=n/M×100

1.3.3 色澤測定

采用色差儀測定甘薯色澤，以儀器白板亮度L*值為標準，根據CIELAB表色系統測量樣品色度值中的L*值、a*值和b*值。將鮮薯和熟化后的甘薯橫切后測定，測定數據平行3次。

1.3.4 感官評價

感官評價中采取雙盲法。品嘗前，未對甘薯熟化的方式做任何介紹，樣本隨機擺放，通過取樣品嘗進行鑒定。由6位有食品感官鑒定經驗的人員組成感官鑒定小組。在評測期間，每個評測成員獨自進行評價，互相不接觸，每個樣品評測之間用涼開水漱口。感官評價得分采用5分制，評分標準參見表1[14]。最后歸類統計平均值。

表1 熟化甘薯感官評價標準Table 1 Standard of sensory evaluation of cooked sweetpotato

1.3.5 質構分析

采用質構儀對不同熟化處理后的甘薯進行全質構分析（texture profile analysis，TPA）測試。 選用直徑5 mm的P/5圓柱形探頭，測試前的速度為1.5 mm/s，測試時速度為1 mm/s，測試后的速度為1.5 mm/s，壓縮比為60%[15]。測定指標有硬度、黏附力、黏附性、膠黏性、彈性、內聚性和咀嚼性。對熟化后薯塊的中間部位進行測定，每種樣品6次重復，取平均值。

1.3.6 糖化指標測定

還原糖含量及淀粉含量的測定參考薛冠偉[16]的二硝基水楊酸（dinitrosalicylic acid，DNS）比色法測定；β-淀粉酶活力的測定采用DNS比色法[17]。

1.4 數據處理

數據采用Excel 2013進行采集，且利用SPSS 19.0進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 不同熟化方式對甘薯得率的影響

不同熟化方式對心香甘薯得率的影響見圖1。

圖1 不同熟化方式對心香甘薯得率的影響Fig.1 Effects of different cooking methods on the yield of Xinxiang sweetpotato

如圖1所示，經不同方式熟化后甘薯得率分布范圍為72.78%～100.71%，煮制組得率最高，去皮烘烤組薯得率最低，且蒸制組和煮制組得率顯著高于烘烤組（P<0.05）。這與趙楠等[13]的研究結果一致，甘薯熟化過程中重量的變化由其含水量變化引起，煮制熟化介質是水，導致甘薯吸收水分，重量增加，去皮烘烤組沒有外皮的保護，水分在高溫下流失更快，所以得率最低，但帶皮烘烤組和去皮烘烤組的得率差異不顯著，說明去皮后的甘薯水分流失并不多，這可能是因為去皮后的薯塊在烘烤過程中表面因高溫迅速失水變硬，以至于薯塊內部水分不易揮發。

2.2 不同熟化方式對甘薯肉色澤的影響

不同熟化方式對心香甘薯肉色澤的影響見表2。

表2 不同熟化方式對心香甘薯肉色澤的影響Table 2 Influence of different cooking methods on the color of Xinxiang sweetpotato meat

由表2可知，熟化后心香薯肉的L*值、a*值均減小，而b*值出現上下波動，這與孔霜霜等[12]的研究結果部分一致。L*值、a*值的減小說明薯肉的色澤變暗，紅色減少，這可能是因為在熟化過程類胡蘿卜素發生降解[8]。b*值升高，主要是因為甘薯中富含還原糖，在高溫條件下，還原糖和氨基化合物發生美拉德反應及焦糖化反應，產生黑褐色物質[18]。微波組的L*值和b*值較鮮薯均無顯著性差異（P>0.05），微波組和烘烤組較鮮薯b*值升高。而蒸制組、煮制組和反壓蒸煮組的b*值有所降低，這可能與熟化過程中是否接觸水分有關，蒸制、煮制和反壓蒸煮組的熟化過程均以水為介質，這導致了顏色的流失。因此，熟化后色澤最好的是微波組，其次是烘烤組。

2.3 感官評價

以感官硬度、黏性、甜度、纖維感、香味和整體口感6個方面評價不同方式熟化后的甘薯品質。感官評分見表3。

由表3可知，帶皮烘烤甘薯整體口感最佳，去皮烘烤甘薯次之，而反壓蒸煮甘薯的整體口感較差，同時除蒸制和煮制外，不同熟化方式間存在顯著性差異（P<0.05）。這與楊燁等[11]的研究中整體口感烘烤>蒸煮>微波的結論一致。因此，僅從感官評價整體口感考慮，帶皮烘烤、去皮烘烤和蒸制均為較佳的選擇。

表3 不同熟化方法對心香甘薯感官評價的影響Table 3 Effects of different cooking methods on sensory evaluation of Xinxiang sweetpotato

2.4 質構分析

在熟化過程中，隨著溫度的上升，甘薯細胞內的淀粉顆粒糊化，甘薯細胞體積膨大，對細胞壁產生壓力，使細胞壁結構破壞，胞間層逐步松散化，最終導致甘薯質地軟化[19]。不同熟化方法對心香甘薯質構影響見表4。

由表4可知，熟化后，心香甘薯的硬度、黏附力、黏附性、膠黏性和咀嚼性均比鮮薯顯著降低（P<0.05），彈性比鮮薯稍有降低。煮制組和反壓蒸煮組的硬度、黏附力、黏附性、膠黏性、內聚性、彈性和咀嚼性均相近，無顯著差異，這可能是因為都直接接觸水，以水為傳熱介質，導致相似的質地。去帶皮烘烤組和去皮烘烤組除黏附性外，均無顯著性差異（P>0.05）。微波組和帶皮烘烤組除彈性外，均無顯著性差異（P>0.05）。這與楊燁等[11]研究的不同熟化方式對迷你甘薯質地影響結果相似，但與Nwosisi等[9]研究結果中烘烤組彈性、內聚性、黏附性和咀嚼性最高不一致，這可能是由烘烤時間和溫度不同引起的。

表4 不同熟化方法對心香甘薯質構影響Table 4 Effects of different cooking methods on texture of Xinxiang sweetpotato

2.5 糖化分析

對不同熟化方式處理后的甘薯的淀粉含量、還原糖以及β-淀粉酶活力進行測定，結果見表5。

表5 不同熟化方法對心香甘薯糖化的影響Table 5 Effects of different cooking methods on the saccharification of Xinxiang sweetpotato

熟化前，心香甘薯的淀粉含量為66.71%，熟化后，淀粉含量顯著降低（P<0.05），變化范圍分別在34.53%～40.15%之間，且各個熟化方式之間均無顯著性差異（P>0.05）。熟化前，心香甘薯的還原糖含量為1.59%，熟化后還原糖含量顯著升高（P<0.05），變化范圍為5.26%～8.69%，其中微波組顯著低于其余組（P<0.05），與葉夏芳等[20]的研究中烘烤組還原糖的增量高于蒸制組的結論一致。熟化前心香甘薯的β-淀粉酶活力為125.57 mg/（g·min），熟化后均顯著降低（P<0.05），且變幅為1.31 mg/（g·min）～94.46 mg/（g·min）。其中微波組顯著高于其余5組（P<0.05），除微波組外，甘薯的β-淀粉酶幾乎呈失活狀態，這是因為β-淀粉酶活力在40℃時最高，高于或低于此溫度酶活力均降低，并且在70℃時，β-淀粉酶幾乎完全失活[21]。但熟化過程中，熱量不是迅速傳遞至細胞各部位，而是從外層向內逐層傳遞[22]，使在加熱過程中尚未失去活性的淀粉酶作用于淀粉。由此推測烘烤時β-淀粉酶活性發揮較充分，使烘烤后甘薯甜度高。但微波組β-淀粉酶還具有活性，這與Owusu-Mensah等[23]的研究中，微波中產生的電磁輻射使淀粉酶失活的結論不一致，這可能是因為微波過程中進行了翻面，使得溫度不高，連續熟化時間短，β-淀粉酶雖未失活但未能充分發揮作用，導致甜度不高。6種熟化方式降低了淀粉含量和淀粉酶活性，增加了還原糖含量，這與Wei等[24]的研究一致。

2.6 熟化甘薯品質的綜合評價

對6種熟化方式后甘薯的得率、色差、感官評價、質構以及糖化指標進行主成分分析，先對原始數據矩陣進行標準化，得到進行主成分分析的20個變量的相關系數矩陣，結果見表6。

表6 相關矩陣Table 6 Correlation matrix

由表6可知，許多變量之間直接的相關性比較強，所以變量之間的確存在信息上的重疊[25-27]。再轉換初始因子載荷矩陣，使因子與原始變量間的關系進行重新分配，相關系數向0～1分化，從而使因子載荷矩陣中系數更加顯著。通過方差最大正交旋轉法對因子進行旋轉處理，結果見表7。

僅有前 4個特征值大于 1，分別為 λ1＝9.739、λ2＝6.266、λ3＝2.105、λ4＝1.094，因此只提取前 4 個公因子進行后續分析。此外，在旋轉后4個公因子的方差累積貢獻率均發生了變化，但保持從大到小的排序，且前5個因子的方差貢獻率為96.019%，與旋轉前完全相同，因此選前4個因子已足夠描述熟化后甘薯的品質。

通過方差最大旋轉后，其因子載荷矩陣見表8。

表8 旋轉成分矩陣Table 8 Rotating component matrix

由表 8 可知，第一公因子在 X2、X4、X5、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X20、有較大的載荷，從 L*、b*、感官硬度，黏附力、黏附性、膠黏性、內聚性、彈性、咀嚼性和β-淀粉酶反映熟化甘薯的品質；第二公因子在 X6、X7、X9、X10、X19有較大載荷，從黏性、甜度、香味、整體口感和還原糖含量反映熟化甘薯的品質；第三公因子在X1、X8、X18有較大的載荷，從得率、纖維感、淀粉含量反映熟化甘薯的品質；第四公因子在X3、X11有較大的載荷，a*和硬度反映熟化甘薯的品質。

各個主成分（F1、F2、F3、F4）所對應的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權重計算[30]，熟化馬鈴薯品質指標各主成分的綜合評判式如下式所示。

根據該模型計算得到6種熟化方式后甘薯食味品質的綜合得分，結果見表9。

表9 6種方式熟化后甘薯品質綜合得分Table 9 Comprehensive score of sweetpotato quality after six cooking methods

由表9可知，綜合得分排序為微波＞帶皮烘烤＞去皮烘烤＞蒸制＞反壓蒸煮＞煮制。因此綜合考慮熟化后甘薯的得率、色差、感官評價、質構以及糖化指標，得出微波熟化方式后甘薯品質的綜合得分最高，可以作為最優的熟化方式。

3 結論

研究蒸制、煮制、微波、反壓蒸煮、帶皮烘烤和去皮烘烤6種熟化方式對心香甘薯得率、色差、感官評價、質構以及糖化指標的影響，以及對這些指標進行主成分分析。結果表明，微波和烘烤都能較好的保留甘薯的色澤；帶皮烘烤后甘薯的整體口感最佳；煮制和反壓蒸煮、帶皮烘烤、去皮烘烤和微波具有相似的質地；熟化后，微波組的還原糖含量顯著低于其他組，β-淀粉酶活性顯著高于其他組，蒸制組和烘烤組的還原糖含量顯著高于其他組。綜合熟化后甘薯得率、色差、感官評價、質構以及糖化指標考慮，經主成分分析得熟化后品質順序為：微波＞帶皮烘烤＞去皮烘烤＞蒸制＞反壓蒸煮＞煮制，因此，微波熟化食味品質效果最佳，且微波有方便省時的優點，但熟化后的甘薯甜度不高，適合用于二次加工；若僅從整體口感考慮，烘烤和蒸制熟化為最佳選擇；反壓蒸煮和煮制均不適合加工甘薯。