基于主成分與聚類分析的新疆伊犁地區(qū)馕特征品質(zhì)評價

趙志霞，鄒淑萍，康 峰,*

（1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所，新疆烏魯木齊 830091；2.新疆主要農(nóng)副產(chǎn)品精深加工工程技術(shù)研究中心，新疆烏魯木齊 830091）

馕在新疆歷史悠久[1]，是極具地域特色的傳統(tǒng)主食[2-3]，因其風(fēng)味獨特、食用方便、耐儲便攜等特點，深受新疆各族人民喜愛[4-5]。新疆馕制作方法多樣，種類豐富，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前至少有200 多種[6]，常見的有大薄馕、窩窩馕、干果馕、餡馕等[7]。“十四五”以來，馕產(chǎn)業(yè)被列為新疆重點發(fā)展的“十大產(chǎn)業(yè)”之一，在增加就業(yè)、促進經(jīng)濟社會發(fā)展等方面起到了關(guān)鍵作用[8-9]。但是，目前國內(nèi)外有關(guān)馕的研究主要集中在加工工藝、飲食文化、貯藏保鮮和烘烤裝置等方面[10-12]，在馕科學(xué)分類以及質(zhì)量評價體系方面的研究相對較少，使得馕標準化生產(chǎn)體系尚未形成，一定程度上制約了馕產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

目前，食品品質(zhì)評價研究中常用的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法有主成分分析、聚類分析、層次分析法等[13-15]。其中主成分分析和聚類分析已被廣泛應(yīng)用于面制食品品質(zhì)關(guān)鍵指標篩選和質(zhì)量綜合評價研究，有學(xué)者利用主成分分析和聚類分析方法分別對餅干[16]、饅頭[17]、面包[18-19]進行了品質(zhì)評價。此外，還有學(xué)者研究了谷物粉[20]、全麥粉[21]、添加洋蔥漿[22]、紅棗粉[23]、馬鈴薯粉[24]等對馕品質(zhì)的影響。張敏等[25]研究了發(fā)酵時間、烘烤工藝對黑木耳牛奶馕的品質(zhì)影響，由此可見目前關(guān)于馕品質(zhì)研究尚處于原輔料及加工工藝條件不同對馕產(chǎn)品品質(zhì)的影響方面，對馕綜合品質(zhì)評價仍缺乏相關(guān)研究，因此，本文通過對新疆伊犁地區(qū)采集的55 份馕樣品的13 項品質(zhì)指標進行測定和分析，基于主成分分析和聚類分析的方法并結(jié)合感官品質(zhì)對伊犁地區(qū)常見的三大類馕進行綜合評價，揭示了伊犁地區(qū)不同種類馕品質(zhì)間差異，為馕的科學(xué)分類提供了新的思路，也為構(gòu)建精準有效的馕品質(zhì)評價體系提供一定的參考依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

55 個馕樣品 采集自新疆伊犁地區(qū)10 余個縣市，市售（選擇當(dāng)?shù)鼐哂写硇裕胰粘ＯM較多的馕購買，采樣記錄見表1）。

表1 新疆伊犁地區(qū)馕樣品采樣信息Table 1 Sample collection of Nang in Yili area,Xinjiang

TA.XTPlus 質(zhì)構(gòu)儀 英國Stable Micro System公司；CR-10 Plus 色差儀 日本KonicaMinolta 公司；LHS16-A 水分測定儀 上海衡平儀器儀表廠；Aqualab Pawkit 便攜式水分活度儀 美國METER Group,Inc.公司；JA2603B 電子天平 上海精科儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 外觀特征檢測 運用電子天平和游標卡尺分別測定馕的重量、高度、橫徑，每個樣品做3 次平行，取其均值。

1.2.2 水分和水分活度（Aw）的測定 將馕樣品進行粉碎，稱取2 g 樣品放入水分測定儀中進行測定，另取1 g 樣品放入水分活度儀中進行檢測，每個樣品做3 次平行，取平均值。

1.2.3 色度值的測定 在每個馕的表皮選取6 個不同位置，采用色差儀對其色差值（L*、a*、b*）進行測定，取6 個測定值的平均值。

1.2.4 質(zhì)構(gòu)特性分析 參照鄒淑萍等[24]方法，略有改動。取直徑為30 mm 的馕塊置于質(zhì)構(gòu)儀的測試平板上，測定其硬度、內(nèi)聚性、彈性、膠粘性和咀嚼性，每個馕樣品設(shè)6 個重復(fù)取平均值。質(zhì)構(gòu)儀參數(shù)測試條件如下：采用TMS 6 mm 探頭，預(yù)壓速度5.00 mm/s，下行速度 2.00 mm/s，穿刺后上行速度2.00 mm/s，下壓距離為 8.00 mm，觸發(fā)力 0.1 N，壓縮比40%，兩次壓縮時間間隔5 s。

1.2.5 感官品質(zhì)評價 參照文獻[24,26]的方法，稍有改動。將馕切成20 mm 的小塊，分裝在餐盤中進行感官評價。選擇10 名對烘培類食品有品評經(jīng)驗的人員組成感官評價小組，成員為5 名女性和5 名男性，年齡在25～55 歲。感官評價總分為100 分，評價指標包括馕的7 個特征：色澤、風(fēng)味、組織結(jié)構(gòu)、硬度、彈性、酥脆性和咀嚼性，根據(jù)消費者對馕品嘗的喜好程度，將組織結(jié)構(gòu)感官評價分值范圍設(shè)置為1～10 分，其它指標分值范圍設(shè)置為1～15 分，標準見表2。

表2 馕感官品質(zhì)評價標準Table 2 Criteria for sensory evaluation of Nang

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016 對測定數(shù)據(jù)進行整理和描述性統(tǒng)計，SPSS 26.0 軟件進行馕品質(zhì)指標的主成分分析和聚類分析，Origin 9.0 軟件繪制馕樣品的主成分析圖和層次聚類分析圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 馕品質(zhì)指標的主成分分析

2.1.1 馕品質(zhì)指標的相關(guān)性分析 本研究對新疆伊犁地區(qū)55 份馕樣品的13 項品質(zhì)指標進行測定，利用SPSS 26.0 對其測定值進行相關(guān)性分析，結(jié)果見表3。從表3 可得，馕的外觀特征、色度值和質(zhì)構(gòu)各指標間存在一定的相關(guān)性。其中，高度與水分含量、Aw、彈性、咀嚼性呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與a*值呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），說明馕外觀越高，其水分含量、彈性和咀嚼性值越高，馕的色澤也更偏向于紅色；彈性與咀嚼性呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），說明質(zhì)構(gòu)測試中彈性高的馕其咀嚼性值也越高；L*值與a*值呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），這說明馕烤制后的顏色亮度越大，紅度值也越高；此外，Aw 與水分含量、內(nèi)聚性、彈性和咀嚼性呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），a*值與水分含量、Aw、彈性呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。由各因子間相關(guān)性分析結(jié)果可得，各指標有一定程度上的信息重疊，因此通過應(yīng)用主成分分析和聚類分析的方法，進行線性降維，用較少的新指標來綜合反應(yīng)原始指標[27]，從而對馕品質(zhì)特性進行綜合評價。

表3 馕13 項品質(zhì)指標之間的相關(guān)系數(shù)矩陣Table 3 Correlation coefficient matrix among 13 quality indexes of Nang

2.1.2 馕品質(zhì)指標主成分分析結(jié)果 利用SPSS26.0 軟件對55 份樣品的13 項品質(zhì)指標測定值進行了主成分分析，結(jié)果見表4 和表5。由表4 可知，第1 主成分的貢獻率為34.700%，第2 主成分的貢獻率為30.669%，第3 主成分的貢獻率為11.487%，前3 個主成分的累積貢獻率為76.856%，其值大于70%，包含了樣品中的大多數(shù)信息，可以反應(yīng)馕品質(zhì)評價指標的整體信息，因此選擇表4 中的3 個主成分進行分析。

表4 主成分的特征值和貢獻率Table 4 Eigenvalue and variance contribution rate

表5 主成分載荷矩陣Table 5 Component matrix

主成分中的因子載荷能夠反映各指標對主成分貢獻率大小[28]，從而反映出馕品質(zhì)評價的主要指標。由表5 可知，第1 主成分特征值為4.511，彈性、咀嚼性、膠粘性具有較高的載荷值，其值分別為0.960、0.955、0.908，它們在第1 主成分中起正向作用；第2 主成分特征值為3.987，L*、b*的正向載荷權(quán)數(shù)較大，其值分別為0.817、0.764，硬度負向載荷權(quán)數(shù)較大，其值為-0.837，正向作用品質(zhì)指標數(shù)多于負向作用品質(zhì)指標數(shù)；第3 主成分特征值為1.493，高度有較高的正向載荷值。由此可見，第1 主成分反映了馕的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)，第2 和第3 主成分主要反映了馕的外觀特征，均已涵蓋了馕品質(zhì)特性的所有信息。

2.2 馕品質(zhì)的聚類分析

本研究在主成分分析的基礎(chǔ)上，采用系統(tǒng)聚類分析方法對馕的13 項品質(zhì)指標進行R 型聚類，聚類方法采用組間聯(lián)接法，聚類區(qū)間為平方歐式距離，聚類結(jié)果見圖1。由圖1 可得，當(dāng)聚類距離為5 時，可將馕品質(zhì)指標分為3 大類，第一類為水分含量、Aw、內(nèi)聚性、重量、高度、膠粘性、橫徑、彈性；第2 類為L*、a*、b*、硬度；第三類為咀嚼性。結(jié)合主成分載荷分析結(jié)果，最終選用彈性、硬度、膠粘性、咀嚼性、L*值和b*值為評價馕品質(zhì)的關(guān)鍵性指標。此結(jié)果與李芳等[26]的研究結(jié)果存在一定的差異。本研究在李芳等[26]研究基礎(chǔ)上，除對馕的質(zhì)構(gòu)品質(zhì)進行分析外，又增加了水分含量、色差、重量、橫徑等指標，以期獲得更加全面的馕品質(zhì)評價指標。

圖1 馕品質(zhì)指標聚類分析Fig.1 Cluster analysis of Nang quality indicators

2.3 馕樣品的種類劃分

本研究基于以上分析結(jié)果，以影響馕品質(zhì)的關(guān)鍵性指標為依據(jù)，利用Origin 9.0 軟件對采集的55 份馕樣品進行了層次聚類分析和主成分（PCA）分析，結(jié)果見圖2 和圖3。由圖2 可知，在55%的相似度水平上，55 份馕樣品被劃分為三大類，依據(jù)市場品類命名，分別為大薄馕、窩窩馕和休閑馕。從圖3 可以看出，三大類馕樣品在組內(nèi)呈現(xiàn)相互聚集的情況，不同種類馕品質(zhì)間存在差異。以上結(jié)果驗證了彈性、硬度、膠粘性、咀嚼性、L*值和b*值為評價馕品質(zhì)的關(guān)鍵性指標，同時目前新疆馕主要依據(jù)其外觀特征進行分類[2,29]，人為主觀性強，不具有科學(xué)性，本部分研究也為馕種類的劃分提供了科學(xué)思路。

圖2 馕層次聚類分析圖Fig.2 Hierarchical cluster analysis chart of Nang

圖3 馕主成分（PCA）分析結(jié)果Fig.3 Nang Principal Component Analysis (PCA)

2.4 三大類馕品質(zhì)指標分析及感官評價

在上述PCA 分析結(jié)果基礎(chǔ)上，為進一步明確三大類馕品質(zhì)特性，本研究列示了三大類馕關(guān)鍵品質(zhì)指標測定結(jié)果，見表6。由表6 可知，大薄馕的L*值和b*值偏大，硬度值最小，其中大薄馕的L*值和硬度值與窩窩馕、休閑馕差異顯著（P＜0.05），b*值與窩窩馕差異顯著（P＜0.05），說明此類馕具有光澤、顏色金黃，硬度較小；窩窩馕彈性和咀嚼性值分別為22.49、138.69，遠大于其它兩類馕，且與其它兩類馕差異顯著（P＜0.05），表明此類馕富有彈性和咀嚼性；休閑馕硬度最大，膠粘性值最小，均與大薄馕存在顯著差異（P＜0.05）。

表6 三大類馕關(guān)鍵品質(zhì)指標測定結(jié)果Table 6 Determination results of key quality indexs of 3 types of Nang

感官評價是食品品質(zhì)評價的重要方法之一，可以從外觀、風(fēng)味、口感、質(zhì)地等方面綜合評價食品品質(zhì)[30-31]。本研究對三大類55 份馕樣品進行感官評價，同一類馕得分取其均值，三大類馕感官得分結(jié)果見表7。由表7 可得，三大類馕在感官品質(zhì)上也存在較大差異，進一步驗證了PCA 分析結(jié)果。大薄馕色澤、風(fēng)味、硬度得分最高，這與表6 品質(zhì)指標L*值、b*值、硬度測定結(jié)果相對應(yīng)；窩窩馕彈性、咀嚼性得分最高，且與大薄馕、休閑馕差異顯著（P＜0.05），與品質(zhì)指標彈性和咀嚼性值具有相關(guān)性；休閑馕酥脆性得分最高，與其它兩類馕差異顯著（P＜0.05），與品質(zhì)指標測定的硬度值大，膠粘性小相對應(yīng)。

表7 三大類馕感官評定結(jié)果Table 7 Sensory quality of 3 types of Nang

3 結(jié)論

本研究采用主成分分析和聚類分析對新疆伊犁地區(qū)采集的55 份馕樣品的外觀、色澤、質(zhì)構(gòu)等13 項品質(zhì)指標進行系統(tǒng)分析，最終得出彈性、硬度、膠粘性、咀嚼性、L*值和b*值為評價馕品質(zhì)的關(guān)鍵性指標；以評價馕品質(zhì)的6 項關(guān)鍵指標為參數(shù)，采用層次聚類分析和主成分分析對55 份馕樣品進行種類劃分，結(jié)合市場品類命名，將其分為三大類，分別為大薄馕、窩窩馕和休閑馕，繼而結(jié)合感官評定結(jié)果，明確了三大類馕品質(zhì)特性，大薄馕具有色澤金黃、原輔料烘烤香味濃郁、硬度適宜的特點；窩窩馕富有彈性和咀嚼性；休閑馕具有酥脆性好，彈性和咀嚼性差的特點。本研究為馕的分類提供了科學(xué)的方法，為馕品質(zhì)評價體系的構(gòu)建奠定了理論基礎(chǔ)，同時也為消費者的選擇提供參考依據(jù)。