燕麦籽粒与燕麦片品质的相关性与主成分分析

陈子叶 王丽娟 李再贵

(中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083)

燕麦籽粒与燕麦片品质的相关性与主成分分析

陈子叶 王丽娟 李再贵

(中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083)

为研究不同品种燕麦籽粒品质与其燕麦片加工品质特性的关系，以国内燕麦主产区56份燕麦原料为研究对象，通过相关性分析与主成分分析等方法，筛选适宜加工燕麦片的品种。结果表明，燕麦原料的L*值、b*值高，则加工出的燕麦片泡前和泡后色泽均较好，因此在选择加工燕麦片的原料时，宜选择色泽明亮、呈黄色或淡黄色的燕麦籽粒。蛋白质、灰分、纤维素、β-葡聚糖含量高，脂肪、总淀粉含量低的燕麦原料，加工的燕麦片常温吸水率、高温吸水率、汤汁可溶性固形物和黏度较高而容重较低，冲泡后其香味纯正浓郁，汤汁黏稠度大，麦片劲道不黏牙，口感滑润，风味浓厚且持久。感官评价结果显示，乌兰察布产白燕二号加工的燕麦片品质较高。主成分分析结果表明，前7个主成分累计方差贡献率达到75.508%，综合评价筛选出定燕2号、西宁皮1、新燕麦1号、张燕4号、燕科2号等为燕麦片加工原料的推荐品种。

燕麦籽粒 燕麦片 相关性 主成分分析

燕麦属禾本科燕麦属，是世界八大粮食作物之一。我国以裸燕麦为主，产量约占燕麦总产量95%，主要分布在内蒙古、河北等地[1]。燕麦已成为世界公认的营养和医疗保健价值最高的谷类作物之一，经常食用可以降低血清胆固醇[2]，降低血糖水平[3]以及促进益生菌增值[4]等。燕麦片是以燕麦为原料，经蒸煮、烘干、压片及干燥等工艺流程加工制成，几乎保留了燕麦所有的营养成分，是我国最主要的燕麦加工食品之一。国内外学者研究了加工过程中不同加工工艺和设备对燕麦片品质的影响[5-8]，但对燕麦原料与燕麦片品质间的相关性以及加工燕麦片专用品种的研究仍较少。本研究以56份燕麦原料为研究对象，通过相关性分析与主成分分析的方法，比较燕麦籽粒理化指标等品质与其加工后燕麦片品质特性的关系，探究燕麦原料中影响燕麦片品质的主要因素，以期建立燕麦片原料理化指标筛选标准，为燕麦片加工原料的选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

燕麦样品品种及来源见表1。

表1 燕麦样品品种及来源

1.2 燕麦籽粒品质指标测定

所有燕麦原料均进行筛选、除杂(皮燕麦先去壳)，得到清洁、完整籽粒。采用HY-04A高速粉碎机粉碎燕麦，过40目筛后分装于密封袋中，于-18 ℃储存备用。

参照GB/T 21305—2007/ISO 712:1998、GB/T 22510—2008/ISO2171:2007测定燕麦水分、灰分含量；GB/T 5511—2008/ISO 20483: 2006测定粗蛋白含量；GB/T 5512—2008测定粗脂肪含量；参照NY/T 2006—2011、AACC Method 32—23方法测定β-葡聚糖含量；GB/T 5514—2008、GB/T 5009.9—2003测定总淀粉含量；GB 7648—87测定直链淀粉含量；GB/T 5515—2008/ISO 6865:2000测定燕麦总纤维含量；使用色彩色差计CR-400(Minolta)测定燕麦原粮白度，三色协调系统L*，a*，b*(CIEL*a*b*)表示颜色。其中脂肪、蛋白质、总淀粉、直链淀粉、灰分、纤维素和葡聚糖含量以干基计。

1.3 燕麦片加工与品质指标测定

将全部燕麦(每种原料5 kg)加工成燕麦片，加工流程包括蒸麦、压片、干燥和包装。

参照GB 5009.3—2010测定燕麦片水分；参照Gates F. K等[9]的方法测定燕麦片常温吸水率和容重；参照路长喜等[10]的方法测定燕麦片高温吸水率和吸水膨胀率；使用手持糖度计测定燕麦片汤汁中可溶性固形物含量；参照董吉林等[11]的方法测定燕麦片汤汁黏度；使用色彩色差计CR-400(Minolta)测定燕麦片白度。

1.4 燕麦片感官品质评价

56种燕麦片冲泡样品的制备：包括基准燕麦片在内每次评价5种燕麦片，取60 g燕麦片样品于透明玻璃杯中，进行燕麦片冲泡前感官评价。然后按7∶1(V/m)加入沸腾热水冲调，用小勺搅匀，室温下静置10 min，待燕麦片充分熟化。进行冲泡后的感官品质分析。将20个评价员分成4组，每一组设定不同的评价顺序，样品制备好后迅速分发给每位评价员进行品尝、评分，感官评定在10 min内完成。由于样品较多，为防止感官疲劳，每5个样品设为一组(包括基准品北京特品降脂燕麦)，每组间隔时间为30 min。参考标度法[12]进行感官评定，燕麦片感官评价指标及评分细则如表2所示。

1.5 统计分析

采用Microsoft Excel进行数据整理，用SPSS 12.0软件进行方差、相关性分析，显著性水平为0.05，图中标注字母不同表示有显著性差异(P<0.05)。每个样品重复测定3次，结果以平均值±标准偏差表示。用SPSS 12.0进行主成分分析。

2 结果与分析

2.1 燕麦籽粒与燕麦片品质指标分析

由表3可知，56份燕麦样品品质指标均存在不同程度的变异。燕麦籽粒a*值变异程度最大，变异系数为46.53%。直链淀粉含量变异系数为30.69%，说明燕麦直链淀粉含量在不同品种间变化程度较大。脂肪、蛋白质、灰分、纤维素和β-葡聚糖变异程度较大，系数均在15%以上。顾军强等[13]研究2012年全国范围内31个裸燕麦品种，发现蛋白质、粗脂肪、β-葡聚糖和直链淀粉变异系数均在15%以上，与本研究相近。其中蛋白质质量分数最高的品种是乌兰察布定燕2号，为18.51%，β-葡聚糖质量分数最高的品种是西宁产草莜1号，为5.56%。β-葡聚糖属于燕麦中的可溶性膳食纤维，占总膳食纤维的1/3[14]，具有降脂减肥[15]，降低血糖[3]以及益生元[4]的作用。在燕麦片品质指标中，a*值变异程度最大，变异系数为43.25%。燕麦片黏度和可溶性固形物含量变异系数较大，分别为38.38%和19.84%，其他指标变异程度较小，系数均小于15%，与路长喜等[10]研究结果一致。其中黏度较高的品种有乌兰察布蒙燕1号、新疆新燕麦2号、白城白燕11号、白燕5号、白燕3号、新疆新燕麦1号和新燕麦3号，黏度值均在400 000 mPa·s以上；黏度最低的品种为4号张家口的鉴44-625-52，黏度值只有99 000 mPa·s。

表2 燕麦片的感官评价指标与方法

注：不同小写字母表示不同评价方法，a表示将燕麦片分别在自封袋和表面皿中目测观察并评价其形状大小、色泽；b表示趁热闻燕麦片粥的气味并评价其香气；c观察燕麦麦片粥的形状和颜色并评价其燕麦片色泽；d表示取半勺汤放入中，体验汤汁在口腔中的感受并评价其汤汁口感；e表示取半勺麦片粥放在嘴中咀嚼，感受燕麦片的适口性以及用牙齿感觉是否有嚼劲，并评价其麦片口感；f表示连汤带麦片入口中咀嚼至吞咽后，感受味道的好坏并评价其风味。

2.2 燕麦片感官评价结果

由表4可知，不同品种燕麦片泡后色泽、汤汁口感和风味变异系数均大于250%，分别为458.82%、382.76%和257.50%，表明不同燕麦片品种间的泡后色泽和汤汁口感差异最为明显。综合评价分值最高的燕麦品种为乌兰察布白燕2号，与标准品相比其具有更加浓郁的天然燕麦片香气，汤汁黏稠度大，燕麦片更劲道和润滑，麦片风味更加浓厚和持久，其各项感官评价指标评分值均高于标准品，其次为乌兰察布A4、白城白燕2号和白燕15以及新疆新燕麦1号。综合评价分值最低的燕麦品种为西宁巴燕5号，燕麦片碎片较多且形状不规则，细粉多，色泽暗淡，汤汁颜色较暗，口感寡淡且无嚼劲，各项感官评价指标评分值均低于标准品，其次为乌兰察布坝莜13号、西宁巴燕3号、张家口200242-5-1-5-16以及内蒙古燕科2号。

2.3 燕麦片感官指标与燕麦籽粒的品质间相关性分析

对燕麦片感官评价指标与燕麦原料及燕麦片品质指标进行相关性分析，如表5所示，燕麦片的形状大小得分与β-葡聚糖含量呈显著正相关(P<0.05)，与容重呈显著负相关(P<0.05)。燕麦原料的L*值和麦片的L*值与燕麦片泡前色泽呈极显著正相关(P<0.01)，原料的b*值与泡前色泽呈显著正相关(P<0.05)；燕麦原料的b*值以及麦片的L*值和a*值与泡后色泽呈显著正相关(P<0.05)，表明燕麦原料的L*值和b*值高，加工出的燕麦片泡前和泡后色泽均较好，因此在选择燕麦片原料时，宜选择色泽明亮、呈黄色或淡黄色的燕麦籽粒。同时，表5相关性分析结果表明，蛋白质、灰分、纤维素、β-葡聚糖含量高，脂肪、总淀粉含量低的燕麦原料，加工的燕麦片的常温吸水率、高温吸水率、汤汁可溶性固形物和黏度较高且容重较低，冲泡后的燕麦片具有香味纯正、浓郁，汤汁黏稠度大，燕麦片劲道不黏牙，口感滑润，麦片风味浓厚、持久。

2.4 影响燕麦片品质的主成分分析

主成分分析是将多指标简化为少量综合指标的一种统计分析方法，用少数变量尽可能多的反映原来变量的信息[16]，保证原信息损失小且变量数目尽可能少。以燕麦原料品质指标和燕麦片加工品质、感官品质等29项指标为变量，对供试的56个燕麦品种进行主成分分析。主成分分析结果如表6所示，选取特征值大于1的前7个主成分，结果显示主成分累计方差贡献率达到75.508%，说明前7个主成分能够代表原29个品质性状的大部分信息。因此，可将燕麦原料和燕麦片29个品质性状综合成7个主成分。

表3 燕麦原料营养品质与燕麦片品质指标

注：脂肪、蛋白质、总淀粉、直链淀粉、灰分、纤维素和葡聚糖均为干基含量。

表4 燕麦片感官评价指标

表5 燕麦片感官评价和籽粒品质相关性分析

注：*和**分别表示在5%和1%水平上相关显著。

表6 各主成分因子向量载荷系数及方差贡献率

主成分与各原始品质指标的载荷矩阵阐明了各品质指标在主成分上占的权重。因此，可根据每个品质指标在各主成分上的载荷，判断主成分所代表的综合品质指标。由主成分在各品质指标上的载荷矩阵可知，第一主成分主要代表燕麦片的汤汁口感、综合评价、风味、蛋白质、灰分、纤维素；第二主成分主要代表了燕麦片泡前色泽、口感、泡后色泽；第三主成分主要代表了原料和燕麦片的b*值；第四主成分代表了燕麦原料的脂肪和燕麦片的常温吸水率；第五主成分代表了燕麦片的高温吸水率；第六主成分代表了燕麦原料的直链淀粉；第七主成分代表了燕麦片的膨胀度。

根据标准化后的数据与特征向量矩阵计算主成分，公式为Y=X*t，其中X为原始变量标准化后的值，t为标准化的特征向量矩阵，得出各主成分的表达式。根据计算结果，得到各主成分的表达式如下：其中，Y1-Y7为7个主成分，X1-X29为原始数据29个品质。

Y1=0.138X1+0.020X2+0.211X3+0.036X4+0.273X5+0.188X6+0.255X7+0.255X8-0.144X9-0.099X10+0.240X11-0.232X12+0.109X13+0.193X14+0.245X15+0.072X16-0.150X17+0.241X18+035X19-0.130X20+0.197X21+0.262X22-0.085X23+0.221X24+0.230X25-0.254X26-0.045X27+0.190X28-0.145X29

Y2=0.217X1+8.362X2+8.155X3+……+0.343X27-0.171X28-0.024X29

Y3=0.039X1-0.034X2+0.100X3+……-0.311X27-0.147X28+0.443X29

Y4=-0.129X1+0.006X2+0.097X3+……-0.030X27-0.301X28+0.130X29

Y5=0.362X1-0.004X2+0.116X3+……-0.035X27+0.108X28-0.086X29

Y6=0.239X1+0.398X2-0.300X3+……+0.030X27-0.019X28+0.178X29

Y7=0.174X1+0.027X2-0.158X3+……+0.045X27+0.067X28-0.007X29

Z=0.25987Y1+0.16796Y2+0.10513Y3+0.074 49Y4+0.061 04Y5+0.045 49Y6+0.041 10Y7

根据综合主成分值的得分公式，56个燕麦品种综合主成分值结果显示定燕2号、西宁皮1、新燕麦1号、张燕4号、燕科2号综合主成分值较高，说明这些燕麦品种的综合品质较佳；草莜1号、林纳、S20-1759、张燕4号、白燕11综合主成分得分较低，说明这些燕麦品种的综合品质较差，不适宜燕麦片的加工。值得注意的是，主成分分析得出的综合品质较佳的品种与感官评价得出的感官品质较佳的品种有所差异。巴燕5号在感官评价以及以往的经验上认为其品质较差，不适宜燕麦片的加工，但主成分分析结果显示其排名为16位；又如白燕15号，感官评价结果排名为第4位，而主成分分析结果显示其综合品质排名为第51位。这可能是因为，主成分分析评价的结果是针对燕麦的综合品质，部分品种在感官品质较好，然而其营养价值无法通过人为的感官评价得知，因此主成分分析的结果与实际稍有出入；此外，不同品种的燕麦受到年份、气候、栽培及人为因素的影响，其品质与感官经验存在差异，从而导致误差。因此，今后值得研究建立以感官评价为主，适当降低营养品质权重的燕麦片加工原料筛选方法。

3 结论

通过分析国内56种燕麦原料及其加工燕麦片的品质特性，发现同燕麦原料的a*值、直链淀粉含量以及燕麦片的a*值、黏度在不同品种间变异程度较大。燕麦片感官指标与原料的品质特性的相关性分析表明，在选择适宜加工燕麦片的品种时，宜选择色泽明亮、且呈黄色或淡黄色的燕麦原料；蛋白质、灰分、纤维素、β-葡聚糖含量高，脂肪、总淀粉含量低的燕麦原料，加工的燕麦片的常温吸水率、高温吸水率、汤汁可溶性固形物和黏度较高而容重较低，冲泡后其香味纯正、浓郁，汤汁黏稠度大，燕麦片劲道不黏牙，口感滑润，麦片风味浓厚、持久。将56种燕麦的营养与燕麦片的品质特性进行主成分分析和综合评价，前7个主成分累计方差贡献率达到75.508%，综合评价筛选出定燕2号、西宁皮1、新燕麦1号、张燕4号、燕科2号等为较适宜加工燕麦片。

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Correlation and Principal Component Analysis of the Quality of Oat Groats and Oatmeal

Chen Ziye Wang Lijuan Li Zaigui
(College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083)

Correlation and principal component analysis were used to find the relationship between the quality of oat and oatmeal. 56 oat raw materials selected from the domestic main producing area of oat were studied to select the species which was appropriate for producing oatmeal by correlation analysis and principal component analysis. As the results shown, ifL*andb*of oat were higher, the color of oatmeal before and after brewing was better. Bright and yellow oat groats should be selected as the raw material for oatmeal processing. Oats with high content of protein, ash, fiber, β-gluten but low content of fat and starch improved the water absorption, total soluble solid and viscosity of oatmeal, and decreased the volume weight. At same times, flavor, stickiness and taste of brewed oatmeal were also better. The sensory evaluation showed Baiyan NO.2 originated from Ulan Qab had best quality. In principal components analysis, accumulative variance contribution of the first seven principle components accounted for 75.508%, comprehensive evaluation of oat flake showed that Dingyan NO.2, Xining NO.1, Xinyanmai NO.1, Zhangyan NO.4 and Yanke NO.2 were high quality varieties, indicating that they were more suitable for oat flake processing.

oat groats, oatmeal, correlation, principal component analysis

S512.6

A

1003-0174(2017)12-0019-06

现代农业产业技术体系资助(CARS-08-D-3)

2017-01-02

陈子叶，女，1994年出生，硕士，食品科学

李再贵，男，1964年出生，教授，谷物科学与利用