市售沙拉酱游离氨基酸组成的主成分分析与层次聚类分析

唐史杰，尹明雨，松冈亮辅，奚印慈，王锡昌

1(上海海洋大学 食品学院，上海，201306)2(上海海洋大学 食品科学技术研究室，上海，201306)

沙拉酱是一种调味沙司，又名色拉酱，或美乃滋——由Mayonnaise音译而来。沙拉酱作为一种重要的西式调味品，自从引入中国以来已有约40年。因为沙拉酱口感润滑，香甜可口[1]，广受人们喜爱，使其在各类餐食中都有一席之地，有报道表明老年人食用油性沙拉酱有助于增强大脑的记忆功能[2]，市场前景较好。

现阶段关于沙拉酱的研究主要集中于食品工艺类的沙拉酱产品的研发，目前已有报道研究了牛肝菌沙拉酱、蓝圆鰺沙拉酱、黑蒜沙拉酱、沙拉酱鱼糜等种类[3-6]，牛琛[7]研究了沙拉酱对于青椒风味的影响，证明了沙拉酱的加入可以显著减少青椒的刺激性气味和辣度。还有一些研究集中于沙拉酱乳化和脂肪氧化等方面[8-10]，而对于沙拉酱品质评价方面的研究较少。

游离氨基酸作为一种重要的风味物质，还可为人体提供VE和叶酸等重要营养素[11-12],因此食品中游离氨基酸的含量和种类可作为评价食品品质的重要指标[12]。然而游离氨基酸品种较多，结构相似，分析较为困难，因而选用一种科学有效的统计方法尤显重要。主成分分析(principal component analysis，PCA) 是一种统计方法，通过正交变换将一组可能存在相关性的变量转换为一组线性不相关的变量，转换后的这组变量称为主成分，抽取出的主成分足以反映原始变量的大部分信息，且所含信息互不重复，是一种较为有效的分析方法[13-14]。目前，已有报道对茶叶、食用菌、桑葚、猕猴桃、虾、贝等食品的氨基酸种类与含量进行了分析研究[15-20]。如刘伟等[21]利用PCA对10个黄花菜地方特色品种进行研究，提取出3个主成分，通过计算主成分得分发现综合品质较好的黄花菜品种是冲天花、驼驼花、八月花。因此本研究使用PCA法研究不同沙拉酱中的游离氨基酸并进行品质分析，可为沙拉酱的营养与风味研究、产品开发和消费者的选购提供数据支撑和理论基础。

1 材料与方法

1.1 试剂与材料

2020年5月6种品牌香甜味沙拉酱购于农工商超市(上海临港新城店),样品从超市货架随机选取4瓶，并编码(BL、HS、HM、QB、KF、WM)，立即送入实验室4 ℃冰箱保存。

三氯乙酸、NaOH、KOH(均为分析纯)等，国药集团化学试剂有限公司；NaCl，上海源叶生物有限公司。

1.2 仪器与设备

FJ200-SH数显高速分散均质机，上海标本模型厂；超低温冰箱，艾本德(上海)国际贸易有限公司；PHS-3C pH计，上海仪电科学仪器股份有限公司；H2050R高速冷冻离心机，长沙湘仪有限公司；L-8080A氨基酸全自动分析仪，日本日立公司；HWS-24电热恒温水浴锅，上海恒科学仪器有限公司。

1.3 实验方法

游离氨基酸的测定参考张艳霞等[22]的方法并略有改动，分别准确称取样品1.0 g(精确到 0.001 g)，加入15 mL质量分数5%的三氯乙酸并匀浆，样品超声5 min后静置2 h，然后离心(10 000 r/min；4 ℃；10 min)并移取上清液5 mL于烧杯中，用6和1 mol/L NaOH溶液调节pH至2.2，最后用超纯水定容至10 mL，用0.22 μm水相滤膜过滤后打入进样瓶待上机测定。测试参数设定如下:色谱柱(4.6 mm×150 mm，7 μm)；柱温:50 ℃；1通道流速:0.4 mL/min；2通道流速:0.35 mL/min。流动相:pH 3.2、3.3、4.0、4.9的柠檬酸钠和柠檬酸的混合缓冲液以及质量分数4%的茚三酮缓冲液。

1.4 味道强度值

滋味物质的味道强度值(taste activity value，TAV)的计算公式(1)所示:

(1)

式中：TAV为味道强度值；C为滋味物质的绝对浓度值，mg/100g；T为滋味物质的阈值，mg/100g。

1.5 数据分析

1.5.1 相关性分析

采用SPSS 22.0软件对相关系数进行分析，以描述沙拉酱中游离氨基酸相互间关系的密切程度。

1.5.2 PCA及综合评价

采用SPSS 22.0软件对不同种类沙拉酱的游离氨基酸进行PCA，以对沙拉酱进行综合评价。本研究将特征值>1.0的成分选做主成分进行分析，再通过计算主成分得分，以游离氨基酸为切入对不同品种沙拉酱进行综合评价，最后将各主成分得分Fi加权求和得到综合评价函数[23-24]。

1.5.3 层次聚类分析

采用TB tools 软件进行了层次聚类分析，以将沙拉酱进行分类，简化研究对象。

2 结果与分析

2.1 不同种类沙拉酱游离氨基酸的组成与含量

表1显示6种沙拉酱共检测出17种游离氨基酸，其中包括7种必需氨基酸，分别为苏氨酸(Thr)、缬氨酸(Val)、蛋氨酸(Met)、异亮氨酸(Ile)、亮氨酸(Leu)、赖氨酸(Lys)和苯丙氨酸(Phe)[18-19]；7种非必需氨基酸，分别为天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)、甘氨酸(Gly)、丝氨酸(Ser)、丙氨酸(Ala)、胱氨酸(Cys)和脯氨酸(Pro)；2 种营养半必需氨基酸组氨酸(His)和精氨酸(Arg)和1种条件必需氨基酸酪氨酸(Tyr)[25]。表1还显示出不同沙拉酱含有的游离氨基酸不同，其中HS、HM、QB和WM这4种沙拉酱含有全部17种游离氨基酸；BL其次，含有16种游离氨基酸，未检测到His；KF含有的游离氨基酸最少，仅14种，未检测到Arg、His和Tyr。

表1 不同沙拉酱的氨基酸组成 单位:mg/100g

6种沙拉酱中含有的呈味氨基酸、必需氨基酸和限制氨基酸含量也有较大差异。含有呈味氨基酸较多的是HS和QB，分别含2 269.95和2 472.89 mg/100g，占比94.19%和90.98%，且占其中绝大多数的是Glu，而呈味氨基酸含量最少的是BL，仅含18.739 mg/100g，占比45.34%。含有必需氨基酸较多的是QB，含有189.83 mg/100g，占比6.98%，而必需氨基酸含量最少的是BL，仅含16.55 mg/100g，占比40.05%。含有限制氨基酸较多的是WM，含有38.32 mg/100g，占比8.57%，而限制氨基酸含量最少的是KF，仅含1.113 mg/100g，占比0.13%。在所有样品中含量最少的游离氨基酸是His，含量最多的是Glu。

17种游离氨基酸中，变异系数最大的Glu，这是因为在HS和QB中检测出了大量的Glu，推测这可能是这2种沙拉酱的配方中添加了较多鲜味物质所导致，如谷氨酸钠等。变异系数最小的是Gly，说明各样品间Gly含量的差别较小。

2.2 呈味特征与TAV分析

沙拉酱作为一种广受欢迎的调味品，口味酸甜，口感润滑，这与其所含的游离氨基酸息息相关。Glu是所有呈味氨基酸中鲜味最强的氨基酸，其钠盐是能提供强烈鲜味的谷氨酸钠(即味精)，谷氨酸产品不仅在食品加工中提供了鲜美的滋味，还具有生理功能，如保护肝脏[26]；Gly、Ala则是呈味氨基酸中甜味较强的氨基酸，Gly的清香甜味能有效降低苦味，使人产生愉悦的感觉[27]。根据氨基酸的呈味特征，大致将其分为鲜味氨基酸(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显示不同种类沙拉酱中呈味氨基酸含量为:鲜味氨基酸>苦味氨基酸>芳香族氨基酸>甜味氨基酸。鲜味氨基酸含量为14.01～2 422.29 mg/100g，平均值为950.26 mg/100g，占总呈味氨基酸的84.81%，其中QB含量最高，BL含量最低。苦味氨基酸含量为10.46～123.64 mg/100g，平均值为78.283 mg/100g，占总呈味氨基酸的6.99%，其中WM含量最高，BL含量最低。芳香族氨基酸含量为8.22～103.43 mg/100g，平均值为53.34 mg/100g，占总呈味氨基酸的4.76%，其中QB含量最高，BL含量最少。甜味氨基酸含量为8.63～68.94 mg/100g，平均值为38.52 mg/100g，占总呈味氨基酸的3.44%，其中QB含量最高，BL含量最少。沙拉酱的风味与其所含游离氨基酸之间有着必然联系，而鲜味氨基酸在所有样品中占比均最高，Asp、Glu、Gly等鲜味氨基酸能提供令人愉悦的鲜美风味，并缓解不良口感[28]。

表2 不同沙拉酱呈味氨基酸含量 单位:mg/100g

因为沙拉酱中样品含有的14种游离氨基酸具有不同的呈味特征，且这些呈味特征的阈值有较大里联系。因此可根据各游离氨基酸阈值计算TAV，TAV的大小与氨基酸的呈味效果成正相关。游离氨基酸TAV以数值1为分界点，>1则对呈味有贡献，反之则贡献不大，不能显著呈味[29]。

表3显示了不同沙拉酱游离氨基酸的TAV，可见HS、HM、QB和WM中检测出的17种游离氨基酸TAV值均>1，即所有游离氨基酸均对这4种沙拉酱样品呈味有贡献，其中Glu的TAV最高，均高于其他游离氨基酸的TAV，对沙拉酱样品呈味有显著贡献；HS和QB中的Cys的TAV较高，Cys可用于天然果汁中，以防止VC氧化和果汁褐变[30]。KF中Thr、Gly、Ile、Tyr、His和Arg的TAV>1，对呈味没有贡献，与HS和QB一样，在对呈味有贡献的游离氨基酸中，Glu的TAV值最高，其次为Cys。BL中Thr、Met、Ile、Tyr和His的TAV<1，对呈味没有贡献，而BL中对呈味有贡献的游离氨基酸中TAV值最高的是Cys。

表3 不同沙拉酱游离氨基酸TAVTable 3 Taste activity values of free amino acids in different salad dressings

总体而言，对于6种沙拉酱样品的呈味特征贡献最大的Glu，TAV值为17.351～7 878.745，有助于沙拉酱形成令人愉悦的酸甜风味。其次为Cys。

2.3 不同种类沙拉酱游离氨基酸相关性分析

对6种沙拉酱样品所含的17种游离氨基酸进行相关性分析，结果如表4所示，指标间正相关与负相关并存，绝大多数氨基酸之间都呈显著相关或极显著相关，但Glu、Cys和Pro与其他氨基酸之间均不存在相关性，多数相关系数的绝对值>0.5，表明各游离氨基酸品质指标间具有较强相关性，故可以通过PCA进行研究。

表4 不同沙拉酱游离氨基酸指标间相关性分析Table 4 Correlation analysis of free amino acids in different salad dressings

2.4 不同种类沙拉酱游离氨基酸的主成分分析

表5总方差分解结果显示，前2个主成分的对应特征值均>1，且其累计方差贡献率达94.28%。其中主成分1的特征值为13.635，方差贡献率为80.204%，称其为必需氨基酸因子；主成分2的特征值为2.393，方差贡献率为14.075，称其为半必需氨基酸因子。结果表明这2个相互独立的综合性变量已经足够反映不同沙拉酱品种中游离氨基酸的大部分信息。

表5 总方差分解结果Table 5 Total variance explained

载荷图图1较为清晰地将17种游离氨基酸分为2类。Cys，Glu和Pro明显远离其他种类游离氨基酸。与表5的结果相互印证，故本研究提取出2个主成分。

图1 不同沙拉酱的载荷图Fig.1 Loading plot for different salad dressings

根据主成分性质计算主成分载荷矩阵，因子载荷值反映了沙拉酱各氨基酸指标对主成分载荷的相对大小和影响的方向，数值反映原变量对因子影响的大小，正负代表变化方向的差别。表6显示主成分1中载荷值较高的有Thr、Leu、Asp、Val、Ile、Tyr、Ser、Phe、Arg、Gly、Lys和His，其载荷值均>0.9且均为正向影响，即当主成分1大时，这些游离氨基酸含量也高；主成分2中Cys和Glu载荷值较高，为0.965和0.822。

表6 主成分载荷矩阵Table 6 Principal component loading matrix of principal component analysis

2.5 不同种类沙拉酱游离氨基酸的综合评价

根据表5确定了2个主成分后，以17个游离氨基酸指标为初始自变量，经过PCA后，最终得出3个主成分因子的方程表达式如公式(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为必需氨基酸因子，F2为半必需氨基酸因子。F1和F2两个主成分因子重新将17个指标进行组合变换成新的综合指标，并使其能较好地包含不同沙拉酱中氨基酸的绝大部分信息。

2个分别的主成分因子方程式不足以描述沙拉酱样品的总体情况，故需要对2个主成分因子方程式进行加权求和，从而得到一个新的综合评价方式，即综合得分方程式，其表达式如公式(4)所示:

F=0.802F1+0.141F2

(4)

以此计算沙拉酱的综合得分，可反映出沙拉酱的综合品质高低。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种沙拉酱样品品质由高到低为WM、QB、HM、HS、KF、BL。

表7 不同沙拉酱的成分得分和综合得分Table 7 Principal component scores and comprehensive scores of different salad dressings

2.6 层次聚类分析

聚类分析法可将受试样本划分为不同类群进行评价分析，其结果具有综合性、客观性和科学性。

本试验利用TBtools软件[31-32]，对6种沙拉酱的17种脂肪酸采用层次聚类分析法进行层次聚类，分析结果如图2所示。层次聚类分析结果显示，6种沙拉酱可分为两类:WM与QB为一类，游离氨基酸品质较好；HS、HM、BL和KF为另一类，游离氨基酸品质一般。沙拉酱中的游离氨基酸水平受到工艺技术、配方和生产环境等影响。聚类分析的结果与沙拉酱中游离氨基酸综合评价的综合得分相互印证，能较好地反映出不同沙拉酱之间的差异性。

图2 不同沙拉酱游离氨基酸层次聚类分析图Fig.2 Dendrogram from cluster analysis of different salad dressings

3 结论与讨论

本研究对6种沙拉酱产品的游离氨基酸进行了PCA，提取出2个主成分，计算了综合得分后得出，各类氨基酸含量都较低的BL品质最低。含有较多限制氨基酸，呈味氨基酸和必需氨基酸含量均不是最高的WM品质最好，而被检测出含有大量鲜味氨基酸Glu的HS和KF品质反而不如WM，表明沙拉酱品质与呈味氨基酸之间并非完全的正比关系。品质较好的沙拉酱应含有适量的游离氨基酸，游离氨基酸的含量过高或过低都会造成沙拉酱产品品质降低。

PCA与聚类分析可较好地分析沙拉酱中游离氨基酸组成，并以此作为沙拉酱的品质评价指标，进一步实验仍需扩大取样量进行更深入的研究，为沙拉酱的营养与风味研究、产品开发和消费者的选购提供了数据支撑和理论基础。