基于判别分析的几种物质解辣效果分级研究

（1.安徽中医药大学药学院，安徽合肥 230012；2.电子科技大学医学院，四川成都 610054）

摘要：通过查阅资料并结合生活经验了解到糖、醋、酪蛋白酸钠、紫苏油可能具有解辣效果。设计品尝实验对这几种物质的解辣效果进行感官评价，建立解辣效果评价方法，采用逐步判别分析检验建立判别函数，并对物质的解辣效果进行评价，最终利用回代估计法和刀切法对判别函数进行检验。研究结果显示酪蛋白酸钠、醋、紫苏油对解辣效果有贡献，糖对解辣效果无贡献，其标准化函数系数分别为1.015、0.339、0.144，对解辣效果的影响力由大到小分别是酪蛋白酸钠、醋、紫苏油。以这3 个指标建立判别函数对样品进行分类并作出散点图，结果表明取得的判别模型可以将4 种解辣效果等级区分开来。回代估计法及刀切法检验正确率分别为98%和88%，表明该判别函数方程判别性稳定，结果可靠。本研究建立的评价系统可有效评价不同物质的解辣效果，值得推广应用。

彭灿, 闻涛, 白皎皎, 等. 基于判别分析的几种物质解辣效果分级研究[J]. 食品科学, 2017, 38(17): 120-125. DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201717020. http://www.spkx.net.cn

PENG Can, WEN Tao, BAI Jiaojiao, et al. Using discriminant analysis to differentiate among the ameliorative effects of several substances on peppery tastes[J]. Food Science, 2017, 38(17): 120-125. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201717020. http://www.spkx.net.cn

辣椒为茄科植物辣椒（Capsicum frutescens L.）的果实[1],是一种营养丰富、利用价值非常高的蔬菜，对人体的益处也非常的多。辣椒中的辣味成分最早由Thres于1876 年从辣椒果实中分离出来，并命名为辣椒碱。辣椒碱类物质是辣椒的主要辣味成分，是辣椒辛辣味和具有药物功能的主要来源[2-4]，主要由辣椒碱、二氢辣椒碱、降二氢辣椒碱等物质组成[5]。其中辣椒碱和二氢辣椒碱在辣椒中的含量通常占到辛辣物质总量的90%以上[6]，此外还含有少量的降二氢辣椒碱、高辣椒碱、高二氢辣椒碱等[7]。Peppin等[8]由实验得出，8%辣椒碱透皮贴剂用于治疗外周神经痛，镇痛效果明显，且不会带来阿片类镇痛药样的亢奋等不良反应。辣椒碱类物质还具有镇痛、抗氧化、减肥、降低心脑血管压力及抗癌等作用[9-10]，在食品、医药、保健、美容等行业都有广泛应用。

现代社会有许多人爱吃辣，十分享受辣椒带来的酷爽感，但还是难以忍受辣带给人们的那种口腔和食道的灼热感。为了让人们能更好地享受辣椒，解辣也就成了必不可少的环节。查阅既往资料[11-12]发现，糖、醋、酪蛋白酸钠、紫苏油具有解辣效果。糖的解辣作用只是简单的味觉掩蔽，效果并不明显；醋具有解辣效果是由于辣椒碱为碱性物质，醋中的醋酸能与其发生酸碱中和反应，减少辣椒碱的含量从而降低辣感；酪蛋白酸钠是一种很好的乳化剂，可对因辣而灼伤的消化道上皮黏膜细胞起修复作用，并缓和感觉神经的受刺激程度，达到解辣的作用[11]；紫苏油的解辣机制一方面与辣椒碱的溶解性有关，辣椒碱为非水溶性物质，只能与脂肪、油类及酒精相结合，因此紫苏油能够很好地带走结合在感受器上的辣椒碱，以此冲淡辣味[12]，另一方面紫苏油的解辣效果还可能与紫苏醇作用有关，但此方面的研究目前尚未确证。

我国关于辣椒辣度标准和辣椒碱等辛辣主要成分临床应用方面的研究起步较晚。2005年，湖南农业大学的王燕等[13]引进了美国的标准并对我国鲜干辣椒的辣度进行研究，并先后制定了湖南省地方标准DB43/T 275—2006《辣椒素测定及辣度表示方法》[14]和GB/T 21266—2007《辣椒及辣椒制品中辣椒素类物质测定及辣度表示方法》[15]。本项目成员为了对物质的解辣效果进行评价，采用了感官与数据相结合的判别分析[16]方法。判别分析是解决多元分析问题中应用较多的一种方法[17]，其基本思想是在已知若干个体的机组属性观测数据及个体所属类别的前提下，根据某些准则建立判别公式，然后对位置类型的个体进行判别分析。按判别准则的不同可分为距离判别法、菲希尔（Fisher）判别法、贝叶斯判别法[18-21]。本实验首先对各类物质感官解辣效果进行了评价，提出：解辣级数=辣椒样品辣度－吃解辣样品后辣度；再利用感官评价结果和各物质浓度数据，用SPSS进行逐步判别分析[22]和Box’s M检验，对物质的解辣效果进行验证和考察，并建立物质解辣级数的判别函数，并用回代估计法和刀切法进行检验。本实验建立的系列物质解辣效果评价体系，过程简单、易操作、适用性高、评价结果可靠，可推广成为一种适用于其他物质的简便的解辣效果评价体系，也可为解辣制剂的解辣效果评价提供相应的方案和参考。

1 材料与方法

紫苏籽油辽宁丹东绿星食品有限公司；糯米、白醋湖南加加食品集团股份有限公司；白砂糖广西犀牛脚欧亚糖业有限公司；酪蛋白粉北京康比特体育科技股份公司；酪蛋白酸钠河南中泰食化有限公司；吐温-80（分析纯）天津市光复精细化工研究所；超纯水颜尔过滤器（北京）有限公司；甲醇（分析纯）上海星可高纯溶剂有限公司。

P1201依利特高效液相色谱仪（配有可变波长检测器、自动进样器和EC 2003色谱工作站）大连依利特分析仪器有限公司；JY502电子天平上海浦春计量仪器有限公司；DZF-6050真空干燥箱上海博讯实业有限公司；ZNCL-S-10D多点智能磁力搅拌器上海越众仪器设备有限公司；UV757CRT紫外-可见分光光度计上海佑科仪器仪表有限公司；Q51402HH纯水机颜尔过滤器（北京）有限公司。

据实验需要将辣度分为微辣、中辣、辣、很辣4 级，研究[23]表明120 μg/mL辣椒碱溶液处于“很辣”级，选用此辣度级别的辣椒碱溶液制备辣椒样品。

样品构成：糖、醋、酪蛋白酸钠、紫苏油4 种因素，通过SPSS随机数字生成器随机生成数字，糖在1～5 g内随机取50 次，醋在0～1 g内随机取50 次，酪蛋白酸钠在0～1 g内随机取50 次，紫苏油在0～3 g内随机取50 次，并使4因素随机组合，定容至50 mL，构成50 个随机生成的解辣样品，制备方法如下，样品配制具体情况见表1。

制备方法：称取单甘酯和蔗糖酯各0.5 g，混合均匀后，加入30 mL的80 ℃热水，于1 000 r/min搅拌20 min至均匀后加入紫苏油，待乳化完成后，冷却待用；将其他原料，即糖、酪蛋白酸钠、醋依次加入到20 mL冷水中，用1 000 r/min搅拌20 min至溶解均匀；最后将乳化剂溶液与其他原料的混合液在室温条件下混合，1 000 r/min搅拌30 min，成均匀乳状液，将每个样品取2 g左右，作为待品尝样品。

表 1 解辣样品成分配制
Table 1 Combinations of four substances able to ameliorate peppery tastes

实验中品评人员的品尝准备程序和品尝间隔按照GB/T 21266—2007《辣椒辣度的感官评价方法》[24]的要求进行。在每个品评员面前各放1 组品评液，由1 个辣椒样品和1 个解辣样品构成1 组；品评人员按照样品号进行品尝，在品尝每一组品评液前后都要用35～40 ℃的水漱口，并吃适量无盐苏打饼干消除口中味道。品尝人员充分品尝辣椒样品后，立即品尝解辣样品，给出辣度变化相应的描述，每组的品评间隔时间为5 min。

由5 个经过培训的感官品评人员[24]（对辣的敏感程度为中等并一致的吃辣椒人员）进行鉴评，5 人结果中取3 个以上（含3 个）相同的结果为最终辣度感官品评结果。解辣级数=辣椒样品辣度－吃解辣样品后辣度。解辣效果评价如表2所示。

表 2 解辣样品感官效果评价
Table 2 Grading system for pungency amelioration

建立论域U={X1，X2，…，X50}，表示50 个解辣样品，选取样品中糖、醋、酪蛋白酸钠、紫苏油的浓度作为判别因子，构成50×4矩阵，如式（1）所示。式中：i为样品编号；X为样品。

判别分析常用的方法有最大似然法[25]、Fisher判别[26]、Bayes判别、逐步判别[27]。本实验由于指标较多且各指标的显著性未知，因此选择逐步判别分析法。在建立判别函数的同时，对各指标的显著性也进行筛选，对几个指标解辣效果的显著程度进行评价。运用SPSS 22.0软件，采用Wilk’s lambda法进行逐步判别分析，得出评价解辣效果的判别函数，并用回代估计法和刀切法对判别函数的优劣进行评价。

2 结果与分析

对50 个解辣样品进行感官评价，辣度级别分为微辣、中辣、辣、很辣，对应的解辣级数为3级、2级、1级、0级。

解辣0级A0：感官审评为“很辣”级的样品有12、19、20、28、29、30、32、38、39、42、46。这一类的各项指标的基本参数见表3。

表 3 A0、A1、A2、A3各项指标的基本参数
Table 3 Levels of the four substances for the zero、one、two and three level of pungency amelioration (A0、A1、A2、A3) g/100 mL

解辣1级A1：感官评价为“辣”级的样品有1、3、9、14、16、31、36、45、49，这一类的各项指标的基本参数见表3。

解辣2级A2：感官评价为“中辣”级的样品有11、13、26、37、43、44、48，这一类的各项指标的基本参数见表3。

解辣3级A3：感官评价为“微辣”级的样品有2、4、5、6、7、8、10、15、17、18、21、22、23、24、25、27、33、34、35、40、41、47、50。这一类的各项指标的基本参数见表3。

表 4 不在分析中的变量
Table 4 The variables excluded from the analysis

逐步判别分析是在判别分析的基础上采用有进有出的方法，即每一步都通过检验把判别能力最强的变量引入判别函数，同时将判别能力差的剔除，这个筛选的过程就是通过假设检验，找出显著性变量，剔除不显著性变量[28]。实验选取的4 种因素来源于生活经验，它们是否具有解辣效果并未证实，实验通过逐步判别分析的Box’s共变异数矩阵等式检定发现，解辣效果中酪蛋白酸钠（S1）、紫苏油（S2）、醋（S3）有显著性，可作为判别因子；糖无显著性，不作为判别因子（表4）；酪蛋白酸钠、紫苏油、醋有解辣作用，而糖无解辣作用。且酪蛋白酸钠（S1）、紫苏油（S2）、醋（S3）的标准化函数系数分别为1.015、0.144、0.339，表明它们对解辣效果的影响力由大到小分别是酪蛋白酸钠、醋、紫苏油。

经过判别分析取得3 个典型区别函数用于分析，其特征值分别为6.939、1.088、0.204，见表5，其中函数1可解释84.3%的方差变化；前两个判别函数共可解释97.5%的方差变化，包含了大部分有效解辣成分；3 个典型判别函数共可解释100%的方差变化。通过Wilk’s lambda检验表明建立的判别函数是有意义的，见表6。用前2 个判别函数对各样品作散点图，结果见图1。取得的判别模型可以将4 种解辣效果等级区分开来。

表 5 典型判别函数的特征值
Table 5 Eigenvalue of canonical discriminant functions

注：特征值前3 个典型判别函数用于分析。

表 6 典型判别函数的Wilk s lambda检验
Table 6 Wilks lambda test of canonical discriminant functions

表 7 分类函数系数
Table 7 Classifi cation function coeffi cients

表 8 逐步判别函数方程效果评估
Table 8 Effi ciency evaluation of stepwise discriminant functions

分类函数及判别准则建立后必须进行检验。检验就是将样品逐一用所建立的判别准则进行归类，求出其假阳性率、假阴性率及总的错误率。判别结果一般要求误判的概率要小于0.1或0.2才有应用价值。一般误判概率估计是通过前瞻性或回顾性2 种方式估计获得，而回顾性误判概率往往低估了误判概率，会夸大判别效果[29]。因此，本实验采用回代估计法[30]及刀切法[31]对判别函数进行检验。回代估计法检验仅38号样品判别分析结果与感官评价结果不一致，正确率为98%；刀切法检验正确率为88%。两检测方法结果见表8。2 种检验方法表明建立的判别函数方程判别性稳定，结果可靠。

3 结论

本实验建立了解辣效果分级方法以及解辣效果判别函数模型，并通过“逐步判别分析”、“Box’s共变异数矩阵等式检定”对各因素解辣效果的贡献性进行评价，主要结论如下：1）从统计学意义上对物质的解辣效果进行评价，确定酪蛋白酸钠、紫苏油、醋的解辣效果有显著性，糖的解辣效果无显著性。2）仅利用酪蛋白酸钠、紫苏油、醋这3 个指标建立判别函数，可以有效评价这4 种物质的解辣效果，即使再引入参数糖也不会使解辣效果的评价模型更好，该模型的回代估计法及刀切法检验的正确率分别为98%、88%。实验结果表明，将逐步判别分析用于物质解辣效果分级简便有效、正确率高。3）建立了解辣效果与解辣因素之间的量化关系，对某物质的解辣效果评价无需再通过感官进行品尝，通过判别函数即可快速、有效地进行评价，具有推广应用价值。

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Using Discriminant Analysis to Differentiate among the Ameliorative Effects of Several Substances on Peppery Tastes

PENG Can1, WEN Tao1, BAI Jiaojiao2, ZHENG Huiwen1, JIANG Miaomiao1
(1. College of Pharmacy, Anhui University of Chinese Medicine, Hefei 230012, China; 2. College of Medicine, University of Electronic Science and Technology, Chengdu 610054, China）

Abstract：Sugar, vinegar, sodium caseinate and perilla oil may ameliorat peppery tastes according to our literature review and life experience. Tasting experiments were designed to evaluate the ameliorative effects of the four substances on peppery tastes. For this purpose, discriminant functions were established by stepwise discriminant analysis and tested by re-substitution method and jackknife methods. The results showed that sodium caseinate, vinegar and perilla oil rather than sugar contributed to the amelioration of peppery tastes in the decreasing order: sodium caseinate ＞ vinegar ＞ perilla oil, with standard function coeffi cients of 1.015, 0.339 and 0.144, respectively. The discriminant functions were used to classify the test samples based on these parameters and a scatter diagram was plotted. The results revealed that the discriminant model could rank the ameliorative effects on peppery tastes at four levels. The accuracy of re-substitution and jackknife methods were 98% and 88%, respectively, indicating that the established discriminant functions were robust and reliable. The evaluation system established in this experiment was effective in assessing the ameliorative effect of different substances on peppery tastes, and thus it deserves wide application.

Key words:discriminant analysis; re-substitution method; jackknife method; amelioration of peppery tastes

基金项目：安徽省大学生创新创业项目（2015157）；安徽中医药大学人才引进基金项目（2014RC002）；安徽中医药大学科研基金项目（20152R010）

作者简介：彭灿（1984—），男，讲师，博士，研究方向为药物制剂、药物代谢动力学及食品、保健品、化妆品开发。

基于判别分析的几种物质解辣效果分级研究

1 材料与方法

2 结果与分析

3 结 论

3 结论