主成分分析法评价市售芝麻酱产品品质

王颖颖,侯利霞*,胡爱鹏,汪学德

(河南工业大学粮油食品学院,河南 郑州 450001)

摘 要:对市场销售的35 个芝麻酱产品,进行感官评价及粗脂肪、粗蛋白、木酚素、VE、甾醇、钙、磷等14 个理化品质指标测定,并进行主成分分析,得到产品的综合得分,结合感官评价对芝麻酱品质进行综合评判。结果表明,白芝麻酱和黑芝麻酱感官评分均受色泽和组织状态影响较大,总体而言,白芝麻酱感官评分高于黑芝麻酱;各理化指标间差异性不同,水分、酸价变异系数较大,粗脂肪、粗蛋白等指标变异系数较小。根据主成分解释总变量提取了矿物质、木酚素、粗蛋白、酸价、VE、甾醇6 个主成分,这6 个主成分的累计方差贡献率达75.33%。同时对样品主成分综合得分排序,排序结果与感官评价结果基本一致。35 个受测样品中,有6 个产品不合格,样品不合格率达17.14%,不合格项目主要为酸价、水分含量和粗脂肪含量。

关键词:芝麻酱;品质;主成分分析;综合评价

芝麻酱营养丰富,含有丰富的蛋白质及人体必需的脂肪酸等营养物质,具有很高的营养价值和食用价值,可作为调味品、增加菜品色泽或直接食用,经常食用对健康有益,有抗氧化、健脑、护心、补钙、预防糖尿病和高血压等作用 [1-4]

中国是世界上4 个芝麻主产区之一,我国不同地区的芝麻受地理环境和气候条件等因素的影响,其品质有一定差异 [5]。芝麻酱多为小作坊式生产,规模小、产量低,且不同厂家在芝麻酱生产过程中,原料产地、炒制温度、时间等条件有所不同,色泽、滋味等感官品质及理化性质都会表现出一定差异,因此产品质量良莠不齐 [6-7]。近年来,国内对芝麻食品研究仅集中于普通芝麻食品和功能性芝麻食品的开发上,国外学者对芝麻加工技术、传统芝麻食品的现代化改造、新型芝麻食品开发等方面做了一定研究 [8-12]。国内外学者对芝麻酱的研究较少,且研究多集中在稳定性、流变性等方面 [13-18],对芝麻酱感官评价及综合品质分析的系统研究甚少。

本实验对芝麻酱样品进行感官评价和理化检测,指标多、数据多,评价芝麻酱品质十分困难。针对此情况,研究者通常采用分析软件对数据进行多元统计分析,如因子分析 [19-20]、主成分分析 [2 1-23]、聚类分析 [24-27]等。本研究对市场上35 个芝麻酱产品进行感官评价和理化检测,利用降维思想,采用主成分分析法找出对芝麻酱品质影响较大的因子,并在主成分得分的基础上,对芝麻酱品质进行综合评判,以期为消费者选购芝麻酱及企业生产提供一定的参考价值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

35 个芝麻酱样品均购自超市或集贸市场,样品分别编号为B1~B22和H23~H35,其中编号以B开头的为白芝麻酱,以H开头的为黑芝麻酱。甲醇、正己烷等液相试剂均为色谱纯,其他试剂均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

e2695型高效液相色谱仪(配有2489紫外检测器)美国Waters公司;8400全自动凯氏定氮仪、Fibertec TM2010全自动粗纤维仪 丹麦F o s s公司;T AS-9 8 6型原子吸收分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司;DHG-9140A电热恒温干燥箱 上海精宏实验设备有限公司;UV-1100型紫外-可见分光光度计 上海美谱达仪器有限公司;D2KW-D-4型电热恒温水浴锅、SRJX-4-13型高温箱式电阻炉 北京市永光明医疗仪器厂;RE-5 2 AA型旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂;FA2004型电子天平 上海上天精密仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 感官评价

选15 位经过专业食品感官评价培训的人员组成感官评价小组,对35 份芝麻酱样品进行感官评价,并填写感官报告表。总分以百分计。收集感官评分表,去除最高分和最低分,算出平均值即为该样品的感官评分。芝麻酱感官评分标准见表1。

表1 芝麻酱感官评价标准
Table 1 Criteria for sensory evaluation of sesame paste

项目优(85~100 分)中(75~85 分)劣(<75 分)色泽(20%)正常的芝麻酱色泽,棕黄较正常的芝麻酱色泽,棕黄非正常的芝麻酱色泽,色、棕褐色或黑色,有光泽色、棕褐色或黑色,较光泽无光泽气味(30%)有显著的芝麻酱香味,有较显著的芝麻酱香味,无显著的芝麻酱香味,无焦糊味或其他不良气味无焦糊味或其他不良气味有焦糊味或其他不良气味组织状态(30%)流动性好,黏稠适度,流动性较好,轻微分层,流动性差,分层严重,无肉眼可见杂质无肉眼可见杂质无肉眼可见杂质口感(20%)无牙碜,无不良滋味无牙碜,有轻微不良滋味牙碜,有不良滋味

1.3.2 粗脂肪、粗蛋白和粗纤维含量的测定

粗脂肪、粗蛋白、粗纤维含量测定分别参照GB/T 5512—2008《粮油检验 粮食中粗脂肪含量测定》、GB/T 14498.2—2008《粮油检验 植物油料粗蛋白质的测定》和GB/T 5009.10—2003《植物类食品中粗纤维的测定》方法测定。

1.3.3 钙、磷含量的测定

参照GB/T 5009.92—2003《食品中钙的测定》、GB/T 5537—2008《粮油检验 磷脂含量的测定》方法测定钙、磷含量。

1.3.4 VE、甾醇含量的测定

VE含量测定参照GB/T 17812—2008《饲料中维生素E的测定 高效液相色谱法》;甾醇含量采用分光光度法测定 [28]:取1.0 g芝麻酱于250 mL平底烧瓶中,皂化约3 h,用正己烷提取不皂化物,溶解于无水乙醇,并转移至50 mL容量瓶中,用无水乙醇定容并摇匀。移取2 mL样品液于试管中(以无水乙醇做空白),加入2 mL无水乙醇,2 mL磷硫铁显色剂,摇匀。将试管放于室温条件下呈色15 min,用紫外-可见分光光度计于波长441 nm处测其吸光度。取不同量的豆甾醇标液,以豆甾醇量为横坐标,吸光度为纵坐标绘制标准曲线。测出样品吸光度后,在标准曲线中查出相应的豆甾醇量并计算样品总甾醇含量。

1.3.5 芝麻酚、芝麻素和芝麻林素含量的测定

参照NY/T 1595—2008《芝麻中芝麻素含量的测定高效液相色谱法》,稍有改进。具体方法:取1.0~2.0 g芝麻酱样品于锥形瓶中,加入1 0 mL甲醇,5 0 ℃超声30 min,取出静置2 h,过滤,旋蒸。真空干燥后用甲醇定容至10 mL,过0.22 µm滤膜,进液相小瓶,待测。高效液相色谱测定后根据木酚素标准曲线计算芝麻酱中芝麻酚、芝麻素和芝麻林素含量。

测定条件:SunFire C 18色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 µm),柱温30 ℃,检测波长287 nm,流动相甲醇-水(70∶30,V/V)溶液,流速0.8 mL/min,进样量10 µL。

1.3.6 总糖含量的测定

总糖含量采用苯酚-硫酸法测定 [29]。取芝麻酱样品约2.0 g,加稀盐酸酸解,过滤,滤液稀释定容至100 mL。取稀释液1.0 mL,加水补至2.0 mL,加入1 mL 5%苯酚溶液,5 mL浓硫酸后迅速放在振荡器上摇匀。在电磁炉上沸水浴反应10 min,冰水浴冷却至室温终止反应。用分光光度计(使用前预热20 min)在波长490 nm处测其吸光度。取不同质量浓度的葡萄糖溶液,以葡萄糖溶液质量浓度为横坐标,吸光度为纵坐标绘制标准曲线。根据样品吸光度查出葡萄糖质量浓度并计算出总糖含量。

1.3.7 水分、灰分含量的测定

分别参照GB 5009.3—2003《食品中水分的测定》、GB 5009.4—2010《食品中灰分的测定》方法测定。

1.3.8 酸价的测定

参照文献[30],取10~15 g芝麻酱样品,提取脂肪,参照GB/T 5530—2005《动植物油脂 酸值和酸度测定》方法测定。

1.3.9 主成分分析

对3 5 个芝麻酱样品的粗脂肪、粗蛋白、粗纤维、钙、磷、VE、甾醇等14 个指标进行描述性统计分析,再进行主成分分析。

1.4 数据处理

使用Excel 2010进行数据处理,SPSS 16.0进行描述性统计分析、主成分分析及计算综合得分。

2 结果与分析

2.1 芝麻酱品质描述性分析

表2 芝麻酱理化品质描述性统计
Table 2 Descriptive statistics of chemical qualities of sesame paste

注:除水分外,其余指标均为干基测定值。

指标变化范围中位数平均值标准差变异系数/%粗脂肪含量/%49.20~61.50 57.00 56.56 3.06 5.41粗蛋白含量/%12.99~22.91 18.04 18.35 1.81 9.86粗纤维含量/%1.90~4.73 2.81 2.86 0.53 18.53钙含量/(mg/100 g)896.50~1 469.01 1 219.65 1 197.91 147.80 12.34磷含量/(mg/100 g)345.01~819.40 646.02 621.69 98.37 15.82 VE含量/(mg/100 g)14.53~56.34 44.88 44.20 8.11 18.35甾醇含量/(mg/100 g)67.28~195.77 104.77 105.04 21.87 20.82芝麻酚含量/(µg/g)164.39~501.18 304.08 324.83 93.31 28.72芝麻素含量/(µg/g)2 336.25~6 960.60 3 553.01 3 693.63 1 067.90 28.91芝麻林素含量/(µg/g)845.73~2 676.97 1 423.40 1 500.48 404.96 26.99总糖含量/%5.23~18.57 9.74 10.51 3.33 31.68水分含量/%0.02~2.08 0.36 0.48 0.42 87.50灰分含量/%2.99~6.18 5.01 4.85 0.63 12.99酸价/(mg/g KOH)0.70~5.50 1.30 1.81 1.19 65.74

由表2可以看出,粗脂肪、粗蛋白变异系数均小于10%,离散程度小,未表现出显著差异;水分、酸价、芝麻酚等指标变异系数较大,数据离散程度较大,各品牌芝麻酱差异极显著,可能原因是不同厂家生产过程中润洗时间、焙炒条件不同。比较各指标中位数和平均值可知,粗脂肪、粗蛋白、粗纤维、VE及甾醇的中位数接近平均值,数据离散型点较少。表2中各指标数据离散型较少,各品牌芝麻酱的品质差异可能与芝麻品种、焙炒时间、温度等条件有关。

芝麻在焙炒过程中,芝麻林素转化为芝麻酚,故芝麻酚及芝麻林素含量与焙炒条件有关 [12]。水分含量变化范围较大,可能与生产条件有关。除芝麻酚、芝麻林素、水分外,其余各指标含量多与原料自身含量有关。根据SB/T 10260—1996《芝麻酱》规定,35 个受测样品中,不合格产品为B2、B4、B22、H9、H1 1、H1 2,不合格率达17.14%,不合格项目主要为酸价、水分、粗脂肪含量,可能原因是不同样品的原料、生产条件差异导致。

2.2 主成分分析

表3 主成分分析解释的总方差
Table 3 Total variance explained of PCA

主成初始特征值提取平方载荷载入分数特征值方差累计方差特征值方差累计方差贡献率/%贡献率/%贡献率/%贡献率/% 1 3.11 22.19 22.19 3.11 22.19 22.19 2 1.96 14.02 36.21 1.96 14.02 36.21 3 1.67 11.96 48.17 1.67 11.96 48.17 4 1.42 10.14 58.31 1.42 10.14 58.31 5 1.36 9.70 68.01 1.36 9.70 68.01 6 1.02 7.32 75.33 1.02 7.33 75.33 7 0.76 5.46 80.79 8 0.67 4.76 85.54 9 0.62 4.46 90.00 10 0.43 3.06 93.06 11 0.39 2.81 95.87 12 0.29 2.10 97.97 13 0.23 1.66 99.63 14 0.05 0.37 100

表4 主成分分析旋转后的成分载荷矩阵
Table 4 Rotated component matrix of PCA

注:旋转在11 次迭代后收敛。

指标主成分1 2 3 4 5 6粗脂肪0.09-0.01-0.74-0.20-0.01 0.35粗蛋白0.08-0.13 0.81-0.07-0.15 0.15粗纤维-0.69-0.25-0.05 0.26 0.35 0.14钙0.57 0.17 0.47-0.35 0.27 0.17磷0.68-0.10-0.32 0.23 0.25-0.04 VE 0.03 0.06-0.08-0.01 0.93-0.04甾醇-0.03 0.28 0.20 0.14 0.21 0.75芝麻酚-0.02 0.14 0.10 0.81 0.10 0.13芝麻素0.05 0.95-0.01 0.05-0.10-0.01芝麻林素0.11 0.89-0.07-0.19 0.23 0.21总糖0.58 0.19 0.48-0.01 0.36-0.15水分0.09-0.04-0.24 0.04-0.21 0.72灰分0.71 0.01 0.10-0.20-0.07 0.28酸价-0.17-0.28-0.06 0.74-0.10-0.01

主成分分析是将多个指标转化为少数几个综合指标的简化多变量数据的统计方法。在达到降维目的的同时,应尽量综合较多的信息,因此常采用方差累计贡献率来确定主成分数目。由表3可知,第1主成分的特征值为3.11,方差贡献率为22.19%,第2、3、4、5、6主成分的特征值均大于1,方差贡献率依次为14.02%、11.96%、10.14%、9.70%、7.32%,前6 个主成分的累计方差贡献率为75.33%,即6 个主成分解释了总变异的75.33%,可提取6 个主成分。

主成分分析因子载荷矩阵中的数值绝对值的大小代表了主成分与原始变量的相关程度,可据此对主成分命名。为了更好地解释和命名变量,通常将主成分的载荷矩阵进行旋转,载荷系数更接近0或1时,主成分可得到更好的解释和命名。利用SPSS 16.0进行正交旋转。如表4所示,第1主成分主要综合了灰分、磷信息,可命名为矿物质因子;第2主成分综合了芝麻素、芝麻林素信息,二者是芝麻中特有的内源性抗氧化物质,具有消除体内自由基,降低血清中胆固醇的作用,可命名为生理功能因子;第3主成分综合了粗蛋白信息,可命名为营养因子;第4主成分综合了芝麻酚、酸价信息,芝麻酚是芝麻林素在芝麻高温焙炒或高温制油过程中转换而成,酸价则是脂肪水解程度、游离脂肪酸含量的指标,可命名为内在品质因子;第5主成分综合了VE信息,VE与芝麻素、芝麻林素具有协同增效作用,可命名为抗氧化因子;第6主成分综合了甾醇信息,说明甾醇具有相当独立性,命名为健康因子。

2.3 感官评价结果

表5 芝麻酱感官评价结果
Table 5 Sensory evaluation scores of sesame paste

类别编号感官品质评分总分色泽气味组织状态口感B1 17.00 26.15 27.08 17.00 87.23 B2 16.08 25.08 23.38 15.38 79.92 B3 16.00 23.00 25.85 15.62 80.46 B4 16.85 24.23 26.85 17.08 85.00 B5 16.69 24.77 25.69 16.62 83.77 B6 16.46 25.23 26.15 15.77 83.62 B7 16.69 24.15 25.69 15.62 82.15 B8 15.31 25.00 25.50 14.58 80.39 B9 14.62 24.38 23.15 15.54 77.15 B10 17.23 24.62 26.08 16.85 84.77 B11 15.23 23.23 23.15 15.23 77.15 B12 13.69 21.54 20.08 13.85 69.15白芝麻酱B13 16.54 23.38 25.23 15.92 81.08 B14 15.69 23.08 24.08 15.08 77.92 B15 15.77 23.85 25.00 16.46 81.08 B16 16.31 25.46 24.38 16.54 82.69 B17 15.77 24.46 23.92 14.54 78.69 B18 16.62 25.00 25.08 16.15 82.85 B19 16.62 24.62 25.23 16.54 83.00 B20 15.92 24.31 25.00 16.15 81.38 B21 15.38 25.77 24.00 15.23 80.38 B22 15.69 24.38 22.85 15.46 78.38平均值80.84黑芝麻酱H1 16.54 24.69 26.15 16.77 84.15

续表5

类别编号感官品质评分总分色泽气味组织状态口感H2 13.38 22.69 21.15 13.00 70.23 H3 16.31 23.31 25.77 15.00 80.38 H4 15.85 23.08 25.31 15.15 79.38 H5 16.08 22.08 24.38 12.69 75.23 H6 15.92 22.15 24.92 13.92 76.92黑芝麻酱H7 16.08 23.15 24.77 14.62 78.62 H8 16.15 23.15 25.77 15.54 80.62 H9 15.08 21.85 22.31 14.85 74.08 H10 13.15 20.69 23.92 15.31 73.08 H11 15.46 21.85 24.08 13.85 75.23 H12 15.62 22.08 26.15 14.85 78.69 H13 15.85 22.69 25.92 15.15 79.62平均值 77.00

由表5可知,不同品牌芝麻酱在色泽、气味、组织状态、口感方面均存在不同程度的差异,且白芝麻酱感官品质高于黑芝麻酱,可能原因是白芝麻酱色泽浅黄、口感细腻,更易为大众接受。白芝麻酱中B1总分最高,达87.23 分,B12总分最低,为69.15 分;黑芝麻酱中H1感官评分高达84.15 分,评分较低的为H2,为70.23 分。白芝麻酱和黑芝麻酱感官评分均受色泽和组织状态影响较大。

2.4 市售芝麻酱产品的综合评价结果

由SPSS 16.0软件可得到35 个产品的主成分得分,在此基础上对产品进行综合评价。根据各主成分的特征根做权数,对每个主成分加权加总,得到各产品的综合得分,依据6 个不合格产品,将其并列排在最后,可得出市售芝麻酱产品综合品质排序,如表6所示。

表6 市售芝麻酱产品综合评分及排序
Table 6 Comprehensive quality evaluation results and ranking of marketed sesame pastes

编号综合综合得分综合编号综合综合得分综合得分排序排序得分排序排序B1 0.72 1 1 H1 0.64 3 3 B2-0.36 28 30 H2 0.33 8 8 B3-0.14 25 20 H3 0.29 9 9 B4-0.13 24 30 H4-0.57 32 26 B5-0.22 27 22 H5 0.49 5 5 B6-1.15 35 29 H6-0.01 19 17 B7-0.66 33 27 H7 0.48 6 6 B8-0.43 31 25 H8 0.67 2 2 B9 0.22 11 11 H9 0.15 14 30 B10 0.01 18 16 H10-0.40 30 24 B11 0.14 15 14 H11 0.02 17 30 B12-0.93 34 28 H12-0.08 23 30 B13-0.38 29 23 H13 0.62 4 4 B14 0.25 10 10 B15 0.38 7 7 B16 0.18 12 12 B17-0.06 22 19 B18 0.05 16 15 B19-0.02 21 18 B20-0.19 26 21 B21 0.15 13 13 B22-0.02 20 30

表7 主成分得分排序及感官评价得分排序配对样本t检验统计
Table 7 Paired t rest statistics for ranking of principal component scores and sensory scores

配对平均值标准差标准误置信区间(95%)t值自由度P值(双侧)下限上限主成分-感官评价1.57 12.02 2.03-2.56 5.70 0.77 34 0.44

由表6、7可知,主成分综合得分排序结果表明,前1 0名中黑芝麻酱产品居多,可能由于黑芝麻酱营养价值更高;理化指标客观地表达了其内在品质和营养价值,感官评价更注重芝麻酱色泽、口感等可直接感知的主观感受,样品主成分得分与感官评价得分分别排序后对样品进行配对t检验,结果表明无显著差异(P=0.44>0.05),这表明主成分得分结果与感官评价结果存在一定程度的一致性,可为消费者选购产品及企业生产提供一定依据。

3 结 论

对35 个市售芝麻酱进行了感官评价及14 个理化品质测定分析。主成分分析和感官评价相结合可用于分析市售芝麻酱产品品质优劣。

感官分析结果表明不同品牌芝麻酱在色泽、气味、组织状态、口感方面均存在不同程度的差异,与黑芝麻酱相比,白芝麻酱色泽浅黄、口感细腻,更易为大众接受。描述性分析结果表明,粗脂肪、粗蛋白2 项指标变异系数均小于10%,未表现出品质间差异。其余指标变异系数较大,数据离散程度较大,各品牌芝麻酱品质有差异。

主成分分析结果显示,矿物质、木酚素、粗蛋白、酸价、VE、甾醇6 个主成分,可解释变量的75.33%,是评价芝麻酱品质的特征指标,能够代表14 个理化指标的绝大部分信息。

样品主成分得分与感官评价得分分别排序后对样品进行配对t检验,结果表明无显著差异(P=0.44>0.05),说明主成分综合得分排序与感官评价结果基本一致,市售芝麻酱产品较好的有B1、B15、H1、H8等,本实验研究的客观指标评价和感官评价结果存在一定程度的一致性,可以更好地为消费者选购产品和企业改进生产提供参考。

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Comprehensive Quality Assessment of Marketed Sesame Paste Using Principal Component Analysis

WANG Yingying, HOU Lixia*, HU Aipeng, WANG Xuede
(College of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450001, China)

Abstract:Sensory evaluation of thirty-five sesame pastes in the market was carried out. Their chemical components including crude fat, crude protein, crude fi ber, VE, sterolin, calcium, and phosphorus contents were determined as well. Principal component analysis (PCA) was used for comprehensive assessment. A comprehensive score for each sample was obtained by PCA and sensory evaluation. The results showed that color and texture had signifi cant effects on sensory scores for both white and black sesame pastes. In general, white sesame paste had higher sensory scores than black sesame paste. The chemical components of sesame pastes showed different degrees of variation. While water content and acid value showed bigger degrees of variation, the variations in crude fat and crude protein contents were smaller. The fi rst six principal components identifi ed based on PCA were mineral, lignan, crude protein, acid value, VE and sterol, accounting for 75.33% the total variability. The ranking orders of comprehensive scores of the principal components and sensory evaluation were basically consistent. Out of 35 samples tested, six (17.14%) were unqualified mainly in terms of acid value, water content and oil content.

Key words:sesame paste; quality; principal component analysis; comprehensive assessment

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201706048

中图分类号:TS264.2

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2017)06-0310-05

引文格式:

王颖颖, 侯利霞, 胡爱鹏, 等. 主成分分析法评价市售芝麻酱产品品质[J]. 食品科学, 2017, 38(6): 310-314.

DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201706048. http://www.spkx.net.cn

WANG Yingying, HOU Lixia, HU Aipeng, et al. Comprehensive quality assessment of marketed sesame paste using principal component analysis[J]. Food Science, 2017, 38(6): 310-314. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/ spkx1002-6630-201706048. http://www.spkx.net.cn

收稿日期:2016-05-16

基金项目:国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-15-1-10);国家自然科学基金面上项目(31271884)

作者简介:王颖颖(1992—),女,硕士研究生,研究方向为粮食、油脂及植物蛋白工程。E-mail:wangyingying_nv@163.com

*通信作者:侯利霞(1969—),女,副教授,博士,研究方向为植物油脂与蛋白加工利用。E-mail:hou1269@126.com