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燕麦籽粒与燕麦片品质的相关性与主成分分析

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2017年12月 中国粮油学报 Vo1.32,No.12 第32卷第12期 Journal of the Chinese Cereals and Oils Association Dee.2017 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) 摘 要 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 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、B一葡聚糖含量高,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。 关键词 燕麦籽粒燕麦片 相关性主成分分析 中图分类号:S512.6 文献标识码:A 文章编号:1003—0174(2017)12—0019—06 燕麦属禾本科燕麦属,是世界八大粮食作物之 表1燕麦样品品种及来源 一。我国以裸燕麦为主,产量约占燕麦总产量95%, 来源 类型 品种 来源 类型 品种 主要分布在内蒙古、河北等地 J。燕麦已成为世界公 吉林白城 裸 白燕2号 河北张家口 皮 张燕8号 白燕3号 张燕九号 认的营养和医疗保健价值最高的谷类作物之一,经常 白燕l3号 冀张燕3号 食用可以降低血清胆固醇 ,降低血糖水平 以及促 白燕5号 冀张燕4号 进益生菌增值_4 等。燕麦片是以燕麦为原料,经蒸煮、 白燕8号 冀张燕5号 烘干、压片及干燥等工艺流程加工制成,几乎保留了燕 白燕l1号 裸H44 白燕15号 鉴44—625—52 麦所有的营养成分,是我国最主要的燕麦加工食品之 白燕2号 坝莜l0号 一。国内外学者研究了加工过程中不同加工工艺和设 白燕13号 坝莜8号 备对燕麦片品质的影响_5 J,但对燕麦原料与燕麦片 内蒙古 皮 蒙燕1号 D242—5—1—5—16 品质问的相关性以及加工燕麦片专用品种的研究仍较 乌兰察布 定燕2号 ¥20—1759 坝燕6号 张燕7号 少。本研究以56份燕麦原料为研究对象,通过相关性 冀张燕4号 0801—188 分析与主成分分析的方法,比较燕麦籽粒理化指标等 裸 内燕5号 坝莜1号 品质与其加工后燕麦片品质特性的关系,探究燕麦原 燕科2号 青海西宁 皮 巴燕5号 草莜1号 西宁皮1 料中影响燕麦片品质的主要因素,以期建立燕麦片原 燕科1号 有机林纳 料理化指标筛选标准,为燕麦片加工原料的选择提供 定莜9号 林纳 参考。 坝莜13号 加拿大 燕科2号 444 坝莜l4号 高寒1号 l 材料与方法 白燕2号 西宁皮2 1.1试验材料 坝莜8号 巴燕3号 燕麦样品品种及来源见表1。 定杂2号 裸 草莜l号 相皮 西宁裸1 基金项目:现代农业产业技术体系资助(CARs—O8一D一3) 裸新燕麦1号 西宁裸2 收稿日期:2017一O1—02 作者简介:陈子叶,女,1994年出生,硕士,食品科学 新燕麦3号 西宁裸3 通讯作者:李再贵,男,1964年出生,教授,谷物科学与利用 河jB张家口皮 RDY2—4 张北莜 20 1.2燕麦籽粒品质指标测定 中国粮油学报 2017年第12期 7:1(V/m)加入沸腾热水冲调,用小勺搅匀,室温下 静置10 rain,待燕麦片充分熟化。进行冲泡后的感 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一04A高速粉碎 机粉碎燕麦,过40目筛后分装于密封袋中,于一l8 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 rain。参考标度法 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 ℃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B一葡 聚糖含量;GB/T 5514—2008、GB/T 5009.9—2003测 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 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 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。 含量;使用色彩色差计CR一400(Minoha)测定燕麦 原粮白度,三色协调系统 ,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 ̄jn-r与品质指标测定 2 结果与分析 2.1 燕麦籽粒与燕麦片品质指标分析 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_2O10测定燕麦片水分;参照 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B一葡聚糖 变异程度较大,系数均在15%以上。顾军强等¨ 研 究2012年全国范围内31个裸燕麦品种,发现蛋白 质、粗脂肪、B一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l8.51%,B一葡聚 糖质量分数最高的品种是西宁产草莜1号,为 5.56%。p一葡聚糖属于燕麦中的可溶性膳食纤维, Gates F.K等 的方法测定燕麦片常温吸水率和容 重;参照路长喜等 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¨¨的方法测定燕 麦片汤汁黏度;使用色彩色差计CR一400(Minoha) 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 占总膳食纤维的1/3_】 ,具有降脂减肥 ,降低血 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表示取半勺汤放人中,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。 第32卷第12期 陈子叶等燕麦籽粒与燕麦片品质的相关性与主成分分析 2l 糖 以及益生元_4 的作用。在燕麦片品质指标中, 2.3燕麦片感官指标与燕麦籽粒的品质间相关性 分析 口 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 叫研究结果一致。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。 2.2燕麦片感官评价结果 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B一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 值和麦片的 值与燕麦片泡前色泽呈极显著 正相关(P<0.O1),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 值和C/, 值与泡后色泽呈显著正相关(P<0.05),表 明燕麦原料的 值和6 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 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 5相关性分析结果表明,蛋白质、灰分、纤维素、13一葡 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 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 一主成分分析是将多指标简化为少量综合指标的 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 ,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, 以及内蒙古燕科2号。 燕麦原料 、 表3燕麦原料营养品质与燕麦片品质指标 : 燕麦片 平均值±标准差 含水量/% 10.O1--I0.50 变幅 8.65~11.5O 含水量/% 平均值±标准差 9.38±0.97 变幅 7.02~11.72 脂肪/% 蛋白质/% 总淀粉/% 6.61±1.36 13.89±2.29 6O.67±6.02 3.68~9.93 8.69~18.51 49.O0~73.48 常温吸水率/% 高温吸水率/% 膨胀度/% 178.54±24.52 292.30±38.94 170.47±l1.37 121.55~226.34 232.65~381.96 148.17~196.67 直链淀粉/% 灰分/% 20.46±6.28 2.27±0.42 10.83~41.47 1.29~3.14 可溶性固形物/。Brix 黏度/mPa・s 1.85±0.37 235 249±90 298 1.10~2.85 99 000~400 000 纤维素/% 13一葡聚帮 % 燕麦籽粒£ 燕麦籽粒n 燕麦籽粒6 1.30±0.26 4.08±0.64 84.99±1.35 0.47±0.22 7.O1±0.85 0.81~1.84 2.83~5.56 81.42~87.33 0.03~1.13 4.41~8.75 容重/异/L 麦片 值 麦片Ⅱ 值麦片b 值 320.69±23.08 84.06±1.37 0.32±0.14 7.38±0.82 264.40~361.02 81.11~86.18 0.05~0.66 5.83~9.54 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 22 中国粮油学报 2017年第12期 注:{和{ 分别表示在5%和1%水平上相关显著。 选取特征值大于1的前7个主成分,结果显示主成分 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。 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6各主成分因子向量载荷系数及方差贡献率 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 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,l,。一y7为7个主成分, 个品质。 Yl=0.138 1+0.020X2+0.211置+0.036X4+ 0.273X5+0.188X6+0.255X7+0.255Xg一0.144X9— 0.099Xlo+0.240Xl1—0.232X12+0.109Xl3+ 一 为原始数据29 0.193X14+0.245X15+0.072X16—0.150Xl7+ 0.241X18+035Xl9—0.130X2o+0.197X21+0.262X22— 0.o85x23+0.221 24+0.230X25—0.254X ̄一 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 0.045X27+0.190Xz ̄一0.145Xz9 =0.217X1+8.362X2+8.155x3+……一0.o24x ̄9 + 0.343X27—0.171 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 v3=0.039Xl一0.034X2+0.IOOX3+……0.311X27—0.147X28+O.443X29 一 v4=一0.129Xl+0.oo6x2+0.097X3+……一 0.030X27-0.301 8+0.130 9 g5=0.362X1—0.oo4x2+0.116X3+……一 分代表了燕麦原料的脂肪和燕麦片的常温吸水率; 0.035X27+0.108X2 一0.086 。 第32卷第12期 陈子叶等—燕麦籽粒与燕麦片品质的相关性与主成分分析 + 23 y6=0.239X1+0.398X2 0.030x27—0.O19X2s+O.178X29 =0.300X ̄+……参考文献 + 0.174X1+0.027X2 一0.158X3+……[1]DiFelice R A.An investigation of plasma pretreatments and plasma polymerized thin films for titanium/polyimide adhe— 0.045X ̄7+0.067X28-0.O07X29 Z=0.25987y1+0.16796y2+0.10513】,3+ 0.074 49 +0.061 04Y5+0.045 49r6+0.041 10r7 sion[D].Blacksburg:Virginia Polytechnic Institute and State University,2001 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 [2]Ryan D,Kendall M,Robards K.Bioactivity of oats as it re— lates to cardiovascular disease.[J].Nutirtion Research Re. views,2007,20(2):147—162 [3]Panahi S,Ezatagha A,Temelli F,et a1.B—glucan from two 燕麦品种的综合品质较佳;草莜1号、林纳、¥20— 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,发现同燕麦原料的口 值、直链淀粉含量 以及燕麦片的0 值、黏度在不同品种问变异程度较 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、B一葡聚糖含量高,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。 sources of oat concentrates affect postprandial glycemia in re・ lation to the level of viscosity[J].Journal of the American College of Nutirtion,2007,26(6):639—644 [4]Yang J,Martinez I,Walter J,et a1.In vitro characterization of the impact of selected dietary fibers on fecal microbiota composition and short chain fatty acid production.[J].An— aerobe,2013,23:74—81 [5]Dorota K,Henrykh J.Effect ofheat treatment on the lfavor of oat flakes[J].Journal of Cereal Science,2008,48(3): 656—661 [6]郭丽娜,钟葵,佟立涛,等.燕麦片加工过程中营养品质 及加工特性变化[J].中国粮油学报,2015,30(1):39— 43 Guo L N,Zhong K,Tong L T.Variations of nutritional qual- ity and processing characteristics during processing of oatmeal 『J].Journal of the Chinese Cereal and Oils Association, 2015,30(1):39—43 [7]周小理,文浪,王宏,等.不同品种原料及熟化工艺对燕 麦片品质特性影响的研究[J].食品工业,2014(10): 64—68 ZhouX L,Wen L,WangH,et a1.Study onthe effect of raw materials and ripening process on oatmeal quality characteris— tics[J].The Food Industry,2014(10):64—68 [8]Cao R,Ren C,Li Z.The effects of different inactivation treatments on the storage properties and sensory quality of na— ked oat[J].Food and Bioprocess Technology,2012,5(5): 1853—1859 [9]Gates F K,Sontag—Strohm T,Stoddard F L,et a1.Interac— tion of heat—moisture conditions and physical properties in oat processing:II.Flake quality[J].Journal of Cereal Sci— ence,2008,48(2):288—293 [10]路长喜,王岸娜,周素梅,等.燕麦片加工品质评价及其 品种相关性研究[J].中国粮油学报,2009,24(8): 42—46 Lu C X,Wang A N,Zhou S M,et a1.Oats flake evaluation and oat variety selection[J].Journal of the Chinese Cereal and Oils Association,2009,24(8):42—46 [11]董吉林,郑坚强,申瑞玲.燕麦B一葡聚糖的黏性及其 中国粮油学报 在冰淇淋中的应用[J].食品研究与开发,2007,28 (7):193—196 2017年第12期 [14]李婷,左芳雷,李再贵,等.燕麦的研究现状及其发展前 景[J].农业机械,2012(16):88—92 Li T,Zuo F L,Li Z G,et a1.Research situation and devel— Dang J L,Zheng J Q,Shen R L.Application of oat B— Glucan cream production[J].Food Research and Develop— ment,2007,28(7):193—196 opment prospect of oat[J].Farm Machinery,2012(16): 88—92 [12]韩北忠,童华荣,杜双奎.食品感官评价[M].北京:中 国林业出版社,2016 Han B Z,Tong H R.Du S K.Food sensory evaluation [15]Shimizu C,Kihara M,Ace S,et a1.Effect of high 13一glu— can barley on serum cholesterol concentrations and visceral fat area in Japanese men——A Randomized.Double—blin— [M].Beijing:China Forestry Publishing House,2016 ded,Placebo—controlled Tril[J].Plaant Foods for Human Nutrition,2008,63(1):21—25 [13]顾军强,钟葵,王立,等.不同燕麦品种用于加工燕麦片 的适宜性评价[J].中国粮油学报,2016,31(3):18—24 Gu J Q,Zhong K,Wang L,et a1.Suitability evaluation of [16]高惠璇.应用多元统计分析[M].北京:北京大学出版 社.2005 oat varieties used for oatmeal processing[J].Journal of the Chinese Cereal and Oils Association,2016,31(3):l8—24 Gao H X.Applied multivariate statistical analysis[M]. Beijing:Peking University Press,2005. 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) Abstract Correlation and principal component analysis were used to find the relationship between the quality of oat and oatmea1.56 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,if L and b 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,p—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 compo— nents analysis,accumulative variance contribution of the first seven principle components accounted for 75508%. .comprehensive evaluation of oat flake showed that Dingyan NO.2,Xining NO.1,Xinyanmai NO1,Zhangyan NO.4 .and Yanke NO.2 were high quality varieties,indicating that they were more suitable for oat flake processing. Key words oat groats,oatmeal,correlation,principal component analysis 

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