精制竹醋液指标间关系及产品质量判别分析

王汉坤， 余 雁，江泽慧， 田根林， 刘杏娥， 刘 冬

（国家林业局与北京市共建竹藤科学与技术重点实验室，国际竹藤中心，北京 100102）

精制竹醋液指标间关系及产品质量判别分析

王汉坤， 余 雁，江泽慧， 田根林， 刘杏娥， 刘 冬

（国家林业局与北京市共建竹藤科学与技术重点实验室，国际竹藤中心，北京 100102）

竹醋液是竹材热解过程中产生的烟雾经冷却得到的水溶液，用途广泛。竹醋液成分复杂，不同厂家生产的竹醋液质量差异较大，影响后续加工和使用。收集了不同地区11个厂家生产的竹醋液，分别测定其折光率、pH值、密度、焦油含量、总酸含量，并采用典型相关分析分析了指标之间的关系，同时用因子分析得到了主要判别因子，实现了竹醋液产品质量的快速预判。

竹醋液；典型相关分析；因子分析；判别分析

竹醋液是20世纪末日本率先开发成功的一种纯天然、绿色环保新产品，由竹材及竹材加工剩余物干馏气体经过冷却收集得到的酸性液体[1]。竹醋液在日本、韩国等国已广泛应用于农业和环境保护领域[2]。我国浙江、江西、福建、安徽等地也开始对竹醋液的应用加快开发步伐，在浙江衢州，竹醋液产业已初见规模，成为新的支柱产业[3]。

竹醋液用途广泛，精制竹醋液后可用作薰液，消除臭味[4]。在医疗卫生上可用作杀菌、消炎、医药、保健[5]。在农业生产中可用作植物发根促进剂、农药添加剂及抗菌剂[6]。此外，竹醋酸液还可用于高尔夫球场等草地的土壤改良[7]。

竹醋液为茶褐色或棕色混合液体，成分复杂不稳定[8-9]，主要是水，并含有有机酸、酚类、醛类等数百种有机化学物质[10]，各组分随竹材热解设备、工艺条件、收集方法、加工方法、贮存、包装、运输等条件不同而发生变化[11-12]。粗竹醋液的生产方法有3种：一是炭窑烧制法。二是干馏釜热解法，三是用特种设备制备法[13-15]。竹醋液的精制常采用静置法、有机溶剂萃取法，竹炭、活性炭吸附分离法，蒸馏、精馏法等[16-17]。各种制作方法所得竹醋液各项性能指标和质量差异较大[18-19]，影响其后续加工和使用。为实现竹醋液质量等级的快速判别，笔者收集了全国不同产地的11厂家的精制竹醋液，同时参照相关标准，对pH值、焦油含量、折光率、密度、总酸含量进行测定，对上述指标进行经典型相关分析和因子分析，找出竹醋液质量主要判别因子，实现竹醋液产品质量快速预判。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本研究共选取了不同地区11个厂家15个精制竹醋液样品，进行经典型相关分析和因子分析，找出竹醋液质量主要判别因子，以实现对竹醋液的质量实现快速预判。

1.2 试验方法

样品的前处理和测试方法参照企业标准（Q/LSF 02-2002）和《竹醋液》林业国家标准（报批稿）。

数据分析采用SPSS18.0软件，首先采用典型相关分析分析各项指标之间的相关系数，结合回归模型分析相关性显著的指标间的变化趋势；同时采用因子分析寻找决定竹醋液质量的主要公因子，从而找出竹醋液质量主要判别因子。

2 结果与讨论

2.1 竹醋液指标间的相关关系

竹醋液的pH值、焦油含量、折光率、密度、总酸含量测试结果汇总见表1，每个指标重复测量3次后取其平均值。

表1 不同厂家竹醋液指标的测定结果Table 1 Testing results of bamboo vinegar from different manufacturers

竹醋液的评价指标可以分为两类，一是竹醋液的成分指标，包括总酸含量和焦油含量；二为竹醋液的性能指标，包括折光率、密度和pH值。指标之间的联系反映成分与性能变化的联系。分别对上述指标进行两两典型相关分析，结果见表2。竹醋液指标间相关系数表明：性能指标仅有折光率与密度之间存在典型正相关关系，成分指标之间不具有相关性，而成分指标与性能指标之间却存在相关性。折光率与总酸含量和焦油含量显著正相关，其中焦油含量对折光率的影响要大于总酸含量；密度与总酸含量和焦油含量显著正相关，其中焦油含量对密度的影响要大于总酸含量；pH值与总酸含量和焦油含量显著相关，但焦油含量和pH值为正相关，总酸含量和pH值为负相关。

表2 竹醋液性能指标间的相关系数矩阵†Table 2 The correlation coefficient matrix between indicators of bamboo vinegar

图1为竹醋液折光率随密度的变化趋势，竹醋液的折光率与密度呈很好的线性相关性，折光率随密度的增加而增大，回归分析表明“折光率－密度”模型的sig值（显著性检验值）小于0.001，R2＝0.931，模型通过检验，拟合优度很好，变量之间差异性显著，模型合理。

图1 折光率与密度的关系Fig.1 Relationship between refractive index and density

图2 为竹醋液总酸含量、焦油含量随密度的变化规律，从图中可以看出，总酸含量和焦油含量均随密度的增加而增大，回归分析表明“总酸含量－密度”模型的sig值为0.043，“焦油含量－密度”模型sig值为0.004，模型均通过检验，且“焦油含量－密度”模型的拟合优度较好。虽然焦油含量与密度的相关性要优于总酸含量，但因为竹醋液中焦油含量远小于总酸含量，所以对竹醋液密度起主要作用的成分为总酸含量。

图2 密度与总酸含量、焦油含量的关系Fig.2 Relationship between density and total acid content,tar content

图3 为竹醋液总酸含量、焦油含量随pH值的变化规律。从图中可以看出，总酸含量随pH值增大而显著减小，但与焦油含量之间的关系不明显。回归分析表明“总酸含量－pH值”模型的sig值为0.024，介于0.01～0.05之间，说明变量之间差异性显著，模型合理；而“焦油含量－pH值”模型则不能建立，这表明对竹醋液pH值起主要作用的成分为总酸含量。

图3 pH值与总酸含量、焦油含量的关系Fig.3 Relationship between pH and total acid content,tar content

图4 为竹醋液总酸含量、焦油含量随折光率的变化规律。从图中可以看出，总酸含量和焦油含量均随折光率的增加而增大，回归分析表明“焦油含量－折光率”模型模型的sig值为0.003，模型通过检验，而“总酸含量－折光率”则不能建立，这表明对竹醋液折光率起主要作用的成分为焦油含量。

图4 折光率与总酸含量、焦油含量的关系Fig.4 Relationship between refractive index and total acid content, tar content

2.2 竹醋液产品质量判别

按照标准要求，需对竹醋液的5项指标全部进行检查才能最终确定产品是否合格，尤其是总酸含量测定，费时费力。2.1中的结果表明，竹醋液的指标之间存在显著相关性，因此可以利用统计软件寻找主要判别因子，实现竹醋液产品质量的快速预判。

由于竹醋液的各项指标之间数值差别较大，不宜直接进行判别分析，需确定对判别结果影响较大的因素再进行判别分析，因此首先需要进行因子分析。所谓的因子分析是按照竹醋液指标间的相关性大小进行分组，每组指标重新用相互独立的综合变量（即公共因子）来表示，这样就可以减少所要考察指标的数目，并且可以检验指标间的关系。公共因子的数量由累计方差贡献率来确定，所谓方差贡献率即公共因子的方差占总方差的百分比，当累计方差贡献百分率大于85%，即可认为公共因子能够基本表达全部的指标。

表3 公因子的特征值和累计方差贡献率Table 3 Eigenvalues of common factor and cumulative variance contribution rate

表3是因子分析结果。前两个公因子的累计方差贡献率为98.95%，即这2个公因子所含信息达到总信息的98.95%，且因为公因子之间是相互独立的，所以这两个公因子就代表了初始所得五项竹醋液指标间关系。为了确定各原始指标对公因子的贡献，也就是表达各公因子的意义，对数据进行方差极大正交旋转，所得数据见表4。

表4 公因子中原始指标的贡献度Table 4 The contribution of original index in common factors

由表3和表4可知：第一个公因子中起主要作用的指标是折光率与密度的综合因子，表明这2个指标内在联系较强，且与其他指标相互独立，方差贡献率为69.408%；第二个公因子中起主要作用的指标是pH值，表明该指标与其他指标相互独立，方差贡献率为29.54%。因此折光率、密度和pH值三个指标就可以描述五个原始指标。所以快速判别竹醋液质量时只需对折光率、密度和pH值进行测试即可。

综合上述分析，分别以折光率和pH值；密度和pH值；折光率、pH值和密度作为判别因子，对15种精制竹醋液进行质量判别，判别结果见表5。

表5 样品质量的判别结果†Table 5 Discrimination results of samples’ quality

判别结果表明：密度和pH值作为判别因子时可以对竹醋液的产品等级进行100%的判别，所达到的效果与3项指标综合的结果相同，而折光率和pH值作为判别因子时判对的概率为93.3%。考虑到测试的便捷性及准确性，以密度和pH值做为判别因子，可以实现对竹醋液产品质量进行便捷、准确、快速预判，即只要样品的密度和pH值是符合标准的，则可预测样品基本上为合格产品，为检验工作节省了大量的时间。

3 结 论

（1）竹醋液成分指标与性能指标间存在显著相关性。折光率和密度随总酸含量和焦油含量的增加而增大，对竹醋液密度起主要作用的成分为总酸含量，对竹醋液折光率起主要作用的成分为焦油含量；pH值随总酸含量的增加而显著减小，但随焦油含量的增加变化不大，对竹醋液pH值起主要作用的成分为总酸含量；

（2）因子分析表明折光率与密度的综合因子方差贡献率为69.41%，内在联系较强；pH值的方差贡献率为29.54%，独立性较强；折光率、密度、pH值是判别竹醋液质量的主要因子；

（3）以密度和pH值作为判别因子可以对竹醋液产品质量进行便捷、准确、快速预判。

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The relationship among different performance indicators of refined bamboo vinegar and the discriminant analysis of product quality

WANG Han-kun, YU Yan, JIANG Ze-hui, TIAN Gen-lin, LIU Xing-e, LIU Dong
(Key Lab. of Bio-materials, International Center for Bamboo and Rattan, State Forestry Administration of China, Beijing 100102, China)

∶ Bamboo vinegar is the acid aqueous product of bamboo pyrolysis, having wide applications. The composition of bamboo vinegar is very complicate, and the performance indicators of the products from different factories varied greatly, which will significantly affect its subsequent processing and use. The 15 bamboo vinegar samples have been collected from different factories and places, the 5 performance indicators including refractive index, pH value, density, tar content and total acid content were measured by standard method. The relationships among these indicators were analyzed by Canonical Correlation Analysis, in order to judge the quality of bamboo vinegar quickly, thus realizing fast anticipation of product quality of bamboo vinegar liquid.

∶ bamboo vinegar; canonical correlation; factor analysis; discriminant analysis

S786；S785

A

1673-923X(2012)06-0180-04

2012-01-17

国家“十二五”科技支撑项目课题（2012BAD23B0103）；国际竹藤中心基本科研业务费专科资金（1632009001）

王汉坤，博士研究生，主要研究方向：竹藤材深加工利用技术；电话010-8478907；E-mail:wanghankun@icbr.ac.cn

余 雁，博士，副研究员，主要研究方向：生物质材料结构与功能；电话：010-84789812；E-mail:yuyan9812@icbr.ac.cn

[本文编校：邱德勇]