油用文冠果品质的主成分分析与聚类分析

李 秀，苏东民，2*，席克忠

(1.河南工业大学 生物工程学院，河南 郑州 450001；2.河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001；3.郑州侨联生物能源有限公司，河南 郑州 450001）

0 引言

文冠果是我国特有的木本油料树种.文冠果含油量很高，种子含油量35%～40%，种仁含油量59%～73%，文冠果油是由14 类90 多种物质组成的混合物，不饱和脂肪酸含量高，被称为“ 油料珍品”[1].发展文冠果产业，主要目的是利用文冠果种子榨取油脂.油脂含量是评价油料种子的重要指标，脂肪酸组成更是选择优良食用植物种源的重要依据.然而不同地区文冠果品质差异显著，因此深入研究不同文冠果品种品质特性，建立文冠果品质评价方法，是发展文冠果产业的一个重要方向.作者将文冠果种仁基本品质性状与其油脂化学成分相结合，建立基于主成分分析和聚类分析判别函数的文冠果质量评价模型，可以更为客观地评价文冠果质量.

1 材料与方法

1.1 样品的采集

试验分别采购了荥阳、方山、张家口、浑源、潍坊5 个地区的文冠果，又收集整理了志丹、栾川、杨凌、子午岭、赤峰、翁牛、灵宝、白城、西安、建平10 个地区文冠果的相关理化指标，本研究对这15个地区的文冠果是否适宜用作油脂加工做出综合分析评判.

1.2 样品的测定方法

仁壳比采用手工脱壳的方法，随机取样500 g，分别称取种仁、种皮的总量，以种仁/种皮的形式表示，重复取样5 次，以相近3 个数的平均值表示[2]；测定种仁灰分含量参照GB/T 5505—2008；测定种仁矿物质Zn、Fe 含量参照GB/T 14609—2008；测定种仁粗脂肪含量参照GB/T 5512—2008；测定脂肪酸组成采用气相色谱法分析.气相色谱分析条件为：FID 检测器，色谱柱SGE BPX-70，柱箱温度180 ℃，检测器温度230 ℃,进样口温度210 ℃，检测器压力307 kPa，H2流量47.0 mL/min，空气流量399.8 mL/min，色谱柱流量1.0 mL/min.

1.3 数据分析

应用SPSS16.0 对最终数据进行相关性分析、主成分分析和聚类分析[3-4].

2 结果与分析

2.1 不同文冠果样品相关性分析

对15 个地区文冠果样品种仁的粗脂肪和各种脂肪酸含量进行相关性分析，结果见表1.

表1 不同地区文冠果粗脂肪、脂肪酸相关性分析Table 1 The correlation analysis of oil content and fatty acid composition of Shiny-leaf Yellowhorn from different districts

由表1 可知，各指标之间都存在一定的相关性，其中文冠果粗脂肪与油酸呈显著正相关，与亚油酸和花生二烯酸呈显著负相关，而与亚麻酸、棕榈酸、硬脂酸等相关性不显著，可能是由于亚麻酸、棕榈酸、硬脂酸含量较少的缘故.各主要脂肪酸之间：油酸与亚油酸、花生二烯酸呈极显著负相关；亚油酸与硬脂酸呈极显著负相关，与山俞酸呈显著负相关，而与花生二烯酸呈显著正相关；山俞酸与硬脂酸、亚麻酸、花生二烯酸均呈极显著正相关；棕榈酸与其他各脂肪酸相关性均不显著.仅通过分析文冠果种仁粗脂肪和各脂肪酸含量不能够准确反映油用文冠果的品质，因此可以增加有关其种仁品质的其他重要指标进行综合分析评定.

2.2 不同文冠果样品主成分分析

文冠果的仁壳比（出仁率）越大则说明文冠果可利用率越高.灰分是标示样品中无机成分（又称矿物质）总量的一项重要指标，灰分越高则无机盐含量越大.根据文冠果种仁粗脂肪含量、脂肪酸组成间各指标相关性大小，初步保留的指标为粗脂肪、亚油酸、棕榈酸、亚麻酸.将仁壳比、灰分、粗脂肪、亚油酸、棕榈酸、亚麻酸、Fe、Zn，8 个指标的原始数据标准化后做主成分分析[4].相关矩阵的特征值和方差如表2 所示，提取了3 个主成分，其特征值分别为3.074、1.834、1.442，累计方差贡献率为79.369%，前3 个主成分可以表达原来8 个原始指标的79.369%的信息，由原来的8 个指标转化为3个指标.主成分得分系数矩阵见表3.

表2 特征值与方差贡献Table 2 Total variance explained

表3 主成分得分系数矩阵Table 3 Component matrixn of Yellowhorn

由表3 可得，各主成分线性模型：

由于是以相关系数矩阵为出发点进行因子分析，所以主成分分析表达线性模型中的x1、x2、…、x8应该是标准化变换后的标准变量.由表2和表3 可知，y1单独说明原始变量的38.425%，代表变量为x1、x2、x3和x7含量；y2单独说明原始变量的22.92%，代表变量为种仁x4、x7和x8含量；y3单独说明原始变量的18.02%，代表变量为x5和x6含量.

2.3 不同地区文冠果聚类分析

由主成分得分系数矩阵与仁壳比、灰分、粗脂肪、亚油酸、棕榈酸、亚麻酸、Fe、Zn 8 个标准化变量间的线性关系，分别计算出各地区文冠果3 个主成分得分.各地文冠果3 个主成分得分情况如表4 所示.将其按照是否适宜作为油用文冠果进行分类，聚类情况如表5 所示.

表4 油用文冠果主成分得分Table 4 Component score of Yellowhorn

表5 样品聚类分析后归类情况Table 5 Sample classification of cluster analysis

由表5 可知，依据中心点欧式距离顺序排列，将15 个地区文冠果分为适宜、较适宜、基本适宜、不适宜4 类，第一类是产于志丹和建平的文冠果，这两个地区的文冠果相对最适宜用作油脂原料；第二类是方山地区文冠果，此地文冠果相对较适宜用作提取文冠果油；第三类为荥阳、张家口、浑源、潍坊、赤峰、杨凌、灵宝、白城、西安9 个地区的文冠果，这些地区的文冠果种仁相对基本适合作为油脂原料；第四类为其他3 个地区文冠果，这些地区的文冠果与前3 类相比最不适合作为文冠果油料使用.

3 结论

对各地区文冠果脂肪酸组成、粗脂肪含量做相关性分析可知，文冠果粗脂肪与油酸呈极显著正相关，与亚油酸呈极显著负相关.各主要脂肪酸之间：油酸与亚油酸、花生二烯酸呈极显著负相关；亚油酸与硬脂酸呈极显著负相关，与山俞酸呈显著负相关，而与花生二烯酸呈显著正相关；山俞酸与硬脂酸、亚麻酸、花生二烯酸均呈极显著正相关；棕榈酸与其他各脂肪酸相关性均不显著.

对文冠果仁壳比、灰分、粗脂肪、亚油酸、棕榈酸、亚麻酸、Fe、Zn8 个指标的原始数据标准化后做主成分分析，提取到了3 个主成分，累计方差贡献率为79.369%，前3 个主成分可以表达原8 个指标79%以上的信息，起到降维的作用.

对文冠果进行聚类分析，分为适宜、较适宜、基本适宜、不适宜4 类，分析表明，陕西志丹和辽宁建平文冠果最适宜作为油脂原料，山西方山文冠果则较为适宜作为文冠果油料使用.

［1］陈鸥，董凤亮，马海渊，等.文冠果油的萃取及理化性质和脂肪酸组成分析［J］.北京农学院学报，2013（1）:78-80.

［2］邓红.文冠果种仁品质及其油脂和蛋白质资源利用研究［D］.西安：陕西师范大学，2011.

［3］高祥宝，董寒青.数据分析与SPSS 应用［M］.北京:清华大学出版社，2007.

［4］薛薇.基于SPSS 的数据分析［M］.北京:中国人民大学出版社，2006.