基于主成分分析法构建五谷酸奶品质评价模型

孙德伟　陈晓华

摘 要：本文全面检测了五谷酸奶的感官评定、理化指标和微生物指标，初步确定储藏期间五谷酸奶中各指标值的最佳范围，并用SPSS软件分析各指标，建立评价五谷酸奶品质模型。研究结果表明，五谷酸奶中各指标最佳范围为：酸度值86～96°T、pH值4.05～4.35、蛋白质含量4.3～4.7 g/100 g、总糖含量6.0～6.4 g/100 g、乳清析出率5.5%～7.5%、脂肪含量4.7～5.2 g/100 g、黏度8 400～10 000 mPa·s、乳酸菌数对数值6.5～8.0。本实验将为酸奶品质综合评价奠定理论依据。

关键词：主成分分析法;五谷酸奶;品质评价;模型

Abstract：In this study， the grain yogurt comprehensive sensory evaluation， physical and chemical index and microorganism indexes were determined to analysis the optimal range of values of each index in the grain yogurt during storage. The software of SPSS was used to analyze each index and establish the evaluation model of grain quality of yogurt. The result shows that the best range of each index of grain in yogurt followed as acidity value， 86～96 °T， pH value， 4.05～4.35， protein content of 4.3～4.7 g/100 g， total sugar content， 6.4～6.0 g/100 g， whey precipitation rate of 5.5%～7.5%， fat content， 4.7～5.2 g/100 g， Lactic acid bacteria number 6.5～8.0， numerical viscosity 8 400～10 000 mPa·s. This experiment will lay a theoretical basis for the comprehensive evaluation of the quality of yogurt.

Key words：Principal component analysis; Grain yogurt; Quality evaluation; Model

中图分类号：TS252.54

酸奶是发展最快的乳制品，每年以超过20%速度增长，高品质、健康、品种多样化是酸奶最主要的发展趋势[1-3]。其中，五谷酸奶以玉米、黑豆和黑芝麻等谷物为原料，经乳酸菌发酵而成，可为人体提供丰富的膳食纤维、维生素以及多种营养[4-5]，且具有抗氧化、降血脂[6]、减肥、低热量等特殊功效[7]。我国酸奶市场前景好、产销量大，提高酸奶产品质量、建立酸奶评价指标和品质评价体系成为了各乳企的研究热点[8]。

五谷酸奶品质是用于衡量五谷酸奶等级的重要规范或依据，有主观评价和客观评价两种方法[9]。主观评价即感官评价，主要是以消费者喜好设定标准，误差较大。客观评价则是利用客观手段与仪器，把感官所能感觉到的品质性状表达出来，通常情况下，客观评价应以主观评价为参照或基准，找到客观评价与主观评价的相关性。目前，发达国家多采用比较分析法和综合评价法来建立乳制品加工品质评价指标体系[10]。消费者希望购买高品质、多花色的酸奶欲望愈加浓烈，食品企业希望提高产品品质，因此建立一套科学的品质评价体系迫在眉睫[11]。

本文在对五谷酸奶感官评定、理化指标及微生物指标测定基础上，通过SPSS分析软件进行统计分析，获得了五谷酸奶品质最佳标准范围，初步构建品质评价模型和评价标准。

1 材料与方法

1.1 材料及试剂

玉米、黑豆、黑芝麻，衡阳本地;雀巢全脂奶粉、白砂糖，市售。菌种：保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌（丹尼斯克）;氢氧化钠、酚酞、G-250考马斯亮蓝、氯化钠、浓磷酸、牛血清清蛋白（BSA）、95%乙醇、硫酸铜、次甲基蓝、酒石酸钾钠、乙酸锌、冰乙酸、亚铁氰化钾、盐酸、葡萄糖。

1.2 仪器与设备

SW-CJ-1D型单人净化工作台（苏州净化设备有限公司）、SPX-250B-G型光照培養箱（上海博讯实业有限公司）、HH-S6型数显恒温水浴锅（金坛市安普实验仪器厂江）、722SP13100型可见分光光度计（上海棱光技术有限公司）、奥浦UB100系列显微镜（重庆奥浦光电技术有限公司）、DHG-9240型电热鼓风干燥箱（金坛市普安实验仪器厂）、BXM-30R型立式压力蒸汽灭菌器（上海博迅实业有限公司医用设备厂）等。

1.3 五谷酸奶的制作及实验方法

在前期研究的基础上，得到五谷酸奶最佳配方：黑芝麻汁添加量10%，黑豆汁添加量13.3%，玉米汁添加量13.3%，奶粉7.9%，接种量3%，发酵时间7 h，温度42 ℃，白砂糖用量5%;五谷酸奶发酵完成后置于5 ℃环境冷藏。

1.4 五谷酸奶品质评价指标测定方法

1.4.1 五谷酸奶的感官评价

参照GB 19302-2010中凝固型酸乳感官检验方法，评定标准见表1。感官鉴评小组由7名女性、3名男性共10名学生自愿者组成，年龄在19～23岁，10名志愿者经常饮用发酵乳且均接受了食品感官鉴评课程培训。

1.4.2 理化指标测定

（1）酸奶黏度的测定。选用Brookfield DV-1 VISCOMETER黏度仪。转速调至60 r·min-1（黏度范围为0～2 000 Pa·s），仪器开机平衡约15 min后，在室温（25 ℃）测定参数值。

（2）酸度的测定。参照GB/T S009.46-2010中的酸度滴定法测定酸度。

（3）脂肪的测定。参照GB/T5009.6-2003中索氏抽提法测定脂肪含量。

（4）蛋白质的测定。采用考马斯亮蓝法测定蛋白质含量。

（5）总糖的测定。采用蒽酮比色法测定总糖含量。

（6）pH值的测定。pH值采用pH计测定。

（7）乳清析出率。参照柳艳霞等[12]的方法。取一个烧杯，在烧杯上放上滤纸，称取10 g酸奶，放置在空气中100 min，再次称量，得出乳清的量，用公式

（1）计算乳清析出量。

（1）

1.4.3 微生物指标

参照GB/T 4789.35-2010规定的乳酸菌平板计数法测定五谷酸奶中的乳酸菌总数。

1.5 五谷酸奶品质评价指标分析方法

本文酸奶的黏度、酸度、脂肪含量、蛋白质含量、总糖含量、pH值、乳清析出率、乳酸菌总数等指标测定均重复3次。采用SPSS软件对感官评定结果和理化检测数值进行分析。

2 结果与分析

2.1 五谷酸奶品质评价感官指标

感官指标是五谷酸奶最重要的指标，感官评定值随储藏时间的变化如图1所示。

由图1可知，随着储藏时间延长，感官评定值先上升后迅速下降，然后缓慢下降，其中第2 d感官评分达到最大值92分，说明此时酸奶品质最佳。储藏6 d

后，感官评价分值逐渐下降至63分，品质基本合格。储藏初期，五谷酸奶中乳酸菌代谢活跃，五谷酸奶低温冷藏后熟，形成五谷酸奶特有风味物质，故第2 d感官评定分值升高，但随着时间延长，酸度增加，凝乳状态变差，风味物质挥发，且会产生不良滋味，而使感官评定值快速下降。因此，当储存到第2 d时得分

75～92分，五谷酸奶可接受性强，品质最佳。

2.2 五谷酸奶品质评价理化指标

2.2.1 五谷酸奶pH值和酸度随时间的变化关系

pH值反映的是溶液中呈离子状态H+的数量，而酸度是在中和过程中与强碱反应的H+的数量，二者有一定的相关性[13]。五谷酸奶pH值和酸度随储藏时间变化如图2所示。

從图2可知，随着储藏时间的延长，酸度持续上升，pH值相应下降，储藏3～6 d时，酸度值在86～96°T，pH值在4.35～4.05，此时储藏效果最佳。

2.2.2 五谷酸奶黏度和乳清析出率随时间的变化关系

五谷酸奶黏度和乳清析出随储藏时间的变化如图3所示。由图3可知，冷藏第1 d，五谷酸奶的黏度值达10 457.9 mPa·s，而乳清析出率仅5.87%。酸奶发酵过程中，牛乳将从酪蛋白粒子中的水游离出来，保持在由酪蛋白凝聚形成的网状结构，形成许多大凝乳微粒，五谷酸奶具有较高黏度和蓄水能力[14]。冷藏第5～6 d时，蛋白质胶体结构被破坏，凝胶粒子束缚水能力下降，使酸奶中黏度显著增加，具体见图3所示。

因此，五谷酸奶黏度在10 000～8 400 mPa·s和乳清析出率在5.5%～7.5%时，酸奶保持其特有的质地及口感，且酸奶黏度和乳清析出之间存在一定的相关性。

2.2.3 五谷酸奶总糖、脂肪及蛋白质含量随时间的变化关系

五谷酸奶总糖、脂肪和蛋白质含量随储藏时间的变化如图4所示。由图4可知，随储藏时间延长，五谷酸奶中总糖、脂肪及蛋白质含量呈现出下降趋势，但含量变化不大。总糖及脂肪含量一直呈现缓慢下降趋势，脂肪含量在4 d后出现转折点，使脂肪含量呈现出更缓慢下降趋势，当达到第7～8 d时，基本无变化，具体见如图4所示。

五谷酸奶低温储藏，抑制了乳酸菌生长，但由于营养物质丰富，仍有少量营养素被分解[15]。当蛋白质含量为4.3～4.7 g/100 g，脂肪含量为5.2～4.7 g/100 g，总糖含量为6.4～6.0 g/100 g时，五谷酸奶中的营养物质最丰富。

2.3 五谷酸奶品质评价微生物指标

五谷酸奶乳酸菌数对数值随储藏时间的变化如图5所示。

由图5可知，随储藏时间延长，乳酸菌数含量呈现逐渐上升趋势，第5 d时乳酸菌数对数值达8.28，后呈现快速下降趋势。虽然在低温条件下储藏，乳酸菌被抑制，但由于酸奶在储藏初期营养物质充足，乳酸菌增长较快，到储藏中期乳酸菌总数达到最大值。储藏后期，由于酸奶中酸度较高，营养物质匮乏，导致部分乳酸菌死亡，乳酸菌总数急剧减少[16]。当乳酸菌数对数值在6.5～8.0时，表明该酸奶乳酸菌数较多，利用价值更高。

2.4 五谷酸奶品质评价模型建立

由于感官评价值和理化指标值都会对五谷酸奶品质产生影响，利用SPSS软件的主成分分析法，分析pH值（1）、酸度（2）、乳清析出（3）、黏度（4）、乳酸菌对数值（51）、蛋白质含量（6）、脂肪含量（7）、总糖度（8）和感官评分值（9）对五谷酸奶品质贡献率（具体见表2），建立五谷酸奶品质评价模型Y=ΣXn。

从表2看出，由于只有前1个特征值大于1，且累积贡献率达到88.20%，第1个主成分分量可代表全部指标信息，由此得出9个综合因子初始因子载荷矩阵，如表3所示。

根据表2和表3，得到评价五谷酸奶评价的主成分的表达式：

Y=0.354X1-0.351X2-0.349X3+0.341X4-0.168X5+0.352X6

+0.353X7+0.352X8+0.336X9

3 结论与讨论

本文以评价储存10 d五谷酸奶的基础理化指标和感官品质，其中感官品质指标有风味、气味、质地和色泽等评价指标，综合评分值随时间的延长而呈现下降趋势，综合评分范围取值在75～92分时，口味极佳;将风味最佳的五谷酸奶储藏时间的理化指标和微生物指标范围值取确定如下：在储藏时间2 d，酸度值86～96 °T、pH值4.05～4.35、黏度8 400～10 000 mPa·s、乳清析出率5.5%～7.5%、蛋白质含量4.3～4.7 g/100 g，乳酸菌数对数值6.5～8.0脂肪含量4.7～5.2 g/100 g，总糖含量6.0～6.4 g/100 g，可将其作为五谷酸奶品质评价标准的制定建议。

本文充分考虑影响五谷酸奶品质的pH值、酸度、乳清析出率、黏度、乳酸菌对数值、蛋白质含量、脂肪含量、总糖度、感官评分值等指标，建立了品质评价模型，为五谷酸奶品质评价提供科学依据。五谷酸奶品质Y=0.354×pH值-0.351×酸度-0.349×乳清析出率+0.341×黏度-0.168×乳酸菌对数值×+0.352×蛋白质含量+0.353×脂肪含量+0.352×总糖含量+0.369×感官评定值，此模型可以客观的量化评估五谷酸奶的品质。

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