基于主成分分析法的甘薯熟化品质评价

林燕，霍艳荣，吕尊富，陈正伟，冯永才，陆国权*

（1.浙江农林大学农业与食品科学学院，浙江 杭州 311300；2.诸暨绿康生物科技有限公司，浙江 绍兴 311800）

甘薯[Ipomoea batatas（L.）Lam]是旋花科草本块根植物，是重要的粮食、饲料作物，同时也是工业原料及能源材料[1]。近年来，世界各地的甘薯的消费量不断增加[2]。甘薯含糖量高，熟化后有较好的感官品质，且含有多种具有营养和保健功能的生物活性化合物[3-4]。

据统计，我国甘薯总量中约有15%经过熟化后直接食用，约有50%经过熟化进行后续加工[5]，且随着加工用薯比例的增加，对甘薯加工专用品种的需求日益增长[6-7]。国内外有不少关于甘薯熟化后品质变化的研究，Ellong等[8]研究了甘薯蒸煮后的颜色变化，发现蒸煮导致花青素稀释。Nwosisi等[9]研究了烘烤、高压蒸煮和常规蒸煮对甘薯质构的影响。Adepoju等[10]研究了去皮蒸煮和常规蒸煮对甘薯水分、灰分、纤维、蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素A和维生素C的影响，结果表明未剥皮的甘薯能更好地保留营养成分。杨烨等[11]研究了7种熟化方法对迷你甘薯品质和质构特性的影响，建立了感官评价与仪器分析之间的相关性模型，孔霜霜等[12]研究蒸、煮、烤、微波4种不同熟化方法对紫薯的色泽、营养成分和抗氧化能力的影响。赵楠等[13]探讨了蒸煮、气体射流冲击和微波对甘薯熟化过程的影响，主要内容包括甘薯边缘与中心温度的变化、熟化前后甘薯的质量变化及熟化成本，比较了3种熟化方法的优缺点。

心香甘薯是浙江省农业科学院作物与核技术科学所、勿忘农集团有限公司选育的甘薯品种，其具有产量高、早熟、食用品质好等优点，受到市场认可和消费者追捧，市场需求潜力巨大。因此，本文研究了6种不同熟化方式对心香甘薯的色泽、感官评价、质构特性及糖化指标的影响，并对各指标进行主成分分析，探究6种熟化方式对其品质的影响及各熟化方式加工后甘薯品质评价综合得分的顺序，为消费者提供适合自身需要的熟化方式，亦为甘薯不同产品的深加工选择合适的熟化方式提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

心香甘薯：浙江农林大学薯类研究所；乙醇、葡萄糖、氢氧化钠、可溶性淀粉、酒石酸、一水合柠檬酸、二水合柠檬酸三钠、无水亚硫酸钠（均为分析纯）、麦芽糖（生物试剂）：国药集团化学试剂有限公司；盐酸（优级纯）：永华化学股份有限公司；水杨酸：上海化学试剂采购供应五联化工厂。

1.2 仪器与设备

ZM-100反压高温蒸煮锅：广州标际包装设备有限公司；SAM-503烤箱：无锡市双麦机械有限公司；KD23B-DA微波炉：广州美的微波炉制造有限公司；DHG型电热恒温鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；HP-2132便携式色差仪：上海汉谱光电科技有限公司；TMS-PRO物性测试仪：美国FTC公司；YB700B多功能粉碎机：永康市速锋工贸有限公司；T6新世纪紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品预处理

新鲜心香甘薯，纺锤形，无病虫害，质量在150 g～250 g之间。清洗后混匀并分成7等份，每份6个薯块，将其中1份作为对照，其余6份按照不同的熟化方式进行加工。为避免干扰，所有熟化加工试验均采用可以控制时间装置的微电脑电磁炉、微波炉及烤箱。

1）常规煮制：将甘薯直接放入冷水中加热煮熟，水刚好没过薯块，常压煮制45 min。

2）常规蒸制：将甘薯在不直接接触水的前提下在锅中蒸制45 min。

3）带皮烘烤：将甘薯直接放入烤箱中烘烤加热，上下火控温200℃烤55 min。

4）去皮烘烤：将甘薯去皮后，放入烤箱中烘烤加热，上下火控温200℃烤55 min。

5）反压蒸煮：将带耐高温聚乙烯真空包装袋的甘薯放入装有适量水的杀菌锅中，水刚好没过甘薯，压力0.1 MPa，温度121℃，蒸煮25 min。

6）微波：将甘薯直接放入微波炉中，800 W加热7 min，中途进行一次翻面。

7）对照：新鲜生薯。

将各组熟化后的甘薯及鲜薯用切片机切成0.5 cm厚薄片，取50 g置于-80℃冰箱，待用，测定β-淀粉酶含量。取150 g迅速转移至烘箱中，在50℃下干燥至恒重，再用多功能粉碎机磨碎，过100目筛，装入自封袋，置于常温下保存，待用，测定淀粉和还原糖含量。

1.3.2 甘薯得率

每份甘薯熟化前进行称重，记为M；熟化完成冷却后，称量，记为m。得率计算公式如下。

熟化甘薯得率/%=n/M×100

1.3.3 色泽测定

采用色差仪测定甘薯色泽，以仪器白板亮度L*值为标准，根据CIELAB表色系统测量样品色度值中的L*值、a*值和b*值。将鲜薯和熟化后的甘薯横切后测定，测定数据平行3次。

1.3.4 感官评价

感官评价中采取双盲法。品尝前，未对甘薯熟化的方式做任何介绍，样本随机摆放，通过取样品尝进行鉴定。由6位有食品感官鉴定经验的人员组成感官鉴定小组。在评测期间，每个评测成员独自进行评价，互相不接触，每个样品评测之间用凉开水漱口。感官评价得分采用5分制，评分标准参见表1[14]。最后归类统计平均值。

表1 熟化甘薯感官评价标准Table 1 Standard of sensory evaluation of cooked sweetpotato

1.3.5 质构分析

采用质构仪对不同熟化处理后的甘薯进行全质构分析（texture profile analysis，TPA）测试。 选用直径5 mm的P/5圆柱形探头，测试前的速度为1.5 mm/s，测试时速度为1 mm/s，测试后的速度为1.5 mm/s，压缩比为60%[15]。测定指标有硬度、黏附力、黏附性、胶黏性、弹性、内聚性和咀嚼性。对熟化后薯块的中间部位进行测定，每种样品6次重复，取平均值。

1.3.6 糖化指标测定

还原糖含量及淀粉含量的测定参考薛冠伟[16]的二硝基水杨酸（dinitrosalicylic acid，DNS）比色法测定；β-淀粉酶活力的测定采用DNS比色法[17]。

1.4 数据处理

数据采用Excel 2013进行采集，且利用SPSS 19.0进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同熟化方式对甘薯得率的影响

不同熟化方式对心香甘薯得率的影响见图1。

图1 不同熟化方式对心香甘薯得率的影响Fig.1 Effects of different cooking methods on the yield of Xinxiang sweetpotato

如图1所示，经不同方式熟化后甘薯得率分布范围为72.78%～100.71%，煮制组得率最高，去皮烘烤组薯得率最低，且蒸制组和煮制组得率显著高于烘烤组（P<0.05）。这与赵楠等[13]的研究结果一致，甘薯熟化过程中重量的变化由其含水量变化引起，煮制熟化介质是水，导致甘薯吸收水分，重量增加，去皮烘烤组没有外皮的保护，水分在高温下流失更快，所以得率最低，但带皮烘烤组和去皮烘烤组的得率差异不显著，说明去皮后的甘薯水分流失并不多，这可能是因为去皮后的薯块在烘烤过程中表面因高温迅速失水变硬，以至于薯块内部水分不易挥发。

2.2 不同熟化方式对甘薯肉色泽的影响

不同熟化方式对心香甘薯肉色泽的影响见表2。

表2 不同熟化方式对心香甘薯肉色泽的影响Table 2 Influence of different cooking methods on the color of Xinxiang sweetpotato meat

由表2可知，熟化后心香薯肉的L*值、a*值均减小，而b*值出现上下波动，这与孔霜霜等[12]的研究结果部分一致。L*值、a*值的减小说明薯肉的色泽变暗，红色减少，这可能是因为在熟化过程类胡萝卜素发生降解[8]。b*值升高，主要是因为甘薯中富含还原糖，在高温条件下，还原糖和氨基化合物发生美拉德反应及焦糖化反应，产生黑褐色物质[18]。微波组的L*值和b*值较鲜薯均无显著性差异（P>0.05），微波组和烘烤组较鲜薯b*值升高。而蒸制组、煮制组和反压蒸煮组的b*值有所降低，这可能与熟化过程中是否接触水分有关，蒸制、煮制和反压蒸煮组的熟化过程均以水为介质，这导致了颜色的流失。因此，熟化后色泽最好的是微波组，其次是烘烤组。

2.3 感官评价

以感官硬度、黏性、甜度、纤维感、香味和整体口感6个方面评价不同方式熟化后的甘薯品质。感官评分见表3。

由表3可知，带皮烘烤甘薯整体口感最佳，去皮烘烤甘薯次之，而反压蒸煮甘薯的整体口感较差，同时除蒸制和煮制外，不同熟化方式间存在显著性差异（P<0.05）。这与杨烨等[11]的研究中整体口感烘烤>蒸煮>微波的结论一致。因此，仅从感官评价整体口感考虑，带皮烘烤、去皮烘烤和蒸制均为较佳的选择。

表3 不同熟化方法对心香甘薯感官评价的影响Table 3 Effects of different cooking methods on sensory evaluation of Xinxiang sweetpotato

2.4 质构分析

在熟化过程中，随着温度的上升，甘薯细胞内的淀粉颗粒糊化，甘薯细胞体积膨大，对细胞壁产生压力，使细胞壁结构破坏，胞间层逐步松散化，最终导致甘薯质地软化[19]。不同熟化方法对心香甘薯质构影响见表4。

由表4可知，熟化后，心香甘薯的硬度、黏附力、黏附性、胶黏性和咀嚼性均比鲜薯显著降低（P<0.05），弹性比鲜薯稍有降低。煮制组和反压蒸煮组的硬度、黏附力、黏附性、胶黏性、内聚性、弹性和咀嚼性均相近，无显著差异，这可能是因为都直接接触水，以水为传热介质，导致相似的质地。去带皮烘烤组和去皮烘烤组除黏附性外，均无显著性差异（P>0.05）。微波组和带皮烘烤组除弹性外，均无显著性差异（P>0.05）。这与杨烨等[11]研究的不同熟化方式对迷你甘薯质地影响结果相似，但与Nwosisi等[9]研究结果中烘烤组弹性、内聚性、黏附性和咀嚼性最高不一致，这可能是由烘烤时间和温度不同引起的。

表4 不同熟化方法对心香甘薯质构影响Table 4 Effects of different cooking methods on texture of Xinxiang sweetpotato

2.5 糖化分析

对不同熟化方式处理后的甘薯的淀粉含量、还原糖以及β-淀粉酶活力进行测定，结果见表5。

表5 不同熟化方法对心香甘薯糖化的影响Table 5 Effects of different cooking methods on the saccharification of Xinxiang sweetpotato

熟化前，心香甘薯的淀粉含量为66.71%，熟化后，淀粉含量显著降低（P<0.05），变化范围分别在34.53%～40.15%之间，且各个熟化方式之间均无显著性差异（P>0.05）。熟化前，心香甘薯的还原糖含量为1.59%，熟化后还原糖含量显著升高（P<0.05），变化范围为5.26%～8.69%，其中微波组显著低于其余组（P<0.05），与叶夏芳等[20]的研究中烘烤组还原糖的增量高于蒸制组的结论一致。熟化前心香甘薯的β-淀粉酶活力为125.57 mg/（g·min），熟化后均显著降低（P<0.05），且变幅为1.31 mg/（g·min）～94.46 mg/（g·min）。其中微波组显著高于其余5组（P<0.05），除微波组外，甘薯的β-淀粉酶几乎呈失活状态，这是因为β-淀粉酶活力在40℃时最高，高于或低于此温度酶活力均降低，并且在70℃时，β-淀粉酶几乎完全失活[21]。但熟化过程中，热量不是迅速传递至细胞各部位，而是从外层向内逐层传递[22]，使在加热过程中尚未失去活性的淀粉酶作用于淀粉。由此推测烘烤时β-淀粉酶活性发挥较充分，使烘烤后甘薯甜度高。但微波组β-淀粉酶还具有活性，这与Owusu-Mensah等[23]的研究中，微波中产生的电磁辐射使淀粉酶失活的结论不一致，这可能是因为微波过程中进行了翻面，使得温度不高，连续熟化时间短，β-淀粉酶虽未失活但未能充分发挥作用，导致甜度不高。6种熟化方式降低了淀粉含量和淀粉酶活性，增加了还原糖含量，这与Wei等[24]的研究一致。

2.6 熟化甘薯品质的综合评价

对6种熟化方式后甘薯的得率、色差、感官评价、质构以及糖化指标进行主成分分析，先对原始数据矩阵进行标准化，得到进行主成分分析的20个变量的相关系数矩阵，结果见表6。

表6 相关矩阵Table 6 Correlation matrix

由表6可知，许多变量之间直接的相关性比较强，所以变量之间的确存在信息上的重叠[25-27]。再转换初始因子载荷矩阵，使因子与原始变量间的关系进行重新分配，相关系数向0～1分化，从而使因子载荷矩阵中系数更加显著。通过方差最大正交旋转法对因子进行旋转处理，结果见表7。

仅有前 4个特征值大于 1，分别为 λ1＝9.739、λ2＝6.266、λ3＝2.105、λ4＝1.094，因此只提取前 4 个公因子进行后续分析。此外，在旋转后4个公因子的方差累积贡献率均发生了变化，但保持从大到小的排序，且前5个因子的方差贡献率为96.019%，与旋转前完全相同，因此选前4个因子已足够描述熟化后甘薯的品质。

通过方差最大旋转后，其因子载荷矩阵见表8。

表8 旋转成分矩阵Table 8 Rotating component matrix

由表 8 可知，第一公因子在 X2、X4、X5、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X20、有较大的载荷，从 L*、b*、感官硬度，黏附力、黏附性、胶黏性、内聚性、弹性、咀嚼性和β-淀粉酶反映熟化甘薯的品质；第二公因子在 X6、X7、X9、X10、X19有较大载荷，从黏性、甜度、香味、整体口感和还原糖含量反映熟化甘薯的品质；第三公因子在X1、X8、X18有较大的载荷，从得率、纤维感、淀粉含量反映熟化甘薯的品质；第四公因子在X3、X11有较大的载荷，a*和硬度反映熟化甘薯的品质。

各个主成分（F1、F2、F3、F4）所对应的特征值占所提取主成分总的特征值之和的比例作为权重计算[30]，熟化马铃薯品质指标各主成分的综合评判式如下式所示。

根据该模型计算得到6种熟化方式后甘薯食味品质的综合得分，结果见表9。

表9 6种方式熟化后甘薯品质综合得分Table 9 Comprehensive score of sweetpotato quality after six cooking methods

由表9可知，综合得分排序为微波＞带皮烘烤＞去皮烘烤＞蒸制＞反压蒸煮＞煮制。因此综合考虑熟化后甘薯的得率、色差、感官评价、质构以及糖化指标，得出微波熟化方式后甘薯品质的综合得分最高，可以作为最优的熟化方式。

3 结论

研究蒸制、煮制、微波、反压蒸煮、带皮烘烤和去皮烘烤6种熟化方式对心香甘薯得率、色差、感官评价、质构以及糖化指标的影响，以及对这些指标进行主成分分析。结果表明，微波和烘烤都能较好的保留甘薯的色泽；带皮烘烤后甘薯的整体口感最佳；煮制和反压蒸煮、带皮烘烤、去皮烘烤和微波具有相似的质地；熟化后，微波组的还原糖含量显著低于其他组，β-淀粉酶活性显著高于其他组，蒸制组和烘烤组的还原糖含量显著高于其他组。综合熟化后甘薯得率、色差、感官评价、质构以及糖化指标考虑，经主成分分析得熟化后品质顺序为：微波＞带皮烘烤＞去皮烘烤＞蒸制＞反压蒸煮＞煮制，因此，微波熟化食味品质效果最佳，且微波有方便省时的优点，但熟化后的甘薯甜度不高，适合用于二次加工；若仅从整体口感考虑，烘烤和蒸制熟化为最佳选择；反压蒸煮和煮制均不适合加工甘薯。