李玉斌,喬明鋒,彭毅秦,易宇文,鄧 靜

(1.四川旅游學院烹飪科學四川省高等學校重點實驗室,四川成都 610100;2.四川理工學院生物工程學院,四川自貢 643000)

醬油色澤的化學計量分析法研究

李玉斌1,2,喬明鋒1,*,彭毅秦1,易宇文1,鄧 靜1

(1.四川旅游學院烹飪科學四川省高等學校重點實驗室,四川成都 610100;2.四川理工學院生物工程學院,四川自貢 643000)

醬油是烹調過程中必不可少的調味品之一,起著調味與著色作用,其色澤是一項重要評價指標。實驗以10種市售醬油(生抽)色澤為研究對象,通過測定密度(ρ)、白利度(B)、明度指數(shù)(L*)、紅綠指數(shù)(a*)、黃藍指數(shù)(b*)、色率(CI)、紅色(RI)和黃色指數(shù)(YI),采用主成分分析(PCA)、聚類分析(CA)和判別分析(DA)三種化學計量學方法對不同品牌醬油按色澤進行區(qū)分。結果表明:10種醬油按色澤差異可分為4組,第一組為1、2、4號(廚邦、海天、淘大),第二組為3、5、6、7、10號(東古、味事達、千和、加加、三不加)、第三組為8號(中壩)、第四組為9號(瓦崗)。研究結果可為醬油的色澤評價區(qū)分提供一定的理論與方法支撐。

醬油,色澤,化學計量學,區(qū)分

醬油是一種以大豆、小麥和麩皮等為原料釀造而成的調味品,其在烹調中主要起調味與著色作用,目前,主要以滋味、香氣和色澤來評判醬油品質,而色澤往往成為人們的首選。醬油呈色物質的形成主要源于制備過程中酶與非酶褐變及焦糖色的添加[1],其色澤評價方法包括色率、紅色與黃色指數(shù)、色差計及感官評價等[2]。其中,色率(CI)指示醬油顏色的深淺,用色率強度表示;紅色(RI)與黃色(YI)指數(shù)反映醬油的色調,表示醬油中含主要顏色的強弱[3];密度(ρ)和白利度(B)與醬油的著色性能有關;色差計通過測定明度(L*)與色度(a*和b*)可對色澤差異進行量化分析。通過這些指標,可客觀地對醬油的色澤進行描述評價,有效彌補國標中感官評價造成的人為誤差。

化學計量學(Chemometrics)是一種以多學科為基礎,通過優(yōu)化化學測量過程并解析測量數(shù)據以最大限度地獲取化學及相關信息的統(tǒng)計分析方法[4],包括主成分分析(PCA)、判別分析(DA)、聚類分析(CA)、偏最小二乘法(PLS)等。其中,主成分分析是一種把多個指標通過降維轉化為幾個綜合指標的方法,聚類分析是按研究對象的個體特征將特性相近的變量或觀察單位進行歸類,而判別分析則是在已知分類數(shù)目的情況下,根據一定的指標對不知類別的數(shù)據進行歸類[5]。

表1 10種醬油的品牌、產地、原料及添加劑Table 1 The brand,origin,raw materials and additives of 10 kinds of soy sauce

化學計量學在食品過程分析、類別分析、摻偽分析和感觀分析中均有廣泛應用[6-7]。目前,關于醬油色澤的研究主要集中于呈色機制[8-9]及色澤差異[10-11]的探討,色澤差異研究多采用直接對比法,但醬油品種繁多且測定數(shù)據龐大,直接對比法難以全面直觀地進行醬油色澤的區(qū)分,而化學計量學作為一種數(shù)據處理分析方法,可有效地解決這一問題。

實驗以10種市售醬油(生抽)的色澤指標(ρ、B、L*、a*、b*、CI、RI、YI)為研究對象,利用主成分分析(PCA)、聚類分析(CA)和判別分析(DA)對醬油的色澤差異進行比較分析,探索其色澤綜合評價方法,旨在為醬油色澤的品質區(qū)分提供一定的理論與方法支撐,進一步為醬油的生產和消費提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

醬油 10種市售一級醬油(生抽)的品牌、產地、原料及添加劑見表1。

UV-Blue Star A型紫外可見光分光光度計 北京萊伯泰科儀器有限公司;DC-P3型全自動測色色差計 北京市興光測色儀器有限公司;PAL-1型手持折光計 日本ATAGO公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 密度與白利度測定 采用相對密度法(GB/T 5009.2-2003)測定密度[12],通過折光計測定白利度[13]。

1.2.2 色率與色調測定 采用分光光度法測定色率與色調[14]。準確吸取10 mL醬油,定容至100 mL,用紫外分光光度計分別測定460、510、610 nm波長下的吸光度值A460、A510、A610,并按如下關系式計算CI、RI和YI。

1.3 數(shù)據處理與分析

10種醬油各色澤指標的測定設3組平行,取均值。數(shù)據處理與分析采用IBM SPSS Statistics 22軟件。主成分、聚類和判別分析相關圖形的繪制采用Origin 9.0軟件。

2 結果與討論

2.1 不同品牌醬油色澤指標

2.1.1 密度、白利度、色率、紅色與黃色指數(shù) 醬油的密度、白利度、紅黃色指數(shù)及色率測定結果如表2所示,10種醬油的ρ在1.14～1.24之間,B為26.74～40.8,RI為4.88～6.52,YI為8.05～10.00,CI為65789～186842。其中,ρ變化幅度較小,其它指標變化幅度較大,這可能是不同品牌醬油制作工藝不同所致。一般認為,醬油的RI在2.0以下時,紅色不明顯,而在3.0以上紅色則比較顯著,其與YI呈正相關性。由表2可知,10種醬油的RI在4.0以上,紅色明顯;CI多數(shù)在60000～100000范圍之內,表明樣品清澈紅亮[1]。

表2 10種醬油的密度(ρ)、白利度(B)、色率(CI)及紅色(RI)和黃色(YI)指數(shù)Table 2 The density(ρ),brix(B),color ratio(CI),red and yellow index(RI and YI)of 10 kinds of soy sauce

表3 10種醬油的色差指標(L*、a*、b*、H*和C*)Table 3 The color properties(L*、a*、b*、H* and C*)of 10 kinds of soy sauce

2.1.2 色差指標 醬油的色差指標如表3所示,10種醬油的L*為1.34～5.15,亮度整體偏暗,這可能與醬油生產中的褐變程度深有關;a*為-6.61～7.63,其中1、4、6、7、8號樣品為負值,色相以綠色為主,2、3、5、9、10號樣品為正值,色相以黃色為主;b*為-0.26～6.09,1、4、6、7號樣品為負值,色相以藍色為主,2、3、5、8、9、10號樣品為正值,色相以黃色為主;H*為-0.24～1.23之間;C*為1.08～9.76。

圖1 10醬油色澤主成分分析三維圖Fig.1 The three-dimension graph of PCA of 10 kinds of soy sauce

2.2 不同品牌醬油色澤化學計量學分析

2.2.1 主成分分析(PCA) 實驗以各色澤指標為數(shù)據集,結合主成分分析,對不同品牌醬油進行區(qū)分(表4及圖1)。由表4可知:主成分累計方差貢獻率達到87.47%,根據貢獻率大于85%的原則,三個主成分基本上包含了樣品的大部分信息;其中,L*、a*、b*在PC-1上具有較大的正載荷,分別為0.45、0.46和0.45,YI在PC-2上有最大的正載荷(0.51),C*在PC-3上有最大的正載荷(0.59),說明醬油色澤差異主要由L*、a*、b*、YI和C*決定。由圖1可知,10種醬油樣品被劃分為4組,第一組為1、4號,第二組為2、6、8號,第三組為3、5、7、10號,第四組為9號醬油。

表4 色澤各變量在主成分中的載荷及方差貢獻率Table 4 The variable load and variancecontribution rate in principal component

2.2.2 聚類分析(CA) 實驗對各色澤指標的原始數(shù)據進行Z分數(shù)標準化后,采用歐氏距離法計算樣品間的相似度,并利用組之間連接的方法進行系統(tǒng)聚類,得到10個醬油樣品聚類分析的樹狀圖(圖2)。由圖2可知,10種樣品的距離映射在0～25之間,首先是1號與4號合并成一類,第二步為6號與7號,第三步為5號與10號,第四步為第三步合并的類與3號再合并,第五步為第一步合并的類與2號再合并,第六步為第4步合并的類與第二步合并的類合并,最后在映射距離為15時,樣品被分為4組,第一組為1、2、4號,第二組為3、5、6、7、10號、第三組為8號、第四組為9號。

圖2 10種醬油色澤相似性聚類分析圖Fig.2 The CA of 10 kinds of soy sauce

2.2.3 判別分析(DA) 利用主成分與聚類分析,10種醬油按色澤差異劃分為四組(表5),第一組1、4號,第二組3、5、7、10號,第三、四組分別為8號和9號。另外,2、6號無法進行有效分類,而判別分析為此提供了可能。實驗以醬油樣本總數(shù)的80%(10個指標組成數(shù)據矩陣)作為訓練集樣本,包括1、3、4、5、7、8、9、10號,通過使用步進式方法(Wilks’ lambda 判別)建立判別分析的校正模型,然后利用該模型對測試集進行預報,并考察預報結果的識別率。訓練集樣本的分組為:第一組1、4號,第二組3、5、7、10號,第三、四組分別為8號和9號。

表5 10種醬油色澤的主成分和聚類分析分類Table 5 The classification of 10 kinds of soy sauce by PCA and CA

通過SPSS分析可知,函數(shù)1=137.25ρ+2.42B+16.08YI-0.001CI-248.023,函數(shù)2=139.72ρ-2.54B+4.54YI-207.330,兩函數(shù)的累計方差貢獻率達到99.9%,基本包含了訓練集的大部分信息。通過對測試集進行預測,2號醬油歸為第一組,6號歸為第二組,模型識別率均達到100%。再分別計算樣品的判別分數(shù),以函數(shù)1為橫坐標(方差貢獻率92.7%)、函數(shù)2(方差貢獻率7.2%)為縱坐標繪制10種醬油在函數(shù)1、2上的分布圖(圖3),樣品被分為四組,其結果與聚類分析的分組情況一致。

圖3 10種醬油色澤相似性判別分析Fig.3 The DA of 10 kinds of soy sauce

3 結論

實驗以10種市售生抽醬油的色澤指標(ρ、B、L*、a*、b*、CI、RI、YI)為研究對象,結合PCA、CA和DA三種化學計量學方法對醬油進行區(qū)分比較。結果表明:10種醬油按色澤差異可分為4組,第一組為1、2、4號(廚邦、海天、淘大),該組紅黃色指數(shù)與白利度較高,著色性能較好;第二組為3、5、6、7、10號(東古、味事達、千和、加加、三不加),該組色澤指標適中;第三組為8號(中壩),該組明度指數(shù)偏低,色澤較暗;第四組為9號(瓦崗),該組明度指數(shù)較佳,色澤澄清透亮。10種醬油在原料使用上并無明顯差別,均以小麥、大豆為主,色澤差異可能是制作工藝不同所致。此外,色澤分組也未表現(xiàn)出一定的地域性,可能與醬油企業(yè)的生產標準及規(guī)范不同有關。本研究建立一種醬油色澤綜合評價方法,可為醬油色澤品質區(qū)分提供一定的理論和方法參考,后序研究將圍繞醬油色澤標準制定和烹飪著色性能方面展開。

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Analysis of soy sauce color based on chemometrics

LI Yu-bin1,2,QIAO Ming-feng1,*,PENG Yi-qin1,YI Yu-wen1,DENG Jing1

(1.Cuisine Science Key Laboratory of Sichuan Province,Sichuan Tourism University,Chengdu,610100,China;2.College of Bioengineering,Sichuan University of Science and Engineering,Zigong 643000,China)

Soy sauce is one of the indispensable condiments in cooking process for its flavoring and coloring,and color is an important indicator of evaluation. In this study,the density(ρ),Brix(B),light index(L*),red and green index(a*),yellow and blue index(b*),color ratio(CI),red(RI)and yellow index(YI)of 10 brands of commercial light soy sauce were measured,combined with three kinds of chemometric methods(principal component analysis(PCA),cluster analysis(CA)and discriminant analysis(DA)),used to distinguish different brands of soy sauce. Results showed that 10 kinds of soy sauce were divided into four groups,the first group was numbers 1,2 and 4(Chubang,Haitian,Taoda),the second group was numbers 3,5,6,7 and 10(Donggu,Weishida,Qianhe,Jiajia,Sanbujia),the third group was number 8(Zhongba),and the fourth group was number 9(Wagang). The results could provide theoretical and methodological support for the distinction of different soy sauce at color.

soy sauce;color;chemometrics;distinction

2016-07-20

李玉斌(1991-)，男，在讀碩士，研究方向：發(fā)酵代謝調控，E-mail:995673099@qq.com。

*通訊作者:喬明鋒(1985-)，男，博士，講師，研究方向：食品化學，E-mail：mfqiao@163.com。

四川旅游學院校級科研基金項目(2016STUZ02)；四川省哲學社會科學重點研究基地-川菜發(fā)展研究中心重點項目(CC16Z01)。

TS207.3

A

1002-0306(2017)02-0123-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.02.014