姜 雪,劉 楠,孫 永,周德慶,*

(1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所,海洋國家實(shí)驗(yàn)室海洋藥物 與生物制品功能實(shí)驗(yàn)室,山東青島 266071; 2.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院,上海 201306)

海帶是一種屬于褐藻門海帶目海帶科的大型可食用藻類,營養(yǎng)豐富,食藥兼用,主要產(chǎn)自我國山東、福建、浙江、廣東、江蘇、遼寧等地區(qū)[1]。海帶不僅營養(yǎng)豐富,還具有藥用價(jià)值,它含有豐富的褐藻膠、甘露醇、蛋白質(zhì)、碘、鈉、鉀、鈣、鎂和多種維生素營養(yǎng)成分,有抗氧化[2]、抗腫瘤[3]、降血壓、降血糖、抗病毒等多種活性功能,被譽(yù)為天然的保健食品[4]。

姚海芹等[5]對(duì)食用海帶品系營養(yǎng)成分進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià),除灰分外,海帶基本營養(yǎng)成分中粗蛋白、褐藻膠、甘露醇含量較高,礦物質(zhì)元素中鈣、鎂、鐵等元素含量較高。紀(jì)明候[6]則對(duì)我國不同地區(qū)海帶的主要成分進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)大連海帶與青島海帶的甘露醇、碘、鉀的含量均不同。盛曉風(fēng)等[7]通過對(duì)不同生長時(shí)期海帶營養(yǎng)成分的研究發(fā)現(xiàn),海帶中甘露醇、褐藻膠、碘、粗蛋白含量分別在4月、6月、6～7月、2月達(dá)到最高,主要礦物質(zhì)元素也呈現(xiàn)規(guī)律性變化。研究發(fā)現(xiàn)[5]，海帶中呈味氨基酸占總氨基酸含量的50%～60%,使其具有濃郁的海鮮味,可作為優(yōu)質(zhì)的天然調(diào)味料。因此,選取上述各類成分作為評(píng)價(jià)海帶營養(yǎng)品質(zhì)的參數(shù)。

統(tǒng)計(jì)分析方法具有方便快捷、科學(xué)可靠、全面系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn),能簡化評(píng)價(jià)程序,綜合評(píng)價(jià)多項(xiàng)指標(biāo)。主成分分析法作為最常用的統(tǒng)計(jì)分析方法之一,采用數(shù)據(jù)降維技術(shù),化繁為簡,從多個(gè)變量中篩選出具有代表性的幾個(gè)獨(dú)立的新的綜合變量,進(jìn)而尋求變量間的線性關(guān)系[8],目前已廣泛應(yīng)用于果蔬、發(fā)酵食品等加工專用品種的篩選、質(zhì)量評(píng)價(jià)等研究領(lǐng)域[9-11]。本研究采用主成分分析法對(duì)不同地區(qū)鮮海帶的營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià),以期為科學(xué)地評(píng)價(jià)鮮海帶品質(zhì)優(yōu)劣、指導(dǎo)海帶養(yǎng)殖和加工提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

13個(gè)海帶樣品 樣品1、2、3號(hào)采集自遼寧大連地區(qū),樣品4、5、6采集自福建霞浦地區(qū),樣品7、8、9、10、11、12、13號(hào)采集自山東榮成地區(qū),采集海帶均為成熟期“黃官1號(hào)”海帶;鹽酸、硫酸、硫酸銅、硫酸鉀、石油醚、氫氧化鈉、硼酸、氫氧化鉀等 分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

XT5118-OV50電熱鼓風(fēng)干燥箱 杭州雪中炭有限公司;DK-98-II萬用電爐 天津市泰斯特儀器有限公司;400Y多功能粉碎機(jī) 浙江省永康市鉑歐五金制品有限公司;HH-11-4數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州諾基儀器有限公司;KQ-300VDE電子天平 北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司;Milli-Q超純水系統(tǒng) Millipore公司;STARTER 3100 PH計(jì) 奧豪斯儀器有限公司;ZHTY-50小型恒溫振蕩培養(yǎng)箱 上海知楚儀器有限公司;Optima5300D全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀 美國PE公司;L-8800全自動(dòng)氨基酸分析儀 日本日立公司。

1.2 樣品前處理

用去離子水將鮮海帶表面洗凈,于自然條件下晾干,40 ℃烘至恒重后磨粉,過60目篩,于干燥器中儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 營養(yǎng)成分含量的測定

膳食纖維:采用GB 5009.88-2014;褐藻膠:采用重量法[12];甘露醇:采用過碘酸鹽氧化法[13];碘:采用GB 5009.267-2016;氨基酸:采用GB 5009.124-2016;鎂、錳:采用GB/T 5009.90-2003;鉀、鈉:采用GB/T 5009.91-2003;鈣:采用GB 5009.92-2016;鐵:采用GB 5009.90-2016;鋅:采用GB/T 5009.14-2003;磷:采用GB 5009.87-2016。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),采用SPSS 20.0軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。將所選鮮海帶的19個(gè)與其營養(yǎng)品質(zhì)密切相關(guān)的指標(biāo)(變異系數(shù)≥15%),即膳食纖維、褐藻膠、甘露醇、碘、谷氨酸、天冬氨酸、甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、脯氨酸、蛋氨酸、鎂、鉀、鈣、鐵、鋅、錳、磷、鈉分別用X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14、X15、X16、X17、X18、X19表示,并用SPSS 20.0軟件對(duì)其進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析。首先,將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,計(jì)算出各營養(yǎng)成分指標(biāo)的特征值和方差貢獻(xiàn)率,并以累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于85%為依據(jù),確定主成分的個(gè)數(shù);其次,根據(jù)初始因子載荷矩陣及各主成分的特征值，計(jì)算得到各主成分系數(shù)向量,進(jìn)而得到各主成分的函數(shù)表達(dá)式,再以各主成分所對(duì)應(yīng)的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權(quán)重，計(jì)算出主成分綜合得分模型[14];最后,根據(jù)主成分綜合得分模型計(jì)算各鮮海帶樣品的綜合得分,確定排名次序,選擇出衡量鮮海帶營養(yǎng)品質(zhì)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鮮海帶的主要營養(yǎng)成分指標(biāo)

由表1可知,13個(gè)鮮海帶樣品之間營養(yǎng)成分變異幅度均較大,其中,鐵元素的變異程度最大,變異系數(shù)為97%,鋅元素和錳元素次之,均為66%,其次是磷元素(58%),其余指標(biāo)的變異系數(shù)均高于15%,表明不同地區(qū)鮮海帶之間的營養(yǎng)品質(zhì)差異明顯,適于進(jìn)行主成分分析,對(duì)其營養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表1 13種鮮海帶的主要營養(yǎng)成分指標(biāo)Table 1 Major nutrition index of 13 kinds of fresh kelps

2.2 鮮海帶營養(yǎng)成分的相關(guān)性分析

由表2可知,鮮海帶的膳食纖維含量與褐藻膠、鈣元素含量成極顯著(p<0.01)正相關(guān);鈣元素含量與甘氨酸、鉀元素含量成極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01);甘露醇含量與甘氨酸含量成極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01),與絲氨酸、脯氨酸含量成顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(p<0.05);鈉元素含量與甘露醇、鐵元素含量成極顯著正相關(guān)(p<0.01),與絲氨酸含量成極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01);蛋氨酸含量與碘、脯氨酸含量成極顯著正相關(guān)(p<0.01);鉀元素含量與丙氨酸含量成極顯著正相關(guān)(p<0.01),與褐藻膠含量成極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.01);谷氨酸含量與絲氨酸含量成顯著正相關(guān)(p<0.05),鎂元素含量與天冬氨酸含量成顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05)。說明這些營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)之間存在著密切的聯(lián)系,且存在信息上的重疊,導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)出現(xiàn)一定的偏差,使得評(píng)價(jià)結(jié)果不科學(xué)。通過主成分分析的降維,可把復(fù)雜的數(shù)據(jù)簡單化,科學(xué)地對(duì)鮮海帶的品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

表2 13種鮮海帶的主要營養(yǎng)成分指標(biāo)之間的相關(guān)性Table 2 Correlation coefficients amomg major nutrition indexes of 13 kinds of fresh kelps

2.3 鮮海帶營養(yǎng)成分的主成分分析

將13種鮮海帶的19個(gè)營養(yǎng)成分指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后進(jìn)行主成分分析。由表3可知,第1主成分的特征值為4.688,方差貢獻(xiàn)率為24.674%,累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為24.674%,是最重要的主成分;第2、3、4、5主成分的重要性依次減少,前5個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率已達(dá)到87.428%,即這5個(gè)主成分能反映出全部鮮海帶的19個(gè)營養(yǎng)成分指標(biāo)的絕大部分信息,因此可選取這5個(gè)主成分作為鮮海帶營養(yǎng)品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。

表3 13種鮮海帶營養(yǎng)品質(zhì)的主成分分析的方差貢獻(xiàn)率Table 3 Variance contribution rates of principal component analysis of the nutrition quality of 13 kinds of fresh kelps

主成分載荷矩陣反映了各品質(zhì)指標(biāo)對(duì)此主成分的影響程度。由表4可知,在第1主成分中,X7和X9有較大的正系數(shù)值,與第1主成分高度正相關(guān),X3有較大的負(fù)系數(shù)值,與第1主成分負(fù)相關(guān),說明第1主成分大時(shí),甘氨酸和絲氨酸兩個(gè)指標(biāo)的含量會(huì)增大,而甘露醇含量會(huì)減少。由于甘氨酸和絲氨酸都屬于甜味氨基酸,因此可將第1主成分稱為甘露醇及甜味氨基酸指標(biāo)。

表4 13種鮮海帶營養(yǎng)品質(zhì)的主成分載荷矩陣Table 4 Loading matrix of principal components of the nutrition quality of 13 kinds of fresh kelps

第2主成分中,X4、X16和X17有較大的正系數(shù)值,與第2主成分高度正相關(guān),說明第2主成分大時(shí),碘、鋅、錳元素含量會(huì)增大。由于碘、鋅、錳元素都屬于微量元素,因此可將第2主成分稱為微量元素指標(biāo)。

第3主成分中,X12有較大的正系數(shù)值,與第3主成分高度正相關(guān),X6有較大的負(fù)系數(shù)值,與第3主成分負(fù)相關(guān),說明第3主成分大時(shí),鎂元素含量會(huì)增大,而天冬氨酸的含量會(huì)減少。由于天冬氨酸屬于鮮味氨基酸,因此可將第3主成分稱為鎂元素和鮮味氨基酸指標(biāo)。

第4主成分中,X1和X2有較大的正系數(shù)值,與第4主成分高度正相關(guān),說明第4主成分大時(shí),膳食纖維和褐藻膠含量會(huì)增大。第4主成分主要反映了鮮海帶中海帶多糖含量的變化,因此可將第4主成分稱為多糖指標(biāo)。

第5主成分中,X13和X18有較大的正系數(shù)值,與第5主成分高度正相關(guān),說明第5主成分大時(shí),鉀和磷元素含量會(huì)增大。

以上結(jié)果表明，鮮海帶的營養(yǎng)品質(zhì)可由甘露醇、海帶多糖、甜味氨基酸、鮮味氨基酸和礦物質(zhì)元素來表征。

2.4 不同地區(qū)鮮海帶營養(yǎng)成分的主成分得分和綜合評(píng)價(jià)

由初始因子載荷矩陣及表3中各主成分的特征值可計(jì)算得到各主成分系數(shù)向量,與標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)相乘后即可得到5個(gè)主成分的函數(shù)表達(dá)式(式中ZX表示標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù))。

F1=0.0388ZX1-0.1316ZX2-0.3778ZX3+0.0864ZX4+0.2868ZX5+0.2175ZX6+0.3450ZX7+0.1436ZX8+0.3256ZX9+0.3201ZX10+0.1326ZX11-0.1473ZX12-0.1778ZX13+0.0129ZX14+0.0794ZX15+0.3612ZX16+0.2914ZX17-0.1515ZX18-0.1931ZX19

F2=0.1331ZX1+0.2246ZX2-0.0941ZX3+0.3297ZX4-0.1236ZX5-0.2857ZX6+0.0760ZX7-0.0165ZX8+0.0425ZX9+0.0050ZX10+0.4248ZX11+0.3532ZX12-0.0570ZX13+0.2962ZX14+0.3552ZX15+0.1211ZX16+0.0745ZX17+0.1196ZX18+0.3902ZX19

F3=0.1669ZX1+0.1943ZX2-0.0607ZX3-0.3393ZX4+0.1746ZX5-0.1675ZX6+0.3398ZX7+0.4099ZX8+0.3672ZX9-0.1319ZX10-0.0717ZX11+0.1565ZX12-0.0826ZX13-0.2703ZX14+0.0936ZX15-0.2594ZX16-0.3420ZX17+0.0783ZX18+0.1144ZX19

F4=-0.4199ZX1-0.3316ZX2-0.1070ZX3+0.0663ZX4+0.0551ZX5+0.0325ZX6+0.0025ZX7+0.2478ZX8-0.0438ZX9+0.1233ZX10+0.1808ZX11+0.0945ZX12+0.4549ZX13-0.2891ZX14-0.0131ZX15+0.0325ZX16+0.0382ZX17+0.5087ZX18+0.1477ZX19

F5=0.4016ZX1+0.3630ZX2-0.2488ZX3-0.0680ZX4+0.0378ZX5+0.1584ZX6-0.0757ZX7+0.2530ZX8-0.1079ZX9-0.2551ZX10+0.0813ZX11-0.3147ZX12+0.3413ZX13+0.2243ZX14-0.2929ZX15+0.0435ZX16+0.2025ZX17+0.2565ZX18+0.0336ZX19

表5 13種鮮海帶營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)矩陣的特征向量Table 5 Eigenvectors of the correlation matrix of the nutrition quality of 13 kinds of fresh kelps

以各主成分所對(duì)應(yīng)的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為權(quán)重，計(jì)算出主成分綜合得分模型:

F=0.2822F1+0.2405F2+0.2010F3+0.1537F4+0.1226F5

根據(jù)各主成分的函數(shù)表達(dá)式，計(jì)算出13個(gè)鮮海帶各主成分得分值及排序情況,再以主成分綜合得分模型計(jì)算出13個(gè)鮮海帶營養(yǎng)品質(zhì)的綜合得分和綜合排名(見表6)。由表6可知,綜合得分排在前四位的依次是樣品6號(hào)(霞浦)、樣品13號(hào)(榮成)、樣品11號(hào)(榮成)、樣品12號(hào)(榮成),樣品2號(hào)(大連)和樣品3(大連)號(hào)海帶排名居最后。

表6 13種鮮海帶營養(yǎng)品質(zhì)的主成分因子得分Table 6 Principal component scores of the nutrition quality of 13 kinds of fresh kelps

樣品6號(hào)海帶F3、F4和F5值都排在第1位,F1和F2值排名較后,表明其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在F3、F4和F5值上,即天冬氨酸、膳食纖維、褐藻膠、鎂、鉀和磷元素含量較高,而甘氨酸、絲氨酸、碘、鋅和錳元素含量較低。樣品13號(hào)海帶F1、F2和F3值排名都較靠前,F4值排名居中,F5值排名居后,表明其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在F1、F2和F3值上,即甘氨酸、絲氨酸、天冬氨酸、碘、鋅、錳和鎂元素含量較高。樣品11號(hào)海帶F1和F4值排名靠前,F2和F3值排名居中,F5值排名居后,表明其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在F1和F4值上,即甘氨酸、絲氨酸、碘、鋅和錳元素含量較高。樣品12號(hào)海帶F2值排名靠前,F1、F3和F4值排名居中,F5值排名居后,表明其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在F2值上,即碘、鋅和錳元素含量較高。樣品3號(hào)海帶第4主成分雖然排在第4位,但第1、2、3、5主成分排名靠后,綜合排名倒數(shù)第2位;樣品2號(hào)海帶第4主成分雖然排在第2位,但其余主成分排名靠后,綜合排名在所有海帶最后。

3 結(jié)論

主成分分析的評(píng)價(jià)模型表明,不同地區(qū)鮮海帶的營養(yǎng)品質(zhì)差異主要體現(xiàn)在甘露醇、甜味氨基酸、鮮味氨基酸、海帶多糖和礦物質(zhì)元素含量方面。根據(jù)主成分分析構(gòu)建的綜合評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算可知,地域差異對(duì)鮮海帶營養(yǎng)品質(zhì)有一定的影響,本研究建立的綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)快速評(píng)價(jià)鮮海帶營養(yǎng)品質(zhì)提供了一定的理論依據(jù),對(duì)海帶養(yǎng)殖生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)作用。