李笑梅,邢竺靜,趙廉誠,石彥國,陳 璐,閆怡宏,張 娜

（哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院,黑龍江省食品科學(xué)與工程重點實驗室,黑龍江 哈爾濱 150076）

豆?jié){是以大豆為主要原料制得的飲品,其營養(yǎng)豐富、易于消化吸收[1-4],與牛奶相比,豆?jié){不存在乳糖不耐受的問題,是一種優(yōu)良的蛋白質(zhì)飲品[5]。豆?jié){感官品質(zhì)與大豆品種有關(guān),近年來相關(guān)研究愈加受到重視。在現(xiàn)行豆?jié){標(biāo)準(zhǔn)中感官指標(biāo)要求豆?jié){色澤均勻、有豆香味、漿液均勻一致,理化指標(biāo)對蛋白質(zhì)、固形物含量及抗?fàn)I養(yǎng)因子有一定的要求[6]。相關(guān)研究進(jìn)一步表明豆?jié){品質(zhì)還與大豆中蛋白質(zhì)組分、脂肪、小分子物質(zhì)含量有關(guān),不同品種大豆制得的豆?jié){品質(zhì)間存在一定的差異性,并證明了大豆理化指標(biāo)與豆?jié){品質(zhì)指標(biāo)之間存在一定的相關(guān)性[7-12]。此外,高品質(zhì)的豆?jié){應(yīng)該具有較高的蛋白質(zhì)含量和穩(wěn)定性[12]。使用適宜品種大豆制備豆?jié){可達(dá)到漿多、渣少、蛋白質(zhì)溶出率高、豆腥味少、減小腹脹[13-15]的效果。黑龍江作為大豆主產(chǎn)區(qū),其大豆品種多達(dá)幾十余種,然而市場上并未有商品級專門用于制備豆?jié){的大豆（以下簡稱豆?jié){豆）品種。鑒于此,為了客觀、合理、科學(xué)地綜合評價豆?jié){豆的品質(zhì),建立一種簡易快速的評價方法有著重要意義。

經(jīng)典的相關(guān)性分析是研究兩個或兩個以上處于相同地位隨機變量間相關(guān)關(guān)系的統(tǒng)計分析方法,南喜平等[16]采用相關(guān)性分析法對大豆的理化指標(biāo)與干豆腐品質(zhì)特性進(jìn)行了分析,金雪花等[17]也采用相關(guān)性分析法對大豆籽粒的理化指標(biāo)與豆?jié){理化品質(zhì)及感官品質(zhì)進(jìn)行了分析。但是經(jīng)典的方法不具備將眾多原始變量縮減成少數(shù)幾項綜合指標(biāo)和幾個因子變量,而且運用在眾多變量相關(guān)性分析時其結(jié)果表達(dá)的不完整、不充分、可解釋性較差[18-19],所以近幾年對此類分析更多采用主成分因子分析及聚類分析方法。主成分因子分析其特點是可將眾多指標(biāo)變量進(jìn)行縮減、盡可能多地保留原始變量的信息、因子變量具有較強的可解釋性；聚類分析是對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組歸類以了解數(shù)據(jù)集的內(nèi)在聯(lián)系,聚到同一個數(shù)據(jù)集中的樣本應(yīng)該彼此相似,而屬于不同組的樣本應(yīng)該差異明顯,二者都是一種多元統(tǒng)計分析方法,聯(lián)合使用非常適用于從多品種供試樣品、以多指標(biāo)變量為依據(jù)采集數(shù)據(jù),篩選專用品種,進(jìn)行品種綜合質(zhì)量評價以及某種特性的綜合評價。主成分因子分析和聚類分析聯(lián)合使用是一種具有客觀性、公正性以及科學(xué)性的合理的評價方法,已廣泛應(yīng)用于果蔬品種的篩選、食品風(fēng)味評價、植物主要性狀分析[20-24]等研究。但是目前將主成分與聚類分析法相結(jié)合應(yīng)用于從多品種大豆中篩選出適于制作豆?jié){的大豆,并對其品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合評價的研究鮮見報道。本研究以黑龍江地區(qū)6 個積溫帶29 個主栽大豆品種為樣本,依據(jù)8 項理化指標(biāo)及制備豆?jié){的6 項品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分因子分析及聚類分析,以期篩選出適宜制作豆?jié){的大豆品種,科學(xué)合理地利用大豆品種資源,為開發(fā)制備豆?jié){的專用大豆品種提供方法依據(jù)和實際運用參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

供試的大豆品種選用黑龍江地區(qū)種植的29 個大豆品種（表1）。

表1 29 個大豆品種Table 1 Twenty-nine varieties of soybean tested in this study

考馬斯亮藍(lán)G-250、乙醇、磷酸 國藥集團化學(xué)試劑有限公司；低分子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)蛋白 上海哈靈生物科技有限公司；硫酸銅、硫酸鉀、硼酸、甲基紅、溴甲酚綠（均為分析純） 河南鼎信化工產(chǎn)品有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Alpha-1506型紫外-可見分光光度計 上海譜元儀器有限公司；TG16-WS臺式高速離心機 上海盧湘儀離心機儀器有限公司；DJ12B-A10全自動家用豆?jié){機 九陽股份有限公司；Zetasizer Nano S90納米粒度分析儀英國馬爾文儀器有限公司；DYCZ-24KS型雙板垂直電泳儀北京六一生物科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 大豆理化指標(biāo)的測定及蛋白質(zhì)組分分析

分別按照GB 5009.3—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》、GB 5009.6—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測定》、GB 5009.5—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測定》、GB 5009.8—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測定》、GB 5009.92—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鈣的測定》測定水分、脂肪、蛋白質(zhì)、可溶性糖、鈣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。7S、11S蛋白亞基質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定參照彭棋等[25]的研究方法稍加改進(jìn)：取適量脫脂大豆粉,以料液比1∶15加入0.5 mol/L、pH 8.5的Tris-HCl緩沖液,55 ℃條件下提取1 h,4 000 r/min離心20 min,取上清液調(diào)節(jié)pH值至6.4,4 000 r/min離心15 min,沉淀調(diào)節(jié)pH值至7.0即得到11S蛋白亞基,上清液調(diào)節(jié)pH值至5.0,靜置30 min后回調(diào)pH值至5.5,4 000 r/min離心20 min,取上清液調(diào)節(jié)pH值至4.5,4 000 r/min離心15 min,沉淀調(diào)節(jié)pH值至7.0即為7S蛋白亞基。冷凍干燥后并采用十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳測定7S、11S蛋白亞基質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3.2 豆?jié){的制備

稱取一定量大豆,清洗干凈,并在室溫（20 ℃）下用蒸餾水（料液比1∶3）浸泡10 h,浸泡后瀝干水,按料液比1∶9加入豆?jié){機進(jìn)行加熱、磨漿,將所制得漿液過80 目篩去除豆渣,得到豆?jié){[26]備用。

1.3.3 豆?jié){指標(biāo)測定

1.3.3.1 豆?jié){蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)測定

按GB 5009.5—2016測定豆?jié){蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3.3.2 豆?jié){得率測定

制漿前按料液比1∶9分別稱取浸泡后大豆的質(zhì)量及水的質(zhì)量,制得豆?jié){后,稱取豆?jié){的質(zhì)量,計算豆?jié){得率[27]（式（1））。

式中：m1為浸泡后大豆質(zhì)量/g；m2為加水質(zhì)量/g；m3為豆?jié){質(zhì)量/g。

1.3.3.3 豆?jié){穩(wěn)定性測定

豆?jié){穩(wěn)定性采用穩(wěn)定性系數(shù)法[28]測定,將豆?jié){稀釋50 倍,于4 000 r/min離心5min,取上清液,在785 nm波長處分別測定離心前后樣液的吸光度。離心后樣液吸光度與離心前樣液吸光度的比值即為豆?jié){的穩(wěn)定性系數(shù)（R）[29],按公式（2）計算,R≤1.00,R越大表明豆?jié){穩(wěn)定性越高。

式中：A1為離心前吸光度；A2為離心后吸光度。

1.3.3.4 豆?jié){粒徑測定

以去離子水為分散劑,將豆?jié){用去離子水稀釋1 000 倍,4 000 r/min離心15 min,在室溫條件下取1 mL上清液于1 cm的比色皿中放入樣品臺中,用Zetasizer Nano S90納米粒度分析儀進(jìn)行分析[30]。

1.3.3.5 豆?jié){蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移率測定

豆?jié){蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移率參照文獻(xiàn)[27]進(jìn)行測定,按照公式（3）計算。

式中：V為豆?jié){體積/mL；ρ為豆?jié){蛋白質(zhì)量濃度/（g/100 mL）；m為原料大豆質(zhì)量/g；X為原料大豆蛋白質(zhì)含量/（g/100 g）。

1.3.3.6 豆?jié){的感官評價

用29 個品種大豆制備豆?jié){,參照SB/T 10633—2011《國內(nèi)貿(mào)易行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 豆?jié){類》制定豆?jié){感官評價指標(biāo)與等級分值（表2）。選擇食品專業(yè)相關(guān)人員20 名,以生豆?jié){的豆腥味為比對,同時選擇5 種市售口碑較好的豆?jié){,參考實驗制訂的評價指標(biāo)和等級進(jìn)行了一致性培訓(xùn),之后采用評分法對實驗樣品進(jìn)行正式評價。

表2 豆?jié){感官評價指標(biāo)與等級分值Table 2 Criteria for sensory evaluation of soybean milk

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 23.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析、Pearson相關(guān)性性分析、主成分因子分析和聚類分析。首先分析上述29 個品種大豆的8 項理化指標(biāo)及豆?jié){的6 項品質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性。然后進(jìn)行主成分因子分析,得到主成分因子的載荷矩陣、特征值、方差貢獻(xiàn)率及累計貢獻(xiàn)率,然后以方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重通過特征值計算各主成分的系數(shù),并將該系數(shù)乘以方差貢獻(xiàn)率構(gòu)建綜合評價函數(shù),計算綜合得分,按綜合得分值進(jìn)行排序,得出適宜制作豆?jié){的大豆品種。最后對29 個品種豆?jié){的6 項品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行聚類分析[31],選擇適宜的歐氏距離,將29 個品種豆?jié){進(jìn)行分類,區(qū)別各類豆?jié){的品質(zhì)特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 29 種大豆的理化及豆?jié){品質(zhì)指標(biāo)測定結(jié)果

表3 29 種大豆的理化指標(biāo)（n＝3）Table 3 Physicochemical indicators of 29 varieties of soybean (n= 3)

由表3、4變異系數(shù)可知,大豆水分、鈣、7S蛋白亞基質(zhì)量分?jǐn)?shù)及豆?jié){粒徑變異系數(shù)大于20%,其中大豆水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變異系數(shù)最大,為29.97%,大豆可溶性糖、脂肪、蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)及豆?jié){得率、穩(wěn)定性、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移率、感官評分變異系數(shù)小于10%,豆?jié){得率的變異系數(shù)最小,為3.18%。不同品種大豆的同一指標(biāo)存在顯著性差異（P＜0.05）,具有一定的廣泛性和代表性,陳思[32]和于寒松[33]等在類似的研究中也得到相同的結(jié)果。所以認(rèn)為大豆品種的不同可導(dǎo)致豆?jié){品質(zhì)存在差異。

表4 29 種豆?jié){的品質(zhì)指標(biāo)（n＝3 ）Table 4 Quality indicators of 29 varieties of soybean milk (n= 3 )

2.2 不同品種大豆理化指標(biāo)及豆?jié){品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析結(jié)果

由表5可知,大豆的理化指標(biāo)與豆?jié){品質(zhì)指標(biāo)存在顯著相關(guān)性的有：豆?jié){蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)與大豆蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著正相關(guān)（r＝0.604）,感官評分與大豆11S/7S比值呈顯著正相關(guān)（r＝0.416）；前者符合邏輯,后者沒有實際意義,豆?jié){感官評價是4 項指標(biāo)綜合評價結(jié)果,其與大豆11S/7S比值的相關(guān)關(guān)系是否存在有待深入研究,目前鮮見相關(guān)報道。唐文義[29]的研究表明,大豆籽粒蛋白質(zhì)含量與豆?jié){蛋白質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)（r＝-0.003）,與本實驗研究結(jié)果不符,可能原因是其研究中制漿工藝與本研究的制漿工藝不同,導(dǎo)致所制得豆?jié){的蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移率不同,從而造成結(jié)果不同。豆?jié){蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移率與大豆水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)（r＝-0.524）,水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低意味著以自由水形式存在的水少,當(dāng)大豆在萌發(fā)期浸泡時吸水量較大,而且這部分水會與蛋白質(zhì)中的疏水基團相互作用形成籠形水合物[34-35],弱化了蛋白質(zhì)分子之間的作用力,特別是制備豆?jié){時所加水分,有利于萌發(fā)豆粉碎磨漿均質(zhì),使蛋白質(zhì)殘渣減少,豆?jié){蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移率增大。其余指標(biāo)關(guān)聯(lián)的相關(guān)性不顯著。由此可見相關(guān)性分析不能全面完整地表明其指標(biāo)間的變化關(guān)系且不具有解釋性。俞華先等[36]在研究甘蔗抗旱性綜合評價、白婷等[37]在研究不同青稞品種秸稈飼用品質(zhì)分析及位杰等[38]對庫爾勒香梨及其芽變和雜交品種（系）果實品質(zhì)評價中也發(fā)現(xiàn)相關(guān)性分析結(jié)果不能直接作為綜合評價影響因素的方法。因此近年來很多學(xué)者選擇主成分因子分析和聚類分析方法進(jìn)行研究。

表5 29 個大豆品種理化指標(biāo)與豆?jié){品質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析Table 5 Correlation analysis between physical and chemical indicators of 29 soybean varieties and soybean milk quality indicators

2.3 不同品種大豆理化指標(biāo)及豆?jié){品質(zhì)指標(biāo)主成分因子分析結(jié)果

2.3.1 主成分因子分析結(jié)果

表6 主成分因子分析特征值與貢獻(xiàn)率Table 6 Eigenvalues and contribution rates to total variance of principal component analysis

由表6可知,第1主成分的特征值為4.254,方差貢獻(xiàn)率為30.383%,為最重要的主成分；第2～6主成分的重要性依次降低,前6 個主成分載荷矩陣對應(yīng)的累計方差貢獻(xiàn)率已達(dá)到84.973%,通常以累計方差貢獻(xiàn)率大于70%為判斷指標(biāo)[39],即表明6 個主成分已經(jīng)包含了豆?jié){用大豆品質(zhì)性狀的絕大部分信息,因此可以用縮減得到的6 個主成分代替原來14 個指標(biāo)篩選豆?jié){用大豆的品種。

表7 6 個主成分的載荷矩陣Table 7 Loading matrix of first six principal components

由表7可知,采用SPSS 23.0軟件進(jìn)行主成分因子分析生成6 個主成分載荷矩陣,其絕對值越大,對該主成分影響越主要；因此,主成分1以大豆水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響為主,大豆7S蛋白亞基質(zhì)量分?jǐn)?shù)、豆?jié){蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移率的影響為輔；主成分2以大豆總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響為主,豆?jié){得率的影響為輔；主成分3以大豆蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響為主,豆?jié){蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響為輔；主成分4以豆?jié){穩(wěn)定性的影響為主,大豆11S蛋白亞基質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響為輔；主成分5以大豆脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響為主,豆?jié){粒徑的影響為輔；主成分6以豆?jié){粒徑的影響為主,大豆11S/7S的影響為輔。

2.3.2 不同品種豆?jié){豆品質(zhì)的綜合評價

通過表7的主成分因子載荷矩陣,構(gòu)建6 個主成分的函數(shù)表達(dá)式[40]（式（4）～（9））：

6 個表達(dá)式中,X1～X14分別為大豆水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)、蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)、總鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)、7S蛋白亞基質(zhì)量分?jǐn)?shù)、11S蛋白亞基質(zhì)量分?jǐn)?shù)、11S/7S、豆?jié){得率、穩(wěn)定性、蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移率、感官評分、粒徑。

由方差貢獻(xiàn)率和主成分函數(shù)表達(dá)式可得綜合得分F（式（10））。

由表8可知,20、23、25號大豆品種主成分綜合得分均大于1,其中25號最高達(dá)到了2.13 分；其次是20、24號,分別為1.57、1.10。28號綜合得分最低,為-1.17 分。由此得出最適宜制作豆?jié){的品種為25號的‘黑農(nóng)85’,其次為23號的‘黑農(nóng)66’和20號的‘黑農(nóng)71’。2.4 29 個品種豆?jié){品質(zhì)指標(biāo)聚類分析結(jié)果

圖1 29 個品種豆?jié){的聚類譜系Fig.1 Clustering lineage of 29 varieties of soybean milk

表9 29 個品種豆?jié){聚類分析結(jié)果Table 9 Cluster analysis results 29 varieties of soybean milk

根據(jù)圖1分析得到,當(dāng)歐氏距離小于11.5時,分出的類別仍然較多；11.5時可分為4 類；當(dāng)歐氏距離在11.5～13.0時仍然可分為4 類；而歐氏距離大于13.5時,雖然可分為3 類,但是一類品種中的指標(biāo)相似度小。所以認(rèn)為歐氏距離選擇11.5較為適宜,將供試的29 個品種豆?jié){分為4 類（表9）。主成分因子分析得到的綜合得分大于1的3 個品種均集中在第II類中,說明豆?jié){品質(zhì)特征相互接近,具有蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移率、感官評分高的特征,這些特征均符合豆?jié){產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)；此外豆?jié){得率為中等水平,認(rèn)為該項指標(biāo)主要受萌發(fā)豆硬度的影響。同時由表5可知,雖然得率與粒徑呈負(fù)相關(guān),但不具顯著性；豆?jié){穩(wěn)定性在各類別中都沒有表現(xiàn)出規(guī)律性,所以還需通過采取其他方法如添加穩(wěn)定劑來提高豆?jié){的穩(wěn)定性。本實驗與李若姝[12]的研究采用了相似的方法,其通過聚類分析方法將53 個品種豆?jié){分為3 類。

3 結(jié) 論

依據(jù)供試的29 種大豆的理化指標(biāo)及豆?jié){品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析、主成分因子分析及聚類分析,篩選制備豆?jié){用大豆的品種。結(jié)果表明,供試的29 個品種大豆及豆?jié){的同一測定指標(biāo)間存在顯著性差異（P＜0.05）。因相關(guān)性分析結(jié)果不能全面完整表達(dá)出指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性,認(rèn)為不適宜作為多變量之間相關(guān)分析。主成分因子分析可將多指標(biāo)變量進(jìn)行縮減,分析得到的6 個主成分可以替代大豆及豆?jié){的14 個指標(biāo),并根據(jù)6 個主成分函數(shù)表達(dá)式計算出綜合得分前3 個大豆品種分別是‘黑農(nóng)85’、‘黑農(nóng)66’、‘黑農(nóng)71’,作為適宜制備豆?jié){的大豆。聚類分析可將29 個大豆品種制備得到的豆?jié){縮減分為4 類,篩選出的3 個品種豆?jié){豆均集中在同一類別中,其豆?jié){具有蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移率、感官評分高,豆?jié){得率中等的特點。采用主成分、聚類分析方法篩選適宜制備豆?jié){的大豆品種,可以規(guī)避主觀因素的影響,快速、簡便、合理、科學(xué)。研究可為豆?jié){專用大豆品種的篩選和開發(fā)提供參考,為大豆品種理化指標(biāo)與豆?jié){品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性研究提供參考。