不同发芽日期大豆的主要营养品质特征及其分类评价
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇不同发芽日期大豆的主要营养品质特征及其分类评价范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要：本试验以7个不同芽期大豆为研究对象，采用常规化学分析和原子吸收光谱技术，测定其主要营养指标，并应用主成分和聚类分析法对大豆发芽期与营养品质的关系进行分析。结果表明，不同发芽日期大豆中营养品质组分既相互独立又关系复杂，多数营养指标间有一定相关性。主成分分析得出一个两因子模型，解释试验数据92.18%的信息。第一主成分主要综合芽长、脂肪、灰分、还原糖、VC、Ca、Mg和Fe的信息，即基础营养因子；第二主成分包括蛋白质和总糖的信息，为特征营养因子。结合主成分得分图和聚类分析结果，可将7个发芽期大豆分为三类：第一类为高基础营养豆芽，第二类为高糖、低蛋白质豆芽，第三类为高蛋白质、高VC、低糖豆芽。该试验初步判定了不同发芽日期豆芽的营养特征，对豆芽的直接食用和进一步加工利用具有参考价值。
关键词：豆芽；主成分分析；聚类分析；理化品质
中图分类号：S565.101 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2017）01-0029-06
Abstract The purpose of this study is to investigate the differences in physical and chemical characteristics of soybean sprouting at different time and provide theoretical bases for edible and processing use of sprouting soybean. Seven soybean materials with different sprouting periods were used to measure the length of sprouts， the contents of protein， total sugar， fat， ash， reducing sugar， vitamin C， calcium， magnesium， iron， manganese， copper and zinc by using conventional chemical methods and the atomic absorption spectroscopy analysis （AAS）. The relationships between sprout time and quality characters were analyzed by principal component analysis （PCA） and hierarchical cluster analysis （HCA）. The results showed that there was a certain correlation between most nutrient quality characters. The cumulative variance contribution of two extracted principal components was 92.18% approximately. The first principal component was related to length of sprouts， fat， ash， reducing sugar， vitamin C， calcium， magnesium and iron contents， which were the basic quality factors. The second principal component was related to protein and total sugar contents， which were the feature factors. Based on the component score plots and cluster analysis， the seven kinds of soybean were classified into three groups. The first group was rich in basic nutrition， the second group had higher sugar and lower protein， and the third group was related to higher protein，higher vitamin C and lower sugar content. These results preliminarily made sure the nutrition characteristics of soybean sprouts germinated at different time， and could provide references for direct eating and further processing of soybean sprouts.
Keywords Soybean sprout； Principal component analysis； Cluster analysis； Physical and chemical characteristics
豆芽是豆食品消费的主要途径之一，其口感鲜嫩，富含蛋白质、碳水化合物、脂肪、钙、磷、铁、维生素和粗纤维等营养物质，既能促进受伤血管壁的愈合，又能消除血管壁上附着的胆固醇和脂肪的积存，对防治冠心病和抗癌有着强大功效[1，2]。发芽后大豆的化学组成和生化结构都发生了很大的变化[3]。目前，国内外学者对大豆发芽过程已进行大量研究。王慧芳等[4]以中黄13大豆为对象，对大豆发芽期间的异黄酮类成分变化规律进行了研究。Mostafa等[5]和鲍会梅[6]则对大豆中蛋白质与氨基酸的变化进行过详细分析。徐茂军等[7]研究分析大豆发芽过程中Fe形态的变化，而孙冰等[8]以多种大豆为对象，比较不同大豆发芽中VC、大豆异黄酮和胰蛋白酶抑制剂含量的变化。于立梅等[9]和朱新荣等[10]则对不同发芽日期大豆多种营养成分的变化规律进行了描述与总结。上述研究主要对大豆发芽过程中一个营养指标或者多个营养指标进行分析，更侧重于对大豆发芽过程中主要营养成分变化规律的探索，而对于不同发芽时间大豆营养品质特征与综合评价的研究较少。本研究在测定不同发芽日期大豆内外品质的基础上，应用主成分和聚类分析法进行研究，旨在为豆芽营养品质评价和合理加工利用提供理论参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
试验于2016年在临沂市产品质量监督检验所中心实验室进行。材料为当地市售大豆。
主要试剂：Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn标准溶液购自国家标准物质中心，使用时按需要逐级稀释。盐酸、硫酸、乙醇、氢氧化钠、硝酸、石油醚等试剂均为分析纯，购自国药集团化学试剂有限公司。试验用水全部为去离子水。无磷滤纸：三水牌（Φ 11 cm），潍坊检验技术研究所生产。
1.2 仪器与设备
AL204型电子天平（0.0001 g），梅特勒-托利多仪器公司生产；HH-4型数显恒温水浴锅，上海蓝凯仪器仪表有限公司产品；SY-2型电热板，金坛市晶玻实验仪器厂生产；HY-4KS型往复式振荡机，金坛市新航仪器厂产品；TGL-15B型高速台式离心机，上海安亭科学仪器厂产品；202型电热恒温干燥箱，山东潍坊医疗器械厂生产；SX2型箱式电阻炉，南阳市鑫宇炉业有限公司产品；YRH-150F型生化培养箱，上海姚氏仪器设备厂产品；KDN-04A型凯氏定氮仪，浙江托普仪器有限公司生产；722G型可见分光光度计，上海精密科学仪器有限公司产品；安捷伦AA240型原子吸收分光光度计（配有空气-乙炔燃烧器），美国安捷伦科技有限公司产品；索氏脂肪提取器等。
1.3 试验方法
1.3.1 样品制备 精选色泽光鲜、粒度饱满、大小均匀的优质大豆，将其放入方形塑料盒中，用去离子水清洗3遍，再用60℃热水浸泡5 min，随后将水温调至45℃左右浸泡2 h，换水后在大豆表面覆盖1层纱布，放置于25℃生化培养箱内黑暗处理并开始计时。分别将萌发至0、1、2、3、4、5 d和6 d的豆芽用去离子水漂洗干净，再于105℃杀青15 min，随后60℃烘干至恒重。用高速粉碎机将烘干样品粉碎，过1 mm塑料网筛后装入洁净的广口瓶中备用。
1.3.2 测定方法 豆芽长用游标卡尺测定；蛋白质含量测定采用凯氏定氮法，参照GB 5009.5―2010食品中蛋白质的测定进行；总糖含量测定采用酸水解-直接滴定法，参照GB 5009.8―2008食品中蔗糖的测定进行；脂肪含量测定采用索氏提取法，参照GB/T 14772―2008食品中粗脂肪的测定进行；灰分含量测定采用直接灰化法，参照GB 5009.4―2010食品中灰分的测定进行；还原糖含量测定采用直接滴定法，参照GB 5009.7―2008食品中还原糖的测定进行；VC含量测定采用采用2，6-二氯靛酚滴定法，参照GB/T 6195―1986 水果、蔬菜维生素C含量测定法进行；Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn含量测定采用干灰化处理-原子吸收分光光度法，参考GB 5413.21―2010 婴幼儿食品和乳制品中钙、铁、锌、钠、钾、镁、铜和锰的测定进行。
1.4 数据处理
采用Microsoft Excel 2007软件和OrigiPro 8.0软件进行数据计算与作图，应用SPSS 18.0统计分析软件中的因子分析程序对原始数据作标准化处理后进行主成分分析和聚类分析。
2 结果与分析
2.1 不同发芽日期大豆的主要营养品质指标表现
由表1可知，随着发芽时间的延长，大豆逐渐出芽，芽长逐渐增加。发芽大豆中各种营养成分变化略有不同。其中，蛋白质含量在1 d时有所下降，较开始时原豆减少5.08%，然后逐渐增加，在6 d时含量达到最大值；总糖含量在前3 d时逐渐增加，之后逐渐减少；脂肪、灰分、还原糖、钙、镁含量均S发芽时间延长呈明显下降趋势；VC含量随发芽时间延长逐步递增；微量元素中除Fe含量有下降趋势外，Mn、Cu、Zn含量均在整个发芽期内变化不明显。
2.2 不同发芽日期大豆营养品质指标间的相关分析
由表2可知，芽长与脂肪、灰分、还原糖、Ca、Mg、Fe、Cu、Zn极显著负相关（P
2.3 不同发芽日期大豆营养品质指标的主成分分析
主成分分析的目的之一就是利用原变量间具有较强相关性的特点，对原变量进行降维分析，用少量因素来描述多种指标或因素之间的关系[11]。载荷反映的是变量与主成分的相关性，代表了在主成分中原来各个变量的权重，载荷的大小可以表明各个变量的影响程度[12]。主成分的载荷系数越接近1或者更接近零，说明得到的主成分越能够更好地解释和命名变量，把全部载荷用一个图形表示出来则组成载荷图（图1a）。对不同发芽日期大豆营养品质指标进行主成分分析发现，第一主成分对大豆营养品质的贡献率为 78.14%，权重最大，第二主成分的贡献率是14.04%，累积贡献率达到92.18%。对第一主成分（PC1）起主要作用的品质指标为芽长、脂肪、灰分、还原糖、VC、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn，其中芽长和VC在第一主成分上呈负向分布，其它指标呈正向分布；而对第二主成分（PC2）起主要作用的品质指标为蛋白质和总糖，其中蛋白质为正向指标，总糖为负向指标（图1a）。可以看出，第一主成分代表了豆芽营养品质的基础因子；第二主成分代表了豆芽营养品质的特征因子。
成分得分图1（b）表示经过降维后不同发芽日期大豆样本在二维空间的分布情况。图中横坐标代表每个样本在第一主成分中的得分值，纵坐标表示每个样本在第二主成分中的得分值。从得分图上能够直观地看出不同发芽日期大豆与PC1和PC2的关系：发芽0 d时大豆落在PC1和PC2正向区间，表明它具有高蛋白、低糖特点，富含多样的基础营养，但维生素含量较低；发芽1 d和2 d时依次处于PC1和PC2的第四区间，具有高糖、低蛋白和基础营养较丰富特性；发芽3 d和4 d时位于第三区间，总糖和维生素含量均较高，蛋白质含量低，基础营养一般；第二区间具有高芽长、高维生素和蛋白质、低糖分，基础营养相对较低的特性，发芽5 d和6 d时大豆处于此区间。综上看出，不同发芽日期大豆营养品质指标存在较大的差异，发芽时间的增加会导致部分基础营养成分的损失，同时伴随维生素等新物质的合成与转化，其含量增加，食用性也相应增强。
2.4 不同发芽日期大豆的营养品质聚类分析
聚类分析是依照事物的数值特征来观察各样品间的亲疏关系[13]。而样品的亲疏关系则由样品之间的距离来衡量，一旦样品之间的距离定义之后，就把样品距离近的归为一类。为验证主成分分析结果的可靠性及客观性，依据豆芽理化品质，对不同发芽日期大豆采用离差平方和法（Ward法）进行个案（Q型）系统聚类分析，结果见图2。由聚类分析树状图可知，当类间距离为7.5时，不同发芽日期大豆可分为三类：第一类为发芽0 d和1 d时大豆，即休眠-膨胀期，其中0 d时原豆中营养成分充沛，富含蛋白质；发芽1 d时大豆由于吸水后膨胀，种子新陈代谢能力和呼吸作用加强，此时大豆中固有养分有所损失，但VC等新物质也开始合成。第二类包含了发芽2、3、4 d大豆，即发芽前期，这时大豆胚芽快速生长，蛋白质等营养物质快速消耗，尽管呼吸作用消耗了大量的糖类，但由于脂肪的分解，总糖含量仍维持在较高水平，VC合成量也进一步提高；第三类包含了发芽5、6 d大豆，即发芽后期，这时大豆芽长较长，部分大豆根冠部分有大量根毛生成，基础营养进一步消耗，呼吸作用增强造成总糖含量降低，但蛋白质和VC合成量也达到较高值。聚类结果在一定程度上反映出大豆品质在不同发芽时间上存在较大的差异，其理化品质与发芽时间之间有一定联系，发芽时间相近其化学成分和含量也往往相近，品质相当。
3 讨论
大豆发芽过程分为三个阶段：吸水膨胀期、萌发期和出苗期。大豆浸水后，使其营养成分和理化性质发生重大变化。不同发芽日期的种子内部养分变化有规律性也有差异性。于立梅等[9]对大豆发芽过程中营养成分变化进行过研究，结果表明，发芽时间增加，VC、还原糖、异黄酮等含量增加，脂肪含量降低，蛋白质含量先降低后增加，总糖先增加后降低。朱新荣等[10]研究还发现灰分和矿质元素（Fe、Mn、Cu、Zn、K、Na）在发芽后均有所损失。本试验结果与上述结论基本一致。认为：大豆在发芽过程中，其营养成分含量出现消长变化是因为大豆发芽是由休眠的静态到生理活动频繁的动态过程，这引起豆芽呼吸作用和新陈代谢能力增强，酶的种类和数量增加，大豆中储存的大分子营养物质（蛋白质等）和螯合态矿质元素（螯合Fe等）分解或转化为其它小分子（氨基酸等）和游离态物质（Fe2+等），使生物活性物质含量显著增加，并可能产生新的高活性物质；而呼吸作用的消耗与物质分解也将是某些营养组分含量减少的直接原因。
在大豆发芽过程中，由于物质间的分解、转化与合成作用，各种物质间存在复杂的联系[14]。大豆营养品质特性是多因素相互结合、相互作用的结果。本研究对不同发芽日期大豆13个营养指标进行相关性分析表明，豆芽间营养品质组分存在相关性。
对于多样品多指标的品质分析越来越广泛地应用主成分分析和聚类分析[11-13]。主成分分析是一种采用少量综合指标来代替原来多个指标大部分信息的一种降维的分析方法，突出重要信息和内部规律，使综合因子尽可能地反映原来变量的信息。而聚类分析是将研究对象关系更接近的合并为一类，在不删减任何信息的情况下明确分类界限。本研究通过对豆芽的13 项品质指标进行主成分分析且提取出重要信息，并采用主成分得分图分析了各个主成分和品质指标与发芽时间的关系，可以为不同发芽日期大豆营养评价提供直观的依据。如选择高芽长、高VC、高蛋白质、低糖的豆芽，可在PC1和PC2得分图第四区选择。聚类分析确定的分类界限，也为现有豆芽的食用或者深加工提供营养初步判定依据。
4 结论
不同发芽日期大豆营养品质指标均呈一定差异，但不同组分间存在共线性变化。利用主成分分析对13个品质指标进行转化和分析，提取出的两个主成分能反映原量92.18%的信息，其中第一主成分代表豆芽基础营养因子，第二主成分为特征因子。根据聚类分析和主成分得分图可将7个发芽期大豆分为3类，各自具有不同的营养特征，为豆芽的食用和加工利用提供了理论依据。
参 考 文 献：
[1] 曾庆真，牛文慧，邵淑娟. 大豆发芽过程中异黄酮含量和抗氧化活性变化研究[J]. 粮食与油脂，2014，27（8）：53-55.
[2] Sathe S K，Mason A C，Rodibaugh R，et al. Chemical form of selenium in soybean （Glycine max L.） lectin[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry，1992， 40（11）：2084-2091.
[3] Bartley J P，Jacobs A L. Effects of drying on flavor compounds in Australian-grown ginger （Zingiber officinale）[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture，2000，80（2）：209-215.
[4] 王慧芳，来吉祥，王东晖，等. 中黄13大豆发芽期间异黄酮类成分变化规律的研究[J]. 中国粮油学报，2015，30（9）：13-17.
[5] Mostafa M M，Rahma E H，Rady A H. Chemical and nutritional changes in soybean during germination[J]. Food Chemistry，1987，23（4）：257-275.
[6] 鲍会梅. 大豆发芽过程中成分变化及营养特性的研究[J]. 食品工业，2015（4）：293-296.
[7] 徐茂军，包开洪. 豆芽中铁化学价态研究[J]. 营养学报，2002，24（3）：311-312.
[8] 孙冰，郑留学，朱思齐，等. 大豆发芽过程中异黄酮、维生素 C、胰蛋白酶抑制剂含量变化的研究[J]. 食品工业科技，2013，34（24）：147-149.
[9] 于立梅，于新，曾晓房，等. 不同豆类发芽过程中营养成分的变化[J]. 食品与发酵工业，2010（7）：23-26.
[10]朱新荣，胡筱波，潘思轶，等. 大豆发芽期间多种营养成分变化的研究[J]. 中国酿造， 2008（12）：64-66.
[11]左勇，王小龙，江鹏，等. 主成分分析法在研究宜宾芽菜风味物质变化中的应用[J]. 食品工业科技，2015，36（16）：68-74.
[12]Eriksson L，Johansson E，Kettaneh-Wold N，et al. Multi-and megavariate data analysis. Part I basic principles and applications[J/OL]. ， 2006.
[13]刘美迎，李小龙，梁茁，等. 基于模糊数学和聚类分析的鲜食葡萄品种综合品质评价[J]. 食品科学，2015，36（13）：57-64.
[14]郭_，霍贵成. 豆芽生化特性及其营养变化[J]. 粮油食品科技，2002，10（4）： 8-10.