菜薹属于十字花科芸薹属植物，主要分布在长江流域，在我国南方地区广泛种植，是我国南方的特产蔬菜[1]。菜薹口感清脆，风味独特[2]，富含维生素C(vitamin C,VC)、蛋白质和矿物元素等营养物质[3-5]，深受人们的喜爱。根据形态特征和遗传亲缘关系的差别，油菜薹又分为白菜型、芥菜型和甘蓝型3类[6]。白菜薹和红菜薹均为市场上常见白菜型油菜薹品种。白菜薹色泽翠绿，是秋冬季节重要的蔬菜品种之一;红菜薹色泽紫红，微甜可口，其中，湖北武汉的洪山菜薹最为有名，曾被誉为“金殿玉菜”，是地理标志产品之一[7]。近年来，随着人们对营养膳食要求的不断提高，新菜薹品种不断涌现。马朝芝等[8]培育了国内首个甘蓝型菜用油菜品种——狮山菜薹，属于早熟品种，上市时间较早，可以提前供应市场，实现菜薹的错峰销售。

目前，大多关于菜薹的研究主要集中在结合栽培条件对菜薹品质进行评价，李国英[9]通过不同土壤、铵肥形态和配方施肥对红菜薹品质影响的研究，确定黄壤土、铵态氮肥及N∶P∶K的比例为3∶1∶1.2的条件下，红菜薹的产量高且品质佳。王塽等[10]对绿菜薹1号的产量和营养品质进行分析，结果表明，绿菜薹1号的粗蛋白、总氨基酸和VC含量均比红菜薹高。钟玉娟等[11]对44个菜薹品种的硝酸盐含量和营养品质进行分析，发现硝酸盐含量和营养品质之间存在显著相关性。目前对菜薹的感官和营养指标评价的研究却鲜有报道，值得深入研究。

蔬菜的品质包括感官品质和营养品质等方面[12]，感官品质包括色泽、质地、滋味、气味等，蔬菜营养品质由维生素、蛋白质和矿物质等成分决定。其中，感官品质对消费者的选择有着重要的影响，而营养品质又在一定程度上影响着感官品质。油菜薹大多为熟食，前人在加工的过程中多为水煮或微波加热，与生活中常见的热炒烹调方式有较大区别，其评价结果可能存在系统性偏差[13]。本研究对油菜薹熟食的评价方法进行了改良，并结合感官评价和营养品质来更好地反映油菜薹品质特性。选用9个早熟油菜薹品种，包括狮山菜薹、白菜薹和红菜薹，采用主成分和聚类分析，对其感官和营养品质进行综合评价，旨在寻找口感佳、营养价值高的油菜薹，为利用油菜薹品质差异进行品种选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

本实验所用9种菜薹均来自华中农业大学油菜试验基地，在同一区组、同一田间水肥管理条件下进行栽培管理。菜薹各品种编号为1～9，均为早熟品种。其中，2号为狮山菜薹、8号为白菜薹(雪娇)、9号为红菜薹(红杂60)，其余为狮山菜薹选育品种。参考NY/T 1647—2008《菜心等级规格》[14]，选择长度为20～25 cm、切口端横径为1.5～1.8 cm，粗细均匀、长度一致，且叶型完整、无凋谢、无白心，花蕾未开放的菜薹。

1.2 试剂与仪器

葡萄糖、Na2CO3、浓H2SO4、NaOH、草酸、乙二胺四乙酸、抗坏血酸、AlCl3·6H2O,均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；油、盐,华中农业大学中百超市。

MULTISKAN GO多功能酶标仪，美国Thermo Fisher公司；KQ-300DA超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；AX124ZH电子天平，奥豪斯仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品的处理

每个品种均随机选取符合标准的15株油菜薹，洗净、沥干水分，切碎、混合均匀。取一部分鲜样测定VC含量，其余部分用真空冷冻干燥机冻干，将冻干后的样品在粉碎机中粉碎，过60目筛，于-80 ℃冰箱中保存，用于测定理化指标。

1.3.2 油菜薹的炒制

将当天采摘符合标准的新鲜油菜薹500 g，洗净、沥干水分，切成5 cm的长度并混匀。在锅中加入20 mL油置于电磁炉上加热，待油温升至约100 ℃时倒入样品，大火翻炒3 min，加入2.5 g食盐稍加翻炒即可，供感官评价。为避免干扰实验结果，仅采用盐进行调味，不添加其他调味品，每种样品单独烹炒。

1.3.3 感官评价及标准

感官评定采用综合打分法，从色泽、质地、滋味、气味4个方面进行评定。选取15位接受过相关培训的人员进行品尝，每个评定人员之间不相互交流，评定不同品种之间用清水漱口。感官评价标准如表1所示[15]。

1.3.4 营养成分测定

VC含量测定：参考王学奎等[16]的方法，采用2,6-二氯酚靛酚滴定法；

可溶性蛋白含量测定：参考王学奎等[16]的方法，采用考马斯亮蓝法；

可溶性糖含量测定：参考王学奎等[16]的方法，采用蒽酮比色法；

总酚含量测定：参考蔡文国等[17]的方法，采用Folin-Ciocalteu法，以没食子酸为标准品，总酚含量以每克冻干粉中含有的没食子酸当量毫克数表示。

总黄酮含量测定：参考罗锋等[18]的方法，采用氯化铝-亚硝酸钠比色法，以芦丁为标准品，总黄酮含量以每克冻干粉中含有的芦丁当量毫克数表示。

钙、镁、铁、锌含量测定：参考ALVES 等[19]的方法，采用火焰原子吸收光谱法；

叶绿素、纤维素、有机酸含量测定：参考王学奎等[16]的方法进行测定。

1.4 统计分析

实验设置3次平行，结果用表示，采用Excel 2010和GraphPad Prism 5.0软件进行统计与制图，用SPSS 16.0软件进行主成分分析和聚类分析。

2 结果与分析

2.1 油菜薹品质的感官评定及营养成分分析

变异系数是反映样本变异程度大小的指标[20]。变异系数越大，表示样本变异程度越大。由表2可知，不同油菜薹品种的13个指标均存在不同程度的变异现象。其中，钙含量在品种间的变异程度最大，变异系数为33.24%。钙含量与李莉莉[21]关于白菜薹的研究结果一致，含量最高的1号油菜薹(10 806.23 mg/kg DW)是含量最低的9号油菜薹(2 208.52 mg/kg DW)的4.89倍；铁含量的变异程度次之，铁含量与李莉莉[21]的研究结果相比偏低，这可能是油菜薹的栽培条件、环境条件和品种间的差异所导致。铁含量最高的8号油菜薹(29.61 mg/kg DW)是含量最低的7号油菜薹(10.86 mg/kg DW)的2.73倍；锌含量最高的是9号菜薹(84.88 mg/kg DW)，显著高于其他品种；VC含量与原远等[22]报道大致相同，含量较高的是6号和7号油菜薹，分别为88.44、87.18 mg/100 g，显著高于其他品种；可溶性糖含量最高的是9号菜薹(321.25 mg/g DW)，显著高于其他品种，约为含量最低的4号油菜薹(242.80 mg/g DW)的1.32倍。结果表明，钙、铁、锌含量在品种间差异较大，可溶性糖、镁含量在品种间差异较小。

2.2 油菜薹品质的主成分分析

2.2.1 主成分分析

为了避免测定的油菜薹各指标的量纲和数量级对评价结果的影响，对原始数据进行标准化处理，得到均值为0、标准差为1的无量纲数据[23]。采用主成分分析法对9个油菜薹品种的VC、可溶性蛋白、可溶性糖、总酚、总黄酮、钙、镁、铁、锌、叶绿素、纤维素和有机酸等12个指标进行分析，得到各主成分的特征值、方差贡献率和累积方差贡献率。由表3可知，前3个主成分的特征值均大于1。其中，第1主成分的方差贡献率为44.98%，第2主成分的方差贡献率为28.03%，第3主成分的方差贡献率为12.02%，累积方差贡献率为85.04%，说明这3个主成分反映了原始变量的绝大部分信息。因此，选择前3个主成分代替原来的12个指标来评价油菜薹的品质。

表4为油菜薹12个品质指标的主成分载荷矩阵，反映了各指标对主成分的影响程度。由表4可知,第1主成分主要包含可溶性蛋白、可溶性糖、有机酸和锌等主要指标，可以代表滋味，当可溶性蛋白、可溶性糖、有机酸和锌含量高时，第1主成分较大；第2主成分主要包含总酚、总黄酮和铁等主要指标，可以代表活性成分和微量元素，当总酚、总黄酮和铁含量高时，第2主成分较大；第3主成分主要包含镁等主要指标，可以代表常量元素，当镁含量高时，第3主成分较大。

2.2.2 油菜薹品质的综合评价

根据表3中的特征值和表4中各指标的主成分载荷，可以得到3个主成分的函数表达式：

Y1=-0.123X1-0.347X2+0.377X3+0.201X4+0.283X5-0.288X6-0.133X7+0.177X8+0.398X9-0.335X10+0.271X11+0.355X12

Y2=-0.336X1+0.183X2-0.182X3+0.447X4+0.375X5+0.267X6+0.091X7+0.469X8+0.154X9+0.281X10-0.279X11+0.025X12

Y3=-0.380X1+0.095X2+0.183X3-0.070X4-0.213X5+0.262X6+0.765X7-0.055X8+0.027X9-0.234X10+0.196X11+0.102X12

式中:X1为VC、X2为可溶性蛋白、X3为可溶性糖、X4为总酚、X5为总黄酮、X6为钙、X7为镁、X8为铁、X9为锌、X10为叶绿素、X11为纤维素、X12为有机酸。

将3个主成分以及各主成分对应的方差贡献率作为权重，得到综合评价函数：

Y=0.450Y1+0.280Y2+0.120Y3

根据综合评价函数计算出9个菜薹品种的综合得分，综合得分越高，说明该品种的品质越好。由表5可知，2号(狮山菜薹)和目前市售的8号(白菜薹)、9号(红菜薹)品种的品质相近，有较好的食用价值和较大的推广市场。

2.2.3 不同品种油菜薹的聚类分析

聚类分析是将品质风味相似的品种聚为一类，直观地表现品种间差异。对9个油菜薹品种的感官、VC和可溶性蛋白等13个指标进行层次聚类分析，结果如图1所示。结果表明，通过感官可辨识出甘蓝型油菜薹、白菜薹和红菜薹，且甘蓝型油菜薹和白菜薹品质较为相近，9个品种分为3大类。第1类为白菜薹(8号)，第2类为红菜薹(9号)，第2类由甘蓝型油菜薹(1～7号)组成。

由表2可知，3类油菜薹各营养成分存在差异。第1类白菜薹(8号)口感较苦，总酚、总黄酮和铁含量较高。黄酮类物质虽然具有抗氧化和保护心血管等作用，但其本身有苦涩感，影响适口性，其含量并非越高越好。第2类红菜薹(9号)口感甘甜，可溶性糖含量较高；叶绿素含量较低，色泽较暗；钙含量较低；纤维素含量较高。纤维素是组成植物细胞壁的主要成分，影响着果实的脆度。但含量高时大多口感粗糙，影响适口性，其含量并非越高越好。第3类甘蓝型油菜薹(1～7号)感官评价较高，VC、可溶性蛋白含量均优于其他2类。蛋白质可分解成具有鲜味物质的氨基酸和小分子肽，使得油菜薹在具有营养的同时赋予其更好的滋味。其中，由主成分分析法得出的综合评价排序较高的狮山菜薹清香微甜、清脆可口，纤维素含量适中，适口性较好，各类营养物质含量较高且较为均衡，具有较好的推广价值。

3 结论与讨论

蔬菜的品质与感官和营养等指标有关，其品质研究同时受多种因素的影响，如加工方式、种植条件和品种差异等[24-26]。本研究采用同一区组、同一栽培管理条件下的油菜薹，较好地避免了采样误差。在感官品质评价中，熟食的方式几乎为水煮或微波加热，这2种加工方式操作简便，较易控制，结果较精确，但其结果可能与生活中实际食用感受存在差别[13]。本研究采用炒制的加工方式，严格控制了加工参数(油、盐的用量，火力和烹调时间)，并进行多次评定，减少了实验误差，提高了实验精确度，使评价更接近于人们的日常需要，结果更具指导意义。

采用主成分分析法对指标进行简化，能够降低人为因素的干扰，客观地反映实际情况。因此，主成分分析法广泛应用于品质评价研究中。刘伟等[27]对10个黄花菜品种的游离氨基酸进行主成分分析，提取3个主成分，筛选出较好的品种。原远等[28]采用主成分分析法确定7种菜心主要风味物质类别，综合评价风味品质。本研究比较了狮山菜薹与白菜薹、红菜薹的感官和理化指标，采用主成分分析法将12个指标简化为3个主成分，累积方差贡献率为85.04%，说明这3个主成分反映了油菜薹品质的绝大部分信息。由主成分分析法得出的综合评价函数可知，狮山菜薹(2号)和目前市售的白菜薹(8号)、红菜薹(9号)的品质相近。

聚类分析能够实现不同品种的特性划分、品质分级，已较好地应用于生菜[29]、葡萄[30]等品质评价中。本研究通过聚类分析将9个菜薹品种划分为3类。结果表明，狮山菜薹(2号)与白菜薹(8号)品质较为相近。结合感官和营养品质分析可知，狮山菜薹口感佳且营养成分均衡，具有较高的市场推广价值。

感官评价能够提供最为直接的总体评价，但是不可避免地存在个体差异的影响，如果能结合质构的分析，则有可能获得更为量化的数据，评价结果也会更客观。基于主成分分析、聚类分析的品质判定可为油菜薹的品质评价提供参考，由于研究中涉及的品种及评价指标偏少，如果能引入更多的指标及更多的油菜薹品种，将有利于建立更全面、更系统的油菜薹评价体系，从而为油菜薹品种选育提供参考。

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Evaluation of nutrition and sensory quality of flowering Chinese cabbage based on principal component and cluster analysis

HUANG Ying1,WU Ting1,CAO Weiwei1,MA Chaozhi2,PAN Siyi1,XU Xiaoyun1*

1(College of Food Sciences and Technology,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China)2(College of Plant Science and Technology,Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070,China)

ABSTRACT To explore the differences in quality of flowering Chinese cabbage varieties, the principal components and cluster analysis were used to determine the sensory and nutritional indicators of nine varieties of flowering Chinese cabbage (including vitamin C,soluble protein, soluble sugar, total phenolics, total flavonoids, calcium, magnesium, iron, zinc, chlorophyll, cellulose and organic acid). Results showed that the 12 indicators were simplified into three principal components by principal component analysis, and the cumulative variance contribution rate was 85.04%, which reflected most of the quality characteristics of flowering Chinese cabbage, and the quality of Shishan flowering Chinese cabbage was equivalent to that of sample eight and sample nine. Nine varieties of flowering Chinese cabbage species were divided into three categories by cluster analysis, and Shishan flowering Chinese cabbage and sample eight were similar in quality. Combined with the analysis of sensory and nutritional quality, contents of vitamin C, soluble protein and calcium in Shishan flowering Chinese cabbage were high and the taste was good, which has good promotion values in the food industry.

Key words flowering Chinese cabbage; principal component analysis; cluster analysis

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.023740

引用格式:黄颖，吴婷，曹伟伟，等.基于主成分和聚类分析的油菜薹营养与感官品质评价[J].食品与发酵工业,2020,46(17):253-258.HUANG Ying,WU Ting,CAO Weiwei,et al. Evaluation of nutrition and sensory quality of flowering Chinese cabbage based on principal component and cluster analysis[J].Food and Fermentation Industries,2020,46(17):253-258.

第一作者：硕士研究生(徐晓云教授为通讯作者，E-mail：xuxiaoyun@mail.hzau.edu.cn)

基金项目：湖北省农业科技创新中心农产品加工与综合利用团队(2019-620-000-001-31)

收稿日期：2020-02-24，改回日期：2020-05-13