周利兵,侯守芳

(廣西科技師范學(xué)院 食品與生化工程學(xué)院,廣西 來(lái)賓 546199)

紅薯作為主要的農(nóng)作物之一,紅薯是人們熟知的食物[1].紫薯中含有人體所需的多種氨基酸和礦物質(zhì)元素[2].為準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)不同紫薯營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)差異,測(cè)定9個(gè)品種紫薯的水分、淀粉、蛋白質(zhì)、膳食纖維、花青素、總酚、類黃酮、維生素C、維生素B2營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)[3].薯類食品含有蛋白質(zhì)、人體必需的微量元素、膳食纖維等成分.本文選擇我國(guó)不同地區(qū)紅薯、山藥、葛根、紫薯4種薯類食品作為研究對(duì)象,建立4種薯類食品的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)體系.

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

選取我國(guó)不同地區(qū)紅薯、山藥、葛根、紫薯4種薯類食品作為分析樣本,4種薯類食品購(gòu)于來(lái)賓市農(nóng)貿(mào)市場(chǎng),樣品均用研缽研細(xì)并過(guò)40目藥典篩.

HR-15BH系列燃燒熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)裝置、點(diǎn)火絲(鎳鉻絲)、壓片機(jī)(湖南長(zhǎng)沙長(zhǎng)興高教儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)有限公司);粉碎機(jī)(FW135型,天津市泰斯特儀器有限公司);FA200電子天平(上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司);NETZSCH STA 2500熱重分析儀、坩堝(德國(guó)NETZSCH公司);SE206脂肪測(cè)定儀、F1600全自動(dòng)纖維測(cè)定儀(濟(jì)南阿爾瓦儀器有限公司);AUY120萬(wàn)分之一電子分析天平(島津公司);GZX-GF101-3-S干燥箱(上海滬粵明科學(xué)儀器有限公司);SX-4-10P馬弗爐(天津市泰斯特儀器有限公司).

苯甲酸(分析純,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司);2006003藥用膠囊(廣東生物有限公司)、石油醚(沸程30～60 ℃)、石油醚(沸程60～90 ℃)、濾袋,耐酸堿筆、水(三級(jí)水)、硫酸溶液 0.13 mol/L、氫氧化鉀溶液 0.23 mol/L、鹽酸溶液 0.5 mol/L,均為國(guó)產(chǎn)分析純.

1.2 各指標(biāo)測(cè)定方法

薯品燃燒熱的測(cè)定利用氧彈量熱計(jì)測(cè)定燃燒熱,參閱文獻(xiàn)[4];熱重分析是在程序控溫和一定氣氛下,測(cè)量試樣的質(zhì)量變化與溫度或時(shí)間關(guān)系的技術(shù),熱重測(cè)定參閱文獻(xiàn)[5-6];脂肪測(cè)定參照《GB5009.6—2016食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中脂肪的測(cè)定》方法測(cè)定[7];灰分的測(cè)定參照《GB5009.4—2016食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測(cè)定》方法測(cè)定;粗纖維測(cè)定參照《GBT5009.10—2003 植物類食品中粗纖維的測(cè)定》方法測(cè)定.每個(gè)樣品重復(fù)3次試驗(yàn)(n=3,CV%<3%)

1.3 多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法

構(gòu)建我國(guó)不同地區(qū)紅薯、山藥、葛根、紫薯4種薯類食品燃燒熱、燃燒性(燃燒穩(wěn)定性)、脂肪含量、灰分、粗纖維的多指標(biāo)綜合分析的評(píng)價(jià)方法.

2 結(jié)果與討論

2.1 薯類食品燃燒熱的測(cè)定

根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),繪制樣品紅薯燃燒熱測(cè)定曲線,重復(fù)3次實(shí)驗(yàn),雷諾溫度ΔT曲線圖(見(jiàn)圖1).樣品名稱：紅薯第一組實(shí)驗(yàn)樣品.求得W卡=14 466.140 J/℃,Q膠囊=20 265.7760 J/g,點(diǎn)火絲質(zhì)量 0.008 9 g,樣品質(zhì)量為 0.254 2 g,空膠囊質(zhì)量為 0.101 3 g,根據(jù),Δm粗糧Qv=W卡ΔT-Q點(diǎn)火絲Δm點(diǎn)火絲-Q膠囊m膠囊,Qv紅薯=15 947.234 4 J/g.

同理,測(cè)定山藥、葛根、紫薯燃燒熱,重復(fù)3次試驗(yàn).

4種薯類食品燃燒熱見(jiàn)表1.由表1知,紅薯、山藥、葛根、紫薯4種薯類食品燃燒熱大小順序?yàn)椋焊鸶?紅薯>山藥>紫薯.4種食品測(cè)試樣燃燒熱在 10 163.79～18 206.898 J/g 之間,CV%=2.35%～4.77%,其中葛根燃燒熱 18 206.90 J/g,能量最高,紫薯的燃燒熱為 10 163.79 J/g,能量相對(duì)較小.薯類食品的能量?jī)r(jià)值,在一定程度上也可從燃燒熱上反映出來(lái),在薯類食品分類研究方面提供有力地科學(xué)依據(jù).

圖1 紅薯雷諾溫度ΔT曲線圖表1 4種薯類食品燃燒熱(n=3)樣品名稱QV平均值/(J·g-1)CV紅薯15 592.962 50.023 5山藥12 805.900 70.024 9葛根18 206.897 50.047 7紫薯10 163.791 90.040 8

2.2 熱重分析

2.2.1 熱重分析結(jié)果

1) 紅薯熱重分析 紅薯的熱重、熱差曲線見(jiàn)圖2、圖3,熱重分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表2.損失率為5.07%;溫度直至 411.5 ℃,損失率為63.77%;剩余樣品質(zhì)量為22.36%.DTG曲線峰形的拐點(diǎn)分別為94.3和 305.9 ℃.放熱峰峰值為 120 ℃,溫度范圍為85.5～170.7 ℃,峰面積為 196.3 μVs[8].

表2 紅薯TG-DTG數(shù)據(jù)

2) 山藥熱重分析 山藥的熱重、熱差曲線見(jiàn)圖4、圖5,熱重分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表3.損失率為6.5%;溫度至 393.0 ℃,損失率為63.65%;剩余樣品質(zhì)量為20.3%.DTG曲線峰形的拐點(diǎn)分別為 95.9 ℃、297.4 ℃.山藥的DTA曲線峰值分別為 121.7 ℃和 238.7 ℃,溫度范圍分別為85.0～181.3 ℃ 和195.6～281.4 ℃,峰面積分別為 187.2 μVs 和 121.2 μVs.

圖2 紅薯熱重(TG)曲線、微商熱重(DTG)曲線

圖3 紅薯的熱差分析(DTA)曲線

圖4 山藥熱重(TG)曲線、微商熱重(DTG)曲線

圖5 山藥熱差分析(DTA)曲線

3) 葛根熱重分析 葛根的熱重、熱差曲線見(jiàn)圖6、圖7,熱重分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表4.損失率為5.2%;溫度至 419.9 ℃,損失率為65.71%;剩余樣品質(zhì)量為21.26%.DTG曲線峰形的拐點(diǎn)分別為 107.1和300.9 ℃.葛根的DTA曲線峰值分別為128.5和 240.9 ℃,溫度范圍分別為99.8～180.9 ℃ 和198.1～285.7 ℃,峰面積分別為89.0和 113.1 μVs.

圖6 葛根熱重(TG)曲線、微商熱重(DTG)曲線

圖7 葛根熱差分析(DTA)曲線

表4 葛根TG-DTG數(shù)據(jù)

4)紫薯熱重分析 紫薯的熱重見(jiàn)圖8、圖9和熱重分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表5.損失率為4.58%;溫度至 407.7 ℃,損失率為62.26%;剩余樣品質(zhì)量為24.69%.DTG曲線峰形的拐點(diǎn)分別為 125.4和303.5 ℃.

2.2.2 燃燒穩(wěn)定性分析

根據(jù)4種薯類食品燃燒性參數(shù)數(shù)據(jù)構(gòu)建燃燒熱多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系.熱重則是通過(guò)熱重分析儀研究食品顆粒在不同升溫速率中的燃燒特性指數(shù),判斷食品的燃燒穩(wěn)定性[9].本課題根據(jù)熵值法[10],采用EXCEL計(jì)算,紅薯、山藥、葛根、紫薯4種薯類食品F值為 0.349 2、0.556 0、0.486 4、0.398 6,4種食品燃燒穩(wěn)定性排序?yàn)椋荷剿?葛根>紫薯>紅薯.這項(xiàng)研究為熱重分析方法研究薯類食品燃燒穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與研究提供有力地科學(xué)依據(jù).

圖8 紫薯熱重(TG)曲線、微商熱重(DTG)曲線

圖9 紫薯熱差分析(DTA)曲線

表5 紫薯TG-DTG數(shù)據(jù)

2.3 脂肪、灰分、粗纖維的測(cè)定

4種薯類食品脂肪、灰分、粗纖維含量測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表6.由表6 知,紅薯、山藥、葛根、紫薯4種薯類食品脂肪含量(%)大小順序?yàn)椋焊鸶?紫薯>紅薯>山藥,灰分含量大小順序?yàn)椋焊鸶?山藥>紅薯>紫薯,粗纖維含量大小順序?yàn)椋鹤鲜?山藥>葛根>紅薯.4種食品測(cè)試樣脂肪含量在0.23%～0.48%之間,CV%<3%,其中葛根、紫薯脂肪含量0.45%左右,脂肪含量最高,紅薯、山藥脂肪含量0.3%左右.薯類食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,在一定程度上也可從脂肪、灰分、粗纖維含量上反映出來(lái).把脂肪、灰分、粗纖維含量作為評(píng)價(jià)食品營(yíng)養(yǎng)的一個(gè)重要依據(jù)之一.

表6 4種薯類食品脂肪、灰分、粗纖維含量測(cè)定結(jié)果 (n=3,CV%<3%)

3 討論與結(jié)語(yǔ)

3.1 多指標(biāo)分析綜合評(píng)價(jià)方法

根據(jù)灰色模式識(shí)別方法[11],構(gòu)建我國(guó)不同地區(qū)紅薯、山藥、葛根、紫薯4種薯類食品多指標(biāo)燃燒熱、燃燒性(燃燒穩(wěn)定性)、脂肪含量、灰分、粗纖維含量多指標(biāo)分析綜合評(píng)價(jià)方法,計(jì)算得到紅薯、山藥、葛根、紫薯4種薯類食品關(guān)聯(lián)度為 0.787 2、0.880 2、0.869 6、0.791 7.由多指標(biāo)分析綜合評(píng)價(jià)結(jié)果知,我國(guó)不同地區(qū)紅薯、山藥、葛根、紫薯4種薯類食品多指標(biāo)燃燒熱、燃燒性(燃燒穩(wěn)定性)、脂肪含量、灰分、粗纖維含量的化學(xué)計(jì)量分析綜合評(píng)價(jià)如下：山藥>葛根>紫薯>紅薯.從燃燒熱、燃燒性(燃燒穩(wěn)定性)、脂肪含量、灰分、粗纖維含量多指標(biāo)分析綜合評(píng)價(jià)來(lái)看,山藥食品營(yíng)養(yǎng)最高,葛根次之.

3.2 灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)聚類分析

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)聚類分析文獻(xiàn)方法[12],構(gòu)建我國(guó)不同地區(qū)紅薯、山藥、葛根、紫薯4種薯類食品多指標(biāo)燃燒熱、燃燒性(燃燒穩(wěn)定性)、脂肪含量、灰分、粗纖維含量多指標(biāo)分析聚類分析圖.灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)聚類分析樹(shù)圖見(jiàn)圖10.由圖10可見(jiàn),根據(jù)我國(guó)不同地區(qū)紅薯、山藥、葛根、紫薯4種薯類食品多指標(biāo)燃燒熱、燃燒性(燃燒穩(wěn)定性)、脂肪含量、灰分、粗纖維含量灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)聚類分析的樹(shù)形結(jié)果知,多指標(biāo)分析聚類分析圖分為兩大類,一類為山藥、葛根,紫薯、紅薯為一類,通過(guò)灰色系統(tǒng)聚類分析可以尋找不同產(chǎn)地薯類食品間的性質(zhì)的相類程度及親緣關(guān)系,可以幫助我們更好地根據(jù)食品多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系及從食品營(yíng)養(yǎng)方面研究分類.

圖10 灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)聚類分析的樹(shù)形圖

本文把薯類食品的熱值、差熱-熱重分析、脂肪含量、粗纖維以及灰分含量數(shù)據(jù)等指標(biāo)通過(guò)灰色模式識(shí)別方法、灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)聚類分析方法構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)體系,這項(xiàng)研究建立的多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)體系為食品營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)提供一種新思路,這項(xiàng)研究為大規(guī)模開(kāi)發(fā)薯類食品資源以及分類研究提供有力地科學(xué)依據(jù).