基于主成分分析法對冷凍灘羊肉品質評價模型的構建

楊文婷,李俊麗,孔 豐,羅瑞明

(寧夏大學農學院,寧夏銀川 750021)

基于主成分分析法對冷凍灘羊肉品質評價模型的構建

楊文婷,李俊麗,孔 豐,羅瑞明*

(寧夏大學農學院,寧夏銀川 750021)

為建立與完善冷凍灘羊肉客觀評價體系,本研究分別測定經過-30、-40、-50、-60、-70 ℃靜止空氣凍結后灘羊肉的pH、汁液流失率等指標,運用主成分分析法構建灘羊肉品質的評價模型。結果表明:不同凍結溫度對灘羊肉的蒸煮損失無顯著影響(p>0.05),隨著凍結溫度的上升,pH顯著下降(p<0.05),系水力波動降低,汁液流失率波動上升,亮度和紅度值逐漸降低,剪切力值波動降低;第一至第二主成分的累積貢獻率達95.74%,足以描述七項理化指標反應出的灘羊肉品質。該模型的評價結果與感官評價結果具有良好的一致性,能綜合的反映灘羊肉品質的優劣,為灘羊肉理化品質的評價提供了新方法。

灘羊肉,凍結溫度,主成分分析,理化品質,評價模型

灘羊是寧夏地區具有代表性的畜種,因其肉質細嫩、多汁爽口、膻味淡薄、加工與食用品質俱佳,而被列入寧夏“五寶”之中[1]。肉品質是鮮肉或加工肉的外觀、適口性、營養價值等各方面理化性質的綜合,它的優劣直接影響了消費者購買欲望[2]。由于灘羊的養殖需要固定周期,幼崽的出欄時間不能完全符合市場的即時需求,部分灘羊肉產品需通過冷凍方式來實現較長時間的貯藏,因此建立與完善冷凍灘羊肉的品質客觀評價體系尤為重要。灘羊肉是富含組織液的蛋白膠體,冰點溫度在-1.4～1.7 ℃之間[3]。由食品的凍結曲線可以知道灘羊肉在深凍冰箱中的凍結過程分為三個階段,首先灘羊肉與周圍冷空氣不斷進行能量的熱輻射傳遞,其溫度不斷降低,當溫度降至-1.5 ℃時,灘羊肉中的液體開始逐漸相變為冰晶;然后溫度繼續下降,冰晶不斷增長;最終溫度達到-60 ℃附近時,灘羊肉中的液相才能全部凍結[4]。

主成分分析(principal component analysis)是設法將原來眾多具有一定相關性(比如P個指標),重新組合成一組新的互相無關的綜合指標來代替原來的指標[5]。主成分分析法已普遍應用于白茶、復合營養米、煙草、肉制品等產品品質的定量描述中[6],目前在肉制品方面的應用主要是研究不同加工方式[7]或香辛料[8]對熟制品風味物質的影響,而對肉的品質評價模型的研究較少。

本研究以新鮮灘羊羊腿肉為原料,分別測定經過-30、-40、-50、-60、-70 ℃靜止空氣凍結后灘羊肉的pH、系水力、汁液流失、色澤、剪切力等指標,建立灘羊肉品質的主成分分析法評價模型,并通過感官評價對模型進行驗證,以期為冷凍灘羊肉品質評價方法和標準提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮灘羊羊腿肉(育齡10個月) 由寧夏銀川市大夏牧場清真食品有限公司提供。

BCD-649WE型普通冰箱 青島海爾股份有限公司;MDF-U4086S型低溫冰箱 三洋生物醫學電子有限公司;MDF-382E(CN)型深凍冰箱 松下冷鏈(大連)有限公司;HH.SY21-Ni6-c型恒溫水浴鍋 北京長源實驗設備廠;TDL-5-4型臺式離心機 北京安亭科學儀器廠制造;AL204型電子天平 上海梅特勒-托利多儀器有限公司;PHS-3C型數字酸度計 上海光學儀器廠;CR-400型自動色差儀 上海圖新電子科技有限公司;TA_XTC型質構儀 上海保圣實業發展有限公司;TP101型防水中心溫度計 煙臺創業測控工程有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 前處理方式 新鮮灘羊羊腿,剔除筋腱、肌束膜,分割為約100 g(4 cm×8 cm)的塊狀。使用PA/PE/PP/PET/EVOH 多層復合軟塑袋對其進行包裝,樣品平鋪、無疊壓,將肉樣分為5個組,編號為A、B、C、D、E,分別放入低溫冰箱和深凍冰箱進行靜止空氣凍結,溫度依次設定為-30、-40、-50、-60、-70 ℃,24 h后采取25 ℃靜止空氣解凍,肉心溫度到3 ℃[9]。

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1.2.2 指標測定

1.2.2.1 pH測定 參考文獻[10]的方法:準確稱取5 g肉樣,先用小刀切成碎末,再用研缽磨成肉泥,邊攪拌邊將45 mL蒸餾水逐漸加入研缽內,在常溫下靜置600 s,用數字酸度計測定pH。

1.2.2.2 系水力測定 參考文獻[11]的方法:切取肉樣(10 g左右),用無紡布擦拭其表面水滴后稱取質量,離心1200 s(2500 r/min),再用無紡布擦拭其表面水滴后稱取質量,按式(1)計算系水力:

式(1)

式中:A-系水力,%;m0-離心前灘羊肉的質量,g;m1-離心后灘羊肉的質量,g。

1.2.2.3 汁液損失率測定 參考文獻[12]的方法:灘羊肉稱重后凍結,解凍后用無紡布擦拭其表面水滴再稱取質量,按式(2)計算汁液損失率:

式(2)

式中:C-汁液流失率,%;d0-凍結前灘羊肉的質量,g;d1-解凍后灘羊肉的質量,g。

1.2.2.4 蒸煮損失率測定 參考文獻[13]的方法:用無紡布擦拭灘羊肉表面水滴,準確稱重后放入蒸煮袋密封并投入恒溫水浴鍋中(80 ℃、40min)蒸煮,放置降溫后拿無紡布擦拭其表層水滴并稱重,按式(3)算出蒸煮失水率:

式(3)

式中:E-蒸煮損失率,%;f0-煮前灘羊肉的質量,g;f1-煮后灘羊肉的質量,g。

1.2.2.5 色澤的測定 使用手持色差計測定灘羊肉的色澤。凍結前將灘羊肉切成厚度1cm左右的片狀,解凍后用無紡布擦拭其表面水滴,借鑒文獻[14],確定采用雙面測定,在灘羊肉的正反兩面分別選取三個測量點,三個測量點均勻的分布在最長對角線上,對每個測試點進行三次重復測定亮度值(L*)和紅度值(a*)。

1.2.2.7 數據的標準化 通過計算各種凍結溫度的得分,評價各凍結溫度下肉品的優劣。七項理化指標的數量級與量綱并不完全相同,所以每項理化指標的每個數據需要進行標準化后,才能帶入函數,每個數據按照式(4)計算處理。

式(4)

式中:Ai-標準化數據;ai-原始數據;a0-該項理化指標的平均值;as-該項理化指標的標準差。

1.3 感官評價

本實驗選擇色澤、氣味、組織狀態、彈性及煮沸后肉湯及評價總分六項指標作為冷凍灘羊肉的感官評價指標,評價總分為其他五項指標之和的平均值。采用5分制進行感官質量評價,評價標準[16]如表1所示。選擇畜產品相關專業研究生10人作為參評人員,分別對冷凍灘羊肉的各項指標進行等級評定,并記錄評分結果。每個評價員必須獨立打分,不能互相交流,在評價樣品前后用清水漱口,防止口腔中余留的味道對待評價樣品的影響。

將樣品各取100g,單獨放入恒溫水浴鍋中添加500mL蒸餾水100 ℃煮制 30min,將肉塊取出后,分別讓評分小組成員評定打分[17]。

表1 冷凍灘羊肉的感官質量評價標準

表2 不同凍結條件處理下灘羊肉的理化指標

注：同一列中不同字母表示數值差異顯著(p<0.05)。

1.4 統計分析

5個處理組的實驗結果均取3次重復測定的平均值,并以平均值±標準偏差表示,運用Microsoft office Excel 2010進行繪圖,數據采用IBM SPSS Statistics 21.0進行方差分析和主成分分析[18]。

2 結果與分析

2.1 理化指標

由表2可知,不同凍結溫度對灘羊肉的各項理化指標均有一定影響。其中蒸煮損失受凍結條件的影響較小,該項指標均無明顯差異(p>0.05)。灘羊肉的化學本質是富含組織液的蛋白膠體,繼而灘羊肉產生蒸煮損失的本質原因是蛋白膠體受熱變性凝集,結構蛋白發生熱變性收縮,水分的存留空間減小,導致水分伴隨少量水溶性物質流出[19]。相比加熱帶來的蛋白質劇烈變性,凍融僅是溫和的處理方式,蛋白受其影響較小,其對蒸煮損失的影響可以忽略。

伴隨凍結溫度不斷上升,灘羊肉pH呈現顯著下降趨勢,從6.24降為5.88。其中-30 ℃靜止空氣凍結組的pH已經低至5.88,酸度過高將會嚴重影響肉品的色澤[20]。凍融處理后,灘羊肉的酸度變化一般受兩大因素影響,宏觀因素是凍融過程中的汁液流失,導致肌肉中水分含量減少;微觀原因是樣品未完全成熟,在肌纖維中,肌糖原繼續無氧酵解產酸,致使pH下降。本研究中的pH顯著差異(p<0.05),可能由以上兩種因素協同引發。

不同凍結溫度處理的灘羊肉,其汁液流失率和系水力都存在著顯著的差異(p<0.05)。伴隨凍結溫度不斷上升,灘羊肉的汁液流失率從22.62%波動上升為33.45%,-60 ℃靜止空氣凍結組的系水力值最大,為85.32%。造成該變化的原因可能是,本實驗采用普通冰箱、低溫冰箱、深凍冰箱對樣品進行凍結,三種冰箱的制冷功率存在一定差異,進而導致灘羊肉中冰晶的生成速率存在差異,即凍結過程中穿越最大冰晶帶生成帶的耗時存在差異,因此不同凍結溫度對灘羊肉質構的破壞程度不同,最終表現為持水能力不同[21]。-60 ℃靜止空氣凍結組中,灘羊肉的系水力最高、汁液流失最少,即該組灘羊肉的水分裹挾能力最強。

剪切力是指施加于相鄰物體表面,引起相反方向的進行性平行滑動力量,通過其數值高低體現出肉的咀嚼性品質,也是表示嫩度的一個指標。伴隨凍結溫度的逐步上升,其值從2863.01 g波動降低為2231.65 g,灘羊肉的耐嚼性波動降低,-70 ℃靜止空氣凍結組中,灘羊肉的嫩度最佳。剪切力的大小本質上取決于肉品內部構造的阻力,包括肌原纖維、結締組織等。產生該實驗結果的原因,可能是內酶對肌原纖維的降解,樣品溫度愈高,酶活性愈高,進而分解水平愈高[22]。

灘羊肉的色澤,受凍結條件影響而存在著顯著的差異(p<0.05),L*表示灘羊肉的亮度,a*表示灘羊肉的紅度,b*表示灘羊肉的黃度,人們對肉品的視覺購買欲主要取決于亮度和紅度,因此本文只考量L*值、a*值。-70 ℃靜止空氣凍結組中,灘羊肉的色澤最好,亮度值和紅度值分別為39.62和18.62。伴隨凍結溫度的逐步上升,灘羊肉的亮度和紅度逐漸降低。造成該實驗結果的原因可能是,灘羊肉的凍結溫度不同,凍結溫度提高導致細菌的生長、繁殖加快,致使灘羊肉中氧氣含量減少,進而加速了呈色蛋白的進一步吸氧,最終造成灘羊肉的色澤變深、變暗。肉品的酸度也會影響色澤,在酸度較高的肉品中,氧合血紅蛋白穩定性較差,容易脫氧失色[23];高酸度還會減弱血色素與結構蛋白的聯系,從而加速其氧化失色。

2.2 理化指標的主成分分析及模型構建

表3是由5種凍結溫度和7項理化指標構成的矩陣,對該5×7的矩陣進行主成分分析。

表3 主成分的特征值及方差貢獻率

由表3可見,第一主成分為5.607,累積貢獻為80.102%,第二主成分為1.095,累積貢獻為95.740%。第一主成分與第二主成分均大于1,至第二主成分的累積貢獻已超越85%。這說明第一主成分加第二主成分足以描述七項理化指標反應出的灘羊肉品質,用主成分的方差貢獻率做加權系數,得到綜合評價函數[24],得到凍結溫度的綜合評價函數:K=80.102K1+15.638K2(K為評價函數數,K1為主成分1,K2為主成分2,依據對每個評價對象計算出的K值大小進行排序)。

表4是不同凍結條件的綜合成績與名次,得分愈高名次愈前,灘羊肉品質愈好。不同凍結條件從優到劣順序是:-60 ℃靜止空氣凍結>-70 ℃靜止空氣凍結>-50 ℃靜止空氣凍結>-40 ℃靜止空氣凍結>-30 ℃靜止空氣凍結。-60 ℃靜止空氣凍結的灘羊肉,其解凍后的綜合品質優于-70 ℃靜止空氣凍結組。該實驗結果的產生原因可能是,當溫度達到-60 ℃附近時,肉類中的液相已全部凍結,溫度再次降低對其影響已然十分微小,反而過低的凍藏溫度拉長了相同條件下肉類的解凍時間[25],從而可能致使微生物的繁殖、代謝增多,繼而引起品質降低。

表4 不同凍結溫度下灘羊肉理化指標的綜合得分及排名

2.3 感官評價的結果

感官評價是一種常用的肉質評價方法,也是現代肉制品工業中不可缺少的分析方法,本實驗從色澤、氣味、組織狀態、彈性、煮沸后肉湯及評價總分六項指標對肉樣進行打分評價,結果如圖1。

圖1 感官評分匯總圖Fig.1 Sensory score summary chart注:不同字母代表差異顯p<0.05。

圖1為不同凍結溫度下對色澤評分、氣味評分、彈性評分、組織形態評分、煮沸后肉湯評分及評價總分的匯總圖。從圖1中可以看出,-70 ℃和-60 ℃的色澤評分相差不大,分別為4.34和4.50分,-30 ℃的評分最低為2.68分,顏色灰暗,無光澤;氣味評分和彈性評分總體相差不大,具有羊肉氣味,無異味具有彈性,指壓后可以恢復;-30 ℃條件下肉品汁液流失較多,組織形態評分最低,分值為2.1分;-60 ℃條件下樣品煮沸后肉湯透明清澈,具有香味,得分最高,分值為4.5分;評價總分由大到小的順序為:-60 ℃靜止空氣凍結>-70 ℃靜止空氣凍結>-50 ℃靜止空氣凍結>-40 ℃靜止空氣凍結>-30 ℃靜止空氣凍結。根據評價模型得出的排序與感官評價的排序具有良好的一致性,說明基于主成分分析得到的灘羊肉理化指標的評價模型具有真實可靠性。

3 結論

凍結溫度對灘羊肉的蒸煮失水無明顯影響,而對其余理化指標均有較明顯的影響。伴隨凍結溫度的逐漸上升,灘羊肉的汁液流失率波動上升,系水力、剪切力波動降低,酸性顯著增強,亮度和紅度逐漸降低。其中系水力最好的是-60 ℃靜止空氣凍結組,色澤和嫩度最好的是-70 ℃靜止空氣凍結組。

利用主成分分析法,對灘羊肉的七項理化指標進行了綜合分析,得到了不同凍結溫度下灘羊肉的評價函數,即K=80.102K1+15.638K2,依據對每個評價對象計算出的K值大小進行排序,可以得出不同凍結溫度從優到劣順序是:-60 ℃靜止空氣凍結>-70 ℃靜止空氣凍結>-50 ℃靜止空氣凍結>-40 ℃靜止空氣凍結>-30 ℃靜止空氣凍結。評價模型得出的排序與感官評價的排序具有良好的一致性,說明基于主成分分析得到的灘羊肉理化指標的評價模型具有真實可靠性。

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Modeling for quality evaluation of frozen lamb based on principal component analysis

YANG Wen-ting,LI Jun-li,KONG Feng,LUO Rui-ming*

(College of Agriculture,Ningxia University,Yinchuan 750021,China)

In order to establish and perfect the objective evaluation system of frozen lamb, in this research,the effects of frozen temperatures including -30,-40,-50,-60 ，-70 ℃ on the quality of Tan mutton were investigated,and the pH and juice loss rate were measured,the quality evaluation model of mutton was constructed by principal component analysis. The results showed that different freezing temperatures had no significant effect on the cooking loss(p>0.05),with the increase of freezing temperature,the pH decreased(p<0.05),the hydraulic fluctuation decreased,the juice loss rate increased,the brightness and redness value decreased,and the shear force value fluctuation decreased. The first to the second principal component of the cumulative contribution rate reached 95.74%,enough to describe the seven physical and chemical indicators reflect the quality of Tan mutton. Meanwhile,the model had a good agreement with sensory evaluation,it can synthetically reflected the quality,provide a new evaluation method of mutton physical and chemical quality.

lamb mutton;freezing temperature;principal component analysis;physical and chemical quality;evaluation model

2016-11-11

楊文婷(1992-)，女，碩士研究生，研究方向：畜產品貯藏與加工，E-mail:yangwenting199209@163.com。

*通訊作者:羅瑞明(1964-)，男，博士，教授，研究方向：畜產品貯藏與加工，E-mail:ruimingluo.nx@163.com。

國家科技支撐計劃課題“新絲路經濟帶清真食品生產技術升級與品牌創新模式研究及應用示范”(2015BAD29B05)。

TS207.3

A

1002-0306(2017)09-0300-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.09.049