多指標綜合評價風干牛肉品質的研究

田曉靜,劉元林,蒙秋柏,王彩霞,陳士恩,*,劉根娣(.西北民族大學生命科學與工程學院,甘肅蘭州 730030; .四川農業大學食品學院,四川雅安 6504)

?

多指標綜合評價風干牛肉品質的研究

田曉靜1,劉元林1,蒙秋柏1,王彩霞2,陳士恩1,*,劉根娣1
(1.西北民族大學生命科學與工程學院,甘肅蘭州 730030; 2.四川農業大學食品學院,四川雅安 625014)

為綜合評價不同風干牛肉的品質差異,從營養、滋味、口感、色澤、安全的角度對四種風干牛肉進行分析。多重比較分析結果發現:四種風干牛肉的L*差異不顯著,脂肪含量、嫩度、a*和b*部分樣品間差異顯著,其余指標(pH、氯化鈉含量、總酸)間均存在顯著差異(p<0.05)。主成分分析可以實現多指標(13個參數)的降維,降維后前兩個主成分就可有效區分不同風干牛肉,其區分結果圖中樣品點隨鈉含量、總酸等指標呈規律性分布,且表征風味、口感、常量成分、色澤等參數分布在loading圖中不同區域。聚類分析實現了不同種類樣品正確聚類。結合統計分析方法,從營養、滋味、色澤、安全等角度可以實現不同風干牛肉品質的綜合分析與檢測。

風干牛肉,品質評價,多指標,主成分分析,聚類分析

近年來,隨著畜牧業政策的不斷更新,我國牛肉產量比重逐年增加,據國家統計局統計,2015年我國肉類總產量達8625萬噸,其中牛肉產量為700萬噸[1]。但我國肉類多以原料肉的形式消費,精深加工產品少。風干肉制品是我國內蒙、西藏等西北地區的一種特色肉制品,深受消費者喜愛。在風干肉的加工過程中,微生物的生長繁殖和胞外酶的共同作用導致其主要滋味物質間的差異,從而影響風干牛肉的風味;加工環境、加工過程等方面隨意性較大致使產品質量參差不齊、安全性無法保障等問題。

現有關于風干肉的研究主要集中在加工工藝改良[2-3],從嫩度[4]、保水性、色澤[5]、腌制技術[6]以及感官品質等的影響從而改善傳統風干肉的品質[7],并從氨基酸的滋味分析[8]、揮發性氣味物質的氣味分析[9-10]、對其營養價值的評價[11]、質地特性的口感分析[12]、微生物[13]、理化分析和感官分析[14-15]等方面對風干肉的品質進行評價。在數據分析時,方差分析對比不同工藝、品種等風干肉不同指標間的差異,多元統計分析方法綜合多參數進行綜合分析,建立不同參數之間的相關關系,如風干牦牛肉風味與營養品質特性之間的相關關系及采用主成分分析和相關分析[16]。

表1 樣品信息Table 1 Profile of sample information

本文通過研究不同風干牛肉營養、滋味、口感、色澤、安全相關品質,采用多重比較分析不同參數間的差異性,采用主成分分析綜合多指標信息,降低數據維度直觀、快速、綜合地反映風干牛肉品質;聚類分析挖掘數據不同風干牛肉樣品內在聯系,實現對不同樣品的判別歸類,以實現對風干牛肉品質的綜合評價。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

風干牛肉 共4種,均為市售風干牛肉,購自京東網,樣品的詳細信息見表1。

Color Reader CR-10型色差計 日本柯尼卡美能達公司;C-LM3B型號肌肉嫩度儀 東北農業大學工程學院;SXT-06索氏提取器 上海洪紀儀器設備有限公司;D-S26型電熱恒溫水浴鍋 上海精宏實驗設備有限公司;SHA-C型往復式水浴恒溫震蕩器 江蘇正基儀器有限公司;ML-1.8-4型可調式電熱板 北京科偉永興儀器有限公司;V-5000型可見分光光度計 上海元析儀器有限公司;PH-240A型干燥箱 上海恒科學儀器有限公司;TT-2型組織搗碎機 江蘇金壇市環宇科學儀器廠;PHS-3C型數顯酸度計 杭州雷磁分析儀器廠;FA2004N型電子天平 青島揚中儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品預處理 色度檢測用樣品切為4 cm×5 cm×5 cm塊狀;其它指標所需樣品均用TT-2組織搗碎機粉碎,保鮮膜密封后置于干燥、陰涼、通風的環境待用。

1.2.2 氯化鈉測定 采用間接滴定法[18]測定肉樣的氯化鈉含量,重復檢測3次,以其平均值進行后續分析。

1.2.3 pH測定 稱取10 g粉碎的風干牛肉樣品,置于250 mL三角瓶中,加入10倍于待測樣品質量的0.1 mol/L氯化鉀溶液,在搖床上恒溫(6 ℃)振蕩30 min后過濾,取濾液用酸度計測定pH[17],重復檢測3次,以其平均值進行后續分析。

1.2.4 總酸測定 采用直接滴定法[20]測定總酸,稱取至少200 g的樣品加入等量煮沸過的水一起放入組織搗碎機中一起搗碎,用快速濾紙過濾,取30 mL的濾液加入60 mL的水及0.2 mL 1%酚酞試劑,用0.05%氫氧化鈉標準溶液滴定至微紅色30 s不褪色,重復檢測3次,以其平均值進行后續分析。

1.2.5 脂肪測定 稱取2.00～5.00 g粉碎的樣品移入濾紙筒,將濾紙筒放入脂肪瓶內,連接已恒重好的接收瓶后,用索氏提取法測定脂肪含量[19],重復檢測3次,以其平均值進行后續分析。

1.2.6 亞硝酸鹽測定 采用分光光度法[21]測定肉樣的亞硝酸鹽含量,重復檢測3次,以其平均值進行后續分析。采用分光光度法檢測亞硝酸鹽含量時,當亞硝酸鈉的含量為0～12.5 mg/kg,亞硝酸鈉含量與吸光度值間線性關系良好,其線性回歸方程為y=0.0271x-0.0021(R2=0.9936)。

1.2.7 色度值測定 采用色差計對風干牛肉樣品進行檢測,重復3次,獲得其L*、a*、b*值的平均值。

1.2.8 嫩度縱向值測定 采用肌肉嫩度計對風干牛肉樣品進行檢測,縱向重復切3次,分別獲得其平均值。

1.2.9 多指標綜合評價

1.2.9.1 主成分分析 采用Duncan氏法研究不同風干牛肉各指標間的差異;多指標信息在某種程度上存在信息的重疊,具有一定的相關性,而主成分分析(Principle component analysis,PCA)在力求數據信息丟失最少的原則下,對高維的變量空間降維,即以各指標的少數幾個線性組合構成的綜合指標盡可能多地保留原來指標的信息。通過主成分分析將反映風干牛肉品質的色澤、質構、營養、安全品質參數的高維信息降低到一個較易辨識的低維空間,根據其主成分得分由圖形直觀地獲得各樣品的信息[22]。

1.2.9.2 聚類分析(Cluster Analysis,CA) 是一個將數據集劃分為若干組或類的過程,并使得同一個組內的數據對象具有較高的相似度,而不同組中的數據對象是不相似的;其目的在于通過把原來的對象集合分成相似的組或簇,來獲得某種內在的數據規律。

以不同風干牛肉樣品的營養、滋味、口感、色澤、安全相關指標,采用多重比較分析不同風干牛肉指標間的差異,采用主成分分析和聚類分析綜合多項指標將4種風干牛肉的差異直觀化。

表2 不同風干牛肉理化指標結果Table 2 Results of physical and chemical indexes of air died beef

注:同行數據上標小寫字母不同表示差異顯著(p<0.05)。

1.3 數據處理

實驗數據采用SAS 8.0軟件(美國SAS軟件公司)進行數據分析,實驗結果圖由Origin 8.0軟件(美國OriginLab公司)繪制。

2 結果與討論

2.1 理化指標測定結果對比分析

實驗測定了KE、YM、CY、HR風干牛肉樣的氯化鈉、pH、脂肪、總酸、亞硝酸鹽、色差、嫩度9項理化指標,對實驗結果進行指標對比分析,如表2所示。

在肉品加工過程中,食鹽對肉制品的色澤、質地、滋味、風味各方面的影響起著非常重要的作用[25-26]。目前對風干牛肉的研究成果表明,食鹽含量過高對脂肪水解酶以及抗氧化酶表現為抑制作用。在傳統干腌肉制品中食鹽含量都比較高,在加工過程中一般都會對各種內源酶起抑制性作用,不利于蛋白質和脂質的分解氧化[27]。對四種風干牛肉的原始信息及檢測結果可見,樣品YM中氯化鈉及鈉含量最高,其次為KE、CY和HR,這與實際口感一致。

pH可以直接反映糖元酵解的強度,不僅直接影響肉的適口性、嫩度、烹煮損失和貨架時間,還與牛肉系水力和肉色等顯著相關,是肉品質最為重要的指標之一[23]。表2中四種風干牛肉的pH在5.7～6.1之間,且彼此差異顯著,其中風干牛肉HR的pH最高,其次為CY、YM和KE。

總酸是影響肉樣風味的重要因素之一,但是又受到加工工藝(如輔料的組成與配比等)的影響。實驗結果表明,不同品種風干牛肉的總酸值存在較大的差異,風干牛KE的總酸值最高,風干牛肉YM總酸值最低。

在肉制品中,脂肪不僅賦予產品特殊風味、優良質地以及良好的感官特性,而且也是人體能量、必需脂肪酸和脂溶性維生素的主要來源,肉制品多汁、滑爽的口感以及良好的彈性及切片性均與肉制品中較高的脂肪含量有關,脂肪對肉制品的風味也有重要作用,這不僅表現在脂肪自身的風味,還表現在對其他香料釋放的影響上[24]。風干牛肉YM和KE中脂肪含量顯著高于CY和HR。

在肉制品加工中,亞硝酸鹽作為護色劑和防腐劑添加至肉中,賦予肉制品特有的紅色,同時能改善肉制品的組織結構,抑制肉毒梭狀芽抱桿菌的生長;同時肉制品在加工和貯存過程中,會添加及生成一定量的亞硝酸鹽[28]。過量殘留會對消費者健康帶來影響。GB2760-2015[29]中發酵肉制品類亞硝酸鹽最大使用量為0.15 g/kg,以亞硝酸鈉計殘留量≤30 mg/kg。表2中可見,四種風干牛肉樣中亞硝酸鹽含量在0.5～4.4 mg/kg之間波動,均在規定范圍內,其中,YM、CY和HR三種肉樣中亞硝酸鹽含量較少,KE肉樣中亞硝酸鹽含量最多。

肉與肉制品的顏色是肉類制品生物化學和微生物學變化的外部表現,雖不影響肉的滋味,但直觀反映肉制品的優劣,是影響消費者購買欲望的重要因素[30]。對四種風干牛肉的色度進行了檢測分析,發現四種風干牛肉的L*差異不顯著,YM和CY的a*值和b*顯著高于KE和HR。色澤的差異主要是與發酵過程中水分的損失、鹽分的遷移及脂肪的氧化等因素有關[31-32]。

嫩度直觀反映肉在食用時的口感,也直接影響肉的食用價值和商品價值,是消費者評判肉質優劣最常用的指標。表2中給出風干牛肉嫩度值較大,這主要是風干牛肉加工過程中水分會大量丟失及一系列生理生化反應引起的。將測得的數據與品嘗時的口感相結合,YM和HR嫩度優于其他肉樣,其更易于咀嚼且汁液比較豐富。不同風干牛肉質地特性變化與加工過程中水分含量及蛋白質的狀態均有關系[33]。

本研究中所檢測樣品的蛋白質含量高于黨欣[30]所研究的哈薩克風干牛肉樣品,而低于高媛[6]所研究的風干牦牛肉樣品;其脂肪含量與哈薩克風干肉相近[30],而低于風干牦牛肉[6];其pH也在現有文獻報道的范圍內;表征嫩度的剪切力與耿兄[34]報道的略有不同,有高有低,這與肉樣中水分、脂肪含量有較大關系;對于肉色,本研究中肉樣的L*與史曉[35]報道的接近,而紅值高于其報道的數據。不同產品原料、工藝等的差別導致其口感和風味的不同。

2.2 主成分分析結果

以理化指標(X1～X9)和樣品原始信息(蛋白質X10、脂肪X11、碳水化合物X12、鈉X13)作為輸入,采用SAS v8統計分析軟件進行主成分分析,以前兩個主成分得分繪圖,PCA結果見圖1。如圖1所示,以上述指標作為變量時,第1主成分58.11%,第2主成分21.37%,總貢獻率達到79.48%,代表了原始數據大部分信息,實現了不同組樣品彼此區分;其中鈉含量較高的YM位于圖中第一象限,沿著順時針方向其他三個樣品中的氯化鈉含量逐步降低;而總酸的分布規律與此正相反,即從第一象限開始,沿著逆時針方向,總酸逐漸升高;對亞硝酸鹽,第四象限中的KE樣品含量最高;對pH,在PC1<0時,其值較高;而脂肪則是在PC1>0時含量較高;在y=x直線周圍,則屬于a*和b*數值較高的范圍。

圖1 不同風干牛肉的主成分分析結果Fig.1 Results of PCA for air dried beef

圖2給出了不同風干牛肉的各因子loading圖,第一主成分中X11和X10(蛋白質和脂肪)載荷因子較大,代表了風干牛肉的營養品質;第二主成分X3、X9、X6(總酸、嫩度和L*)載荷因子較大,代表了風干牛肉的滋味、質地和色澤;這與高媛等[6]對風干牦牛肉的中感官剖面評價的結果相類似,但也有區別,主要表現在第一、第二主成分的順序有所不同,且本研究中肉色的載荷因子也較大。

各參數的相對重要性可由圖獲得,各參數點均與(0,0)點較遠,所占權重也都較大,其中X1和X13較為接近,分布在第一象限右側,代表咸味的氯化鈉含量和鈉的含量,可由一個代替;X4和X11雖較為接近,代表消費時和包裝前脂肪含量,兩者存在一定差異,故不能相互代替;X3(pH)和X2(總酸)均可作為酸味的表征參數,但卻有差別,兩者分布在相反的方向;以碳水化合物含量表征的甜味X12分布在第二象限中間;代表亮度的X6和代表嫩度的X9分別分布在縱坐標的正負區域,呈相反分布,呈負相關關系;表征安全品質的亞硝酸鹽含量X5居于第四象限,與其他指標明顯區分。不同風味、口感、常量成分、色澤等參數分布在不同的區域。

圖2 不同風干牛肉的loading分析結果Fig.2 Results of loading analysis for air dried beef

2.3 聚類分析結果

以上述理化指標(X1～X13)為輸入,采用SAS v8進行聚類分析,結果如圖3所示。由圖3可知,D=2.9102時,四種不同風干牛肉分別聚類,實現不同風干牛肉樣品的區分;當D=4.6605時,四種風干牛肉聚集為兩大類,第一類KE和YM,其鈉含量較高,第二類CY和HR,其鈉含量較低,由此可以將風干牛肉分按照其鈉含量進行細分;當D=6.0219時,四種風干牛肉聚為一大類。聚類分析可以實現對不同品質風干牛肉的區分。

圖3 不同風干牛肉的聚類分析結果Fig.3 Results of CA for air dried beef

3 結論

為研究不同風干牛肉的品質差異,從營養、滋味、口感、色澤、安全的角度對四種風干牛肉進行了分析,結合多重比較分析和多元統計方法對多指標進行綜合評價,結果發現:對四種不同風干牛肉,L*差異不顯著,脂肪含量、嫩度、a*和b*部分樣品間差異顯著,其余指標間均存在顯著差異;主成分分析可以實現多指標(13個參數)的降維,降維后的綜合指標可有效區分不同風干牛肉,且表征營養、滋味、口感、色澤、安全的角度等參數分布在loading圖中不同區域;聚類分析依據樣品間的內在相似性,將不同種類樣品正確聚類。

[1]中華人民共和國國家統計局. 中華人民共和國2015年國民經濟和社會發展統計公報[EB/OL]. http://www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/201602/t20160229_1323991.html,2016-02-29/2017-01-07.

[2]閆忠心,靳義超,王倩. 響應面法優化自然風干牦牛肉風味研究[J]. 青海畜牧獸醫雜志,2015,45(5):7-10.

[3]郭瑞,朱效兵,石晶紅,等. 植物乳桿菌發酵風干牛肉干工藝條件的研究[J]. 食品研究與開發,2015,36(24):108-110.

[4]史曉燕,騰克,華曉青,等. 氯化鈣、木瓜蛋白酶對風干肉感官品質的影響[J]. 食品工業,2012(10):10-12.

[5]郭瑞,石晶紅,朱效兵. 乳酸菌替代亞硝酸鹽在風干牛肉干中發色的研究[J]. 肉類工業,2015(9):49-51.

[6]王俊鋼,李宇輝,郭安民,等. 基于脈動壓技術的腌制新疆特色風干牛肉工藝優化[J]. 食品工業科技,2016,37(19):185-191.

[7]史曉燕. 傳統風干肉品質改善的研究[D]. 呼和浩特:內蒙古農業大學,2012.

[8]陳利忠. 發酵牛肉干工藝及其產品特性的研究[D]. 杭州:浙江工商大學,2009.

[9]沙坤,李海鵬,張楊,等. 固相微萃取-氣質聯用法分析五種新疆風干牛肉中的揮發性風味成分[J]. 食品工業科技,2014,35(21):310-315.

[10]陳海濤,孫杰,蒲丹丹,等. OAV和GC-MS-O法鑒定內蒙古風干牛肉風味活性物質[J]. 食品工業科技,2016,37(15):304-312.

[11]高媛,黃彩霞,馮崗,等. 風干牦牛肉氨基酸與脂肪酸組成分析評價[J]. 食品工業科技,2013,34(13):317-320.

[12]謝小雷,李俠,張春暉,等.不同干燥方式對牛肉干物性特性的影響[J].農業工程學報,2015,31(Z1):346-354.

[13]郭江南,蔣云升,崔繁榮,等. 新疆風干牛肉貯藏期間微生物變化研究[J]. 食品工業科技,2016,37(13):323-327.

[14]沙坤,黨欣,李海鵬,等. 哈薩克風干牛肉加工過程中理化及感官品質的變化規律[J]. 肉類研究,2015(9):16-19.

[15]張志強,程偉,彭素敏. 不同工藝條件對風干牛肉感官品質的影響[J]. 肉類工業,2015(2):11-12.

[16]高媛,孫寶忠,黃彩霞,等. 風干牦牛肉感官剖面與營養品質特性研究[J]. 食品工業科技,2013,34(17):345-348.

[17]GB/T 9695.5-2008 肉與肉制品pH測定[S]. 北京:中國標準出版社,2008.

[18]GB/T 12457-2008 食品中氯化鈉的測定[S]. 北京:中國標準出版社,2008.

[19]GB/T5009.6-2003食品脂肪的測定[S]. 北京:中國標準出版社,2003.

[20]GB/T 12456-2008 食品中總酸的測定[S]. 北京:中國標準出版社,2008.

[21]GB 5009.33-2010 食品安全國家標準食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定[S]. 北京:中國標準出版社,2010.

[22]陳德釗. 多元數據處理[M]. 北京：化學工業出版社,1998：124-142.

[23]余梅,毛華明,黃必志. 牛肉品質的評定指標及影響牛肉品質的因素[J]. 中國畜牧獸醫,2007,34(2):33-35.

[24]王強,周雅琳,趙欣,等. 脂肪替代品在低脂肉制品中的研究進展[J]. 食品工業科技,2013,34(12):347-352.

[25]張露,張雅瑋,惠騰,等. 低鈉干腌肉制品研究進展[J]. 肉類研究,2013,27(11):45-49.

[26]鄭海波,徐幸蓮,周光宏. 肉制品低鈉鹽加工技術研究進展[J]. 食品工業科技,2015,36(4):370-375.

[27]張露,張雅瑋,惠騰,等. 低鈉干腌肉制品研究進展[J]. 肉類研究,2013,27(11):45-49.

[28]仝瑩瑩,王璐,李栓栓,等. 亞硝酸鹽在肉制品加工中的作用及其替代物的研究[J]. 河南科技,2015(21):64-66.

[29]GB2760-2014 食品安全國家標準 食品添加劑使用標準[S]北京:中國標準出版社,2014.

[30]黨欣. 哈薩克風干牛肉產品特性研究及工藝優化[D]. 蘭州:甘肅農業大學,2014.

[31]Del O A,Calzada J,Nuez M. Lipolysis,lipid peroxidation,and color characteristics of Serrano Hams from Duroc and large white pigs during dry-curing[J]. Journal of Food Science,2013,78(11):C1659-C1664.

[32]Lorenzo JM. Changes on physico-chemical,textural,lipolysis and volatile compounds during the manufacture of dry-cured foal “cecina”[J]. Meat Science,2014,96(1):256-263.

[33]Monin G,Marinova P,Talmant A,et al. Chemical and structural changes in dry-cured hams(Bayonne hams)during processing and effects of the dehairing technique[J]. Meat Science,1997,47(1-2):29-47.

[34]耿兄. 自然冷凍風干牛肉工藝環境調查及改進[D]. 呼和浩特:內蒙古農業大學,2014.

[35]史曉燕. 傳統風干肉品質改善的研究[D]. 呼和浩特:內蒙古農業大學,2012.

Study on the comprehensive evaluation of air dried beef quality with multiple variables

TIAN Xiao-jing1,LIU Yuan-lin1,MENG Qiu-bai1,WANG Cai-xia2,CHEN Shi-en1,*,LIU Gen-di1

(1.College of life Science and Engineering,Northwest University for Nationalities,Lanzhou 730030,China; 2.College of Food Science,Sichuan Agricultural University,Ya’an 625014,China)

For comprehensive evaluation of air dried beef with different quality,samples of four kinds of air dried beef were analyzed in the view of nutrition,taste,colour and safety indexes. By Duncan test,the differences among samples were analyzed,the results indicated that no significant difference were found forL*among four samples,significant differences were found for parameters of fat content,tenderness,a*andb*for two or three samples,and significant differences were found for parameters of pH value,NaCl content and content of total acid for four samples(p<0.05). The dimension of indexes was reduced from 13 to 2 by method of principal component analysis. Four air dried beef samples were discriminated by principal component analysis,with sample scatter plot changing with sodium content,total acid and other indicators. In the loading plot,nutrition,taste,colour and safety indexes distributed in different areas. Four air dried beef samples were clustered into different groups accoding to the sample information. Combined with statistical analysis method,the quality of air dried beef samples were evaluated in the view of nutrition,taste,colour and safety.

air dried beef;quality evaluation;multiple variables;principal component analysis;cluster analysis

2016-12-12

田曉靜(1982-)，女，博士，副教授，研究方向：食品安全與檢測分析，E-mail:smile_tian@yeah.net。

*通訊作者:陳士恩(1964-)，大學本科，教授，主要從事食品安全與品質控制方面的研究，E-mail:chshien@163.com。

西北民族大學引進人才科研項目資助(xbmuyjrc201408)；國家科技支撐子項目(2015BAD29B05)；西北民族大學中央高校基本科研業務費專項資金資助項目(zyz2012073)；甘肅省科技計劃資助(1504WKCA094)；西北民族大學生命科學眾創空間扶持項目(中央高校科研創新項目資助)。

TS251.7

A

1002-0306(2017)14-0006-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.14.002