基于因子分析及多元線性回歸的市售凍凡納濱對蝦品質評價*

王玥科 鄭 堯 王紅麗 周 紛 唐史杰 李鈞浩 王錫昌①

(1. 上海海洋大學食品學院 上海 201306；2. 上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心 上海 201306；3. 農業農村部水產品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室(上海) 上海 201306)

凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei)又稱南美白對蝦，2019 年凡納濱對蝦養殖產量達到181.56 萬t(農業農村部漁業漁政管理局, 2020)。因其肉質鮮美、營養豐富、風味獨特，凡納濱對蝦產品已成為我國出口的主要養殖水產品(張高靜等, 2013)。然而，由于其自溶酶活性較強，非蛋白氮含量較高，在捕后貯運流通過程中極易發生腐敗變質。目前，主要通過凍結及凍藏的方式來降低品質損失，延長其貨架期，(Zhanget al, 2018)。

盡管凍藏可以有效抑制微生物的生長及酶促反應的發生，但在長期凍藏過程中，仍不可避免地會發生品質劣化，嚴重降低消費者對冷凍產品的接受度(Shiet al, 2017)。近年來，眾多學者在水產品品質評價方面開展了研究。Yamagata等(1995)比較了美光蝦(Penaeus merguiensis)在貯藏期間肌肉中的甲醛含量，認為甲醛可以作為其品質評價的指標。Tsiront等(2009)研究了不同凍藏條件對凍蝦品質特性的影響，并在時間–溫度波動條件下驗證了模型在冷鏈的適用性。Wang等(2016)研究了冷藏、冰藏及凍藏期間凡納濱對蝦的品質變化，構建了凡納濱對蝦低溫貯藏過程中品質綜合評價模型。雖然品質評價方法不再是以往單一的理化檢測評價，但目前關于市售凍品品質綜合評價的研究鮮有報道。同時，Williams等(1981)研究發現，較長的除霜時間和較高的除霜溫度使零售冷庫中面包蝦(breaded shrimp)的水分遷移率高于貯藏在倉庫冷凍機的面包蝦。Gon?alves等(2009)和Zhang等(2018)均認為，防止凍蝦在運輸和貯藏過程中的溫度波動，對保持凍蝦的質地至關重要。李學鵬(2012)研究發現，凍蝦的亮度、明度和純度隨凍藏時間的延長均有所改變，但在實際貯運流通過程中，造成凍凡納濱對蝦品質劣化的關鍵因素尚不明確。因此，需對市售凍凡納濱對蝦品質變化進行綜合評價。

本研究基于超市銷售的現實狀況，比較了超市等級、產品形式、凍藏時間和擺放位置4 個方面對市售凍凡納濱對蝦品質的影響，同時，結合水分損失、質構、色澤和電子舌滋味輪廓分析對其品質進行綜合評價，并借助因子分析(姜雪等, 2017; 潘好斌等, 2019)和回歸分析(王勝鵬等, 2019; Wanget al, 2000)探究影響凡納濱對蝦凍品品質的關鍵因素，以期建立凡納濱對蝦凍品品質的綜合評價有效方法，為冷凍水產品的市場銷售及消費者選購提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 凡納濱對蝦凍品的采樣

樣品于2019 年5 月20 日和6 月8 日分別購于產品規格和超市等級不同的M 超市和D 超市，并用含有冰袋的保溫箱運至實驗室–20℃冰箱中貯存，其中，M 超市運送時間為2 h，D 超市運送時間為24 min，且樣品出廠日期一致，并均在標識的保質期之內。采用Testo 830-T4-紅外測溫儀測得臥式冰柜中擺放同一樣品的上層和下層位置的實際溫度，樣品的基本信息見表1。

表1 凍凡納濱對蝦樣品信息Tab.1 Information of frozen L. vannamei products

本研究對影響樣品品質的主要考慮因素包括超市等級、產品形式、凍藏時間和擺放位置。其中，超市等級：依據超市的規格、售價及市場管理將M 與D 超市定義為高端超市和普通超市；產品形式：將樣品劃分為整蝦和蝦仁；凍藏時間：指采購日期與生產日期之間的時間差，將其劃分為0～4 個月和4～10 個月；擺放位置：指臥式冰柜中擺放同一樣品的上層和下層位置(上下層以距離地面的高度為依據，其中，上層距離地面70～80 cm，下層距離地面30～40 cm)。

1.2 儀器與設備

DW-40L508型超低溫冰箱、4℃冰箱(上海艾本德國際貿易有限公司)；H2050R 型高速冷凍離心機(湖南長沙湘儀有限公司)；TA-XT Plus 型質構儀(Stable Micro System 公司，英國)；CR-400型色差計(Knoica Minolta Sensing 公司，日本)；FA 型電子天平(上海安普儀器有限公司)；HWS-24型電熱恒溫水浴鍋(上海一恒科學儀器有限公司)；Testo 830-T4-紅外測溫儀(德圖科創貿易有限公司)。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品解凍 從每組樣品隨機選取同一樣品的上層和下層各9 只大小一致的蝦仁，置于聚乙烯塑料袋(10 cm×15 cm)，并將其密封于白色搪瓷盤，放入4℃冰箱解凍，待樣品中心溫度達到4℃時，視為解凍完成。

1.3.2 水分損失的測定 解凍損失參考Li 等(2018)的方法并略有改動。精確稱取去除蝦殼和冰衣后蝦仁的重量，初始體重為M1，4℃解凍后，體重為M2。按式(1)計算解凍損失率。

式中，M1為解凍前樣品體重(g)；M2為解凍后樣品體重(g)。

離心損失參考Li 等(2018)的方法并略有改動。取解凍后的對蝦，用手術刀片切取蝦仁腹部第2 節，稱取3 g (精確到0.000 1 g)樣品，用濾紙包裹好，置于離心管中，于冷凍離心機內以5000 r/min 的速度離心10 min，取出后稱量離心后樣品質量。按式(2)計算離心損失。

式中，M3為離心前樣品質量(g)；M4為離心后樣品質量(g)。

蒸煮損失參考Li 等(2018)的方法并略有改動。取解凍后的對蝦，用手術刀片切取蝦仁腹部第2 節，切下樣品立方體(1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm)，然后放入聚乙烯塑料袋，浸入95℃水浴中保持5 min。之后，從袋中取出樣品并在室溫下冷卻5 min，用濾紙吸干表面水分，重新稱量樣品重量。按式(3)計算蒸煮損失。

式中，M5為蒸煮前樣品體重(g)；M6為蒸煮后樣品體重(g)。

1.3.3 質構特性 參考李學鵬(2012)的方法并略有改動。取解凍后的對蝦，選取蝦仁腹部第2 節，采用質構儀進行質地剖面分析。測試條件：探頭型號P/5，測試前速率為2.00 mm/s，測試速率為2.00 mm/s，測試后速率為1.00 mm/s，探頭接觸到樣品后對樣品下壓3 mm，探頭2 次測定間隔時間為5.00 s。觸發形式為自動，觸發力為10.00 N。

1.3.4 色差 參考李學鵬(2012)的方法并略有改動。測試前將色差儀用標準板校正，然后取解凍后的對蝦，將色差儀垂直置于蝦仁腹部第2 節，迅速測定其L*(亮度)、a*(+紅/–綠)和b*(+黃/–藍)值。

1.3.5 電子舌評價 參考周紛等(2019)的方法進行電子舌感官測定。分別稱取每組上層和下層的樣品2.0 g (精確到0.000 1 g)，加入25 mL 純凈水，勻漿并超聲5 min 后，于4℃條件下10,000 r/min 離心15 min，去除上層油脂層后過濾至100 mL 容量瓶中，沉淀重復以上步驟，合并2 次濾液后定容至100 mL，取5 mL至電子舌專用進樣杯中，并用純凈水定容至80 mL，在室溫條件下進行測定。每個樣品數據采集時間為120 s，1 s 采集1 個數據，每根傳感器在第120 秒時已趨于穩定并作為電子舌的原始數據。為保證結果的可靠性，每組樣品分別制備7 個平行樣。

1.4 數據分析

每次測定至少設置6 個平行，本實驗數據采用SPSS 19.0 軟件進行統計分析，采用Duncan 法進行多重比較，作圖采用Origin 8.5 軟件。采用相關性分析上述11 個不同商品類型凍凡納濱對蝦的13 個理化指標間的相關性。通過因子分析提取影響品質的主要因子并構建綜合得分模型，計算綜合得分并排序。結合回歸分析探究影響凍凡納濱對蝦品質的關鍵因子并建立回歸模型。

2 結果與分析

2.1 市售凍凡納濱對蝦品質分析

本研究首先采用電子舌對市售凍凡納濱對蝦的滋味輪廓分析，并對其水分損失、質構特性及色澤進行檢測分析，結果見圖1、圖2 及表2。

圖1 主成分分析(A)和判別因子分析(B)相關因子對凍凡納濱對蝦滋味輪廓的影響Fig.1 Effects of some factors on taste profile of L. vannamei by principal component analysis (A)and discriminant factor analysis (B)

圖2 相關因子對凍凡納濱對蝦水分損失(a)、質構特性(b)和色澤(c)的影響Fig.2 Effects of some factors on water loss (a), texture (b), and colour (c) of frozen L. vannamei

傳統的人工感官評價方法因評價者對評價標準理解的差別，造成評價結果存在人為誤差(Wanget al,2016)。因此，本研究采用主成分分析(PCA)分析不同影響因素對凡納濱對蝦滋味輪廓的影響。結果顯示，第1 和第2 主成分方差貢獻率之和均大于90%，且判別指數DI 均大于80%，表明樣本整體差異性遺失較少；DFA 是在PCA 的基礎上進一步優化滋味響應信號，將滋味數據的差異性盡可能擴大。結果顯示，第1 和第2 判別因子的方差貢獻率之和均大于95%。因此，該結果較全面地代表了原始樣品的基本信息(張晶晶等, 2015; 周紛等, 2019)，說明不同超市等級、產品形式、凍藏時間與擺放位置的凍凡納濱對蝦存在差異。

水分損失是衡量凍品貯藏加工后品質變化的重要指標(Liet al, 2018)。結果顯示，M 超市、整蝦、凍藏時間0～4 個月與下層樣品水分損失顯著較少(P<0.05)。質構特性直接關系著肉的嫩度、口感、可食性和加工出品率(Akhtaret al, 2013)。結果顯示，M 超市、整蝦與凍藏時間 0～4 個月樣品質地顯著較好(P<0.05)。盡管色澤在正常范圍內的變化不影響凍品的營養價值，但色澤對凍品的外觀和可接受度以及消費者味覺感知有重要影響(Ineset al, 2014)。M 超市、整蝦與凍藏時間0～4 個月樣品色澤顯著較好(P<0.05)。綜上可知，不同超市等級、凍藏時間、產品形式和擺放位置均對凍凡納濱對蝦品質產生一定的影響，但它們對品質劣化的影響程度及其相互作用尚不明確，因此，采用多元統計分析開展此研究。

由表2 變異系數可知，解凍損失、離心損失及蒸煮損失變異系數均大于30%，其中，蒸煮損失的變異系數最大(57%)；硬度性、凝聚性、咀嚼性、回復性、黏附性和膠黏性變異系數>30%，彈性的變異系數最小(5%)；L*、a*和b*變異系數均大于10%。由此得出，不同商品類型凍凡納濱對蝦的同一指標存在顯著性差異(P<0.05)，將進一步探究選取的13 個理化指標之間的相關性。

表2 凍凡納濱對蝦理化品質描述性統計Tab.2 Descriptive statistics of physicochemical qualities of frozen L. vannamei products

2.2 市售凍凡納濱對蝦品質評價模型建立

2.2.1 相關性分析 11 個不同商品類型凍凡納濱對蝦13 項理化指標間的相關性分析結果見表3。由表3 可知，樣品的水分損失、質構與色澤三者具有不同程度的相關性。王偉等(2015)和Wang 等(2016)也研究了質構與色澤之間的相關性，與這些研究不同的是，本研究進一步探討了水分損失、質構與色澤3 個指標之間的相關性。解凍損失、離心損失和蒸煮損失與黏附性呈極顯著正相關(P<0.01)；離心損失和蒸煮損失均與a*和b*呈極顯著正相關(P<0.01)，且離心損失與L*呈極顯著負相關(P<0.01)；b*與黏附性呈極顯著正相關(P<0.01)。由此可知，離心損失與蒸煮損失和b*既有相似性，也有差異性，硬度、彈性、凝聚性、咀嚼性、回復性和膠黏性與任何指標間相關性不顯著。由此可見，相關性分析結果不能全面完整表達出指標之間的關聯性，且不具有解釋性。因此，對13 個理化指標進行標準化并采用因子分析。

表3 不同商品類型凍凡納濱對蝦水分損失、質構和色澤指標的相關性分析Tab.3 Descriptive statistics of physicochemical qualities of frozen L. vannamei products

2.2.2 因子分析 因子分析結果見表4 和表5。由表4 可知，第1 主因子特征值為5.121，方差貢獻率為48.48%，為最重要的主成分；第2 主因子特征值為2.599，方差貢獻率為24.60%；第3 主因子特征值為1.158，方差貢獻率為10.97%。前3 個主因子累積方差貢獻率為84.05%，基于累積方差貢獻率大于80%的原則(Patraset al, 2011)，提取前3 個主因子，表明前3 個主成分可以解釋品質指標的80%以上的信息。

表4 品質指標的特征值與貢獻率Tab.4 Factor eigenvalues and contribution rate of quality indexes

由表5 可知，采用SPSS 19.0 軟件進行因子分析，得到3 個主因子載荷矩陣，其絕對值越大，對該主因子影響越重要。因此，第1 主因子F1以離心損失的影響為主，b* 、硬度和咀嚼性的影響為輔；第2 主因子F2以a* 的影響為主，L* 的影響為輔；第3 主因子F3以黏附性的影響為主，咀嚼性的影響為輔。

2.2.3 不同商品類型凍凡納濱對蝦品質的綜合評價

通過表5 的主因子載荷矩陣，將13 個指標歸納為3 個更具代表性的主因子，如下：

表5 品質指標的主因子載荷矩陣Tab.5 Principal factor load matrix of quality indexes

水分損失越高，凍凡納濱對蝦品質越差(Wachirasiriet al, 2019)。a*與b*越低，蝦青素損失越少，脂肪氧化速度越慢，感官接受度越好(石徑, 2018)。同時，數據通過正向化處理均已與品質呈正相關(如水分損失均取原始數據的負數，色澤指標a*與b*取原始數據的絕對值的負數)。所以，將F1、F2和F3均賦予正值，根據主因子權重=方差貢獻率/累積方差貢獻率，建立品質綜合指標F如下：

F=0.577F1+0.293F2+0.131F3

其中，F1、F2和F3為3 個主因子得分，綜合得分越高，說明品質越高。計算綜合得分見表6。

由表6 可知，M3、M1 與M2 主成分綜合得分均>1，其中M3 最高達到了1.80 分；其次是D4、M4、D5 和D6，分別為0.84、0.53、0.21 和0.10；D3、D7、D1 和D2 品質水平較差，分別為–0.04、–0.49、–0.50 和–0.83。該結果與樣品采樣信息基本一致，說明這13 個指標能夠實現對凍凡納濱對蝦品質的準確分類。

表6 11 個凍凡納濱對蝦產品的各主成分、綜合得分及排序Tab.6 Principal component scores and ranking of eleven frozen L. vannamei products

2.3 市售凍凡納濱對蝦品質影響因素分析

以品質水平F′為被解釋變量，以超市等級(SG)、產品形式(FP)、凍藏時間(PF)與擺放位置(RL)為解釋變量進行多元線性回歸分析，結果見表7。由表7 可知，建立的4 個回歸模型如下：

表7 凍凡納濱對蝦品質水平回歸分析Tab.7 Quality level regression analysis of frozen L. vannamei

本研究表明，選取的水分損失、質構與色澤可以充分地描述和分析不同商品類型凍凡納濱對蝦品質的差異。超市等級、凍藏時間、產品形式和擺放位置均會對其品質產生影響。其中，超市等級和凍藏時間對其品質影響顯著，且超市等級越高，越有利于保持凍蝦品質；凍藏時間越長，越不利于保持凍蝦品質。產品形式和擺放位置對其品質影響不顯著。

研究表明，高端超市的凍品品質明顯優于普通超市。首先，高端超市其冷柜溫度明顯低于普通超市(約5℃～10℃，見1.1)。眾多研究表明，凍藏溫度越低，品質劣變越慢。Yu等(2014)研究表明，南極磷蝦(Euphausia superba)的感官品質、持水率、總蛋白含量隨著凍藏溫度的延長而下降，并且凍藏溫度越高，下降越迅速。Yuan等(2016)研究表明，在凍藏期間，隨著蛋白二級結構的展開，蛋白的表面疏水性增加，與結合水的相互作用減弱，并且貯藏溫度越高，相互作用越減弱，蛋白質結構越不穩定，水分流失越容易發生。因此，在長期凍藏期間，普通超市較高的貯藏溫度使得冰晶尺寸增長，導致更多的組織和細胞破裂，造成更多的水和蛋白質的損失(Williamset al, 1981; Luet al, 2017;景電濤等, 2019)，發生更多的蛋白質變性和脂質氧化，造成的品質劣化程度明顯高于高端超市。其次，高端超市可能擁有更優秀的管理能力、除霜能力(Williamset al, 1981)以及物流能力，從而降低了溫度波動的可能性。Zhang等(2018)研究表明，冷凍儲存和運輸過程中的溫度波動往往是不可預測和不可避免的，它們會導致冰重結晶和細胞損傷，影響冷凍蝦的質量。當凍品長期遭受冷凍儲存和溫度波動時，冰晶的平均尺寸增加，形狀變得不規則，較大的晶體使肌肉蛋白質更容易變性和碎裂，從而導致肌肉組織的持水能力喪失。Dang等(2018)發現，工業冷庫的溫度波動以及溫度高于–18℃會破壞凍品的組織結構，脂肪氧化嚴重，汁液流失率增大。因此，在冷凍貯藏過程中，通常情況下小冰晶的尺寸會變大，從而產生更穩定的晶體，貯藏溫度的波動會導致肌肉組織中冰晶的生長和再結晶，這是導致肌肉品質劣化的主要原因(曹榮等, 2016; Zhanget al, 2018)。然而，高端超市更好的制冷裝備相較于普通超市能夠減小冰的再結晶和細胞損傷的可能性，保證了產品品質。凡納濱對蝦中最豐富的肌原纖維成分是肌球蛋白，其不僅受溫度、貯藏時間的影響，還受到所用添加劑類型等影響，且在運輸和儲存過程中容易變性，可能會導致品質劣化并影響肌肉品質(Zhanget al, 2020)。因此，可能由于高端超市采購的水產品凍前原料狀態更佳、凍結方式更優等因素，水產品在進入超市凍藏之前有較好的品質特性。

本研究以采購日期與生產日期之間的時間差，將凍品劃分為0～4 個月和4～10 個月的樣品。研究結果表明，凍藏時間越長，越不利于保持凍蝦品質。Li等(2018)研 究 表 明，–20 ℃、–30 ℃和–40 ℃鯉 魚(Cyprinus carpio)魚片的解凍損失和蒸煮損失在前4個月顯示出明顯的上升趨勢。Yang 等(2019)研究表明，河豚(Takifugu)魚片在–18℃凍藏0～5 個月后冰晶橫截面積增大96%，當量直徑增大37.6%，形成的大冰晶引起細胞外和細胞內電解質濃度增加，細胞膜的滲透導致細胞收縮，從而造成較大的結構損傷，且在0～4 個月期間胞外冰晶的突增，4～5 個月冰晶增長較緩慢。因此，較長的凍藏時間改變了凍品蝦中水的存在狀態，且冰晶尺寸的增長隨貯藏溫度和貯藏時間的增加而增加，導致凍蝦肌肉的汁液流失增加，造成了蛋白質變性和組織結構破壞，使其品質下降。

產品的形式可能對其品質也有影響。柳佳彤等(2018)研究表明，在凍藏期間，凍整只羅氏沼蝦(Macrobrachium rosenbergii)較凍去頭羅氏沼蝦品質劣化較為嚴重，該結果與本研究結果不一致，可能原因是質構測定方法不同導致所得結果有差異。本研究中，較低的凍藏溫度抑制了蝦頭中內源酶活性。另外，可能由于整蝦的蝦殼對蝦肉組織結構和蛋白質性質有一定的保護作用，從而最大化地維持了原有的硬度、持水性等性質。

Dang 等(2018)研究表明，較長時間貯藏于較高溫度會使冰晶分布向更大的方向擴展，進而影響凍品品質。本研究中，雖然上層溫度遠高于–18℃且與下層溫度存在差異，但擺放位置對品質影響不顯著，可能是零售商定期除霜時翻動樣品(Williamset al, 1981;Danget al, 2018)、市場人員定期歸整樣品以及消費者經常翻動樣品的原因。

3 結論

盡管不同市售凍凡納濱對蝦其產地、生產廠家及加工工藝各不相同，但本研究仍發現一些規律性。選取的水分損失、質構和色澤可以充分地描述和分析不同商品類型凍凡納濱對蝦品質的差異。采用因子分析建立的綜合評價模型為F=0.577F1+0.293F2+0.131F3，其中，F1、F2和F3為3 個主因子得分，F越高，說明品質水平越高。回歸分析得到影響凍凡納濱對蝦品質的主要因素為超市等級與凍藏時間，次要因素為產品形式和擺放位置，且超市等級越高，越有利于保持凍蝦品質。凍藏時間越長，越不利于保持凍蝦品質。為此，針對不同等級的超市，需要關注相關影響因素，切實做好凍品的品質管理。