多指标综合评价风干牛肉品质的研究

田晓静,刘元林,蒙秋柏,王彩霞,陈士恩,*,刘根娣(.西北民族大学生命科学与工程学院,甘肃兰州 730030; .四川农业大学食品学院,四川雅安 6504)



多指标综合评价风干牛肉品质的研究

田晓静1,刘元林1,蒙秋柏1,王彩霞2,陈士恩1,*,刘根娣1
(1.西北民族大学生命科学与工程学院,甘肃兰州 730030; 2.四川农业大学食品学院,四川雅安 625014)

为综合评价不同风干牛肉的品质差异,从营养、滋味、口感、色泽、安全的角度对四种风干牛肉进行分析。多重比较分析结果发现:四种风干牛肉的L*差异不显著,脂肪含量、嫩度、a*和b*部分样品间差异显著,其余指标(pH、氯化钠含量、总酸)间均存在显著差异(p<0.05)。主成分分析可以实现多指标(13个参数)的降维,降维后前两个主成分就可有效区分不同风干牛肉,其区分结果图中样品点随钠含量、总酸等指标呈规律性分布,且表征风味、口感、常量成分、色泽等参数分布在loading图中不同区域。聚类分析实现了不同种类样品正确聚类。结合统计分析方法,从营养、滋味、色泽、安全等角度可以实现不同风干牛肉品质的综合分析与检测。

风干牛肉,品质评价,多指标,主成分分析,聚类分析

近年来,随着畜牧业政策的不断更新,我国牛肉产量比重逐年增加,据国家统计局统计,2015年我国肉类总产量达8625万吨,其中牛肉产量为700万吨[1]。但我国肉类多以原料肉的形式消费,精深加工产品少。风干肉制品是我国内蒙、西藏等西北地区的一种特色肉制品,深受消费者喜爱。在风干肉的加工过程中,微生物的生长繁殖和胞外酶的共同作用导致其主要滋味物质间的差异,从而影响风干牛肉的风味;加工环境、加工过程等方面随意性较大致使产品质量参差不齐、安全性无法保障等问题。

现有关于风干肉的研究主要集中在加工工艺改良[2-3],从嫩度[4]、保水性、色泽[5]、腌制技术[6]以及感官品质等的影响从而改善传统风干肉的品质[7],并从氨基酸的滋味分析[8]、挥发性气味物质的气味分析[9-10]、对其营养价值的评价[11]、质地特性的口感分析[12]、微生物[13]、理化分析和感官分析[14-15]等方面对风干肉的品质进行评价。在数据分析时,方差分析对比不同工艺、品种等风干肉不同指标间的差异,多元统计分析方法综合多参数进行综合分析,建立不同参数之间的相关关系,如风干牦牛肉风味与营养品质特性之间的相关关系及采用主成分分析和相关分析[16]。

表1 样品信息Table 1 Profile of sample information

本文通过研究不同风干牛肉营养、滋味、口感、色泽、安全相关品质,采用多重比较分析不同参数间的差异性,采用主成分分析综合多指标信息,降低数据维度直观、快速、综合地反映风干牛肉品质;聚类分析挖掘数据不同风干牛肉样品内在联系,实现对不同样品的判别归类,以实现对风干牛肉品质的综合评价。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

风干牛肉 共4种,均为市售风干牛肉,购自京东网,样品的详细信息见表1。

Color Reader CR-10型色差计 日本柯尼卡美能达公司;C-LM3B型号肌肉嫩度仪 东北农业大学工程学院;SXT-06索氏提取器 上海洪纪仪器设备有限公司;D-S26型电热恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司;SHA-C型往复式水浴恒温震荡器 江苏正基仪器有限公司;ML-1.8-4型可调式电热板 北京科伟永兴仪器有限公司;V-5000型可见分光光度计 上海元析仪器有限公司;PH-240A型干燥箱 上海恒科学仪器有限公司;TT-2型组织捣碎机 江苏金坛市环宇科学仪器厂;PHS-3C型数显酸度计 杭州雷磁分析仪器厂;FA2004N型电子天平 青岛扬中仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品预处理 色度检测用样品切为4 cm×5 cm×5 cm块状;其它指标所需样品均用TT-2组织捣碎机粉碎,保鲜膜密封后置于干燥、阴凉、通风的环境待用。

1.2.2 氯化钠测定 采用间接滴定法[18]测定肉样的氯化钠含量,重复检测3次,以其平均值进行后续分析。

1.2.3 pH测定 称取10 g粉碎的风干牛肉样品,置于250 mL三角瓶中,加入10倍于待测样品质量的0.1 mol/L氯化钾溶液,在摇床上恒温(6 ℃)振荡30 min后过滤,取滤液用酸度计测定pH[17],重复检测3次,以其平均值进行后续分析。

1.2.4 总酸测定 采用直接滴定法[20]测定总酸,称取至少200 g的样品加入等量煮沸过的水一起放入组织捣碎机中一起捣碎,用快速滤纸过滤,取30 mL的滤液加入60 mL的水及0.2 mL 1%酚酞试剂,用0.05%氢氧化钠标准溶液滴定至微红色30 s不褪色,重复检测3次,以其平均值进行后续分析。

1.2.5 脂肪测定 称取2.00～5.00 g粉碎的样品移入滤纸筒,将滤纸筒放入脂肪瓶内,连接已恒重好的接收瓶后,用索氏提取法测定脂肪含量[19],重复检测3次,以其平均值进行后续分析。

1.2.6 亚硝酸盐测定 采用分光光度法[21]测定肉样的亚硝酸盐含量,重复检测3次,以其平均值进行后续分析。采用分光光度法检测亚硝酸盐含量时,当亚硝酸钠的含量为0～12.5 mg/kg,亚硝酸钠含量与吸光度值间线性关系良好,其线性回归方程为y=0.0271x-0.0021(R2=0.9936)。

1.2.7 色度值测定 采用色差计对风干牛肉样品进行检测,重复3次,获得其L*、a*、b*值的平均值。

1.2.8 嫩度纵向值测定 采用肌肉嫩度计对风干牛肉样品进行检测,纵向重复切3次,分别获得其平均值。

1.2.9 多指标综合评价

1.2.9.1 主成分分析 采用Duncan氏法研究不同风干牛肉各指标间的差异;多指标信息在某种程度上存在信息的重叠,具有一定的相关性,而主成分分析(Principle component analysis,PCA)在力求数据信息丢失最少的原则下,对高维的变量空间降维,即以各指标的少数几个线性组合构成的综合指标尽可能多地保留原来指标的信息。通过主成分分析将反映风干牛肉品质的色泽、质构、营养、安全品质参数的高维信息降低到一个较易辨识的低维空间,根据其主成分得分由图形直观地获得各样品的信息[22]。

1.2.9.2 聚类分析(Cluster Analysis,CA) 是一个将数据集划分为若干组或类的过程,并使得同一个组内的数据对象具有较高的相似度,而不同组中的数据对象是不相似的;其目的在于通过把原来的对象集合分成相似的组或簇,来获得某种内在的数据规律。

以不同风干牛肉样品的营养、滋味、口感、色泽、安全相关指标,采用多重比较分析不同风干牛肉指标间的差异,采用主成分分析和聚类分析综合多项指标将4种风干牛肉的差异直观化。

表2 不同风干牛肉理化指标结果Table 2 Results of physical and chemical indexes of air died beef

注:同行数据上标小写字母不同表示差异显著(p<0.05)。

1.3 数据处理

实验数据采用SAS 8.0软件(美国SAS软件公司)进行数据分析,实验结果图由Origin 8.0软件(美国OriginLab公司)绘制。

2 结果与讨论

2.1 理化指标测定结果对比分析

实验测定了KE、YM、CY、HR风干牛肉样的氯化钠、pH、脂肪、总酸、亚硝酸盐、色差、嫩度9项理化指标,对实验结果进行指标对比分析,如表2所示。

在肉品加工过程中,食盐对肉制品的色泽、质地、滋味、风味各方面的影响起着非常重要的作用[25-26]。目前对风干牛肉的研究成果表明,食盐含量过高对脂肪水解酶以及抗氧化酶表现为抑制作用。在传统干腌肉制品中食盐含量都比较高,在加工过程中一般都会对各种内源酶起抑制性作用,不利于蛋白质和脂质的分解氧化[27]。对四种风干牛肉的原始信息及检测结果可见,样品YM中氯化钠及钠含量最高,其次为KE、CY和HR,这与实际口感一致。

pH可以直接反映糖元酵解的强度,不仅直接影响肉的适口性、嫩度、烹煮损失和货架时间,还与牛肉系水力和肉色等显著相关,是肉品质最为重要的指标之一[23]。表2中四种风干牛肉的pH在5.7～6.1之间,且彼此差异显著,其中风干牛肉HR的pH最高,其次为CY、YM和KE。

总酸是影响肉样风味的重要因素之一,但是又受到加工工艺(如辅料的组成与配比等)的影响。实验结果表明,不同品种风干牛肉的总酸值存在较大的差异,风干牛KE的总酸值最高,风干牛肉YM总酸值最低。

在肉制品中,脂肪不仅赋予产品特殊风味、优良质地以及良好的感官特性,而且也是人体能量、必需脂肪酸和脂溶性维生素的主要来源,肉制品多汁、滑爽的口感以及良好的弹性及切片性均与肉制品中较高的脂肪含量有关,脂肪对肉制品的风味也有重要作用,这不仅表现在脂肪自身的风味,还表现在对其他香料释放的影响上[24]。风干牛肉YM和KE中脂肪含量显著高于CY和HR。

在肉制品加工中,亚硝酸盐作为护色剂和防腐剂添加至肉中,赋予肉制品特有的红色,同时能改善肉制品的组织结构,抑制肉毒梭状芽抱杆菌的生长;同时肉制品在加工和贮存过程中,会添加及生成一定量的亚硝酸盐[28]。过量残留会对消费者健康带来影响。GB2760-2015[29]中发酵肉制品类亚硝酸盐最大使用量为0.15 g/kg,以亚硝酸钠计残留量≤30 mg/kg。表2中可见,四种风干牛肉样中亚硝酸盐含量在0.5～4.4 mg/kg之间波动,均在规定范围内,其中,YM、CY和HR三种肉样中亚硝酸盐含量较少,KE肉样中亚硝酸盐含量最多。

肉与肉制品的颜色是肉类制品生物化学和微生物学变化的外部表现,虽不影响肉的滋味,但直观反映肉制品的优劣,是影响消费者购买欲望的重要因素[30]。对四种风干牛肉的色度进行了检测分析,发现四种风干牛肉的L*差异不显著,YM和CY的a*值和b*显著高于KE和HR。色泽的差异主要是与发酵过程中水分的损失、盐分的迁移及脂肪的氧化等因素有关[31-32]。

嫩度直观反映肉在食用时的口感,也直接影响肉的食用价值和商品价值,是消费者评判肉质优劣最常用的指标。表2中给出风干牛肉嫩度值较大,这主要是风干牛肉加工过程中水分会大量丢失及一系列生理生化反应引起的。将测得的数据与品尝时的口感相结合,YM和HR嫩度优于其他肉样,其更易于咀嚼且汁液比较丰富。不同风干牛肉质地特性变化与加工过程中水分含量及蛋白质的状态均有关系[33]。

本研究中所检测样品的蛋白质含量高于党欣[30]所研究的哈萨克风干牛肉样品,而低于高媛[6]所研究的风干牦牛肉样品;其脂肪含量与哈萨克风干肉相近[30],而低于风干牦牛肉[6];其pH也在现有文献报道的范围内;表征嫩度的剪切力与耿兄[34]报道的略有不同,有高有低,这与肉样中水分、脂肪含量有较大关系;对于肉色,本研究中肉样的L*与史晓[35]报道的接近,而红值高于其报道的数据。不同产品原料、工艺等的差别导致其口感和风味的不同。

2.2 主成分分析结果

以理化指标(X1～X9)和样品原始信息(蛋白质X10、脂肪X11、碳水化合物X12、钠X13)作为输入,采用SAS v8统计分析软件进行主成分分析,以前两个主成分得分绘图,PCA结果见图1。如图1所示,以上述指标作为变量时,第1主成分58.11%,第2主成分21.37%,总贡献率达到79.48%,代表了原始数据大部分信息,实现了不同组样品彼此区分;其中钠含量较高的YM位于图中第一象限,沿着顺时针方向其他三个样品中的氯化钠含量逐步降低;而总酸的分布规律与此正相反,即从第一象限开始,沿着逆时针方向,总酸逐渐升高;对亚硝酸盐,第四象限中的KE样品含量最高;对pH,在PC1<0时,其值较高;而脂肪则是在PC1>0时含量较高;在y=x直线周围,则属于a*和b*数值较高的范围。

图1 不同风干牛肉的主成分分析结果Fig.1 Results of PCA for air dried beef

图2给出了不同风干牛肉的各因子loading图,第一主成分中X11和X10(蛋白质和脂肪)载荷因子较大,代表了风干牛肉的营养品质;第二主成分X3、X9、X6(总酸、嫩度和L*)载荷因子较大,代表了风干牛肉的滋味、质地和色泽;这与高媛等[6]对风干牦牛肉的中感官剖面评价的结果相类似,但也有区别,主要表现在第一、第二主成分的顺序有所不同,且本研究中肉色的载荷因子也较大。

各参数的相对重要性可由图获得,各参数点均与(0,0)点较远,所占权重也都较大,其中X1和X13较为接近,分布在第一象限右侧,代表咸味的氯化钠含量和钠的含量,可由一个代替;X4和X11虽较为接近,代表消费时和包装前脂肪含量,两者存在一定差异,故不能相互代替;X3(pH)和X2(总酸)均可作为酸味的表征参数,但却有差别,两者分布在相反的方向;以碳水化合物含量表征的甜味X12分布在第二象限中间;代表亮度的X6和代表嫩度的X9分别分布在纵坐标的正负区域,呈相反分布,呈负相关关系;表征安全品质的亚硝酸盐含量X5居于第四象限,与其他指标明显区分。不同风味、口感、常量成分、色泽等参数分布在不同的区域。

图2 不同风干牛肉的loading分析结果Fig.2 Results of loading analysis for air dried beef

2.3 聚类分析结果

以上述理化指标(X1～X13)为输入,采用SAS v8进行聚类分析,结果如图3所示。由图3可知,D=2.9102时,四种不同风干牛肉分别聚类,实现不同风干牛肉样品的区分;当D=4.6605时,四种风干牛肉聚集为两大类,第一类KE和YM,其钠含量较高,第二类CY和HR,其钠含量较低,由此可以将风干牛肉分按照其钠含量进行细分;当D=6.0219时,四种风干牛肉聚为一大类。聚类分析可以实现对不同品质风干牛肉的区分。

图3 不同风干牛肉的聚类分析结果Fig.3 Results of CA for air dried beef

3 结论

为研究不同风干牛肉的品质差异,从营养、滋味、口感、色泽、安全的角度对四种风干牛肉进行了分析,结合多重比较分析和多元统计方法对多指标进行综合评价,结果发现:对四种不同风干牛肉,L*差异不显著,脂肪含量、嫩度、a*和b*部分样品间差异显著,其余指标间均存在显著差异;主成分分析可以实现多指标(13个参数)的降维,降维后的综合指标可有效区分不同风干牛肉,且表征营养、滋味、口感、色泽、安全的角度等参数分布在loading图中不同区域;聚类分析依据样品间的内在相似性,将不同种类样品正确聚类。

[1]中华人民共和国国家统计局. 中华人民共和国2015年国民经济和社会发展统计公报[EB/OL]. http://www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/201602/t20160229_1323991.html,2016-02-29/2017-01-07.

[2]闫忠心,靳义超,王倩. 响应面法优化自然风干牦牛肉风味研究[J]. 青海畜牧兽医杂志,2015,45(5):7-10.

[3]郭瑞,朱效兵,石晶红,等. 植物乳杆菌发酵风干牛肉干工艺条件的研究[J]. 食品研究与开发,2015,36(24):108-110.

[4]史晓燕,腾克,华晓青,等. 氯化钙、木瓜蛋白酶对风干肉感官品质的影响[J]. 食品工业,2012(10):10-12.

[5]郭瑞,石晶红,朱效兵. 乳酸菌替代亚硝酸盐在风干牛肉干中发色的研究[J]. 肉类工业,2015(9):49-51.

[6]王俊钢,李宇辉,郭安民,等. 基于脉动压技术的腌制新疆特色风干牛肉工艺优化[J]. 食品工业科技,2016,37(19):185-191.

[7]史晓燕. 传统风干肉品质改善的研究[D]. 呼和浩特:内蒙古农业大学,2012.

[8]陈利忠. 发酵牛肉干工艺及其产品特性的研究[D]. 杭州:浙江工商大学,2009.

[9]沙坤,李海鹏,张杨,等. 固相微萃取-气质联用法分析五种新疆风干牛肉中的挥发性风味成分[J]. 食品工业科技,2014,35(21):310-315.

[10]陈海涛,孙杰,蒲丹丹,等. OAV和GC-MS-O法鉴定内蒙古风干牛肉风味活性物质[J]. 食品工业科技,2016,37(15):304-312.

[11]高媛,黄彩霞,冯岗,等. 风干牦牛肉氨基酸与脂肪酸组成分析评价[J]. 食品工业科技,2013,34(13):317-320.

[12]谢小雷,李侠,张春晖,等.不同干燥方式对牛肉干物性特性的影响[J].农业工程学报,2015,31(Z1):346-354.

[13]郭江南,蒋云升,崔繁荣,等. 新疆风干牛肉贮藏期间微生物变化研究[J]. 食品工业科技,2016,37(13):323-327.

[14]沙坤,党欣,李海鹏,等. 哈萨克风干牛肉加工过程中理化及感官品质的变化规律[J]. 肉类研究,2015(9):16-19.

[15]张志强,程伟,彭素敏. 不同工艺条件对风干牛肉感官品质的影响[J]. 肉类工业,2015(2):11-12.

[16]高媛,孙宝忠,黄彩霞,等. 风干牦牛肉感官剖面与营养品质特性研究[J]. 食品工业科技,2013,34(17):345-348.

[17]GB/T 9695.5-2008 肉与肉制品pH测定[S]. 北京:中国标准出版社,2008.

[18]GB/T 12457-2008 食品中氯化钠的测定[S]. 北京:中国标准出版社,2008.

[19]GB/T5009.6-2003食品脂肪的测定[S]. 北京:中国标准出版社,2003.

[20]GB/T 12456-2008 食品中总酸的测定[S]. 北京:中国标准出版社,2008.

[21]GB 5009.33-2010 食品安全国家标准食品中亚硝酸盐与硝酸盐的测定[S]. 北京:中国标准出版社,2010.

[22]陈德钊. 多元数据处理[M]. 北京：化学工业出版社,1998：124-142.

[23]余梅,毛华明,黄必志. 牛肉品质的评定指标及影响牛肉品质的因素[J]. 中国畜牧兽医,2007,34(2):33-35.

[24]王强,周雅琳,赵欣,等. 脂肪替代品在低脂肉制品中的研究进展[J]. 食品工业科技,2013,34(12):347-352.

[25]张露,张雅玮,惠腾,等. 低钠干腌肉制品研究进展[J]. 肉类研究,2013,27(11):45-49.

[26]郑海波,徐幸莲,周光宏. 肉制品低钠盐加工技术研究进展[J]. 食品工业科技,2015,36(4):370-375.

[27]张露,张雅玮,惠腾,等. 低钠干腌肉制品研究进展[J]. 肉类研究,2013,27(11):45-49.

[28]仝莹莹,王璐,李栓栓,等. 亚硝酸盐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 食品安全国家标准 食品添加剂使用标准[S]北京:中国标准出版社,2014.

[30]党欣. 哈萨克风干牛肉产品特性研究及工艺优化[D]. 兰州:甘肃农业大学,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. 自然冷冻风干牛肉工艺环境调查及改进[D]. 呼和浩特:内蒙古农业大学,2014.

[35]史晓燕. 传统风干肉品质改善的研究[D]. 呼和浩特:内蒙古农业大学,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

田晓静(1982-)，女，博士，副教授，研究方向：食品安全与检测分析，E-mail:smile_tian@yeah.net。

*通讯作者:陈士恩(1964-)，大学本科，教授，主要从事食品安全与品质控制方面的研究，E-mail:chshien@163.com。

西北民族大学引进人才科研项目资助(xbmuyjrc201408)；国家科技支撑子项目(2015BAD29B05)；西北民族大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(zyz2012073)；甘肃省科技计划资助(1504WKCA094)；西北民族大学生命科学众创空间扶持项目(中央高校科研创新项目资助)。

TS251.7

A

1002-0306(2017)14-0006-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.14.002