偏最小二乘回归分析市售牛肉丸感官特性与挥发性风味化合物的关系

吴丹璇，高子武，吴鹏,2，许志诚,2，高苏敏，孟祥忍,2*，王恒鹏,2*

（1.扬州大学旅游烹饪学院，江苏扬州 225127）

（2.中餐非遗技艺传承文化和旅游部重点实验室,江苏扬州 225127）

牛肉丸是用牛肉糜和辅料加工而成的肉制品[1]，广受消费者欢迎。虽然牛肉丸已有相关规格标准和制作工艺规范，如T/CZSPTXH 108-2019《潮州菜潮州牛肉丸制作工艺规范》[2]，但其质量评价体系仍不明确，经常导致市售牛肉丸在品质稳定性上存在较大差异。因此，进一步建立市售牛肉丸的质量评价体系至关重要。

定量描述分析法（QDA）由于结果详细、一致和可靠，较适用于感官分析，许多学者使用该法来描述肉制品的感官特征[3,4]。如 Braghieri等[3]采用QDA法结果表明香肠添加中防腐剂对其感官特性没有显著影响。气相色谱-质谱（GC-MS）联用技术便捷高效，多用于食品中挥发性化合物的定性定量分析[5]。王綪等[5]利用GC-MS技术对鸭肉掺假羊肉样品的挥发性化合物进行分析，其中3-甲基丁醛、3-环庚烯-1-酮等能有效区分不同样品；Deng等[6]采用 GC-MS法研究培根的挥发性风味化合物，得出选用黑猪制作的培根比白猪制作的培根在贮藏过程中对风味的影响更显著。偏最小二乘回归分析（PLSR）可有效对自变量多、样本量少而相关性高的数据进行分析、建模，在食品领域应用广泛[7]。Kortesniemi等[8]采用PLSR法研究芬兰蜂蜜的感官特性，并将其与气味活性化合物相关联。Lieb等[9]研究四个不同品种哥斯达黎加木瓜果泥的挥发性成分和感官特征，利用多元统计方法建立回归模型，筛选出适合原浆生产的番木瓜品种。

虽然不同挥发性成分对食品感官特性影响的研究较多[10,11]，但关于牛肉丸的感官评价和挥发性风味物质的研究鲜有报道。通过PLSR分析市售牛肉丸感官特性与挥发性风味化合物的关系，可为生产适合我国消费者的牛肉丸产品，提供进一步的理论参考。因此，本试验以10种市售牛肉丸为研究对象，采用QDA法建立牛肉丸的感官特性和GC-MS分析牛肉丸的挥发性风味物质组成，并通过PLSR法进一步阐明牛肉丸感官特性与挥发性成分之间的关系，并初步构建牛肉丸质量评价体系，从而为牛肉丸产品的质量评价和品质控制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

10种不同品牌市售牛肉丸，将样品依次编号为：潮牛阿彬牛肉丸（S1）；潮迹牛肉丸（S2）；老德头牛肉丸（S3）；喜得佳牛肉丸（S4）；潮庭牛肉丸（S5）；安井牛肉丸（S6）；汕头八合里海记牛肉丸（S7）；芮美达牛肉丸（S8）；潮兴记牛肉丸（S9）；丸子妹牛肉丸（S10）。样品置于-20 ℃储存。

1.2 主要试剂

蔗糖、味精和食盐为食品级，购于扬州麦德龙超市；氯化钠，分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

1.3 仪器与设备

Trace ISQ II气质联用仪，美国热电公司；DRSJZML-550电热升降煮面炉，济南金佰特商用厨具有限公司；Supelco 75 µm Carboxen萃取头，上海楚定分析仪器有限公司。

1.4 方法

1.4.1 QDA法

参考GB/T 1629.1-2012《感官分析选拔、培训与管理评价员一般导则第 1部分：优选评价员》[12]和Cuffiaa[13]方法，略作修改。将 10组样品进行随机三位数编号，感官评价前在-4 ℃解冻12 h，沸水煮6 min，冷却至室温。首先全面筛选出35名感官评价员，并进行培训，培训内容包括：了解牛肉丸的知识、识别不同色卡和香气卡、味觉和嗅觉的训练和评分强度卡的使用等内容，其中蔗糖、味精和食盐用于调配各种不同浓度的溶液，目的是测试感官评价员的味觉和嗅觉能力，最终选取12名培训合格的评价人员（6男6女）组成感官评定小组。其次参考GB/T 10221-2012《感官分析术语》[14]并结合牛肉丸的感官属性。由评定小组描述出反映牛肉丸的外形、香气、质地、滋味和余味的感官词汇，进一步进行讨论、排除，确定牛肉丸的感官属性。并对牛肉丸的每一感官词汇进行定义并选用强度值为3的样品作为该词的参比样。最后由感官评定小组依据牛肉丸相应感官指标进行打分，其感官特性强度采用 0-5的标度法（0-没感觉，1-弱，2-稍弱，3-中等，4-稍强，5-强）。

1.4.2 挥发性化合物的测定

1.4.2.1 固相微萃取

根据傅丽等[15]的方法稍加修改，准确称取 2.0 g（精确至0.001 g）切碎混匀的牛肉丸，加入4 mL饱和食盐水，置于10 mL萃取瓶中，60 ℃水浴，平衡40 min后将经老化的SPME头插入封口顶空采样，吸附 40 min后将萃取针头插入气相色谱仪进样口，250 ℃下解析5 min。

1.4.2.2 GC-MS检测条件

色谱条件：色谱柱为 DB-Wax，进样口设置温度为250 ℃，载气为氦气，流速为1.0 mL/min。

升温程序：起始柱温以 40 ℃保持 2 min，以4 ℃/min的升温速率升至 120 ℃，不保持，最后以8 ℃/min升至240 ℃，保持7 min。

质谱条件：离子源温度240 ℃，电离方式EI+，电子能量70 eV；质量扫描范围30～450m/z。

1.4.2.3 定性定量方法

结果根据计算机普库（NIST/Wiley）进行检索，根据其拟合度对辨别挥发性化合物的成分，并用峰面积归一化法计算其相对含量。

表1 牛肉丸感官特性的描述词汇表Table 1 Descriptive glossary of the sensory properties of beef meatballs

1.5 关键挥发性风味化合物的分析

参考刘登勇等[16]的方法，风味物质的贡献程度是根据其百分含量来评价，即相对气味活度值（ROAV），ROAV计算公式如下：

式中：

Cmax和Tmax——所有风味物质中最大的百分比含量和感觉阈值，μg/kg；

Ci和Ti——对应挥发性化合物的百分比含量和感觉阈值，μg/kg。

1.6 数据处理

采用Excel 2010及Origin 2017分析数据并作图，差异显著水平α为0.05；采用XLSTAT 2016统计软件分别进行主成分分析和PLSR分析。

2 结果与分析

2.1 QDA结果分析

由感官评价小组对 10种牛肉丸感官特性的不断开发、讨论和整合，建立了描述牛肉丸的外形、香气、质地、滋味和余味的28个描述词，主要包括灰褐色、浑圆、完整和光滑等4个外形描述词，肉香味、甜香、清香、鲜香、油味、香辛料味、咸香、蒜味和葱香味等9个香气描述词，韧性、咀嚼性、紧密型、胶粘性、弹性、残渣感、松软和滑嫩等8个质地描述词，咸味、鲜香味、脂味、肉香味和多汁的等5个滋味描述词，五香味和肉香味等2个余味描述词，并对其描述词进行定义和参照物的确定，最终构建牛肉丸的感官评价标准体系。该试验建立的质地感官描述词汇与殷俊的研究结果相似[17]。

由表1可知，任何单一描述词都无法准确评价牛肉丸的感官特性，均需多个描述词评价，可见牛肉丸的感官特性多样且复杂。由感官评定小组建立的牛肉丸质量评价体系，对其风味轮构建具有重要意义。

牛肉丸的 28个感官属性由主成分分析（principal component analysis，PCA）结果表明，由图1可知，前6个主成分的累计贡献率为89.9%，高于85%，说明10种市售牛肉丸感官特征的大部分变异信息足够被解释。

表2 牛肉丸感官描述词在各个主成分中的载荷因子Table 2 The load factor of sensory descriptors in each principal component of beef meatballs

由表2和图2可知，第一主成分（PC1）主要体现了样品间浑圆、完整、光滑、肉香味（香气）、鲜香味（香气）、油味、香辛料味、咀嚼性、胶粘性、残渣感、咸味、鲜香味（滋味）、脂味、五香味和肉香味（余味）的变异信息，第二主成分（PC2）则主要体现了蒜味、滑嫩、肉香味（滋味）、多汁的变异信息。特征向量值可解释为感官属性与主成分相关系数，参考文献得到当其大于0.6即可认为是该主成分的特征属性[18-20]，而本文中以上提到的属性与主成分相关性系数均在0.6以上，其高度相关性表明该19个属性能较好体现牛肉丸的感官特性。

2.2 牛肉丸挥发性化合物的测定

由表3可知，10种牛肉丸共测出173种挥发性化合物，包括27种烃类、34种醇类、15种酮类、5种酚类、19种醛类、16种醚类、32种酯类、6种酸类以及19种其他类化合物。对牛肉丸各类风味化合物相对含量进行统计，由图3可知，其主要集中于醚、醛、烃3类物质，醚类在部分样品中含量高达31.26%，醛类物质在部分样品中相对含量达到19.26%以上，烃类在部分样品中含量达到14.14%以上。另外，可看出不同市售牛肉丸的挥发性化合物的相对含量差异较大，仅有样品S3、S7、S8、S9挥发性化合物相对含量较高，可见市售牛肉丸的风味品质差异较大，其仍有提升空间。

某一风味化合物的相对含量高低并不能解释其对风味的贡献程度，需要结合其香气阈值进行ROAV分析。挥发性风味化合物的 ROAV 值均在 0～100，且ROAV值越大，表明该化合物对风味贡献越大。一般认为当ROVA≥1时，该化合物为样品的特征风味化合物，当0.1≤ROAV＜1时，该化合物对整体风味具有重要的修饰作用。本试验对能查阅到阈值的风味化合物进行分析。表4列出了每种牛肉丸样品中风味化合物的阈值及对应ROAV值。

含硫化合物的阈值较低，是牛肉中重要的风味物质，主要来源于 Maillard反应或氨基酸热解[21]。二烯丙基二硫醚呈大蒜味[22]，由表4可知，其ROAV值在样品S1、S2、S3和S8中达到最高，且在S6、S9和S10中均有检测出。二烯丙基硫醚具有葱香味[22]，在样品S2、S3、S5、S6、S8、S9和S10中均有检出。此外，仅在样品S1中测定出4-烯丙基苯甲醚（ROAV=10.60），仅在样品 S10中检测到二烯丙基四硫醚，而甲基烯丙基硫醚分别在样品S8和S9中检测到。由此可知，二烯丙基二硫醚、二烯丙基硫醚、4-烯丙基苯甲醚、二烯丙基四硫醚和甲基烯丙基硫醚是牛肉丸的特征风味物质。另外，甲基三硫醚和 2-乙酰基噻唑这两种化合物仅在个别牛肉丸中检出（0.1≤ROAV＜1），表明其对修饰牛肉丸的整体风味具有重要作用。

表3 不同牛肉丸挥发性化合物的种类及相对含量Table 3 Types and relative contents of volatile compounds in different beef meatballs

续表4

醇类物质主要来源于醛类物质的还原和脂肪氧化[23]。芳樟醇具有花香气息[24]，在样品 S1（ROAV=4.76）和 S9（ROAV=13.09）中均有检出；1-辛烯-3-醇具有熟蘑菇香气[25]，仅在样品S9（ROAV=4.64）中检出。由此可知，芳樟醇和1-辛烯-3-醇是牛肉丸的特征风味化合物。另外，桉叶油醇、正戊醇、正庚醇、正辛醇和顺-5-辛烯-1-醇等风味化合物仅在个别牛肉丸中检出（0.1≤ROAV＜1），表明它们对牛肉丸的整体风味具有修饰作用。

烯烃类物质阈值较低，一般由脂肪氧化产生。在被检出的烯烃类物质中，(-)-β-蒎烯、(+)-柠檬烯和α-蒎烯的ROAV值大于1，构成牛肉丸的特征风味组分。其中(-)-β-蒎烯占较大比例，在样品S4、S6、S8和S9中均检测到，其通常来源于香辛料，可能与制作牛肉丸时添加的姜、葱和五香粉等有关[23]。(+)-柠檬烯在样品 S9中检测出，可能来自于牛肉丸中添加的香辛料[26]。而α-蒎烯在样品S2、S4、S8和S9中均检测到。另外，1,3,8-对薄荷三烯在个别牛肉丸中检出，其ROAV值＞0.1，其能较好修饰牛肉丸的风味。

酯类物质主要由醇类与酸类的酯化反应产生，可赋予肉制品具有较强的酯香味[27]。S3、S4和S9中均检测到 6,9,12,15-二十二碳四烯酸甲酯（0.1≤ROAV＜1），表明其对牛肉丸整体风味有较好的修饰作用。

醛类物质阈值较低，含有脂肪香气，主要来源于脂肪氧化和氨基酸Strecker反应，对牛肉风味的贡献较大[28]。在被检出的醛类物质中，反-2-辛烯醛、正葵醛、反式-2-壬烯醛、壬醛、己醛和柠檬醛的ROAV值均大于1，是牛肉丸的特征风味物质。其中样品S7检测到呈脂肪香的反-2-辛烯醛、呈甜香的正葵醛以及反式-2-壬烯醛[28]；壬醛阈值较低，脂香浓郁[24]，在样品S4、S7和S9中均有检出；己醛呈青草和清新味[29]，其能增加肉制品味感，在样品 S7中检出；而呈甜香的柠檬醛仅在样品 S1中检测到。另外，庚醛呈果实香、正辛醛呈脂肪香[29]，它们仅在个别牛肉丸中检出（0.1≤ROAV＜1），对牛肉丸的整体风味有较好的修饰作用。

酮类物质阈值较高，主要来自于Maillard反应和不饱和脂肪酸热氧化或降解，对牛肉丸风味贡献较小[27]。3-辛酮具有酮香、青香和蔬菜香[29]，仅在样品S7中检出，其ROAV值最大，是该牛肉丸的特征风味。丁香酚呈丁香和果香味[29]，其阈值较低，在样品 S3和S10中ROAV值大于0.1，表明其对牛肉丸的风味有较好的修饰作用。对丙烯基茴香醚具有茴香香气[24]，存在于多种香辛料中，其ROAV值在样品S3、S8、S9和S10中均大于0.1，说明其能较好修饰牛肉丸的整体风味。此外，4-烯丙基苯甲醚仅在样品 S1中检出，其ROAV值大于1，是牛肉丸的特征风味。

综合看来，对丙烯基茴香醚、二烯丙基二硫醚、芳樟醇和1-辛烯-3-醇等18种风味化合物是牛肉丸的特征风味物质。不同市售牛肉丸中的挥发性风味化合物种类、相对含量及贡献程度存在较大差异，进一步表明风味分析可有效区分不同品牌市售牛肉丸的特征香气，是评价牛肉丸风味品质的重要依据。

2.3 PLSR分析

以十种市售牛肉丸的挥发性风味化合物（ROAV＞0.1）为解释变量（X），将肉香味、甜香、清香、鲜香味、油味、香辛料味、咸香、蒜味和葱香味等9个香气描述词的强度作为因变量（Y）进行偏最小二乘回归（PLSR）分析，可以对风味化合物和香气属性强度之间相关性进行预测探究。由图4可知，大部分风味化合物都与牛肉丸香气属性具有不同程度的显著相关性。与香辛料味呈显著相关的化合物包括(+)-柠檬烯（A1）、(-)-β-蒎烯（A4）和对丙烯基茴香醚（A27）。油味周围聚集多种风味化合物，包括反式-2-辛烯-1-醇（A8）、正辛醛（A18）、壬醛（A21）、反-2-辛烯醛（A22），表明上述物与油味之间具有较强的相关性。陈祖明等[30]研究指出壬醛呈脂肪香味，对牛肉丸整体风味贡献较大。与甜香呈显著相关的化合物为正癸醛（A23）、柠檬醛（A25）。影响蒜味的显著因素为二烯丙基二硫醚（A29）；二烯丙基硫醚（A31）对葱香味影响显著，这与石华治等人报道的二烯丙基硫醚具有葱香味的结论相一致[23]。由此看出，大部分风味化合物与牛肉丸的感官特性具有不同程度的显著相关性。

此外，样品 S7单独位于第二象限，与咸香、清香和鲜香的相对距离较远，表明样品 S7与咸香、清香和鲜香的相关性不大；样品 S1、S2、S3、S5、S6和S10与咸香、清香和鲜香的相对距离较近，表明相关性较高。样品S4和S8与蒜味、肉香味和葱香味相对距离较近，相关性较高。结合感官和风味分析结果，进一步显示样品S3和S8的品质较好。

以化学成分为解释变量，9个感官得分为因变量进行模型的建立。该模型对不同市售牛肉丸的香气感官特征和挥发性成分进行变量重要性投影（variable importance for the projection，VIP）的计算[31]，VIP得分大于1的成分可能是导致牛肉丸感官特征差异的原因。图5可看出二烯丙基硫醚（A31）、正辛醛（A18）、正戊醇（A5）、正庚醇（A6）、正辛醇（A7）、反式-2-辛烯-1-醇（A8）、3-辛酮（A14）、反-2-辛烯醛（A22）、正癸醛（A23）、反式-2-壬烯醛（A26）、壬醛（A21）、庚醛（A16）、(Z)-癸-2-烯醛（A20）、正己醛（A17）、烯丙基甲基硫醚（A32）、(+)-α-蒎烯（A3）等指标对变量的影响较大。因此，在研究牛肉丸的感官特征和特征风味物质时，合理优化各种工艺参数，对提高牛肉丸的感官特性具有指导意义。

3 结论

通过对 10种市售牛肉丸的感官特性进行定量描述分析，最终筛选出光滑、肉香味、鲜香味和蒜味等28个描述词，构建了牛肉丸的感官评价标准体系。由风味分析可知不同市售牛肉丸挥发性风味化合物的种类及含量存在明显差异，样品S3、S7和S8的风味化合物相对含量较高于其他样品，其中二烯丙基二硫醚、二烯丙基硫醚和(-)-β-蒎烯等 18种风味化合物是牛肉丸的特征风味物质。由PLSR分析可知牛肉丸的感官特性和部分风味化合物之间呈现一定的显著相关性，且样品S1、S2、S3、S5、S6和S10与咸香、清香和鲜香相关性较高，而样品S4和S8与蒜味、肉香味和葱香味相关性较高。经初步建立的质量评价体系分析可知，样品S3和S8的综合品质最好。