基于主成分分析法羊肉火腿香氣質量評價模型的構建

王 旭,龔 媛,張同剛,曲云卿,劉敦華

(寧夏大學農學院,寧夏銀川 750021)

基于主成分分析法羊肉火腿香氣質量評價模型的構建

王 旭,龔 媛,張同剛,曲云卿,劉敦華*

(寧夏大學農學院,寧夏銀川 750021)

采用頂空固相微萃取-氣相色譜質譜聯用技術(HSPME-GC-MS)測定10個羊肉火腿樣本中的揮發性物質,篩選出22種主要風味物質,利用主成分分析法構建香氣質量評價模型。結果表明:第一至五主成分的累積貢獻率為82.989%,包含了十八醛、1-壬醇、正辛醛等15種化合物,能夠較好地反映原始數據的信息。同時,該模型評價結果與感官評價結果具有很好的一致性,能綜合、準確地反映羊肉火腿的香氣質量優劣,為羊肉火腿香氣質量評價提供了一種新方法。

羊肉火腿,揮發性風味物質,氣相色譜-質譜法,主成分分析,評價模型

對于肉制品,其香氣是評價肉制品品質的一項重要指標,目前主要采用感官對肉制品香氣進行評價,感官評價方法又易受評價人員、環境、組織形式等主觀因素的影響,其準確性受到了一定程度的限制[1]。羊肉火腿的香氣是影響其品質的重要指標,因此建立與完善羊肉火腿的客觀評價體系尤為重要,這對提高和完善羊肉火腿評價體系有重要的意義。

主成分分析(或稱主分量分析)是一種通過降維技術把多個變量化為少數幾個主成分(即綜合變量)的統計方法[2-4]。主成分分析法普遍應用于揮發性成分含量與香氣描述等數據處理中[5]。主成分分析作為一種產品品質的定量描述分析方法,在牛肉、羊肉等肉制品中已有所應用,目前在肉制品方面應用主成分分析主要用來研究不同處理方式[6]或不同香辛料[7]對肉制品揮發性風味物質的影響,而對肉制品香氣質量評價的研究鮮有報道。

本研究采用頂空固相微萃取氣相色譜-質譜(gas chromatograph-mass spectrometry,GC-MS)聯用技術對羊肉火腿樣品進行分析,測定其揮發性風味物質,利用主成分分析建立羊肉火腿的香氣質量評價模型,以找到比感官評價方法更客觀的評價方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

烏色黑山羊前腿(6月齡羯羊,1歲羯羊,2歲羯羊各一只);烏色黑山羊前腿(6月齡羯羊,1歲羯羊,2歲羯羊各一只);白色山羊前腿(6月齡羯羊,1歲羯羊,2歲羯羊);灘羊前腿(1歲羯羊),均購于下橋琦靈養殖場。

表1 感官評價標準

萃取頭:65 μm PDMS/DVB,美國Supelco公司;氣相色譜-質譜聯用儀:JJ-2(2003-61)型,日本島津公司;高速組織搗碎機:A-88(JJ-2),金壇市盛威實驗儀器廠;恒溫水浴鍋:HH-1A(J02082),玖藍儀器廠。

1.2 樣品制備方法

1.2.1 工藝流程:原料預處理→切塊→腌制→預煮成型→煮制→干燥→滅菌→包裝→成品

表2 不同羊肉火腿樣品的香氣成分含量及感官評價得分

續表

注:-表示小于檢測限。

1.2.2 關鍵控制點

1.2.2.1 原料預處理:挑選潔凈、無病害羊前腿肉,浸泡約20 min。

1.2.2.2 切塊:將羊前腿切為10 cm×10 cm肉塊。

1.2.2.3 腌制:腌制液中常壓腌制20 h。

1.2.2.4 煮制:將腌制后的羊腿肉裝膜,90 ℃煮制30 min。

1.3 測定方法

1.3.1 羊肉火腿揮發性風味物質提取

1.3.1.1 樣品處理 將按照1.2制備的羊肉火腿樣品用高速組織搗碎機粉碎成肉糜,待用。

1.3.1.2 固相微萃取 根據文獻[8]并做修改:加5.0 g肉糜到20 mL頂空瓶中,加入0.6 g氯化鈉,混勻。置于60 ℃恒溫水浴鍋中恒溫平衡30 min,再將65 μm PDMS/DVB萃取頭插入頂空瓶中,萃取30 min后取出萃取頭,進樣,解析5 min。

1.3.2 羊肉火腿揮發性風味物質檢測

1.3.2.1 色譜條件 DB-5MS毛細管柱(30 m×0.25 mm×0.5 μm;Agilent Technologies),進樣口溫度:250 ℃,FID檢測器溫度:250 ℃[9]。升溫程序:初始溫度50 ℃,保持2 min,以15 ℃/min升溫到100 ℃,再以5 ℃/min升溫到220 ℃,保持10 min,再以10 ℃/min升溫到260 ℃,最后以5 ℃/min升溫到280 ℃,載氣為氦氣,流量為3.7 mL/min,不分流。

1.3.2.2 質譜條件 質譜質量掃描范圍20～450 m/z,色譜-質譜接口溫度250 ℃,譜庫NIST05a.L[9]。

1.4 定性、定量方法

1.4.1 定性分析 樣品圖譜與NIST05a.L庫圖譜對比,當匹配度大于800的物質予以確認定性。

1.4.2 定量分析 面積歸一化法,根據組份峰面積/總峰面積得到各組份的相對含量,并結合質譜、保留時間等進一步確定。

1.5 感官評價方法

根據GB/T 2210-2008《肉與肉制品感官評價規范》,及相關文獻并作適度修改[10],羊肉火腿感官評價標準見表1。請10位經過一定訓練的評價人員(相關專業的老師和學生共10名)根據表1對10個樣品進行香氣評價,將10位評價員3次打分的平均值,作為該樣品的最終得分。

1.6 數據處理

采用Excel和SPSS19.0軟件并參考文獻[11-13]進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同羊肉火腿香氣成分比較

將10個樣品分別測定其揮發性風味物質含量及感官評分,結果見表2。

由表2可知從10個羊肉火腿的樣本中共分離鑒定出揮發性物質66種,其中烷烴類10種,醛類11種,醇類11種,酯類4種,酮類7種,酸類4種雜環類10種。樣本1共59組分,樣本2共49組分,樣本3共58組分,樣本4共57組分,樣本5共60組分,樣本6共56組分,樣本7共63組分,樣本8共56組分,樣本9共59組分,樣本10共57組分。10個羊肉火腿樣本的揮發性成分含量不同,主要香氣成分的相對含量差異較大。通過感官評價可以看出不同品種、性別、年齡的原料羊腿對加工出的羊肉火腿香氣成分影響較大。

表4 主成分分析的特征向量

2.2 香氣組分主成分的提取及模型構建

對表2中10個樣本的66種揮發性物質利用,SPSS19.0構成10×66的矩陣,進行描述統計,按照剔除最小特征值的主成分中對應的最大特征向量的變量的原則[8],同時根據方差、標準差及相關資料[14](烷烴類化合物閾值較高,對香氣成分貢獻較小,因此剔除烷烴類化合物)選擇了22個組分進行主成分分析,其中包括9種醛類,3種醇類,3種酯類,3種酮類,1種酸類,1種醚類和2種雜環類,其中有3種物質已經被確認為對羊肉風味起決定性作用[15],如2-十一烯醛具有脂肪香,異壬酸具有羊脂味和烤羊肉味,1-壬醇具有橙香和油脂味[16]。22個組分主成分分析矩陣特征值見表3。從表3可知,前5個向量累計的貢獻率為82.989%,能代表原變量的絕大部分信息,因此,用前5個主成分進行羊肉火腿香氣質量評價是可行的。

表3 主成分分析特征值

主成分分析的特征向量值見表4,由表3、表4可知,第一主成分中貢獻最大為1-壬醇、葵醛,其對應的特征值為:0.3369、0.3341,代表變量有:(Z)-4-葵烯醛,十八醛,葵醛,2-十一烯醛,1-壬醇,鄰苯二甲酸二乙酯。第二主成分中貢獻最大的為2-丁酮、2-葵酮,其對應的特征值為:0.43371、0.40186,代表變量有:正辛醛,鄰苯二甲酸二異丁酯,2-癸酮,2-丁酮,2-戊基呋喃。第三主成分中貢獻最大的為4-癸酮、二葵基硫醚,其對應的特征值為:0.4178、0.4165,代表變量有:4-癸酮,二葵基硫醚。第四主成分中貢獻最大的為異壬酸,其對應的特征值為:0.4489,代表變量有:異壬酸。第五主成分中貢獻最大的為2,3,5,6-四甲基吡嗪,其對應的特征值為:0.3676代表變量有:2,3,5,6-四甲基吡嗪。

表5 不同羊肉火腿樣品香氣質量評價表

各主成分的方程為:

F1=0.0119X20-0.0939X21+0.2977X23+…+0.0139X57-0.0506X58+0.1643X65

F2=-0.03836X20+0.28815X21+0.13315X23+…+0.38575X57+0.03635X58-0.12830 X65

F3=0.2945X20-0.3207X21-0.0754X23+…-0.2938X57+0.0193X58+0.4165X65

F4=-0.4292X20-0.1611X21-0.0094X23+…+0.2273X57-0.2004X58-0.1539X65

F5=-0.3434X20-0.1123X21-1.0505X23+…+0.0698X57+0.3676X58+0.2477X65

以不同特征值的方差貢獻率βi(i=1,2,3,…,k)為加權系數,利用綜合評價函數F=β1F1+β1F1+β1F1+…+βkFk[17]計算各羊肉樣本得分,對羊肉火腿樣本的香氣進行評價。最終基于主成分分析得到羊肉火腿香氣評價模型為:F=0.34671F1+0.15425F2+0.14397F3+0.10024F4+0.08472F5。并且根據評價模型算得的評分與感官評價的得分具有很好的一致性,說明基于主成分分析得到的羊肉火腿香氣評價模型真實、可靠。

3 結論

本研究采用固相微萃取-氣質聯用對10個羊肉火腿樣本進行分析,通過主成分分析法,鑒定出羊肉火腿的主要香氣物質是:(Z)-4-葵烯醛,十八醛,葵醛,2-十一烯醛,1-壬醇,鄰苯二甲酸二乙酯,正辛醛,鄰苯二甲酸二異丁酯,2-癸酮,2-丁酮,2-戊基呋喃,4-癸酮,二葵基硫醚,異壬酸,2,3,5,6-四甲基吡嗪,這些成分含量的差別造成了不同羊肉火腿樣本香氣的差異性。

基于主成分分析法構建羊肉火腿香氣質量評價模型,并用該模型對10個羊肉火腿樣品進行評價,評價結果與感官評價結果有較好的一致性。因此,本研究基于主成分分析構建的香氣質量評價模型是可靠的。主成分分析法將復雜的變量簡單化,通過建立評價模型,為羊肉火腿香氣質量的評價提供了一種新途徑?；谥鞒煞址治龇ǖ玫窖蛉饣鹜认銡庠u價模型為:F=0.34671F1+0.15425F2+0.14397F3+0.10024F4+0.08472F5。由于樣本數量有限,制約了羊肉火腿香氣評價模型的普適性,需要進一步擴大樣本量,使羊肉火腿香氣評價模型更加準確、實用。

[1]高遠,宋朝鵬,楊義方,等.不同烘烤工藝烤煙香氣質量的主成分分析[J].江西農業學報,2009,21(12):36-39.

[2]袁志發,周靜芋. 多元統計分析[M].北京:科學出版社,2002.

[3]Guo Q,Wu W,Massart D L,et al. Feature selection in principal component analysis of analytical data[J].Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems,2002,61(1/2):123-132.

[4]Sebzalli Y M,Wang X Z. Knowledge discovery from process operational data using PCA and fuzzy clustering[J]. Engineering Applications of Artificial Intelligence,2001,14(5):607-616.

[5]張雪波,肖世青,杜先鋒,等.基于主成分分析法的安溪鐵觀音香氣質量評價模型的構建[J].食品科學,2012,33(22):225-230.

[6]丁曄,劉敦華,雷建剛,等.不同處理羊羔肉揮發性風味物質的比較及主成分分析[J].食品與機械,2013,29(3):16-33.

[7]張同剛,劉敦華,周靜.香辛料對手抓羊肉揮發性風味成分的影響[J].中國調味品,2014,39(10):45-54.

[8]葉協鋒,魏躍偉,楊宇熙,等.基于主成分分析和聚類分析的烤煙質量評價模型的構建[J].農業系統科學與綜合研究,2009,25(3):268-272.

[9]張同剛,劉敦華,周靜.手抓羊肉加工工藝優化及揮發性風味物質檢測[J].食品與機械,2014,30(2):192-215.

[10]楊小波,劉敦華,吳華玉,等.響應面法優化清蒸羊羔肉工藝配方[J].肉類研究,2011,25(9):15-20.

[11]胡小平,王長發.SAS基礎統計實例教程[M].西安:西安地圖出版社,2001.

[12]任洪濤,周斌,秦太峰,等.基于多元統計分析的云南紅茶香氣質量評價[J].現代食品科技,2013,29(12):3006-3045.

[13]陳海濤,張寧,徐曉蘭,等.SPME和SDE-GC-MS分析賈永信臘羊肉揮發性風味成分[J].食品科學,2013,34(14):187-191.

[14]郭冰. 肉類風味形成及羊肉香精的風味研究[J]. 北京工商大學學報(自然科學版),2011,29(2):70-74.

[15]Jacobson M,Koehler H H. Meat flavor,components of the

Modeling for aroma quality evaluation of mutton ham based on principal component analysis

WANG Xu,GONG Yuan,ZHANG Tong-gang,QU Yun-qing,LIU Dun-hua*

(College of Agriculture,Ning Xia University,Yinchuan 750021,China)

The volatile flavor compounds in 10 tested mutton hams were determined by HS-SPME-GC-MS,and 22 major flavor substances were analyzed and identified. The aroma quality evaluation model of mutton hams flavor was constructed by principal component analysis(PCA). The result showed that the cumulative contribution of the former 5 main factors was 82.989%,containing 15 chemical compounds such as eighteen aldehyde,1-nonyl alcohol,octyl aldehyde and some other compounds,reflected the information of the original data well. Meanwhile,the model had a good agreement with sensory evaluation,it can synthetically and accurately reflected the flavor quality of mutton hams,provided a new evaluation method of mutton hams flavor.

mutton ham;volatile flavor compounds;GC-MS;principal component analysis;modeling of evaluation

2015-03-10

王旭(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：食品質量與安全，E-mail:271086754@qq.com。

*通訊作者:劉敦華(1964-)，男，博士，教授，研究方向：食品科學及食品質量與安全，E-mail:duhualiu@126.com。

TS251.1

A

1002-0306(2015)21-0122-06

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.017