基于主成分分析法羊肉火腿香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

王 旭,龔 媛,張同剛,曲云卿,劉敦華

(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院,寧夏銀川 750021)

基于主成分分析法羊肉火腿香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

王 旭,龔 媛,張同剛,曲云卿,劉敦華*

(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院,寧夏銀川 750021)

采用頂空固相微萃取-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(HSPME-GC-MS)測定10個(gè)羊肉火腿樣本中的揮發(fā)性物質(zhì),篩選出22種主要風(fēng)味物質(zhì),利用主成分分析法構(gòu)建香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型。結(jié)果表明:第一至五主成分的累積貢獻(xiàn)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(shù)據(jù)的信息。同時(shí),該模型評(píng)價(jià)結(jié)果與感官評(píng)價(jià)結(jié)果具有很好的一致性,能綜合、準(zhǔn)確地反映羊肉火腿的香氣質(zhì)量優(yōu)劣,為羊肉火腿香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)提供了一種新方法。

羊肉火腿,揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),氣相色譜-質(zhì)譜法,主成分分析,評(píng)價(jià)模型

對(duì)于肉制品,其香氣是評(píng)價(jià)肉制品品質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo),目前主要采用感官對(duì)肉制品香氣進(jìn)行評(píng)價(jià),感官評(píng)價(jià)方法又易受評(píng)價(jià)人員、環(huán)境、組織形式等主觀因素的影響,其準(zhǔn)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(zhì)的重要指標(biāo),因此建立與完善羊肉火腿的客觀評(píng)價(jià)體系尤為重要,這對(duì)提高和完善羊肉火腿評(píng)價(jià)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(shù)把多個(gè)變量化為少數(shù)幾個(gè)主成分(即綜合變量)的統(tǒng)計(jì)方法[2-4]。主成分分析法普遍應(yīng)用于揮發(fā)性成分含量與香氣描述等數(shù)據(jù)處理中[5]。主成分分析作為一種產(chǎn)品品質(zhì)的定量描述分析方法,在牛肉、羊肉等肉制品中已有所應(yīng)用,目前在肉制品方面應(yīng)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(duì)肉制品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的影響,而對(duì)肉制品香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究鮮有報(bào)道。

本研究采用頂空固相微萃取氣相色譜-質(zhì)譜(gas chromatograph-mass spectrometry,GC-MS)聯(lián)用技術(shù)對(duì)羊肉火腿樣品進(jìn)行分析,測定其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),利用主成分分析建立羊肉火腿的香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型,以找到比感官評(píng)價(jià)方法更客觀的評(píng)價(jià)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(yǎng)殖場。

表1 感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

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

1.2 樣品制備方法

1.2.1 工藝流程:原料預(yù)處理→切塊→腌制→預(yù)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(píng)價(jià)得分

續(xù)表

注:-表示小于檢測限。

1.2.2 關(guān)鍵控制點(diǎn)

1.2.2.1 原料預(yù)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(fā)性風(fēng)味物質(zhì)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(jī)粉碎成肉糜,待用。

1.3.1.2 固相微萃取 根據(jù)文獻(xiàn)[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(jìn)樣,解析5 min。

1.3.2 羊肉火腿揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)檢測

1.3.2.1 色譜條件 DB-5MS毛細(xì)管柱(30 m×0.25 mm×0.5 μm;Agilent Technologies),進(jìn)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(zhì)譜條件 質(zhì)譜質(zhì)量掃描范圍20～450 m/z,色譜-質(zhì)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(duì)比,當(dāng)匹配度大于800的物質(zhì)予以確認(rèn)定性。

1.4.2 定量分析 面積歸一化法,根據(jù)組份峰面積/總峰面積得到各組份的相對(duì)含量,并結(jié)合質(zhì)譜、保留時(shí)間等進(jìn)一步確定。

1.5 感官評(píng)價(jià)方法

根據(jù)GB/T 2210-2008《肉與肉制品感官評(píng)價(jià)規(guī)范》,及相關(guān)文獻(xiàn)并作適度修改[10],羊肉火腿感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。請(qǐng)10位經(jīng)過一定訓(xùn)練的評(píng)價(jià)人員(相關(guān)專業(yè)的老師和學(xué)生共10名)根據(jù)表1對(duì)10個(gè)樣品進(jìn)行香氣評(píng)價(jià),將10位評(píng)價(jià)員3次打分的平均值,作為該樣品的最終得分。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SPSS19.0軟件并參考文獻(xiàn)[11-13]進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同羊肉火腿香氣成分比較

將10個(gè)樣品分別測定其揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)含量及感官評(píng)分,結(jié)果見表2。

由表2可知從10個(gè)羊肉火腿的樣本中共分離鑒定出揮發(fā)性物質(zhì)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(huán)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(gè)羊肉火腿樣本的揮發(fā)性成分含量不同,主要香氣成分的相對(duì)含量差異較大。通過感官評(píng)價(jià)可以看出不同品種、性別、年齡的原料羊腿對(duì)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(gòu)建

對(duì)表2中10個(gè)樣本的66種揮發(fā)性物質(zhì)利用,SPSS19.0構(gòu)成10×66的矩陣,進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì),按照剔除最小特征值的主成分中對(duì)應(yīng)的最大特征向量的變量的原則[8],同時(shí)根據(jù)方差、標(biāo)準(zhǔn)差及相關(guān)資料[14](烷烴類化合物閾值較高,對(duì)香氣成分貢獻(xiàn)較小,因此剔除烷烴類化合物)選擇了22個(gè)組分進(jìn)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(huán)類,其中有3種物質(zhì)已經(jīng)被確認(rèn)為對(duì)羊肉風(fēng)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(gè)組分主成分分析矩陣特征值見表3。從表3可知,前5個(gè)向量累計(jì)的貢獻(xiàn)率為82.989%,能代表原變量的絕大部分信息,因此,用前5個(gè)主成分進(jìn)行羊肉火腿香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)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(xiàn)最大為1-壬醇、葵醛,其對(duì)應(yīng)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(xiàn)最大的為2-丁酮、2-葵酮,其對(duì)應(yīng)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(xiàn)最大的為4-癸酮、二葵基硫醚,其對(duì)應(yīng)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(xiàn)最大的為異壬酸,其對(duì)應(yīng)的特征值為:0.4489,代表變量有:異壬酸。第五主成分中貢獻(xiàn)最大的為2,3,5,6-四甲基吡嗪,其對(duì)應(yīng)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(zhì)量評(píng)價(jià)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(xiàn)率βi(i=1,2,3,…,k)為加權(quán)系數(shù),利用綜合評(píng)價(jià)函數(shù)F=β1F1+β1F1+β1F1+…+βkFk[17]計(jì)算各羊肉樣本得分,對(duì)羊肉火腿樣本的香氣進(jìn)行評(píng)價(jià)。最終基于主成分分析得到羊肉火腿香氣評(píng)價(jià)模型為:F=0.34671F1+0.15425F2+0.14397F3+0.10024F4+0.08472F5。并且根據(jù)評(píng)價(jià)模型算得的評(píng)分與感官評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)模型真實(shí)、可靠。

3 結(jié)論

本研究采用固相微萃取-氣質(zhì)聯(lián)用對(duì)10個(gè)羊肉火腿樣本進(jìn)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(zhì)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(gòu)建羊肉火腿香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型,并用該模型對(duì)10個(gè)羊肉火腿樣品進(jìn)行評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)結(jié)果與感官評(píng)價(jià)結(jié)果有較好的一致性。因此,本研究基于主成分分析構(gòu)建的香氣質(zhì)量評(píng)價(jià)模型是可靠的。主成分分析法將復(fù)雜的變量簡單化,通過建立評(píng)價(jià)模型,為羊肉火腿香氣質(zhì)量的評(píng)價(jià)提供了一種新途徑?；谥鞒煞址治龇ǖ玫窖蛉饣鹜认銡庠u(píng)價(jià)模型為:F=0.34671F1+0.15425F2+0.14397F3+0.10024F4+0.08472F5。由于樣本數(shù)量有限,制約了羊肉火腿香氣評(píng)價(jià)模型的普適性,需要進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量,使羊肉火腿香氣評(píng)價(jià)模型更加準(zhǔn)確、實(shí)用。

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[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(zhì)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(xué)及食品質(zhì)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