基于質(zhì)地特性的羊肉產(chǎn)地鑒別

田曉靜,劉元林,龍 鳴,陳士恩,高丹丹,李明生,2,*,馬忠仁,2

(1.西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院,甘肅蘭州 730124;2.甘肅省動物細(xì)胞工程技術(shù)研究中心,甘肅蘭州 730030)

羊肉脂肪含量低、蛋白質(zhì)豐富、且含有較高的鈣、鉀和維生素B1,更重要的是膽固醇含量低[1],其作為一種營養(yǎng)價(jià)值高且具有食療價(jià)值的肉品,深受廣大消費(fèi)者的青睞。目前,我國已成為羊肉生產(chǎn)和消費(fèi)大國,且于2016年我國羊肉產(chǎn)量已達(dá)到459.36萬噸,約占世界羊肉產(chǎn)量的1/3,同時(shí)羊肉的消費(fèi)量年均增長10%[2]。但是,近幾年羊肉布病、羊癢病等疾病使羊肉的安全品質(zhì)受到影響,而更嚴(yán)重的問題是以疫區(qū)畜肉冒充優(yōu)質(zhì)產(chǎn)地羊肉,并在市場上出售,極大地影響了消費(fèi)者的身體健康?；谘蛉猱a(chǎn)地品質(zhì)差異,跟蹤疫區(qū)產(chǎn)品具有可行性,研究一種準(zhǔn)確的羊肉產(chǎn)地溯源方法對保障消費(fèi)者身體健康具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前,肉制品產(chǎn)地溯源研究中,在化學(xué)計(jì)量學(xué)的輔助下,多種礦物元素分析[3]、同位素分析[4]在產(chǎn)地溯源中發(fā)揮了重要作用,利用近紅外光譜技術(shù)也已成功實(shí)現(xiàn)雞肉[5]、牛肉[6]、羊肉[7]等肉的產(chǎn)地溯源,在肉新鮮度監(jiān)測[9]和種類和部位鑒別[10]中被成功應(yīng)用。但是結(jié)合感官知覺與力學(xué)性質(zhì)、幾何特性的肉品質(zhì)地特性評價(jià)[8]在肉的產(chǎn)地溯源研究中較少報(bào)道。目前,在以質(zhì)地特性進(jìn)行肉質(zhì)分析研究中,化學(xué)計(jì)量學(xué)方法綜合多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析具有重大意義,避免了單一指標(biāo)評價(jià)的片面性,如張力等[11]利用主成分分析對不同類型豬種的特性進(jìn)行評價(jià),朱吉等[12]采用系統(tǒng)聚類分析研究遺傳多樣性,另有利用主成分分析[13]和聚類分析[14]評價(jià)肉質(zhì)的報(bào)道。

本研究對4個產(chǎn)地的甘肅特色羊肉(山丹、東鄉(xiāng)、蘭州和靖遠(yuǎn))進(jìn)行嫩度、持水性、質(zhì)構(gòu)分析檢測,采用方差分析分析不同產(chǎn)地羊肉肉質(zhì)差異,采用質(zhì)地特征參數(shù)結(jié)合模式識別方法，建立羊肉產(chǎn)地溯源模型,對不同產(chǎn)地羊肉肉質(zhì)進(jìn)行綜合分析,以期揭示產(chǎn)地對肉質(zhì)的影響,為肉品產(chǎn)地溯源提供一種新的思路。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

新鮮羊后腿肉 剔除筋腱、脂肪和骨頭后,將樣品制成20 mm×20 mm×15 mm立方塊后,置于自封袋內(nèi)，于4 ℃冷藏待用,肉品分別來自甘肅山丹、東鄉(xiāng)、蘭州和靖遠(yuǎn)。

TMS-Pro型質(zhì)構(gòu)儀 美國FTC公司;TG16-W臺式高速離心機(jī) 長沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司;C-LM3B數(shù)顯示肌肉嫩度儀 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院;DHG-9241A型電熱恒溫干燥箱 上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 嫩度的測定 作為衡量羊肉及其制品柔軟程度以及是否多汁而易被嚼爛的特性,依據(jù)NY/T1180-2006肉嫩度的測定中剪切力測定法[15],采用肌肉嫩度儀對4產(chǎn)地羊肉樣品的嫩度進(jìn)行測定,其結(jié)果以切割肌纖維阻力的大小來判斷。每個羊肉樣品每組做3個平行,取其平均值進(jìn)行分析。

1.2.2 持水性的測定 采用加熱離心法[16]檢測樣品的持水性,每個羊肉樣品每組做3個平行,取其平均值進(jìn)行分析。

1.2.3 質(zhì)構(gòu)分析 采用質(zhì)構(gòu)儀進(jìn)行TPA分析獲取不同產(chǎn)地羊肉的質(zhì)地特征參數(shù):硬度、黏著性、凝聚性、彈性、膠性和咀嚼性。檢測條件為直徑為12 mm的圓柱形探頭、探頭上升高度為25 mm、上行和下行速度為60 mm/min、形變量為40%、兩次壓縮時(shí)間間隔5 s。每類樣品重復(fù)檢測10次[17]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用LSD多重比較分析羊肉質(zhì)地、嫩度和持水性在地域間的差異;以質(zhì)地特性參數(shù)(硬度、彈性、內(nèi)聚性和彈性等)作為輸入變量,采用統(tǒng)計(jì)分析軟件 SAS v8進(jìn)行主成分分析(Principle component analysis,PCA)和典則判別分析(canonical discriminant analysis,CDA)以對不同產(chǎn)地羊肉的區(qū)分度判定分析效果;利用線性判別分析(linear discriminant analysis,LDA)評價(jià)質(zhì)地特征參數(shù)對羊肉產(chǎn)地鑒別的有效性,并通過交叉驗(yàn)證法對判別模型的可行性進(jìn)行驗(yàn)證;數(shù)據(jù)分析采用SAS V8軟件進(jìn)行,采用origin 7.0進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 質(zhì)地特征曲線

以蘭州羊肉為例,圖1給出了4 ℃冷藏蘭州羊肉樣品的質(zhì)地特性曲線,其結(jié)果由界面輸出,同時(shí)獲得質(zhì)地特性參數(shù)[18],本研究選取硬度、彈性、內(nèi)聚性和咀嚼性進(jìn)行分析。

圖1 蘭州羊肉樣品的質(zhì)地特征曲線Fig.1 Typical TPA curve for mutton sample produced in Lanzhou

2.2 不同地域羊肉品質(zhì)差異

甘肅山丹、東鄉(xiāng)、蘭州和靖遠(yuǎn)產(chǎn)羊肉的質(zhì)地、持水性等參數(shù)見表1。對不同產(chǎn)地羊肉的嫩度、持水性和質(zhì)地參數(shù)進(jìn)行多重比較分析,以比較不同產(chǎn)地羊肉實(shí)用品質(zhì)之間的異同。結(jié)果發(fā)現(xiàn),對于嫩度,靖遠(yuǎn)產(chǎn)羊肉顯著優(yōu)于另3個產(chǎn)地羊肉(p<0.05),蘭州羊肉嫩度最差;對于持水性,蘭州羊肉最好,東鄉(xiāng)羊肉與靖遠(yuǎn)羊肉相當(dāng),3個產(chǎn)地羊肉的持水性均顯著高于山丹羊肉(p<0.05));對于硬度,蘭州羊肉略高于靖遠(yuǎn)羊肉,顯著高于山丹羊肉和東鄉(xiāng)羊肉(p<0.05);對于內(nèi)聚性,山丹羊肉略高于東鄉(xiāng)羊肉,但差異不顯著(p<0.05),東鄉(xiāng)羊肉與靖遠(yuǎn)羊肉相當(dāng),均顯著高于蘭州羊肉(p<0.05);對于咀嚼性,靖遠(yuǎn)羊肉顯著高于山丹、東鄉(xiāng)和蘭州這3個羊肉樣品(p<0.05),而這3個樣品之間差異不顯著(p>0.05);對于彈性,東鄉(xiāng)羊肉和靖遠(yuǎn)羊肉之間差異不顯著(p>0.05),但顯著高于山丹羊肉和蘭州羊肉樣品(p<0.05)。由此可見,不同地域羊肉具有其獨(dú)特的質(zhì)地特性,靖遠(yuǎn)羊肉的嫩度和彈性最高;蘭州羊肉的彈性、嫩度、內(nèi)聚性最低,其持水性和硬度最高;羊肉的質(zhì)地特征來看尤以靖遠(yuǎn)羊肉品質(zhì)為佳。

表1 不同地區(qū)羊肉品質(zhì)差異區(qū)分Table 1 Comparison on mutton quality of different geographic origin

2.3 不同產(chǎn)地羊肉的定性識別

以硬度、彈性、咀嚼性和內(nèi)聚性4個質(zhì)地特性參數(shù)作為因變量,采用SAS軟件進(jìn)行主成分分析和典則判別分析,以定性區(qū)分不同產(chǎn)地羊肉樣品,結(jié)果見圖2和圖3。圖2給出了主成分分析結(jié)果三維圖,其中前3個主成分的總貢獻(xiàn)率達(dá)到98.11%,能較好的解釋了原始變量的信息。圖2中,4個不同地域羊肉樣品基本能區(qū)分開,但數(shù)據(jù)點(diǎn)較分散,這可能是由取樣羊個體之間的差異造成的。圖3給出了典則判別分析的結(jié)果,前兩個主成分的總貢獻(xiàn)率達(dá)到97.63%,解釋了原始變量的大部分信息。產(chǎn)地為蘭州、東鄉(xiāng)和靖遠(yuǎn)的羊肉能彼此相互區(qū)分,山丹羊肉與東鄉(xiāng)和靖遠(yuǎn)羊肉存在部分重疊,靖遠(yuǎn)羊肉有一個數(shù)據(jù)點(diǎn)偏離該類,這可能是由于后腿不同部位帶來的影響。在主成分分析和典則判別分析的幫助下,依據(jù)質(zhì)地特征信息基本能實(shí)現(xiàn)4種產(chǎn)地的羊肉的區(qū)分。

圖2 主成分分析結(jié)果圖Fig.2 PCA results for mutton of different geographic origin

圖3 典則判別分析結(jié)果圖Fig.3 CDA results for mutton of different geographic origin

2.4 基于羊肉質(zhì)地特征參數(shù)的地域判別分析

為了明確質(zhì)地特性對羊肉產(chǎn)地的判別結(jié)果,利用質(zhì)地參數(shù)中硬度、彈性、咀嚼性和內(nèi)聚性4種質(zhì)構(gòu)特征參數(shù)進(jìn)行線性判別分析,并建立如下判別模型:

對單個地域的判別模型:

Y蘭州=-19.3+1.09HA+41.21CO-0.42CH+2.06SP

式(1)

Y東鄉(xiāng)=-24.4+0.97HA+48.27CO-0.42CH+3.49SP

式(2)

Y靖遠(yuǎn)=-19.13+0.76HA+42.64CO-0.25CH+2.47SP

式(3)

Y山丹=-24.88+0.86HA+53.96CO-0.38CH+2.41SP

式(4)

式中Y表示地域分類,HA、CO、SP、CH分別表示硬度、內(nèi)聚性、彈性和咀嚼性。

為利用上述判別模型對樣品進(jìn)行交叉驗(yàn)證,其中產(chǎn)地為蘭州的羊肉樣品正確判別率達(dá)到86.67%,山丹羊肉的正確判別率為80.00%,而產(chǎn)地為東鄉(xiāng)的羊肉樣品正確識別率最低,僅為53.33%?？梢妼μm州和山丹兩地的羊肉判別效果較好,基本能夠正確識別;而東鄉(xiāng)和靖遠(yuǎn)兩地的正確識別率略低。整體正確判別率為70.00%,此結(jié)果表明利用質(zhì)地參數(shù)鑒別羊肉的產(chǎn)地產(chǎn)來具有一定的可行性。

表2 不同產(chǎn)地來源羊肉的判別結(jié)果(n=15)Table 2 Discrimination results for mutton of different geographic origin Comparison on pork quality of four varieties pigs

3 討論

受到產(chǎn)地條件,如養(yǎng)殖區(qū)域飼草、土壤組成及氣候、降水等條件的影響,羊肉食用品質(zhì)在不同地域間形成其各自的質(zhì)地特征,導(dǎo)致肉的品質(zhì)間存在差異。本文利用持水性及質(zhì)地特性對不同產(chǎn)地的羊肉進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)不同來源羊肉的持水性及質(zhì)地特性具有明顯的地域特征,其中靖遠(yuǎn)羊肉的嫩度和彈性最高;蘭州羊肉的彈性、嫩度、內(nèi)聚性最低,持水性和硬度最高;山丹和東鄉(xiāng)羊肉介于兩者之間。利用持水性及質(zhì)地特性實(shí)現(xiàn)羊肉產(chǎn)地來源具有可行性。

多參數(shù)綜合分析時(shí),多元統(tǒng)計(jì)分析方法可以實(shí)現(xiàn)特征參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系及其規(guī)律、多維數(shù)據(jù)降維、不同參數(shù)權(quán)重比較。本研究以質(zhì)地參數(shù)為指標(biāo),主成分分析和典則判別分析均可定性識別不同產(chǎn)地羊肉;其中硬度、咀嚼性和內(nèi)聚性是用于羊肉產(chǎn)地溯源的有效指標(biāo),線性判別分析建立的羊肉地域判別模型對4個產(chǎn)地羊肉的正確識別率達(dá)到70.00%,對單個地域樣品的正確識別率在53.33%～86.67%之間,不同產(chǎn)地羊肉數(shù)據(jù)點(diǎn)聚集于不同位置,其中有部分重疊。本研究正確識別率略與基于礦物元素(80.8%～88.9%)[19]及近紅外光譜技術(shù)(76.7%)[7]進(jìn)行的產(chǎn)地溯源識別結(jié)果想接近;而略低于其他的報(bào)道(80%～100%)[20-22]。這可能跟樣品數(shù)量少,且質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)波動較大有一定關(guān)系,在今后的研究中,將進(jìn)一步擴(kuò)大樣品數(shù)量,提高模型的穩(wěn)定性;另外,也跟樣品產(chǎn)地接近有一定關(guān)系。其他研究中的羊肉樣品多來源于不同省份,本研究中羊肉樣品來自甘肅省不同地區(qū)。

4 結(jié)論

本研究對比分析了甘肅4種不同產(chǎn)地羊肉的嫩度、持水性和質(zhì)地特性,并采用方差分析、主成分分析、判別分析等多元統(tǒng)計(jì)分析方法對羊肉產(chǎn)地進(jìn)行溯源研究。結(jié)果表明:不同來源羊肉的持水性及質(zhì)地特性具有明顯的地域特征,其中靖遠(yuǎn)羊肉的嫩度和彈性最高;蘭州羊肉的彈性、嫩度、內(nèi)聚性最低,持水性和硬度最高;山丹和東鄉(xiāng)羊肉介于兩者之間;以質(zhì)地參數(shù)為指標(biāo),主成分分析和典則判別分析均可定性識別不同產(chǎn)地羊肉;線性判別分析建立的羊肉地域判別模型對4個產(chǎn)地羊肉的正確識別率達(dá)到70.00%,對單個地域樣品的正確識別率在53.33%～86.67%之間,不同產(chǎn)地羊肉數(shù)據(jù)點(diǎn)聚集于不同位置,其中有部分重疊。

不同產(chǎn)地羊肉的嫩度、持水性和質(zhì)地特性,結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析方法,可以實(shí)現(xiàn)羊肉產(chǎn)地溯源,為今后快速、客觀的肉品溯源提供新的方法,后期應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大參數(shù)和樣本范圍,建立對不肉種產(chǎn)地判別和預(yù)測的模型。