河西肉牛脂肪酸成分比較及主成分分析

鄭婭，王曉璇，胡生海，田甲春

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所，甘肅蘭州 730070）

（2.甘肅亞盛好食邦食品集團有限公司，甘肅蘭州 730070）

牛肉營養(yǎng)豐富，肉質(zhì)鮮美、富含蛋白質(zhì)，是人們理想肉食之一[1]。隨著大眾消費水平的提高及對動物肉品消費觀念的改變，人們更加重視牛肉及其制品的食用與營養(yǎng)品質(zhì)[2]。因此，評估測定不同品種牛肉風(fēng)味及其品質(zhì)對牛肉加工業(yè)發(fā)展具有推動作用。

牛肉的風(fēng)味與其肌內(nèi)脂肪的脂肪酸組成比例直接相關(guān)，肌內(nèi)脂肪的含量受基因及環(huán)境因素的影響，在不同品種、同一品種不同部位上都有著顯著性差異[3,4]。肌肉中飽和脂肪酸（Saturated fatty acid，SFA）比例及單不飽和脂肪酸（Monounsaturated fatty acid，MUFA）比例越高，油酸與亞油酸含量的比值越高則表明牛肉的風(fēng)味越好，同時含有一定比例多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acids，PUFA）的牛肉營養(yǎng)價值更高[5]。

甘肅屬于我國西北肉牛優(yōu)勢區(qū)，以河西肉牛為代表的草食養(yǎng)殖業(yè)成為該地域的支柱產(chǎn)業(yè)之一。西門塔爾牛因其生長迅速、可進行短期育肥被廣泛引入，近幾年中國的優(yōu)質(zhì)牛肉需求量不斷增加，安格斯肉牛具有極其良好的肉用性能，早熟且出肉多，胴體的品質(zhì)優(yōu)良，有較強的適應(yīng)能力[6]，有可能成為極具商品價值的典型肉用牛[7]。國內(nèi)外對西門塔爾牛、牦牛和黃牛等品種的牛肉開展關(guān)于脂肪酸方面的研究較多，針對安格斯牛肉綜合評價的研究鮮見報道。本實驗牛肉為“張掖肉?！钡乩順?biāo)志樣品，依賴于張掖地理環(huán)境，通過比較西門塔爾牛及安格斯牛肉中的脂肪酸含量，并與（Food & Agriculture Organization，F(xiàn)AO）／（World Health Organization，WHO）的推薦量進行比較，采用主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA）對牛肉中的脂肪酸組成進行比較，分析脂肪酸的特征量，建立科學(xué)的牛肉中脂肪酸評價方法，以期為這兩個品種牛肉的優(yōu)質(zhì)優(yōu)價及深加工提供理論依據(jù)和參考，帶動河西走廊肉牛產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗肉樣采自甘肅張掖祁連牧歌有限公司，隨機選取相同育肥方式下18月齡健康無病的西門塔爾和安格斯公牛各9頭，按照《牛屠宰操作規(guī)程》進行屠宰后，立即取第十二至第十三肋骨間的背最長肌，切割成15 g左右肉塊，用錫箔紙包裹并標(biāo)記后置于液氮中保存?zhèn)溆?，室溫下解凍錫箔紙包裹的背最長肌樣品，取肌肉中心僅帶有大理石紋脂肪的樣品，攪拌機打碎后用電子天平稱取30 g背最長肌樣品，待提取脂肪。

1.2 試驗儀器

儀器：7890B型氣相色譜儀，美國安捷倫公司；B-260旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；FA2004B電子天平，中國上海越平科學(xué)儀器有限公司；HWS12型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科學(xué)儀器有限公司；H1850R型臺式高速冷凍離心機，中國長沙湘儀離心機儀器有限公司。

試劑：鹽酸、無水硫酸鈉、無水乙醚、石油醚、氫氧化鈉、氯化鈉、三氟化硼甲醇、甲醇（分析純），國藥集團化學(xué)試劑有限公司；正庚烷、甲醇（色譜純），上海星可生化有限公司；混合脂肪酸甲酯（標(biāo)準品），美國Sigma公司。

1.3 試驗方法

牛肉中粗脂肪含量參照GB 5009.6-2016《食品中脂肪的測定》中酸水解法進行測定[8]；脂肪酸參照GB 5009.168-2016《食品中脂肪酸的測定》中內(nèi)標(biāo)法進行測定，以色譜峰峰面積定量[9]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016進行平均值和標(biāo)準偏差分析，用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件進行獨立樣本T檢驗、相關(guān)性分析及主成分分析，所有實驗樣本重復(fù)測定3次，結(jié)果均以“平均值±標(biāo)準差”表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 2種牛背最長肌中脂肪沉積比較

表1 西門塔爾牛和安格斯牛背最長肌基本指標(biāo)Table 1 General composition of the longissimus dorsi muscle in Chinese Simmental and Angus cattle

脂肪不僅是一種機體重要能源物質(zhì)，還能提供必需脂肪酸[10]。安格斯牛和西門塔爾牛背最長肌生理指標(biāo)測定結(jié)果如表1所示，2種牛背最長肌中水分含量和pH值差異不顯著（p＞0.05），而安格斯牛的粗脂肪含量顯著高于西門塔爾牛（p＜0.01），這與圖1中的表象結(jié)果相一致。有學(xué)者研究結(jié)果表明，西門塔爾牛肌內(nèi)脂肪含量低于安格斯牛，這是因為相比于安格斯牛，原產(chǎn)于瑞士的西門塔爾牛作為奶牛和肉牛的主要品種，其生長速度和廋肉含量明顯較高，導(dǎo)致其肌內(nèi)脂肪含量較低[11]。郭淑珍等[12]在甘南牦牛與其他良種牛屠宰性能及牛肉食用品質(zhì)對比分析中研究發(fā)現(xiàn)甘南牦牛肉的大理石紋評分為3，低于安格斯牛肉，進一步證明因安格斯牛肉是世界高檔牛肉的優(yōu)質(zhì)備選牛；楊玉瑩等[13]在不同品種牛肉品質(zhì)特性概述中表明：牦牛肉的脂肪含量顯著低于其他品種的牛肉，成年牦牛肉平均脂肪含量約為2.70%，然而其他品種牛肉平均脂肪含量約為3.46%；徐磊等[14]在安格斯牛與大別山牛雜交牛肉質(zhì)特性和營養(yǎng)特性的研究發(fā)現(xiàn)：大別山牛和安大雜交牛的脂肪和含量分別為11.20%和21.30%，兩種牛肉的脂肪含量存在顯著差異，這些研究與本實驗研究結(jié)果相一致，都說明不同品種或同一品種不同性別牛肉間脂肪含量存在差異性。

圖1 安格斯和西門塔爾牛背最長肌中的脂肪含量Fig.1 Fat content in the longissimus dorsi of Angus and Chinese Simmental cattle

2.2 脂肪酸含量分析

利用氣相色譜法對2種牛肉背最長肌脂肪酸相對含量進行測定，結(jié)果見表2。實驗結(jié)果表明，西門塔爾牛鑒定出15種脂肪酸，包括5種飽和脂肪酸和10種不飽和脂肪酸，安格斯牛共鑒定出17種脂肪酸，包括5種飽和脂肪酸和12種不飽和脂肪酸，肌內(nèi)脂肪顯著影響肉質(zhì)風(fēng)味和營養(yǎng)價值豐富度[15,16]，其中飽和脂肪酸氧化產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)是肉品重要的香味、風(fēng)味的來源，不飽和脂肪酸能夠很好地改善牛肉風(fēng)味[17]；在西門塔爾和安格斯牛中SFA的平均值分別占總脂含量的42.89%和35.69%，兩者差異顯著（p＜0.05），其中棕櫚酸含量最高，分別為21.81%和23.54%，SFA中除硬脂酸兩者差異顯著（p＜0.05）外，其余4種飽和脂肪酸在0.05水平無顯著性差異（p＞0.05）；安格斯牛肉的UFA含量比西門塔爾牛高7.10%（p＜0.01），其中MUFA含量顯著高于西門塔爾牛（p＜0.05），而PUFA含量顯著低于西門塔爾牛（p＜0.05），2種牛肉中油酸含量最高，分別占總脂肪酸含量的45.28%和49.67%，肉豆蔻腦酸、二十碳一烯酸、花生四烯酸及DHA 4種不飽和脂肪酸含量安格斯牛顯著高于西門塔爾牛（p＜0.05），同時順-5,8,11,14,17-二十碳五烯酸（EPA）與神經(jīng)酸在西門塔爾牛中未檢出；劉亞娜等[18]研究牦牛肉與西門塔爾牛肉不飽和脂肪酸含量結(jié)果表明：兩者MUFA中油酸的含量最高，均達到了30%以上；甘南牦牛肉中具有功能性作用的PUFA成分，如γ-亞麻酸、α-亞麻酸、EPA、DHA含量均極顯著高于中國西門塔爾牛肉（p＜0.01），說明西門塔爾牛肉在不飽和脂肪酸含量上相對較低，同時張明等[19]研究發(fā)現(xiàn)再安西雜交一代牛肉中與人體相關(guān)的部分功能性脂肪酸如γ-亞麻酸、二十碳三烯酸、二十碳三烯酸、花生四烯酸和EPA均顯著高于西雜牛；現(xiàn)有研究顯示不飽和脂肪酸可以從營養(yǎng)代謝調(diào)控、免疫調(diào)控、基因表達調(diào)控以及疾病防治等方面發(fā)揮其對機體的保護作用，而其中的亞油酸、亞麻酸和花生四烯酸是機體不可缺少的必需脂肪酸，ω-3脂肪酸能降低血脂，使血管更暢通。同時，必需脂肪酸在脂肪酸中所占比例越高，說明該肌肉營養(yǎng)價值越高[20]；油酸能較好地改善牛肉的風(fēng)味，肌肉中油酸與亞油酸含量的比值越高則表明牛肉的風(fēng)味越好[21]，本研究表明安格斯與西門塔爾牛肌肉中油酸與亞油酸含量的比值分別為18.49和8.19，同時吳健等[22]研究結(jié)果顯示延黃牛肉中各種脂肪酸含量均顯著高于西門塔爾牛，尤其是不飽和脂肪酸含量極顯著高于西門塔爾牛，延黃牛、西門塔爾牛肌肉中油酸與亞油酸的比值分別為13.78和4.92，差異極顯著，進一步證明了不飽和脂肪酸含量的高低可以作為評判生產(chǎn)高檔牛肉的可能性，從脂肪酸組成上來看，安格斯牛要優(yōu)于西門塔爾牛；然而在肉的品質(zhì)評判中，安格斯牛肉和西門塔爾牛肉的P:S分別為0.18和0.16，均低于理想值（P:S≥0.4）[23]，與上述劉亞娜[18]及張明[19]的研究結(jié)果相一致，這可能是因為畜肉產(chǎn)品的共性所致，因此還需要在畜肉產(chǎn)品生產(chǎn)過程中不斷探索提高。

表2 西門塔爾牛與安格斯牛背最長肌脂肪酸分析結(jié)果Table 2 Fatty acid content of the longissimus dorsi muscle in Chinese Simmental and Angus meat

2.3 主成分分析

主成分分析（PCA）為多元統(tǒng)計中的一種數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，其優(yōu)點在于可消除評價指標(biāo)間的相關(guān)影響，能保證評價的客觀性[24]。本研究中，對18頭牛肉中14種脂肪酸成分利用主成分分析法進行了有效分析，通過相關(guān)性分析結(jié)果可以看出各脂肪酸之間存在著較強的相關(guān)性，脂肪酸間存在著極顯著的正相關(guān)性是由動物體通過食物或其他途徑來源等比例增加或補充脂肪酸造成，反之脂肪酸間呈極顯著負相關(guān)表明脂肪酸間在體內(nèi)的一種相互轉(zhuǎn)化關(guān)系[25]。利用SPSS 19.0軟件對2種牛背最長肌中的17種脂肪酸含量進行了相關(guān)分析，結(jié)果如表3所示。通過相關(guān)分析可以看出，各種脂肪酸存在著較強的相關(guān)性，其中C14:0與C18:0、C14:0與C17:0、C16:1與C17:0等存在著較強的負相關(guān)性，C14:0與C16:1、C18:0與C17:0、C14:1與C20:1等存在較強的正相關(guān)性，這說明不同成分間存在信息重疊的情況，通過相關(guān)性分析剔除與其他變量不相關(guān)及高度相關(guān)的變量從而建立新變量，使得新變量相關(guān)性降低，進而減少信息重疊，再進行綜合評價。

主成分提取原則一般選取主成分累計貢獻率≥85%的前m個主成分。KMO值越接近于1，變量越適合作因子分析，小于0.5表示極不適合[26]。由表4可知，KMO值為0.63，且Bartlett球形度檢驗，p值＜0.001，說明本次數(shù)據(jù)較為適合進行因子分析。

表3 相關(guān)性分析結(jié)果Table 3 Correlation analysis result項目十四碳酸十五碳酸十六碳酸十七碳酸十八碳酸肉豆蔻腦酸棕櫚烯酸十七碳一烯酸亞油酸油酸二十碳一烯酸二十碳二烯酸二十碳三烯酸花生四烯酸DHA十四碳酸1十五碳酸0.68**1十六碳酸0.14 0.24 1十七碳酸-0.73**-0.44 0.09 1十八碳酸-0.82**-0.43 0.02 0.90**1肉豆蔻腦酸0.80**0.52*-0.07-0.92**-0.95**1棕櫚烯酸0.89**0.69**0.33-0.81**-0.84**0.86**1十七碳一烯酸0.84**0.74**-0.14-0.64**-0.64**0.74**0.75**1亞油酸-0.61**-0.30-0.32 0.64**0.80**-0.72**-0.65**-0.28 1油酸0.27 0.22-0.13-0.56*-0.58*0.57*0.30 0.11-0.66**1二十碳一烯酸0.61**0.37-0.34-0.91**-0.89**0.93**0.67**0.61**-0.59*0.65**1二十碳二烯酸-0.50*-0.18-0.26 0.56*0.71**-0.60**-0.57*-0.12 0.84**-0.54*-0.47 1二十碳三烯酸0.14 0.25-0.31-0.20-0.17 0.31 0.18 0.43 0.17 0.00 0.39 0.36 1花生四烯酸0.83**0.57*-0.04-0.93**-0.95**0.99**0.88**0.76**-0.74**0.57*0.91**-0.61**0.27 1 DHA 0.67**0.38-0.24-0.89**-0.91**0.94**0.73**0.63**-0.69**0.60**0.95**-0.55*0.30 0.93**1注：**表示在0.01水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)；*表示在0.05水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)。

表4 KMO和Bartlett的檢驗Table 4 The test of KOM and Bartlett

2.4 脂肪酸相關(guān)性分析

對西門塔爾和安格斯兩個品種的牛肉，以18頭牛肉樣品為樣本單元，14個脂肪酸成分含量為變量進行主成分分析，結(jié)果見表5。結(jié)果顯示：累積方差解釋率值為86.82%，說明提取出來的3個因子可以解釋14項中86.82%的信息量，而且3個因子的方差解釋率（信息提取量）分別為：40.93%，31.08%和14.81%。信息提取量分布較為均勻，綜合說明本次因子分析結(jié)果良好。

通過表6因子旋轉(zhuǎn)成分矩陣可知：第1主成分特征向量正相關(guān)性較大的是DHA、二十碳一烯酸、油酸，均為不飽和脂肪酸，負相關(guān)性較大的是亞油酸，我們將這一主成分命名為不飽和脂肪酸因子F1。第2主成分的特征向量最大的為棕櫚烯酸和十七碳一烯酸，將其命名為單不飽和脂肪酸因子F2。第3主成分特征向量最大的為十六碳酸，呈負相關(guān)性，正相關(guān)性較大的為十四碳酸和十五碳酸，主要反映飽和脂肪酸的變異信息，故將其命名為飽和脂肪酸因子F3。綜合以上分析，通過因子旋轉(zhuǎn)成分矩陣可知72.01%以上的貢獻率來自前兩個主成分，本實驗選擇DHA、二十碳一烯酸、油酸、二十二碳二烯酸、亞油酸、棕櫚烯酸和十七碳一烯酸7個核心脂肪酸為牛肉中的特征脂肪酸。

表5 脂肪酸含量主成分分析結(jié)果Table 5 Results of principal component analysis of fatty acid content

表6 旋轉(zhuǎn)成分矩陣Table 6 Rotation component matrix

2.5 基于主成分分析建立牛肉品質(zhì)評價模型

根據(jù)表5主成分的特征值和方差貢獻率及表7中的成分矩陣可以出計算出特征向量，計算公式為：

根據(jù)計算出的特征向量作為各因子的系數(shù)，構(gòu)建各主成分的函數(shù)表達式如下：

式中X1、X2、…、X14對應(yīng)的數(shù)據(jù)為14種脂肪酸經(jīng)Z-Score標(biāo)準化后的數(shù)值。將第一、第二和第三主成分的方差貢獻率（見表5）作為權(quán)重系數(shù)建立牛肉脂肪酸成分的綜合評價模型F=0.590×F1+0.154×F2+0.124×F3，該模型可以計算出2種牛肉背最長肌綜合評價指標(biāo)分值，綜合得分往往是主成分分析的精華所在，可據(jù)此對各個樣品的綜合品質(zhì)進行排序[28]。通過表8可以看出安格斯牛背最長肌肉中脂肪酸品質(zhì)綜合得分要高于西門塔爾牛，說明2種牛肉中脂肪酸綜合質(zhì)量存在差異，然而如果需要篩選出綜合品質(zhì)好的牛肉，不能單以脂肪酸的含量和比例為評價指標(biāo)，這需要對其他營養(yǎng)素進行綜合分析，從而更加全面地篩選出優(yōu)質(zhì)的牛肉。

表7 主成分矩陣及其特征向量Table 7 Eigenvector and principal component matrix

表8 2種牛背最長肌肉脂肪酸的主成分因子得分Table 8 Principal component factor scores of fatty acids in longissimus dorsi muscle of two cattle breeds

3 結(jié)論

本研究測定了河西兩個品種西門塔爾和安格斯牛肉中的脂肪酸含量，結(jié)果顯示西門塔爾牛鑒定出15種脂肪酸，安格斯牛鑒定出17種脂肪酸。兩種牛肉飽和脂肪酸中棕櫚酸含量最高，分別為21.81%和23.54%，不飽和脂肪酸中油酸含量最高，分別占總脂肪酸含量的45.28%和49.67%。安格斯牛肉的不飽和脂肪酸含量比西門塔爾牛高7.10%，同時肉豆蔻腦酸、二十碳一烯酸、花生四烯酸及DHA 4種不飽和脂肪酸含量顯著高于西門塔爾牛，順-5,8,11,14,17-二十碳五烯酸(EPA)與神經(jīng)酸在西門塔爾牛中未檢出，從脂肪酸組成上來看，安格斯牛肉要優(yōu)于西門塔爾牛肉。根據(jù)肉的品質(zhì)評判發(fā)現(xiàn)兩品種牛肉的P:S分別為0.18和0.16，兩者均低于理想值（P:S≥0.4）。主成分分析結(jié)果表明，前3個主成分可以解釋86.82%的信息量。通過因子旋轉(zhuǎn)成分矩陣可知72.01%以上的貢獻率來自前2個主成分，基于主成分分析法提取DHA、二十碳一烯酸、油酸、二十二碳二烯酸、亞油酸、棕櫚烯酸和十七碳一烯酸7個核心脂肪酸為河西肉牛的特征脂肪酸，建立綜合數(shù)學(xué)模型F=0.590×F1+0.154×F2+0.124×F3，綜合得分結(jié)果表明安格斯牛背最長肌肉中脂肪酸品質(zhì)得分要高于西門塔爾牛，說明2種牛肉中脂肪酸綜合質(zhì)量存在差異，后續(xù)將進一步研究與牛肉品質(zhì)相關(guān)的其他指標(biāo)，同時與其生理變化相聯(lián)系，建立更加全面準確的評價體系。