偏最小二乘回歸分析市售牛肉丸感官特性與揮發(fā)性風味化合物的關系

吳丹璇，高子武，吳鵬,2，許志誠,2，高蘇敏，孟祥忍,2*，王恒鵬,2*

（1.揚州大學旅游烹飪學院，江蘇揚州 225127）

（2.中餐非遺技藝傳承文化和旅游部重點實驗室,江蘇揚州 225127）

牛肉丸是用牛肉糜和輔料加工而成的肉制品[1]，廣受消費者歡迎。雖然牛肉丸已有相關規(guī)格標準和制作工藝規(guī)范，如T/CZSPTXH 108-2019《潮州菜潮州牛肉丸制作工藝規(guī)范》[2]，但其質量評價體系仍不明確，經常導致市售牛肉丸在品質穩(wěn)定性上存在較大差異。因此，進一步建立市售牛肉丸的質量評價體系至關重要。

定量描述分析法（QDA）由于結果詳細、一致和可靠，較適用于感官分析，許多學者使用該法來描述肉制品的感官特征[3,4]。如 Braghieri等[3]采用QDA法結果表明香腸添加中防腐劑對其感官特性沒有顯著影響。氣相色譜-質譜（GC-MS）聯(lián)用技術便捷高效，多用于食品中揮發(fā)性化合物的定性定量分析[5]。王綪等[5]利用GC-MS技術對鴨肉摻假羊肉樣品的揮發(fā)性化合物進行分析，其中3-甲基丁醛、3-環(huán)庚烯-1-酮等能有效區(qū)分不同樣品；Deng等[6]采用 GC-MS法研究培根的揮發(fā)性風味化合物，得出選用黑豬制作的培根比白豬制作的培根在貯藏過程中對風味的影響更顯著。偏最小二乘回歸分析（PLSR）可有效對自變量多、樣本量少而相關性高的數據進行分析、建模，在食品領域應用廣泛[7]。Kortesniemi等[8]采用PLSR法研究芬蘭蜂蜜的感官特性，并將其與氣味活性化合物相關聯(lián)。Lieb等[9]研究四個不同品種哥斯達黎加木瓜果泥的揮發(fā)性成分和感官特征，利用多元統(tǒng)計方法建立回歸模型，篩選出適合原漿生產的番木瓜品種。

雖然不同揮發(fā)性成分對食品感官特性影響的研究較多[10,11]，但關于牛肉丸的感官評價和揮發(fā)性風味物質的研究鮮有報道。通過PLSR分析市售牛肉丸感官特性與揮發(fā)性風味化合物的關系，可為生產適合我國消費者的牛肉丸產品，提供進一步的理論參考。因此，本試驗以10種市售牛肉丸為研究對象，采用QDA法建立牛肉丸的感官特性和GC-MS分析牛肉丸的揮發(fā)性風味物質組成，并通過PLSR法進一步闡明牛肉丸感官特性與揮發(fā)性成分之間的關系，并初步構建牛肉丸質量評價體系，從而為牛肉丸產品的質量評價和品質控制提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

10種不同品牌市售牛肉丸，將樣品依次編號為：潮牛阿彬牛肉丸（S1）；潮跡牛肉丸（S2）；老德頭牛肉丸（S3）；喜得佳牛肉丸（S4）；潮庭牛肉丸（S5）；安井牛肉丸（S6）；汕頭八合里海記牛肉丸（S7）；芮美達牛肉丸（S8）；潮興記牛肉丸（S9）；丸子妹牛肉丸（S10）。樣品置于-20 ℃儲存。

1.2 主要試劑

蔗糖、味精和食鹽為食品級，購于揚州麥德龍超市；氯化鈉，分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1.3 儀器與設備

Trace ISQ II氣質聯(lián)用儀，美國熱電公司；DRSJZML-550電熱升降煮面爐，濟南金佰特商用廚具有限公司；Supelco 75 μm Carboxen萃取頭，上海楚定分析儀器有限公司。

1.4 方法

1.4.1 QDA法

參考GB/T 1629.1-2012《感官分析選拔、培訓與管理評價員一般導則第 1部分：優(yōu)選評價員》[12]和Cuffiaa[13]方法，略作修改。將 10組樣品進行隨機三位數編號，感官評價前在-4 ℃解凍12 h，沸水煮6 min，冷卻至室溫。首先全面篩選出35名感官評價員，并進行培訓，培訓內容包括：了解牛肉丸的知識、識別不同色卡和香氣卡、味覺和嗅覺的訓練和評分強度卡的使用等內容，其中蔗糖、味精和食鹽用于調配各種不同濃度的溶液，目的是測試感官評價員的味覺和嗅覺能力，最終選取12名培訓合格的評價人員（6男6女）組成感官評定小組。其次參考GB/T 10221-2012《感官分析術語》[14]并結合牛肉丸的感官屬性。由評定小組描述出反映牛肉丸的外形、香氣、質地、滋味和余味的感官詞匯，進一步進行討論、排除，確定牛肉丸的感官屬性。并對牛肉丸的每一感官詞匯進行定義并選用強度值為3的樣品作為該詞的參比樣。最后由感官評定小組依據牛肉丸相應感官指標進行打分，其感官特性強度采用 0-5的標度法（0-沒感覺，1-弱，2-稍弱，3-中等，4-稍強，5-強）。

1.4.2 揮發(fā)性化合物的測定

1.4.2.1 固相微萃取

根據傅麗等[15]的方法稍加修改，準確稱取 2.0 g（精確至0.001 g）切碎混勻的牛肉丸，加入4 mL飽和食鹽水，置于10 mL萃取瓶中，60 ℃水浴，平衡40 min后將經老化的SPME頭插入封口頂空采樣，吸附 40 min后將萃取針頭插入氣相色譜儀進樣口，250 ℃下解析5 min。

1.4.2.2 GC-MS檢測條件

色譜條件：色譜柱為 DB-Wax，進樣口設置溫度為250 ℃，載氣為氦氣，流速為1.0 mL/min。

升溫程序：起始柱溫以 40 ℃保持 2 min，以4 ℃/min的升溫速率升至 120 ℃，不保持，最后以8 ℃/min升至240 ℃，保持7 min。

質譜條件：離子源溫度240 ℃，電離方式EI+，電子能量70 eV；質量掃描范圍30～450m/z。

1.4.2.3 定性定量方法

結果根據計算機普庫（NIST/Wiley）進行檢索，根據其擬合度對辨別揮發(fā)性化合物的成分，并用峰面積歸一化法計算其相對含量。

表1 牛肉丸感官特性的描述詞匯表Table 1 Descriptive glossary of the sensory properties of beef meatballs

1.5 關鍵揮發(fā)性風味化合物的分析

參考劉登勇等[16]的方法，風味物質的貢獻程度是根據其百分含量來評價，即相對氣味活度值（ROAV），ROAV計算公式如下：

式中：

Cmax和Tmax——所有風味物質中最大的百分比含量和感覺閾值，μg/kg；

Ci和Ti——對應揮發(fā)性化合物的百分比含量和感覺閾值，μg/kg。

1.6 數據處理

采用Excel 2010及Origin 2017分析數據并作圖，差異顯著水平α為0.05；采用XLSTAT 2016統(tǒng)計軟件分別進行主成分分析和PLSR分析。

2 結果與分析

2.1 QDA結果分析

由感官評價小組對 10種牛肉丸感官特性的不斷開發(fā)、討論和整合，建立了描述牛肉丸的外形、香氣、質地、滋味和余味的28個描述詞，主要包括灰褐色、渾圓、完整和光滑等4個外形描述詞，肉香味、甜香、清香、鮮香、油味、香辛料味、咸香、蒜味和蔥香味等9個香氣描述詞，韌性、咀嚼性、緊密型、膠粘性、彈性、殘渣感、松軟和滑嫩等8個質地描述詞，咸味、鮮香味、脂味、肉香味和多汁的等5個滋味描述詞，五香味和肉香味等2個余味描述詞，并對其描述詞進行定義和參照物的確定，最終構建牛肉丸的感官評價標準體系。該試驗建立的質地感官描述詞匯與殷俊的研究結果相似[17]。

由表1可知，任何單一描述詞都無法準確評價牛肉丸的感官特性，均需多個描述詞評價，可見牛肉丸的感官特性多樣且復雜。由感官評定小組建立的牛肉丸質量評價體系，對其風味輪構建具有重要意義。

牛肉丸的 28個感官屬性由主成分分析（principal component analysis，PCA）結果表明，由圖1可知，前6個主成分的累計貢獻率為89.9%，高于85%，說明10種市售牛肉丸感官特征的大部分變異信息足夠被解釋。

表2 牛肉丸感官描述詞在各個主成分中的載荷因子Table 2 The load factor of sensory descriptors in each principal component of beef meatballs

由表2和圖2可知，第一主成分（PC1）主要體現了樣品間渾圓、完整、光滑、肉香味（香氣）、鮮香味（香氣）、油味、香辛料味、咀嚼性、膠粘性、殘渣感、咸味、鮮香味（滋味）、脂味、五香味和肉香味（余味）的變異信息，第二主成分（PC2）則主要體現了蒜味、滑嫩、肉香味（滋味）、多汁的變異信息。特征向量值可解釋為感官屬性與主成分相關系數，參考文獻得到當其大于0.6即可認為是該主成分的特征屬性[18-20]，而本文中以上提到的屬性與主成分相關性系數均在0.6以上，其高度相關性表明該19個屬性能較好體現牛肉丸的感官特性。

2.2 牛肉丸揮發(fā)性化合物的測定

由表3可知，10種牛肉丸共測出173種揮發(fā)性化合物，包括27種烴類、34種醇類、15種酮類、5種酚類、19種醛類、16種醚類、32種酯類、6種酸類以及19種其他類化合物。對牛肉丸各類風味化合物相對含量進行統(tǒng)計，由圖3可知，其主要集中于醚、醛、烴3類物質，醚類在部分樣品中含量高達31.26%，醛類物質在部分樣品中相對含量達到19.26%以上，烴類在部分樣品中含量達到14.14%以上。另外，可看出不同市售牛肉丸的揮發(fā)性化合物的相對含量差異較大，僅有樣品S3、S7、S8、S9揮發(fā)性化合物相對含量較高，可見市售牛肉丸的風味品質差異較大，其仍有提升空間。

某一風味化合物的相對含量高低并不能解釋其對風味的貢獻程度，需要結合其香氣閾值進行ROAV分析。揮發(fā)性風味化合物的 ROAV 值均在 0～100，且ROAV值越大，表明該化合物對風味貢獻越大。一般認為當ROVA≥1時，該化合物為樣品的特征風味化合物，當0.1≤ROAV＜1時，該化合物對整體風味具有重要的修飾作用。本試驗對能查閱到閾值的風味化合物進行分析。表4列出了每種牛肉丸樣品中風味化合物的閾值及對應ROAV值。

含硫化合物的閾值較低，是牛肉中重要的風味物質，主要來源于 Maillard反應或氨基酸熱解[21]。二烯丙基二硫醚呈大蒜味[22]，由表4可知，其ROAV值在樣品S1、S2、S3和S8中達到最高，且在S6、S9和S10中均有檢測出。二烯丙基硫醚具有蔥香味[22]，在樣品S2、S3、S5、S6、S8、S9和S10中均有檢出。此外，僅在樣品S1中測定出4-烯丙基苯甲醚（ROAV=10.60），僅在樣品 S10中檢測到二烯丙基四硫醚，而甲基烯丙基硫醚分別在樣品S8和S9中檢測到。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風味物質。另外，甲基三硫醚和 2-乙?；邕蜻@兩種化合物僅在個別牛肉丸中檢出（0.1≤ROAV＜1），表明其對修飾牛肉丸的整體風味具有重要作用。

表3 不同牛肉丸揮發(fā)性化合物的種類及相對含量Table 3 Types and relative contents of volatile compounds in different beef meatballs

續(xù)表4

醇類物質主要來源于醛類物質的還原和脂肪氧化[23]。芳樟醇具有花香氣息[24]，在樣品 S1（ROAV=4.76）和 S9（ROAV=13.09）中均有檢出；1-辛烯-3-醇具有熟蘑菇香氣[25]，僅在樣品S9（ROAV=4.64）中檢出。由此可知，芳樟醇和1-辛烯-3-醇是牛肉丸的特征風味化合物。另外，桉葉油醇、正戊醇、正庚醇、正辛醇和順-5-辛烯-1-醇等風味化合物僅在個別牛肉丸中檢出（0.1≤ROAV＜1），表明它們對牛肉丸的整體風味具有修飾作用。

烯烴類物質閾值較低，一般由脂肪氧化產生。在被檢出的烯烴類物質中，(-)-β-蒎烯、(+)-檸檬烯和α-蒎烯的ROAV值大于1，構成牛肉丸的特征風味組分。其中(-)-β-蒎烯占較大比例，在樣品S4、S6、S8和S9中均檢測到，其通常來源于香辛料，可能與制作牛肉丸時添加的姜、蔥和五香粉等有關[23]。(+)-檸檬烯在樣品 S9中檢測出，可能來自于牛肉丸中添加的香辛料[26]。而α-蒎烯在樣品S2、S4、S8和S9中均檢測到。另外，1,3,8-對薄荷三烯在個別牛肉丸中檢出，其ROAV值＞0.1，其能較好修飾牛肉丸的風味。

酯類物質主要由醇類與酸類的酯化反應產生，可賦予肉制品具有較強的酯香味[27]。S3、S4和S9中均檢測到 6,9,12,15-二十二碳四烯酸甲酯（0.1≤ROAV＜1），表明其對牛肉丸整體風味有較好的修飾作用。

醛類物質閾值較低，含有脂肪香氣，主要來源于脂肪氧化和氨基酸Strecker反應，對牛肉風味的貢獻較大[28]。在被檢出的醛類物質中，反-2-辛烯醛、正葵醛、反式-2-壬烯醛、壬醛、己醛和檸檬醛的ROAV值均大于1，是牛肉丸的特征風味物質。其中樣品S7檢測到呈脂肪香的反-2-辛烯醛、呈甜香的正葵醛以及反式-2-壬烯醛[28]；壬醛閾值較低，脂香濃郁[24]，在樣品S4、S7和S9中均有檢出；己醛呈青草和清新味[29]，其能增加肉制品味感，在樣品 S7中檢出；而呈甜香的檸檬醛僅在樣品 S1中檢測到。另外，庚醛呈果實香、正辛醛呈脂肪香[29]，它們僅在個別牛肉丸中檢出（0.1≤ROAV＜1），對牛肉丸的整體風味有較好的修飾作用。

酮類物質閾值較高，主要來自于Maillard反應和不飽和脂肪酸熱氧化或降解，對牛肉丸風味貢獻較小[27]。3-辛酮具有酮香、青香和蔬菜香[29]，僅在樣品S7中檢出，其ROAV值最大，是該牛肉丸的特征風味。丁香酚呈丁香和果香味[29]，其閾值較低，在樣品 S3和S10中ROAV值大于0.1，表明其對牛肉丸的風味有較好的修飾作用。對丙烯基茴香醚具有茴香香氣[24]，存在于多種香辛料中，其ROAV值在樣品S3、S8、S9和S10中均大于0.1，說明其能較好修飾牛肉丸的整體風味。此外，4-烯丙基苯甲醚僅在樣品 S1中檢出，其ROAV值大于1，是牛肉丸的特征風味。

綜合看來，對丙烯基茴香醚、二烯丙基二硫醚、芳樟醇和1-辛烯-3-醇等18種風味化合物是牛肉丸的特征風味物質。不同市售牛肉丸中的揮發(fā)性風味化合物種類、相對含量及貢獻程度存在較大差異，進一步表明風味分析可有效區(qū)分不同品牌市售牛肉丸的特征香氣，是評價牛肉丸風味品質的重要依據。

2.3 PLSR分析

以十種市售牛肉丸的揮發(fā)性風味化合物（ROAV＞0.1）為解釋變量（X），將肉香味、甜香、清香、鮮香味、油味、香辛料味、咸香、蒜味和蔥香味等9個香氣描述詞的強度作為因變量（Y）進行偏最小二乘回歸（PLSR）分析，可以對風味化合物和香氣屬性強度之間相關性進行預測探究。由圖4可知，大部分風味化合物都與牛肉丸香氣屬性具有不同程度的顯著相關性。與香辛料味呈顯著相關的化合物包括(+)-檸檬烯（A1）、(-)-β-蒎烯（A4）和對丙烯基茴香醚（A27）。油味周圍聚集多種風味化合物，包括反式-2-辛烯-1-醇（A8）、正辛醛（A18）、壬醛（A21）、反-2-辛烯醛（A22），表明上述物與油味之間具有較強的相關性。陳祖明等[30]研究指出壬醛呈脂肪香味，對牛肉丸整體風味貢獻較大。與甜香呈顯著相關的化合物為正癸醛（A23）、檸檬醛（A25）。影響蒜味的顯著因素為二烯丙基二硫醚（A29）；二烯丙基硫醚（A31）對蔥香味影響顯著，這與石華治等人報道的二烯丙基硫醚具有蔥香味的結論相一致[23]。由此看出，大部分風味化合物與牛肉丸的感官特性具有不同程度的顯著相關性。

此外，樣品 S7單獨位于第二象限，與咸香、清香和鮮香的相對距離較遠，表明樣品 S7與咸香、清香和鮮香的相關性不大；樣品 S1、S2、S3、S5、S6和S10與咸香、清香和鮮香的相對距離較近，表明相關性較高。樣品S4和S8與蒜味、肉香味和蔥香味相對距離較近，相關性較高。結合感官和風味分析結果，進一步顯示樣品S3和S8的品質較好。

以化學成分為解釋變量，9個感官得分為因變量進行模型的建立。該模型對不同市售牛肉丸的香氣感官特征和揮發(fā)性成分進行變量重要性投影（variable importance for the projection，VIP）的計算[31]，VIP得分大于1的成分可能是導致牛肉丸感官特征差異的原因。圖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）等指標對變量的影響較大。因此，在研究牛肉丸的感官特征和特征風味物質時，合理優(yōu)化各種工藝參數，對提高牛肉丸的感官特性具有指導意義。

3 結論

通過對 10種市售牛肉丸的感官特性進行定量描述分析，最終篩選出光滑、肉香味、鮮香味和蒜味等28個描述詞，構建了牛肉丸的感官評價標準體系。由風味分析可知不同市售牛肉丸揮發(fā)性風味化合物的種類及含量存在明顯差異，樣品S3、S7和S8的風味化合物相對含量較高于其他樣品，其中二烯丙基二硫醚、二烯丙基硫醚和(-)-β-蒎烯等 18種風味化合物是牛肉丸的特征風味物質。由PLSR分析可知牛肉丸的感官特性和部分風味化合物之間呈現一定的顯著相關性，且樣品S1、S2、S3、S5、S6和S10與咸香、清香和鮮香相關性較高，而樣品S4和S8與蒜味、肉香味和蔥香味相關性較高。經初步建立的質量評價體系分析可知，樣品S3和S8的綜合品質最好。