田晓静,刘元林,龙 鸣,陈士恩,高丹丹,李明生,2,*,马忠仁,2

(1.西北民族大学生命科学与工程学院,甘肃兰州 730124;2.甘肃省动物细胞工程技术研究中心,甘肃兰州 730030)

羊肉脂肪含量低、蛋白质丰富、且含有较高的钙、钾和维生素B1,更重要的是胆固醇含量低[1],其作为一种营养价值高且具有食疗价值的肉品,深受广大消费者的青睐。目前,我国已成为羊肉生产和消费大国,且于2016年我国羊肉产量已达到459.36万吨,约占世界羊肉产量的1/3,同时羊肉的消费量年均增长10%[2]。但是,近几年羊肉布病、羊痒病等疾病使羊肉的安全品质受到影响,而更严重的问题是以疫区畜肉冒充优质产地羊肉,并在市场上出售,极大地影响了消费者的身体健康。基于羊肉产地品质差异,跟踪疫区产品具有可行性,研究一种准确的羊肉产地溯源方法对保障消费者身体健康具有重要的现实意义。

目前,肉制品产地溯源研究中,在化学计量学的辅助下,多种矿物元素分析[3]、同位素分析[4]在产地溯源中发挥了重要作用,利用近红外光谱技术也已成功实现鸡肉[5]、牛肉[6]、羊肉[7]等肉的产地溯源,在肉新鲜度监测[9]和种类和部位鉴别[10]中被成功应用。但是结合感官知觉与力学性质、几何特性的肉品质地特性评价[8]在肉的产地溯源研究中较少报道。目前,在以质地特性进行肉质分析研究中,化学计量学方法综合多项指标进行分析具有重大意义,避免了单一指标评价的片面性,如张力等[11]利用主成分分析对不同类型猪种的特性进行评价,朱吉等[12]采用系统聚类分析研究遗传多样性,另有利用主成分分析[13]和聚类分析[14]评价肉质的报道。

本研究对4个产地的甘肃特色羊肉(山丹、东乡、兰州和靖远)进行嫩度、持水性、质构分析检测,采用方差分析分析不同产地羊肉肉质差异,采用质地特征参数结合模式识别方法，建立羊肉产地溯源模型,对不同产地羊肉肉质进行综合分析,以期揭示产地对肉质的影响,为肉品产地溯源提供一种新的思路。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

新鲜羊后腿肉 剔除筋腱、脂肪和骨头后,将样品制成20 mm×20 mm×15 mm立方块后,置于自封袋内，于4 ℃冷藏待用,肉品分别来自甘肃山丹、东乡、兰州和靖远。

TMS-Pro型质构仪 美国FTC公司;TG16-W台式高速离心机 长沙湘仪离心机仪器有限公司;C-LM3B数显示肌肉嫩度仪 东北农业大学工程学院;DHG-9241A型电热恒温干燥箱 上海精宏试验设备有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 嫩度的测定 作为衡量羊肉及其制品柔软程度以及是否多汁而易被嚼烂的特性,依据NY/T1180-2006肉嫩度的测定中剪切力测定法[15],采用肌肉嫩度仪对4产地羊肉样品的嫩度进行测定,其结果以切割肌纤维阻力的大小来判断。每个羊肉样品每组做3个平行,取其平均值进行分析。

1.2.2 持水性的测定 采用加热离心法[16]检测样品的持水性,每个羊肉样品每组做3个平行,取其平均值进行分析。

1.2.3 质构分析 采用质构仪进行TPA分析获取不同产地羊肉的质地特征参数:硬度、黏着性、凝聚性、弹性、胶性和咀嚼性。检测条件为直径为12 mm的圆柱形探头、探头上升高度为25 mm、上行和下行速度为60 mm/min、形变量为40%、两次压缩时间间隔5 s。每类样品重复检测10次[17]。

1.3 数据分析

利用LSD多重比较分析羊肉质地、嫩度和持水性在地域间的差异;以质地特性参数(硬度、弹性、内聚性和弹性等)作为输入变量,采用统计分析软件 SAS v8进行主成分分析(Principle component analysis,PCA)和典则判别分析(canonical discriminant analysis,CDA)以对不同产地羊肉的区分度判定分析效果;利用线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA)评价质地特征参数对羊肉产地鉴别的有效性,并通过交叉验证法对判别模型的可行性进行验证;数据分析采用SAS V8软件进行,采用origin 7.0进行绘图。

2 结果与分析

2.1 质地特征曲线

以兰州羊肉为例,图1给出了4 ℃冷藏兰州羊肉样品的质地特性曲线,其结果由界面输出,同时获得质地特性参数[18],本研究选取硬度、弹性、内聚性和咀嚼性进行分析。

图1 兰州羊肉样品的质地特征曲线Fig.1 Typical TPA curve for mutton sample produced in Lanzhou

2.2 不同地域羊肉品质差异

甘肃山丹、东乡、兰州和靖远产羊肉的质地、持水性等参数见表1。对不同产地羊肉的嫩度、持水性和质地参数进行多重比较分析,以比较不同产地羊肉实用品质之间的异同。结果发现,对于嫩度,靖远产羊肉显著优于另3个产地羊肉(p<0.05),兰州羊肉嫩度最差;对于持水性,兰州羊肉最好,东乡羊肉与靖远羊肉相当,3个产地羊肉的持水性均显著高于山丹羊肉(p<0.05));对于硬度,兰州羊肉略高于靖远羊肉,显著高于山丹羊肉和东乡羊肉(p<0.05);对于内聚性,山丹羊肉略高于东乡羊肉,但差异不显著(p<0.05),东乡羊肉与靖远羊肉相当,均显著高于兰州羊肉(p<0.05);对于咀嚼性,靖远羊肉显著高于山丹、东乡和兰州这3个羊肉样品(p<0.05),而这3个样品之间差异不显著(p>0.05);对于弹性,东乡羊肉和靖远羊肉之间差异不显著(p>0.05),但显著高于山丹羊肉和兰州羊肉样品(p<0.05)。由此可见,不同地域羊肉具有其独特的质地特性,靖远羊肉的嫩度和弹性最高;兰州羊肉的弹性、嫩度、内聚性最低,其持水性和硬度最高;羊肉的质地特征来看尤以靖远羊肉品质为佳。

表1 不同地区羊肉品质差异区分Table 1 Comparison on mutton quality of different geographic origin

2.3 不同产地羊肉的定性识别

以硬度、弹性、咀嚼性和内聚性4个质地特性参数作为因变量,采用SAS软件进行主成分分析和典则判别分析,以定性区分不同产地羊肉样品,结果见图2和图3。图2给出了主成分分析结果三维图,其中前3个主成分的总贡献率达到98.11%,能较好的解释了原始变量的信息。图2中,4个不同地域羊肉样品基本能区分开,但数据点较分散,这可能是由取样羊个体之间的差异造成的。图3给出了典则判别分析的结果,前两个主成分的总贡献率达到97.63%,解释了原始变量的大部分信息。产地为兰州、东乡和靖远的羊肉能彼此相互区分,山丹羊肉与东乡和靖远羊肉存在部分重叠,靖远羊肉有一个数据点偏离该类,这可能是由于后腿不同部位带来的影响。在主成分分析和典则判别分析的帮助下,依据质地特征信息基本能实现4种产地的羊肉的区分。

图2 主成分分析结果图Fig.2 PCA results for mutton of different geographic origin

图3 典则判别分析结果图Fig.3 CDA results for mutton of different geographic origin

2.4 基于羊肉质地特征参数的地域判别分析

为了明确质地特性对羊肉产地的判别结果,利用质地参数中硬度、弹性、咀嚼性和内聚性4种质构特征参数进行线性判别分析,并建立如下判别模型:

对单个地域的判别模型:

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

式(1)

Y东乡=-24.4+0.97HA+48.27CO-0.42CH+3.49SP

式(2)

Y靖远=-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表示地域分类,HA、CO、SP、CH分别表示硬度、内聚性、弹性和咀嚼性。

为利用上述判别模型对样品进行交叉验证,其中产地为兰州的羊肉样品正确判别率达到86.67%,山丹羊肉的正确判别率为80.00%,而产地为东乡的羊肉样品正确识别率最低,仅为53.33%。可见对兰州和山丹两地的羊肉判别效果较好,基本能够正确识别;而东乡和靖远两地的正确识别率略低。整体正确判别率为70.00%,此结果表明利用质地参数鉴别羊肉的产地产来具有一定的可行性。

表2 不同产地来源羊肉的判别结果(n=15)Table 2 Discrimination results for mutton of different geographic origin Comparison on pork quality of four varieties pigs

3 讨论

受到产地条件,如养殖区域饲草、土壤组成及气候、降水等条件的影响,羊肉食用品质在不同地域间形成其各自的质地特征,导致肉的品质间存在差异。本文利用持水性及质地特性对不同产地的羊肉进行分析,发现不同来源羊肉的持水性及质地特性具有明显的地域特征,其中靖远羊肉的嫩度和弹性最高;兰州羊肉的弹性、嫩度、内聚性最低,持水性和硬度最高;山丹和东乡羊肉介于两者之间。利用持水性及质地特性实现羊肉产地来源具有可行性。

多参数综合分析时,多元统计分析方法可以实现特征参数之间的内在联系及其规律、多维数据降维、不同参数权重比较。本研究以质地参数为指标,主成分分析和典则判别分析均可定性识别不同产地羊肉;其中硬度、咀嚼性和内聚性是用于羊肉产地溯源的有效指标,线性判别分析建立的羊肉地域判别模型对4个产地羊肉的正确识别率达到70.00%,对单个地域样品的正确识别率在53.33%～86.67%之间,不同产地羊肉数据点聚集于不同位置,其中有部分重叠。本研究正确识别率略与基于矿物元素(80.8%～88.9%)[19]及近红外光谱技术(76.7%)[7]进行的产地溯源识别结果想接近;而略低于其他的报道(80%～100%)[20-22]。这可能跟样品数量少,且质构数据波动较大有一定关系,在今后的研究中,将进一步扩大样品数量,提高模型的稳定性;另外,也跟样品产地接近有一定关系。其他研究中的羊肉样品多来源于不同省份,本研究中羊肉样品来自甘肃省不同地区。

4 结论

本研究对比分析了甘肃4种不同产地羊肉的嫩度、持水性和质地特性,并采用方差分析、主成分分析、判别分析等多元统计分析方法对羊肉产地进行溯源研究。结果表明:不同来源羊肉的持水性及质地特性具有明显的地域特征,其中靖远羊肉的嫩度和弹性最高;兰州羊肉的弹性、嫩度、内聚性最低,持水性和硬度最高;山丹和东乡羊肉介于两者之间;以质地参数为指标,主成分分析和典则判别分析均可定性识别不同产地羊肉;线性判别分析建立的羊肉地域判别模型对4个产地羊肉的正确识别率达到70.00%,对单个地域样品的正确识别率在53.33%～86.67%之间,不同产地羊肉数据点聚集于不同位置,其中有部分重叠。

不同产地羊肉的嫩度、持水性和质地特性,结合多元统计分析方法,可以实现羊肉产地溯源,为今后快速、客观的肉品溯源提供新的方法,后期应进一步扩大参数和样本范围,建立对不肉种产地判别和预测的模型。