基于主成分分析和聚類分析的市售熏雞食用品質分析

劉登勇，趙志南，吳金城，鄒玉峰，陳雨，顧明月

1(渤海大學 食品科學與工程學院，生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心，遼寧 錦州，121013)2(江蘇省肉類生產與加工質量安全控制協同創新中心，江蘇 南京，210095)

煙熏肉制品作為傳統的加工食品，歷史悠久，在國內外都具有廣泛的市場受眾。熏雞作為煙熏肉制品的典型代表之一，具有造型優美、口感舒適、色澤誘人等特點，深受消費者青睞。熏雞在我國分布廣泛、品牌眾多，例如遼寧的溝幫子熏雞、浙江的藤橋熏雞、山東的聊城熏雞等。經前期調研發現，不同地區熏雞都具有地域性特色[1-3]，但關于熏雞是否存在一些共性品質還鮮有報道。因此，篩選不同地區特色熏雞食用品質的主要評價指標，對綜合評價熏雞質量，提高熏雞品質，擴大熏雞的市場占有率具有重要意義。

色澤、質地特性和化學組成是肉制品食用品質的重要指標[4]，很多研究根據上述指標評估了加工工藝和配方組成對煙熏肉制品品質的影響。MARTINEZ等[5]研究了煙熏對豬肉里脊和培根質地的影響，發現羰基含量低的煙熏液處理會降低豬肉里脊的內聚性、彈性和膠黏性，也會減小培根的硬度、脆性和彈性。而羰基含量高的煙熏液處理會降低豬肉里脊的彈性和膠黏性，但是會增加培根的硬度和咀嚼性等指標。MALARUT等[6]發現不同煙熏材料對香腸色澤的影響差異顯著，a*值和b*值越高，煙熏香腸的感官評分越高。可以借助主成分分析和聚類分析，從色澤、質地特性和化學組成等眾多食用品質中篩選出熏雞的主要評價指標。主成分分析及聚類分析已在各類食品的質量評價中廣泛應用，謝躍杰等[7]利用主成分分析對不同品種和成熟度藍莓的理化特性進行評價和分析；陳夢音等[8]基于主成分分析和聚類分析對曲拉品質進行綜合評價。

本試驗選取具有地方特色的6種熏雞，對其化學組成、質地特性及色澤進行測定。采用主成分分析方法從眾多指標中確定影響熏雞食用品質的關鍵指標，通過聚類分析對6種熏雞進行分類，以期為評價及提高熏雞產品品質提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

試驗選取6種地方特色熏雞，購置于各品牌熏雞專賣店，詳細信息見表1。

K2SO4、CuSO4、乙酸鋅、濃H2SO4、亞鐵氰化鉀、AgNO3、鉻酸鉀、HCl、苯酚、葡萄糖、石油醚等均為國產分析純試劑。

1.2 儀器與設備

SER148/6型脂肪測定儀，意大利VELP公司；KJELTEC8000型凱氏定氮系統，丹麥FOSS公司；721N型可見分光光度計，上海精科實業有限公司；CR-400型色彩色差計，日本KonicaMinolta公司；TA.XT plus質構儀，英國Stable Micro Systems公司；電熱鼓風干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司；電子分析天平，上海梅特勒-托利多儀器有限公司。

表1 熏雞樣品信息Table 1 Information of smoked chicken samples

1.3 試驗方法

水分含量：參照GB/T 5009.3—2016《食品中水分的測定》中直接干燥法測定[9]；粗脂肪含量：參照GB 5009.6—2016《食品中粗脂肪的測定》，采用脂肪測定儀進行測定[10]；蛋白質含量：按GB 5009.5—2016《食品中蛋白質的測定》中的自動凱氏定氮儀法測定[11]；NaCl含量：按GB 5009.44—2016《食品中氯化物的測定》中直接沉淀滴定法測定[12]；總糖含量：參照GB/T9695.31—2008《肉制品總糖含量測定》中的分光光度法[13]。

質構的測定：參照LI等[14]的方法，分別取熏雞胸肉與腿肉，用直徑2.54 cm的取樣器進行取樣，高度0.5 cm，重復5次。測定探頭為P/50，在質地剖面分析(textural profile analysis，TPA)模式下測定其硬度、彈性、咀嚼性、黏聚性和回復性。測試前速度為2 mm/s， 測試速度為1 mm/s，測試后速度為3 mm/s，觸發力為5 g，壓縮距離為25 mm，測定間隔時間為5 s， 壓縮比率為50%。

色差值(L*、a*、b*)：通過色差計CR-400測定熏雞皮的顏色，用標準白板校正后，對每個樣品取3個點進行測定。

1.4 數據處理

采用軟件IBM SPSS 19.0對試驗數據進行顯著性差異分析、主成分分析及聚類分析，結果均以“平均值±標準差”表示，顯著性水平為P<0.05。試驗獨立重復3次。

2 結果與分析

2.1 化學組成分析

水分、蛋白質和脂肪等是肌肉的主要化學組成成分，對熏雞質地和風味等食用品質的影響較大[15-16]。由表2可知，溝幫子熏雞水分含量最高，而聊城熏雞水分含量最少，熏制過程中的溫度和時間等工藝參數會影響熏雞的水分含量[17]，溝幫子熏雞熏制時間為2～3 min[1]，而聊城熏雞熏制時間長達24 h，熏制時間越長，水分損失越多，水分含量就越少，這與鐘昳茹等[18]的研究結果一致。藤橋熏雞的總糖含量最高，可能與鹵煮過程中添加糖的含量有關。藤橋熏雞胸肉的粗脂肪含量最高，卓資山、錦山、聊城熏雞胸肉粗脂肪含量差異不顯著(P>0.05)，但顯著高于溝幫子、樂亭熏雞胸肉粗脂肪含量(P<0.05)。聊城熏雞蛋白質含量最高，錦山熏雞蛋白質含量最低。聊城熏雞的NaCl含量最高，原因可能是長時間熏制后聊城熏雞水分損失嚴重，從而導致NaCl相對含量較高。

2.2 質構結果分析

硬度、彈性等質構特性是評價肉制品食用品質的重要指標，在一定程度上能反映食物的質地和組織結構特性[19]。6種熏雞胸肉和腿肉的質地特性如表2所示。聊城熏雞的硬度、彈性、咀嚼度、回復性較高，說明聊城熏雞質地較硬，可能是聊城熏雞熏制過程中水分損失嚴重導致，這與張立彥等[20]的研究結果一致。卓資山、錦山熏雞的硬度、彈性、咀嚼度等質地特性差異不顯著(P>0.05)，說明這2種熏雞質地較相近。

2.3 色差結果分析

煙熏工藝賦予熏雞獨特的色澤[21]，而色澤是影響消費者購買熏雞的重要品質之一。由表2可知，聊城熏雞的L*值顯著低于其他熏雞(P<0.05)，胸肉皮和腿肉皮的L*值分別為24.05、25.57，可能由于聊城熏雞經長時間熏制，使顏色變深變暗，導致L*值降低造成。其他5種熏雞胸肉皮和腿肉皮的L*值分別為41.12～49.33、43.32～47.92，和聊城熏雞相比有較亮的光澤。溝幫子熏雞的a*值和b*值顯著高于其他熏雞(P<0.05)，可能由于溝幫子熏雞加工過程中添加紅曲紅色素導致，結果與付興周等[22]得出的加入紅曲紅色素能提高a*值和b*值結果一致。6種熏雞胸肉皮的b*值間差異顯著(P<0.05)，表明熏制工藝對熏雞皮的色澤有較大影響。

表2 熏雞胸肉和腿肉品質特性Table 2 Quality characteristics of smoked chicken breast and leg

注：同一行不同字母代表不同品牌熏雞品質指標差異顯著(P<0.05)。

2.4 主成分分析

主成分分析可用來解釋多維樣品之間的差異，進一步獲取具有大量復雜關系的樣品的關鍵綜合分析因子[23]。因此，本試驗采用主成分分析對熏雞的化學組成、質構、色澤評價指標進行篩選，剔除不重要的信息，從而簡化分析過程。表3為成分的特征值和累計方差貢獻率，根據特征值大于1的原則，熏雞胸肉和腿肉均提取到3個主成分，分別反映了原始數據提供信息總量的97.63%和96.61%。

表3 主成分特征值及方差貢獻率Table 3 Eigenvalues and variance contribution rates of first three principal components

雞胸肉樣品中PC1和PC2反映了原始數據總量的85.57%，雞腿肉樣品中PC1和PC2反映了原始數據總量的87.52%。因此，分別選取PC1和PC2作為評價胸肉和腿肉樣品質量的綜合變量。

因子載荷的大小表示原有變量在降維后，在構成的綜合變量中貢獻率的大小。因此，可通過因子載荷圖來確定與主成分密切相關的主要原變量。如圖1所示，熏雞胸肉樣品中，PC1主要綜合了彈性、硬度、黏聚性、咀嚼度、回復性、蛋白質的變異信息，主要表征樣品的質地特性，故將PC1定義為質地因子；PC2主要綜合了NaCl、水分含量以及L*、a*、b*值，主要表征樣品的外觀色澤，定義為外觀色澤因子。熏雞腿肉樣品中，PC1主要綜合了蛋白質、NaCl含量及L*、a*、b*值，主要表征樣品的外觀色澤，定義為外觀色澤因子；PC2主要綜合了彈性、硬度、黏聚性、咀嚼度、回復性，主要表征樣品的質地特性，定義為質地因子。綜上所述，質地特性和外觀色澤是評價熏雞品質的主要指標。

圖1 熏雞胸肉(A)和腿肉(B)各原始指標在主成分上的載荷Fig.1 Smoked chicken breast (A) and leg meat (B) original index in the principal component load factor

分別將熏雞胸肉、腿肉的主成分PC1與PC2作為X軸與Y軸，在二維坐標系內繪制主成分因子得分散點圖，結果如圖2所示。在熏雞胸肉和腿肉因子得分散點圖中，樣品分布比較分散，在一定程度上反應了6種熏雞的品質存在差異，尤其是質地因子。

圖2 由主成分得分繪制的熏雞胸肉(A)和腿肉(B)樣品得分分布圖Fig.2 The smoked chicken breast (A) and leg meat (B) sample score distribution drawn by principal component scores

其中聊城熏雞均位于右上部，與其他5種熏雞距離較遠，單獨為一類，結合圖1可知，主要是質地因子將其與其他熏雞產品有效區分開來，結合表2可知，聊城熏雞的質構指標較其他熏雞差異顯著。其他5種熏雞劃分為一類，因色澤因子的差異使它們不同于聊城熏雞。

2.5 聚類分析

聚類分析是一種多元分析工具，根據相似度對研究對象或者指標的特性進行分類[24]，具有最大相似度的樣品優先聚類[25]。根據相似度對6種熏雞樣品進行分類，聚類結果見圖3。歐氏距離為9～10時，6種熏雞胸肉樣品被分為三類，第一類為卓資山、錦山、溝幫子和樂亭，說明這4種熏雞胸肉的食用品質相似。第二類為藤橋，這主要是因為藤橋熏雞胸肉的L*、a*、b*值與上述4種差異顯著。蔡方圓等[26]對10種市售米豆腐進行聚類分析，根據色澤等指標可將其分為鮮食型和烹飪型兩類。第三類為聊城，這是因為聊城熏雞胸肉的水分含量最低，導致蛋白質含量和質構等指標與其他5種差異較大。董超等[27]對51份市售牛排進行聚類分析，根據水分含量等指標將其分為三類。歐氏距離為9～10時，熏雞腿肉樣品的分類結果與胸肉相同，也是分為三類，聊城和藤橋分別一類，其他4種一類。當歐氏距離為16～25時，熏雞胸肉和腿肉樣品均被分為兩類，聊城單獨一類，其他5種一類。這可能是因為聊城熏雞腿肉的大部分指標與其他熏雞差異顯著，此結果與主成分分析結果保持一致。

圖3 熏雞胸肉(A)和腿肉(B)樣品系統聚類分析圖Fig.3 Dendrogram of cluster analysis of smoked chicken breast (A) and leg meat (B) sample

3 結論

本試驗從化學組成、質構特性、色澤3個方面共13項指標對6種地方特色熏雞(溝幫子熏雞、樂亭熏雞、卓資山熏雞、錦山熏雞、聊城熏雞、藤橋熏雞)進行研究。結果表明，6種地方特色熏雞各品質指標均存在不同程度的差異和變異情況。通過主成分分析分別提取了熏雞胸肉和腿肉的前兩個主成分，累計貢獻率分別為85.57%、87.52%，能夠代表原來13個品質指標中絕大部分的信息，確定質地特性和外觀色澤是評價熏雞品質的主要指標。采用聚類分析對6種熏雞進行分類，結果表明歐式距離為9～10時，熏雞胸肉和腿肉樣品分別被分為三類，三類樣品在水分含量、質地和外觀色澤上差異較大。歐式距離為16～25 時，熏雞胸肉和腿肉分別被分為兩類，此結果和主成分分析的結果保持一致。綜上所述，本研究的方法在熏雞品質綜合評價的應用上是可行的，為評價及提高熏雞產品品質提供了理論依據。