熏煮香腸保水性評價模型研究

張秋會，郝婉名，李苗云，朱瑤迪，張建威，趙改名

(河南農業大學食品科學技術學院，河南省肉制品加工與質量安全控制實驗室，河南鄭州450002)

肉制品的保水性是指肉類在加工過程中對本身的水分及添加到肉中水分的保持能力，它是肉制品重要的品質評價指標之一，與肉制品的其它食用品質指標如質構、多汁性、嫩度、風味等有著密切聯系［1］。而且，保水性直接影響著肉的食用價值和商品價值。測定和評價肉制品保水性對于判斷肉的品質、指導肉制品的生產有直接的意義，在肉制品加工業中有占重要地位［2］。

長期以來，大量研究集中在肉制品開發、工藝改進、產品質量提升等方面［3］，以及利用屠宰技術［4］、胴體冷卻技術［5－7］、滾揉技術［8］、微波加熱技術［9］、超聲波技術［10］、超高壓技術［11］等工藝技術應用在肉制品加工過程中來改善保水性;另外，磷酸鹽［12］、非磷酸鹽類物質［13］、氨基酸［14］、膠體類物質［15］、外源蛋白質［16］、多糖［17］、低聚糖［18］、酶類［19］等輔料廣泛應用到肉制品中來提高保水性。已有學者利用多元統計方法，開展了基于主成分和聚類分析的豬胸肌肌原纖維品質特性的分析［20］，冷藏及凍藏豬肉品質評價［21］，以及不同品種、部位的肉制品加工適宜性評價模型研究。但是，在保水性綜合品質評價體系構建方面很少研究，針對肉制品保水性預測評價模型的構建研究未見報道。

在低溫肉制品加工中，質構是品質評價的重要依據之一，它與食品的形態、化學組成、外在作用力等性質有關［22］，可以間接反映肉制品其他品質特性，比如保水性、保油性、口感、多汁性等，若利用質構的客觀性、快速測定預測肉制品保水性，能夠大大降低產品開發投入［23］。而主成分分析和聚類分析等多元分析方法［24－25］，通過降維分析，剔除不重要的部分，保留重要信息，再著重區分類別內和類別間元素組成，明確分類界限，結合歸一化法，構建多因素間的關聯。

因此，本研究利用在肉制品中應用廣泛的三大類(海藻膠、微生物膠、植物膠)，8種膠體處理下的熏煮香腸質構、保油性、保水性品質特性，采用多元分析方法，即通過相關性分析和因子篩選關鍵品質指標，利用層次分析評價指標的權重，通過聚類分析將品質指標進行分類，同時構建熏煮香腸的綜合評價模型及保水性預測模型構建的熏煮香腸保水性評價模型，為肉制品品質評價提供參考依據，簡化企業品質評價程序，降低成本，提高產品開發可行性，促進肉類加工和品質評價技術的發展。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

豬后腿肉 購于雙匯專賣店;膠原蛋白腸衣、食鹽、香辛料等調味料等 均為市售。

TA－XT2i物性分析儀 英國SMS公司;VF608Plus灌腸機 Handtman，Germany;C12型絞肉機 韶關市新通力食品機械有限公司;K15E斬拌機 Talsabell S.A.;BYXX－50煙熏爐 中國艾博公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 熏煮香腸制作

1.2.1.1 配方香腸加工基礎配方 見表1。其中，原料肉中瘦肉∶肥膘=4∶1。

1.2.1.2 香腸制作的工藝流程 實驗工藝流程及操作要點參考文獻［25］進行。豬后腿瘦肉去筋膜、剔除可見脂肪，和肥膘分別用15 mm孔板絞碎，瘦肉加食鹽、復合亞硝鹽、異抗壞血酸鈉拌勻，肥膘加食鹽，分別拌勻后在0～4℃下腌制24 h，用絞肉機(Φ6 mm孔板)把腌制好的肉分別絞碎，瘦肉加入溶解的磷酸鹽、白糖及部分碎冰于斬拌機中高速斬拌1 min，再加入復水的大豆組織蛋白、部分冰水高速斬拌30 s，然后加入絞碎的肥膘再高速斬拌30 s，最后加入食用膠、配方中的其余調味料及剩余冰水先低速(2780 r/min)折拌30 s，再高速(3600 r/min)斬拌1 min。整個斬拌過程溫度控制在12℃以下。將肉餡送入灌腸機中灌制，每節腸15 cm左右。烘烤溫度控制在65～68℃烘烤60 min左右，烘烤結束后，在水溫90℃時將腸入鍋，水溫控制在80～85℃，煮制40 min。自然冷卻至室溫，在0～4℃下冷藏過夜。

1.2.2 實驗設計 采用單因素實驗，考察8種食用膠不同添加量對熏煮香腸品質特性的影響。實驗設計見表2。

1.2.3 指標的測定

1.2.3.1 保水率的測定 按GB 5009.3－2016食品安全國家標準食品中水分的測定方法測得香腸煮制后和烘烤前的水分含量X1和X2，保水率計算公式如下:

式中:m1為香腸煮制后質量;m2為香腸烘烤前質量。

1.2.3.2 保油率的測定 按GB 5009.6－2016食品安全國家標準食品中脂肪的測定方法測得香腸煮制后和烘烤前的脂肪含量X3和X4，保油率計算公式如下:

表1 熏煮香腸加工配方(以1 kg原料肉計)Table 1 Recipe of cooked and smoked sausages(in total raw muscle of 1 kg)

表2 食用膠種類及添加水平Table 2 Types and adding levels of food gums

式中:m1為香腸煮制后質量;m2為香腸烘烤前質量。

1.2.3.3 質構特性的測定 按照參考文獻［25］中的方法進行。將冷藏過夜的樣品在環境溫度為22℃的條件下平衡1 h左右，采用TA－XT2i物性分析儀進行質構測試。

測試方法為TPA，參數如下:P50探頭，測前、測試和測后速度分別為2.0、0.8和0.8 mm/s，數據采集頻率200 pps，2次下壓間隔時間為5 s，負載類型:自動，負載力:g，壓縮比75%。樣品規格:直徑18 mm、高14 mm的圓柱體，每個處理9～10個平行。

1.3 數據處理

采用SPSS 19.0對實驗數據進行方差分析、相關性分析、主成分分析和聚類分析以及回歸分析，差異顯著性P＜0.05。

2 結果與分析

2.1 膠體對熏煮肉腸品質的影響

表3是8種食用膠體對熏煮香腸保水保油性的影響。從結果可以看出，除了瓊脂外，其他膠體均對熏煮香腸保水性和保油性有顯著影響(P＜0.05)。

表4～表6是8種食用膠體對熏煮香腸質構特性的影響。從結果可以看出，除了魔芋膠、可得然膠對彈性、內聚性沒有顯著影響(P＞0.05)，瓊脂對彈性、脆性、黏著性沒有顯著影響(P＞0.05)，κ－卡拉膠對彈性沒有顯著影響(P＞0.05)外，其他膠體對質構各個特性均有顯著影響(P＜0.05)。

表3 8種膠體對熏煮香腸保水保油性的影響Table 3 Effects of 8 kinds of food gums on WHC and FHC of smoked and cooked sausages

續表3

2.2 熏煮肉腸品質指標相關性分析結果

對不同種類添加量膠體添加的熏煮肉腸的品質指標進行相關性分析，結果如表7所示。熏煮肉腸的硬度與彈性、咀嚼性之間存在極顯著的正相關性(P＜0.01);彈性與咀嚼性之間同樣有極顯著的正相關性(P＜0.01);保水性和內聚性、保油性之間存在極顯著正相關性(P＜0.01)，保水性和咀嚼性之間存在極顯著負相關性(P＜0.01);其他指標間的相關關系不顯著(P＞0.05)。

2.3 熏煮肉腸品質指標的主成分分析

在肉制品品質評價過程中，評價指標有很多個，比如質構、風味、色澤、保水性、保油性等。對于一個產品的品質評價，常常都要考慮這些指標，不同的指標在不同程度上反映了肉制品品質的一個方面，而且這些品質指標間有必然的聯系，而且這些品質指標反映的信息在一定程度上會有重疊。為了避免重疊的變量對研究結果的判斷，或者為了減少評價成本，利用主成分分析來簡化品質評價過程［26］。

主成分分析方法利用降維的思想，把多變量轉化為少數幾個綜合變量(即主成分)［27］。所提取到的主成分能夠反映原始變量的絕大部分信息，且不存在信息重復的問題。這種降維分析方法可以引進眾多方面的品質評價指標，又能把復雜的品質指標歸結為幾個主成分，使品質評價簡單化，得到更加科學有效的品質評價信息。設X=(X1、X2…X＇p)是p維隨機向量，它的線性變化如下:

表4 植物膠添加量對熏煮香腸TPA的影響Table 4 Effects of botanic gums addition on TPA parameters of smoked and cooked sausages

表5 微生物膠添加量對熏煮香腸TPA的影響Table 5 Effects of microbial gums addition on TPA parameters of smoked and cooked sausages

表6 海藻膠添加量對熏煮香腸TPA的影響Table 6 Effects of algal gums addition on TPA parameters of smoked and cooked sausages

表7 相關性分析結果Table 7 Results of correlation analysis

采用新品質指標PC1來替代原來8個品質指標x1，x2，…，x＇p，PCl應盡可能多地反映原品質信息，如果第一主成分不足以代表原品質指標的絕大部分信息，就引入第二主成分PC2，依次類推。在實際應用過程中，通常選用m(m＜8)個主成分。主成分個數m要依據各個主成分累計方差貢獻率來判定。

式中:幾為各個主成分對應的特征值;k為選定的主成分數;i為全部主成分數。

利用主成分分析對蒸煮肉腸相關指標進行分析，表8是主成分分析結果。主成分數目選定既要滿足數據降維目的，又希望綜合盡可能多的信息，常用累積方差貢獻率不低于某一闕值(如70%)來確定主成分。由表8結果可知，前兩個主成分的特征值大于1，且累積貢獻率達到74.682%，能夠代表原來所有指標74.682%的信息，因此提取兩個主成分進行分析。

從表8可知，成分1由咀嚼性、硬度、彈性和內聚性所決定，這4個指標在成分1中有較大的正載荷值，反映了香腸的彈性越大，硬度就越大，解釋了熏煮肉腸的質構特征，其貢獻率為53.105%;保油率和咀嚼性在成分2中有較大的正載荷值，成分2主要解釋了這2個指標，貢獻率為21.577%，其值越大，熏煮肉腸的口感越好，經濟效益越高，更受消費者的歡迎。

表8 主成分分析結果Table 8 Principal component analysis results

主成分因子的權重=因子貢獻率/入選因子的累積貢獻率，各品質指標的權重通過計算見表8。在后期聚類分析中找到相應品質評價關鍵指標后，依據各品質指標的權重，建立綜合品質評價模型。

表9 保水性預測模型Table 9 Verification model of evaluating the water－holding capacity prediction

2.4 熏煮肉腸相關指標聚類分析

對主成分結果進行聚類分析，由圖1可知，在類間距離=15時，5個品質指標被分為了兩大類。其中硬度、彈性、內聚性和咀嚼性被分為第一類，保水性分為第二類。第一主成分矩陣中彈性所占權重較大，且與硬度和內聚性具有極顯著的相關性，因此選擇彈性代表第一主成分。

圖1 聚類分析結果Fig.1 Results of cluster analysis

在第一類指標中，咀嚼性變異系數較大，說明在不同種類添加量膠體添加的熏煮肉腸間咀嚼性有較顯著的差異。且咀嚼性在第二主成分矩陣中的荷載較大且所占權重較大，與硬度和彈性有極顯著的相關性。因此選擇咀嚼性代表第二主成分。

綜上所述，選取彈性和咀嚼性作為保水性評價的關鍵指標，對表8中主成分權重進行正向化和歸一化處理后得到關鍵品質指標權重，以此建立不同種類膠體添加量熏煮肉腸品質綜合評價模型:Y1=0.48424A1+0.15552A2(Y1為綜合品質指標，A1、A2分別代表肉腸彈性和咀嚼性)。

2.5 保水預測模型的建立與驗證

利用SPSS軟件，將所有數據分為訓練集和驗證集，以熏煮香腸綜合品質(Y1)為自變量，保水率為因變量，建立低溫肉制品保水性評價模型，模型參數及模型驗證結果見表9。

一般來說，模型可決系數當R2越接近1時，表示相關的方程式參考價值越高;相反，越接近0時，表示參考價值越低;誤差平方和SSE越小說明方程的擬合程度越好;均方根誤差(或叫擬合標準差)RMSE越接近0說明預測值和真實值之間的誤差越小。綜合評價，雖然上述方程的R2在中等相關范圍，但SSE與RMSE均較接近于0，說明方程可以反映評價指標Y1與保水性之間的關系，可以間接反映蒸煮肉腸彈性、咀嚼性與保水性之間的關系。

準確因子是描述模型準確性的重要參數，如果是一個模型的Af=1，表明所有的預測值和觀測值均相等;Af值越大，表明該模型預測的平均精確度越低。偏差因子是描述模型偏差程度的參數，Bf值越大，表明該模型預測的偏差程度越大。本研究構建的保水性預測模型準確因子與偏差因子均接近于1(Af=1.004080，Bf=1.001969)，說明該方程能較好的預測不同種類不同添加量膠體的蒸煮肉腸的保水率。

最后，將綜合評價模型代入保水性預測模型，保水性預測模型修改為:Y2=0.00019A1A2－0.01851A1－0.0059A2+92.58(Y2代表保水率，A1代表彈性，A2代表咀嚼性)。

3 結論

通過相關性分析，發現低溫熏煮肉制品品質指標間，尤其是彈性、硬度和咀嚼性之間存在極顯著相關關系(P＜0.01);通過主成分分析和聚類分析，篩選出彈性和咀嚼性為熏煮肉腸品質評價的關鍵評價指標;建立了基于綜合品質評價模型基礎上的熏煮肉腸品保水性預測模型Y2=0.00019A1A2－0.01851A1－0.0059A2+92.58(Y2代表保水率，A1代表彈性，A2代表咀嚼性)，并通過驗證，所建模型可以準確預測熏煮肉腸的保水性，簡化企業對熏煮肉腸質量評價指標的測定過程，為低溫肉制品品質評價尤其是保水性評價提供依據。