基于主成分分析法的羊肉特征性风味强度评价模型的构建

王振东，王彦清，周瑞铮，周惠健，葛庆丰，吴满刚，周晓燕，于 海,3,*

（1.扬州大学食品科学与工程学院，江苏 扬州 225127；2.扬州大学旅游烹饪学院，江苏 扬州 225127；3.江苏省淮扬菜产业化工程中心，江苏 扬州 225127）

基于主成分分析法的羊肉特征性风味强度评价模型的构建

王振东1，王彦清1，周瑞铮1，周惠健1，葛庆丰1，吴满刚1，周晓燕2,3，于 海1,3,*

（1.扬州大学食品科学与工程学院，江苏 扬州 225127；2.扬州大学旅游烹饪学院，江苏 扬州 225127；3.江苏省淮扬菜产业化工程中心，江苏 扬州 225127）

为评价不同羊肉之间特征性风味强度的差异，采用气相色谱-质谱联用法测定15 份羊肉样品中的游离脂肪酸组成与含量，并对其进行主成分分析构建羊肉特征性风味强度评价模型。结果表明：主成分分析法得出的第1～3主成分贡献率分别为56.654%、17.476%、14.287%，这3 个主成分的累计贡献率为88.417%，能够较好地反映原始数据的信息，可代表游离脂肪酸的大部分信息。将该模型特征性风味强度评价结果与传统感官评价结果进行相关性分析，相关系数为0.939，说明两者具有很好的一致性。因此，根据主成分分析法建立的风味评价模型具有一定的可行性，从而为羊肉特征性风味强度评价提供一种新方法。

羊肉；游离脂肪酸；特征性风味；主成分分析法；评价模型

羊肉营养丰富，具有低脂肪、低胆固醇、高蛋白[1]等特点，肉质鲜美，老少咸宜，同时又具有滋补的药用价值，是冬季上佳补品。但是羊肉特有的浓重风味令很多人望而却步，它是区别羊肉与其他肉类的重要风味特征，我国普遍用“膻味”来描述羊肉的这种特征性气味。Hornstein等[2]认为羊肉的肌肉组织提供基本的肉香风味，而脂肪组织则是其特有风味的主要来源。因此，形成羊肉与其他肉类不同的特征性风味主要在于脂肪以及脂肪溶解物，研究羊肉脂肪酸组成对特征性风味形成的影响为科学评价羊肉质量和风味提供了重要的理论依据。现有研究表明羊肉的特征性风味是由多种化合物综合作用形成的[3]，其物质组成有游离脂肪酸、酚类、吲哚、含硫化合物、羰基化合物，此外还包括醛类、内酯、萜类、吡啶、吡嗪等一些化合物[4]。虽然造成羊肉特征性风味强度差异的因素较多，但是游离脂肪酸即致膻物质是区别羊肉与其他肉类风味的关键物质，对羊肉特征性风味具有重要贡献。Wong等[5]在研究羊肉皮下脂肪时发现羊肉脂肪组织的挥发性甲基支链脂肪酸是羊肉特征性风味的主要来源。M ichelle等[6]通过检测不同处理的2种羔羊脂肪组织中的游离脂肪酸，发现4-甲基辛酸的浓度均高于其阈值，进一步证明挥发性支链脂肪酸4-甲基辛酸对羊肉的特征性风味起主要作用。孟宪敏等[7]对山羊肉的游离脂肪酸进行检测，发现短链的游离脂肪酸是羊肉的致膻化合物，对羊肉的特征性风味具有重要贡献，主要有己酸（C6:0）、辛酸（C8:0）和癸酸（C10:0），其中癸酸是影响羊肉膻味的主要物质，且当己酸、辛酸和癸酸之间以特定的比例并在一定条件下结合成稳定的络合物或缔合物时才产生典型的膻味。张利平等[8]在研究不同生长阶段肉羊的脂肪酸含量变化时，也发现短链脂肪酸（C6:0～C12:0）和硬脂酸均是引起羊肉膻味的重要物质，李维红等[9]的研究也有类似的结果。薛海晓[10]在研究羊乳时发现C6:0～C14:0的每种游离中短链脂肪酸含量都会影响羊乳风味差异。艾对等[11]在研究中发现游离脂肪酸是引起不同羊奶风味差异的主要因素，其中己酸、辛酸、癸酸、肉豆蔻酸（C14:0）和棕榈酸（C16:0）与羊奶膻味强度有关，对羊奶风味有重要的贡献。李林强等[12]在研究山羊乳和牛乳挥发性游离脂肪酸组成的差异时，发现癸酸可能是影响羊奶特征性风味的主要成分。韩卫杰[13]在研究绵羊脂肪组织时认为4-甲基辛酸、4-甲基壬酸以及癸酸是羊肉的致膻物质，对羊肉的特征性风味贡献最大。Sañudo等[14]研究发现羊肉的特征性风味还与C18:0和C18:3呈正相关，而与C18:2呈负相关。Crouse等[15]在研究了60余种羊的皮下脂肪酸后，认为羊肉的特征性气味与C18:1和C18:3有显著的相关性，而其余的脂肪酸与羊肉的风味没有显著相关性。Rhee等[16]用pH值为8.2的水对羊肉进行漂洗实验，漂洗显著减少游离脂肪酸的含量，从而使得羊肉的特征性风味强度显著减轻。M eier等[17]利用β-环糊精包埋羊奶中游离辛酸、癸酸进而达到减轻羊肉特有的风味，表明游离辛酸、癸酸与羊肉的特征性风味有关。由于羊肉中脂肪含量、脂肪酸种类及组成直接影响羊肉的质量和风味[18]，因此研究羊肉中游离脂肪酸的组成与含量对羊肉特征性风味强度的影响具有重要意义。利用游离脂肪酸来评价羊肉的特征性风味强度大小具有一定的可行性，但是游离脂肪酸组成与含量比较复杂，综合分析起来比较困难，选择一种方便、可行、通用的评价方法尤显重要。

目前评价羊肉特征性风味强度主要依据感官指标，但感官评定会有主观性强、误差大等缺陷，并不是一种较优的评价分析方法。因此，应用仪器分析方法来评价羊肉特征性风味强度具有重要的意义，但是羊肉游离脂肪酸组成和含量复杂，仅依靠一种或多种游离脂肪酸还难以准确评价羊肉的特征性风味强度。因此必须选择一种科学、客观、全面的多元统计分析方法对游离脂肪酸指标数据进行处理，按一定的原则寻求游离脂肪酸指标的某种线性组合而形成新的综合指标，从而更加准确地评价羊肉特征性风味强度。运用主成分分析法可以根据各个指标数据的相关性和变异程度来确定权重，从而进行综合评价，减少人为确定各个指标权重的弊端，是一种非常客观的评价方法[19]。主成分分析法对食品的风味进行评价模型的研究已经越来越多，目前应用于火腿[20]、酒[21]、茶[22]、油[23]、羊奶[24-25]等香气质量评价，构建的评价模型能够比较客观、准确地反映香气质量的优劣。本研究采用气相色谱-质谱（gas chromatographmass spectrometry，GC-MS）联用技术测定不同羊肉中对特征性风味强度影响较大的游离脂肪酸组成与含量，利用主成分分析羊肉中与羊肉风味相关的游离脂肪酸，建立羊肉游离脂肪酸与特征性风味强度的相关评价模型，将感官评价法量化，提高羊肉特征性风味强度评价的准确性和科学性，以期找到比感官评定方法更客观的评价方法，并将之作为对感官评价法的补充。此外，为以后利用仪器指标来评价特征性风味强度大小提供理论基础与实践价值。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

Y1、Y 2、Y 3、Y 4分别为扬州市当地农贸市场购买6 月龄雄性波尔山羊的新鲜背最长肌肉、肋排肉、前腿肉、后腿肉；H1、H 2、H3分别为海门市当地农贸市场购买的纯种海门雄性6 月龄羊的羊肋排肉、前腿肉、后腿肉；NL1、NL2分别为内蒙古草原晶鑫有限公司生产的6 月龄雄性小尾寒羊的冷冻羔羊肋排肉在-18 ℃条件下贮藏3、6 月，NQ1、NQ2分别为冷冻羔羊前腿肉在-18 ℃条件下贮藏3、6 月，NH1、NH2分别为冷冻羔羊后腿肉在-18 ℃条件下贮藏3、6 月；M 1、M 2分别为扬州市当地农贸市场购买的沂蒙山雄性2 周岁成年黑山羊前、后腿肉。

辛炔酸甲酯标准品、Amberlyst-26阴离子交换树脂美国Sigma-A ldrich公司；正己烷、氯仿、甲醇、14%三氟化硼溶液（均为分析纯） 国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

RE-52B旋转蒸发仪 上海亚荣生化仪器厂；DK-S26电热恒温水浴锅 上海精宏实验设备有限公司；TRACE ISQ GC-MS联用仪 美国安捷伦公司。

1.3 方法

1.3.1 脂肪的提取

精确称取5.0 g羊肉样品，置于三角瓶中，加入40 m L三氯甲烷溶液和20 mL甲醇溶液（氯仿-甲醇（2∶1，V/V）），振荡2 h，过滤。滤液中加入30 m L质量浓度为1 g/100 m L的NaCl溶液，置于分液漏斗分层，取下层脂肪液40 ℃旋转蒸发回收溶剂后得到脂肪。

1.3.2 游离脂肪酸分离与甲酯化[26]

将提取的脂肪置于具塞三角瓶中，加入20 m L丙酮-甲醇（2∶1，V/V）溶液，再加入100～200 mg A-26树脂，以150 r/m in振摇2 h，静置后收集溶剂（用于中性脂肪测定），用50 m L丙酮-甲醇（2∶1，V/V）溶液洗涤树脂5 次，室温条件下用氮气流吹干树脂，将树脂转移至干试管中，用氮吹仪吹干游离脂肪酸溶液后，加入3 m L质量分数为14%三氟化硼溶液，85 ℃水浴酯化20 m in，冷却后加入1 m L饱和氯化钠溶液、1 m L正己烷、100 µL辛炔酸甲酯内标溶液，振摇，静置，收集有机相，0.22 µm有机滤膜过滤，取1 μL至进样瓶待分析。

1.3.3 GC-MS检测条件

GC条件：DB-Wax色谱柱（30 m×0.25 mm，0.25 µm）；载气为高纯度氮气（99%）；分流比10∶1，载气流速1.0 m L/m in；进样口温度250 ℃；升温程序：50 ℃保持1m in，然后以4 ℃/m in升温到200 ℃，保持5 m in，再以4 ℃/m in升温到220℃，保持20 m in。

MS条件：电子电离源；发射电流200 µA；电子能量70 eV；接口温度250 ℃；离子源温度200 ℃；延迟时间5 m in；采集模式为全扫描；质量扫描范围m/z 35～450。

1.3.4 定性定量方法

定性分析：由GC-MS分析得到的质谱数据经计算机检索与质谱库提供的标准质谱图以及标准品保留时间进行定性。定量分析：根据内标物的质量浓度、样品中各组分的峰面积与内标峰面积的比值，计算样品中各组分的含量。

1.3.5 羊肉特征性风味强度的感官评价

评定小组由15 名经过感官评价培训的人员组成。将羊肉绞成肉丝，沸水蒸煮10 m in，然后通过品评人员对其特征性风味进行感官评分。依据评分标准：0～30 分为几乎无羊肉特征性风味，30～50 分为轻微羊肉特征性风味，50～70 分为中等强度羊肉特征性风味，70～90 分为明显羊肉特征性风味，90～100 分为强烈羊肉特征性风味。

1.4 数据处理

待测样品均进行3 次平行测定，差异显著性分析、主成分分析和相关性分析用SPSS 17.0版软件进行统计分析。其余数据采用Excel 2010版软件统计分析。

表1 不同羊肉中游离脂肪酸组成与含量Table 1 Free fatty acid composition of lamb meat samples

2 结果与分析

2.1 不同羊肉中游离脂肪酸含量的测定

为了能准确、客观、合理、科学地衡量羊肉特征性风味强度，结合目前国内外关于羊肉特征性风味方面的研究报道，选择了对羊肉特征性风味影响比较大的游离脂肪酸进行测定，如表1所示。

通过分析发现，不同羊肉样品的绝大多数游离脂肪酸之间有显著差异，其中C18:1所占的比例最大，其次是C16:0、C18:0、C18:2。由NL1与NL2、NQ1与NQ2、NH1与NH2可以观察到不同贮藏时间会导致游离脂肪酸含量的差异变化，其中C14:0、C16:0、C18:1随着贮藏时间的延长而增加。对不同年龄羊Y 3与M 1、Y 4与M 2进行比较，发现其中长链游离脂肪酸含量差异显著，且随着年龄的增加，C16:0～C18:2含量逐渐增加。对不同地方的羊肉H 2与M 1、H3与M 2进行比较，则发现C6:0、C8:0、C10:0、C14:0、C16:0、C18:0、C18:2、C18:3含量差异显著（表1），但是并没有表现出明显的变化规律，而莎丽娜等[27]在研究不同时期羊肌肉脂肪酸时则发现C10:0变化不明显，C18:0则对羊肉风味有重要贡献。这对于仅凭单一或几种游离脂肪酸指标来评价羊肉特征性风味强度是远不够的，这很可能是由于多种游离脂肪酸共同作用从而导致羊肉的特征性风味强度有差异性，单一游离脂肪酸含量的变化可能对羊肉的特征性风味变化影响较小。为此，需要对影响羊肉特征性风味的游离脂肪酸进行综合性分析，将这些指标通过多元统计方法按一定的比例权重进行线性组合，形成新的综合指标，以达到更加准确评价羊肉特征性风味强度的目的。

2.2 羊肉中游离脂肪酸组成之间相关性分析

表2 游离脂肪酸之间相关性分析Table 2 Correlations between free fatty acids

对15 份羊肉样品中游离脂肪酸组成指标间的相关性进行分析表明，如表2所示，X2（C8:0）与X5（C12:0）、X7（C16:0）、X9（C18:1）存在显著正相关（P＜0.05），X3（C9:0）与X1（C6:0）、X5（C12:0）存在显著正相关，X4（C10:0）、X5（C12:0）、X6（C14:0）、X9（C18:1）之间存在极显著正相关（P＜0.01），X7（C16:0）、X8（C18:0）、X9（C18:1）、X10（C18:2）之间存在极显著正相关（P＜0.01）。由于指标之间存在较强的相关性[28]，所以可以利用主成分分析对这些变量指标即原始的游离脂肪酸指标以某种线性组合而形成新的综合性指标，以达到将复杂的问题简单化的目的，来研究羊肉中游离脂肪酸与特征性风味强度的关系。

2.3 不同羊肉中游离脂肪酸的分析

图1 主成分分析碎石图（A）和散点图（B）Fig. 1 PCA gravel diagram (A) and scatter p lot (B)

表3 相关矩阵的特征值和累计贡献率Table 3 Eigen values and cumulative contribution rates of top three principal com ponents

将15 份不同羊肉样品中测定的11 种游离脂肪酸成分构成15×11的矩阵，利用SPSS软件进行主成分分析，得到相关矩阵的特征值和累计贡献率。根据累计方差贡献率达到85%以上和特征值大于1的原则来确定主成分个数[29]。如图1A、表3所示，通过对不同羊肉中游离脂肪酸的分析表明，第1主成分的方差贡献率为56.654%，第2主成分的方差贡献率为17.476%，第3个主成分的方差贡献率为14.287%，前3 个特征向量的累计方差贡献率为88.417%，且特征值均大于1，说明前3 个主成分包含有羊肉中游离脂肪酸的大部分信息，能够代表羊肉特征性风味物质的基本信息。因此，用前3 个主成分进行羊肉特征性风味强度评价是可行的。

表4 主成分的特征向量Tab le 4 Eigenvectors of top three principal com ponents

由表3、4和图1B可知，第1主成分的贡献率占总累计贡献率的56.654%，其中贡献最大的是X9（C18:0），其对应的特征值为0.155，主要反映X2（C8:0）、X4（C10:0）、X5（C12:0）、X6（C14:0）、X7（C16:0）、X8（C18:0）、X9（C18:1）的变异信息；第2主成分的贡献率占总累计贡献率的17.476%，其中贡献最大的是X3（C9:0），其对应的特征值为0.400，主要反映X1（C6:0）、X2（C8:0）、X3（C9:0）。第3主成分的贡献率占总累计贡献率的14.287%，其中贡献最大的是X11（C18:3），其对应的特征值为0.357，主要反映X3（C9:0）、X4（C10:0）、X5（C12:0）、X11（C18:3）的变异信息。各个主成分的方程分别为：

F1=0.078X1+0.113X2+0.076X3+0.128X4+0.140X5+0.135X6+0.150X7+0.131X8+0.155X9+0.106X10+0.084X11；

F2=0.373X1+0.311X2+0.400X3-0.166X4+0.056X5-0.168X6-0.119X7-0.170X8-0.004X9-0.146X10-0.025X11；

F3=-0.272X1-0.272X2+0.221X3+0.228X4+0.243X5+0.188X6-0.154X7-0.283X8-0.022X9-0.346X10+0.357X11。

由于前3 个主成分反映了原来指标信息的88.417%，所以可以利用这3 个新的综合指标来替代原来的多个复杂指标进行分析。以不同特征值的方差贡献率βi（i＝1，2，…，k）为加权系数，利用综合评价函数F＝β1F1+β2F2+…+βkFk[30]，建立羊肉特征性风味评价模型：F＝0.566 54F1+0.174 76F2+0.142 87F3，计算不同羊肉样品特征性风味评价得分，然后依据评分大小对羊肉样品特征性风味强度进行评定。如表5所示，Y 1的F值最小为7.368，M 1的F值最高为39.218。

表5 不同羊肉特征性风味强度评价Tab le 5 Principal com ponent scores of lamb meat sam p les

2.4 不同羊肉的特征性风味强度感官评分

将15 个样品分别由15 位经过感官评定培训的人员根据羊肉特征性风味强度评分，结果见表6。

表6 不同羊肉特征性风味强度感官评价结果Table 6 Sensory evaluation results for odor intensity of lamb meat samples

对不同羊肉样品进行感官评价时发现，不同年龄、部位、贮藏时间对羊肉特征性风味强度的影响较大。新鲜羔羊后腿肉（M 2）比前腿肉（M 1）的特征性风味轻，现宰6月龄羔羊肉后腿肉（Y 4、H3）的特征性风味强度显著轻于成年羊后腿肉（M 2）。其中，新鲜羔羊背最长肌肉（Y 1）的特征性风味最轻，沂蒙山羊的前腿（M 1）特征性风味最重。根据对不同贮藏期冷冻羊肉的感官评价，发现冷冻羔羊肉随着贮藏时间的增长，其特征性风味则越来越重。此外，实验还发现不同部位羊肉特征性风味强度大小依次为前腿肉（Y 3）＞后腿肉（Y4）＞背最长肌（Y1），这与马丽珍等[31]研究的结果相一致。在羊肉特征性风味感官评价中，特征性风味最轻的是Y1，最重的是M 1。模型评价得分的最小值和最大值的样品分别与传统法感官评分得到的最小值与最大值的样品相一致。

2.5 羊肉特征性风味感官评分与主成分评分的相关性分析

表7 感官评分与F值的Pearson相关性分析Table 7 Sensory scores and F values of Pearson correlation analysis

将感官评价法得分与所建立的羊肉特征性风味强度评价模型F值评分进行比较，利用Pearson相关性分析法比较2 种特征性风味评价方法的相关性，如表7所示，相关系数为0.939，具有极显著性相关性（P＜0.01）。这表明所建立的特征性风味强度评价模型与感官评价法具有较好的一致性。除了Y4和NH1排序有误外，其余均一致。由此表明，采用主成分分析法初步构建羊肉特征性风味强度评价模型有着一定的可靠性、适用性。游离脂肪酸组成与含量对羊肉特征性风味强度具有相当重要的影响，通过测定单一或几种游离脂肪酸含量并不足以全面评价羊肉特征性风味强度，利用与特征性风味相关的多种游离脂肪酸通过主成分分析法建立的特征性风味评价模型则具有很好的可行性，能够正确评价绝大多数羊肉特征性风味强度差异。但是由于影响羊肉特征性风味的因素很多，另外还有实验样品数量等原因，本实验所建立的羊肉特征性风味评价模型的准确性以及普适性还需要深入研究，通过进一步增加实验样品数量以及影响特征性风味成分指标来提高羊肉风味评价模型的精确性和适用性。

3 结 论

为构建羊肉特征性风味强度评价模型，对不同年龄、不同贮藏时间以及不同部位羊肉中的游离脂肪酸进行测定与分析，发现单一游离脂肪酸并没有表现出与特征性风味差异显著的一致变化趋势，同时不同游离脂肪酸之间具有较强的相关性。因此，采用主成分分析法对羊肉中与特征性风味有关的游离脂肪酸进行分析，构建羊肉特征性风味强度评价模型，得到羊肉特征性风味强度评价模型为：F＝0.566 54F1+0.174 76F2+0.142 87F3，并用构建的模型对15 份羊肉样品的特征性风味强度进行评价，将该模型的评价结果与传统感官评价结果相比较可知，所构建的羊肉特征性风味强度评价模型具有一定的可靠性、适用性，从而为传统感官评价结合仪器指标评价羊肉特征性风味强度提供一定的实践基础与理论价值。

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Construction of Evaluation Model for Characteristic Flavor Intensity of Lamb Meat Based on Principal Component Analysis

WANG Zhendong1, WANG Yanqing1, ZHOU Ruizheng1, ZHOU Huijian1, GE Qingfeng1, WU Mangang1, ZHOU Xiaoyan2,3, YU Hai1,3,*
(1. School of Food Science and Engineering, Yangzhou University, Yangzhou 225127, China;2. School of Tourism and Culinary Science, Yangzhou University, Yangzhou 225127, China;3. Huaiyang Cuisine Industrialization Engineering Center of Jiangsu Province, Yangzhou 225127, China)

This study aimed to evaluate the difference in the characteristic flavor intensity of different lamb meats from different carcass cuts. The com position and content of free fatty acids in 15 lamb samples were determ ined by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Principal component analysis (PCA) was used to establish an evaluation model for the characteristic flavor intensity of lamb meat. The results showed that the contribution rates of the fi rst three principal components were 56.654%, 17.476% and 14.287%, respectively and the cumulative contribution rate was 88.417%,

which could not only accurately reflect the information on the original data, but also represent the basic information on free fatty acids. The correlation coefficient between the model results and traditional sensory evaluation was 0.939, indicating good consistency. Therefore, the evaluation model established by PCA was feasible and provided a new method for the evaluation of the characteristic flavor intensity of lamb meat.

lamb; free fatty acid; characteristic flavor; principle component analysis; evaluation model

10.7506/spkx1002-6630-201722025

TS251.1

A

1002-6630（2017）22-0162-07

王振东, 王彦清, 周瑞铮, 等. 基于主成分分析法的羊肉特征性风味强度评价模型的构建[J]. 食品科学, 2017, 38(22):162-168. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201722025. http://www.spkx.net.cn

WANG Zhendong, WANG Yanqing, ZHOU Ruizheng, et al. Construction of evaluation model for characteristic flavor intensity of lamb meat based on principal component analysis[J]. Food Science, 2017, 38(22): 162-168. (in Chinese w ith English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201722025. http://www.spkx.net.cn

2017-01-23

“十三五”国家重点研发计划重点专项（2016YFD0401501）；江苏省科技厅苏北科技发展计划项目（BN2014005）；扬州大学“新世纪人才工程”项目

王振东（1990—），男，硕士研究生，研究方向为农产品加工。E-mail：1505527048@qq.com

*通信作者：于海（1973—），男，教授，博士，研究方向为农产品加工。E-mail：haiyu0078@163.com