基于主成分分析和聚类分析的市售熏鸡食用品质分析

刘登勇，赵志南，吴金城，邹玉峰，陈雨，顾明月

1(渤海大学 食品科学与工程学院，生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心，辽宁 锦州，121013)2(江苏省肉类生产与加工质量安全控制协同创新中心，江苏 南京，210095)

烟熏肉制品作为传统的加工食品，历史悠久，在国内外都具有广泛的市场受众。熏鸡作为烟熏肉制品的典型代表之一，具有造型优美、口感舒适、色泽诱人等特点，深受消费者青睐。熏鸡在我国分布广泛、品牌众多，例如辽宁的沟帮子熏鸡、浙江的藤桥熏鸡、山东的聊城熏鸡等。经前期调研发现，不同地区熏鸡都具有地域性特色[1-3]，但关于熏鸡是否存在一些共性品质还鲜有报道。因此，筛选不同地区特色熏鸡食用品质的主要评价指标，对综合评价熏鸡质量，提高熏鸡品质，扩大熏鸡的市场占有率具有重要意义。

色泽、质地特性和化学组成是肉制品食用品质的重要指标[4]，很多研究根据上述指标评估了加工工艺和配方组成对烟熏肉制品品质的影响。MARTINEZ等[5]研究了烟熏对猪肉里脊和培根质地的影响，发现羰基含量低的烟熏液处理会降低猪肉里脊的内聚性、弹性和胶黏性，也会减小培根的硬度、脆性和弹性。而羰基含量高的烟熏液处理会降低猪肉里脊的弹性和胶黏性，但是会增加培根的硬度和咀嚼性等指标。MALARUT等[6]发现不同烟熏材料对香肠色泽的影响差异显著，a*值和b*值越高，烟熏香肠的感官评分越高。可以借助主成分分析和聚类分析，从色泽、质地特性和化学组成等众多食用品质中筛选出熏鸡的主要评价指标。主成分分析及聚类分析已在各类食品的质量评价中广泛应用，谢跃杰等[7]利用主成分分析对不同品种和成熟度蓝莓的理化特性进行评价和分析；陈梦音等[8]基于主成分分析和聚类分析对曲拉品质进行综合评价。

本试验选取具有地方特色的6种熏鸡，对其化学组成、质地特性及色泽进行测定。采用主成分分析方法从众多指标中确定影响熏鸡食用品质的关键指标，通过聚类分析对6种熏鸡进行分类，以期为评价及提高熏鸡产品品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

试验选取6种地方特色熏鸡，购置于各品牌熏鸡专卖店，详细信息见表1。

K2SO4、CuSO4、乙酸锌、浓H2SO4、亚铁氰化钾、AgNO3、铬酸钾、HCl、苯酚、葡萄糖、石油醚等均为国产分析纯试剂。

1.2 仪器与设备

SER148/6型脂肪测定仪，意大利VELP公司；KJELTEC8000型凯氏定氮系统，丹麦FOSS公司；721N型可见分光光度计，上海精科实业有限公司；CR-400型色彩色差计，日本KonicaMinolta公司；TA.XT plus质构仪，英国Stable Micro Systems公司；电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；电子分析天平，上海梅特勒-托利多仪器有限公司。

表1 熏鸡样品信息Table 1 Information of smoked chicken samples

1.3 试验方法

水分含量：参照GB/T 5009.3—2016《食品中水分的测定》中直接干燥法测定[9]；粗脂肪含量：参照GB 5009.6—2016《食品中粗脂肪的测定》，采用脂肪测定仪进行测定[10]；蛋白质含量：按GB 5009.5—2016《食品中蛋白质的测定》中的自动凯氏定氮仪法测定[11]；NaCl含量：按GB 5009.44—2016《食品中氯化物的测定》中直接沉淀滴定法测定[12]；总糖含量：参照GB/T9695.31—2008《肉制品总糖含量测定》中的分光光度法[13]。

质构的测定：参照LI等[14]的方法，分别取熏鸡胸肉与腿肉，用直径2.54 cm的取样器进行取样，高度0.5 cm，重复5次。测定探头为P/50，在质地剖面分析(textural profile analysis，TPA)模式下测定其硬度、弹性、咀嚼性、黏聚性和回复性。测试前速度为2 mm/s， 测试速度为1 mm/s，测试后速度为3 mm/s，触发力为5 g，压缩距离为25 mm，测定间隔时间为5 s， 压缩比率为50%。

色差值(L*、a*、b*)：通过色差计CR-400测定熏鸡皮的颜色，用标准白板校正后，对每个样品取3个点进行测定。

1.4 数据处理

采用软件IBM SPSS 19.0对试验数据进行显著性差异分析、主成分分析及聚类分析，结果均以“平均值±标准差”表示，显著性水平为P<0.05。试验独立重复3次。

2 结果与分析

2.1 化学组成分析

水分、蛋白质和脂肪等是肌肉的主要化学组成成分，对熏鸡质地和风味等食用品质的影响较大[15-16]。由表2可知，沟帮子熏鸡水分含量最高，而聊城熏鸡水分含量最少，熏制过程中的温度和时间等工艺参数会影响熏鸡的水分含量[17]，沟帮子熏鸡熏制时间为2～3 min[1]，而聊城熏鸡熏制时间长达24 h，熏制时间越长，水分损失越多，水分含量就越少，这与钟昳茹等[18]的研究结果一致。藤桥熏鸡的总糖含量最高，可能与卤煮过程中添加糖的含量有关。藤桥熏鸡胸肉的粗脂肪含量最高，卓资山、锦山、聊城熏鸡胸肉粗脂肪含量差异不显著(P>0.05)，但显著高于沟帮子、乐亭熏鸡胸肉粗脂肪含量(P<0.05)。聊城熏鸡蛋白质含量最高，锦山熏鸡蛋白质含量最低。聊城熏鸡的NaCl含量最高，原因可能是长时间熏制后聊城熏鸡水分损失严重，从而导致NaCl相对含量较高。

2.2 质构结果分析

硬度、弹性等质构特性是评价肉制品食用品质的重要指标，在一定程度上能反映食物的质地和组织结构特性[19]。6种熏鸡胸肉和腿肉的质地特性如表2所示。聊城熏鸡的硬度、弹性、咀嚼度、回复性较高，说明聊城熏鸡质地较硬，可能是聊城熏鸡熏制过程中水分损失严重导致，这与张立彦等[20]的研究结果一致。卓资山、锦山熏鸡的硬度、弹性、咀嚼度等质地特性差异不显著(P>0.05)，说明这2种熏鸡质地较相近。

2.3 色差结果分析

烟熏工艺赋予熏鸡独特的色泽[21]，而色泽是影响消费者购买熏鸡的重要品质之一。由表2可知，聊城熏鸡的L*值显著低于其他熏鸡(P<0.05)，胸肉皮和腿肉皮的L*值分别为24.05、25.57，可能由于聊城熏鸡经长时间熏制，使颜色变深变暗，导致L*值降低造成。其他5种熏鸡胸肉皮和腿肉皮的L*值分别为41.12～49.33、43.32～47.92，和聊城熏鸡相比有较亮的光泽。沟帮子熏鸡的a*值和b*值显著高于其他熏鸡(P<0.05)，可能由于沟帮子熏鸡加工过程中添加红曲红色素导致，结果与付兴周等[22]得出的加入红曲红色素能提高a*值和b*值结果一致。6种熏鸡胸肉皮的b*值间差异显著(P<0.05)，表明熏制工艺对熏鸡皮的色泽有较大影响。

表2 熏鸡胸肉和腿肉品质特性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鸡品质指标差异显著(P<0.05)。

2.4 主成分分析

主成分分析可用来解释多维样品之间的差异，进一步获取具有大量复杂关系的样品的关键综合分析因子[23]。因此，本试验采用主成分分析对熏鸡的化学组成、质构、色泽评价指标进行筛选，剔除不重要的信息，从而简化分析过程。表3为成分的特征值和累计方差贡献率，根据特征值大于1的原则，熏鸡胸肉和腿肉均提取到3个主成分，分别反映了原始数据提供信息总量的97.63%和96.61%。

表3 主成分特征值及方差贡献率Table 3 Eigenvalues and variance contribution rates of first three principal components

鸡胸肉样品中PC1和PC2反映了原始数据总量的85.57%，鸡腿肉样品中PC1和PC2反映了原始数据总量的87.52%。因此，分别选取PC1和PC2作为评价胸肉和腿肉样品质量的综合变量。

因子载荷的大小表示原有变量在降维后，在构成的综合变量中贡献率的大小。因此，可通过因子载荷图来确定与主成分密切相关的主要原变量。如图1所示，熏鸡胸肉样品中，PC1主要综合了弹性、硬度、黏聚性、咀嚼度、回复性、蛋白质的变异信息，主要表征样品的质地特性，故将PC1定义为质地因子；PC2主要综合了NaCl、水分含量以及L*、a*、b*值，主要表征样品的外观色泽，定义为外观色泽因子。熏鸡腿肉样品中，PC1主要综合了蛋白质、NaCl含量及L*、a*、b*值，主要表征样品的外观色泽，定义为外观色泽因子；PC2主要综合了弹性、硬度、黏聚性、咀嚼度、回复性，主要表征样品的质地特性，定义为质地因子。综上所述，质地特性和外观色泽是评价熏鸡品质的主要指标。

图1 熏鸡胸肉(A)和腿肉(B)各原始指标在主成分上的载荷Fig.1 Smoked chicken breast (A) and leg meat (B) original index in the principal component load factor

分别将熏鸡胸肉、腿肉的主成分PC1与PC2作为X轴与Y轴，在二维坐标系内绘制主成分因子得分散点图，结果如图2所示。在熏鸡胸肉和腿肉因子得分散点图中，样品分布比较分散，在一定程度上反应了6种熏鸡的品质存在差异，尤其是质地因子。

图2 由主成分得分绘制的熏鸡胸肉(A)和腿肉(B)样品得分分布图Fig.2 The smoked chicken breast (A) and leg meat (B) sample score distribution drawn by principal component scores

其中聊城熏鸡均位于右上部，与其他5种熏鸡距离较远，单独为一类，结合图1可知，主要是质地因子将其与其他熏鸡产品有效区分开来，结合表2可知，聊城熏鸡的质构指标较其他熏鸡差异显著。其他5种熏鸡划分为一类，因色泽因子的差异使它们不同于聊城熏鸡。

2.5 聚类分析

聚类分析是一种多元分析工具，根据相似度对研究对象或者指标的特性进行分类[24]，具有最大相似度的样品优先聚类[25]。根据相似度对6种熏鸡样品进行分类，聚类结果见图3。欧氏距离为9～10时，6种熏鸡胸肉样品被分为三类，第一类为卓资山、锦山、沟帮子和乐亭，说明这4种熏鸡胸肉的食用品质相似。第二类为藤桥，这主要是因为藤桥熏鸡胸肉的L*、a*、b*值与上述4种差异显著。蔡方圆等[26]对10种市售米豆腐进行聚类分析，根据色泽等指标可将其分为鲜食型和烹饪型两类。第三类为聊城，这是因为聊城熏鸡胸肉的水分含量最低，导致蛋白质含量和质构等指标与其他5种差异较大。董超等[27]对51份市售牛排进行聚类分析，根据水分含量等指标将其分为三类。欧氏距离为9～10时，熏鸡腿肉样品的分类结果与胸肉相同，也是分为三类，聊城和藤桥分别一类，其他4种一类。当欧氏距离为16～25时，熏鸡胸肉和腿肉样品均被分为两类，聊城单独一类，其他5种一类。这可能是因为聊城熏鸡腿肉的大部分指标与其他熏鸡差异显著，此结果与主成分分析结果保持一致。

图3 熏鸡胸肉(A)和腿肉(B)样品系统聚类分析图Fig.3 Dendrogram of cluster analysis of smoked chicken breast (A) and leg meat (B) sample

3 结论

本试验从化学组成、质构特性、色泽3个方面共13项指标对6种地方特色熏鸡(沟帮子熏鸡、乐亭熏鸡、卓资山熏鸡、锦山熏鸡、聊城熏鸡、藤桥熏鸡)进行研究。结果表明，6种地方特色熏鸡各品质指标均存在不同程度的差异和变异情况。通过主成分分析分别提取了熏鸡胸肉和腿肉的前两个主成分，累计贡献率分别为85.57%、87.52%，能够代表原来13个品质指标中绝大部分的信息，确定质地特性和外观色泽是评价熏鸡品质的主要指标。采用聚类分析对6种熏鸡进行分类，结果表明欧式距离为9～10时，熏鸡胸肉和腿肉样品分别被分为三类，三类样品在水分含量、质地和外观色泽上差异较大。欧式距离为16～25 时，熏鸡胸肉和腿肉分别被分为两类，此结果和主成分分析的结果保持一致。综上所述，本研究的方法在熏鸡品质综合评价的应用上是可行的，为评价及提高熏鸡产品品质提供了理论依据。