熏煮香肠保水性评价模型研究

张秋会，郝婉名，李苗云，朱瑶迪，张建威，赵改名

(河南农业大学食品科学技术学院，河南省肉制品加工与质量安全控制实验室，河南郑州450002)

肉制品的保水性是指肉类在加工过程中对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质评价指标之一，与肉制品的其它食用品质指标如质构、多汁性、嫩度、风味等有着密切联系［1］。而且，保水性直接影响着肉的食用价值和商品价值。测定和评价肉制品保水性对于判断肉的品质、指导肉制品的生产有直接的意义，在肉制品加工业中有占重要地位［2］。

长期以来，大量研究集中在肉制品开发、工艺改进、产品质量提升等方面［3］，以及利用屠宰技术［4］、胴体冷却技术［5－7］、滚揉技术［8］、微波加热技术［9］、超声波技术［10］、超高压技术［11］等工艺技术应用在肉制品加工过程中来改善保水性;另外，磷酸盐［12］、非磷酸盐类物质［13］、氨基酸［14］、胶体类物质［15］、外源蛋白质［16］、多糖［17］、低聚糖［18］、酶类［19］等辅料广泛应用到肉制品中来提高保水性。已有学者利用多元统计方法，开展了基于主成分和聚类分析的猪胸肌肌原纤维品质特性的分析［20］，冷藏及冻藏猪肉品质评价［21］，以及不同品种、部位的肉制品加工适宜性评价模型研究。但是，在保水性综合品质评价体系构建方面很少研究，针对肉制品保水性预测评价模型的构建研究未见报道。

在低温肉制品加工中，质构是品质评价的重要依据之一，它与食品的形态、化学组成、外在作用力等性质有关［22］，可以间接反映肉制品其他品质特性，比如保水性、保油性、口感、多汁性等，若利用质构的客观性、快速测定预测肉制品保水性，能够大大降低产品开发投入［23］。而主成分分析和聚类分析等多元分析方法［24－25］，通过降维分析，剔除不重要的部分，保留重要信息，再着重区分类别内和类别间元素组成，明确分类界限，结合归一化法，构建多因素间的关联。

因此，本研究利用在肉制品中应用广泛的三大类(海藻胶、微生物胶、植物胶)，8种胶体处理下的熏煮香肠质构、保油性、保水性品质特性，采用多元分析方法，即通过相关性分析和因子筛选关键品质指标，利用层次分析评价指标的权重，通过聚类分析将品质指标进行分类，同时构建熏煮香肠的综合评价模型及保水性预测模型构建的熏煮香肠保水性评价模型，为肉制品品质评价提供参考依据，简化企业品质评价程序，降低成本，提高产品开发可行性，促进肉类加工和品质评价技术的发展。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

猪后腿肉 购于双汇专卖店;胶原蛋白肠衣、食盐、香辛料等调味料等 均为市售。

TA－XT2i物性分析仪 英国SMS公司;VF608Plus灌肠机 Handtman，Germany;C12型绞肉机 韶关市新通力食品机械有限公司;K15E斩拌机 Talsabell S.A.;BYXX－50烟熏炉 中国艾博公司。

1.2 实验方法

1.2.1 熏煮香肠制作

1.2.1.1 配方香肠加工基础配方 见表1。其中，原料肉中瘦肉∶肥膘=4∶1。

1.2.1.2 香肠制作的工艺流程 实验工艺流程及操作要点参考文献［25］进行。猪后腿瘦肉去筋膜、剔除可见脂肪，和肥膘分别用15 mm孔板绞碎，瘦肉加食盐、复合亚硝盐、异抗坏血酸钠拌匀，肥膘加食盐，分别拌匀后在0～4℃下腌制24 h，用绞肉机(Φ6 mm孔板)把腌制好的肉分别绞碎，瘦肉加入溶解的磷酸盐、白糖及部分碎冰于斩拌机中高速斩拌1 min，再加入复水的大豆组织蛋白、部分冰水高速斩拌30 s，然后加入绞碎的肥膘再高速斩拌30 s，最后加入食用胶、配方中的其余调味料及剩余冰水先低速(2780 r/min)折拌30 s，再高速(3600 r/min)斩拌1 min。整个斩拌过程温度控制在12℃以下。将肉馅送入灌肠机中灌制，每节肠15 cm左右。烘烤温度控制在65～68℃烘烤60 min左右，烘烤结束后，在水温90℃时将肠入锅，水温控制在80～85℃，煮制40 min。自然冷却至室温，在0～4℃下冷藏过夜。

1.2.2 实验设计 采用单因素实验，考察8种食用胶不同添加量对熏煮香肠品质特性的影响。实验设计见表2。

1.2.3 指标的测定

1.2.3.1 保水率的测定 按GB 5009.3－2016食品安全国家标准食品中水分的测定方法测得香肠煮制后和烘烤前的水分含量X1和X2，保水率计算公式如下:

式中:m1为香肠煮制后质量;m2为香肠烘烤前质量。

1.2.3.2 保油率的测定 按GB 5009.6－2016食品安全国家标准食品中脂肪的测定方法测得香肠煮制后和烘烤前的脂肪含量X3和X4，保油率计算公式如下:

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

表2 食用胶种类及添加水平Table 2 Types and adding levels of food gums

式中:m1为香肠煮制后质量;m2为香肠烘烤前质量。

1.2.3.3 质构特性的测定 按照参考文献［25］中的方法进行。将冷藏过夜的样品在环境温度为22℃的条件下平衡1 h左右，采用TA－XT2i物性分析仪进行质构测试。

测试方法为TPA，参数如下:P50探头，测前、测试和测后速度分别为2.0、0.8和0.8 mm/s，数据采集频率200 pps，2次下压间隔时间为5 s，负载类型:自动，负载力:g，压缩比75%。样品规格:直径18 mm、高14 mm的圆柱体，每个处理9～10个平行。

1.3 数据处理

采用SPSS 19.0对实验数据进行方差分析、相关性分析、主成分分析和聚类分析以及回归分析，差异显著性P＜0.05。

2 结果与分析

2.1 胶体对熏煮肉肠品质的影响

表3是8种食用胶体对熏煮香肠保水保油性的影响。从结果可以看出，除了琼脂外，其他胶体均对熏煮香肠保水性和保油性有显著影响(P＜0.05)。

表4～表6是8种食用胶体对熏煮香肠质构特性的影响。从结果可以看出，除了魔芋胶、可得然胶对弹性、内聚性没有显著影响(P＞0.05)，琼脂对弹性、脆性、黏着性没有显著影响(P＞0.05)，κ－卡拉胶对弹性没有显著影响(P＞0.05)外，其他胶体对质构各个特性均有显著影响(P＜0.05)。

表3 8种胶体对熏煮香肠保水保油性的影响Table 3 Effects of 8 kinds of food gums on WHC and FHC of smoked and cooked sausages

续表3

2.2 熏煮肉肠品质指标相关性分析结果

对不同种类添加量胶体添加的熏煮肉肠的品质指标进行相关性分析，结果如表7所示。熏煮肉肠的硬度与弹性、咀嚼性之间存在极显著的正相关性(P＜0.01);弹性与咀嚼性之间同样有极显著的正相关性(P＜0.01);保水性和内聚性、保油性之间存在极显著正相关性(P＜0.01)，保水性和咀嚼性之间存在极显著负相关性(P＜0.01);其他指标间的相关关系不显著(P＞0.05)。

2.3 熏煮肉肠品质指标的主成分分析

在肉制品品质评价过程中，评价指标有很多个，比如质构、风味、色泽、保水性、保油性等。对于一个产品的品质评价，常常都要考虑这些指标，不同的指标在不同程度上反映了肉制品品质的一个方面，而且这些品质指标间有必然的联系，而且这些品质指标反映的信息在一定程度上会有重叠。为了避免重叠的变量对研究结果的判断，或者为了减少评价成本，利用主成分分析来简化品质评价过程［26］。

主成分分析方法利用降维的思想，把多变量转化为少数几个综合变量(即主成分)［27］。所提取到的主成分能够反映原始变量的绝大部分信息，且不存在信息重复的问题。这种降维分析方法可以引进众多方面的品质评价指标，又能把复杂的品质指标归结为几个主成分，使品质评价简单化，得到更加科学有效的品质评价信息。设X=(X1、X2…X＇p)是p维随机向量，它的线性变化如下:

表4 植物胶添加量对熏煮香肠TPA的影响Table 4 Effects of botanic gums addition on TPA parameters of smoked and cooked sausages

表5 微生物胶添加量对熏煮香肠TPA的影响Table 5 Effects of microbial gums addition on TPA parameters of smoked and cooked sausages

表6 海藻胶添加量对熏煮香肠TPA的影响Table 6 Effects of algal gums addition on TPA parameters of smoked and cooked sausages

表7 相关性分析结果Table 7 Results of correlation analysis

采用新品质指标PC1来替代原来8个品质指标x1，x2，…，x＇p，PCl应尽可能多地反映原品质信息，如果第一主成分不足以代表原品质指标的绝大部分信息，就引入第二主成分PC2，依次类推。在实际应用过程中，通常选用m(m＜8)个主成分。主成分个数m要依据各个主成分累计方差贡献率来判定。

式中:几为各个主成分对应的特征值;k为选定的主成分数;i为全部主成分数。

利用主成分分析对蒸煮肉肠相关指标进行分析，表8是主成分分析结果。主成分数目选定既要满足数据降维目的，又希望综合尽可能多的信息，常用累积方差贡献率不低于某一阙值(如70%)来确定主成分。由表8结果可知，前两个主成分的特征值大于1，且累积贡献率达到74.682%，能够代表原来所有指标74.682%的信息，因此提取两个主成分进行分析。

从表8可知，成分1由咀嚼性、硬度、弹性和内聚性所决定，这4个指标在成分1中有较大的正载荷值，反映了香肠的弹性越大，硬度就越大，解释了熏煮肉肠的质构特征，其贡献率为53.105%;保油率和咀嚼性在成分2中有较大的正载荷值，成分2主要解释了这2个指标，贡献率为21.577%，其值越大，熏煮肉肠的口感越好，经济效益越高，更受消费者的欢迎。

表8 主成分分析结果Table 8 Principal component analysis results

主成分因子的权重=因子贡献率/入选因子的累积贡献率，各品质指标的权重通过计算见表8。在后期聚类分析中找到相应品质评价关键指标后，依据各品质指标的权重，建立综合品质评价模型。

表9 保水性预测模型Table 9 Verification model of evaluating the water－holding capacity prediction

2.4 熏煮肉肠相关指标聚类分析

对主成分结果进行聚类分析，由图1可知，在类间距离=15时，5个品质指标被分为了两大类。其中硬度、弹性、内聚性和咀嚼性被分为第一类，保水性分为第二类。第一主成分矩阵中弹性所占权重较大，且与硬度和内聚性具有极显著的相关性，因此选择弹性代表第一主成分。

图1 聚类分析结果Fig.1 Results of cluster analysis

在第一类指标中，咀嚼性变异系数较大，说明在不同种类添加量胶体添加的熏煮肉肠间咀嚼性有较显著的差异。且咀嚼性在第二主成分矩阵中的荷载较大且所占权重较大，与硬度和弹性有极显著的相关性。因此选择咀嚼性代表第二主成分。

综上所述，选取弹性和咀嚼性作为保水性评价的关键指标，对表8中主成分权重进行正向化和归一化处理后得到关键品质指标权重，以此建立不同种类胶体添加量熏煮肉肠品质综合评价模型:Y1=0.48424A1+0.15552A2(Y1为综合品质指标，A1、A2分别代表肉肠弹性和咀嚼性)。

2.5 保水预测模型的建立与验证

利用SPSS软件，将所有数据分为训练集和验证集，以熏煮香肠综合品质(Y1)为自变量，保水率为因变量，建立低温肉制品保水性评价模型，模型参数及模型验证结果见表9。

一般来说，模型可决系数当R2越接近1时，表示相关的方程式参考价值越高;相反，越接近0时，表示参考价值越低;误差平方和SSE越小说明方程的拟合程度越好;均方根误差(或叫拟合标准差)RMSE越接近0说明预测值和真实值之间的误差越小。综合评价，虽然上述方程的R2在中等相关范围，但SSE与RMSE均较接近于0，说明方程可以反映评价指标Y1与保水性之间的关系，可以间接反映蒸煮肉肠弹性、咀嚼性与保水性之间的关系。

准确因子是描述模型准确性的重要参数，如果是一个模型的Af=1，表明所有的预测值和观测值均相等;Af值越大，表明该模型预测的平均精确度越低。偏差因子是描述模型偏差程度的参数，Bf值越大，表明该模型预测的偏差程度越大。本研究构建的保水性预测模型准确因子与偏差因子均接近于1(Af=1.004080，Bf=1.001969)，说明该方程能较好的预测不同种类不同添加量胶体的蒸煮肉肠的保水率。

最后，将综合评价模型代入保水性预测模型，保水性预测模型修改为:Y2=0.00019A1A2－0.01851A1－0.0059A2+92.58(Y2代表保水率，A1代表弹性，A2代表咀嚼性)。

3 结论

通过相关性分析，发现低温熏煮肉制品品质指标间，尤其是弹性、硬度和咀嚼性之间存在极显著相关关系(P＜0.01);通过主成分分析和聚类分析，筛选出弹性和咀嚼性为熏煮肉肠品质评价的关键评价指标;建立了基于综合品质评价模型基础上的熏煮肉肠品保水性预测模型Y2=0.00019A1A2－0.01851A1－0.0059A2+92.58(Y2代表保水率，A1代表弹性，A2代表咀嚼性)，并通过验证，所建模型可以准确预测熏煮肉肠的保水性，简化企业对熏煮肉肠质量评价指标的测定过程，为低温肉制品品质评价尤其是保水性评价提供依据。