基于因子分析及多元线性回归的市售冻凡纳滨对虾品质评价*

王玥科 郑 尧 王红丽 周 纷 唐史杰 李钧浩 王锡昌①

(1. 上海海洋大学食品学院 上海 201306；2. 上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心 上海 201306；3. 农业农村部水产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室(上海) 上海 201306)

凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)又称南美白对虾，2019 年凡纳滨对虾养殖产量达到181.56 万t(农业农村部渔业渔政管理局, 2020)。因其肉质鲜美、营养丰富、风味独特，凡纳滨对虾产品已成为我国出口的主要养殖水产品(张高静等, 2013)。然而，由于其自溶酶活性较强，非蛋白氮含量较高，在捕后贮运流通过程中极易发生腐败变质。目前，主要通过冻结及冻藏的方式来降低品质损失，延长其货架期，(Zhanget al, 2018)。

尽管冻藏可以有效抑制微生物的生长及酶促反应的发生，但在长期冻藏过程中，仍不可避免地会发生品质劣化，严重降低消费者对冷冻产品的接受度(Shiet al, 2017)。近年来，众多学者在水产品品质评价方面开展了研究。Yamagata等(1995)比较了美光虾(Penaeus merguiensis)在贮藏期间肌肉中的甲醛含量，认为甲醛可以作为其品质评价的指标。Tsiront等(2009)研究了不同冻藏条件对冻虾品质特性的影响，并在时间–温度波动条件下验证了模型在冷链的适用性。Wang等(2016)研究了冷藏、冰藏及冻藏期间凡纳滨对虾的品质变化，构建了凡纳滨对虾低温贮藏过程中品质综合评价模型。虽然品质评价方法不再是以往单一的理化检测评价，但目前关于市售冻品品质综合评价的研究鲜有报道。同时，Williams等(1981)研究发现，较长的除霜时间和较高的除霜温度使零售冷库中面包虾(breaded shrimp)的水分迁移率高于贮藏在仓库冷冻机的面包虾。Gonçalves等(2009)和Zhang等(2018)均认为，防止冻虾在运输和贮藏过程中的温度波动，对保持冻虾的质地至关重要。李学鹏(2012)研究发现，冻虾的亮度、明度和纯度随冻藏时间的延长均有所改变，但在实际贮运流通过程中，造成冻凡纳滨对虾品质劣化的关键因素尚不明确。因此，需对市售冻凡纳滨对虾品质变化进行综合评价。

本研究基于超市销售的现实状况，比较了超市等级、产品形式、冻藏时间和摆放位置4 个方面对市售冻凡纳滨对虾品质的影响，同时，结合水分损失、质构、色泽和电子舌滋味轮廓分析对其品质进行综合评价，并借助因子分析(姜雪等, 2017; 潘好斌等, 2019)和回归分析(王胜鹏等, 2019; Wanget al, 2000)探究影响凡纳滨对虾冻品品质的关键因素，以期建立凡纳滨对虾冻品品质的综合评价有效方法，为冷冻水产品的市场销售及消费者选购提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 凡纳滨对虾冻品的采样

样品于2019 年5 月20 日和6 月8 日分别购于产品规格和超市等级不同的M 超市和D 超市，并用含有冰袋的保温箱运至实验室–20℃冰箱中贮存，其中，M 超市运送时间为2 h，D 超市运送时间为24 min，且样品出厂日期一致，并均在标识的保质期之内。采用Testo 830-T4-红外测温仪测得卧式冰柜中摆放同一样品的上层和下层位置的实际温度，样品的基本信息见表1。

表1 冻凡纳滨对虾样品信息Tab.1 Information of frozen L. vannamei products

本研究对影响样品品质的主要考虑因素包括超市等级、产品形式、冻藏时间和摆放位置。其中，超市等级：依据超市的规格、售价及市场管理将M 与D 超市定义为高端超市和普通超市；产品形式：将样品划分为整虾和虾仁；冻藏时间：指采购日期与生产日期之间的时间差，将其划分为0～4 个月和4～10 个月；摆放位置：指卧式冰柜中摆放同一样品的上层和下层位置(上下层以距离地面的高度为依据，其中，上层距离地面70～80 cm，下层距离地面30～40 cm)。

1.2 仪器与设备

DW-40L508型超低温冰箱、4℃冰箱(上海艾本德国际贸易有限公司)；H2050R 型高速冷冻离心机(湖南长沙湘仪有限公司)；TA-XT Plus 型质构仪(Stable Micro System 公司，英国)；CR-400型色差计(Knoica Minolta Sensing 公司，日本)；FA 型电子天平(上海安普仪器有限公司)；HWS-24型电热恒温水浴锅(上海一恒科学仪器有限公司)；Testo 830-T4-红外测温仪(德图科创贸易有限公司)。

1.3 实验方法

1.3.1 样品解冻 从每组样品随机选取同一样品的上层和下层各9 只大小一致的虾仁，置于聚乙烯塑料袋(10 cm×15 cm)，并将其密封于白色搪瓷盘，放入4℃冰箱解冻，待样品中心温度达到4℃时，视为解冻完成。

1.3.2 水分损失的测定 解冻损失参考Li 等(2018)的方法并略有改动。精确称取去除虾壳和冰衣后虾仁的重量，初始体重为M1，4℃解冻后，体重为M2。按式(1)计算解冻损失率。

式中，M1为解冻前样品体重(g)；M2为解冻后样品体重(g)。

离心损失参考Li 等(2018)的方法并略有改动。取解冻后的对虾，用手术刀片切取虾仁腹部第2 节，称取3 g (精确到0.000 1 g)样品，用滤纸包裹好，置于离心管中，于冷冻离心机内以5000 r/min 的速度离心10 min，取出后称量离心后样品质量。按式(2)计算离心损失。

式中，M3为离心前样品质量(g)；M4为离心后样品质量(g)。

蒸煮损失参考Li 等(2018)的方法并略有改动。取解冻后的对虾，用手术刀片切取虾仁腹部第2 节，切下样品立方体(1.5 cm×1.5 cm×1.5 cm)，然后放入聚乙烯塑料袋，浸入95℃水浴中保持5 min。之后，从袋中取出样品并在室温下冷却5 min，用滤纸吸干表面水分，重新称量样品重量。按式(3)计算蒸煮损失。

式中，M5为蒸煮前样品体重(g)；M6为蒸煮后样品体重(g)。

1.3.3 质构特性 参考李学鹏(2012)的方法并略有改动。取解冻后的对虾，选取虾仁腹部第2 节，采用质构仪进行质地剖面分析。测试条件：探头型号P/5，测试前速率为2.00 mm/s，测试速率为2.00 mm/s，测试后速率为1.00 mm/s，探头接触到样品后对样品下压3 mm，探头2 次测定间隔时间为5.00 s。触发形式为自动，触发力为10.00 N。

1.3.4 色差 参考李学鹏(2012)的方法并略有改动。测试前将色差仪用标准板校正，然后取解冻后的对虾，将色差仪垂直置于虾仁腹部第2 节，迅速测定其L*(亮度)、a*(+红/–绿)和b*(+黄/–蓝)值。

1.3.5 电子舌评价 参考周纷等(2019)的方法进行电子舌感官测定。分别称取每组上层和下层的样品2.0 g (精确到0.000 1 g)，加入25 mL 纯净水，匀浆并超声5 min 后，于4℃条件下10,000 r/min 离心15 min，去除上层油脂层后过滤至100 mL 容量瓶中，沉淀重复以上步骤，合并2 次滤液后定容至100 mL，取5 mL至电子舌专用进样杯中，并用纯净水定容至80 mL，在室温条件下进行测定。每个样品数据采集时间为120 s，1 s 采集1 个数据，每根传感器在第120 秒时已趋于稳定并作为电子舌的原始数据。为保证结果的可靠性，每组样品分别制备7 个平行样。

1.4 数据分析

每次测定至少设置6 个平行，本实验数据采用SPSS 19.0 软件进行统计分析，采用Duncan 法进行多重比较，作图采用Origin 8.5 软件。采用相关性分析上述11 个不同商品类型冻凡纳滨对虾的13 个理化指标间的相关性。通过因子分析提取影响品质的主要因子并构建综合得分模型，计算综合得分并排序。结合回归分析探究影响冻凡纳滨对虾品质的关键因子并建立回归模型。

2 结果与分析

2.1 市售冻凡纳滨对虾品质分析

本研究首先采用电子舌对市售冻凡纳滨对虾的滋味轮廓分析，并对其水分损失、质构特性及色泽进行检测分析，结果见图1、图2 及表2。

图1 主成分分析(A)和判别因子分析(B)相关因子对冻凡纳滨对虾滋味轮廓的影响Fig.1 Effects of some factors on taste profile of L. vannamei by principal component analysis (A)and discriminant factor analysis (B)

图2 相关因子对冻凡纳滨对虾水分损失(a)、质构特性(b)和色泽(c)的影响Fig.2 Effects of some factors on water loss (a), texture (b), and colour (c) of frozen L. vannamei

传统的人工感官评价方法因评价者对评价标准理解的差别，造成评价结果存在人为误差(Wanget al,2016)。因此，本研究采用主成分分析(PCA)分析不同影响因素对凡纳滨对虾滋味轮廓的影响。结果显示，第1 和第2 主成分方差贡献率之和均大于90%，且判别指数DI 均大于80%，表明样本整体差异性遗失较少；DFA 是在PCA 的基础上进一步优化滋味响应信号，将滋味数据的差异性尽可能扩大。结果显示，第1 和第2 判别因子的方差贡献率之和均大于95%。因此，该结果较全面地代表了原始样品的基本信息(张晶晶等, 2015; 周纷等, 2019)，说明不同超市等级、产品形式、冻藏时间与摆放位置的冻凡纳滨对虾存在差异。

水分损失是衡量冻品贮藏加工后品质变化的重要指标(Liet al, 2018)。结果显示，M 超市、整虾、冻藏时间0～4 个月与下层样品水分损失显著较少(P<0.05)。质构特性直接关系着肉的嫩度、口感、可食性和加工出品率(Akhtaret al, 2013)。结果显示，M 超市、整虾与冻藏时间 0～4 个月样品质地显著较好(P<0.05)。尽管色泽在正常范围内的变化不影响冻品的营养价值，但色泽对冻品的外观和可接受度以及消费者味觉感知有重要影响(Ineset al, 2014)。M 超市、整虾与冻藏时间0～4 个月样品色泽显著较好(P<0.05)。综上可知，不同超市等级、冻藏时间、产品形式和摆放位置均对冻凡纳滨对虾品质产生一定的影响，但它们对品质劣化的影响程度及其相互作用尚不明确，因此，采用多元统计分析开展此研究。

由表2 变异系数可知，解冻损失、离心损失及蒸煮损失变异系数均大于30%，其中，蒸煮损失的变异系数最大(57%)；硬度性、凝聚性、咀嚼性、回复性、黏附性和胶黏性变异系数>30%，弹性的变异系数最小(5%)；L*、a*和b*变异系数均大于10%。由此得出，不同商品类型冻凡纳滨对虾的同一指标存在显著性差异(P<0.05)，将进一步探究选取的13 个理化指标之间的相关性。

表2 冻凡纳滨对虾理化品质描述性统计Tab.2 Descriptive statistics of physicochemical qualities of frozen L. vannamei products

2.2 市售冻凡纳滨对虾品质评价模型建立

2.2.1 相关性分析 11 个不同商品类型冻凡纳滨对虾13 项理化指标间的相关性分析结果见表3。由表3 可知，样品的水分损失、质构与色泽三者具有不同程度的相关性。王伟等(2015)和Wang 等(2016)也研究了质构与色泽之间的相关性，与这些研究不同的是，本研究进一步探讨了水分损失、质构与色泽3 个指标之间的相关性。解冻损失、离心损失和蒸煮损失与黏附性呈极显著正相关(P<0.01)；离心损失和蒸煮损失均与a*和b*呈极显著正相关(P<0.01)，且离心损失与L*呈极显著负相关(P<0.01)；b*与黏附性呈极显著正相关(P<0.01)。由此可知，离心损失与蒸煮损失和b*既有相似性，也有差异性，硬度、弹性、凝聚性、咀嚼性、回复性和胶黏性与任何指标间相关性不显著。由此可见，相关性分析结果不能全面完整表达出指标之间的关联性，且不具有解释性。因此，对13 个理化指标进行标准化并采用因子分析。

表3 不同商品类型冻凡纳滨对虾水分损失、质构和色泽指标的相关性分析Tab.3 Descriptive statistics of physicochemical qualities of frozen L. vannamei products

2.2.2 因子分析 因子分析结果见表4 和表5。由表4 可知，第1 主因子特征值为5.121，方差贡献率为48.48%，为最重要的主成分；第2 主因子特征值为2.599，方差贡献率为24.60%；第3 主因子特征值为1.158，方差贡献率为10.97%。前3 个主因子累积方差贡献率为84.05%，基于累积方差贡献率大于80%的原则(Patraset al, 2011)，提取前3 个主因子，表明前3 个主成分可以解释品质指标的80%以上的信息。

表4 品质指标的特征值与贡献率Tab.4 Factor eigenvalues and contribution rate of quality indexes

由表5 可知，采用SPSS 19.0 软件进行因子分析，得到3 个主因子载荷矩阵，其绝对值越大，对该主因子影响越重要。因此，第1 主因子F1以离心损失的影响为主，b* 、硬度和咀嚼性的影响为辅；第2 主因子F2以a* 的影响为主，L* 的影响为辅；第3 主因子F3以黏附性的影响为主，咀嚼性的影响为辅。

2.2.3 不同商品类型冻凡纳滨对虾品质的综合评价

通过表5 的主因子载荷矩阵，将13 个指标归纳为3 个更具代表性的主因子，如下：

表5 品质指标的主因子载荷矩阵Tab.5 Principal factor load matrix of quality indexes

水分损失越高，冻凡纳滨对虾品质越差(Wachirasiriet al, 2019)。a*与b*越低，虾青素损失越少，脂肪氧化速度越慢，感官接受度越好(石径, 2018)。同时，数据通过正向化处理均已与品质呈正相关(如水分损失均取原始数据的负数，色泽指标a*与b*取原始数据的绝对值的负数)。所以，将F1、F2和F3均赋予正值，根据主因子权重=方差贡献率/累积方差贡献率，建立品质综合指标F如下：

F=0.577F1+0.293F2+0.131F3

其中，F1、F2和F3为3 个主因子得分，综合得分越高，说明品质越高。计算综合得分见表6。

由表6 可知，M3、M1 与M2 主成分综合得分均>1，其中M3 最高达到了1.80 分；其次是D4、M4、D5 和D6，分别为0.84、0.53、0.21 和0.10；D3、D7、D1 和D2 品质水平较差，分别为–0.04、–0.49、–0.50 和–0.83。该结果与样品采样信息基本一致，说明这13 个指标能够实现对冻凡纳滨对虾品质的准确分类。

表6 11 个冻凡纳滨对虾产品的各主成分、综合得分及排序Tab.6 Principal component scores and ranking of eleven frozen L. vannamei products

2.3 市售冻凡纳滨对虾品质影响因素分析

以品质水平F′为被解释变量，以超市等级(SG)、产品形式(FP)、冻藏时间(PF)与摆放位置(RL)为解释变量进行多元线性回归分析，结果见表7。由表7 可知，建立的4 个回归模型如下：

表7 冻凡纳滨对虾品质水平回归分析Tab.7 Quality level regression analysis of frozen L. vannamei

本研究表明，选取的水分损失、质构与色泽可以充分地描述和分析不同商品类型冻凡纳滨对虾品质的差异。超市等级、冻藏时间、产品形式和摆放位置均会对其品质产生影响。其中，超市等级和冻藏时间对其品质影响显著，且超市等级越高，越有利于保持冻虾品质；冻藏时间越长，越不利于保持冻虾品质。产品形式和摆放位置对其品质影响不显著。

研究表明，高端超市的冻品品质明显优于普通超市。首先，高端超市其冷柜温度明显低于普通超市(约5℃～10℃，见1.1)。众多研究表明，冻藏温度越低，品质劣变越慢。Yu等(2014)研究表明，南极磷虾(Euphausia superba)的感官品质、持水率、总蛋白含量随着冻藏温度的延长而下降，并且冻藏温度越高，下降越迅速。Yuan等(2016)研究表明，在冻藏期间，随着蛋白二级结构的展开，蛋白的表面疏水性增加，与结合水的相互作用减弱，并且贮藏温度越高，相互作用越减弱，蛋白质结构越不稳定，水分流失越容易发生。因此，在长期冻藏期间，普通超市较高的贮藏温度使得冰晶尺寸增长，导致更多的组织和细胞破裂，造成更多的水和蛋白质的损失(Williamset al, 1981; Luet al, 2017;景电涛等, 2019)，发生更多的蛋白质变性和脂质氧化，造成的品质劣化程度明显高于高端超市。其次，高端超市可能拥有更优秀的管理能力、除霜能力(Williamset al, 1981)以及物流能力，从而降低了温度波动的可能性。Zhang等(2018)研究表明，冷冻储存和运输过程中的温度波动往往是不可预测和不可避免的，它们会导致冰重结晶和细胞损伤，影响冷冻虾的质量。当冻品长期遭受冷冻储存和温度波动时，冰晶的平均尺寸增加，形状变得不规则，较大的晶体使肌肉蛋白质更容易变性和碎裂，从而导致肌肉组织的持水能力丧失。Dang等(2018)发现，工业冷库的温度波动以及温度高于–18℃会破坏冻品的组织结构，脂肪氧化严重，汁液流失率增大。因此，在冷冻贮藏过程中，通常情况下小冰晶的尺寸会变大，从而产生更稳定的晶体，贮藏温度的波动会导致肌肉组织中冰晶的生长和再结晶，这是导致肌肉品质劣化的主要原因(曹荣等, 2016; Zhanget al, 2018)。然而，高端超市更好的制冷装备相较于普通超市能够减小冰的再结晶和细胞损伤的可能性，保证了产品品质。凡纳滨对虾中最丰富的肌原纤维成分是肌球蛋白，其不仅受温度、贮藏时间的影响，还受到所用添加剂类型等影响，且在运输和储存过程中容易变性，可能会导致品质劣化并影响肌肉品质(Zhanget al, 2020)。因此，可能由于高端超市采购的水产品冻前原料状态更佳、冻结方式更优等因素，水产品在进入超市冻藏之前有较好的品质特性。

本研究以采购日期与生产日期之间的时间差，将冻品划分为0～4 个月和4～10 个月的样品。研究结果表明，冻藏时间越长，越不利于保持冻虾品质。Li等(2018)研 究 表 明，–20 ℃、–30 ℃和–40 ℃鲤 鱼(Cyprinus carpio)鱼片的解冻损失和蒸煮损失在前4个月显示出明显的上升趋势。Yang 等(2019)研究表明，河豚(Takifugu)鱼片在–18℃冻藏0～5 个月后冰晶横截面积增大96%，当量直径增大37.6%，形成的大冰晶引起细胞外和细胞内电解质浓度增加，细胞膜的渗透导致细胞收缩，从而造成较大的结构损伤，且在0～4 个月期间胞外冰晶的突增，4～5 个月冰晶增长较缓慢。因此，较长的冻藏时间改变了冻品虾中水的存在状态，且冰晶尺寸的增长随贮藏温度和贮藏时间的增加而增加，导致冻虾肌肉的汁液流失增加，造成了蛋白质变性和组织结构破坏，使其品质下降。

产品的形式可能对其品质也有影响。柳佳彤等(2018)研究表明，在冻藏期间，冻整只罗氏沼虾(Macrobrachium rosenbergii)较冻去头罗氏沼虾品质劣化较为严重，该结果与本研究结果不一致，可能原因是质构测定方法不同导致所得结果有差异。本研究中，较低的冻藏温度抑制了虾头中内源酶活性。另外，可能由于整虾的虾壳对虾肉组织结构和蛋白质性质有一定的保护作用，从而最大化地维持了原有的硬度、持水性等性质。

Dang 等(2018)研究表明，较长时间贮藏于较高温度会使冰晶分布向更大的方向扩展，进而影响冻品品质。本研究中，虽然上层温度远高于–18℃且与下层温度存在差异，但摆放位置对品质影响不显著，可能是零售商定期除霜时翻动样品(Williamset al, 1981;Danget al, 2018)、市场人员定期归整样品以及消费者经常翻动样品的原因。

3 结论

尽管不同市售冻凡纳滨对虾其产地、生产厂家及加工工艺各不相同，但本研究仍发现一些规律性。选取的水分损失、质构和色泽可以充分地描述和分析不同商品类型冻凡纳滨对虾品质的差异。采用因子分析建立的综合评价模型为F=0.577F1+0.293F2+0.131F3，其中，F1、F2和F3为3 个主因子得分，F越高，说明品质水平越高。回归分析得到影响冻凡纳滨对虾品质的主要因素为超市等级与冻藏时间，次要因素为产品形式和摆放位置，且超市等级越高，越有利于保持冻虾品质。冻藏时间越长，越不利于保持冻虾品质。为此，针对不同等级的超市，需要关注相关影响因素，切实做好冻品的品质管理。