运用逐步回归方法建立牛肉感官品质预测模型

王勇峰,郎玉苗,丰永红,李　敬,张文华,李海鹏,谢　鹏,张松山,孙宝忠,*

(1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京 100193;2.宁夏夏华清真肉食品有限公司,宁夏中卫 755000)



运用逐步回归方法建立牛肉感官品质预测模型

王勇峰1,郎玉苗1,丰永红1,李敬1,张文华2,李海鹏1,谢鹏1,张松山1,孙宝忠1,*

(1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京 100193;2.宁夏夏华清真肉食品有限公司,宁夏中卫 755000)

为分析牛肉感官品质与理化指标之间的相关性,并利用测定的理化指标建立感官品质的预测模型,该文采集9头牛的背最长肌、臀股二头肌、股直肌、股外侧肌、股中间肌和三角牛霖得到54份样品。通过消费者感官评定和测定样品理化指标,分析了牛肉理化指标与感官评定值的线性关系,大部分理化指标均与感官评定值呈显著或极显著(p<0.05或p<0.01)的相关关系。最后以牛肉理化指标为自变量,感官指标为因变量进行逐步回归分析,分别得到了具有统计意义的牛肉感官嫩度、多汁性、风味和总体评价的预测方程,方程决定系数(R2)分别为0.55、0.37、0.68和0.36。通过预测模型,理化指标可以较好的描述牛肉感官特性。

牛肉,感官品质,理化指标,逐步回归,模型

牛肉品质包括食用品质、营养品质、加工品质、安全品质和人文品质,其中,食用品质的优劣是决定牛肉商品价值的最重要因素,也是消费者购买牛肉时的重要参考依据。食用品质直接由品尝食物时的主观感觉决定,因而又称为感官性状,主要包括嫩度、多汁性和风味[1]。感官评定是评定牛肉食用品质最常用的方法,它可以对牛肉的质构和风味进行全面系统的评价[2],但是感官评定结果受主观因素影响较大,存在较大的误差[3],因此大量的专家学者试图研究客观的评定方法。通过测定畜肉理化性质能够对畜肉品质进行评定,但是仅仅依靠理化指标并不能完全反映感官评价。因为感官评价是一个复杂的过程,而仪器只能检测肉的部分食用品质指标[4]。因此,需要找到两者之间的关系,以便使用客观的方法来预测牛肉的感官性状。

嫩度、多汁性和风味被认为是决定牛肉适口性和接受性的重要指标,同时还会影响消费者的购买意向[5]。目前,消费者的感官评定实验主要针对牛肉的嫩度进行研究,相关性的分析结果表明感官嫩度和剪切力之间的相关程度在不同测定方式和样品种类间差异较大(r=-0.37～-0.84)[6-9],很多研究基于这种相关关系建立了感官嫩度和剪切力的联系。但是Corbin等[10]研究发现风味和多汁性是仅次于嫩度的食用品质,当嫩度达到可接受水平时,风味是另一个影响消费者满意度的因素。现有的研究主要分析风味、多汁性与脂肪、蛋白质等营养指标的相关性,但是关于牛肉理化指标预测和描述牛肉感官风味和多汁性的研究还未见报道。

本研究将牛肉理化指标和消费者感官评价相结合,并利用更合理的统计方法构建牛肉感官品质预测模型,从而达到提高模型预测效果、增加消费者满意度的目的。

1　材料及方法

1.1材料与仪器

选取9头健康的安格斯×秦川杂交牛,年龄为26～28月龄,经过20个月的育肥。按照GB/19477-2004《牛屠宰操作规程》[11]进行屠宰劈半,在4 ℃条件下成熟3 d。为了使样本的理化指标差异较大,取每头牛左半胴体背最长肌、三角牛霖、臀股二头肌、股直肌、股外侧肌和股中间肌进行研究,样品真空包装后迅速冷冻,并在-20 ℃冷库中储存等待使用。样品分析前,在4 ℃条件下解冻24 h,进行各项指标的检测和感官品评。

TA.XT Plus型质构仪英国Stable Micro System公司;YYW-2 型应变式控制式无侧限压力仪南京土壤仪器厂有限公司;HH-4 数显恒温水浴锅江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司;JR-1 针式温度计广州乐享电子有限公司;GH-820 平扒炉广州市新粤海西厨设备厂;DZ-500/2S型真空包装机山东省诸城市正泰机械有限责任公司。

1.2实验方法

1.2.1理化指标的测定持水力:按照NY/T 1333-1007《畜禽肉质的测定》[12]中压力法失水率的测定方法进行测定;pH:pH计校准后插入肉样中进行测定,取三次平行测定的均值作为该肉样的pH;蒸煮损失测定:取约200 g的肉块,精确称重计作W1;用热收缩膜真空包装后于80 ℃下蒸煮熟制,直至中心温度达到70 ℃,解开包装,待冷却晾干后,称重计作W2,蒸煮损失:蒸煮损失(%)=(W1-W2)/W1×100;剪切力:按照NY/T 1180-2006《肉嫩度的测定 剪切力测定法》[13]进行测定;蛋白质:按照 GB/T 5009.5-2003《食品中蛋白质的测定》[14]进行测定;脂肪:按照GB/T 9695.7-2008《肉与肉制品 总脂肪含量测定》[15]进行测定;水分:按照GB/T 9695.15-2008《肉与肉制品 水分含量测定》[16]进行测定;样品间变异系数:CV(%)=(标准偏差/平均值)×100。

1.2.2感官评定每块采集的部位肉分别从前中后,取下3块1.27 cm厚的牛排,通过电平扒炉加热。牛排中心温度通过JR-1针式温度计进行记录。电平扒炉温度维持在210 ℃,直到中心温度达到72 ℃为止[17]。煎好后的牛排,保存在铝箔内,直到感官评定前再取出。牛排切成2.25 cm3(1.5 cm×1.5 cm×1.0 cm)左右大小的肉块,每次感官评定的牛排都随机的进行编号。本次实验总共有110名消费者参与,消费者被分为10组(11人/组),平均每个样品由11名消费者进行评价,每名消费者评价5个样品。品评代码根据计算机随机编码,样品采用正五边形摆放,评定完一个样品后为每位消费者提供纯净水清理口腔[18]。所有的消费者对煎制牛排进行嫩度、多汁性、滋味、残渣量、总体可受性的评定,本次评定采用9分标度法[19](1=极不喜欢,2=非常不喜欢,3=很不喜欢,4=比较不喜欢,5=一般,6=比较喜欢,7=很喜欢,8=非常喜欢,9=极喜欢)。

1.3数据分析

采用SAS 9.2统计分析软件对实验数据进行统计分析,对感官评价平均值与仪器测定结果进行方差分析;计算感官评价指标与皮尔逊(Pearson)相关系数;分析得到牛肉感官评价总分,并计算出感官评价指标与仪器参数之间线性相关性方程,通过决定性系数R2来确定回归方程的相关显著性和实用性。其中,预测方程的因变量别为感官测定得到的多汁性、嫩度、风味、残渣量和总体可接受性,自变量分别为肌内脂肪、水分含量、剪切力、持水力和蛋白质。

2　结果与分析

2.1牛肉理化指标、感官评定结果

牛肉理化指标与感官评定数据的描述性统计参数见表1,理化指标中脂肪表现出最大的变异程度(CV=0.70),pH的变异程度最小(CV=0.036);感官评定分析中嫩度和风味分别具有最大和最小的变异系数(CV=0.21和CV=0.18);而感官评定各指标的变异程度相差不大(CV=0.18～0.21),牛肉各理化指标的变异程度相差较大(CV=0.036～0.70)，这从一个侧面反映了人类感官和仪器在灵敏性上的差异。

2.2牛肉感官指标之间相关性分析

牛肉各感官评价指标之间的Person相关系数见表2,各个感官指标之间均极显著正相关(p<0.01)。嫩度与多汁性、风味、总体评价的相关系数均大于0.8,其中多汁性和总体评价的相关性最强,相关系数为0.95,其次是嫩度和风味。Behrends等[20]研究了美国牛后臀肉的质量等级和腌制方式对消费者满意度的影响,风味和总体评价相关性最强,相关系数为0.87,其次是嫩度和多汁性。Thompson[21]对3613块差异性外脊样本的嫩度、多汁性、风味、总体可受性和脂肪含量研究结果显示,嫩度、多汁性、风味和总体可受性之间显著相关(相关系数r≥ 0.86),且各指标均与肌间脂肪含量显著相关(p<0.05)。本实验感官指标之间的相关性结果与Thompson的研究结果一致,但其相关系数高于本实验的结果,造成感官评定指标之间相关性的差异可能是中西方消费者对牛肉感官指标的嗜好性不同造成的。

表1　牛肉理化指标、感官测定数据统计量(n=50)

表2　感官评定指标之间的皮尔逊相关系数

注:**在0.01水平(双侧)上显著相关,*在0.05 水平(双侧)上显著相关，表3、表4同。

2.3牛肉理化指标之间的相关性分析

表3　牛肉理化指标的相关性分析

牛肉各理化评价指标之间的Person相关系数见表3,脂肪、持水力、蛋白质、pH均与剪切力极显著相关(p<0.01),其中pH与剪切力的相关性最强,相关系数为0.72,其次为持水力和蛋白质,相关系数分别为0.60和0.53。水分、蛋白质、剪切力和脂肪之间具有较强的负相关性(p<0.01),其中水分与脂肪的相关性最强,相关系数为-0.88。一般认为,脂肪含量与水分呈负相关性[22-23]。Liang等[24]也得出脂肪和水分、剪切力具有显著的负相关性(p<0.05),其中脂肪和水分相关系数为-0.83(弱于本实验的-0.88),脂肪与剪切力的相关系数为-0.54(强于本实验的-0.42)。Ueda等[25]也得出了相似的结论,他研究了脂肪沉积对日本和牛肉品质的影响,得出脂肪含量和水分含量的相关系数为-0.97,强于本实验的-0.88。这可能是由于实验中所取牛肉样品差异造成的。

2.4牛肉理化指标和感官评定指标之间的相关性分析

感官评定与理化指标之间的相关性结果见表4。感官评定与理化指标之间具有一定相关性,特别是剪切力和感官评定的嫩度(r=-0.65,p<0.01)、风味(r=-0.55,p<0.01)、多汁性(r=-0.48,p<0.01)、总可接受性体(r=-0.46,p<0.01)之间达到了极显著负相关。脂肪和感官评定的嫩度(r=0.59,p<0.01)、风味(r=0.73,p<0.01)、总体可接受性(r=0.55,p<0.01)之间达到了极显著正相关。一般来说,牛肉的理化成分影响其感官特性,如肌内脂肪与牛肉的适口性具有正相关性[26],剪切力与感官嫩度具有负相关性[17]。Okumura等[27]研究了日本黑牛背最长肌脂肪含量对感官特性的影响,其得出随着脂肪含量的增加,牛肉的多汁性和总体可受性也随之提高,但是对风味没有影响。本实验多汁性和总体可受性的结果与Okumura等[27]人的结果一致,但是本实验中脂肪与风味呈较强的正相关性(r=0.73,p<0.01),说明脂肪含量的增加能提高风味,这可能是由于中国和日本消费者的喜好差异引起的。

表4　理化指标和感官评定指标之间的皮尔逊相关系数

Destefanis等[6]对牛肉消费者感官评价和剪切力之间的关系进行了研究,得出嫩度和剪切力之间存在极显著负相关性,其相关系数为-0.72。Sullivan和Calkins[28]得出嫩度和剪切力之间的相关系数为-0.84,这比本实验得出的相关性要强(-0.84和-0.65)。造成感官评定的嫩度和剪切力之间相关系数差异的原因很多,例如,参与感官评价的消费者人数和专业程度、选取的部位肉、烹饪方式等。

2.5牛肉理化指标间多重共线性诊断

通过理化指标间的相关性分析发现各个指标间相关程度较高,部分指标之间的相关系数达到了极显著水平(p<0.01)。有的指标之间Pearson相关系数绝对值大于0.70,脂肪、水分、蛋白质均与剪切力间存在较强的相关关系,这说明各变量之间可能存在多重共线性。由于下一步的回归分析将上述牛肉理化指标作为自变量,自变量间如果存在较高的多重共线性就会造成变量的显著性检验失去意义、模型的预测功能失效等问题[29]。这样就不满足回归分析的基本前提,因此在进行回归分析之间必须进行多重共线性诊断。通过尝试性的回归分析计算出各自变量的方差膨胀因子,脂肪、水分、剪切力、pH、蛋白质、持水力、蒸煮损失的方差膨胀因子分别为7.97931、4.85987、2.60945、3.14133、3.36606、3.01863、1.62517。一般认为方差膨胀因子大于10表示有共线性[29],可见理化指标之间不存在共线性,可以直接进行回归分析。

2.6牛肉感官评定指标的逐步回归分析预测模型

表5　牛肉理化指标对感官指标的逐步回归分析

注:a.剪切力;b.脂肪;c.持水力;d.蛋白质;e.蒸煮损失。

以测定的牛肉理化指标作为自变量,感官指标作为因变量,进行逐步回归分析,变量入选和删除显著水平均为0.05,回归分析结果如表5。感官嫩度、多汁性、风味和总体评价经过筛选得到最优回归模型,经显著性检验均具有统计学意义(p<0.05)。方程决定系数R2分别为0.55、0.37、0.68、0.36。罗欣等[30]对我国四个品种育肥牛(和牛×鲁西黄牛,鲁西黄牛,和牛×秦川牛,和牛×延边牛)的五个等级的育肥牛肉品质和感官评定进行了分析,得出牛肉剪切力与消费者嫩度之间的线性回归方程为嫩度=9.24-0.0008×剪切力(R2=0.67)。而本实验中嫩度回归方程的决定系数为0.55,这可能是采用的样品以及统计分析的方法差异造成的。风味的回归系数最高(R2=0.68),预测效果较好,这主要是使用了合理的统计方法以及考虑了脂肪、蛋白质等影响风味的因素。在多汁性和总体评价方面,回归方程的决定系数仅为0.37和0.36,预测效果较差。这可能与目前评定肉质的理化指标有关,这些指标不能完全反映感官评价的多汁性和总体评价,预测模型的准确度还需要进一步的提高。

3　结论

牛肉感官评价指标和理化指标之间具有良好的相关性,其中剪切力、脂肪、水分、蛋白质与感官指标均具有极显著相关性(p<0.01),相关系数绝对值为0.42～0.74,证明了牛肉理化指标和消费者评定值之间线性关系的存在。将测定得到的7项理化指标作为自变量引入回归模型进行逐步回归分析,构建了具有统计意义的感官嫩度、多汁性、风味和总体可接受性的预测模型(p<0.05),方程决定系数R2分别为0.55、0.37、0.68和0.36。其中决定系数达0.68的感官风味模型将肉类感官性状预测模型的预测效果提高到一个新的水平,并证明可以通过统计方法的优化来构建客观、精确、便捷的肉类感官性状评价体系。

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Beef sensory qualities prediction based on stepwise regression method

WANG Yong-feng1,LANG Yu-miao1,FENG Yong-hong1,LI Jing1,ZHANG Wen-hua2,LI Hai-peng1,XIE Peng1,ZHANG Song-shan1,SUN Bao-zhong1,*

(1.Institute of Animal Sciences,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100193,China;2.XiaHua Muslem Meat Food Co.,Ltd.,Ningxia,Zhongwei 755000,China)

The aim of this study was to analyze the correlation between sensory qualities and physiochemical properties of beef,and to establish validate model for predict sensory quality. Longissimus doris,rectus femoralis,biceps femoralis,vastus lateralis,vastus intermedius and tritip muscle from 9 cows(total 54 samples)were selected and consumer sensory evaluation and physiochemical properties were measured. Linear relationship between physiochemical properties and sensory evaluation were analyzed. The results showed that most of the physiochemical properties were significantly or marked significantly correlated(p<0.05 orp<0.01)with sensory evaluation. Stepwise regression analysis was used to generate prediction equations with the data of physiochemical traits as independent variables respectively and the data of sensory analysis as dependent variable. The prediction equations of sensory tenderness,juiciness,flavor and overall liking were of significance in statistics and the determination coefficients were 0.55,0.37,0.68 and 0.36,respectively. The sensory qualities of beef could be well described by the validate model.

beef;sensory qualities;physiochemical properties;stepwise regression;model

2016-01-08

王勇峰(1990-)，男，硕士研究生，研究方向:畜产品加工，E-mail：wangyongfeng90@163.com。

孙宝忠(1964-)，男，博士，研究员，主要从事肉品质量与安全，E-mail：baozhongsun@163.com。

国家现代农业(肉牛牦牛)产业技术体系资助项目(CARS-38)。

TS251.1

A

1002-0306(2016)13-0067-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.13.005