利用硬度_脆性和黏着性对火腿肠等级的判别分析
中国农业科学 2010,43(10):2182-2188
Scientia Agricultura Sinica doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2010.10.027 利用硬度、脆性和黏着性对火腿肠等级的判别分析
郝红涛，赵改名，柳艳霞，李苗云，赵光辉，冯 坤
（河南农业大学食品科学技术学院，郑州 450002）
摘要：【目的】研究利用质构指标代替感官评分在火腿肠等级验证判别方面应用的可行性。【方法】利用质构分析（texture profile analysis, TPA）和感官评分法对不同等级火腿肠的硬度、黏着性和脆性进行评定，并用判别分析方法研究以感官评分和质构数据建立的判别函数判断火腿肠等级的能力。【结果】利用硬度、脆性和黏着性的感官评分和质构数据建立的火腿肠等级判别函数，对火腿肠等级的判别正确率分别为92.2%和100.0%；
以进入模型的硬度感官得分（X1）、脆性感官得分（X2）和黏着性感官得分（X3）为基础，建立的特级（Y1）、优级（Y2）和普通级（Y3）火腿肠的Fisher线性判别函数为：Y1=6.548 X1+ 3.498 X2+ 7.525 X3﹣68.989，Y2=4.608 X1+ 2.652 X2+ 6.457 X3﹣44.049,Y3=3.162 X1+ 1.392 X2+ 3.459 X3﹣15.176；以进入模型的硬度值（X4）、脆性值（X5）和黏着性值（X6）为基础，建立的3个等级火腿肠的Fisher线性判别函数为：Y1=1.009 X4-0.255 X5-10.866 X6-3377.048, Y2=0.867 X4-0.233 X5-9.026 X6-2671.609, Y3=0.976 X4-0.244 X5-10.799 X6-3582.754，将待测样品的质构特性代入对应方程，根据分值大小判断其所属类别，哪个分值大就属于哪一类。【结论】仅从火腿肠的物理特性考虑，在判别火腿肠的等级时可以用质构指标取代感官评定。
关键词：感官评定；质构分析；硬度；脆性；黏着性；判别分析
Discriminant Analysis of the Grades of Ham Sausages Based on Hardness, Fracturability and Adhesiveness Properties
HAO Hong-tao, ZHAO Gai-ming, LIU Yan-xia, LI Miao-yun, ZHAO Guang-hui, FENG Kun (College of Food Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002)
Abstract: 【Objective】 The possibility of the application of texture profile analysis in distinguishing the grades of ham sausages replacing sensory evaluation was discussed. 【Method】The hardness, fracturability and adhesiveness of ham sausages of different grades were measured using sensory evaluation and instrumental measurement (texture profile analysis, TPA), and the capability of discriminating the grades of ham sausages by using discriminat functions established on data of the fracturability and adhesiveness was studied. 【Result】The results showed that the discriminant accuracies of the established discriminant functions by hardness,fracturability and adhesiveness were 92.2% and 100.0%, respectively. The Fisher linear functions of premium, excellent and general class ham sausages founded were Y1=6.548 X1+ 3.498 X2+ 7.525 X3-68.989, Y2=4.608 X1+ 2.652 X2+ 6.457 X3-44.049, Y3=3.162 X1+ 1.392 X2+ 3.459 X3-15.176, respectively, based on sensory evaluation of hardness, fracturability and adhesiveness, and the Fisher linear functions based on hardness, fracturability and adhesiveness values were Y1=1.009 X4-0.255 X5-10.866 X6-3377.048, Y2=0.867 X4-0.233 X5-9.026 X6-2671.609, Y3=0.976 X4-0.244 X5-10.799 X6-3582.754. The grade distinguished as follows: the texture characteristics of sample were put into the functions , the grade was determined by the Y value，the biggest value represented the grade of sample. 【Conclusion】It is suggested that the current sensory evaluation methods could be replaced by instrumental measurement in distinguishing the grades of ham sausages, when considered physical properties only.
Key words: sensory evaluation; texture profile analysis; hardness; fracturability; adhesiveness; discriminant analysis
收稿日期：2009-08-06；接受日期：2010-04-01
基金项目：国家“十一五”科技支撑计划项目（2007BBAD70B02）
作者简介：郝红涛，硕士研究生。Tel：0371-********；E-mail：hht61636459@https://www.360docs.net/doc/ac18212104.html,。通信作者赵改名，副教授，博士。Tel：0371-********；Fax：0371-********；E-mail：gmzhao@https://www.360docs.net/doc/ac18212104.html,
10期郝红涛等：利用硬度、脆性和黏着性对火腿肠等级的判别分析 2183
0 引言
【研究意义】质地特性如硬度、脆性和黏着性等是火腿肠极其重要的物理特性，是消费者评价其质量好坏的重要参考依据。国内外多年来一直沿用感官评价来对其进行评价，但感官评价易受食品本身质地、评价员的嗜好、情绪、健康状况等不稳定因子影响，并且一些描述制品质构特性的术语如脆和黏、硬和软等很难界定，在感官评定时产生的人为误差较大, 存在一定的缺陷，不能准确反映制品的质构特性。因此，研究利用其它方法代替感官评分在火腿肠等级验证判别方面应用的可行性有重要意义。【前人研究进展】董庆利等[1]尝试应用BP神经网络改进熏煮香肠质构的感官评定预测，虽然数学检验结果的准确度和拟合性较感官评分有所提高，但其数学检验结果范围还有待被广泛认可和接受。也有学者[2-4]通过对食品的硬度、脆性和黏着性等反映食品质地特性的力学参数进行量化，并对评分标准上的每个点都选择一种适当的、具有稳定性的食品来代表，以利于对感官评定人员进行培训，然而，由于所建标准中样品受地域限制或是归属不同类别，与某一特属产品的物理性状差异较大，已有的质地感官评定评分标准并没有在食品的质量控制及品质评定中进行实际应用。近年来，通过仪器测量物理性质反映制品质构，从而使质构的感官评价信息可以用客观的方法相互沟通或传递，能够弥补感官评价的缺陷，逐渐成为质构测量的发展方向[5-6]。【本研究切入点】大量研究表明[6-8]，反映不同等级火腿肠质构特性的机械测定值和感官评分有较强的相关性，但目前对不同等级火腿肠的质构特性的评价仍以主观判断为主，对其缺乏系统、准确的定量研究是制约其质量提高的瓶颈，而应用质构值区分制品质量等级的研究还未见报道。鉴于此，本试验通过对火腿肠的硬度、脆性和黏着性进行感官评价，同时利用质构分析法测定其硬度、脆性和黏着性值，采用判别分析法进行火腿肠等级分类研究。【拟解决的关键问题】探索利用质构指标代替感官评分在火腿肠等级验证判别方面应用的可行性，为建立各质构特性对应的量化指标及其判别提供基础。
1 材料与方法
1.1 试验材料
1.1.1 原辅料 猪后腿肉、肥膘（市售）；不同等级火腿肠（市售）；7路猪肠衣、白糖、食盐、五香粉、白胡椒、味精等。
1.1.2 添加剂 异Vc（D-异抗坏血酸钠，江西德兴市百勤异Vc钠有限公司）、亚硝酸钠（湖北大学化工厂）、大豆组织蛋白（漯河市益兴植物蛋白有限公司）、卡拉胶（上海大众海洋产业有限公司）、木薯变性淀粉（Best510型，三明百事达淀粉有限公司）、增脆素（广州市雅道食品有限公司）。
1.1.3 主要仪器与设备 TA-XT2i质构仪（Texture Analyzer, Stable Micro Systems,UK）、灌肠机（百诚润和机械有限公司）、绞肉机（C12型，韶关市新通力食品机械有限公司）和打浆机（九阳机械制造厂）。
1.2 试验方法
以灌肠为试验载体，依据淀粉[9-10]、组织蛋白[11-12]和增脆素（主要成分磷酸盐）[13-14]、卡拉胶[15]等在肉品加工中的应用机理及其对制品质构特性的作用效果，通过大量研究，设计出具有一定梯度的硬度、脆性和黏着性的工艺配方（表1），并利用这些配方制得的灌肠作为代表样品对所选定的感官评定人员进行培训。
1.2.1 硬度、脆性和黏着性的感官评定 根据产品的硬度、脆性和黏着性特性制定了相应的感官评定标准（表2）。
本试验感官评定在食品感评室完成，由24人组成评定小组。为了减少从测定到形成概念之间的许多因子如嗜好与偏爱对检验结果的影响，用双盲法进行检验，对样品进行密码编号（采用3位随机数字），检验样品也随机化，评定采用1—10分制，评定后剔除异常数据。受试样品规格为：高12 mm，直径25 mm 的圆柱体。感评室的温度维持在22℃，每次评定由评定成员单独进行，相互不接触交流，每个样品评定之间用清水漱口。
1.2.2 质构分析法测定火腿肠的硬度、脆性和黏着 性 采用TA-XT2i质构仪在环境温度为22℃的条件下测定。Texture profile analysis（简称TPA）测定条件：P50探头；测前、测试和测后速度分别为2.0、0.8和0.8 mm·s-1；测定间隔时间5 s；压缩比75%。TPA 结果采用TPA-macro分析。
1.3 数据分析
利用SPSS10.0 软件，分别对硬度、脆性和黏着性的感官评分和质构值进行判别分析，同时建立判别函数并进行回代检验及交叉验证。
2 结果
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表1 不同梯度硬度、脆性和黏着性灌肠的配方
Table 1 Hardness, fracturability and adhesiveness formulations of the experimental design with different gradient (g)
1) 各特性值与代表样品大致相同取分值下限，大于时取分值上限
1) the score was low limits of the criteria for evaluation when the texture characteristics of sample was equal to these of representative sample almost, and the score was upper limits when it bigger than representative sample
10期 郝红涛等：利用硬度、脆性和黏着性对火腿肠等级的判别分析 2185
2.1 综合火腿肠硬度、脆性和黏着性感官评分的判别
分析
以硬度、脆性和黏着性的感官评分为变量对火腿肠的等级进行判别分析，得到Y 1和Y 2两个典则判别函数，典则判别函数的特征值分别为7.308和0.174，其中判别函数Y 1能够解释97.7%的方差变化，包含了火腿肠硬度、脆性和黏着性感官评分的所有信息，能够描述各等级火腿肠硬度、脆性和黏着性间的差异与联系。
Y 1=0.515 X 1+0.330 X 2+0.651 X 3–8.718 Y 2=0.771 X 1+0.064 X 2–0.527 X 3–0.136 式中，X 1、X 2和X 3分别代表硬度、脆性和黏着性的感官评分值，下同。
通过对典则判别函数判别结果的方差分析，判别方程Y 1和Y 2的判别能力都是显著的（P ＜0.05）。表3是判别分类结果的统计评价，它给出了全部样品和交叉验证建立判别方程的正确分类的样品数和准确率。
从表3中可以看出，判别方程对样本回判正确率和交叉验证正确率分别为96.1%和92.2%，判别效果良好。图1为典则判别分析结果的判别分数区域散点图，表示各等级间的相对关系，两个典则变量的坐标可以较好地区分各个等级。
表3 利用感官评分检验样本的判别结果
Table 3 Classification results of tested samples by the sensory evaluation
判别类别 Predicted group membership
检验方式 Verify mode 等级类别 Grade category 特级 Premium
优级 Excellent
普通级 General
总计 Total 正确分类
Sort accurately 准确率
Accuracy rate
特级 Premium 17 0 0 17 17 100.0% 优级 Excellent 1 15 1 17 15 88.2% 普通级 General 0 0 17 17 17 100.0% 回代判别 Original group case
总计 Total
18 15 18 51 49 96.1% 特级 Premium 16 1 0 17 16 94.1% 优级 Excellent 1 15 1 17 15 88.2% 普通级 General 0 1 16 17 16 94.1% 交叉验证 Cross-validated case
总计 Total
17
17
17
51
47
92.2%
图1 综合硬度、脆性和黏着性感官评分的群体散点鉴别图
Fig. 1 All groups scatter plot based on discriminant of the sensory evaluation of hardness, fracturability and adhesiveness
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从图1可以看出，用取得的典则判别方程基本上区分出了样本的3个等级，3个等级的判别函数得分值在分布上能各自成群，但仍出现了小部分交叠，表明进入方程的硬度、脆性和黏着性的感官得分能够反映各等级火腿肠的硬度、脆性和黏着性特性，但准确度还有一定的偏差。典则判别函数直观描述了不同等级火腿肠硬度、脆性和黏着性感官评分之间的关系，但不便于对未知样品所属等级进行客观判断。因此以进入模型的硬度、脆性和黏着性的感官评分为基础，建立了不同等级的Fisher线性判别函数，分别描述了各等级火腿肠硬度、脆性和黏着性感官评分的特征。不同等级火腿肠的Fisher线性判别方程如下：
Y3= 6.548X1+ 3.498X2+ 7.525X3-68.989
Y4= 4.608X1+ 2.652X2+ 6.457X3-44.049
Y5= 3.162X1+ 1.392X2+ 3.459X3-15.176
式中Y3、Y4和Y5分别代表特级、优级和普通级，下同，其判别样品等级的方法为：将某个样品的硬度、脆性和黏着性的感官评分代入方程计算其在各类别上的得分，并根据判别分值多少判断其所属类别，比较不同类的判别分值，哪个分值大就属于哪一类，下同。
2.2 综合火腿肠的硬度、脆性和黏着性质构值的判别
分析
以硬度、脆性和黏着性的质构值为变量对火腿肠的等级进行判别分析，得到Y6和Y7两个典则判别函数，典则判别函数的特征值分别为42.345和6.936，方差贡献率分别为85.9%和14.1%，包含了火腿肠硬度、脆性和黏着性质构值的所有信息，能够描述各等级火腿肠硬度、脆性和黏着性间的差异与联系。
Y6=-0.009 X4+0.001 X5+0.134 X6+76.646
Y7=0.003 X4-0.001 X5+0.017 X6-13.785
式中，X4、X5和X6分别代表样品的硬度、脆性和黏着性值，下同。
通过对典则判别函数判别结果的的方差分析，两个典则判别方程的判别能力都是显著的（P＜0.01）。表4给出了判别分类结果的统计评价。
从表4中可以看出，判别方程对样本回判正确率和交叉验证正确率分别为100.0%和100.0%，判别效果很好。用建立的两个典则判别函数对各样本作散点图（图2）。
由图2可以看出，不同等级的火腿肠在图中有各自的分布区域，建立的典则判别方程有较好的判别精度，用取得的典则判别方程可以很好地将3个等级的样本区分开，表明进入方程的硬度、脆性和黏着性的质构值能够精准地反映各等级火腿肠的硬度、脆性和黏着性特性。为了更准确对未知样品所属等级进行客
图2 综合硬度、脆性和黏着性值的群体散点鉴别图
Fig. 2 All groups scatter plot based on discriminat of the integration of hardness, fracturability and adhesiveness values
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表4 利用机械测定值检验样本的判别结果
Table 4 Classification results of tested samples by the instrumental measurement
判别类别 Predicted group membership
检验方式 Verify mode 等级类别 Grade category 特级 Premium
优级 Excellent
普通级General
总计 Total 正确分类 Sort accurately
准确率 Accuracy rate 特级 Premium 36 0 0 36 36 100.0% 优级 Excellent 0 40 0 40 40 100.0% 普通级 General 0 0 40 40 40 100.0% 回代判别 Original group case
总计 Total
36 40 40 116 116 100.0% 特级 Premium 36 0 0 36 36 100.0% 优级 Excellent 0 40 0 40 40 100.0% 普通级 General 0 0 40 40 40 100.0% 交叉验证 Cross-validated case
总计 Total
36
40
40
116
116
100.0%
观判断，建立了3个Fisher 线性判别方程如下。
Y 3=1.009 X 4-0.255 X 5-10.866 X 6-3377.048 Y 4=0.867 X 4-0.233 X 5-9.026 X 6-2671.609 Y 5=0.976 X 4-0.244 X 5-10.799 X 6-3582.754
3 讨论
蛋白质、淀粉和水分含量等是划分火腿肠等级的重要指标，它们间的相互作用构成了火腿肠的凝胶体系，其因蛋白质、淀粉和水分含量的不同呈现出一定的规律[16-18]。硬度、脆性和黏着性等是火腿肠制品重要的质构特性，是消费者鉴别其质量优劣的直接参考依据。硬度反映的是食品保持形状的内部结合力，脆性是指在咀嚼食品时，牙齿对食品加力进行破碎的过程中所产生的易碎感觉，黏着性则表示食品表面和其它物体（舌、牙、口腔）附着时，剥离它们所需要的力。
本研究以不同等级火腿肠的硬度、脆性和黏着性的感官评分和质构值为基础分别进行判别分析，分别建立了2套典则判别函数及对应的Fisher 线性判别方程。由对火腿肠等级的判别结果可知，利用硬度、脆性和黏着性的感官评分对样本等级判别的回判成功率为96.1%，交叉验证的正确率为92.2%；而以质构分析法所得的硬度、脆性和黏着性值对样本等级判别的回判成功率以及交叉验证的正确率皆为100.0%，这说明利用质构分析方法更能科学准确地区分样品的等级。从图1可以看出，利用感官评分判别样品等级时，3个等级间出现了小部分交叠。这可能与样品间凝胶体系的差异性有关，不同等级火腿肠间的质构特性差异不明显增加了感官评定的难度。这与郭兴凤等[19]研究结果相似，即在蛋白浓度达到一定浓度后，凝胶强度随蛋白浓度的增加趋势才明显。在感官评定过程中，人为误差是制约其判别准确性的重要因子且在操作过
程中很难避免。本试验中采用的感官评定方法为每个评分点提供了代表食品，使得一些质地特性如硬、软、脆和黏等从原来只能抽象感知变为可以定量分析。有了这套相对完整的食品质地感官评定的定量分析基础资料，就可方便普通实验室对感官评定小组成员的培训，为提高质构感官评定的精确性奠定基础。由图2可以发现，各个等级在各自的坐标区域内分布集中，说明了利用硬度、脆性和黏着性的质构值在判别火腿肠等级方面有很高的准确性，利用仪器分析制品的质构特性，简捷、迅速，几乎不受外界条件的干扰，进而克服了感官评定的难点，利用所建立的Fisher 线性判别方程能够准确地判别火腿肠的等级。
事实上，影响产品等级的因子很多，除了质构等物理特性外，还有色泽、风味以及营养成分等其它影响因子，因此，测定质构指标并不能完全取代感官评定方法在判别火腿肠等级方面的应用。采用质构仪能更准确、迅捷地测定样品的质构特性，越来越受到科研工作者的青睐，然而由于对质构特性的研究不够深入，以及在食品行业及相应的标准法规中缺少质构指标与感官指标的对应数据参数和不同产品的质构标准，目前的质构测定结果主要反映在质构仪的实际效用和评价某一种食品的质构特性上，并未在产品开发、生产质量控制及品质评定中得到实际应用。因此，有必要建立各类食品质构特性对应的参考标准，此方面的研究有待深入。
4 结论
以硬度、脆性和黏着性的感官评分和质构值为变量建立的判别方程都能判别火腿肠的等级，但后者的操作性更方便，准确性更高，仅从火腿肠的物理特性考虑，在判别火腿肠的等级时可以用质构指标取代感官评定。
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（责任编辑曲来娥）