鉏曉艷，王偉瓊，熊光權(quán)*

（湖北省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所，湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430064）

模糊數(shù)學評價和主成分分析電子束輻照處理后的鱸魚品質(zhì)

鉏曉艷，王偉瓊，熊光權(quán)*

（湖北省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工與核農(nóng)技術(shù)研究所，湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心，湖北 武漢 430064）

電子加速器放射出的β射線對食品具有殺菌和保鮮的作用。為系統(tǒng)評價電子束輻照劑量對鱸魚品質(zhì)的影響，對鱸魚進行8 個梯度劑量（0.00、2.45、3.33、4.41、5.27、6.64、7.24、8.56 kGy）的輻照，然后通過感官評價和模糊數(shù)學矩陣來計算感官評價綜合隸屬度，并采用Pearson相關(guān)系數(shù)和主成分載荷分析確定魚肉質(zhì)構(gòu)的主要代表因素。模糊數(shù)學感官評價結(jié)果顯示，劑量越大，感官評價隸屬度等級越低；輻照2.45、3.33、4.41 kGy時，魚肉樣品感官評價的綜合隸屬度較接近1級。質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果及主成分分析表明，咀嚼度、彈性和膠著度是輻照后魚肉的質(zhì)構(gòu)代表因素，其值隨劑量變化有所波動；劑量低于4.41 kGy時，對魚肉質(zhì)構(gòu)的影響無統(tǒng)計學差異（P＞0.05）。綜上所述，電子束輻照劑量低于4.41 kGy時，能最大限度保持鱸魚肉產(chǎn)品感官品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性。

電子束輻照；鱸魚；感官；質(zhì)構(gòu)

我國是世界淡水魚養(yǎng)殖大國，淡水魚產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的60%以上。我國名優(yōu)淡水魚養(yǎng)殖從20世紀90年代中期開始，起步較晚，但發(fā)展迅速，目前已成為世界最大的名優(yōu)淡水魚養(yǎng)殖國。鱸魚（Micropterus salmoides），屬鱸形目，鱸亞目，鱸屬，是我國名優(yōu)魚類之一[1]。其肉質(zhì)細嫩，營養(yǎng)豐富，且骨刺較少，適于工業(yè)化加工和生產(chǎn)[2-3]，但加工過程如高溫高壓滅菌會導致產(chǎn)品品相不佳、營養(yǎng)損失等問題[4]。

電子束輻照技術(shù)可常溫或低溫進行，是提高肉制品衛(wèi)生安全、延長保質(zhì)期、保留食品營養(yǎng)成分最有效的方式之一[5-7]。目前電子束輻照肉類研究多集中在畜禽制品，如3 kGy以內(nèi)輻照即食雞肉香腸，其品相、質(zhì)地、變化較小[8]；4～6 kGy電子束處理能有效延長冷鮮肉保質(zhì)期，并對其品質(zhì)無明顯影響[9]。由于淡水魚水分含量高達70%以上，富含不飽和脂肪酸[10]，對電子束輻照敏感性遠高于畜禽肉類[11]，易發(fā)生口感下降和輻照異味等問題。如何在控制輻照劑量的同時，最大限度保持魚肉品相、風味和質(zhì)構(gòu)特性是本研究的關(guān)鍵。

本實驗以鱸魚為原材料，進行不同劑量電子束輻照對魚肉品質(zhì)影響的研究。采用模糊數(shù)學綜合評價法分析劑量對魚肉感官指標的影響，采用Pearson相關(guān)性檢驗以及主成分分析法研究輻照劑量與魚肉質(zhì)構(gòu)之間的量效關(guān)系。研究結(jié)果可為電子束輻照技術(shù)在淡水魚保鮮（滅菌）中的研究與應用提供最高耐受劑量依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

鱸魚（體質(zhì)量約750 g）、食用鹽均購于武漢市武商量販。

TA-XT Plus型食品物性測試儀 英國Stable Micro System公司；10MeV-20KW電子直線加速器 武漢愛邦高能技術(shù)有限公司。

1.2 方法

1.2.1 樣品制備及電子束輻照處理

鱸魚洗凈，制成約1 cm厚度的魚塊，添加質(zhì)量分數(shù)1%食用鹽腌制1 h，汽烹至7 成熟，冷卻，置低密度聚乙烯包裝袋中真空包裝，-20 ℃冰箱冷凍備用。設定0～8 kGy 8 個梯度劑量，樣品接受電子束輻照并跟蹤重鉻酸銀劑量，實測劑量分別為：0.00、2.45、3.33、4.41、5.27、6.64、7.24、8.56 kGy。

1.2.2 感官評價

根據(jù)Braghieri等[12]的方法略作改動，將不同方式處理好的魚塊按照隨機數(shù)表編號，挑選10 人經(jīng)培訓組成感官評定小組。評定員評定完一個樣品后用純凈水漱口，10 min后進行下一個樣品評定。評定員對樣品的色澤、口感、風味3 個因素進行評價，按照等級評價出好、中、差，評價標準見表1。

表1 鱸魚樣品感官評價等級標準Table 1 Criteria for sensory evaluation of largemouth bass

1.2.3 模糊數(shù)學模型的建立

以色澤、口感、風味為因素集，以好、中、差為評語集，根據(jù)感官評定結(jié)果，建立3個單因素評價矩陣，用模糊數(shù)學評價方法對其進行分析[13]。分別設定因素集為U={色澤u1，口感u2，風味u3}；評語集為V={好v1，中v2，差v3}；權(quán)重集為W={色澤0.3，口感0.3，風味0.4}。

10 名感官評判員根據(jù)表1對8 個樣品的3 個因素進行等級確定，記錄每個等級的票數(shù)分布，再將票數(shù)除以評判人數(shù)（10 人），折算為贊成的比率。將比率排列組合得到樣品模糊評判矩陣，根據(jù)模糊矩陣得到綜合評價結(jié)果Yj（即第j號樣品感官評價為好、中、差的贊成比率）[14]。Yj計算公式如下：

式中：Rj為比率排列組合得到第j號樣品模糊評判矩陣；W為權(quán)重。

1.2.4 魚肉質(zhì)構(gòu)特性的測定

將肉樣沿著平行纖維的方向取2 cm高的肉樣，汽烹3 min，冷卻后用TA-XT Plus質(zhì)構(gòu)儀測定質(zhì)構(gòu)特性（texture profile analysis，TPA）。測定條件：探頭P/36R，模式TPA，測試前速率2.0 mm/s，測試速率1.0 mm/s，測試后速率1.0 mm/s，強度75%[15-16]。每個樣品平行測定5 次。選取的6 個分析指標為硬度、彈性、膠著度、咀嚼度、內(nèi)聚性、回復性。

1.3 數(shù)據(jù)分析

以Microsoft Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)整理，表格及圖制作。采用SPSS 18.0軟件對數(shù)據(jù)進行顯著性分析（最小顯著性差異法），并運用Pearson相關(guān)檢驗以及主成分分析對TPA質(zhì)構(gòu)參數(shù)進行相關(guān)性和主成分分析。數(shù)據(jù)以±s表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 輻照劑量對鱸魚感官評價的影響

根據(jù)感官評價結(jié)果（表2），隨著輻照劑量的增加，色澤評分為“好”的比率下降，“差”的比率上升；輻照劑量小于5.27 kGy時，70%的評定員認為色澤可以接受。口感方面，劑量小于6.64 kGy時，“好”和“中”

表2 鱸魚樣品感官評價票數(shù)分布Table 2 Vote distribution in sensory evaluation of largemouth bass

2.2 模糊數(shù)學評判矩陣的建立及綜合感官評價結(jié)果的計算

由表2可得，魚肉樣品的模糊評判矩陣Rj，Rj由樣品j的色澤、口感、氣味在評分等級“好”、“中”、“差”中的票數(shù)比率組成[17]。

用矩陣乘法計算樣品各類評語集的等級隸屬度Yj=W×Rj，可得鱸魚感官質(zhì)量評價結(jié)果如下：

y1=0.3×0.6+0.3×0.2+0.4×0.9=0.60；y2=0.3×0.4+ 0.3×0.6+0.4×0.1=0.34；y3=0.3×0.0+0.3×0.2+ 0.4×0.0=0.06。

即Y1={0.60，0.34，0.06}，同理可得輻照出來樣品的綜合評分結(jié)果依次為Y2={0.53，0.38，0.09}；Y3={0.43，0.44，0.13}；Y4={0.39，0.52，0.09}；Y5={0.38，0.33，0.29}；Y6={0.28，0.47，0.25}；Y7={0.15，0.44，0.41}；Y8={0.12，0.43，0.45}。根據(jù)最大隸屬度原則，Y1、Y2、Y5評定級別為好、Y3、Y4、Y6、Y7級別為中，Y8級別為差。其中Y3和Y5與實測結(jié)果出入較大。占比60%以上；超過6.64 kGy，評價員描述為肉質(zhì)偏硬，口感“差”占比50%以上。隨著輻照劑量增加，氣味“好”的比率下降明顯，“中”和“差”比率上升，輻照異味逐漸增加，評價員給分較低；在實驗劑量范圍內(nèi)，風味評價中等以上的評定員占70%。由于各因素結(jié)果相異，因此進一步運用模糊數(shù)學綜合評價法進行分析和驗證。

因此本實驗通過改進方法將評語集{好v1，中v2，差v3}量化為{1，2，3}[14]，對上述結(jié)果進一步加權(quán)求和Hj=∑

i=

n1×Yj，可得綜合等級隸屬度即綜合感官評價結(jié)果。結(jié)果顯示，未輻照組H1=1×0.60+2×0.34+3×0.06＝1.46。同理，輻照組H2=1.56、H3=1.70、H4=1.70、H5=1.91、H6=1.97、H7=2.36、H8=2.33。該結(jié)果顯示未輻照組可評定為1級，輻照組均處于2～3級，但輻照組中H2～H4較接近1級，故在選擇電子束輻照劑量時盡量在0.00～4.41 kGy之間。

2.3 輻照劑量對鱸魚質(zhì)構(gòu)特性的影響

表3 魚肉樣品質(zhì)構(gòu)儀分析測定結(jié)果Table 3 Texture properties of largemouth bass

如表3所示，隨劑量的升高，魚肉TPA各項參數(shù)之間存在共線性現(xiàn)象，硬度、彈性、黏聚性、膠著度、咀嚼性和回復性變化趨勢均為先升高后逐漸降低，輻照劑量達到8.56 kGy時，各參數(shù)值又上升。輻照劑量小于4.41 kGy時，輻照后的魚肉質(zhì)構(gòu)參數(shù)均無顯著差異（P＞0.05），除彈性外各質(zhì)構(gòu)參數(shù)均在5.27 kGy時達到峰值。由于質(zhì)構(gòu)各指標之間存在共線性問題[18]，不利于對魚肉品質(zhì)進行準確評價，因此進一步進行相關(guān)性分析。

2.4 TPA測定結(jié)果相關(guān)性分析

表4 TPA分析指標之間的Pearson相關(guān)系數(shù)Table 4 Pearson correlation coeff i cients among TPA parameters

由表4可知，質(zhì)構(gòu)指標之間存在著線性相關(guān)性。除硬度和彈性、黏聚性，彈性與膠著度、咀嚼度、回復性外，質(zhì)構(gòu)指標之間均存在顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）正相關(guān)。根據(jù)上述相關(guān)性分析可進一步對指標進行分類和篩選。為更好地反映魚肉樣品的質(zhì)構(gòu)特性的貢獻程度，對TPA測定指標結(jié)果進行主成分分析[19]，確定魚肉輻照后影響魚肉質(zhì)構(gòu)主要因素。

2.5 TPA結(jié)果主成分分析

表5 TPA總體方差分析結(jié)果Table 5 Total variance for TPA analysis

魚肉質(zhì)構(gòu)特性通過硬度、彈性、黏聚性、膠著度、咀嚼度及回復性來體現(xiàn)。由表5可知，F(xiàn)1和F2的特征值分別為3.711和1.235，均大于1，且方差貢獻率分別為61.849%和20.586%，累積率達到了82.434%。由此可知，前兩個因子能解釋魚肉樣品的大部分質(zhì)構(gòu)情況[20]，可代替原6 個TPA指標對魚肉樣品質(zhì)構(gòu)特征進行評定。因此取前兩個因子作為反映魚肉質(zhì)構(gòu)整體信息的主成分F1和F2。

采用正交旋轉(zhuǎn)法對TPA數(shù)據(jù)的主成分因子進行旋轉(zhuǎn)[21]，計算各指標的特征向量系數(shù)，構(gòu)建具有統(tǒng)計意義的模型，為更直觀反映魚肉樣品的質(zhì)構(gòu)特性，建立主成分（F1、F2）與魚肉樣品TPA質(zhì)構(gòu)指標之間的數(shù)學方程：F1=0.209X1+0.115X2+0.206X3+0.256X4+0.243X5+ 0.213X6；F2=0.053X1+0.701X2+0.326X3+0.126X4+ 0.307X5+0.314X6。

圖1 主成分載荷圖Fig. 1 Biplot of principal component analysis

由圖1可知，主成分1（F1）載荷較高的是膠著度、咀嚼度、黏聚性、回復性和硬度；主成分2（F2）載荷較高的是彈性。載荷圖表明指標距離原點越遠，其變量被主成分介紹的程度越高，因而對比各因子與原點的距離（di），可知其由大到小的排列順序依次為：咀嚼度（d5=0.978）＞彈性（d2=0.966）＞膠著度（d4=0.963）＞回復性（d6=0.881）＞黏聚性（d3=0.863）＞硬度（d1=0.780）。因此可選擇咀嚼度、彈性及膠著度作為評價電子束輻照對魚肉樣品影響的重要指標。

3 討 論

3.1 模糊數(shù)學法綜合評價魚肉感官

感官評價是衡量肉制品品質(zhì)的重要標準之一，但感官品質(zhì)如口感、色澤和風味在描述方面具有個體差異和模糊性。模糊數(shù)學綜合評價法可以對模糊概念或事物進行定量化和數(shù)學化分析[22]。有學者用該方法分析魷魚[13]、羊肉[23]、豬肉丸[24]等產(chǎn)品的感官評價結(jié)果并優(yōu)化了工藝，但將該方法應用于名優(yōu)淡水魚還鮮見報道。

本實驗采用模糊數(shù)學綜合評價法對不同劑量處理的魚肉樣品的感官評價結(jié)果進行計算和分析。結(jié)果顯示，根據(jù)最大隸屬度原則，Y1、Y2、Y5評定級別為好，Y3、Y4、Y6、Y7級別為中，Y8級別為差。發(fā)現(xiàn)Y3和Y5計算結(jié)果與實際情況并不相符，可能因為最大隸屬度原則具有排他性，只考慮模糊集隸屬度，沒有考慮模糊余集隸屬度，因此結(jié)果不能全面表征樣品的等級[25]。本研究通過量化評語集的方法[14]，把Yj看成樣本對評語集歸屬的權(quán)重，然后通過公式加權(quán)求和，其結(jié)果與1～3中哪一級別接近就判樣本接近哪一級別。得出H1=1.46、H2=1.56、H3=1.70、H4=1.70、H5=1.91、H6=1.97、H7=2.36、H8=2.33。由于輻照組中H2～H4較接近1級，因此判定輻照劑量小于4.41 kGy時，感官綜合評價結(jié)果較好。

3.2 主成分分析魚肉質(zhì)構(gòu)參數(shù)

質(zhì)構(gòu)特性是食品重要的物理特性，可反映食品的質(zhì)地品質(zhì)。通常利用質(zhì)構(gòu)儀進行分析，也是對感官評價結(jié)果的驗證。研究表明，利用質(zhì)構(gòu)儀測定咸魚[18]、脆肉鯇[19]和肉丸[20]的質(zhì)構(gòu)特性并進行相關(guān)分析，可得到具有統(tǒng)計意義的預測方程。本實驗選取6 個TPA指標硬度、彈性、膠著度、咀嚼度、內(nèi)聚性和回復性進行儀器測定，并進行主成分載荷分析。主成分載荷反映了各指標對主成分的貢獻率的大小[26]。載荷圖中指標空間上距離越近，則變量間正相關(guān)度越高；而在某個坐標軸附近的變量只在該主成分上有較高的載荷。結(jié)果顯示咀嚼度、彈性及膠著度為評價輻照劑量對魚肉樣品主成分影響的主要指標。

咀嚼度反映了咀嚼食物所需要的能量，值越高，樣品發(fā)生斷裂所需的變形量越大[27]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨輻照劑量的增加（0.00～8.56 kGy），組間差異不顯著性（P＞0.05），但咀嚼度呈上升趨勢。這可能是由于隨輻照劑量的升高，魚肉蛋白結(jié)構(gòu)變化持水性逐漸降低[28]，進而使其咀嚼度變大的緣故。魚肉彈性是表示樣品恢復形狀的能力，與魚體的柔軟性和組織狀態(tài)密切相關(guān)[29]，膠著度是剪切食物時最先感觸到的抵抗力[30]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨輻照劑量的增加，彈性（0.00～8.56 kGy）與膠著度（0.00～4.41 kGy）各處理組間無顯著性差異（P＞0.05）。因此，在劑量小于4.41 kGy時，電子束輻照對樣品以咀嚼度、彈性和膠著度所代表的質(zhì)構(gòu)影響較小，該結(jié)果與感官評價結(jié)果相符。

4 結(jié) 論

隨著輻照劑量的增加，口感、色澤、氣味評價為“好”的比率明顯下降。根據(jù)模糊數(shù)學綜合評價法的計算結(jié)果，魚肉感官評價的綜合隸屬度除對照組（H1）外，H2～H4較接近1級，因此輻照劑量小于4.41 kGy時，感官綜合評價結(jié)果較好。根據(jù)TPA指標之間的Pearson相關(guān)系數(shù)結(jié)果和主成分載荷分析，咀嚼度、彈性及膠著度為評價輻照劑量對魚肉樣品影響的主要指標，但在劑量小于4.41 kGy時，電子束輻照對樣品以該3 個指標為代表的質(zhì)構(gòu)影響較小。因此，綜合考慮口感、色澤、風味和質(zhì)構(gòu)，鱸魚肉其輻照的適宜工藝劑量應盡量小于4.41 kGy，此劑量范圍內(nèi)可最大程度保持鱸魚原本的良好品質(zhì)。

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Fuzzy Mathematic Evaluation and Principal Component Analysis for Quality Evaluation of Largemouth Bass (Micropterus salmoides) Irradiated by Electron Beam

ZU Xiaoyan, WANG Weiqiong, XIONG Guangquan*
(Hubei Innovation Center of Agricultural Science and Technology, Institute for Farm Products Processing and Nuclear-Agricultural Technology, Hubei Academy of Agricultural Sciences, Wuhan 430064, China)

Beta ray emitted by electron accelerator can sterilize and preserve foods. This study was undertaken to evaluate the effect of electron beam irradiation at different doses (0.00, 2.45, 3.33, 4.41, 5.27, 6.64, 7.24 and 8.56 kGy) on the quality of largemouth bass (Micropterus salmoides). Sensory evaluation was conducted and then the results were used to establish a fuzzy matrix to calculate the membership degree for comprehensive evaluation. The main representative textural characteristics were determined by Pearson correlation coeff i cients and principal component analysis. The results of sensory evaluation using fuzzy mathematics showed that the membership degree decreased with increasing dose of irradiation. upon irradiation at 2.45, 3.33 and 4.41 kGy, the membership degrees were all close to level one. Chewiness, springiness and gumminess were the major representative textural characteristics, whose values fl uctuated with irradiation dose. But the textural characteristics were not statistically different with increasing dose up to 4.41 kG (P ＞ 0.05). In conclusion, electron beam irradiation at a dose below 4.41 kGy can maximally maintain the sensory quality and texture of largemouth bass.

electron beam irradiation; Micropterus salmoides; sensory quality; texture

10.7506/spkx1002-6630-201715007

TS254.4

A

1002-6630（2017）15-0038-05

鉏曉艷, 王偉瓊, 熊光權(quán). 模糊數(shù)學評價和主成分分析電子束輻照處理后的鱸魚品質(zhì)[J]. 食品科學, 2017, 38(15): 38-42. DOI:10.7506/spkx1002-6630-201715007. http://www.spkx.net.cn

ZU Xiaoyan, WANG Weiqiong, XIONG Guangquan. Fuzzy mathematic evaluation and principal component analysis for quality evaluation of largemouth bass (Micropterus salmoides) irradiated by electron beam[J]. Food Science, 2017, 38(15): 38-42. (in Chinese with English abstract)

10.7506/spkx1002-6630-201715007. http://www.spkx.net.cn

2016-06-22

國家自然科學基金青年科學基金項目（111605052）；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（特色淡水魚）產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設專項（CARS-46）；湖北省重大科技創(chuàng)新計劃項目（2015ABA038）；湖北省農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新中心項目（2017-620-000-001-036）；湖北省農(nóng)業(yè)科學院扶持性項目（2016fcz05）

鉏曉艷（1981—），女，副研究員，博士，研究方向為食品科學。E-mail：50655819@qq.com

*通信作者：熊光權(quán)（1965—），男，研究員，本科，研究方向為淡水產(chǎn)品深加工。E-mail：xiongguangquan@163.com