徐軼飛，田曉靜，劉麗霞，高丹丹，陳士恩，*，李明生，劉根娣，劉元林

(1.甘肅省食品檢驗研究院，甘肅 蘭州 730030； 2.西北民族大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730030)

多元統(tǒng)計分析在地方豬種肉質(zhì)評價中的應(yīng)用

徐軼飛1，田曉靜2，劉麗霞2，高丹丹2，陳士恩2，*，李明生2，劉根娣2，劉元林2

(1.甘肅省食品檢驗研究院，甘肅 蘭州 730030； 2.西北民族大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730030)

通過對合作蕨麻豬、青海八眉豬、煙臺黑豬和市售大白豬肉品品質(zhì)相關(guān)理化指標與質(zhì)構(gòu)指標的檢測和多元統(tǒng)計分析，實現(xiàn)不同豬種肉質(zhì)差異的綜合評價。以質(zhì)地多面剖析測定獲得質(zhì)構(gòu)指標，以常規(guī)成分含量和色度、嫩度和pH檢測獲得理化指標，分別以理化指標、質(zhì)構(gòu)指標、綜合指標進行主成分分析、典則判別分析和聚類分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，理化指標有利于區(qū)分不同種類肉樣，綜合指標綜合更多相關(guān)信息可以提高結(jié)果區(qū)分度或數(shù)據(jù)點的聚集性，有利于判別相似度較高的肉樣，為快速、客觀地評價肉品品質(zhì)提供新的思路。

地方豬種；肉質(zhì)；主成分分析；典則判別分析；聚類分析；逐步判別分析

自1990年以來，我國肉類產(chǎn)量一直雄居世界第一，2015年肉類總產(chǎn)量達8 625萬t，其中豬肉產(chǎn)量為5 487萬t。我國肉類生產(chǎn)結(jié)構(gòu)一直維持以生豬生產(chǎn)為主的格局，雖然從20世紀80年代至今豬肉在我國肉產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中所占比重逐漸降低，豬肉仍然是國民目前的主要消費肉種。但進口豬種因?qū)Ξa(chǎn)肉性狀進行過度選擇，導(dǎo)致肌肉品質(zhì)的嚴重下降。地方豬種具有適應(yīng)性強、肉質(zhì)好等特點，利用地方豬種雜交改良引進豬種，可提高引進豬種對環(huán)境的適應(yīng)能力，改善豬肉風(fēng)味和肉質(zhì)性能等[1-5]。在肉質(zhì)分析研究中，多元統(tǒng)計分析在綜合多項指標獲得綜合信息具有重大意義，現(xiàn)已有較多應(yīng)用，如張力等[6]應(yīng)用主成分分析對豬肌肉組織化學(xué)特性進行測定分析，以探討各指標之間的內(nèi)在聯(lián)系及其規(guī)律，并對不同類型豬種的特性進行評價；吳金亮等[7]采用主成分分析和聚類分析研究了云南地方豬種肉質(zhì)的近紅外光譜(NIR)指紋；朱吉等[8]采用系統(tǒng)聚類分析性狀相關(guān)指標，以研究其遺傳多樣性；劉宏娟等[9]采用相關(guān)分析研究了多態(tài)性分布與肉質(zhì)和胴體性狀的相關(guān)性；另有報道[10-13]采用主成分分析和聚類分析對肉質(zhì)性狀進行歸類，以評價肉質(zhì)；葉選怡等[14]為綜合評價肉質(zhì)的好壞，對雜種豬的肉質(zhì)性狀進行了聚類分析，揭示了各指標間的內(nèi)在聯(lián)系。

本研究對合作蕨麻豬、青海八眉豬、煙臺黑豬和市售大白豬肉進行質(zhì)地品質(zhì)、色澤、營養(yǎng)成分、嫩度和礦物質(zhì)檢測，采用多元統(tǒng)計分析方法建立定性判別模型，對比分析不同豬種豬肉品質(zhì)間的差異，對地方豬種進行肉質(zhì)特性的綜合分析，揭示出地方豬種肉質(zhì)方面的特色，綜合評價地方豬種豬肉品質(zhì)，為更好地綜合開發(fā)和利用地方豬種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品及其預(yù)處理

蕨麻豬、八眉豬和煙臺黑豬分別采自甘肅省不同地區(qū)和青海省互助縣，均為現(xiàn)場屠宰直接采樣，取樣部位為背最長肌，蕨麻豬另取腿肌樣品；市售大白豬背最長肌肉樣采自甘肅省蘭州市華潤萬家超市，樣品詳細信息見表1。肉樣在冷藏條件下運至實驗室4℃冷藏待檢。

1.2 實驗儀器

TMS-Pro型質(zhì)構(gòu)儀，美國FTC公司； HI98140N(哈納HANNA)微電腦便攜式酸度計，意大利哈納公司；C-LM3B型數(shù)顯式肌肉嫩度儀，中國 Tenovo品牌；CR-10 便攜式色差計，日本柯尼卡美能達公司；Perkin Elmer ICP MASS儀，美國。

1.3 實驗方法

樣品經(jīng)剔除脂肪，進行理化分析(嫩度、粗蛋白、水分含量、脂肪、灰分、色度、鈣、磷、失水率和pH等)；將肉樣切成30 mm×30 mm×25 mm小塊，進行TPA檢測獲得質(zhì)地品質(zhì)。

1.3.1 嫩度的檢測

采用C-LM3B型數(shù)顯式肌肉嫩度計對肉樣進行檢測，重復(fù)5 次，獲得嫩度的平均值。

1.3.2 常規(guī)營養(yǎng)成分的分析

按照國標的方法測定蛋白質(zhì)、總灰分、總脂肪和水分的含量[15-18]，參照李貞子等[19]報道的方法測定失水率。

1.3.3 色度的檢測

采用CR-10 便攜式色差計對肉樣的色度進行檢查，每個樣品重復(fù)5次，獲得色度的平均值進行后續(xù)分析。

1.3.4 礦物質(zhì)元素的分析

表1樣品信息表

Table1Information of the samples

名稱Name采樣地點Location采樣部位Part數(shù)量Numberofsamples采樣時間Time八眉豬Bameipig(BM)青海省互助縣飼養(yǎng)場HuzhuCountyFarmofQinghaiProvince背最長肌Longissimusdorsimuscle122014?05?12煙臺黑豬Yantaiblackpig(YT)甘肅省紅古區(qū)飼養(yǎng)場HongguDistrictFarmofGansuProvince背最長肌Longissimusdorsimuscle122014?04?28市售大白豬LargeWhite(LW)甘肅省蘭州市華潤萬家超市LanzhouCRVanguardsupermarketofGansuProvince背最長肌Longissimusdorsimuscle122014?06?10蕨麻豬Juemapig(JM)甘肅省臨夏市飼養(yǎng)場LinxiaCityFarmofGansuProvince背最長肌、腿肌Longissimusdorsimuscle(JML)，hamstrings(JMH)122014?04?18

精確稱取2.000 0 g樣品，灰化后采用5 mL 1∶1硝酸溶解，并用蒸餾水定容至25 mL，取濾液采用Perkin Elmer ICP MASS儀進行Ca和P含量的測定。

1.3.5 pH測定

稱取10 g絞碎的宰后24 h豬肉樣(去筋去脂肪)，置于入250 mL三角瓶中，加入100 mL蒸餾水，以150 r·min-1(4 ℃)振蕩30 min后過濾，取濾液用酸度計測定pH，每個樣品重復(fù)檢測5次，取其平均值。

1.3.6 質(zhì)構(gòu)分析

TPA檢測又稱兩次咀嚼測試，通過模擬人口腔的咀嚼運動，對固體、半固體樣品進行兩次壓縮。采用TMS-Pro型質(zhì)構(gòu)儀進行TPA測定，平行10次。測定條件為：圓柱型探頭(直徑15 mm)，探頭上行高度為30 mm，形變量為60%，測前、測試、測后的探頭速度為30 mm·min-1，兩次檢測連續(xù)進行[20]。由樣品響應(yīng)的特征曲線獲得質(zhì)地特性參數(shù)，主要包含硬度、內(nèi)聚性和咀嚼性等參數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

分別以理化指標(常規(guī)營養(yǎng)成分、pH、色澤等)、質(zhì)構(gòu)指標(硬度、內(nèi)聚性和咀嚼性等)、綜合指標(理化指標+質(zhì)構(gòu)指標)作為輸入變量，采用統(tǒng)計分析軟件 SAS v8進行主成分分析(Principle component analysis，PCA)、典則判別分析(canonical discriminant analysis，CDA)和聚類分析(Cluster analysis，CA)，以對不同肉樣的區(qū)分度判定分析效果。對綜合參數(shù)，其包含信息量較大，可能存在部分冗余信息，擬采用逐步判別分析[Stepwise linear discriminant analysis(step-LDA)]和主成分提取進行參數(shù)優(yōu)選，以提高綜合判別的能力。

2 結(jié)果與分析

2.1 理化指標分析

蕨麻豬、八眉豬、煙臺黑豬和市售大白豬品質(zhì)參數(shù)見表2。由表2可知，水分含量除八眉豬和市售大白豬、蕨麻豬兩個不同部位差異不顯著外，其他肉樣間均顯著；對灰分、失水率，除八眉豬與蕨麻豬差異不顯著，其他肉樣間均顯著，其中市售大白豬失水率顯著高于地方豬種；對脂肪含量，除煙臺黑豬和市售大白豬、蕨麻豬不同部位差異不顯著，其他肉樣間差異顯著，這與地方豬種脂肪含量高于引進豬肉相一致；pH除煙臺黑豬和八眉豬差異不顯著外，其他豬種肉樣間差異顯著；嫩度除煙臺黑豬和蕨麻豬差異不顯著，其他豬種肉樣間差異均顯著，地方豬種肉嫩度優(yōu)于引進豬種；對鈣和磷含量，部分樣品差異顯著；對色度，地方豬種的紅值a*顯著高于市售大白豬肉，使地方豬肉在色澤上更易受到消費者的接受；粗蛋白含量差異不顯著。綜上所述，對于肉類食用品質(zhì)和感官品質(zhì)重要指標的脂肪含量、嫩度、pH和色度，地方豬種均顯著優(yōu)于市售大白豬。

表2不同品種豬肉品質(zhì)信息對比表

Table2Comparison on pork quality of four varieties pigs

參數(shù)index煙臺黑豬YT市售大白豬LW八眉豬BM蕨麻豬JM背最長肌肉JML腿肌JMH水分含量Watercontent/%6912±110c7147±193b7184±112b7432±075a7362±040a灰分Ash/%147±024b168±019a121±004cd129±018c115±009粗蛋白質(zhì)Protein/%2499±0472462±2302466±0782445±1192418±065Fat/%307±066cd292±026d457±073a352±027b336±006bcP/%021±002a018±004b022±001a018±002b015±003cCa/%008±005c012±001a013±001a010±005bc011±008bpH607±008b557±007d604±006b592±006c625±007a失水率Waterlossrate%1618±045c3098±144a1883±067b1774±306b1886±196b嫩度Tenderness/N1750±241b1994±290a1402±154c1741±208b1770±329bL?4988±254a4799±289b4611±119b4017±296c3750±284da?1768±513a1063±246c1328±178b1928±344a1956±202ab?1078±286a1178±136a958±194b1085±156a1034±142a

無相同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

The values in the same row without the same lowercase letter showed significant difference (P<0.05).

2.2 PCA分析結(jié)果

分別以理化指標、質(zhì)構(gòu)指標、綜合指標作為變量進行PCA和CDA分析，以前兩個主成分得分繪圖，PCA結(jié)果見圖1。如圖1-a所示，以理化指標作為變量時，第1主成分31.21%，第2主成分19.64%，總貢獻率達到50.85%，雖僅為原始數(shù)據(jù)信息的一半，但卻能將4種不同豬種的肉樣初步區(qū)分開，且地方豬種肉樣數(shù)據(jù)點居于圖左半部分，市售大白豬肉樣的數(shù)據(jù)點居于右半部分。對蕨麻豬肉樣，背最長肌和腿肌樣品點有部分重疊，難以實現(xiàn)有效區(qū)分。利用理化指標進行分析時，前兩個主成分僅代表了原始數(shù)據(jù)的一半信息，其判別結(jié)果有待進一步提高。以質(zhì)構(gòu)指標輸入變量進行PCA分析的結(jié)果見圖1-b，由圖可知，第1主成分69.04%，第2主成分21.53%，總貢獻率達到90.57%，能很好地反映原始數(shù)據(jù)信息。4種豬種的肉樣基本能區(qū)分開，其中青海八眉豬和市售大白豬肉樣品點有部分重疊。對蕨麻豬兩個部位的區(qū)分效果比以理化指標作為變量進行分析的效果更差，樣品數(shù)據(jù)點彼此重疊。以綜合指標作為變量進行PCA分析的結(jié)果如圖1-c所示，第1主成分34.65%，第2主成分19.75%，總貢獻率達到54.40%，代表的原始信息比理化指標的略高。此時，4種豬種的肉樣能彼此區(qū)分開，地方豬種肉樣數(shù)據(jù)點居于圖下半部分，市售肉樣數(shù)據(jù)點居于上半部分，且對蕨麻豬兩個部位樣品的判別有所改進。從數(shù)據(jù)點的積聚性和對不同肉樣的區(qū)分度上看，綜合參數(shù)的PCA判別效果較佳。

a， 理化指標；b， 質(zhì)構(gòu)指標；c， 綜合指標a， Physical and chemical indicators; b， Textural parameters; c， Comprehensive indicators圖1 地方豬種肉與市售豬肉的主成分分析結(jié)果Fig.1 PCA results for local pig breeds and Large White pig

a， 理化指標；b， 質(zhì)構(gòu)指標；c， 綜合指標a， Physical and chemical indicators; b， Textural parameters; c， Comprehensive indicators圖1 地方豬種肉與市售豬肉的判別分析結(jié)果Fig.1 CDA results for local pig breeds and Large White pig

2.3 CDA分析結(jié)果

分別以理化指標、質(zhì)構(gòu)指標、綜合指標作為變量進行CDA分析，以前兩個成分得分繪圖，結(jié)果見圖2。以理化指標作為變量時其結(jié)果見圖2-a，第1成分78.24%，第2成分為12.73%，共解釋了90.97%的原始變量。4個豬種的5個樣品基本能彼此區(qū)分，整體正確識別率達到100%；且地方豬種肉樣數(shù)據(jù)點居于圖中左半部分，市售大白豬肉樣數(shù)據(jù)點居于右半部分。以質(zhì)構(gòu)指標作為變量時其結(jié)果見圖2-b第1成分57.01%，第2成分為37.77%，共解釋了94.79%的原始變量。4個豬種能彼此區(qū)分，但是蕨麻豬兩個部位肉樣有部分重疊，共有4個樣品被誤判，正確識別率達到92.73%。以綜合參數(shù)作為變量時其結(jié)果見圖2-c，第1成分64.28%，第2成分為21.07%，共解釋了85.35%的原始變量，能很好地反映原始數(shù)據(jù)信息。除八眉豬和青海黑豬數(shù)據(jù)點有部分重疊外(3個樣品被誤判，整體正確識別率達到95.48%)，其他各組樣品點間彼此區(qū)分，并實現(xiàn)了不同部位蕨麻豬的有效區(qū)分。從數(shù)據(jù)點的積聚性上看，綜合參數(shù)的判別效果較佳；從對不同肉樣的區(qū)分度上看，理化指標進行CDA分析的結(jié)果較佳。

對4個豬種肉樣，以理化指標、質(zhì)構(gòu)指標、綜合指標(理化指標+質(zhì)構(gòu)指標)作為變量進行PCA和CDA分析時，除個別數(shù)據(jù)點重疊外，主成分分析和判別基本能將實現(xiàn)不同豬種的區(qū)分，且CDA結(jié)果圖中可見數(shù)據(jù)點的聚集性和對不同組樣品的區(qū)分度均優(yōu)于PCA分析；對蕨麻豬兩個部位的判別中，只有以理化指標和綜合指標進行CDA分析時才能實現(xiàn)有效區(qū)分。

2.4 聚類分析結(jié)果

以上述理化指標的12個參數(shù)為輸入變量，采用SAS v8進行聚類分析，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，當距離D=5.101時，4個種豬的樣品聚集成兩大類，第一類為地方豬種，包含蕨麻豬、八眉豬和煙臺黑豬；第二類為市售大白豬肉樣品，可見地方豬種和市售引進豬種肉質(zhì)存在的差異可以由聚類分析判別。對聚類分析的第一類地方豬肉樣，當距離D=4.184時，三類不同地方豬肉樣分別聚類，不同豬種肉樣可實現(xiàn)區(qū)分。

2.5 綜合參數(shù)優(yōu)選

PCA分析結(jié)果中，隨信息的融合，數(shù)據(jù)點的聚集度得到改善，但區(qū)分效果仍不理想。CDA分析結(jié)果中，以理化指標進行分析時實現(xiàn)了不同樣品的區(qū)分，但是數(shù)據(jù)點聚集性有待提高；以質(zhì)構(gòu)指標進行分析區(qū)分效果較差；以綜合指標分析的聚集度和區(qū)分度都有所改善，但是仍有數(shù)據(jù)點重疊，需進一步進行優(yōu)化。采用逐步判別分析step-LDA分析和主成分提取對綜合參數(shù)進行優(yōu)選，以提高正確判別率。逐步判別分析時，以低于顯著水平0.15選入?yún)?shù)，高于顯著水平0.15剔除參數(shù)進行優(yōu)選，水分含量、灰分、脂肪含量、磷含量、pH、失水率、L*、黏附性、硬度、內(nèi)聚性和彈性11個參數(shù)被選入，并以此為變量進行CDA分析，其結(jié)果見表3和圖4，被誤判的樣品降低至1個；相對于圖2-c，優(yōu)選后對八眉豬和煙臺黑豬的區(qū)分效果有所提高。選取主成分分析累積貢獻率達到99.33%的前15個主成分作為輸入變量進行CDA分析，結(jié)果如下，誤判率相對于綜合參數(shù)得到提高，但不如step-LDA分析效果好。

圖3 地方豬種肉與市售豬肉的聚類分析結(jié)果Fig.3 CA results for local pig breeds and Large White pig

圖4 逐步判別分析優(yōu)選參數(shù)的CDA結(jié)果Fig.4 CDA results for local pig breeds and Large White pig using parameters optimized by step-LDA

3 討論

主成分分析在多參數(shù)分析時，可以實現(xiàn)特征參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系及其規(guī)律、多維數(shù)據(jù)降維、不同參數(shù)權(quán)重的比較。本研究對比分析以理化指標、質(zhì)構(gòu)指標、綜合指標進行主成分分析對肉質(zhì)品質(zhì)綜合判別的效果，主成分分析結(jié)果以綜合指標的為較佳，優(yōu)于理化指標和質(zhì)構(gòu)指標分別進行分析，基本實現(xiàn)了不同豬種的區(qū)分，這個與之前報道[7-8]的結(jié)果一致。以典則判別分析對不同豬種理化指標、質(zhì)構(gòu)指標、綜合指標分析、step-LDA分析對綜合指標進行優(yōu)選參數(shù)時，以綜合指標進行分析時，數(shù)據(jù)點的聚集度較佳，判別結(jié)果中同種豬肉質(zhì)差異弱化；以理化指標進行分析時，不同豬種肉質(zhì)間差異突出，有效區(qū)分不同豬種豬肉；以step-LDA分析優(yōu)選綜合指標進行判別時，判別結(jié)果得到改善。

表3不同參數(shù)進行判別結(jié)果對比分析表

Table3Comparision of the discrimination results using different parameters

參數(shù)Parameters參數(shù)個數(shù)No．ofparameters誤判樣品數(shù)Misclassifiedsamples誤判率Misclassifiedrate/%理化指標Physichemicalindexes1200質(zhì)構(gòu)指標Textureparameters74727綜合指標Combinationdataset193452逐步判別分析優(yōu)選參數(shù)Parametersoptimizedbystepwiselineardiscriminantanalysis111167主成分提取信息Dataextractedbyprinciplecomponentanalysis152310

各豬種遺傳性狀的差異導(dǎo)致其體型、行為、生產(chǎn)性能和肉質(zhì)品質(zhì)等方面存在諸多差異，現(xiàn)已有較多研究利用系統(tǒng)聚類法分析性狀相關(guān)指標來研究物種遺傳多樣性，實現(xiàn)對表征肉質(zhì)形狀各變量的分類[10-11]。本研究以理化指標、質(zhì)構(gòu)指標、綜合指標為變量，綜合判別不同豬種肉質(zhì)差異，這與以光譜信息[7]、性狀參數(shù)[8]、感官特點、蛋白質(zhì)含量、剪切力和烹飪損失[13]等參數(shù)實現(xiàn)不同品種的評價的研究結(jié)果相一致。

本研究對比分析以理化指標、質(zhì)構(gòu)指標、綜合指標進行主成分分析和典則判別分析對肉質(zhì)品質(zhì)綜合判別的效果，質(zhì)構(gòu)指標結(jié)合傳統(tǒng)的理化分析綜合更多信息可以實現(xiàn)不同豬種甚至不同部位肉品品質(zhì)的判別，為今后快速、客觀的評價地方豬種肉質(zhì)提供新的方法，后期應(yīng)進一步擴大參數(shù)和樣本范圍，建立對不同豬種肉質(zhì)判別和預(yù)測的模型。

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Applicationofmultivariateanalysisinevaluationofmeatqualityforlocalpigbreeds

XU Yifei1, TIAN Xiaojing2， LIU Lixia2， GAO Dandan2， CHEN Shi’en2，*， LI Mingsheng2, LIU Gendi2， LIU Yuanlin2

(1.GransuProvinceFoodInspectionInstitute,Lanzhou730030,China; 2.CollegeofLifeScienceandEngineering，NorthwestMinzuUniversity，Lanzhou730030，China)

The differences of meat quality among local pig breeds (Bamei， Juema and Yantai black pigs) and Large White were studied by detection of the physichemical indexes and texture parameters. The texture parameters were acquired by TMS-Pro texture analyzer， and the physichemical indexes were detected according to the national standards. The texture parameters， physichemical indexes and the combination of texture parameters and physichemical indexes， were used as input data to perform the principle component analysis， canonical discriminant analysis and cluster analysis， and optimized by stepwise linear discriminant analysis. The results showed that the physichemical indexes were helpful to distinguish meat quality among different pig breeds， and the combination data set integrated more related information to improve the discrimination results. The results provide a new way for the evaluation of meat quality.

local pig breeds; meat quality; principal component analysis; canonical discriminant analysis; cluster analysis; stepwise linear discriminant analysis

浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報ActaAgriculturaeZhejiangensis， 2017，29(12): 1970-1977

http://www.zjnyxb.cn

徐軼飛，田曉靜，劉麗霞，等. 多元統(tǒng)計分析在地方豬種肉質(zhì)評價中的應(yīng)用[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報，2017，29(12): 1970-1977.

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.12.03

2016-12-27

西北民族大學(xué)引進人才項目(xbmuyjrc201408)；教育部“長江學(xué)者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃”(IRT13091)；西北民族大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金(zyz2012073)

徐軼飛(1976—)，男，甘肅蘭州人，工程師，研究方向為食品安全。E-mail: 492822097@qq.com

*通信作者，陳士恩，E-mail: chshien@163.com

S813.23；TS251.7

A

1004-1524(2017)12-1970-08

(責(zé)任編輯盧福莊)