不同绵羊和山羊品种羊肉中相同部位的羊肉研究检测方案(感官智能分析)

安徽农业科学，Journal of Anhui Agri. Sci. 2012，40(27)：13392-13396，13515 13393李颖康等 应用电子鼻鉴别不同绵羊和山羊品种相同部位的羊肉研究40卷27期 万方数据 应用电子鼻鉴别不同绵羊和山羊品种相同部位的羊肉研究 李颖康，马吉锋，梁小军*，贾振东，沈志鹏? (1.宁夏农林科学院草畜工程技术研究中心，宁夏银川750002；2.北京盈盛科技有限责任公司，北京100055) 为了开发和利用滩羊这一独特的地方品种资源，保护宁夏滩羊肉的品牌和维护消费者的合法权益，使用电子鼻对滩羊、小尾寒羊 和山羊的背最长肌、后腿肌肉和胸部肌肉的挥发性物质进行了测定，采用主成分分析(PCA)、传感器贡献率分析(Loadings)、线性分析(LDA)3种方法进行区别分析。结果表明：利用电子鼻可明显区分3个品种羊的胸部肌肉和背最长肌，而胸部肌肉 PCA 分析区分率达到了1.0，表明胸部肌肉可以实现完全区分。 关键词 电子鼻；羊肉；鉴别 号 0517 -6611(2012)27-13392-05中图分类号S826文献 标识码 A 文章 编 Identification of the Mutton from the Same Parts of Different Sheep and Goat Breeds Using Electronic Nos LI Ying-kang et alResearch Center of Grass and Livestock， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Yinchuan， Ningxia 750002)In order to exploit the unique local resources of Tan sheep and protect the brand of Tan sheep meat in Ningxia and consumers rnights Abstractnd interests， the volatile matter was tested in longissimus muscle， hind leg muscles and thoracic muscle of Tan sheep， Small Tail Han sheepand goat using electronic nose. Principal component analysis (PCA)， sensor contribution rate analysis (Loadings) and linear analysis(LDA)showea that thoracic muscle and longissimus muscle from three sheep can be obviously identified and distinguished by electronic nose， and thePGA distingnish rate of thoracic muscle reached 1 ，which indicated that the thoracic muscle of different breeds can be entirely distinguished.Key wordsElectronic nose； Lamb； Identification 宁夏滩羊肉肌纤维细、肌内脂肪分布均匀，口感细嫩鲜美、不膻不腻，是国内公认的羊肉中的上品，在市场上供不应求，价格明显高于其他品种的羊肉，造成市场上冒充滩羊肉的现象较为严重。滩羊是窄生态优良地方品种，产肉量不多。目前，鉴别区分滩羊肉的方法只是对同体进行经验性的感官定性判断，而缺乏即时准确的量化鉴别方法，尤其是对分割羊肉根本无法鉴别。电子鼻是一种由具有部分选择性化学传感器阵列和适当模式识别系统组成并能识别简单或复杂气味的仪器，已在肉品检测、酒酒鉴别3、饮料识别^和乳制品检测15)等食品领域得到了广泛应用。笔者利用电子鼻对滩羊、山羊和小尾寒羊肉中挥发性物质进行测定，探讨建立即时准确的鉴别滩羊与其他品种羊肉方法，旨在为开发和利用滩羊这一独特的地方品种资源与保护宁夏滩羊肉的品牌和维护消费者的合法权益提供技术支撑。 材料与方法 1.1 材料和仪器 1.1.1 材料。在-10℃以下保存的屠宰6~12h内的滩羊、小尾寒羊和本地山羊的背最长肌、后腿肌肉和胸部肌肉同一部位各取100 g，置于密封袋保存。 1.1.2 仪器。德国Airsense 公司生产的 PEN 3型便携式电子鼻是一种由1组复合化学传感器和识别软件组成的分析仪器，主要包括以下硬件部分：传感器阵列(包含10个传感器，其属性见表1)、采样及清洗通道、数据采集系统及计算机。电子鼻获取的数据为传感器的电导率G与基准气体通 ( 作者简介 李颖康(1963-)，男，北京人，研究员，硕士，从事羊的繁殖育种和健康养殖方面的研究与示范。*通讯作者，副研究员，从事家畜繁殖育种和健康养殖方面的研究与示范，E- mail： l xj0520@163. com。 2012-04-23 ) ( 收稿日期 ) 传感器的敏感性会随着时间和使用次数而相应变化，产生飘移，使稳定性和试验的重复性较差；使用电导率比值，可在一定程度上避免时间漂移，增强系统的稳定性，因此采用电导率比值 G/G，同时利用自带的软件 WinMuster 对数据进行采集、测量和分析。表1 PEN3传感器阵列及其性能 表1 PEN3传感器阵列及其性能 W1C 对芳香成分灵敏 W5S 对氮氧化合物灵敏 W3C 对氨水、芳香成分灵敏 W6S 对氢气有选择性 W5C 对烷烃、芳香成分灵敏 W1S 对烷烃灵敏 W1W 对硫化物灵敏 W2S 对乙醇灵敏 W2W 对芳香成分、有机硫化物灵敏 10 W3S 对烷烃灵敏 1.2 方法 测试前对3个品种各10只的羊肉，分别按后腿 肌肉、背最长肌和胸部肌肉切割取样，使用电子天平秤取20 g，分割成1.0 cm×1.0 cm ×1.0 cm的小块，置于250 ml三角烧瓶中，封口膜密封；每个试验样品重复3次；样品经快速分割、密封后，静置 10 min 后进行测定；所有样品在6h内测定完毕。采用直接顶空吸气法(室温20℃，湿度60%)进行测 定：直接将进样针头插人密封的三角瓶中，用电子鼻进行测定。电子鼻的测定条件为：采样时间为1s/组，传感器自清洗时间为 200 s，传感器归零时间为10 s，样品准备时间为5s，进样流量为300 ml/min，分析采样时间为 50 s。1.3 数据处理 在对每个样品的据采集过程中，通过观 察每个传感器响应信号的变化曲线、每个时间点的信号值及 星型雷达图或柱状指纹图，可以清楚各个传感器在试验分析过程中的响应情况。通过传感器选择设置可以了解在不同数量的传感器情况下的响应情况。由于每个传感器对某一类特征气体响应剧烈，可以确定样品分析过程中样品主要挥发出了哪一类特征气体。 对于样品区分分析，提取10个传感器的特征值，然后采用主成分分析法( Principle components analysis，PCA)、线性判别法( Linear discriminant analysis，LDA)和传感器区别贡献率分析法(Loadings)作为主要区别分析方法。在采用 PCA方法进行分析时，可以了解在每个主成分下样品区分的状况，并可以分析样品之间主要是由哪一类组分起主要区分作用； LDA 分析注重类别的分类以及各种组分之间的距离分析；Loadings 分析法与 PCA 是相关的，它们都基于同一种算法。但是，该试验中 Loadings 算法主要是对传感器进行研究，利用该方法可以确认特定试验样品下各传感器对样品区分的贡献率大小，从而可以确定在这个样品区分过程中哪一类气体起了主要区分作用。 2 结果与分析 2.1 电子鼻对滩羊、山羊和小尾寒羊肉挥发性物质的特征响应图 从图1可以看出，不同品种的羊肉的传感器的比值差异明显。对于不同品种的羊肉，10个传感器均有明显的响应，尤其是2号和7号传感器。 emext DatA 0区 Yel 10 20 30 40 50 70 60 90 100 时间s 注：a.滩羊；b.山羊；c.小尾寒羊。 滩羊和小尾寒羊的数据点有一些交集，但可以清楚的区分出3种羊肉；主成分中第1主成分的区分贡献率达到98.801%，第2主成分的区分贡献率达到1.5039%。 2.2.1 背最长肌 PCA 分析。从图2可以看出，3种羊肉中 图23个品种羊的背最长肌主成分分析 2.2.2 背最长肌传感器贡献率分析。从图3可以看出，对第1主成分贡献率最大为2号传感器(氮氧化合物)，对第2主成分贡献率最大的为7号传感器(硫化物)。由此可见，新鲜羊肉的挥发性物质中，含氮氧化合物和硫化物对羊肉挥发性物质起到了主要作用。 很好的区分这3种羊肉。 2.2.3 背最长肌线性分析。从图4可以看出，3种样品的线性区分效果很明显，第1主成分的区分率为36.782%，第2主成分的区分率为21.244%；且滩羊在第1主成分的区分率最高，山羊在第2主成分的区分率最高。 2.3 滩羊、山羊、小尾寒羊腿部肌肉的 PCA、Loadings 和LDA分析 2.3.1 腿部肌肉 PCA 主成分分析。从图5可以看出，3种羊肉腿部主成分分析方法区分并不明显，第1主成分和第2主成分所占比例达99.895% ，但是通过这2种主成分并不能 图33个品种羊的背最长肌传感器贡献率 图4 3个品种羊的背最长肌线性分析 含氮氧化合物和硫化物对羊肉挥发性物质起到了主要作用。 2.3.2 腿部肌肉传感器贡献率分析。从图6中可以看出，对第1主成分贡献率最大的仍是2号传感器(氮氧化合物)，对第2主成分贡献率最大的为7号传感器(硫化物)。虽然三种腿部羊肉的样品无法区分，但新鲜羊肉的挥发性物质中， 2.3.3 腿部肌肉线性分析。从图7可以看出，3个品种的腿部肉样品的线性不能区分，第1主成分的区分率为29.749%，第2主成分的区分率为10.483%。 图5i3个品种的羊腿部肌肉主成分分析 8.4480.10 图663个品种羊的腿部肌肉传感器贡献率分析 2.4 滩羊、山羊、小尾寒羊胸部肌肉的 PCA、Loadings 和LDA分析 2.4.1 胸部肌肉主成分分析。从图8可以看出，可以明显区分出3种羊肉；各个区分率都达到了1，说明达到了完全区分的效果。 2.4.2 胸部肌肉传感器贡献率分析。从图9可以看出，第1主成分贡献率最大的传感器为2(氮氧化合物)号传感器，对第2主成分贡献率最大的为7(硫化物)号传感器。 2.4.3 胸部肌肉线性分析。从图10可以看出，3种样品的线性区分效果十分明显，第1主成分的区分率为37.561%，第2主成分的区分率为 29.407%；滩羊在第1主成分和第2主成分的区分率最高，从侧面也反映出滩羊的第1主成分和第2主成分的挥发性物质显著高于山羊和小尾寒羊。 785 图7 3个品种羊肉的腿部肌肉线性分析 图933个品种羊肉的胸部肌肉传感器贡献率分析 3 讨论 3.1 鉴定滩羊肉的方法 滩羊是国家二级保护品种中的地方绵羊品种之一。宁夏滩羊肉是国内公认的羊肉中的上品，在国内市场上售价高且供不应求，“滩羊肉”的品牌效应明显，但因存栏少、产肉量少，造成市场上用小尾寒羊、杂种羊等冒充滩羊肉的现象较为严重，尤其是分割羊肉，通过感官定性无法进行鉴别区分。肉质性状和其他性状一样，受遗传和环境的共同影响161，且遗传因素占主导地位。常用的肉种类鉴别方法包括形态学、免疫学和聚合酶链反应等方法。高丹丹【8]等以生羊肉、熟羊肉和高压处理羊肉中提取 DNA，进行 PCR 并设阴阳性对照，结果表明它们的敏感度分别为38.48、0.364和0.361 fg 全基因组 DNA；李金桩等采用PCR技术对猪、羊和牛肉细胞线粒体扩增，产物 DNA 片段分 别为443、314和271 bp，大小相差较大，分离明确，特异性较强。但是，这些方法均不能满足及时准确地鉴别滩羊与其他品种的羊肉需求。 3.2 利用挥发性成分鉴定羊肉品种的来源 钱文文1101等对同一地域放牧和舍饲条件下滩羊肉中的氨基酸、总还原糖和硫胺素进行测定，结果表明滩羊肉质品质主要是由遗传因素决定的，而喂养方式对其影响不大。赵普刚等对6月龄宁夏滩羊背最长肌肉挥发性成分进行了分析，结果表明检测到的26种挥发性化合物协同构成了宁夏滩羊肉独有的风味。孙钟雷12发现建立的用于猪肉新鲜度识别的电子鼻系统对猪肉新鲜度的识别率达95%；洪雪珍13)等使用德国 Airsense公司的 PEN2 型便携式电子鼻对储藏0~7d的猪肉样品进行电子鼻新鲜度进行检测，除储藏2和3d的数据有部分重合外，其他样品都能很好区分开。该试验对滩羊、山羊和小尾寒羊不同部位肌肉的挥发性物质进行测定结果表明：①鉴别3个品种羊肉的挥发性物质中，含氮氧化合物和硫化物对羊肉挥发性物质起到了主要作用，但具体为哪一种物质需要更高端设备进行筛选定性；②根据3个品种羊肉背最长肌PCA分析结果，可以清晰鉴别区分出3种羊肉；背最长肌LDA线性分析结果可以区分滩羊和本地山羊肉；③从3个品种羊肉腿部肌肉 PCA、LDA线性分析无法区分3种羊肉；④3个品种羊胸部肌肉 PCA 各个区分率都达到了1，达到了完全 区分的效果；胸部肌肉 LDA线性分析表明，3个品种的样品的线性区分效果十分明显，而且滩羊在第1主成分和第2主成分的区分率所占最高，说明了滩羊的第1主成分和第2主成分的挥发性物质显著高于山羊和小尾寒羊。综上所述，通过应用电子鼻对滩羊、山羊和小尾寒羊肉的胸部和背最长肌中挥发性物质的检测，可以达到即时准确的鉴别。 为了保护宁夏滩羊肉的品牌和维护消费者的合法权益，亟需建立时准确的鉴别的方法，对分割羊肉进行量化鉴别。应用电子鼻对羊肉中挥发性物质进行检测分析，鉴别不同品种羊的羊肉，有待于进一步研究。 ( 参考文献 ) ( [ 1] P ORTER A L. 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