薩拉米香腸是一種以豬肉或牛肉為原料，利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的具有色香濃郁、風味獨特且保質(zhì)期較長等特點的干制西式發(fā)酵香腸。由于其低水分含量和長時間發(fā)酵的特點，薩拉米香腸在口感上往往較硬，這不僅影響了產(chǎn)品的市場接受度，也限制了其在特殊人群如兒童和老年人群體中的消費。降低最終產(chǎn)品硬度、提高其口感的柔軟度和咀嚼性也成為當前薩拉米香腸加工中的一個重要研究內(nèi)容。

田菁膠（SG）是一種多糖類高分子親水物質(zhì)，其化學組成、分子結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和化學性能等方面和瓜爾膠極其相似，其主要成分是D-半乳糖和D-甘露糖。SG現(xiàn)已批準作為食品乳化劑、穩(wěn)定劑和增稠劑，用于改善食品品質(zhì)，在糧油制品和冷飲產(chǎn)品中已得到廣泛應(yīng)用。諸多研究已經(jīng)證明SG可以代替瓜爾膠使用。

反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BP-ANN）模型能夠處理復(fù)雜的非線性數(shù)據(jù)關(guān)系，特別適用于多因素、多指標的食品質(zhì)量分析，可揭示不同因素對產(chǎn)品品質(zhì)的綜合影響。同時，BP-ANN可以通過訓練數(shù)據(jù)建立準確的預(yù)測模型，用于區(qū)分和預(yù)測不同產(chǎn)品的品質(zhì)和類型。與傳統(tǒng)的統(tǒng)計方法不同，BPANN不要求對數(shù)據(jù)之間的關(guān)系做出嚴格的假設(shè)，也不需要假設(shè)數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布或者線性關(guān)系，這在食品品質(zhì)分析時具有較強的優(yōu)勢，從而在食品科學與工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

臨沂大學生命科學學院的盧慧、宋艾穎、康大成*等人首先通過pH值、色差、質(zhì)構(gòu)分析、感官評價等指標，探討SG的添加對薩拉米香腸品質(zhì)的影響。其次，結(jié)合所有測定指標，通過構(gòu)建8BP-ANN模型，明確SG添加后影響薩拉米香腸品質(zhì)的重要指標，并對不同處理組的薩拉米發(fā)酵香腸進行區(qū)分。因此，本研究不僅可以揭示SG對薩拉米香腸口感改善的作用，還可為優(yōu)化薩拉米香腸配方和生產(chǎn)工藝的優(yōu)化提供科學依據(jù)。

1 發(fā)酵過程中薩拉米發(fā)酵香腸pH值和aw變化分析

1.1 pH值

發(fā)酵28 d內(nèi)薩拉米香腸pH值的變化如圖1所示。雙因素方差分析表明，處理方式、發(fā)酵時間以及兩者交互作用均對發(fā)酵香腸pH值有極顯著影響（P＜0.01）。在發(fā)酵過程中，所有處理組薩拉米香腸的pH值均呈下降趨勢，表明發(fā)酵過程中的微生物代謝可以增加香腸的酸度。發(fā)酵1 d，CK組pH值顯著高于SE-CG、CG和SE組（P＜0.05），但CG和SE組pH值無顯著差異（P＞0.05），表明在發(fā)酵初期，SG作為一種天然多糖類物質(zhì)，可為乳酸菌提供一定的碳源，促進微生物產(chǎn)生更多的乳酸和有機酸，顯著降低產(chǎn)品pH值。在發(fā)酵14 d時，各組pH值均降至5.2以下，但各處理組間的pH值均存在顯著差異（P＜0.05）。然而，在發(fā)酵28 d時，除CK組外，其余處理組pH值均有所上升，但與發(fā)酵14 d的pH值無顯著差異（P＞0.05）。分析原因在于發(fā)酵后期微生物分解蛋白質(zhì)產(chǎn)生胺、氨等堿性物質(zhì)使發(fā)酵香腸的pH值上升。但發(fā)酵結(jié)束后，所有發(fā)酵香腸組的pH值均低于5.3，較低的pH值可抑制腐敗菌和致病菌的生長，進一步保證產(chǎn)品的安全性。然而，由于添加物不同，pH值降至5.3左右的時間存在差異，結(jié)果表明，SE-CG組和CG組樣品具有較強的酸化能力，可促進產(chǎn)品最終品質(zhì)的形成。

1.2

a

aw對發(fā)酵香腸的安全性具有重要意義。雙因素方差分析表明，處理方式、發(fā)酵時間以及兩者交互作用均對發(fā)酵香腸aw值有極顯著影響（P＜0.01）。由圖2可知，隨著發(fā)酵的進行，各組的aw值均呈下降趨勢，但不同處理組的aw的下降速率不同。接種菌株的發(fā)酵香腸處理組（SE-CG和CG組）aw的下降速率較快，推測原因可能是接種了酸化能力較強的乳酸菌，降低發(fā)酵香腸的pH值。在低pH值條件下，隨著水分含量的降低，蛋白質(zhì)的變性會導致產(chǎn)品持水能力下降，從而導致aw值迅速下降。從發(fā)酵第14天至發(fā)酵結(jié)束時，薩拉米發(fā)酵香腸aw值基本保持穩(wěn)定（P＞0.05）。發(fā)酵結(jié)束后，添加SG處理組（SE-CG和SE組）的aw值略高于其他組，這可能與SG具有較好的水分保持能力有關(guān)，但所有處理組的aw值均低于0.85，各處理間差異不顯著（P＞0.05）。研究表明，大多數(shù)微生物在0.85～0.91的aw時會停止生長，因此各組薩拉米發(fā)酵香腸均能保持良好的貯藏穩(wěn)定性。

2 發(fā)酵結(jié)束后薩拉米發(fā)酵香腸品質(zhì)比較分析

2.1色差分析

肉色決定著消費者的購買行為，可作為肉品質(zhì)評價的一個重要指標。亮度（L*）值、紅度（a*）值、黃度（b*）值、色度（C*）值、色相角（h）值可反映肉制品在不同處理條件下的色澤變化。由表2可知，添加不同物質(zhì)對發(fā)酵香腸顏色各指標值有顯著影響（P＜0.05）。其中，添加SG的發(fā)酵香腸（SE組）L*值顯著高于CK組（P＜0.05），但SE-CG組和CG組間無顯著差異（P＞0.05），其原因在于SG具有一定的保水性，發(fā)酵過程中可保持一定的水分含量，從而使香腸的亮度增大。接種發(fā)酵劑組（SE-CG和CG組）的a*值顯著高于其余處理組（P＜0.05），這是因為SG可使香腸保持一定的水分，使NO—2在H＋的作用下生成NO，NO與肉中的肌紅蛋白反應(yīng)生成亞硝基肌紅蛋白，從而改善香腸的a*值；而SE和CK組由于沒有接菌只有內(nèi)源微生物作用，因此發(fā)色效果較差。b*值變化與a*值變化趨勢一致，這是由于SG與發(fā)酵劑共同作用，促進香腸中脂肪的氧化或蛋白質(zhì)的變性，從而使香腸顏色黃度值高于其他處理組。C*值越大，表示顏色的純度越高，顏色越鮮艷。接種發(fā)酵劑和SG對香腸的色澤具有一定的改善作用。h值表示色相角，用來量化顏色的主觀視覺屬性或色調(diào)（如紅、黃、綠、藍等），角度從0°到90°表示紅色至黃色之間的色調(diào)，h值越低，紅色越明顯。CK組的h值顯著高于接種發(fā)酵劑的CG組和SE-CG組（P＜0.05），而CG組和SE-CG組之間無顯著差異（P＞0.05）。因此，SG添加結(jié)合微生物發(fā)酵可有效改善薩拉米發(fā)酵香腸的顏色屬性。

2.2質(zhì)構(gòu)特性分析

由表3可知，發(fā)酵結(jié)束后，添加SG的香腸（SE-CG和SE組）樣品的硬度和咀嚼性均顯著低于其他兩組，而膠著性和彈性則顯著高于其余處理組（P＜0.05）。這可能是由于SG作為一種親水膠體，具有較好的吸水和保水能力，可改善薩拉米發(fā)酵香腸較硬的口感，同時提供一定的彈性。曹瑩瑩等研究發(fā)現(xiàn)，添加沙蔥多糖可顯著提高發(fā)酵香腸的保水性，有助于保持產(chǎn)品的色澤。此外，所有處理組的內(nèi)聚性無顯著差異（P＞0.05），這與馮美琴等的研究結(jié)果一致。

另一方面，發(fā)酵香腸的質(zhì)構(gòu)特性的改善應(yīng)與發(fā)酵香腸實際產(chǎn)品特性一致，主要體現(xiàn)在既要具有一定的切片性，又要保證其硬度滿足消費者的接受程度。根據(jù)Menegas等的研究，發(fā)酵香腸的理想質(zhì)構(gòu)特性范圍為：硬度57.23～99.64 N、彈性0.70～0.86、內(nèi)聚性0.62～0.72和咀嚼性32.94～48.18 g。結(jié)合本研究質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果，添加SG后，仍可保證發(fā)酵香腸產(chǎn)品具有較好的質(zhì)地特征。

2.3感官評價分析

不同處理組香腸的感官評價分析結(jié)果如圖3所示。SE-CG組具有較高的綜合感官評分，在氣味和外觀方面得分顯著高于其余處理組（P＜0.05）。在滋味、質(zhì)地和色澤方面，SE-CG組和CG組感官評分差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），但均顯著高于CK組（P＜0.05）。該結(jié)果與前述色差和質(zhì)構(gòu)分析結(jié)果一致。CK組在所有感官評分中得分最低。此外，SE組的感官評分較SE-CG組較低。因此，僅靠內(nèi)源微生物的作用，肉類中的脂肪和蛋白質(zhì)被微生物代謝的速率較低，產(chǎn)生代謝物和風味物質(zhì)較少，即使在添加SG的情況下，也無法獲得較好的感官性能。此外，部分指標的相鄰處理組間差異不顯著，表明感官評價對某些指標的辨別能力有限。因此為改善感官評價帶來的不確定性，需要結(jié)合機器學習等客觀評價方法區(qū)分不同處理組的發(fā)酵香腸品質(zhì)。

2.4電子鼻分析

為比較不同處理組薩拉米發(fā)酵香腸的整體風味差異，利用智能感官分析儀器電子鼻進行分析。由圖4a可知，S4（含硫化合物）、S5（氫氣）、S6（芳香族化合物）、S9（乙醇，芳香族化合物）、S11（烷烴、碳氫化合物）和S14（芳香族化合物）等傳感器對不同處理組的香腸樣品有很強的響應(yīng)，表明添加SG及發(fā)酵劑可使香腸風味發(fā)生變化。SE-CG組響應(yīng)信號顯著高于其余處理組（P＜0.05），表明SG結(jié)合發(fā)酵劑可顯著增加香腸中含硫化合物、醇類以及芳香族化合物的濃度，分析原因在于SG在發(fā)酵過程中充當微生物活動的碳源，在發(fā)酵劑微生物存在的情況下，可產(chǎn)生更多的風味物質(zhì)，與感官評定結(jié)果一致。

為進一步闡明SG添加對發(fā)酵香腸氣味的影響，對電子鼻14 個傳感器信號進行PCA，如圖4b所示。PC1（73.4%）和PC2（16.4%）累計貢獻率為89.8%，表明樣品中的大部分風味信息可以由前2 個PC闡明。由載荷分析可知，S1（烷烴、芳香族化合物）、S2（醇類、烷烴、醛類化合物）、S7（甲烷）等傳感器箭頭較長，表明這些傳感器信號對PC1和PC2的貢獻較大；S7和S2的載荷箭頭靠近SE-CG組，表明這些傳感器在SE-CG處理組中的表現(xiàn)更加顯著。然而，電子鼻對不同處理組的發(fā)酵香腸區(qū)分度并不理想，因此在風味方面，還需要結(jié)合相關(guān)指標通過機器學習的方法進一步區(qū)分。

3 SG添加對薩拉米發(fā)酵香腸品質(zhì)影響的BP-ANN分析

BP-ANN是受人腦生物神經(jīng)元運作方式開發(fā)的計算模型。這些模型由相互連接的單元或神經(jīng)元組成，每個單元分配權(quán)重、閾值和激活函數(shù)，反映了生物神經(jīng)元的數(shù)學特性。圖5的BP-ANN分類矩陣展示了4 種預(yù)測類別（SE-CG、CG、SE、CK）與實際類別之間的對應(yīng)關(guān)系。混淆矩陣可直觀顯示BP-ANN模型在測試集上的分類表現(xiàn)，由圖5可知，模型對類別SE-CG、CG和CK的分類效果最佳，而在類別SE中有1 個樣本被誤分類為SE-CG樣本，模型的整體準確率為96%。因此，所建立的BPANN模型整體表現(xiàn)良好，大部分樣本都被正確分類。

表4為BP-ANN模型在不同處理組中的分類性能進行的系統(tǒng)評估。結(jié)果顯示，SE-CG、CG及CK處理組在準確率、召回率及F1分數(shù)上均達到了1，展現(xiàn)出較優(yōu)異的分類性能，表明所選擇的處理組在分類任務(wù)中不僅準確率高，而且性能平衡性較好。具體而言，SE-CG處理組在所有評估指標上均表現(xiàn)最優(yōu)，其準確率、召回率和F1分數(shù)均為滿分，表明其在分類任務(wù)中的高效性和可靠性。CG處理組表現(xiàn)較好，與SE-CG處理組在各項性能指標上持平，進一步證明了BP-ANN模型的穩(wěn)定性和一致性。SE處理組雖然準確率為0.86，略低于SE-CG和CG處理組，但其召回率保持為1，F(xiàn)1分數(shù)也達到0.926，表明該處理組在保持高召回率的同時，仍具有較高的分類準確率和性能。

通過計算各個類別的ROC曲線和AUC值，最終得出模型的宏平均AUC，結(jié)果如圖6所示，BP-ANN模型的宏平均AUC為0.997 9，說明模型在所有類別上的整體分類表現(xiàn)較為優(yōu)異。

損失曲線和準確率曲線為BP-ANN模型的訓練和評估提供了關(guān)鍵的性能反饋和指導，有助于優(yōu)化模型結(jié)構(gòu)、調(diào)整訓練策略，最終提升模型的預(yù)測準確性和泛化能力。圖7a表示模型在訓練過程中的損失值變化情況。隨著訓練輪次的增加，兩條曲線均呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢，表明模型的性能在逐步提升，隨著時間的推移，損失值逐漸降低，并在約50 輪次后趨于平穩(wěn)。圖7b為BPANN模型在訓練過程中訓練集和驗證集的準確率變化情況。由圖7可知，隨著訓練輪次的增加，兩條折線均呈現(xiàn)上升趨勢，表明模型的性能在逐漸提升。在訓練初期，準確率提升較快，之后逐漸放緩，最終趨于平穩(wěn)。訓練集和驗證集的準確率最終都接近1.0，表明模型在訓練集和驗證集上具有較好的表現(xiàn)能力。同時，訓練集和驗證集的準確率在大部分區(qū)域內(nèi)較為接近，但在25 輪次附近出現(xiàn)小的波動和交叉，這反映了模型在訓練過程中的一些細微變化。因此，BP-ANN模型在4 種類別（SE-CG、CG、SE、CK）中的分類表現(xiàn)較為優(yōu)異。

使用Python庫中的shap.KernelExplainer解釋器為訓練好的BP-ANN模型計算指標的SHAP值，用于解釋每個指標對模型預(yù)測結(jié)果的貢獻。圖8可視化展示了各個指標在不同類別（SE-CG、CG、SE、CK）中的重要性。圖中每個條形代表一個特定的指標，如傳感器S12、硬度、咀嚼性等，這些指標通過條形的長度直觀地反映了它們對模型輸出的影響程度?？v軸表示SHAP值（不同指標對模型輸出幅度的平均影響），即各個指標對模型輸出的平均貢獻度，數(shù)值越大表示影響越顯著。橫軸為排序軸，從左到右表示指標對模型輸出影響程度的大小順序。S12指標對模型輸出的影響最大，其SHAP值最高，其次是硬度和咀嚼性等指標。這表明在模型預(yù)測中，電子鼻傳感器S12（烴類化合物）是重要的因素，而硬度和咀嚼性等指標也具有一定的預(yù)測價值。

此外，通過觀察不同顏色條形的長度和分布，可以進一步分析不同指標在不同類別中的表現(xiàn)。由圖8可知，S12指標在SE-CG和CG類別中具有較大的影響，而在其他類別中則影響較小。SE類別中的指標影響程度普遍較低，而CK類別中的指標如硬度和咀嚼性則具有較高的影響程度?？傮w上，圖8較為清晰地展示了每個指標對不同類別預(yù)測的貢獻，可幫助理解模型如何通過這些指標進行分類，這對于模型的整體解釋具有重要意義。

結(jié) 論

本研究系統(tǒng)地探討了SG添加對薩拉米發(fā)酵香腸品質(zhì)的影響，并通過BP-ANN分析驗證了SG對薩拉米發(fā)酵香腸品質(zhì)的改善作用。研究表明，SG的添加不僅提高了香腸的色澤、彈性和膠著性，還顯著提升了產(chǎn)品的感官評價綜合得分，尤其是與發(fā)酵劑聯(lián)合使用時效果更佳。BP-ANN模型在香腸品質(zhì)分類預(yù)測中表現(xiàn)出高效性和可靠性，進一步驗證了實驗結(jié)果的準確性。通過SHAP方法揭示了電子鼻傳感器S12信號、硬度和咀嚼性等關(guān)鍵品質(zhì)指標對模型預(yù)測的重要性，因此在添加SG的薩拉米發(fā)酵香腸品質(zhì)評價中可重點關(guān)注以上指標。本研究不僅為薩拉米發(fā)酵香腸的品質(zhì)改良提供了科學依據(jù)，也為生產(chǎn)工藝優(yōu)化指明了方向。

作者簡介

通信作者：

康大成副教授

臨沂大學生命科學學院

康大成，男，博士，副教授，碩士生導師，中共黨員，山東臨沂人。2010年畢業(yè)于山東農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院食品質(zhì)量與安全專業(yè)，獲工學學士學位；2013年畢業(yè)于中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標準與檢測技術(shù)研究所食品科學專業(yè)，獲工學碩士學位；2017年畢業(yè)于南京農(nóng)業(yè)大學食品科技學院食品科學與工程專業(yè)，獲工學博士學位。2017至今，就職于臨沂大學生命科學學院。入選臨沂大學沂蒙學者特聘教授，獲得2023年度臨沂市蘭山區(qū)最美科技工作者獎（提名）稱號，擔任山東省食品科學技術(shù)學會理事，入選《食品工業(yè)科技》第二屆青年編委和臨沂市食品工業(yè)協(xié)會專家?guī)烊瞬?，擔?/p>

Trends in Food Science & Technology

Food chemistry

Meat science

Treads in Food Science and Technology

Critical Reviews in Food Science and Nutrition

Ultrasonics Sonochemistry

Food Chemistry

Food Research International

第一作者：

盧慧 級碩士研究生

臨沂大學生命科學學院

主要研究方向為肉品加工與質(zhì)量安全控制。現(xiàn)在

LWT

Food control

本文《基于反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析的田菁膠添加對薩拉米發(fā)酵香腸品質(zhì)的影響》來源于《食品科學》2025年46卷第13期54-62頁，作者：盧慧，宋艾穎，凌峰，蔡玉玲，黃啟亮，劉云國，康大成。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20241214-115。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關(guān)信息。

實習編輯：陳麗先；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)。

為進一步促進動物源食品科學理論的完善與創(chuàng)新，加速科研成果向?qū)嶋H生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化，助力產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展，由北京食品科學研究院、中國肉類食品綜合研究中心、中國食品雜志社將與江西農(nóng)業(yè)大學、江西科技師范大學、 南昌師范學院、 家禽遺傳改良江西省重點實驗室 共同舉辦的“ 2025年動物源食品科學與人類健康國際研討會 ”，將于 2025年10月25-26日 在 中國 江西 南昌 召開。

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