基于電子鼻技術(shù)的秋刀魚新鮮度評(píng)價(jià)

楊震++貢慧++劉夢(mèng)++彭朝輝++史智佳

摘 要：采用德國(guó)PEN-3型便攜式電子鼻收集4 ℃冷藏條件的秋刀魚揮發(fā)性風(fēng)味信息，并對(duì)收集的風(fēng)味信息進(jìn)行傳感器載荷分析（loadings analysis）、線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）和主成分分析（principal component analysis，PCA），其結(jié)果與秋刀魚感官評(píng)價(jià)、pH值、揮發(fā)性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）值和菌落總數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明：秋刀魚的氣味隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)發(fā)生變化，其中氮氧化合物、有機(jī)硫化物和無(wú)機(jī)硫化物等電子鼻傳感器的響應(yīng)值變化最為明顯；電子鼻分析結(jié)果與感官、pH值、TVB-N值和菌落總數(shù)分析結(jié)果顯著相關(guān)，表明電子鼻檢測(cè)技術(shù)可用作秋刀魚新鮮度快速判別的一種新型檢測(cè)方法。

關(guān)鍵詞：電子鼻；秋刀魚；新鮮度；評(píng)價(jià)

Freshness Evaluation of Pacific Saury Freshness by Electronic Nose

YANG Zhen1， GONG Hui1， LIU Meng1， PENG Zhaohui2， SHI Zhijia1，*

（1. China Meat Research Centre， Beijing 100068， China； 2.Beijing Beishui Food Industry Co. Ltd.， Beijing 100068， China）

Abstract： The volatile flavor compounds of Pacific saury stored at 4 ℃ were evaluated using a portable PEN-3 electronic nose （E-nose）. The collected data were then analyzed by loadings analysis， linear discriminant analysis （LDA） and principal component analysis （PCA） for correlation with pH value， sensory evaluation and total volatile basic nitrogen （TVB-N） as well as total bacterial counts. It turned out that the flavor of Pacific saury changed with storage time. The most significant changes were observed in the E-nose responses to nitrogen oxides， organic sulfur and inorganic sulfur compounds. Significant correlations existed between E-nose analysis and sensory evaluation， pH value and TVB-N value and total bacterial count. Therefore， electronic nose could provide a new way to rapidly identify the freshness of Pacific saury.

Key words： electronic nose； Pacific saury； freshness； identification

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201703008

中圖分類號(hào)：TS254.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-8123（2017）03-0040-05

引文格式：

楊震， 貢慧， 劉夢(mèng)， 等. 基于電子鼻技術(shù)的秋刀魚新鮮度評(píng)價(jià)[J]. 肉類研究， 2017， 31（3）： 40-44. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201703008. http：//www.rlyj.pub

YANG Zhen， GONG Hui， LIU Meng. Freshness evaluation of Pacific saury freshness by electronic nosee[J]. Meat Research， 2017， 31（3）： 40-44. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-201703008. http：//www.rlyj.pub

秋刀魚（Pacific saury）又名竹刀魚，絕大多數(shù)時(shí)間在水域的中上層游動(dòng)覓食，屬于中上層魚類品種，主要集中分布于太平洋最北端的白令海水域、阿拉斯加海域、加利福尼亞州西岸海域以及墨西哥灣等海域，以及亞洲東部的日本海域，在我國(guó)秋刀魚則主要分布在山東東岸的黃海海域[1]。秋刀魚作為我國(guó)主要的遠(yuǎn)洋捕撈經(jīng)濟(jì)魚類品種，其捕撈量高達(dá)每年8 萬(wàn)t以上。秋刀魚味道鮮美、營(yíng)養(yǎng)豐富，是一種典型的高蛋白、高油脂魚類，富含二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid，EPA）、二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）等人體不可缺少的不飽和脂肪酸，隨著國(guó)民對(duì)其認(rèn)知的不斷深入，日益受到國(guó)內(nèi)消費(fèi)者的青睞[2-3]。但是目前，我國(guó)有關(guān)秋刀魚的研究主要集中在資源分布、生物學(xué)形態(tài)和習(xí)性、種群變動(dòng)和捕撈方面，而對(duì)其新鮮度的快速檢測(cè)方面的研究甚少[4-5]。

傳統(tǒng)的魚類新鮮度評(píng)價(jià)方法主要包括理化、微生物等指標(biāo)的檢測(cè)以及感官評(píng)價(jià)。理化與微生物檢驗(yàn)存在檢測(cè)周期長(zhǎng)、操作繁瑣等不足；感官評(píng)價(jià)則存在人為因素影響大、判別精度低等問題[6]，這都無(wú)法滿足快速檢測(cè)的要求，雖然市場(chǎng)上出現(xiàn)了一些快速檢驗(yàn)的試劑盒，但是可以滿足魚類新鮮度測(cè)定的尚未研制成功。電子鼻技術(shù)是基于仿生學(xué)模仿人類嗅覺的一種新興技術(shù)，是一種可以快速檢測(cè)食物揮發(fā)性氣味的方法，從而達(dá)到對(duì)食品揮發(fā)性成分進(jìn)行感知、分析及判別[7]，因其快速、精確、樣品重復(fù)性高、操作方便簡(jiǎn)單等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種食物中[8]，包括乳與乳制品[9]、肉與肉制品[10]、糧油及糧油制品[11]、果蔬及果蔬制品[12-14]、茶葉制品[15]、香料與香精[16]、酒類制品[17]等揮發(fā)性成分的檢測(cè)與分析。電子鼻檢測(cè)技術(shù)可以模擬人類嗅覺，電子鼻一般由模式識(shí)別單元、信號(hào)處理單元和氣敏傳感器陣列3 個(gè)主要功能區(qū)構(gòu)成，可以對(duì)不同濃度、種類的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)[18-21]。而近年來(lái)隨著對(duì)電子鼻技術(shù)的深入開發(fā)，應(yīng)用電子鼻技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的產(chǎn)地辨識(shí)、不合格品檢出、成分辨別等均有相關(guān)報(bào)道，甚至于應(yīng)用電子鼻進(jìn)行早期癌細(xì)胞篩查，但是應(yīng)用于魚類新鮮度辨識(shí)的研究還鮮見報(bào)道[22-23]。

本實(shí)驗(yàn)以秋刀魚為研究對(duì)象，采用電子鼻檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)冷藏條件下秋刀魚的揮發(fā)性氣味的變化規(guī)律，運(yùn)用線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA）、傳感器載荷分析（loadings analysis）及主成分分析（principal component analysis，PCA）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并結(jié)合感官評(píng)價(jià)、pH值、揮發(fā)性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）值和菌落總數(shù)等理化指標(biāo)進(jìn)行分析，旨在建立一種秋刀魚新鮮度快速判別方法。

1 材料與方法

1.1 材料

速凍秋刀魚 北京北水食品工業(yè)有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

PEN-3型便攜式電子鼻 德國(guó)Airsense公司；DRP-9052型恒溫恒濕培養(yǎng)箱 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；

ESCO-Airstream? B2型二級(jí)生物安全柜（AB2-6S1） 新加坡藝思高科技有限公司；GI-54DWS自動(dòng)壓力蒸汽滅菌鍋 美國(guó)致微有限公司；Sorvall LYNX-6000型離心機(jī) 美國(guó)賽默飛世爾科技公司；DW-50W255型冰箱 海爾集團(tuán)；UV-2800型紫外-可見分光光度計(jì) 美國(guó)尤尼柯儀器有限公司；SG-8型便攜式pH計(jì) 瑞士梅特勒-托利多科學(xué)儀器（上海）有限公司；BSA822-CW型電子天平 德國(guó)

賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；YGH-9245A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海姚氏儀器設(shè)備處；UDK-139型自動(dòng)凱氏定氮儀 意大利Velp公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

將秋刀魚用事先消過毒的刀具去掉魚鰓及內(nèi)臟，分割為質(zhì)量約為100 g魚塊，隨機(jī)分為6 組，每組3 塊，包裝后的各組樣品在（4±1） ℃條件下保藏。樣品包裝當(dāng)天記為第0天，在隨后的第3、6、9、12、15天分別取樣測(cè)定其菌落總數(shù)、TVB-N值、pH值等指標(biāo)，并進(jìn)行電子鼻分析，以此來(lái)評(píng)定各組樣品的品質(zhì)變化情況。

1.3.2 pH值測(cè)定

采用SG-8便攜式pH計(jì)測(cè)定，每個(gè)樣品不同部位測(cè)定5 次，取其平均值為該樣品的pH值。

1.3.3 TVB-N值的測(cè)定

依照水產(chǎn)行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)按照SC/T 3032—2007《水產(chǎn)品中揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定》規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)定[24]。

1.3.4 菌落總數(shù)的測(cè)定

菌落總數(shù)按GB 4789.2—2010《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗(yàn) 菌落總數(shù)測(cè)定》規(guī)定的方法進(jìn)行稀釋平板計(jì)數(shù)測(cè)定[25]。

1.3.5 電子鼻分析

參考貢慧[26]、白一凡[27]等的方法，并稍作修改。樣品切碎、密封至進(jìn)樣瓶，25 ℃恒溫環(huán)境下平衡2 h，采用PEN3型便攜式電子鼻對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)。電子鼻測(cè)定條件：溫度50 ℃，清洗時(shí)間250 s，進(jìn)氣量300 mL/min，測(cè)定時(shí)間90 s，特征值提取時(shí)間點(diǎn)設(shè)定為70～80 s，取70～80 s處的信號(hào)作為分析的時(shí)間點(diǎn)。統(tǒng)計(jì)分析10 個(gè)不同選擇性傳感器的G/G0值，并對(duì)特征時(shí)間段內(nèi)的信息進(jìn)行線性判別式分析（LDA）、傳感器載荷分析（loadings）及主成分分析（PCA）處理，每個(gè)樣品均準(zhǔn)備7 個(gè)平行樣品，去掉異常值，以確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。不同感應(yīng)探頭可以非常靈敏地檢測(cè)出相對(duì)應(yīng)的揮發(fā)性成分，具體的各感應(yīng)探頭性能如表1所示。

1.3.6 感官評(píng)價(jià)

感官評(píng)價(jià)表參考GB/T 18108—2008《鮮海水魚》[28]，并稍作修改。感官評(píng)定由7 名專業(yè)人員組成的感官評(píng)定小組進(jìn)行，針對(duì)秋刀魚的氣味、色澤、表觀特征三方面分別評(píng)分。每項(xiàng)指標(biāo)分5 個(gè)等級(jí)，4 分以下則表示秋刀魚已經(jīng)腐敗且感官上不可接受。如表2所示。

表 2 秋刀魚感官評(píng)價(jià)表[23]

Table 2 Criteria for sensory evaluation of Pacific saury[23]

指標(biāo) 好（9～10 分） 較好（7～8 分） 一般（5～6 分） 較差（3～4 分） 差（1～2 分）

色澤（30%） 色澤正常，肌肉切面富有光澤 色澤正常，肌肉切面有光澤 色澤稍暗淡，肌肉切面稍有光澤 色澤較暗淡，肌肉切面無(wú)光澤 色澤暗淡，肌

肉切面無(wú)光澤

氣味（40%） 固有香味濃郁 固有香味

較濃郁 固有香味清

淡，略帶異味 固有香味消失，有腥臭味或氨臭 有強(qiáng)烈腥臭味或氨臭味

表觀特征（30%） 肌肉組織致密完整，富有彈性 肌肉組織緊密，有彈性 肌肉組織不緊

密，較有彈性 肌肉組織不緊密，稍有彈性 肌肉組織不

緊密，無(wú)彈性

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用IBM Statistics SPSS 19.0和Excel 2013進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 秋刀魚貯藏期間新鮮度的變化規(guī)律

2.1.1 秋刀魚貯藏期間感官評(píng)分

由圖1可知，秋刀魚貯藏初期新鮮無(wú)異味、魚肉軟硬適中，肌肉組織緊密有彈性，切面光澤，肌纖維明顯，同時(shí)具有秋刀魚特有的香味。但隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，秋刀魚的感官品質(zhì)逐漸降低，前期相對(duì)緩慢，貯藏第6天后秋刀魚的感官品質(zhì)開始快速下降。秋刀魚感官品質(zhì)劣化主要表現(xiàn)在肌肉軟化、不良?xì)馕对鰪?qiáng)和顏色變暗。秋刀魚肌肉軟化和顏色變暗主要與其內(nèi)源性蛋白酶作用有關(guān)，而不良?xì)馕吨饕俏⑸锎罅糠敝钞a(chǎn)生不良代謝產(chǎn)物以及腥味物質(zhì)形成有關(guān)。整體而言，秋刀魚感官品質(zhì)迅速劣化發(fā)生在貯藏6～9 d這段時(shí)間，貯藏9 d后已不適于食用，這與后面的TVB-N值和菌落總數(shù)檢測(cè)結(jié)果相一致。

2.1.2 秋刀魚貯藏期間pH值的變化規(guī)律

對(duì)于大部分水產(chǎn)品，尤其是魚類產(chǎn)品而言，魚體pH值的變化與魚的腐敗變質(zhì)之間存在著一定的相關(guān)性。研究發(fā)現(xiàn)，隨著魚新鮮度的降低，pH值的變化一般呈現(xiàn)為先下降后上升的趨勢(shì)。在魚體死后貯藏初期，由于磷酸肌酸和ATP等物質(zhì)分解為磷酸等酸性物質(zhì)，以及魚體糖原糖酵解產(chǎn)生的乳酸含量增加，使得魚體pH值下降，之后由于魚類氨基酸和蛋白質(zhì)物質(zhì)發(fā)生降解，產(chǎn)生含胺、氨類等堿性物質(zhì)，使得魚體的pH值有所回升。而含胺類、含氨類的揮發(fā)性物質(zhì)的產(chǎn)生，實(shí)則反映了魚類新鮮度的降低。秋刀魚在4 ℃貯藏過程中pH值的變化規(guī)律如圖2所示。

由圖2可知，在實(shí)驗(yàn)期間pH值在貯藏0～9 d呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)，在第9天時(shí)達(dá)到最低值6.06；之后隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，pH值又緩慢上升。這一結(jié)果較

劉麗榮等[29]研究的最小極限pH值結(jié)果提前了3 d，可能是由于實(shí)驗(yàn)的原材料不同造成的，本研究是以速凍秋刀魚為實(shí)驗(yàn)材料，而劉麗榮等[29]使用的是鮮活鯉魚。

2.1.3 貯藏期間秋刀魚TVB-N值變化規(guī)律

揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）值是評(píng)價(jià)水產(chǎn)品鮮度的常用指標(biāo)，它反映水產(chǎn)品蛋白質(zhì)及部分氨基酸因內(nèi)源酶或微生物的作用分解而產(chǎn)生的揮發(fā)性的氨和胺類化合物的情況，這些化合物含量越高其TVB-N值越高，魚肉新鮮度越低[30]。4 ℃條件下秋刀魚在貯藏期間TVB-N值變化如圖3所示。

由圖3可知，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，秋刀魚TVB-N值逐漸上升；貯藏初期，秋刀魚的TVB-N值緩慢上升，第6天后上升速率加大；貯藏9 d時(shí)已超過國(guó)家GB/T 18108—2008《鮮海水魚》的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，貯藏12 d時(shí)已超過三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)低于30 mg/100 g的要求。

2.1.4 貯藏期間秋刀魚菌落總數(shù)變化規(guī)律

食品腐敗變質(zhì)的主要是由于微生物生長(zhǎng)、繁殖及代謝而引起的，在其生長(zhǎng)繁殖過程中不斷消耗食品中的蛋白質(zhì)、脂肪及碳水化合物等營(yíng)養(yǎng)物，同時(shí)分泌出胺、硫化氫、脂肪酸及其他酸類物質(zhì)等代謝產(chǎn)物破壞食品自身的平衡，最終導(dǎo)致食品的腐敗變質(zhì)。貯藏期間秋刀魚菌落總數(shù)變化情況如圖4所示。

由圖4可知，4 ℃冷藏條件下，秋刀魚的菌落總數(shù)隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)呈S形增加；初始細(xì)菌總數(shù)為2.48

（lg（CFU/mL）），前期增長(zhǎng)速率較慢，貯藏6 d后增長(zhǎng)速率急劇上升，在第9天達(dá)到4.26（lg（CFU/mL）），超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的4.0（lg（CFU/mL）），不再適宜食用。

2.2 秋刀魚貯藏期間風(fēng)味變化

2.2.1 傳感器載荷分析

圖5為秋刀魚揮發(fā)性風(fēng)味成分的傳感器載荷分析，其LA1和LA2的總貢獻(xiàn)率達(dá)到99.12%，因此，此方法可以有效地對(duì)秋刀魚的風(fēng)味成分進(jìn)行判別。

由圖5可知，R2感應(yīng)探頭對(duì)第1主成分（LA1）的貢獻(xiàn)率最大，其次是R9和R7感應(yīng)探頭，這3個(gè)感應(yīng)探頭分別對(duì)應(yīng)著氮氧化合物、有機(jī)硫化物和無(wú)機(jī)硫化物等揮發(fā)性風(fēng)味成分。其中R2感應(yīng)探頭對(duì)氮氧化合物類物質(zhì)靈敏度最高，說明了在秋刀魚貯藏過程中氮氧化合物類物質(zhì)是秋刀魚風(fēng)味變化過程中變化最為明顯的成分，因此對(duì)氮氧化合物類成分的檢測(cè)可以作為秋刀魚新鮮度檢測(cè)的主要判別指標(biāo)之一。

2.2.2 秋刀魚不同貯藏時(shí)間電子鼻PCA分析

主成分分析（PCA）是將電子鼻感應(yīng)探頭檢測(cè)出的各種信息數(shù)據(jù)運(yùn)用數(shù)學(xué)分析方法進(jìn)行處理，最后將處理結(jié)果中能夠充分代表原始數(shù)據(jù)的信息投射到坐標(biāo)軸上形成一個(gè)簡(jiǎn)單的二維圖譜；總貢獻(xiàn)率越大，則表明主要成分可以更好地反映出所檢測(cè)數(shù)據(jù)的全部信息。一般情況下，總貢獻(xiàn)率超過70%～85%，此方法即可使用[27]。不同貯藏時(shí)間秋刀魚電子鼻PCA分析結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，在PCA分析中，第1主成分（PC1）的貢獻(xiàn)率達(dá)到74.77%，第2主成分（PC2）的貢獻(xiàn)率達(dá)到23.27%，2 種主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到98.04%，說明該方法采集的數(shù)據(jù)信息可以替代秋刀魚不同貯藏時(shí)間樣品的全部特征。同時(shí)，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，秋刀魚的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)也發(fā)生變化，且不同貯藏時(shí)間的秋刀魚風(fēng)味物質(zhì)響應(yīng)值對(duì)應(yīng)的區(qū)域沒有重疊部分，區(qū)分情況很好。貯藏9 d時(shí)秋刀魚風(fēng)味物質(zhì)響應(yīng)值與貯藏初期區(qū)分開始明顯差異化，貯藏12 d以后差異達(dá)到最大化。因此通過電子鼻PCA分析可以較好表達(dá)4 ℃貯藏期間秋刀魚新鮮程度及肉品品質(zhì)的轉(zhuǎn)變情況，秋刀魚揮發(fā)性物質(zhì)PCA分析檢測(cè)結(jié)果與秋刀魚的菌落總數(shù)及TVB-N值的變化趨勢(shì)大致相同，即貯藏9 d后秋刀魚已有劣化趨勢(shì)，12 d后其新鮮度已經(jīng)明顯變差，腐敗變質(zhì)。

2.2.3 秋刀魚不同貯藏時(shí)間電子鼻LDA分析

線性判別式分析（LDA）的基本原理是將高維度的原始數(shù)據(jù)信息，通過投影映射到某一個(gè)低維度的方向，從而達(dá)到壓縮原始數(shù)據(jù)空間特征維度、抽取原始數(shù)據(jù)分類信息的目的。LDA與PCA最大區(qū)別就在于LDA利用先前賦予分類信息進(jìn)行計(jì)算[22]。LDA能夠注意到同一類別內(nèi)點(diǎn)的分布以及它們之間相互距離，因此它能夠從所有傳感器那里收集信息，提高了分類的精確度，每一類樣品信息傳遞都有專門標(biāo)準(zhǔn)[22，26，31]。不同貯藏時(shí)間秋刀魚LDA分析圖如圖7所示。橫軸第1線性判別式函數(shù)（LD1）的貢獻(xiàn)率為80.36%，縱軸第2線性判別式函數(shù)（LD2）的貢獻(xiàn)率為10.23%，兩函數(shù)總貢獻(xiàn)率高達(dá)90.59%。隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，LD1呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，LD2呈往復(fù)性變化趨勢(shì)，因其貢獻(xiàn)率較低可以不做重點(diǎn)考慮。LDA能夠明顯地區(qū)分不同貯藏時(shí)間的秋刀魚，且貯藏9、12、15 d樣品區(qū)分明顯且有一定變化趨勢(shì)，與PCA分析以及理化等常規(guī)分析結(jié)果相一致，因此電子鼻檢測(cè)技術(shù)可以作為秋刀魚新鮮度的快速檢測(cè)方法。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)秋刀魚的理化指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，并結(jié)合感官評(píng)價(jià)分析，發(fā)現(xiàn)秋刀魚在4 ℃條件下貯藏9 d后有劣化趨勢(shì)，貯藏12 d后已明顯變質(zhì)，不適合食用。這與采用PCA和LDA分析電子鼻檢測(cè)結(jié)果與秋刀魚的新鮮度指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果一致，因此，電子鼻檢測(cè)技術(shù)可以作為一種秋刀魚新鮮度快速檢測(cè)方法。同時(shí)通過分析發(fā)現(xiàn)，秋刀魚新鮮度變化產(chǎn)生的主要揮發(fā)性物質(zhì)主要包括氮氧化合物、有機(jī)硫化物和無(wú)機(jī)硫化物等揮發(fā)性風(fēng)味成分。

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