生鮮肉新鮮度新型快速表征技術(shù)研究進(jìn)展

張晉豪，王浩東，邵良婷，徐幸蓮，王虎虎

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 肉品加工與質(zhì)量控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210095）

生鮮肉品在貯存過程中會因微生物和內(nèi)源酶作用而導(dǎo)致新鮮度降低，其中細(xì)菌是生鮮肉腐敗的主要原因。腐敗菌通過分解肉中的脂肪和蛋白質(zhì)等物質(zhì)而使有機(jī)代謝物堆積，進(jìn)而引起肉品的顏色和風(fēng)味等品質(zhì)劣變，因此新鮮度是決定生鮮肉市場價(jià)值的關(guān)鍵性因素。傳統(tǒng)的生鮮肉新鮮度評定方法主要有兩種：由專業(yè)人員進(jìn)行感官評定和理化指標(biāo)測定。前者雖然運(yùn)用較為廣泛，但在實(shí)際操作中不僅需要專業(yè)的評審員小組，且評審員短時(shí)間內(nèi)多次測評易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果精度下降，局限性很大；對于后者，研究人員通過大量的實(shí)驗(yàn)將新鮮度與理化指標(biāo)（如pH值、值、硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）含量和總揮發(fā)性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）含量）相關(guān)聯(lián)，此方法主要依賴于精密分析儀器和大量樣品的復(fù)雜預(yù)處理，無法快速得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。為了克服傳統(tǒng)檢測方法的不足，感官仿生技術(shù)、智能響應(yīng)技術(shù)和頻譜分析技術(shù)等新型新鮮度表征技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，有助于企業(yè)和市場監(jiān)管人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)肉品的質(zhì)量問題，維護(hù)消費(fèi)者食用安全。

1 感官仿生技術(shù)

消費(fèi)者選購生鮮肉時(shí)會受外觀（顏色、大小、形狀）、氣味和質(zhì)地等性質(zhì)的影響，感覺器官主觀性較強(qiáng)且易疲勞，會對評價(jià)結(jié)果產(chǎn)生負(fù)面影響。感官仿生技術(shù)通過模仿人類“感官”來獲取肉品的新鮮度特征，可重復(fù)性和準(zhǔn)確性較好，因此可作為感官評定新的選擇。味覺仿生、嗅覺仿生、視覺仿生和觸覺仿生技術(shù)能將生鮮肉的抽象特征轉(zhuǎn)化為電信號，這些冗雜的數(shù)據(jù)由計(jì)算機(jī)進(jìn)行模式判別處理，其結(jié)果對于評價(jià)生鮮肉新鮮度具有重要指導(dǎo)價(jià)值。

1.1 味覺仿生技術(shù)

味覺仿生是根據(jù)哺乳動物味覺感受系統(tǒng)和信息編碼方式提出的一種新技術(shù)，電子舌即以此為原理仿制。電子舌以電化學(xué)（電位、伏安、安培、阻抗、電導(dǎo)）傳感器、光學(xué)傳感器或味覺仿生材料作為敏感元件來對待測樣品的滋味作出響應(yīng)，目前已廣泛應(yīng)用于生鮮肉新鮮度的表征，例如通過電子舌和偏最小二乘法模型可以得到電信號和豬里脊pH值、值之間的相關(guān)性；此外，電子舌還能對不同貯藏溫度下不同時(shí)間點(diǎn)的肉品特性進(jìn)行區(qū)分，形成對生鮮肉新鮮度的有效評價(jià)。因此，電子舌有望規(guī)模化應(yīng)用于肉品供應(yīng)鏈中快速檢測。近年來，電子舌設(shè)備逐漸趨于小型化，且能同時(shí)測定多種化合物，但在實(shí)際應(yīng)用中仍有兩方面問題需要注意：一是傳感器的信號漂移，二是固體樣品的局限性。信號漂移是指傳感器受環(huán)境條件（濕度和溫度波動）的影響，導(dǎo)致靈敏度降低，在實(shí)驗(yàn)室中常通過控制室溫和清洗電極來最小化信號漂移造成的影響，但效果有限。此外，電子舌常用于分析液體樣品，但對分析肉類等固體樣品則存在一定困難，目前主要基于兩種方法：一是對肉品狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，即通過糜化、溶劑混合、勻漿、離心和提取上清液等步驟轉(zhuǎn)化為液體；二是將電極和粗制樣品直接接觸，并保證電極表面清潔和接觸位置的同一性，但由于肉品表面的不均勻性，故該方法很難保證電極和樣品一直維持良好的接觸。

綜上，傳感器的信號漂移現(xiàn)象和固體樣品分析困難是阻礙電子舌進(jìn)一步應(yīng)用的重要原因，也是今后研究的重點(diǎn)。相比于人類的味覺系統(tǒng)，電子舌在分析復(fù)雜成分時(shí)的表現(xiàn)不盡人意，因此，配有酶和呈味物質(zhì)受體的傳感器陣列可以選擇性地獲取味覺信號，使電子舌更加接近人類的味覺系統(tǒng)，這也是未來發(fā)展的趨勢。

1.2 嗅覺仿生技術(shù)

電子鼻是基于人體嗅覺系統(tǒng)開發(fā)的一種仿生設(shè)備，可通過氣體傳感器陣列和人工智能算法系統(tǒng)獲取生鮮肉的氣味特征，進(jìn)而推測其新鮮程度。金屬氧化物半導(dǎo)體（metal-oxide semiconductor，MOS）傳感器是目前電子鼻在生鮮肉分析中使用最多的一類傳感器，基于該傳感器可以構(gòu)建特定的陣列，例如配備8種金屬氧化物傳感器的電子鼻可以評估雞肉在4 ℃和30 ℃下貯藏5 d后的新鮮度，且該結(jié)果與測得的細(xì)菌總數(shù)結(jié)果相印證，但MOS傳感器工作時(shí)能量消耗很高，因而很難用于手持設(shè)備?；趯?dǎo)電聚合物（conducting polymers，CP）傳感器的電子鼻也經(jīng)常應(yīng)用于生鮮肉新鮮度的分析，例如在區(qū)分不同貯存溫度（4、10 ℃）的牛肉時(shí)，其預(yù)測準(zhǔn)確度可達(dá)到83%～100%，說明該設(shè)備可以很好地區(qū)分腐敗程度不同的牛肉，此外，CP傳感器能在室溫下工作，因而可應(yīng)用于便攜式電子鼻。電子鼻在檢測氣體信號時(shí)，經(jīng)常會受到其他物質(zhì)成分的干擾，例如其難以識別包裝內(nèi)部復(fù)雜的頂空成分，這主要是因?yàn)殡娮颖菦]有經(jīng)過特定環(huán)境氣體的分析訓(xùn)練，為了建立可識別不同來源生鮮肉的分析模型，至少需要將電子鼻暴露于不同氣體環(huán)境中訓(xùn)練3～4個(gè)周期。此外，在使用便攜式電子鼻評估生鮮肉鮮度時(shí)，需要考慮周圍環(huán)境氣體對測定結(jié)果造成的影響，例如同一冰柜中變質(zhì)牛肉的氣味很可能會被新鮮豬肉的氣味所掩蓋，雖然結(jié)合K最近鄰模式分類算法的電子鼻被證明可辨別腐敗肉的識別邊界，但在檢測市場上品種繁多的肉品時(shí)，其效果還有待觀察。因此，將樣品單獨(dú)置于密閉裝置中進(jìn)行分析仍然是最為可靠的檢測方法。電子鼻分析時(shí)還需要考慮包裝頂空中濕度的影響，有時(shí)頂空的水蒸氣濃度要比希望檢測到的化合物濃度高幾個(gè)數(shù)量級，為了減弱這項(xiàng)干擾，研究人員常通過單獨(dú)測定環(huán)境濕度來進(jìn)行校正補(bǔ)償。

總之，電子鼻在生鮮肉的腐敗評估中主要有兩方面應(yīng)用：一是對市場上生鮮肉的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)，這通常是由監(jiān)管部門或消費(fèi)者完成的，且只需要得出“新鮮”或者“腐敗”結(jié)論即可，目前已有一系列商業(yè)化的便攜式電子鼻來滿足這方面需求。二是工業(yè)化應(yīng)用，即將電子鼻的分析結(jié)果和細(xì)菌總數(shù)相關(guān)聯(lián)來開發(fā)貨架期預(yù)測模型，這需要將高靈敏度的傳感器置于不同的氣體環(huán)境中進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練，為了提高效益，還需要進(jìn)一步降低電子鼻的成本，以適應(yīng)市場需求。

1.3 視覺仿生技術(shù)

視覺仿生技術(shù)通過計(jì)算機(jī)及相關(guān)設(shè)備對生物視覺進(jìn)行模擬，并對采集到的圖像進(jìn)行分析。計(jì)算機(jī)視覺包含二維圖像的捕捉、處理和分析系統(tǒng)，即用數(shù)碼相機(jī)代替人眼，用學(xué)習(xí)算法代替人腦，通過電子感知和分析圖像來刻畫人類視覺，自動從圖像中提取和分析待測樣品的表觀信息。通常感官評定所關(guān)注的肉品特征，包括顏色、紋理、體積和缺陷等均是計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)關(guān)注的信息，例如計(jì)算機(jī)系統(tǒng)耦合人工智能預(yù)測模型可對豬里脊的色澤和紋路進(jìn)行評價(jià)，且對顏色預(yù)測的準(zhǔn)確率達(dá)到92.5%，對紋路預(yù)測的準(zhǔn)確率達(dá)到75.0%。色度計(jì)是另一種評估肉品顏色的儀器，其對羊肉肉色的測定值結(jié)合消費(fèi)者對肉色可接受性的評分可以建立二者之間的相關(guān)性，且*值（紅綠度）與消費(fèi)者的評價(jià)聯(lián)系最為緊密。

計(jì)算機(jī)視覺的評價(jià)功能類似于色度計(jì)，但具有兩方面優(yōu)勢：一是可以準(zhǔn)確區(qū)分肉品的脂肪和紅肉區(qū)域，這是因?yàn)橛?jì)算機(jī)視覺具有像素級的顏色采樣工具，因此能夠獨(dú)立測定不同區(qū)域的顏色；二是可以減弱因肉品表面不均勻而造成的光折射和光反射，相比于色度計(jì)測定時(shí)緊貼于肉品表面，計(jì)算機(jī)視覺的相機(jī)懸于肉品上方，因而降低了光穿透率。在實(shí)際應(yīng)用中，計(jì)算機(jī)視覺尚存一些不足：一方面，受限于設(shè)備只能獲取圖像信息，計(jì)算機(jī)視覺不能對肉品的咀嚼性、彈性以及香味等感官性狀作出分析，此外，由于禽肉等白肉通常以胴體直接進(jìn)行加工，導(dǎo)致計(jì)算機(jī)視覺無法獲取內(nèi)部肌肉的信息。近年來，隨著硬件設(shè)備的開發(fā)，非可見光和穿透式成像設(shè)備的成本正在下降，從而為深化計(jì)算機(jī)視覺在肉類分析中的應(yīng)用提供機(jī)會；另一方面，計(jì)算機(jī)視覺獲取的圖像通常需要專業(yè)人員借助特定軟件進(jìn)行處理，具有一定的不便性，開發(fā)簡單易操作的軟件是縮短分析時(shí)間的有效方法。

1.4 觸覺仿生技術(shù)

觸覺仿生利用傳感器感應(yīng)外界的機(jī)械壓力變化，并通過信號處理將其數(shù)據(jù)化。質(zhì)地多面剖析法利用機(jī)器模擬人咀嚼來測定生鮮肉的硬度、彈性、黏聚性、咀嚼性和回復(fù)性等力學(xué)特性，其獲取的數(shù)據(jù)信息常借助主成分分析法、線性判別函數(shù)分析或典型相關(guān)分析等方法進(jìn)行分析，例如基于主成分分析可以將雞肉貯藏過程中硬度、彈性和咀嚼性等指標(biāo)的變化趨勢與揮發(fā)性鹽基氮含量和pH值等相關(guān)聯(lián)，借此實(shí)現(xiàn)對新鮮度的判別；牛肉在2 ℃下貯藏，其揮發(fā)性鹽基氮含量和回復(fù)性的線性函數(shù)具有較好的擬合優(yōu)度，因此可將回復(fù)性作為牛肉低溫貯藏期間新鮮度的檢測指標(biāo)。嫩度儀根據(jù)牛肉老化程度所劃分的嫩度水平與消費(fèi)者主觀判別的結(jié)果具有較好的一致性，因此可將剪切力作為判定指標(biāo)用于牛肉嫩度的分類，但測定剪切力需要先將肉品置于85 ℃水浴中進(jìn)行熟化，徹底破壞肉品的組織結(jié)構(gòu)，因而具有一定的局限性。

近年來生鮮肉新鮮度感官仿生分析技術(shù)表征研究匯總?cè)绫?所示。

表1 感官仿生技術(shù)分類Table 1 Classification of sensory bionics

目前，通過質(zhì)地特征評價(jià)生鮮肉的新鮮度主要是基于貯藏過程中的變化趨勢，直接表征新鮮度的研究較少，且沒有在產(chǎn)品開發(fā)、質(zhì)量控制及品質(zhì)評定中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，因此，需要建立生鮮肉質(zhì)地特性和感官評定的對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，以推動其進(jìn)一步發(fā)展。隨著人們對肉品質(zhì)構(gòu)研究的不斷深入，質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)有望成為企業(yè)新產(chǎn)品開發(fā)的重要依據(jù)。

2 智能響應(yīng)技術(shù)

智能響應(yīng)即監(jiān)測生鮮肉腐壞所產(chǎn)生的物質(zhì)并以直觀顏色或借助其他設(shè)備將結(jié)果反饋給消費(fèi)者，目前主要有化合物響應(yīng)型和電信號響應(yīng)型兩種。隨著氣調(diào)包裝技術(shù)廣泛用于生鮮肉受控冷鏈?zhǔn)袌龅姆咒N、貯存和陳列，研究人員將其和智能響應(yīng)技術(shù)相結(jié)合，在表征生鮮肉的新鮮度方面取得良好的效果，這也是未來發(fā)展的趨勢。

2.1 化合物響應(yīng)型

顯色劑能與生鮮肉的腐敗代謝物發(fā)生變色反應(yīng)，可以此實(shí)現(xiàn)對新鮮度的指示。顯色劑通常以復(fù)合薄膜或比色標(biāo)簽作為載體，通過內(nèi)置于肉品包裝頂部來監(jiān)測氣體成分的變化，相比于傳統(tǒng)檢測方法，指示膜或指示標(biāo)簽的檢測速度快，消費(fèi)者無需打開包裝即可獲知肉品的新鮮程度。根據(jù)響應(yīng)的化合物種類不同，可將顯色分為揮發(fā)性胺類敏感型和硫化氫敏感型。

2.1.1 揮發(fā)性胺類敏感型

生鮮肉中的蛋白質(zhì)在細(xì)菌作用下降解生成揮發(fā)性氨及胺類物質(zhì)，其含量與氨基酸被破壞的程度呈正相關(guān)，是反映新鮮度的主要指標(biāo)。揮發(fā)性胺類物質(zhì)的傳統(tǒng)檢測方法比較繁瑣且耗時(shí)，因此，研究人員利用特定指示劑的顯色反應(yīng)來判斷胺類物質(zhì)的濃度，通常包括顏色變化和熒光變換兩種方式。顏色變化因其直觀的特點(diǎn)，是目前新鮮度智能響應(yīng)中最為常用的方法。在評價(jià)羊肉的新鮮度時(shí)，花青素納米纖維膜隨著環(huán)境中NH含量增加，其顏色由粉色變?yōu)榘咨?，即表示肉品由新鮮變?yōu)楦瘮?。值得注意的是，由于?biāo)簽顏色變化是一個(gè)漸變的過程，消費(fèi)者在選購生鮮肉時(shí)很難通過肉眼來準(zhǔn)確地判斷新鮮和腐敗的臨界點(diǎn)，且肉品腐敗涉及多項(xiàng)化學(xué)成分的變化，單一的指示劑難以準(zhǔn)確反映新鮮度的變化；因此，需要對顯色劑的種類以及顏色識別方式進(jìn)行改進(jìn)。將20種不同類型的顯色劑包埋在醋酸纖維素中，然后消費(fèi)者可根據(jù)揮發(fā)性氣體的類型（氨、三甲胺、腐胺和尸胺）和因濃度交叉反應(yīng)而產(chǎn)生的特征顏色變化，基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的顏色比對庫可同時(shí)提供氣味指紋和指紋識別功能，通過手機(jī)掃描包裝上條形碼獲得實(shí)時(shí)的生鮮肉新鮮度信息，此方法所得結(jié)果更為準(zhǔn)確，使消費(fèi)者和食品供應(yīng)鏈中的所有利益相關(guān)者能夠隨時(shí)監(jiān)控生鮮肉的新鮮度。熒光變換是反映生鮮肉新鮮度的另一種方式，主要包括熒光增加和熒光猝滅，例如基于靜電紡絲技術(shù)可制備一種通過顏色和熒光協(xié)同指示新鮮度的納米纖維膜，隨著包裝內(nèi)揮發(fā)性生物胺含量的增加，其顏色會由紅色變?yōu)辄S色，其熒光會從無熒光變?yōu)閺?qiáng)熒光；將羧基連接到苯環(huán)的不同位置（鄰位、間位和對位）可構(gòu)成多種具有聚集誘導(dǎo)發(fā)射性質(zhì)的異構(gòu)體，且間位異構(gòu)體的光譜對腐肉表現(xiàn)出最明顯的熒光猝滅現(xiàn)象，但該方法在檢測熒光信號時(shí)需要借助熒光分光光度儀等設(shè)備，因而存在一定的不便性。揮發(fā)性胺類響應(yīng)顯色比較快且方式眾多，是目前研究最為成熟的方法，在今后的研究中，強(qiáng)化對不同物質(zhì)的定量鑒別能力并優(yōu)化顯色過程可促進(jìn)其進(jìn)一步發(fā)展。

2.1.2 硫化氫敏感型

細(xì)菌能將含硫氨基酸（半胱氨酸和蛋氨酸）酶解產(chǎn)生一系列硫醇化合物，如硫醇丙酸、乙硫醇和甲硫醇等，這些含硫化合物最終分解為硫化氫。以硫化氫作為生鮮肉新鮮度的監(jiān)測指標(biāo)，其原理主要包括兩個(gè)方面：一是肌紅蛋白接觸硫化氫后會生成綠色的硫化肌紅蛋白；二是硫化氫與金屬銀或金屬銅反應(yīng)會生成硫化物。肌紅蛋白可作為顯色劑來監(jiān)測禽肉中硫化氫的產(chǎn)生，當(dāng)肉品品質(zhì)劣化時(shí)，包裝中指示膜的顏色由棕色變?yōu)轷r紅色，若此時(shí)打開包裝讓氧氣進(jìn)入，指示膜的顏色將變成綠色，說明利用該方法來指示新鮮度具有一定可行性，但研究發(fā)現(xiàn)肌紅蛋白對低水平的細(xì)菌含量靈敏度較低，致使顏色變化存在滯后現(xiàn)象，需要通過進(jìn)一步優(yōu)化來改善指示效果。此外，將金屬銀通過氣相沉積或?yàn)R射結(jié)合到非金屬基板上制得納米銀層也能指示生鮮肉的新鮮度，隨著硫化氫濃度增加，銀層的顏色將由不透明的淺棕色逐漸趨于透明，表示肉品從新鮮轉(zhuǎn)為腐敗。綜上所述，基于硫化氫的濃度變化反映生鮮肉新鮮度主要是通過顏色變化來體現(xiàn)的，因而消費(fèi)者很難通過肉眼準(zhǔn)確地判斷肉品腐敗的臨界點(diǎn)，通過人工智能識別和RGB灰度分析是解決這一問題的有效方法。此外，硫化氫不僅存在于腐敗肉中，有時(shí)新鮮肉品中也有，這將會導(dǎo)致假陽性的情況產(chǎn)生，影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，為此，需要聯(lián)合其他檢測指標(biāo)來優(yōu)化檢測效果。

2.2 電信號響應(yīng)型

利用特定的傳感器將待測物的理化信息轉(zhuǎn)化為電信號，再經(jīng)過計(jì)算機(jī)分析得到檢測結(jié)果，該過程即為電信號響應(yīng)。目前傳感器的種類繁多，在生鮮肉新鮮度評價(jià)方面應(yīng)用較多的主要是氣體傳感器和酶生物傳感器，二者在前期測試中均取得良好的效果，因而具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.2.1 氣體傳感器

氣體傳感器能對生鮮肉品包裝中揮發(fā)性胺類、二氧化碳或氧氣的濃度變化作出響應(yīng)，并將監(jiān)測結(jié)果借助其他設(shè)備反饋給用戶，具有直觀快捷的特點(diǎn)。在評估生肉的腐敗程度時(shí)，一款由有機(jī)半導(dǎo)體聚3-己基噻吩（poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)，P3HT）作為基體制備的氣敏傳感器可以與生物胺和氨氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使電極電位發(fā)生變化產(chǎn)生電信號，且結(jié)果得到TVB-N含量分析實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。該方法具有檢測成本低、反應(yīng)迅速以及作用條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些缺點(diǎn)，例如測定前需要將肉品轉(zhuǎn)移到特定容器，并借助氣泵等設(shè)備。新的研究提出一款基于智能射頻識別技術(shù)的生鮮肉新鮮度和保質(zhì)期監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由微控處理器、氣體傳感器、溫度傳感器和濕度傳感器等元件組成，通過內(nèi)置于包裝中來監(jiān)測揮發(fā)性胺類濃度、溫度和濕度等信息。消費(fèi)者可通過射頻讀取器在肉品的貯藏、運(yùn)輸以及銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)隨時(shí)發(fā)出詢問信號，并迅速得到檢測結(jié)果，具有便攜、易操作的特點(diǎn)。此外，微生物繁殖會釋放CO并吸收O，利用氣體傳感器可以監(jiān)測二者的濃度變化，進(jìn)而反映肉中腐敗菌的生長狀況。在評價(jià)羊肉、牛肉、豬肉以及雞肉8 h內(nèi)的貯存狀態(tài)時(shí)，傳感器能對包裝中CO濃度增加和O濃度減少作出響應(yīng)，且該結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)方法測得的菌落總數(shù)相一致。氣體傳感器在表征生鮮肉的新鮮度方面具有潛在應(yīng)用價(jià)值，但包裝中復(fù)雜的氣體成分以及溫度和濕度等因素會對檢測結(jié)果造成影響，因此，提高傳感器的靈敏度并研發(fā)良好的溫濕度控制系統(tǒng)是提升檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵。

2.2.2 酶生物傳感器

酶生物傳感器通過電極上的固定酶與目標(biāo)物反應(yīng)生成電活性物質(zhì)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為電信號，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線得到目標(biāo)物的濃度。在評價(jià)生鮮肉的新鮮度時(shí)，酶生物傳感器主要是對貯存期內(nèi)代謝產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行檢測，包括次黃嘌呤、黃嘌呤和生物胺等。次黃嘌呤是肌苷一磷酸（inosine monophosphate，IMP）代謝的產(chǎn)物，其濃度會隨生鮮肉貯藏時(shí)間延長而增加，因而被認(rèn)為是評價(jià)新鮮度的有力工具，基于黃嘌呤氧化酶的酶生物傳感器能對雞肉、豬肉和牛肉中次黃嘌呤的濃度作出實(shí)時(shí)響應(yīng)，且具有響應(yīng)速度快、重現(xiàn)性和穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。此外，以5’-核苷酸酶和黃嘌呤氧化酶制得的雙酶生物傳感器可直接對IMP的濃度進(jìn)行測定，其通過酶解IMP產(chǎn)生HO，使得電子轉(zhuǎn)移而產(chǎn)生響應(yīng)電流，且該傳感器的靈敏度在4 ℃下存放60 d后只下降20%，因而具有良好的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性。氨基酸脫羧生成的組胺、腐胺和尸胺可作為生鮮肉變質(zhì)的標(biāo)志物，通過酶生物傳感器可對其濃度進(jìn)行監(jiān)測，例如固定有二胺氧化酶和腐胺氧化酶的電極可對牛肉、豬肉和雞肉中的腐胺進(jìn)行檢測，其結(jié)果與高效液相色譜的結(jié)果相印證。酶生物傳感器利用固定酶本身的特異性可以對成分復(fù)雜的樣品直接進(jìn)行測定，但該傳感器在進(jìn)行高精度的定量分析時(shí)，需要先通過勻漿和離心來獲得具有目標(biāo)底物的提取液，這通常需要30 min左右，同時(shí)，酶的分離和純化比較昂貴，且酶易因環(huán)境影響而失活，這些問題均制約著酶生物傳感器的進(jìn)一步發(fā)展，需要進(jìn)行深入研究。

近年來生鮮肉新鮮度智能響應(yīng)技術(shù)表征研究匯總?cè)绫?所示。

表2 智能響應(yīng)技術(shù)類型Table 2 Types of intelligent response

3 頻譜分析技術(shù)

頻譜分析即通過粒子在能級之間躍遷產(chǎn)生的特征譜來確定待測物質(zhì)的化學(xué)組成和相對含量，具有準(zhǔn)確和自動化程度高等優(yōu)點(diǎn)。近年來，該技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生鮮肉的新鮮度評價(jià)。

3.1 近紅外光譜

近紅外光譜是介于可見光和中紅外之間的電磁輻射，主要由分子從基態(tài)向高能級躍遷產(chǎn)生，可以反映含氫基團(tuán)（C—H、N—H、O—H）的振動頻率和合頻吸收。利用近紅外光譜儀掃描不同貯藏階段的肉品可以得到反映物質(zhì)成分吸收系數(shù)和散射系數(shù)的特征圖像，通過合適的數(shù)據(jù)分析模型即可推測肉品的新鮮度信息，例如將多索引統(tǒng)計(jì)信息融合模型和近紅外光譜聯(lián)用可以定量檢測豬肉的TVB-N含量和pH值；此外，將近紅外光譜結(jié)合反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以快速識別雞肉中的假單胞菌的生長情況，從而為延長貨架期提供有效參考。

近紅外光譜技術(shù)在檢測中不需要添加任何化學(xué)試劑，只需要操作員控制軟件即可完成分析，但該技術(shù)也有一些問題亟待解決：1）應(yīng)用于光譜分析的數(shù)據(jù)分析模型精度較低，不能對肉品品質(zhì)得出準(zhǔn)確的結(jié)論，有研究通過尋找與肉類品質(zhì)密切相關(guān)的波長對模型進(jìn)行校準(zhǔn)，但效果有限；2）近紅外光譜儀的探頭與樣品需要保持在毫米范圍內(nèi)，這使得設(shè)備的使用范圍受到限制。研究發(fā)現(xiàn)裝有鹵素光源的探頭可以與樣品保持在30 cm或更遠(yuǎn)的范圍內(nèi)，然而該光源會產(chǎn)生熱量，不適用于熱敏性樣品；3）單點(diǎn)近紅外探頭空間視野有限，只能對完整肉胴體的局部信息進(jìn)行檢測，因而高靈敏度的多探頭光譜技術(shù)成為未來的發(fā)展趨勢。

3.2 熒光光譜

熒光光譜是基于激發(fā)態(tài)的電子在釋能過程中會產(chǎn)生熒光的原理而形成，具有靈敏度高、選擇性強(qiáng)以及需樣量少等特點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于生鮮肉的品質(zhì)分析。生鮮肉由于脂質(zhì)氧化和蛋白水解會產(chǎn)生具有熒光特性的物質(zhì)，包括卟琳、色氨酸、還原型輔酶以及核黃素等，因而可將其作為光譜檢測的目標(biāo)物，例如利用煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide，NADH）的熒光譜可以反映肉品在4 ℃和25 ℃下貯藏的腐敗情況，同樣，由于低溫下豬肉中的色氨酸分解減緩，氧化反應(yīng)微弱，對應(yīng)熒光峰強(qiáng)度的變化速率要比室溫下慢。此外，牛肉在脂質(zhì)氧化過程中會產(chǎn)生卟啉，其熒光信號與TBA含量之間有良好的相關(guān)性。

目前，熒光光譜在實(shí)際應(yīng)用中仍有一些值得關(guān)注的問題，主要包括3個(gè)方面：1）并非所有的化學(xué)成分都能被激發(fā)產(chǎn)生熒光，因此限制了光譜的使用范圍；2）肉品中可能會存在多個(gè)熒光團(tuán)而導(dǎo)致峰重疊，使得識別特定的熒光團(tuán)變得更加困難，這需要進(jìn)一步確定待測物質(zhì)的激發(fā)波長和發(fā)射波長，以優(yōu)化光譜的實(shí)際性能；3）熒光光譜儀提供的數(shù)據(jù)包含大量的光譜信息，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選，目前，主成分分析法因能有效降低數(shù)據(jù)維度，實(shí)現(xiàn)多變量數(shù)據(jù)的可視化而得到廣泛應(yīng)用。熒光光譜的靈敏度是近紅外光譜的100 倍，且具有快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，在今后的研究中需深入探究不同物質(zhì)的熒光特性，以應(yīng)對肌肉中的復(fù)雜成分。

3.3 核磁共振譜

核磁共振是基于活躍質(zhì)子（H、C、N、Xe）在恒定磁場和脈沖射頻中能級躍遷產(chǎn)生的共振信號來獲取樣品的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。在評價(jià)生鮮肉的新鮮度時(shí)，核磁共振技術(shù)主要通過建模分析來檢測靶標(biāo)物質(zhì)的相對含量，例如該技術(shù)聯(lián)合化學(xué)計(jì)量學(xué)可以監(jiān)測牛肉貯藏過程中12種氨基酸濃度的變化，相比于存放3 d的樣品，存放21 d的樣品中氨基酸濃度明顯增加，說明肌肉中的蛋白質(zhì)被大量分解，此外，基于偏最小二乘法模型可以建立橫向弛豫時(shí)間和多項(xiàng)感官性狀的顯著相關(guān)性，說明核磁共振技術(shù)在評價(jià)肉品的新鮮度時(shí)具有良好的效果。

相比于傳統(tǒng)分析技術(shù)，核磁共振譜的檢測過程是無損的，并且具有很高的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性，但目前將核磁共振技術(shù)應(yīng)用于肉品品質(zhì)分析的實(shí)例仍非常有限，這主要包括兩方面的原因：1）高分辨率的核磁共振光譜對磁場均勻性和外部磁場強(qiáng)度有很高的要求，這會增加分析成本以及延長獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所需的時(shí)間，考慮到大多數(shù)生鮮肉在銷售過程中需要進(jìn)行快速分析，高分辨率核磁共振光譜不適合這類應(yīng)用；2）核磁共振儀的靈敏度較低，且缺乏具備專業(yè)理論知識的操作人員，開發(fā)簡單的數(shù)據(jù)采集和分析軟件、建立完備的光譜數(shù)據(jù)庫可以促進(jìn)核磁共振在肉品分析中的應(yīng)用。

3.4 高光譜成像

高光譜成像將光譜技術(shù)和成像技術(shù)融為一體，可得到一個(gè)包含一維光譜維度和兩維空間維度的三維數(shù)據(jù)立方體，因而同時(shí)具備高光譜分辨率和空間分辨能力。近年來，高光譜成像技術(shù)主要通過分析肉品的值、TBA含量以及菌落總數(shù)等指標(biāo)來提供可靠的新鮮度信息。在探究高光譜成像技術(shù)預(yù)測值的可行性時(shí)，研究人員利用連續(xù)投影法和灰度共生矩陣來獲取肉品的光譜數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)，并以此建立偏最小二乘回歸模型，該模型可以很好地評價(jià)豬肉的值。當(dāng)肉品被微生物污染后，內(nèi)部的糖原、脂肪以及蛋白質(zhì)等成分逐漸被分解，外部則出現(xiàn)變色、變黏等腐敗現(xiàn)象，基于反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型的高光譜成像技術(shù)可以對其內(nèi)外屬性同時(shí)作出評價(jià)，并與實(shí)驗(yàn)室測得的細(xì)菌總數(shù)相關(guān)聯(lián)，因而具有良好的新鮮度預(yù)測效果。

高光譜成像技術(shù)已廣泛應(yīng)用于生鮮肉品質(zhì)的定性分析中，但由于缺乏準(zhǔn)確性而很少用于定量分析，為此，研究人員考慮從硬件和軟件兩方面來解決這一問題：一方面，微生物在肉品表面繁殖會產(chǎn)生黏液，這會使光譜儀在圖像采集過程因鏡面反射而引起光譜和圖像失真，因此有必要通過開發(fā)更高光譜分辨率和空間分辨率的相機(jī)來提升硬件設(shè)備的精度；另一方面，高光譜的原始數(shù)據(jù)中存在大量冗余信息，這些與待測指標(biāo)無關(guān)的信息不僅會嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)分析的速度，而且會對分析結(jié)果產(chǎn)生不利影響。偏最小二乘法是目前定量分析中最常用的一種建模方法，可以從特征譜圖中獲取有效信息。

近年來生鮮肉新鮮度頻譜分析技術(shù)表征研究匯總?cè)绫?所示。

表3 頻譜分析技術(shù)分類Table 3 Classification of spectral analysis

4 其他技術(shù)

目前還有其他表征生鮮肉新鮮度的方法，例如通過實(shí)時(shí)熒光定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)可以在2～4 d內(nèi)完成對酯化梭菌的鑒定，而傳統(tǒng)檢測方法需要3～4 周；通過介電譜技術(shù)可以分析生鮮肉老化過程中的介電特性，進(jìn)而推算值或貯藏時(shí)間；通過生物阻抗技術(shù)可對生鮮肉的脂肪和水分等感官指標(biāo)進(jìn)行測定，進(jìn)而推測新鮮度。雖然這些技術(shù)也可用于評價(jià)生鮮肉的新鮮度，但相比于前述方法仍比較耗時(shí)且操作繁瑣，因此需要進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步論證其可行性。

5 結(jié) 語

生鮮肉因其豐富的營養(yǎng)成分，容易在運(yùn)輸、貯藏以及銷售過程中被微生物污染而導(dǎo)致腐敗，因此有必要在出售前對新鮮度進(jìn)行表征。本文對生鮮肉新鮮度表征技術(shù)的最新進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)，包括感官仿生技術(shù)、智能響應(yīng)技術(shù)以及光譜技術(shù)等，值得注意的是，上述方法均沒有被廣泛應(yīng)用于生鮮肉新鮮度的評價(jià)中，傳統(tǒng)的檢測方法在實(shí)際應(yīng)用中仍占據(jù)主導(dǎo)地位。對于感官仿生技術(shù)，由于肉品成分的高度復(fù)雜性，單一傳感器不能準(zhǔn)確地鑒定肉品的新鮮程度，需要聯(lián)用多種檢測技術(shù)來滿足各種復(fù)雜的檢測條件；對于智能響應(yīng)技術(shù)，由于肉品中代謝物的存在不一定表示肉品品質(zhì)下降，例如揮發(fā)性胺類和硫化氫，因此智能響應(yīng)可能發(fā)生在沒有任何感官劣化的產(chǎn)品中，提高響應(yīng)的特異性和靈敏度將是今后研究的重點(diǎn)；對于光譜技術(shù)，以高光譜成像技術(shù)為例，目前還存在檢測成本高、數(shù)據(jù)分析模型匱乏的問題，需要進(jìn)一步開發(fā)硬件設(shè)施和分析模型來促進(jìn)它們在新鮮度實(shí)時(shí)無損評估中的應(yīng)用。

盡管將這些新技術(shù)作為生鮮肉新鮮度的常規(guī)表征工具還有很長的路要走，但它們已經(jīng)表現(xiàn)出取代傳統(tǒng)檢測方法的巨大潛力，因此仍然值得在這些技術(shù)上繼續(xù)進(jìn)行投資和研究。