基于電子鼻的竹莢魚肉鮮度及品質的評價

李 璇，鄧尚貴，張 賓，林 雪，梁 銳

（浙江海洋學院食品與藥學學院、醫(yī)學院，浙江舟山 316004）

鮮度是魚肉以及魚類制品質量的一個重要指標。傳統(tǒng)上鑒定魚肉鮮度的主要方法包括感官評價和化學檢驗。感官評價可以及時有效地提供有關魚肉品質的信息，但同時受到感官檢驗人員身體及心理狀況的影響，且感覺不到初期腐敗產生的一些低濃度的揮發(fā)性物質，帶有很大的主觀性和局限性。化學檢測法主要通過測定揮發(fā)性鹽基氮（TVBN）、三甲胺（TMA）以及K值等對魚肉品質作出判定。這些化學分析方法既費時費力，又具有破壞性，并且有時不能準確反映魚肉在貯藏的初期所發(fā)生的品質變化。目前，還有應用氣質聯(lián)用技術和高效液相色譜技術分析評價魚肉品質的，盡管可以得到精確的數據，但檢測系統(tǒng)復雜，檢測周期較長，設備費用昂貴，需要專業(yè)人員操作，不適合水產品鮮度的快速檢測[1]。

隨著科學技術的進步，社會進入到信息時代，計算機技術在社會生活的各個領域都得到了廣泛應用。電子鼻技術就是氣敏傳感器陣列和計算機技術相結合的產物它的原理是：在一個密閉的取樣系統(tǒng)中，探針吸入待測樣品頂空空氣中的揮發(fā)性化合物，并將它們轉移到氣敏傳感器，氣敏傳感器通過電導率或電流來響應，傳感器的響應模式進入計算機分析處理，最后得到魚肉整體的品質變化信息。電子鼻技術是一種迅速、方便的方法，它能夠非破壞性地如實地反映魚肉品質變化的情況。

國外開展電子鼻進行肉品新鮮度的研究較多，OLAFSSON等最早采用半導體氣體傳感器和頂空生成方法研究了儲藏在室溫條件下鱘魚鮮度變化與傳感器響應的關系[2]。BERBERICH等人用8類氣體傳感器陣列來研究魚肉新鮮度的變化，用PCA（主成份）方法分析，結果表明魚肉鮮度與乙醇類、氨類等氣體濃度相關[3]。HAMMOND博士采用10類氣體陣列傳感器和頂空生成法對黑線鱘和大西洋鱘的鮮度進行研究，試驗表明NH3、SO2和CO等傳感器結果與揮發(fā)性鹽基氮（TVBN）多元回歸模型可識別貯藏天數[4]。因此，本文以新鮮竹莢魚為原料，探索將電子鼻系統(tǒng)應用于水產品鮮度快速檢測，建立新鮮度關鍵指標與電子鼻主成份的關系式，以期為水產品的貯藏、銷售、加工提供研究基礎。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

新鮮竹莢魚Trachurus japonicus，購于舟山市南珍菜場。選擇眼球飽滿，鰓體暗紅色，魚體紋理清晰，有透明均勻的粘液覆蓋著，手觸有彈性的竹莢魚為實驗原料。用冰凍保溫盒迅速運回實驗室。

高氯酸，天津市鑫源化工有限公司；硼酸，天津市科密歐化學試劑有限公司；NaOH、HCl、酚酞等試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

PHS-25型酸度計，上海精密儀器廠；UPK-Ⅱ-60L超純水機，成都優(yōu)普超純科技有限公司；海爾變溫冰箱，海爾集團；DHG-9140A電熱恒溫鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；超低溫冰箱，日本SANYO公司；TMS-Pro物質分析儀，美國F.T.C.公司；PEN3便攜式電子鼻系統(tǒng)，德國AIRENSE公司。

1.3 樣品預處理

新鮮竹莢魚在室溫下去頭、去皮、去內臟后，切成大小為10 cm×15 cm的塊狀，用保鮮袋包裝后分別置于4℃、0℃、-18℃、-55℃冰箱中。其中4℃、0℃貯藏條件下每天取樣測定，-18℃、-55℃貯藏條件下每5天取樣測定。

2 實驗方法

2.1 pH測定

pH計法。

2.2 TVBN值測定

半微量凱氏定氮法。

2.3 電子鼻分析

打開便攜式電子鼻電源，預熱30 min，稱取5±0.2 g竹莢魚樣品，切碎后移入氣味采集瓶中，加蓋密封勻質20 min，設定傳感器清洗時間60 s，測定時間100 s，傳感器流速300 mL/min，間隔時間1.0 s（表1）。

表1 PEN3型便捷式電子鼻傳感器Tab.1 PEN3 of electronic nose performance sensor

3 結果與討論

3.1 不同貯藏溫度下竹莢魚pH的變化

新鮮竹莢魚的pH為6.47，如圖1所示，在-55℃和-18℃下，隨著貯藏時間的延長，pH略微降低，但下降不顯著；在0℃下，隨著貯藏時間的延長，pH呈緩慢上升趨勢，表明魚體已開始腐?。辉?℃下，pH隨著貯藏時間的延長，pH呈上升趨勢，從第3 d到第5 d，pH呈跳躍式上升，在此溫度下魚體pH變化較大，表明微生物容易繁殖，腐敗速度加快，新鮮度降低，保質期縮短，故不利于保持魚體的品質。

3.2 不同貯藏溫度下竹莢魚TVBN值的變化

新鮮竹莢魚的TVBN值為2.68 mg/100 g，由圖2可知，在-55℃和-18℃下，隨著貯藏時間的延長，TVBN值幾乎沒有變化，一直維持在3.0 mg/100 g的范圍內，由此可知低溫可以很好的保持魚肉的鮮度；在0℃下，隨著貯藏時間的延長，TVBN值呈現(xiàn)上升趨勢，表明魚體已開始腐敗，到第6 d后超出魚肉的鮮度限值；在4℃下，TVBN值隨著貯藏時間的延長，呈快速上升趨勢，到第4 dTVBN值達到29.06 mg/100 g，之后就不能再食用，在此溫度下魚體TVBN值變化較大，表明微生物容易繁殖，腐敗速度加快，新鮮度降低，保質期縮短，故不利于保持魚體的品質。

3.3 不同貯藏溫度下竹莢魚電子鼻的變化

3.3.1 PCA分析

電子鼻對不同貯藏溫度和時間下竹莢魚樣品的揮發(fā)性成分進行分析。在PCA分析中，若兩主成分的貢獻率小于95%，則表示分析中有干擾成分的作用，從而說明該方法在數據分析中不合適。由圖3可以看出，在0℃貯藏條件下，隨著貯藏時間的延長，樣品中的揮發(fā)性氣味物質在不斷的變化，PC1貢獻率為 93.203%，PC1和 PC2總貢獻率達到97.183%，可以表明兩個主成份能夠比較全面的代表樣品的信息；在4℃貯藏條件下，如圖4所示，PC1貢獻率為86.911%，PC2貢獻率為10.986%，PC1和PC2總貢獻率達到97.897%。兩組PCA數據的主成份貢獻率均大于95%，故表明此方法適用于本次實驗[5]。

3.3.2 LDA分析

圖1 竹莢魚在不同貯藏溫度下pH的變化Fig.1 pH change of the bluefish in different storage temperature

圖2 竹莢魚在不同貯藏溫度下TVBN的變化Fig.2 TVBN change of the bluefish in different storage temperature

圖3 0℃貯藏條件下竹莢魚PCA分析Fig.3 Bluefish PCA analysis in 0℃storage conditions

LDA分析更注重于分類，可以更好地在二維圖中解決分類的分析，根據類別之間的馬氏距離最大的判別思想，可以使變換后的類間距最大、類內距最小，目的在于尋找對分類最有幫助的特征矢量。由圖5可以看出，在0℃貯藏條件下，第一貢獻率為52.889%，第一和第二總貢獻率達到86.916%，之和大于85%，表示可以很好地區(qū)分開來；在4℃貯藏條件下，如圖6所示，第一貢獻率為82.181%，第二貢獻率為13.433%，第一和第二總貢獻率達到95.613%，之和大于85%，表示可以很好地區(qū)分開來[6]。

3.3.3 Loadings分析

通過Loadings分析，可分析出對本次樣品檢測中是哪一種或幾種傳感器貢獻最大，由此可得出在本次樣品中的主要揮發(fā)性氣味物質。由圖7可以看出，在0℃貯藏條件下，第一貢獻率為93.203%，第一和第二總貢獻率達到97.183%，圖中可以很明顯地看到2號傳感器的貢獻最大（偏離橫坐標最遠）；在4℃貯藏條件下，如圖8所示，第一貢獻率為86.911%，第二貢獻率為10.986%，第一和第二總貢獻率達到97.897%，在圖的右側有2號、7號和9號傳感器，故這三種傳感器在本次檢測中貢獻最大。通過Loadings分析可知，魚肉在腐敗過程中主要揮發(fā)的物質是氮氧化合物（2號傳感器）、硫化物（7號傳感器）、有機硫化物（9號傳感器）。

4 結論

圖4 4℃貯藏條件下竹莢魚PCA分析Fig.4 Bluefish PCA analysis in 4℃storage conditions

圖5 0℃貯藏條件下竹莢魚LDA分析Fig.5 Bluefish LDA analysis in 0℃storage conditions

圖6 4℃貯藏條件下竹莢魚LDA分析Fig.6 Bluefish LDA analysis in 4℃storage conditions

圖7 0℃貯藏條件下竹莢魚Loadings分析Fig.7 Bluefish Loadings analysis in 0℃storage conditions

通過對竹莢魚傳統(tǒng)指標的檢測，對于pH而言，新鮮魚肉pH為6.47，經過貯藏期的研究發(fā)現(xiàn)pH在-55℃條件下，幾乎沒有變化，在4℃條件下，pH變化最大，到貯藏第7 d可達到7.3。檢測的TVBN值的變化規(guī)律與pH相似，新鮮魚肉TVBN值為2.68 mg/100 g，經本次實驗表明魚肉在-55℃條件下，幾乎沒有變化，而在4℃條件下，TVBN值變化最為明顯，在第7 d時達到了47.86 mg/100 g，已遠遠超過了食用標準。因此，對于竹莢魚而言，應貯藏在-55℃條件下，才能有效保證魚肉的鮮度品質。

電子鼻檢測技術作為一種新興的現(xiàn)代化智能檢測技術，因其仿生系統(tǒng)的優(yōu)勢，處理樣品快速簡便，結果清晰易懂，已經在越來越多的領域中廣泛應用[8]。本文研究了竹莢魚在不同貯藏時間和溫度下，傳統(tǒng)鮮度指標與電子鼻敏感傳感器建立的相對應關系式，分析清晰易辨別，為水產品在保藏、運輸和銷售過程中產品的品質變化和鮮度檢測提供了參考。

圖8 4℃貯藏條件下竹莢魚Loadings分析Fig.8 Bluefish Loadings analysis in 4℃storage conditions

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