電子鼻檢測貯藏期草魚新鮮度的變化

陳麗麗, 趙 利, 袁美蘭, 肖 薇, 蘇 琪, 江武青

(江西科技師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/國家淡水魚加工技術(shù)研發(fā)分中心,江西南昌 330013)

電子鼻檢測貯藏期草魚新鮮度的變化

陳麗麗, 趙 利*, 袁美蘭, 肖 薇, 蘇 琪, 江武青

(江西科技師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/國家淡水魚加工技術(shù)研發(fā)分中心,江西南昌 330013)

利用電子鼻技術(shù)對(duì)貯藏在不同溫度(-4～15℃)與不同貯藏時(shí)間下(0～7 d)的草魚揮發(fā)性氣味進(jìn)行了主要成分分析以及貨架期分析,并結(jié)合揮發(fā)性鹽基氮、菌落總數(shù)等相關(guān)理化品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析.結(jié)果表明貯藏在不同溫度條件下草魚的揮發(fā)性鹽基氮值與菌落總數(shù)值均隨著貯藏時(shí)間的增加而增大,而且菌落總數(shù)符合一級(jí)化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型(R2＞0.9),基于電子鼻對(duì)-4～15℃下氣味變化結(jié)果進(jìn)行的貨架期分析,與該溫度下理化指標(biāo)變化趨勢(shì)有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系.

電子鼻;溫度;草魚;理化指標(biāo)

草魚(Ctenopharyngodonidellus)屬于魚綱(Pisces)鯉形目(Cypriniformes)鯉科(Cyprinidae)草魚屬(Ctenopharyngodon),是生活中常見的淡水魚.草魚是淡水魚中比較典型的草食性魚類,肉嫩而不膩、韌性好、骨刺少、營養(yǎng)價(jià)值高[1].由于草魚肉中多不飽和脂肪酸、蛋白質(zhì)和水分含量較高,在貯藏過程中會(huì)產(chǎn)生一系列腐敗變質(zhì)現(xiàn)象,如脂肪酸氧化、蛋白質(zhì)水解和微生物繁殖等,因此隨著草魚貯藏時(shí)間的延長,在魚肉中積累的代謝產(chǎn)物會(huì)揮發(fā)出難聞的氣味.對(duì)各種食品品質(zhì)變化的研究可以采用感官評(píng)價(jià)以及理化指標(biāo)的測定等方法[2],感官評(píng)價(jià)判斷比較直接和綜合,但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力,而且會(huì)受到主觀隨意性等因素影響,準(zhǔn)確性較差;而理化指標(biāo)具有客觀性,但檢測過程相當(dāng)煩瑣、耗時(shí)較長,不能達(dá)到快速檢測的目的.電子鼻技術(shù)能夠客觀、準(zhǔn)確、快捷地模仿人類的嗅覺功能,且具有重復(fù)性好、不損傷樣品等特點(diǎn),因此越來越受到科研人員的重視[3-7].本文運(yùn)用電子鼻技術(shù)測定了-4,0,4,8,15℃等5種溫度條件以及貯藏不同時(shí)間(0～7 d)后,草魚肉揮發(fā)性氣味的變化規(guī)律,預(yù)測草魚在不同溫度條件下的貨架期,為檢測和控制鮮草魚品質(zhì)提供一些技術(shù)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料及預(yù)處理

新鮮草魚,購自南昌市當(dāng)?shù)爻?

樣品預(yù)處理是將買來的新鮮草魚放入準(zhǔn)備好的碎冰中,清洗后去內(nèi)臟、頭尾、魚刺,然后切塊(每塊質(zhì)量約30～50 g),并迅速裝入真空包裝袋,抽真空,盡量減少在空氣中的暴露時(shí)間.分別貯藏在-4,0, 4,8,15℃條件下,在不同的時(shí)間內(nèi)(0～7 d)取出樣品進(jìn)行電子鼻氣味檢測、揮發(fā)性鹽基氮(the total volatile base nitrogen,TVBN)、菌落總數(shù)(aerobic plate count,APC)和pH值測定.

1.2 試劑與儀器

高氯酸、乙醇、硼酸均為分析純.

FOX氣味指紋分析系統(tǒng),法國Alpha M.O.S公司;SPX-250型智能生化培養(yǎng)箱,常州邁科諾儀器有限公司;DZ-400/2L型真空包裝機(jī),諸城市天際食品機(jī)械有限公司;SW-CJ-1B/C型超凈工作臺(tái),金壇市城西春蘭實(shí)驗(yàn)儀器廠;Delta320型pH計(jì),瑞士梅特勒-托利多國際股份有限公司;HA-300MD型數(shù)顯立式壓力蒸汽滅菌鍋,日本HIRAYAMA公司.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

分別在0,1,2,3,4,5,6,7 d取出貯藏在不同溫度下的樣品,進(jìn)行電子鼻氣味分析、揮發(fā)性鹽基氮、菌落總數(shù)以及pH值的測定.

1.3.1 總揮發(fā)性鹽基氮的測定

參考中華人民共和國水產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SC/T 3032—2007中的水產(chǎn)品揮發(fā)性鹽基氮的測定方法,稍作改動(dòng).準(zhǔn)確稱取15.00 g草魚肉,放入燒杯中,加入90m L 0.6 mol/L高氯酸溶液,均質(zhì)2～5 min,然后在5 000 r/min條件下離心,留上清液.準(zhǔn)確吸取上清液5mL于半微量凱氏定氮儀反應(yīng)室內(nèi),加1 ～2滴酚酞指示劑,再加5 mL 30 g/L的NaOH溶液;硼酸吸收液用標(biāo)定后的0.01 mol/L的鹽酸標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行滴定,根據(jù)消耗的鹽酸溶液的體積計(jì)算TVBN的含量.

1.3.2 菌落總數(shù)的測定

采用食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 4789.2—2010中的食品微生物學(xué)檢驗(yàn)菌落總數(shù)測定,并稍作改動(dòng).準(zhǔn)確稱取15.00 g魚肉,放入已滅菌的燒杯中,再加入135 mL生理鹽水,勻質(zhì)5 min,根據(jù)要求稀釋不同的梯度,然后取100μL稀釋液涂抹在培養(yǎng)皿中,每個(gè)梯度涂兩個(gè)平板.放置在37±1℃生化培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h后計(jì)數(shù).

1.3.3 pH值的測定

采用酸度計(jì)法 GB/T5009.45—2003,稱取10.00 g草魚肉于燒杯中,加入煮沸后冷卻的蒸餾水至100mL,勻質(zhì)5 min,5 000 r/min離心5 min或室溫下靜置30 min后,用pH計(jì)測定.

1.3.4 電子鼻分析

1)檢測系統(tǒng).法國Alpha M.O.S公司生產(chǎn)的Gemini系統(tǒng),由6個(gè)金屬氧化物傳感器陣列組合而成,分別為:T70/2,PA/2,P30/1,P40/2,LY2/Gh和LY2/gCTL.

2)樣品準(zhǔn)備.精確稱量貯藏在不同溫度下的草魚肉樣品2.00 g,剪碎后放入10 mL頂空進(jìn)樣瓶中,加蓋密封放入冰箱冷藏,待用.

3)手動(dòng)注射進(jìn)樣參數(shù).樣品加熱平衡溫度37℃,平衡時(shí)間20min,注射體積2 000μL,總獲取時(shí)間是90 s,獲取間隔時(shí)間1 s,獲取延滯時(shí)間210 s.

4)數(shù)據(jù)處理.利用Alphasoft 11.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行多變量統(tǒng)計(jì)分析,包括主成分分析(principal component analysis,PCA)和貨架期分析(shelf life, SL).

2 結(jié)果與分析

2.1 草魚TVBN與貯藏時(shí)間的關(guān)系

水產(chǎn)品在貯藏中腐敗變質(zhì)的主要原因是由于內(nèi)在因素(魚肌肉中的內(nèi)源酶)和外界環(huán)境(主要是微生物感染)的相互作用,使得魚肉中不飽和脂肪酸發(fā)生氧化和蛋白質(zhì)分解而產(chǎn)生了氨類、二甲胺和三甲胺等堿性含氮物質(zhì),TVBN含量的大小被廣泛用作食品腐敗程度的指標(biāo)之一[8].在0～7 d內(nèi),貯藏在不同溫度下的草魚TVBN值隨著貯藏時(shí)間的變化見圖1.由圖1可知,草魚TVBN值隨著貯藏時(shí)間的延長呈上升趨勢(shì),貯藏在15℃條件下的草魚TVBN值變化最大,貯藏第2 d后,TVBN值超過了SC/T 3108—1986《鮮草魚》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的二級(jí)鮮度的標(biāo)準(zhǔn)(20mg/100 g).主要原因是在15℃下,微生物在草魚中迅速繁殖以及魚肉中酶活性也較高,從而加快了草魚中蛋白質(zhì)的降解和脂肪酸的氧化而出現(xiàn)腐敗現(xiàn)象.而貯藏在-4℃和0℃條件下的草魚TVBN值變化相對(duì)較小,貯藏一周后,TVBN值分別是14.27mg/100 g和15.86mg/100 g,均沒有超過二級(jí)鮮度指標(biāo).貯藏在4,8℃的草魚TVBN分別在第4 d和第6 d超過了規(guī)定的二級(jí)鮮度標(biāo)準(zhǔn).這表明草魚在不同貯藏溫度條件下TVBN值會(huì)隨著貯藏時(shí)間的延長而不斷增加,且隨著溫度的升高,TVBN值迅速增加.

圖1 不同貯藏溫度條件下草魚TVBN含量的變化Fig.1 Changes of the TVBN content in Grass Carp at different temperatures during storage

2.2 草魚的APC與貯藏時(shí)間的關(guān)系

微生物的生長情況是影響食品保鮮的重要因素之一.所以食品保鮮的關(guān)鍵是有效的控制食品中微生物的生長.由表1可知,草魚菌落總數(shù)在不同貯藏條件下發(fā)生了較明顯的變化,草魚菌落總數(shù)隨著貯藏時(shí)間的延長而逐漸增多,貯藏在15℃和8℃條件下草魚菌落總數(shù)變化最為明顯,在8℃和15℃貯藏第1 d時(shí),草魚菌落總數(shù)均超過了SC/T 3108—1986《鮮草魚》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的草魚菌落總數(shù)一級(jí)鮮度的標(biāo)準(zhǔn)(104cfu/g),而在第2 d時(shí),貯藏在15℃下的草魚菌落總數(shù)達(dá)到了4.67×106cfu/g,超過了上述規(guī)定的草魚菌落總數(shù)二級(jí)鮮度的標(biāo)準(zhǔn)(106cfu/g).而貯藏在-4℃下的草魚在第7 d時(shí)菌落總數(shù)僅為500 cfu/g,這表明在低溫條件下,微生物生長受到了抑制.4℃和8℃分別在第6 d和第4 d超過了上述規(guī)定的草魚菌落總數(shù)的二級(jí)鮮度標(biāo)準(zhǔn).

由表1可知,草魚在不同貯藏條件下的菌落總數(shù)值變化符合一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型規(guī)律(R2＞0.9),同時(shí)也分別得到了草魚在不同貯藏條件下的反應(yīng)速率常數(shù)k.因此可以按照SC/T3108—1986《鮮草魚》規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的菌落總數(shù)二級(jí)鮮度標(biāo)準(zhǔn)初步判斷不同貯藏條件下的貨架期,4,8,15℃條件下的草魚貨架期分別是第6,4,2 d.

表1 不同貯藏條件下草魚中菌落總數(shù)的變化Tab.1 Changes of aerobic plate count in Grass Carp at different temperatures during storage cfu/g

2.3 草魚的pH值與貯藏時(shí)間的關(guān)系

由于草魚在不同貯藏條件下會(huì)發(fā)生一系列的不飽和脂肪酸氧化(酸敗現(xiàn)象)和蛋白質(zhì)分解而產(chǎn)生的氨類和胺類等物質(zhì),所以草魚貯藏過程中會(huì)伴隨著pH值的變化.貯藏在不同條件下的草魚pH值變化見圖2,由圖2可見,草魚pH值變化沒有明顯的趨勢(shì)且變化較小,變化較小的主要原因可能是由于不飽和脂肪酸的氧化酸敗物質(zhì)和蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生的胺類等堿性物質(zhì)的相互作用,由于在草魚貯藏過程中這兩種現(xiàn)象同時(shí)發(fā)生,所以pH值變化不是很明顯,除15℃外,pH值均在6～7范圍內(nèi)波動(dòng).

2.4 電子鼻檢測結(jié)果

2.4.1 電子鼻主成分分析

圖2 不同貯藏溫度下草魚pH值變化Fig.2 Changes of pH in Grass Carp at different temperatures during storage

主成分分析是對(duì)原始多維數(shù)據(jù)降維處理,用盡可能少的指標(biāo)來表征原信息的一種方法[9].貯藏在不同溫度條件下的草魚電子鼻PCA分析見圖3.從圖3可以看出,草魚貯藏在不同溫度條件下的PCA圖均不同,除-4℃外,其余4個(gè)溫度條件下的PC1 與PC2貢獻(xiàn)率之和均達(dá)到了99%,說明由第一和第二主成分構(gòu)成的二維平面能夠很好地說明不同貯藏條件下草魚氣味變化的差異.一般來說,貢獻(xiàn)率越大說明主成分能較好地表征貯藏在不同條件下草魚肉揮發(fā)出來的氣味越明顯[9].從圖3中也可以看出,貯藏在不同條件下的草魚揮發(fā)性氣味有部分重疊,這主要是由于實(shí)驗(yàn)過程中選擇的是手動(dòng)進(jìn)樣方式,手動(dòng)進(jìn)樣操作會(huì)在取樣和進(jìn)樣過程中出現(xiàn)時(shí)間和空間上的誤差.電子鼻預(yù)測帶魚[10]貨架期實(shí)驗(yàn)中圖譜也有疊加現(xiàn)象.此外,從電子鼻的PCA分析可得知,電子鼻技術(shù)能較好地分析草魚在不同貯藏條件下的揮發(fā)性氣味變化情況.

圖3 不同貯藏溫度下草魚的PCAFig.3 PCA chart of Grass Carp at different temperatures during storage

2.4.2 電子鼻貨架期分析

草魚的電子鼻貨架期分析是以PCA分析為基礎(chǔ),以時(shí)間為橫坐標(biāo),相同條件下樣品的不同貯藏時(shí)間的傳感器響應(yīng)值的重心差距為縱坐標(biāo),來表示草魚在不同貯藏條件下的氣味變化,如圖4[10].由圖4可見,草魚在-4,0,4,8,15℃條件下氣味變化的貨架期分析有不同的突變點(diǎn),4,8,15℃溫度條件下草魚的氣味隨貯藏時(shí)間的延長變化較大,這說明草魚在該溫度下貯藏不同的時(shí)間,產(chǎn)生了明顯的氣味及主成分改變,在不同的貯藏時(shí)間出現(xiàn)了突變點(diǎn),即在4℃第6 d時(shí)發(fā)生了突然的改變,8℃和15℃分別在第4 d和第2 d出現(xiàn)了氣味變化的突變點(diǎn).此外,根據(jù)草魚貯藏在不同條件下的揮發(fā)性鹽基氮和菌落總數(shù)(圖1和表1)在4,8,15℃分別于第6,4和2 d 時(shí),均超過了二級(jí)鮮度標(biāo)準(zhǔn),而-4,0℃條件下氣味變化較小.可以得出電子鼻貨架期分析氣味的變化,與其理化品質(zhì)指標(biāo)有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系.

圖4 不同貯藏溫度下草魚的貨架期分析Fig.4 Shelf life chart of Grass Carp at different temperatures during storage

3 結(jié) 論

本文利用電子鼻技術(shù)并結(jié)合理化指標(biāo),分析了在不同貯藏條件下的草魚的揮發(fā)性氣味及鮮度品質(zhì)的變化規(guī)律.

1)貯藏在不同溫度條件下草魚的TVBN和APC均隨著貯藏時(shí)間的延長和溫度的升高而不斷增加,且菌落總數(shù)符合一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型(R2＞0.9).

2)電子鼻的主成分分析和貨架期的分析表明,電子鼻能很好地辨別與分析貯藏在不同溫度條件下草魚揮發(fā)出來的氣味,且根據(jù)貨架期分析、菌落總數(shù)以及揮發(fā)性鹽基氮分析可以對(duì)貯藏在不同條件下的草魚保鮮期進(jìn)行預(yù)測;電子鼻分析草魚揮發(fā)性氣味與理化指標(biāo)變化有著較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系.

3)水產(chǎn)品在生產(chǎn)、加工、貯藏以及消費(fèi)的整個(gè)過程中,貯藏溫度和時(shí)間的變化是影響其鮮度和貨架期的主要因素.因此,在草魚的處理、貯藏與運(yùn)輸環(huán)節(jié)中應(yīng)注意控制溫度和時(shí)間.通過本實(shí)驗(yàn)草魚5種溫度條件下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析,應(yīng)該采取微凍的方法對(duì)草魚進(jìn)行貯藏,不僅減少因溫度波動(dòng)造成鮮草魚品質(zhì)的損失,而且也為食品安全提供了保障.

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Detection of Freshness Change of Grass Carp During Storage at Different Conditions Based on Electronic Nose

CHEN Lili, ZHAO Li*, YUAN Meilan, XIAOWei, SU Qi, JIANGWuqing
(School of Life Science/National R&D Branch Center for Freshwater Fish Processing, Jiangxi Science and Technology Normal University,Nanchang 330013,China)

In this study,the volatile odors of grass carp stored at different temperatures(-4-15℃) and storage times(0-7 d)were analyzed by the principal component analysis(PCA)and shelf life (SL)using electronic nose technology.Meanwhile,the total volatile base nitrogen(TVBN),aerobic plate count(APC),and other physical and chemical quality indexes were also analyzed.The results showed that both TVBN value and total number of bacterial colony of grass carp increased along with the storage time at different storage temperatures,and that the total number of bacterial colony was accord with pseudo-first-order chemical kineticsmodel(R2＞0.9).Based on the analysis of the shelf life at -4-15℃ using electronic nose,the result of grass carp in odor changes had good corresponding correlations with the physical and chemical quality index.

electronic nose;temperature;grass carp;physical and chemical indexes

TS254.4

10.3969/j.issn.2095-6002.2014.04.012

2095-6002(2014)04-0064-05

(責(zé)任編輯:李 寧)

陳麗麗,趙利,袁美蘭,等.電子鼻檢測貯藏期草魚新鮮度的變化.食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào),2014,32(4):64-68. CHEN Lili,ZHAO Li,YUAN Meilan,et al.Detection of freshness change of grass carp during storage at different conditions based on electronic nose.Journal of Food Science and Technology,2014,32(4):64-68.

2013-08-15

江西省高等學(xué)?？萍悸涞赜?jì)劃項(xiàng)目(KJLD12009).

陳麗麗,女,助教,碩士,主要從事食品化學(xué)方面的研究;*趙 利,女,教授,博士,主要從事食品化學(xué)方面的研究.通訊作者.