電子鼻技術(shù)研究不同包裝調(diào)理預(yù)制烤豬肉冷卻貯藏過程中品質(zhì)的變化

任靜 孫方達(dá) 程龍 孔保華

摘 要：應(yīng)用電子鼻技術(shù)研究托盤包裝和真空包裝調(diào)理預(yù)制烤豬肉4 ℃冷藏過程中品質(zhì)的變化，評(píng)價(jià)其隨著貯藏時(shí)間延長的新鮮程度的變化。結(jié)果顯示：電子鼻技術(shù)可將不同包裝的調(diào)理預(yù)制烤豬肉在不同貯藏時(shí)期的氣味完全區(qū)分開，表明樣品在不同貯藏期間氣味的變化速率很快。電子鼻技術(shù)適用于對(duì)不同貯藏時(shí)間調(diào)理肉新鮮程度的區(qū)分，并且可達(dá)到很好地區(qū)分效果。同時(shí)說明，可以利用電子鼻技術(shù)測定調(diào)理預(yù)制烤豬肉在貯藏過程中是否發(fā)生腐敗變質(zhì)。

關(guān)鍵詞：電子鼻；包裝；預(yù)制烤豬肉；品質(zhì)變化

Electronic Nose to Detect Quality Changes of Marinated Pork Packaged by Different Methods during

Chilled Storage before Grilling

REN Jing， SUN Fangda， CHENG Long， KONG Baohua*

（Synergetic Innovation Center of Food Safety and Nutrition， College of Food Sciences， Northeast Agricultural University，

Harbin 150030， China）

Abstract： The quality changes of marinated pork packaged in a tray or vacuum during storage at 4 ℃ before grilling were detected using an electronic nose. This study further evaluated changes in the freshness of marinated pork with storage time. It was found that electronic nose technology could accurately discriminate among the odors of marinated pork stored for different time periods. The results of electronic nose analysis indicated that the odor of marinated pork changed fast during chilled storage. Furthermore， this study demonstrated that electronic nose was useful to detect if the marinated pork deteriorated or spoiled during chilled storage.

Key words： electronic nose； packaging； marinated pork for barbeque； quality changes

DOI：10.15922/j.cnki.rlyj.2016.05.007

中圖分類號(hào)： TS251.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-8123（2016）05-0030-06

引文格式：

任靜， 孫方達(dá)， 程龍， 等. 電子鼻技術(shù)研究不同包裝調(diào)理預(yù)制烤豬肉冷卻貯藏過程中品質(zhì)的變化[J]. 肉類研究， 2016， 30（5）： 30-35. DOI：10.15922/j.cnki.rlyj.2016.05.007. http：//rlyj.cbpt.cnki.net

REN Jing， SUN Fangda， CHENG Long， et al. Electronic nose to detect quality changes of marinated pork packaged by different methods during chilled storage before grilling[J]. Meat Research， 2016， 30（5）： 30-35. （in Chinese with English abstract） DOI：10.15922/j.cnki.rlyj.2016.05.007. http：//rlyj.cbpt.cnki.net

通常人們判定食品氣味和香味主要靠嗅覺，但這種方法主觀性較強(qiáng)、重復(fù)性差，存在較大的個(gè)體差異，而且沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)人的嗅覺對(duì)氣味具有一定的適應(yīng)性，容易出現(xiàn)疲勞而影響分析的結(jié)果。而電子鼻作為一種分析、識(shí)別和檢測復(fù)雜嗅味和揮發(fā)性成分的儀器，由于其具有檢測速度快、靈敏度高、操作簡單、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)，所以近年來被廣泛應(yīng)用于食品研究中。電子鼻又稱氣味掃描儀或人工嗅覺分析系統(tǒng)，是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種能夠?qū)崿F(xiàn)快速分析氣味的新穎儀器，由一定選擇性的電化學(xué)傳感器陣列和適當(dāng)?shù)哪Ｊ阶R(shí)別系統(tǒng)組成，能識(shí)別簡單和復(fù)雜氣味的儀器，其工作原理類似人的鼻子，故稱之為“電子鼻”[1]。電子鼻的工作原理包含3 個(gè)部分：1）氣敏傳感器陣列和氣味分子反應(yīng)后，通過一系列的物理化學(xué)變化產(chǎn)生電信號(hào)；2）電子信號(hào)再經(jīng)過電子線路，將信號(hào)放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；3）處理后的信號(hào)通過模式識(shí)別系統(tǒng)，最后定性或定量的輸出對(duì)氣體所含成分的檢測結(jié)果[2]。

電子鼻可以用于檢測谷物中的黃曲霉毒素[3]、檢測水稻和玉米發(fā)霉?fàn)顟B(tài)的表面特征[4]、優(yōu)化及特征性選擇區(qū)分中國白酒[5]?？捎没陔娮颖堑馁|(zhì)譜方法來區(qū)分、鑒別棕櫚液油和棕櫚硬脂油混合物中的混合比例[6]，可用帶有傳感器的電子鼻中傳感器陣列的響應(yīng)建立一個(gè)能夠描述不同采收日期桃子質(zhì)量指數(shù)的模型，進(jìn)而預(yù)測桃子的品質(zhì)[7]。不同等級(jí)中國茶的主要差異是揮發(fā)性成分的組成不同，一般來說，高檔茶較低等級(jí)的茶葉含有更多的揮發(fā)物，采用電子鼻能清晰、快速區(qū)分不同等級(jí)的茶[8]。電子鼻同樣可以應(yīng)用于肉品的檢測分析中，用電子鼻結(jié)合支持向量機(jī)可預(yù)測冷卻豬肉中的總活菌數(shù)[9]。通過電子鼻技術(shù)結(jié)合最小二乘法回歸分析可快速測量和建模氧化雞肉脂肪的風(fēng)味品質(zhì)變化[10]，檢測牛肉中的食源性細(xì)菌[11]，

測定牛背最長肌的新鮮程度[12]，也可研究肉在貯藏過程中的品質(zhì)，這主要是通過對(duì)肉類食品揮發(fā)性物質(zhì)的分析，從而達(dá)到分析檢測的目的。隨著豬肉新鮮度的變化，其揮發(fā)性鹽基氮含量改變，揮發(fā)性成分發(fā)生變化，電子鼻亦可檢測到這些變化[13]。Rajamaki等[14]利用電子鼻系統(tǒng)研究了包裝豬肉的品質(zhì)，利用金屬氧化物半導(dǎo)體作為氣敏傳感器陣列，采用主要成分分析、局部最小方差和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析方法對(duì)包裝豬肉的品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，同時(shí)以傳統(tǒng)的感官評(píng)價(jià)、微生物檢測及頂空氣相色譜加以驗(yàn)證，結(jié)果說明電子鼻檢測的靈敏度高，結(jié)果真實(shí)可靠。賈洪鋒等[15]研究了電子鼻對(duì)肉類摻假識(shí)別的可行性，利用電子鼻對(duì)牦牛肉和牛肉及豬肉的樣品進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，幾種肉類在電子鼻傳感器上有著不同的特征性響應(yīng)圖譜，電子鼻能夠有效識(shí)別豬肉和牛肉，同時(shí)還能識(shí)別不同部位的牦牛肉和普通牛肉，但不能識(shí)別不同部位的豬肉。本研究主要通過電子鼻技術(shù)研究不同包裝方式調(diào)理預(yù)制烤豬肉冷卻貯藏過程中品質(zhì)的變化，為調(diào)理肉制品的開發(fā)和生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

豬背最長肌購于大潤發(fā)超市；食用鹽、味素、綿白糖、淀粉、燒烤調(diào)料、辣椒粉、熟芝麻、大料粉、孜然粉、金龍魚大豆色拉油 市售。

1.2 儀器與設(shè)備

真空包裝機(jī) 上海星貝包裝機(jī)械有限公司；DHP9272電熱恒溫培養(yǎng)箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；I-Nose型電子鼻 上海瑞玢國際貿(mào)易有限公司。

1.3 方法

1.3.1 調(diào)理預(yù)制烤豬肉的托盤包裝和真空包裝處理

將豬肉切成1 cm左右的厚度，再將孜然粉、辣椒粉、馬鈴薯淀粉、食用鹽、味精、白糖、大料粉、食用大豆油等調(diào)料加入肉中進(jìn)行腌制。采用托盤包裝和真空包裝2 種包裝形式，每種包裝為15 袋，每袋為100 g，在每個(gè)貯藏時(shí)間每種包裝取出3 袋進(jìn)行測定。將樣品貯存于4 ℃，分別于貯藏0、3、6、9、12 d取樣進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的測定。

1.3.2 利用電子鼻分析不同包裝調(diào)理預(yù)制烤豬肉冷卻貯藏期間新鮮程度的變化

采用I-Nose型電子鼻，含有10 個(gè)不同性質(zhì)的金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器，各傳感器的名稱及性能見表1所示。傳感器接觸到樣品以后會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電導(dǎo)率變化，此時(shí)的電導(dǎo)率記為G；而經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)活性炭過濾的氣體接觸傳感器時(shí)的電導(dǎo)率記為G0；比值G/G0的變化能夠反映出樣品揮發(fā)性的整體差異。樣品的揮發(fā)性物質(zhì)濃度越大，G/G0越偏離1（>1或<1）。當(dāng)G/G0接近于1或等于1，說明樣品的揮發(fā)性濃度低于檢測限或者目標(biāo)揮發(fā)性物質(zhì)不存在[16]。

取10 g樣品，切碎后置于測樣瓶中密封，然后將其置于37 ℃恒溫培養(yǎng)箱中平衡培養(yǎng)30 min，使其頂部空間揮發(fā)性物質(zhì)達(dá)到平衡狀態(tài)。每個(gè)樣品做3 個(gè)平行。

電子鼻檢測參數(shù)：樣品檢測時(shí)間150 s、氣體流量0.8 L/min、等待時(shí)間10 s、清洗時(shí)間100 s，采樣方式為直接采樣。為了減少樣品間的干擾和誤差，提高檢測靈敏度，使用電子鼻前對(duì)電子鼻進(jìn)行至少5 min的清洗，不同樣品間的檢測至少清洗3 min。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析

I-Nose型電子鼻系統(tǒng)自身配有數(shù)據(jù)分析常用的2 種方法：主成分分析（principal components analysis，PCA）和線性判別分析（linear discriminant analysis，LDA），本實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)同時(shí)采用PCA和LDA，并將結(jié)果進(jìn)行比較，從而找到更好的分析方法。

1.3.3.1 主成分分析

PCA是一種簡化數(shù)據(jù)集的技術(shù)，可以將高維數(shù)據(jù)投影到一個(gè)包含原空間大部分信息的低維空間，通過建立有良好可視性的2D/3D圖表，可以最大限度地展示數(shù)據(jù)間的差異性[17]。PCA是一個(gè)線性變換，把數(shù)據(jù)變換到一個(gè)新的坐標(biāo)系統(tǒng)中，使得任何數(shù)據(jù)投影的第1大方差在第1個(gè)坐標(biāo)（稱為第1主成分，PC1）上，第2大方差在第2個(gè)坐標(biāo)（第2主成分，PC2）上，依次類推。主成分分析經(jīng)常用減少數(shù)據(jù)集的維數(shù)，同時(shí)保持?jǐn)?shù)據(jù)集對(duì)方差貢獻(xiàn)最大的特征。

主成分得分圖以散點(diǎn)圖為基礎(chǔ)，每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)樣品的一次檢測，點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離代表不同檢測次數(shù)之間特征差異的大小。PC1和PC2是散點(diǎn)圖中的兩個(gè)坐標(biāo)軸，包含了PCA轉(zhuǎn)換中得到的第1主成分和第2主成分的貢獻(xiàn)率，貢獻(xiàn)率越大，說明主成分越具有代表性[18]。一般總貢獻(xiàn)率超過70%～85%，此法即可使用[19]。將PCA應(yīng)用于電子鼻分析檢測的目的就是在保證盡可能多地表征原始信息的前提下進(jìn)行降維處理，由少數(shù)幾個(gè)新變量來代替原變量。

1.3.3.2 線性判別分析

LDA是一種通用的模式識(shí)別方法，其將帶上標(biāo)簽的數(shù)據(jù)（點(diǎn)），通過投影的方法，投影到維度更低的空間中，使得投影后相同類別的點(diǎn)將會(huì)在投影后的空間中更接近。因此，LDA是一種有效的特征抽取方法。使用這種方法能夠使投影后模式樣本的類間散布矩陣最大，并且同時(shí)類內(nèi)散布矩陣最小。就是說，LDA能夠保證投影后模式樣本在新的空間中有最小的類內(nèi)距離和最大的類間距離，即模式在該空間中有最佳的可分離性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)均為3 次實(shí)驗(yàn)的平均值，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Statistix 8.1中線性模型程序，使用Tukey HSD程序進(jìn)行差異顯著性分析（P<0.05），使用Sigmaplot 11.0軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)理預(yù)制豬肉電子鼻檢測曲線、數(shù)據(jù)雷達(dá)圖及傳感器對(duì)不同氣味的響應(yīng)值

2.1.1 檢測時(shí)間的確定

由圖1可知，電子鼻的傳感器對(duì)調(diào)理預(yù)制烤豬肉樣品的氣味響應(yīng)在100～150 s范圍內(nèi)達(dá)到了穩(wěn)定，因此，本實(shí)驗(yàn)所采用的檢測時(shí)間為150 s。

圖中10條曲線由上到下分別代表電子鼻的S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10傳感器對(duì)調(diào)理預(yù)制烤豬肉樣品的氣味響應(yīng)時(shí)間變化趨勢(shì)。

2.1.2 不同包裝調(diào)理預(yù)制烤豬肉貯藏過程中的數(shù)據(jù)雷達(dá)圖及傳感器對(duì)不同氣味的響應(yīng)值

程龍等[20]研究中通過感官實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，調(diào)理預(yù)制烤豬肉貯藏6 d后隨著貯藏時(shí)間的延長，2 種包裝的樣品在色澤、氣味、組織狀態(tài)、口感和總體可接受性方面的評(píng)分均出現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)。故以下實(shí)驗(yàn)只選擇了貯藏0、3、6、12 d的樣品進(jìn)行研究。

由表2可知，各傳感器對(duì)樣品氣味響應(yīng)值隨著貯藏時(shí)間的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，貯藏6～12 d期間傳感器對(duì)樣品氣味響應(yīng)值均有所下降，可能是由于托盤包裝樣品貯藏6 d后食用品質(zhì)較低，尤其在貯藏期達(dá)到12 d時(shí)，基本失去食用價(jià)值，多數(shù)是一些低分子胺類物質(zhì)，而使響應(yīng)值下降，這與感官評(píng)定的結(jié)果也基本一致。

由表3可知，各傳感器的響應(yīng)值隨著貯藏時(shí)間的增加呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，其中，S2、S5、S7和S10響應(yīng)值增加幅度較大。S2可檢測出氮氧化合物和低分子胺類物質(zhì)，S5可檢測出生物合成香氣成分，S7可檢測出脂肪烴含氧衍生物，小分子的醇、醛、酮、酸和酯類物質(zhì)，S10可檢測出碳?xì)浠衔锏取＿@一結(jié)果說明調(diào)理預(yù)制烤豬肉在貯藏過程中產(chǎn)生了低分子胺類物以及因脂肪氧化產(chǎn)生的小分子物質(zhì)。

2.2 電子鼻對(duì)調(diào)理預(yù)制烤豬肉冷卻貯藏過程中氣味變化的分析結(jié)果

2.2.1 冷卻貯藏過程中調(diào)理預(yù)制烤豬肉PCA分析

由圖4a可知，托盤包裝樣品在貯藏期間揮發(fā)性物質(zhì)第1主要成分貢獻(xiàn)率為97.4%，第2主要成分貢獻(xiàn)率為1.2%；并且貯藏期間不同貯藏時(shí)間樣品被完全分開，達(dá)到了鑒定的目的。由圖4b可知，真空包裝樣品的揮發(fā)性物質(zhì)第1主成分貢獻(xiàn)率為99.7%，第2主成分貢獻(xiàn)率為0.2%；不同貯藏期間樣品也被完全分開，完全達(dá)到鑒定目的?？傮w來說，調(diào)理預(yù)制烤豬肉不同貯藏期間其揮發(fā)性成分變化趨勢(shì)較為明顯，可以簡單得出，不同貯藏時(shí)間樣品的PCA有所差異，但還需要利用LDA分析方法進(jìn)行進(jìn)一步說明。

2.2.2 冷卻貯藏過程中調(diào)理預(yù)制烤豬肉LDA分析

由圖5a可知，托盤包裝的調(diào)理預(yù)制烤豬肉冷卻貯藏期間判別式LD1和LD2的總貢獻(xiàn)率為95.1%。LDA方法注重的是調(diào)理預(yù)制烤豬肉冷卻貯藏期間揮發(fā)性氣味的變化速率，而該方法將托盤包裝的調(diào)理預(yù)制烤豬肉不同貯藏時(shí)期的氣味完全區(qū)分開，這表明托盤包裝時(shí)調(diào)理預(yù)制烤豬肉在貯藏期間氣味的變化程度很大。由圖5b可知，真空包裝的調(diào)理預(yù)制烤豬肉冷卻貯藏期間判別式LD1和LD2的總貢獻(xiàn)率為86.9%。該方法將真空包裝的調(diào)理預(yù)制烤豬肉不同貯藏時(shí)期的氣味也完全區(qū)分開。其中貯藏0 d和貯藏3 d的樣品距離很近，樣品點(diǎn)的分布發(fā)生了重疊現(xiàn)象，這表明在此階段調(diào)理預(yù)制烤豬肉的氣味十分相近，也可以說明前3 d的樣品氣味未發(fā)生顯著性的變化；而貯藏6 d和貯藏12 d的樣品點(diǎn)得以明顯地區(qū)分，說明樣品在這段貯藏時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的揮發(fā)性成分變化明顯。此結(jié)果與石志標(biāo)等[21]的分析結(jié)果極為相近。

圖5中說明貯藏0～3 d所產(chǎn)生的氣味成分相似，同一樣品點(diǎn)間的距離反映了平行樣間的重復(fù)性，點(diǎn)簇間的距離反映了不同樣品間氣味的差異性，距離越遠(yuǎn)說明樣品的氣味差別越顯著，這也與感官評(píng)定的結(jié)果相吻合。隨著貯藏時(shí)間的延長，氣味這一指標(biāo)的感官得分越低。LDA方法注重的是調(diào)理預(yù)制烤豬肉貯藏期間揮發(fā)性氣味的變化速率，LDA分析也實(shí)現(xiàn)了對(duì)不同貯藏時(shí)間下氣味的明顯區(qū)分，而且其趨勢(shì)與PCA結(jié)果一致。貯藏0～3 d時(shí)氣味變化不顯著，調(diào)理肉尚處于新鮮狀態(tài)；隨著貯藏時(shí)間的延長，調(diào)理肉的氣味差別也增大。

綜合PCA和LDA分析，電子鼻適用于對(duì)于不同貯藏時(shí)間調(diào)理預(yù)制烤豬肉新鮮程度的區(qū)分，并且可達(dá)到很好的區(qū)分效果。這表明樣品在貯藏期間氣味的變化程度很大，與洪雪珍等[16]的研究結(jié)果極為相似。而且電子鼻分析結(jié)果與之前研究的感官評(píng)價(jià)的結(jié)果相近，可以說明感官評(píng)價(jià)在貯藏過程中分值變化的原因，而且證明了電子鼻技術(shù)應(yīng)用于調(diào)理肉制品冷藏過程中品質(zhì)變化的研究不失為是一種方便、快捷、準(zhǔn)確的技術(shù)手段。

3 結(jié) 論

電子鼻技術(shù)對(duì)于不同包裝調(diào)理預(yù)制烤豬肉的分析結(jié)果顯示，該方法可將不同包裝的調(diào)理預(yù)制烤豬肉在不同貯藏時(shí)期的氣味完全區(qū)分開。表明樣品在不同貯藏期間氣味的變化速率很快。電子鼻技術(shù)適用于對(duì)不同貯藏時(shí)間調(diào)理肉新鮮程度的區(qū)分，并且可達(dá)到很好的區(qū)分效果。同時(shí)說明，調(diào)理預(yù)制烤豬肉在貯藏過程中可以利用電子鼻技術(shù)測定其是否發(fā)生腐敗變質(zhì)。

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