基于電子鼻檢測縊蟶新鮮度的研究

李 娜，胡 新，張海峰，吳 娟，陳 高，馬 龍

縊蟶 （Sinonovacula constricta），別名“小人仙”，屬軟體動(dòng)物，是雙殼綱簾蛤目貝類動(dòng)物，貝殼脆而薄呈長扁方型，自殼頂?shù)礁咕?，有一道斜行的凹溝，故名“縊蟶”。蟶肉具有味道鮮美、營養(yǎng)豐富、蛋白質(zhì)含量高、脂肪含量低等特點(diǎn)。縊蟶在貯藏、運(yùn)輸、加工等環(huán)節(jié)由于受到自身和環(huán)境等因素的影響，開始腐敗變質(zhì)，新鮮度品質(zhì)下降進(jìn)而影響食用價(jià)值[1]，所以對(duì)縊蟶新鮮度檢測評(píng)估顯得非常重要。

電子鼻是模擬動(dòng)物嗅覺器官開發(fā)出一種高科技產(chǎn)品，是利用氣體傳感器陣列的響應(yīng)圖案來識(shí)別氣味的電子系統(tǒng)，它可以在幾小時(shí)、幾天甚至數(shù)月的時(shí)間內(nèi)連續(xù)、實(shí)時(shí)地監(jiān)測特定位置的氣味狀況[2]。1984年美國的Zaromb和Stetter首先提出用氣體傳感器陣列對(duì)復(fù)雜氣體進(jìn)行定性和定量分析[3]。電子鼻技術(shù)響應(yīng)時(shí)間短、檢測速度快，并且能避免人為誤差，重復(fù)性好；還能檢測一些人鼻不能夠檢測的氣體[4-5]。對(duì)電子鼻技術(shù)的研究受到了人們的重視，其應(yīng)用也越來越廣泛[6-7]。

氣味是消費(fèi)者評(píng)價(jià)水產(chǎn)品新鮮度品質(zhì)及其可接受性的一個(gè)非常重要的感官指標(biāo)。試驗(yàn)以縊蟶為對(duì)象，采用電子鼻技術(shù)檢測在不同貯藏條件下縊蟶揮發(fā)氣味成分發(fā)生的變化，進(jìn)而判斷電子鼻技術(shù)是否可以用于對(duì)縊蟶新鮮度的評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

縊蟶，購于蚌埠大潤發(fā)超市；iNose型電子鼻（10個(gè)金屬氧化物傳感器陣列S1～S10，S1對(duì)胺類有選擇性，S2對(duì)硫化物有選擇性，S3對(duì)氫氣有選擇性，S4對(duì)乙醇等有機(jī)溶劑有選擇性，S5對(duì)食物烹調(diào)過程中揮發(fā)氣體有選擇性，S6對(duì)甲烷、沼氣、碳?xì)浠衔镉羞x擇性，S7對(duì)可燃性氣體有選擇性，S8對(duì)VOC（揮發(fā)性有機(jī)化合物）等環(huán)境污染氣體有選擇性，S9對(duì)氫氧化合物有選擇性，S10對(duì)烷烴有選擇性），上海昂申智能科技有限公司產(chǎn)品；FYL-YS-30L型實(shí)驗(yàn)低溫冰箱，北京福意聯(lián)醫(yī)療設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

1.2 樣品前處理

縊蟶購買后快速運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室，挑選存活性好的縊蟶用濕紗布包裹，分別置于0，4，10℃低溫冰箱中貯藏。縊蟶樣品在0℃環(huán)境下貯藏7 d，4℃條件下貯藏5 d，10℃條件下貯藏4 d。每24 h隨機(jī)取樣測定1次樣品氣味，以樣品到達(dá)實(shí)驗(yàn)室未貯藏的當(dāng)天為第1天。

1.3 方法

檢測時(shí)，從不同溫度的試驗(yàn)低溫冰箱中各取出5份縊蟶樣品，取出的樣品置于25℃的室溫條件下平衡溫度30 min。然后，將每份樣品去殼分別切碎混勻，每份準(zhǔn)確稱取2.000 0 g蟶肉立即裝入5 mL電子鼻自動(dòng)進(jìn)樣瓶[7]，封蓋，用電子鼻進(jìn)行檢測。將5份樣品電子鼻檢測信號(hào)的平均值作為最后的測量結(jié)果。

電子鼻檢測的參數(shù)：預(yù)熱時(shí)間30 min，清洗時(shí)間120 s，采集時(shí)間120 s，氣體流量1 L/min，等待時(shí)間10 s。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 19對(duì)電子鼻檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA與LDA分析，使用Sigma Plot進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果分析

2.1 電子鼻響應(yīng)信號(hào)的變化

對(duì)縊蟶樣品在不同貯藏時(shí)間使用電子鼻進(jìn)行檢測，可得到各樣品的傳感器響應(yīng)信號(hào)與貯藏時(shí)間的變化關(guān)系，其中蘊(yùn)含了電子鼻所獲得的樣品氣味總體信息。

縊蟶在10℃下貯藏電子鼻響應(yīng)信號(hào)與貯藏時(shí)間的關(guān)系見圖1。

圖1 縊蟶在10℃下貯藏電子鼻響應(yīng)信號(hào)與貯藏時(shí)間的關(guān)系

由圖1看出，電子鼻的10個(gè)傳感器響應(yīng)信號(hào)的響應(yīng)值隨著縊蟶樣品的貯藏時(shí)間逐漸增加且差異較大，說明縊蟶在貯藏過程中隨著新鮮度的下降揮發(fā)氣味成分不斷產(chǎn)生，且濃度也在不斷增大。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在0℃和4℃下貯藏的縊蟶，使用電子鼻檢測得到的傳感器響應(yīng)信號(hào)與貯藏時(shí)間關(guān)系圖與圖1結(jié)果類似，故可推斷出有使用電子鼻檢測縊蟶新鮮度的可能。

2.2 縊蟶揮發(fā)氣味主成分分析（PCA）

主成分分析（Principle Components Analysis，PCA）是模式識(shí)別中一種數(shù)據(jù)降維方法[8]，旨在利用降維的思想把多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)[9]。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[10]。

不同貯藏溫度下縊蟶氣味主成分分析得分見圖2。

圖2 不同貯藏溫度下縊蟶氣味主成分分析得分

圖2 表示了3種貯藏溫度下縊蟶揮發(fā)性氣味的PCA數(shù)據(jù)分析結(jié)果，主成分分析可將不同貯藏溫度下不同貯藏期的縊蟶區(qū)分開來。結(jié)果表明，0℃貯藏樣品PC1貢獻(xiàn)率達(dá)83.98%，PC1與PC2累計(jì)貢獻(xiàn)率為91.49%；4℃貯藏樣品PC1與PC2累計(jì)貢獻(xiàn)率為90.02%；10℃貯藏樣品PC1與PC2貢獻(xiàn)率達(dá)91.4%；3種貯藏溫度下樣品PC1與PC2累計(jì)貢獻(xiàn)率均高于90%。因此，前2個(gè)主成分幾乎包含10個(gè)傳感器中全部的信息，同一貯藏溫度下不同貯藏時(shí)間的縊蟶樣品能夠較好地區(qū)分。

由圖2（a）可看出，縊蟶在0℃貯藏條件下隨著貯藏時(shí)間的延長各個(gè)組的數(shù)據(jù)點(diǎn)主要沿PC1方向逐漸分散開；貯藏1～3 d的揮發(fā)氣味主成分分布較為接近，出現(xiàn)一定的區(qū)域重疊，這可能是由于0℃貯藏條件下縊蟶前3 d新鮮度品質(zhì)變化不大；貯藏3～7 d的揮發(fā)氣味PC1逐漸向右移動(dòng)，此階段貯藏時(shí)間內(nèi)與前3 d區(qū)分較為明顯，原因可能是貯藏后期樣品新鮮度品質(zhì)變化較大。圖2（b）所示縊蟶在4℃下貯藏前2 d區(qū)分效果不明顯，貯藏3～5 d出現(xiàn)較為明顯的區(qū)分。圖2（c）可知縊蟶在10℃條件貯藏下1～4 d均能很好地區(qū)分，這是因?yàn)楸容^高的貯藏溫度使得縊蟶的新鮮度品質(zhì)變化較為明顯，樣品發(fā)生了腐敗。試驗(yàn)研究結(jié)果與孟志娟等人[11]在研究電子鼻對(duì)帶魚新鮮度檢測中貯藏前期揮發(fā)氣味區(qū)分不明顯的結(jié)果相似。

2.3 縊蟶揮發(fā)氣味線性判別分析（LDA）

線性判別分析（Linear Discriminant Analysis，LDA）是模式識(shí)別中一種行之有效的特征提取方法，通過將原始變量投影到最佳的方向上，以實(shí)現(xiàn)區(qū)分訓(xùn)練集中不同類別的樣本的最佳區(qū)分[12]。通過LDA分析可以了解不同貯藏溫度下縊蟶揮發(fā)氣味成分的變化特征。

不同貯藏溫度條件下縊蟶氣味LDA分析得分見圖3。

圖3 不同貯藏溫度條件下縊蟶氣味LDA分析得分

圖3 為LDA分析結(jié)果，0，4，10℃貯藏組判別式總貢獻(xiàn)率分別為78.3%，90.4%，95.2%，均得到較好的區(qū)分效果。由圖3（a）0℃的LDA得分圖可知，貯藏1～3 d區(qū)域較為接近，貯藏4 d后區(qū)域出現(xiàn)明顯區(qū)分，且沿著LD1方向逐漸分開，這進(jìn)一步說明了縊蟶新鮮度與貯藏時(shí)間存在相關(guān)性且縊蟶揮發(fā)氣味在貯藏過程中發(fā)生急劇變化。由圖3（b，c）可知，縊蟶在4℃條件下貯藏1～5 d，在10℃條件貯藏1～4 d，氣味區(qū)域均有明顯的區(qū)分。楊華等人[13]研究發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）值和菌落總數(shù)隨著縊蟶貯藏時(shí)間的增加而上升，王丹妮[14]研究發(fā)現(xiàn)溫度的增加使得縊蟶TVB-N值和菌落總數(shù)增加速率加快，他們的研究與試驗(yàn)中縊蟶隨著貯藏時(shí)間增加揮發(fā)氣味區(qū)分越來越明顯，貯藏溫度越高區(qū)分越明顯的結(jié)果相一致。

3 結(jié)論

近些年電子鼻技術(shù)在肉品新鮮度檢測方面表現(xiàn)出了巨大的潛力[15]。有研究人員使用便攜式電子鼻對(duì)阿根廷鱈魚貯藏中新鮮度進(jìn)行檢測，結(jié)合PCA分析判定其是否腐敗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)評(píng)價(jià)效果較好。而對(duì)新鮮牛肉品質(zhì)進(jìn)行電子鼻檢測，電子鼻響應(yīng)值通過化學(xué)計(jì)量學(xué)方法和模式識(shí)別進(jìn)行分析，使用馬氏距離分析（MDA），PCA和LDA對(duì)牛肉不同貯藏時(shí)間和貯藏溫度進(jìn)行區(qū)分，結(jié)果表明不同貯藏溫度和天數(shù)的樣品相互之間可以很好地區(qū)分。

試驗(yàn)對(duì)縊蟶在0，4，10℃溫度條件下分別貯藏7，5，4 d，通過PCA分析和LDA分析發(fā)現(xiàn)在0，4℃的溫度貯藏下，前1～3 d縊蟶揮發(fā)氣味區(qū)分不明顯，貯藏后期區(qū)分較明顯；10℃貯藏過程中縊蟶氣味均能很好區(qū)分，且LDA分析結(jié)果優(yōu)于PCA分析結(jié)果，這與使用電子鼻評(píng)估4種雞塊在不同溫度條件下貯藏的微生物指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)PCA方法可以在貯藏的第1天區(qū)分4℃和13℃貯藏條件下4種不同處理的雞塊的結(jié)果相似。試驗(yàn)對(duì)縊蟶在不同貯藏溫度及貯藏時(shí)間通過電子鼻進(jìn)行區(qū)分，可得出電子鼻完全有能力識(shí)別縊蟶在貯藏過程中新鮮度品質(zhì)變化情況的結(jié)論。但是對(duì)縊蟶貯藏過程中具體是哪些揮發(fā)氣味發(fā)生變化仍需下一步繼續(xù)深入研究。

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