基于電子鼻技術判定冷卻豬肉新鮮度*

肖虹，謝晶

(上海海洋大學食品學院，上海，201306)

在冷卻豬肉的加工、流通和貯藏等過程中，其品質(zhì)易受溫度、酶、微生物等作用，出現(xiàn)腐敗變質(zhì)，且產(chǎn)生具有異味的揮發(fā)性代謝產(chǎn)物。運用電子鼻技術進行揮發(fā)性氣味分析，可以客觀、準確、快捷、全面地評價氣味，從而判斷食品的新鮮度及品質(zhì)變化［1－2］。該技術已被國內(nèi)外學者應用于水產(chǎn)品［3－4］、果蔬［1］、乳制品［5］等食品的新鮮度研究中，在豬肉新鮮度及其品質(zhì)的檢測中也有應用，Hansen［6］等人將生鮮豬肉制成豬肉糜糕，采用電子鼻等技術，結合多變量分析預測其終點品質(zhì)。柴春祥［7］等人用電子鼻技術檢測了不同實驗條件下(5、15、25℃)豬肉揮發(fā)性成分隨貯藏時間的變化情況。

試驗中利用傳感器型電子鼻技術對不同貯藏溫度下的冷卻豬肉進行氣味分析，并結合菌落總數(shù)、揮發(fā)性鹽基氮值(T-VBN)等理化指標的變化，判定冷卻豬肉的新鮮程度與貨架壽命，從而為監(jiān)測和控制流通中冷卻豬肉品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

試驗材料:從上海市浦東新區(qū)黃路屠宰場無菌操作取常規(guī)屠宰后內(nèi)部無污染的豬后腿肉，修去皮、骨、筋腱，無菌薄膜包裝后置于0～4℃冷卻24 h。

試驗所用儀器:電子鼻系統(tǒng)(Alpha FOX4000，法國);自動凱氏定氮儀(FOSS KEJET 2300，瑞士);冰箱(BCD-191GNS(E)，韓國);酸度計(賽多利斯pH-10，德國);潔凈工作臺(VS-1300L-U，蘇州);全自動立式電熱壓力蒸汽滅菌器(YXQ-LS-SⅡ，上海);電熱鼓風干燥箱(DHP-9162，上海);數(shù)控精密恒溫水浴鍋(SJH-4S，寧波)。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品處理

將冷卻肉分割后在冰水中清洗，并在干燥的冰上瀝干后裝入已滅菌的培養(yǎng)皿中，分別放置于277、283 K的恒溫冰箱中貯藏。

277 K 條件下，在1、3、5、7、8 d 取樣;283 K 條件下，在1、2、3、4、5 d 取樣，分別進行感官評定、pH 值、菌落總數(shù)、揮發(fā)性鹽基氮(T-VBN)值的測定以及電子鼻分析。

1.2.2 感官評定

由有豐富經(jīng)驗的7人評定小組通過肉的顏色、氣味與質(zhì)地，評價肉的新鮮程度。

1.2.3 pH值測定

參考《肉類工業(yè)手冊》［8］，取肉樣10g剪碎，置于燒杯中，加入蒸餾水90 mL，浸泡30 min，不時攪拌，然后過濾于另一燒杯中備用，再用pH計測定。判定標準:一級鮮度pH值5.8～6.2，二極鮮度pH值6.3～6.6，變質(zhì)肉pH值6.7以上。

1.2.4 菌落總數(shù)的測定

按 GB-T4789.2 －2003［9］的方法進行操作，結果以lg(CFU/g)表示。根據(jù)我國冷卻豬肉的農(nóng)業(yè)行業(yè)標準［10］，菌落總數(shù) ≤1 × 106CFU/g，即 ≤6.00lg(CFU/g)，超過該數(shù)值即為變質(zhì)肉。

1.2.5 揮發(fā)性鹽基氮(T-VBN)的測定

利用自動定氮儀測定，參考鄧輝萍［11］的方法并略有修改。準確稱取絞碎的豬肉10 g于900 mL消化管中。設置吸收液為30 mL，自動加蒸餾水為80 mL，加堿量為0 mL，模式為safe，蒸餾體積。在裝有樣品的消化管瓶中加入1 g氧化鎂粉末，迅速放入自動定氮儀，關上安全門，儀器自動蒸餾、吸收、滴定和計算。根據(jù)我國冷卻豬肉的農(nóng)業(yè)行業(yè)標準［10］，揮發(fā)性鹽基氮≤15 mg/100 g，超過該數(shù)值即為變質(zhì)肉。

1.2.6 電子鼻分析

1.2.6.1 電子鼻系統(tǒng)

由18根金屬氧化物傳感器(MOS)陣列、頂空自動進樣裝置(HS100)和數(shù)據(jù)處理等部分組成。1.2.6.2 樣品準備

稱取2g攪碎的肉樣裝入10 mL小瓶，加蓋密封，每個樣品制備重復5次。

1.2.6.3 電子鼻檢測的分析參數(shù)(傳感器的響應值在0.3以上)

(1)頂空產(chǎn)生參數(shù):產(chǎn)生時間600s;溫度42℃;振蕩速度500 r/min。(2)頂空注射參數(shù):注射體積2 000 μL;注射速度 2 000 μL/s;(3)獲取參數(shù):總獲取時間120 s;獲取間隔時間1 s;獲取延滯時間300 s。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2007對豬肉理化指標進行分析;利用電子鼻系統(tǒng)自帶的Alphasoft11.0統(tǒng)計分析軟件對采集的冷卻豬肉樣品的數(shù)據(jù)信息進行多變量統(tǒng)計分析，包括:主成分分析(principal component analysis，PCA)與判別因子分析(discriminate factorial analysis，DFA)。通過統(tǒng)計學分析，可以獲得冷卻豬肉貯藏于不同溫度下氣味隨時間變化的相關信息。

1.3.1 主成分分析

主成分分析是化學計量學中最古老和最著名的技術之一，是一種包含了向量分析和相關矩陣的分類技術。PCA法可以將高維數(shù)據(jù)投影到一個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。第一主成分(PC1)代表主要差異，PC2和PC1垂直，代表了一些剩余差異［12］。

1.3.2 判別因子分析

判別因子分析是一種用于氣體分類的線性技術，在進行了PCA分析后，通過對傳感器響應信號數(shù)據(jù)進一步優(yōu)化區(qū)分處理，可以在盡可能地擴大不同類數(shù)據(jù)間的差異性的同時縮小同類數(shù)據(jù)間的差異性。

2 結果與討論

2.1 冷卻豬肉在不同貯藏溫度下貨架壽命終點的確定

從表1可以看出，貯藏在283 K的冷卻豬肉，pH值、菌落總數(shù)值與T-VBN值均呈現(xiàn)增長的趨勢。到第2天，pH值達到6.31，符合二級鮮度標準［8］，同時菌落總數(shù)值從4.93 lg(CFU/g)增長到6.74 lg(CFU/g)，超過農(nóng)業(yè)行業(yè)標準［10］中規(guī)定的6.00 lg(CFU/g)的限定值;到第4天，T-VBN值達到15.023 8 mg/100 g，也超過該標準中規(guī)定的15 mg/100 g的限定值。到第3天樣品略微散發(fā)出異味，開始出現(xiàn)腐敗現(xiàn)象。因此，綜合所有指標，貯藏在283K條件下冷卻豬肉的貨架期為2 d。

表1 283K下冷卻豬肉各指標變化(平均值±標準差)

由表2發(fā)現(xiàn)，在第5天，pH值達到6.15，符合二級鮮度標準，同時菌落總數(shù)值達到6.02 lg(CFU/g)，超過6.00 lg(CFU/g)的限定值;T-VBN值在第8天達到17.079 5 mg/100 g，也超過15 mg/100 g的限定值。結合感官指標的結果，到第7天樣品略微散發(fā)出異味，開始出現(xiàn)腐敗現(xiàn)象。因此貯藏在277 K條件下冷卻豬肉的貨架期為5 d。貯藏在277 K條件下冷卻豬肉的各項指標與貯藏在283 K下的樣品有著相同的變化趨勢，均呈現(xiàn)增長趨勢。

表2 277 K下冷卻豬肉各指標變化(平均值±標準差)

2.2 冷卻豬肉的PCA分析

由圖1可以看出，貯藏于283、277K溫度條件下冷卻豬肉的PCA圖是不同的，隨著貯藏時間的延長，冷卻豬肉的揮發(fā)性氣味發(fā)生變化。由圖1－a可以看出，貯藏于283 K溫度下冷卻豬肉樣品的第一主成分(PC1)貢獻率達92.547%，PC1與PC2累積貢獻率達99.639%，貢獻率越大，說明主成分可以較好地反映原始高維矩陣數(shù)據(jù)的信息。從圖1－a中的箭頭趨勢可以看出，隨著貯藏時間的延長，樣品氣味變化沿PC1軸向左，沿PC2軸先向上、后向下分布。顯然，3d是氣味突變點。這可能是由于在貯藏過程中，樣品揮發(fā)性氣味物質(zhì)不斷地釋放，在貯藏了3d后氣味變化更加顯著而導致的。

由圖1－b可以看出，貯藏于277K下的PCA圖中PC1貢獻率達到了97.181%，PC1與PC2貢獻率之和達到了99.211%。從圖1－b中箭頭趨勢可以看出，隨著貯藏時間的延長，樣品氣味變化先沿PC1軸向左，PC2軸向下;后沿PC1軸向右，沿PC2軸向下分布，顯然，5d是氣味突變點。通過PCA分析可得，電子鼻可以區(qū)分283K與277K溫度條件下貯藏不同時間的冷卻豬肉氣味。

圖1 貯藏于283 K(a)、277 K(b)下的冷卻豬肉揮發(fā)性氣味在不同貯藏時間內(nèi)的PCA圖

2.3 冷卻豬肉的DFA分析

在圖2－a中，第一判別因子(DF1)與第二判別因子(DF2)累計貢獻率為99.413%。從DFA圖譜上可以看出在1、2 d的氣味分布較集中，到3 d氣味分布方向發(fā)生明顯變化，2 d和3 d是氣味分布發(fā)生變化的時間拐點，較之PCA分析，補充了氣味分布變化的時間拐點2 d。由于DFA分析是在PCA分析的基礎上對傳感器響應信號數(shù)據(jù)進一步優(yōu)化區(qū)分處理，因此選擇2 d作為283 K條件下氣味分布變化的時間拐點。從圖2－b的DFA圖譜上可以看出，DF1與DF2的累計貢獻率達到99.816%，貯藏了5 d后氣味分布發(fā)生急劇變化，存在氣味分布變化的時間拐點5d。由冷卻豬肉的DFA分析可見，貯藏溫度越高，氣味分布變化的時間拐點出現(xiàn)得越早;對比PCA分析，氣味分布發(fā)生變化的時間拐點有著一致性，且DFA分析可以進一步擴大氣味差異的顯著性。故可以將此時間拐點作為氣味變化的切分點。取第2天和第5天分別作為283、277 K貯藏條件下冷卻豬肉氣味變化的切分點。

2.4 氣味指紋圖譜判定冷卻豬肉新鮮度

從表1、表2得出，貯藏在283、277 K條件下冷卻豬肉的菌落總數(shù)值分別在第2天和第5天達到新鮮度指標的限值，是貨架壽命終點。與電子鼻PCA與DFA結果比較后發(fā)現(xiàn)，冷卻豬肉揮發(fā)性氣味的變化與品質(zhì)理化指標的變化有一定的相關性，貯藏在283、277 K條件下冷卻豬肉氣味變化的切分點分別是第2天和第5天。顯然，冷卻豬肉氣味分布發(fā)生變化的時間拐點與其貨架壽命終點時間一致。說明通過電子鼻PCA和DFA分析得到的氣味指紋圖譜能夠較好地判定冷卻豬肉的新鮮程度，且隨著貯藏溫度與貯藏時間的變化，與理化品質(zhì)變化有著一致性。因此可以應用電子鼻分析技術，通過電子鼻PCA與DFA建立的氣味指紋圖譜對冷卻豬肉的新鮮程度與貨架壽命做出很好的判斷。

圖2 貯藏于283 K(a)、277 K(b)下的冷卻豬肉揮發(fā)性氣味在不同貯藏時間內(nèi)的DFA圖

3 結論

在不同貯藏溫度下，利用電子鼻技術并結合理化指標，對豬肉揮發(fā)性氣味及理化指標隨著貯藏時間的變化進行了分析。結果表明:(1)通過電子鼻的PCA與DFA，取第2天和第5天分別作為283、277 K貯藏條件下冷卻豬肉氣味變化的切分點。(2)由理化和感官指標判定的貯藏在283、277 K條件下冷卻豬肉的貨架壽命終點時間分別是2天和5天。(3)冷卻豬肉氣味分布發(fā)生變化的時間拐點與其貨架壽命終點時間一致。因此可以應用電子鼻技術，通過PCA與DFA建立的氣味指紋圖譜對冷卻豬肉的新鮮程度與貨架壽命做出很好的判斷。本研究為今后將氣味識別技術用于冷卻肉貨架期的實時檢測奠定了一定的基礎。

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