電子鼻技術在小黃魚新鮮度檢測中的應用

白麗娟,齊　馨,陳　洋,金　嫘

(遼寧醫學院食品科學與工程學院,遼寧錦州 121001)

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電子鼻技術在小黃魚新鮮度檢測中的應用

白麗娟,齊馨,陳洋,金嫘*

(遼寧醫學院食品科學與工程學院,遼寧錦州 121001)

采用電子鼻獲取不同保藏條件和時間的小黃魚的氣味信息,通過對數據進行主成分分析(PCA)和線性判別分析(LDA)并結合揮發性鹽基氮(TVB-N)、菌落總數和三甲胺含量的變化進行分析,建立一種利用電子鼻技術判別小黃魚新鮮度的方法。結果表明,無論冷凍、冰鮮還是常溫保藏,隨著保藏時間的延長,電子鼻傳感器的響應強度逐漸增大。不同保藏條件氣味變化呈現一定趨勢,即冰鮮和常溫保藏時氣味響應強度增大,區分明顯;且電子鼻分析結果與理化指標結果基本一致。因此電子鼻技術可以用來檢測不同新鮮度的小黃魚。

電子鼻,小黃魚,新鮮度,應用

小黃魚(small yellow croaker),硬骨魚綱,石首魚科,俗稱“黃花魚”,為傳統“四大海產”之一,主要分布于我國渤海、黃海、東海及朝鮮西海岸等地,為中國重要的經濟魚類[1]。小黃魚含有豐富的蛋白質、微量元素、維生素、不飽和脂肪酸、礦物質和豐富的微量元素硒,肉質鮮嫩、味道鮮美,營養價值很高,是世界上最有益健康的魚之一。

小黃魚經常以鮮銷和冷凍銷售為主,因此在保藏、運輸以及市場銷售過程中容易受到環境溫度、微生物以及酶等因素影響,魚肉中多不飽和脂肪酸、蛋白質等組成會發生腐敗變質現象[2],隨著小黃魚保藏時間的延長,在魚肉中積累的代謝產物會揮發出特有難聞的氣味,并伴隨著品質下降,人們食用后會影響身體健康。采取感官評價和理化指標測定等方法已被廣泛應用于水產品鮮度、品質的測定,但是感官評價會受到個體差異和主觀隨意性等因素影響,準確性較差;理化指標在檢測過程中不能達到快速檢測的目的,都限制了在小黃魚在保藏、運輸和銷售過程中進行的新鮮度檢測[3-5]。

近年來新興的電子鼻技術采用不同感應器得到的不是樣品揮發性成分定性和定量結果,而是分析樣品中揮發性特征成分的整體信息,能夠客觀、準確、快捷地模仿人類的嗅覺功能,且具有重復性好、不損傷樣品等特點,因此越來越受到科研人員的重視[6]。本文運用電子鼻技術測定了-18 ℃冷凍、冰鮮保存和25 ℃室溫條件以及保藏不同時間小黃魚肉揮發性氣味的變化規律,結合理化指標預測其在不同溫度條件下的貨架期,為快速檢測和控制小黃魚品質提供理論依據。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

新鮮小黃魚購自錦州市林西路水產批發市場;平板計數瓊脂杭州濱和微生物試劑有限公司;酚酞、無水硫酸鈉、氧化鎂、碳酸鎂、碳酸鉀、氫氧化鈉、無水甲苯氯化鈉、甲醛、鹽酸等均為分析純。

MIR-253型恒溫培養箱SANYO公司;DZ-400/2L型真空包裝機天際食品機械有限公司;JHT-C/S超凈工作臺上海基星生物科技有限公司;HA-300MD型數顯立式壓力蒸汽滅菌鍋日本;半微量定氮裝置廈門海標科技有限公司;WFJ 2100可見分光光度計尤尼柯(上海)儀器有限公司;PEN3型便攜式電子鼻系統德國Airsense公司。

1.2實驗方法

1.2.1樣品預處理將買來的新鮮小黃魚隨機分成三組,一組為防止在凍藏中的干耗和空氣的氧化而保護魚面,凍結的魚體輕微地在水中浸一下或灑水,以在魚體表面產生冰膜后保藏在-18 ℃冰箱中,一組放入碎冰中泡沫箱保存,另一組25 ℃烘箱保存作對照。將冷凍和冰鮮保藏的樣品0～7 d取樣,對照組0～2 d取樣,采用鮮海水魚GB/T 18108-2008的取樣方法[7],每天取2尾實驗用魚,清洗、去鱗、去內臟,沿脊骨剖切,先取25 g肉樣檢測菌落總數,后用絞肉機攪碎,進行電子鼻分析、揮發性鹽基氮(TVB-N)及 三甲胺(TMA)測定。

1.2.2揮發性鹽基氮的測定參考中華人民共和國水產行業標準SC/T 3032-2007中的水產品揮發性鹽基氮的測定方法,根據消耗的鹽酸溶液的體積計算TVB-N的含量。按照上述方法,每個樣品做3組平行。

1.2.3菌落總數的測定采用食品安全國家標準 GB 4789.2-2010 中的食品微生物學檢驗菌落總數測定[8],按照上述方法,每個樣品做3組平行。

1.2.4TMA分析根據GB/T 5009.179-2003《火腿中三甲胺氮的測定》的方法略有修改。準確稱取試樣(5.0000±0.0050) g置于100 mL容量瓶中,加蒸餾水至刻度并振蕩15 min,過濾后取液5 mL置于25 mL有蓋試管中。取5 mL水做空白實驗,分別加入1 mL碳酸鎂甲醛溶液、10 mL無水甲苯、3 mL飽和碳酸鉀溶液,用力振搖1 min后靜置5 min。將各甲苯層分別移入內有0.5 g無水硫酸鈉的20 mL有蓋試管中,脫水。取此液5 mL,加5 mL 苦味酸甲苯使用液,混勻,在波長410 nm處測其吸光度。每個樣品做3組平行。

1.2.5電子鼻檢測樣品準備:精確稱量保藏在不同溫度下的小黃魚肉樣品2.00 g,剪碎后放入20 mL頂空進樣瓶中,于30 ℃平衡5 min后直接將進樣針頭插入樣品瓶采用頂空吸氣法進行電子鼻分析實驗。測定條件:傳感器清洗時間120 s、傳感器歸零時間5 s、樣品準備時間5 s、進樣流量300 mL/min,檢測時間80 s。完成1次檢測后系統進行清零和標準化,然后再進行第2次頂空采樣。統計分析10個不同選擇性傳感器的G/G0值;通過電子鼻Win muster分析軟件對采集到數據進行分析。按照上述方法,每組實驗重復3次[9-12]。

1.2.6數據處理方法采用Excel 2007及SPSS 22.0軟件分析小黃魚的理化鮮度指標;采用Win muster進行電子鼻數據分析。

2　結果與分析

2.1不同條件下保藏小黃魚中揮發性鹽基氮含量的變化

揮發性鹽基氮是評價肉類鮮度的重要理化指標。分別在冷凍、冰鮮和常溫條件下保藏的小黃魚不同時間揮發性鹽基氮含量的變化趨勢如圖1所示,冷凍保藏28 d,TVB-N值緩慢上升,第28 d TVB-N值最高為13.01 mg/100 g,未超過鮮海水魚GB/T 18108-2008一級標準的要求(≤15 mg/100 g)[7],這與尹磊等的研究小黃魚在冷凍條件下保藏50 d未發生腐敗變質結果一致[13]。冰鮮保藏前4 d,小黃魚的TVB-N含量上升比較緩慢,仍處于一級新鮮度標準,4 d后上升加劇,說明小黃魚品質從第4 d開始下降較快,到第7 d TVB-N值已上升至29.43 mg/100 g,臨界于三級標準要求(≤30 mg/100 g)。而室溫保藏的小黃魚0～2 d TVB-N值直線上升,1 d后TVB-N值為33.69 mg/100 g已經超過國家標準要求的12.3%,不能食用。

圖1　不同保藏條件下小黃魚揮發性鹽基氮(TVB-N)的變化Fig.1　Change in TVB-N value of small yellow croaker during different storage

2.2不同條件下保藏小黃魚中菌落總數的變化

微生物的生長和代謝是引起魚類腐敗的主要原因,檢測分別保藏在冷凍、冰鮮和室溫條件下的小黃魚菌落總數變化如表1所示。

表1　不同保藏條件下小黃魚菌落總數的變化Table 1　Change in total plate count of small yellow croaker during different storage

由表1可知,冷凍和冰鮮保藏初期菌落總數出現明顯的延滯期,變化幅度較小,這是由于微生物剛進入較低溫度的新環境生長緩慢。保藏后期菌落總數持續遞增,其中冷凍保藏至28 d菌落總數無明顯變化;冰鮮保藏增勢明顯,第7 d達到1.23×106CFU/g;室溫保藏0～2 d中菌落總數劇增至3.58×108CFU/g,超過國家標準要求,沒有繼續檢測。

2.3不同條件下保藏小黃魚中三甲胺(TMA)的變化

三甲胺(TMA)也是評價海水魚肉鮮度的重要指標之一[14]。圖2表明,冷凍保藏的小黃魚28 d后甲胺含量小于20 μg/g,魚肉保持新鮮;冰鮮保藏6 d和室溫保藏1 d后三甲胺含量超過35 μg/g,魚肉開始腐敗變質。

圖2　不同保藏條件下小黃魚三甲胺(TMA)的變化Fig.2　Change in TMA value of small yellow croaker during different storage

上述分別研究了冷凍、冰鮮和常溫條件下保藏的小黃魚的揮發性鹽基氮、菌落總數、三甲胺的變化情況。結果發現冷凍保藏的小黃魚在28 d內揮發性鹽基氮、菌落總數、三甲胺三項理化指標均未發生顯著變化,都在國家標準要求的一級鮮度范圍內;冰鮮保存的小黃魚三項指標均在第7 d低于國家標準的三級鮮度,即發生腐敗變質,不能食用;而三項理化指標結果顯示常溫保藏小黃魚2 d就嚴重腐敗。

2.4電子鼻對小黃魚不同保藏條件下揮發性氣味的特征響應

2.4.1電子鼻對不同條件下保藏小黃魚在0 d和 2 d時的特征響應PEN3型電子鼻含有10個不同的金屬氧化物傳感器,傳感器陣列用于分析不同揮發性組分[15]。圖3為電子鼻10個傳感器分別對冷凍、冰鮮、常溫保藏條件下小黃魚在0 d 和2 d檢測時55 s響應雷達圖。圖中每一條直線代表一個傳感器,陰影代表55 s時魚肉中揮發性成分通過傳感器通道時的相對電阻率(G/G0),陰影越大代表感應器感應到的揮發性成分越明顯。

圖3　電子鼻傳感器對不同條件保藏的 小黃魚在55 s時的響應雷達圖Fig.3　Polar plot of different sensors on 55 s to small yellow croaker during different storage 注:1：芳香苯類;2：氮氧化合物;3：氨類; 4：氫氣;5：烷烴;6：甲烷;7：硫化氫; 8：醇類;9：有機芳香硫化物;10：芳香烷烴。

從圖3中電子鼻傳感器對新鮮魚肉(0 d)的雷達圖可以看出,在55 s時新鮮小黃魚肉中揮發性成分稍微明顯的是6號(甲烷類),其它幾類都相差不大,且電阻率(G/G0)都在1附近,說明此時感應器不能區分新鮮魚肉揮發性成分,可能因為新鮮致死的小黃魚微生物數量較少,各種酶類暫未啟動或者作用不強導致魚肉內分解產物較少。小黃魚經過2 d冷凍后氮氧化合物(2號傳感器)氣味略有增加,其他揮發性氣味變化不明顯。相對而言,冰鮮2 d的小黃魚揮發性氣味發生明顯變化,以硫化氫(7號)和有機芳香硫化物(9號)略有增加,這是在肉的成熟過程中,在酶的作用下蛋白質分解,產生的含硫氨基酸在微生物的作用下進一步分解產生硫化氫和硫醇類物質導致的。電子鼻檢測常溫保存2 d的小黃魚,雷達圖顯示魚肉揮發性成分變化顯著,此時主要以硫化氫(7號)、有機芳香硫化物(9號)和氮氧化合物(2號)為主要成分,說明蛋白質大量分解成含硫和氮氧化合物的小分子揮發性成分。結合理化指標可知,常溫保存2 d 的小黃魚已經腐敗變質,兩者反映結果一致。

2.4.2利用電子鼻對不同條件下保藏小黃魚2 d的對比分析在對電子鼻所取得的數據進行分析時,主成分分析(PCA)貢獻率越大,說明其主要成分可以較好地反映樣品多指標的信息[16-17]。如圖4所示,隨著保藏條件不同,樣品的揮發性氣味不斷變化,PCA較好地區分了不同條件保藏2 d的小黃魚,同時新鮮小黃魚(0 d)和冷凍2 d的揮發性成分區分不明顯,結果和理化指標一致。冷凍、冰鮮、室溫三種保藏條件下,兩個主成分PC1、PC2 之和均高于99%,說明兩個主成分之和能夠較全面的代表原有信息,電子鼻能夠將不同條件下保藏2 d的樣品很好地區分。

圖4　小黃魚在不同保藏條件下2 d的PCA主成分分析Fig.4　PCA analysis of response values from electronic nose to small yellow croaker during different storage on 2 d

線性判別法(LDA)分析利用了電子鼻所有傳感器的信號以提高其分類的準確性,更加注重采集揮發性成分響應值在空間的分布狀態及彼此之間的距離分析[18]。本實驗采用冷凍、冰鮮、室溫三種條件下保藏2 d的小黃魚為樣品進行測定后進行LDA分析。從圖5中可以看出,第一主成分區分貢獻率為95.10%,第二主成分區分貢獻率為4.34%。第一、第二主成分總的區分貢獻率達99.44%,樣品組間區分明顯且呈遞增趨勢,因此采用電子鼻可以區分不同條件下保藏2 d的小黃魚。

圖5　小黃魚在不同保藏條件下2 d的LDA分析Fig.5　LDA analysis of response values from electronic nose to small yellow croaker during different storage on 2 d

2.4.3利用電子鼻對冰鮮保藏小黃魚0～7 d的檢測分析綜合上述理化指標和電子鼻感應值可知冷凍保藏的小黃魚在7 d仍處于GB/T 18108-2008一級標準,各項指標變化均不明顯;常溫保藏小黃魚1 d后腐敗變質,不可食用,不具有檢測價值。因此,本實驗選用冰鮮保藏的小黃魚作為樣本進行電子鼻檢測,利用電子鼻檢測小黃魚的新鮮度。

從圖6中可以看出,小黃魚的揮發性特征成分隨著保藏時間的變化而變化,且不同保藏時間的揮發性成分響應值沒有重疊區域,區分度較好。沿PC軸看,隨著保藏時間的延長,氣味響應值的分布呈現一定的趨勢。第1主成分貢獻率為96.17%,第2主成分貢獻率為2.34%,總貢獻率為98.51%,能夠很好地反映冰鮮保藏期間小黃魚的品質變化。

圖6　小黃魚在冰鮮條件下0～7 d的PCA主成分貢獻率Fig.6　PCA analysis of response values from electronic nose to small yellow croaker during 0～7 d storage

不同冰鮮保藏時間小黃魚的LDA分析見圖7,采用LDA分析能夠看出樣品存在一定差異,且不同保藏時間的小黃魚氣味存在一定趨勢。判別式LD1和LD2的貢獻率分別為73.50%和16.39%,總貢獻率為89.89%,且小黃魚的響應信號沒有重疊區域,因此LDA分析也能區分不同保藏時間的樣品。

圖7　小黃魚在冰鮮條件下0～7 d的LDA貢獻率Fig.7　LDA analysis of response values from electronic nose to small yellow croaker during 0～7 d storage

通過電子鼻響應值的對比發現:冷凍2 d的小黃魚和新鮮樣品幾乎沒有區別,冰鮮小黃魚的7 d內揮發性特征成分隨著保藏時間的變化而變化,且揮發性成分響應值沒有重疊區域,區分度較好,而常溫保藏的小黃魚氣味變化區分顯著,因此利用電子鼻能夠較好的區分冰鮮和常溫保藏的小黃魚,對短期冷凍樣品不適用。

3　結論

分別研究了冷凍、冰鮮和常溫條件下保藏的小黃魚的揮發性鹽基氮、菌落總數、三甲胺和氣味的變化情況。通過對冷凍、冰鮮和常溫保藏的小黃魚進行電子鼻檢測和理化指標測定可知,常溫保藏小黃魚貨架期為1 d,冰鮮保藏的小黃魚一周內可以食用,而冷凍保藏28 d仍然處于一級鮮度。電子鼻能夠快速檢測小黃魚在不同條件下的揮發性氣味,區分不同條件下和不同時間保藏的樣品,證實了電子鼻檢測小黃魚新鮮度的可行性,為指導小黃魚新鮮度快速檢驗提供依據。

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Application of electronic nose technology in small yellow croaker freshness

BAI Li-juan,QI Xin,CHEN Yang,JIN Lei*

(College of Food Science and Engineering,Liaoning Medical University,Jinzhou 121001,China)

The flavor change of small yellow croaker was evaluated by electronic nose during different storage periods. An electronic nose technology was established to evaluate the freshness of small yellow croaker,which was showed by principal component analysis(PCA)and linear discriminate analysis(LDA)coupled with TVB-N and total bacterial counts as well as tri-methylamine(TMA). The results showed that the flavor of small yellow croaker was changed with the extension of storage period of frozen,ice and the normal temperature. The response of electronic nose revealed a gradual increase as time goes on. The results of electronic nose were consistent with TVB-N analysis,TMA analysis and total bacterial count determination. Therefore,electronic nose could be used to identify the freshness of small yellow croaker.

electronic nose;small yellow croaker;freshness;application

2016-01-22

白麗娟(1979-),女,碩士，副教授,研究方向:食品科學,E-mail:bailijuan7887@163.com。

金嫘(1971-),女,博士,副教授,研究方向:食品科學,E-mail:65465215@qq.com。

科技部星火計劃項目(2013GA650011)。

TS254.4

A

1002-0306(2016)14-0063-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.14.004