基于電子鼻技術對真空包裝三文魚片的新鮮度評價

沈秋霞，王曉君，盧朝婷，文曉慧，郭冀川，胡永正，丁文武，李明元

(西華大學 食品與生物工程院，四川 成都，610039)

三文魚(Salmon)，又稱為大馬哈魚或者鮭魚，屬于硬骨魚綱鮭形目，因其肉質細嫩鮮美和高營養價值，近年來逐漸被作為生食料理店的上佳原料[1]。三文魚片主要貯藏方式為凍藏和冷藏，且因富含高蛋白、多不飽和脂肪酸及高水分等特點，在低溫貯藏及銷售過程中會受到自身酶、外界微生物等因素的影響導致魚肉色澤、質構以及揮發性物質的變化[2,4]。因此，研究真空包裝三文魚片冷藏期間的新鮮度變化及快速檢測方法具有重要意義。

水產品新鮮度變化的傳統檢測方法主要包括感官評價、微生物分析、理化指標檢測等，但這些方法均有各自的缺點，如感官評價具有主觀性，精確度差；微生物分析、理化指標檢測具有操作復雜、檢測時間長、重復性較差等缺點。近年來，電子鼻作為新興智能感官儀器，其工作原理主要是通過模擬人體嗅覺系統來對樣品揮發性成分進行定性或定量分析[5]，已被許多研究者應用于食品檢測領域中。

柴春祥等[3]利用電子鼻技術檢測了豬肉在不同實驗條件下揮發性成分的變化，研究了貯藏溫度和時間對豬肉新鮮度的影響；趙夢醒等[4]結合感官分析、TVB-N檢測及菌落總數分析，采用電子鼻技術對(0±0.2) ℃條件下鱸魚新鮮度進行了分析評價；BARBRI等[6]利用電子鼻實時評估4 ℃冷藏條件下沙丁魚的新鮮度變化；劉壽春等[7]應用電子鼻分析貯藏過程中冷鮮羅非片的揮發性成分，認為電子鼻分析結果與感官評價、微生物分析和理化分析結果相關性良好。而有關電子鼻技術結合感官分析、質構、色差和TVB-N指標評價(4±1)℃條件下真空包裝三文魚片新鮮度變化的研究還鮮見報道。

本實驗在(4±1)℃冷藏條件下，以不同貯藏時間的真空包裝三文魚片為研究對象，通過感官評價、質構、色差及TVB-N等指標檢測，分析研究了真空包裝三文魚片貯藏過程中理化指標變化規律，結合電子鼻技術檢測三文魚片貯藏期間的揮發性成分變化，通過負荷加載分析(loadings analysis，LA)、主成分分析(principal component analysis，PCA)、線性判別分析(linear discriminant analysis，LDA)和特征雷達圖分析，驗證了電子鼻技術對冷藏條件下真空包裝三文魚片新鮮度評價的準確性，旨在為冷藏三文魚片新鮮度快速評價方法提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮活三文魚(魚體質量為2 kg左右)，由通威(成都)三文魚有限公司提供。

H3BO3，HCl，溴甲酚綠，甲基紅，MgO，高氯酸,以上試劑均為分析純，成都市科龍化工試劑廠；實驗用水為蒸餾水。

1.2 儀器與設備

PEN3便攜式電子鼻系統，德國Airsense公司；TB-214型電子分析天平，北京賽多利斯儀器系統有限公司；TA-XT plus質構儀， 英國；S560型色差儀:美國Microptix Corporation； 全自動定氮儀，KDN-04B山東海能科學儀器有限公司； TD-5M臺式低速離心機，四川蜀科儀器有限公司；DK-98A型恒溫水浴鍋，天津泰斯特有限公司；家用小型攪肉機。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

于實驗室將活魚進行內臟清除、去皮處理，將魚肉清洗干凈后取背脊肉并分割成質量相差不大的魚片，再次用清水清洗干凈，用已滅菌的PET/PE(聚對苯二甲酸二甲酯+聚乙烯)復合包裝袋進行分裝(每袋4片，每片20～30 g)，裝袋后迅速用真空包裝機進行封口處理。將包裝好的樣品于(4±1)℃條件下冷藏12 d，在第0、2、4、6、8、10、12天時對樣品進行電子鼻分析，同時進行感官評價并測定其TVB-N值、質構以及色差等指標，結合各項檢測指標以評價冷藏期間樣品的新鮮度變化。

1.3.2 感官評價

由15名經過訓練的評價員組成感官評定小組，根據表1的評分標準，對冷藏條件下真空包裝三文魚的色澤、氣味、肉質進行評價打分(10分制)，規定10分為最好，6分以上為較好，4分以下為不可接受，即腐壞[8]。評價結束后，分析比較去掉差異值，最終結果為小組各成員感官評價結果的平均值。

表1 三文魚片的感官評價標準表Table 1 Sensory evaluation standard of salmon fillet

1.3.3 TVB-N值測定

參考文獻[9]的方法并略做改進，將三文魚用絞肉機攪碎成魚糜狀，稱取10.000 g魚糜于錐形瓶中，加入100 mL 0.6 mol/L的高氯酸溶液，每隔5 min振搖一次，浸提30 min后，用濾紙過濾分離樣液。準確吸取10 mL濾液于消化管中，再加入10 mL質量分數為1%的MgO溶液，立刻連接到凱氏定氮儀上。另取一錐形瓶，于瓶內加入10 mL 20 g/L硼酸溶液作為吸收液，再滴加6～8滴混合指示劑，用自動定氮儀進行測定，設定蒸餾時間為3 min。蒸餾結束后，硼酸吸收液用0.01 mol/L HCl滴定至顏色變為紫紅色。每組做3次平行實驗，取均值計算。注：首先用10 mL 0.6 mol/L高氯酸溶液進行樣品的空白測定，取得空白值。

樣品中 TVB-N 的含量(mg/100g) 按式(1)計算:

(1)

式中:V1為樣品消耗鹽酸標準溶液體積， mL；V2為試劑空白消耗鹽酸標準溶液體積，mL；c為鹽酸標準溶液的濃度，mol/L；m為樣品的質量，g；14為與1.00 mL鹽酸標準溶液(c(HCl=1 mol/L) )相當的氮質量，mg。

1.3.4 質構測定

取背脊部魚肉并切成長1 cm×1 cm×1 cm左右的魚塊，在TPA模式下用質構儀測定硬度、彈性2個指標。TPA模式參數設定參考張奎[14]、戴志遠[15]等的方法并略加修改，測定具體參數為：測量前探頭下降速度，3.0 mm/s；測試速度為，1.0 mm/s；測量后探頭回程速度，1.0 mm/s；壓縮程度為50%，2次壓縮間隔時間5 s；探頭類型，P/0.5，負重探頭類型：Auto-5g，數據的采集數率為200.00 pps。樣品做6次平行實驗，取均值計算。

1.3.5 色差測定

參考丁婷[16]等的方法，略加修改。取絞碎魚肉做成直徑3 cm左右的魚餅，置于干凈的培養皿中，用色差計在避光條件下測量魚肉表面色差值(L*、a*、b*)。L*值代表亮度，取值范圍在0～100；a*值代表紅綠度，取值范圍在-60～60；b*代表黃藍度，取值范圍在-60～60。每組樣品做3次平行實驗，取均值計算。總色差值ΔE由公式(2)計算。

(2)

式中：ΔL，魚肉所測亮度值與初始亮度值之差；Δa，魚肉所測紅綠度值與初始紅綠度值之差；Δb，魚肉所測黃藍度值與初始黃藍度值之差[2]。

1.3.6 電子鼻分析

參考文獻[4,17,19]的方法并稍加修改。稱取1.000 g 絞碎三文魚肉于25 mL頂空瓶中，加蓋密封。于40 ℃恒溫水浴鍋中加熱30 min后用電子鼻吸取頂空瓶中氣體進行檢測分析。電子鼻測定參數設定：清洗時間60 s，傳感器歸零時間為10 s，檢測時間90 s，進樣流量為300 mL/min。利用電子鼻WinMuster軟件對樣品進行負荷加載分析、主成分分析、線性判別分析以及雷達圖分析，樣品做6次平行實驗，分析比較去掉異常值。電子鼻各傳感器性能如下表2所示。

表2 電子鼻各傳感器性能描述表Table 2 Sensor properties of electronic nose

2 結果與分析

2.1 三文魚片冷藏過程中的新鮮度變化

2.1.1 感官評價

圖1是真空包裝三文魚片于(4±1)℃條件下冷藏12 d的感官得分圖。從圖中可以看出，第0天三文魚片的色澤、氣味、肉質感官評分均為滿分，魚肉具有三文魚特有的鮮味，色澤呈現鮮橘紅色、紋理清晰，肉質緊實有彈性；隨著冷藏時間的延長，3個評價指標得分均逐漸下降，第6天魚片色澤、氣味、肉質評分分別為7.9、6.8、7.4分，魚肉顏色由新艷變暗，略帶有魚腥味，肌肉彈性變差；在貯藏6天后，氣味、肉質評價得分均呈直線下降趨勢，色澤評分下降趨勢相對較平緩；第12天魚肉色澤、氣味、肉質評分已下降到5.1、3.8、4.3分，氣味評分超出感官不可接受范圍，肉質評分已接近感官可接受的界限值，魚肉散發出明顯的魚腥味和腐臭味，肉體表面已出現黏液，肉質松軟，肉色呈蒼白色，魚肉整體呈現出明顯的腐敗特征。

圖1 真空包裝三文魚片冷藏期間感官評分變化Fig.1 Change in sensory evaluation for vacuum packagingsalmon fillets during refrigerated storage

2.1.2 TVB-N值變化規律

TVB-N值作為評價水產品新鮮度的主要理化指標之一，其含量可反映水產品中蛋白質及非蛋白物質在自身內源酶和外界環境中微生物作用下分解產生的氨和胺類等堿性含氮類化合物的多少，據此對水產品新鮮度進行判斷[20]。真空包裝三文魚片在冷藏期間的TVB-N值變化見圖2。由圖2可知，三文魚片TVB-N初始值為8.382 mg/100g，在0～2 d冷藏期間，TVB-N值增加速率較緩慢，第2天后TVB-N值開始加速上升，第8天其值為22.721 mg/100g，已超出 GB 2733—2005《鮮、凍動物性水產品衛生標準》中規定的淡水魚揮發性鹽基氮≤20 mg/100g的要求[18]，冷藏12 d時魚肉的TVB-N值已經達到28.768 mg/100g，其變化趨勢與感官氣味評分基本相一致，這可能是由于冷藏后期微生物生長繁殖及分解作用加速導致魚肉在貯藏后期TVB-N值快速增加。

圖2 真空包裝三文魚片冷藏期間TVB-N值變化Fig.2 Change of TVB-N values for vacuum packagingsalmon fillets during refrigerated storage

2.1.3 質構變化

由于在冷藏期間三文魚片的硬度和彈性會因蛋白分解、脂肪氧化以及微生物分解作用而發生一系列變化，因此可將硬度和彈性變化作為評價三文魚片新鮮度的指標。圖3為真空包裝三文魚片在(4±1)℃條件下冷藏的質構變化圖。

圖3 真空包裝三文魚片冷藏期間硬度(a)、彈性(b)變化Fig.3 Changes of hardness(a)and elasticity(b)for vacuumpackaging salmon fillets during refrigerated storage

由圖3-a中知，三文魚片的硬度變化值呈現先增后減的趨勢，在第0天初始硬度值為782.843 g，貯藏第2天時硬度值增加到863.575 g，這種變化可能是由于魚體死后肌肉失水形成肌動球蛋白凝膠，結果使得魚肉收縮，硬度增大。第2天后其硬度值開始逐漸下降，直至第12天時硬度值下降到472.137 g，與初始硬度值相比下降了39.69%，造成硬度值下降的原因可能是魚片在冷藏過程中肌肉纖維產生局部斷裂導致變形，從而使得蛋白質立體結構發生變化，其親水性和鹽溶性等性質也隨之降低[14]。圖3-b為三文魚片的彈性變化圖，由圖3-b可知，冷藏0～6 d期間，三文魚片彈性值急劇下降，第6天后其下降趨勢開始逐漸變緩，冷藏期間彈性值從0.797下降到0.666，總體降低了16.45%。三文魚片彈性下降的原因可能是由于蛋白質結構破壞、細胞間凝聚力下降綜合導致的。綜上得出，冷藏期間三文魚片硬度、彈性變化與感官評價結果基本一致，可以作為物理品質的顯著性指標[14]。

2.1.4 色差變化

新鮮三文魚色澤呈橘紅色，白色紋理清晰可辨，因此色澤變化可作為三文魚物理品質的重要指標。通過色差計可以直接測出L*、a*、b*值，總色差值ΔE則通過公式計算得出。當ΔE<6.0時，顏色差異不顯著；ΔE<12.0時，顏色差異較顯著；ΔE>12.0時，顏色差異顯著[2]。(4±1)℃條件下真空包裝三文魚片的色差變化見圖4。

圖4 真空包裝三文魚片冷藏期間色差值(a)、ΔE值(b)變化Fig.4 Changes of color difference(a) and ΔE(b)forvacuum packaging salmon fillets during refrigerated storage

由圖4-a可知，冷藏期間真空包裝三文魚片的L*值呈現先減小后增加的變化趨勢，a*值與b*值在此期間變化波動不大。L*值、a*值及b*值在第0天時分別為39.25、7.78、10.63，貯藏至8天時L*值下降到33.37，與初始值相比下降了14.98%，a*值與b*值為6.99、9.25，減少率分別為10.15%、12.98%。第8天后，L*值開始緩慢上升，a*值、b*值則緩慢下降直至貯藏期終點。魚肉顏色發生此種變化的原因可能是由于自身體內所含血紅蛋白與氧氣結合發生氧化反應生成褐色的高鐵血紅蛋白類物質，使得a*值與b*值隨著時間延長而下降[11]。

圖4-b為三文魚片冷藏期間ΔE值的變化趨勢，貯藏初期ΔE值變化平緩，顏色與新鮮三文魚比較差異不顯著。隨著冷藏時間的延長，ΔE值開始急劇上升，第8天ΔE值達到24.37，遠大于ΔE值為12.0的評判依據，顏色差異極為顯著。由圖4-a、圖4-b說明第8天即為三文魚片顏色變化的拐點。

2.2 三文魚片冷藏過程中的電子鼻分析

2.2.1 傳感器載荷分析

圖5為真空包裝三文魚片冷藏期間的Loadings負荷加載分析圖，其LA-1與LA-2貢獻率分別為96.35%、2.94%，兩者總貢獻率達到99.29%。從圖5可以看出，R2號和R7號傳感器對第1主成分的貢獻率最大，其分別對氮氧化合物、無機硫化物等揮發性物質靈敏；R1號和R8號傳感器則對第2主成分的貢獻率較大，2個傳感器分別對芳香成分物質、乙醇等化合物靈敏；R10號傳感器在橫縱坐標軸上的響應值接近于零，其貢獻率可忽略不計。

圖5 真空包裝三文魚片冷藏期間電子鼻Loadings分析Fig.5 Loadings analysis of vacuum packaging salmon filletsduring refrigerated storage

2.2.2 三文魚片冷藏期間PCA分析

PCA主成分分析法是將電子鼻10個傳感器提取的樣品信息進行數據轉換和降維處理，并對處理結果進行線性分類后在坐標上形成一個兩維散點圖[7,22]，兩種主成分的總貢獻率越大，說明可以更好地反映出所測樣品的全部信息。真空包裝三文魚片在冷藏條件下的電子鼻PCA分析結果如圖6所示。

圖6 真空包裝三文魚片冷藏期間電子鼻PCA圖Fig.6 PCA analysis of vacuum packaging salmon filletsduring refrigerated storage

由圖6可見，PC-1與PC-2的貢獻率分別為96.39%、2.89%，總貢獻率達到了99.28%，說明這兩種主成分可以反映三文魚片在不同冷藏時間的總體信息。在冷藏期間，不同貯藏時間的三文魚片揮發性物質響應值對應區域與第0天比較均存在一定的距離，4、6、8天響應值區域有相互重疊部分，說明在此冷藏期間三文魚片新鮮度區分情況較差，冷藏10、12 d時魚片揮發性物質響應值區域與初期區域距離明顯增大，表明冷藏8 d后三文魚片開始出現明顯的腐敗變質趨勢，10 d后其新鮮度與初始新鮮度相比已具有明顯差異。三文魚片PCA分析結果與其TVB-N值變化趨勢基本一致。

2.2.3 三文魚片冷藏期間LDA分析

LDA線性判別式分析法通過將高維度的原始數據信息通過數學運算法則映射投影到低維度方向，對原始數據進行壓縮處理，再對樣品組間點分布狀態與組類間分布距離進行分析，可使組間變異與組類變異比率達到最大[4,7,17]。真空包裝三文魚片在冷藏條件下的電子鼻LDA分析結果如圖7所示。從圖中可以看出，LD-1貢獻率為72.91%，LD-2貢獻率為23.91%，總貢獻率為96.82%。隨著冷藏時間延長，在LD-1軸上，不同冷藏時間三文魚片氣味物質響應值先增加后下降；在LD-2軸上，氣味物質響應值呈現逐漸上升趨勢。第0、2、10、12天魚片響應值區域間距離明顯，說明不同冷藏時間三文魚片的差異顯著，利用LDA分析法能夠區分不同新鮮度的三文魚片。

圖7 真空包裝三文魚片冷藏期間電子鼻LDA圖Fig.7 LDA analysis of vacuum packaging salmon filletsduring refrigerated storage

2.2.4 三文魚片冷藏期間特征雷達圖分析

圖8-a～圖8-d分別對應為冷藏第0、4、8、12天時真空包裝三文魚片的電子鼻特征雷達圖。從圖中可以看出，第0天時10個傳感器的響應值分布較為均勻，表明魚肉初始新鮮度良好，無魚腥味及腐敗氣味；第4天時電子鼻傳感器響應區域發生明顯改變，除R6號傳感器響應值增大以外，其余9個傳感器響應值均在減小，此時魚肉已帶有輕微的魚腥味，新鮮度明顯下降；冷藏至第8天時，R2、R6、R8三個傳感器對應響應值較大，魚肉在感官上已出現明顯魚腥味，在內源酶作用下蛋白質及非蛋白物質分解產生的含氮類揮發性物質增多；由圖8-d可見，第12天時，R1、R5、R10號傳感器響應值繼續減小，R2號傳感器響應值增加，魚肉已發生腐敗變質現象，此時魚肉的揮發性氣味主要由氮氧化合物、芳香成分、乙醇等物質組成。

a-冷藏第0天；b-冷藏第4天；c-冷藏第8天；d-冷藏第12天圖8 真空包裝三文魚片冷藏期間電子鼻特征雷達圖Fig.8 Radar plot of electronic detection values for vacuumpackaging salmon fillets during refrigerated storage

3 結論

通過對真空包裝三文魚片在(4±1) ℃冷藏條件下進行感官評價分析及物理指標(質構、色差)、化學指標(TVB-N值)測定，結果表明三文魚片冷藏8 d后新鮮度開始呈現腐敗變質趨勢，冷藏至第12天時魚片顏色呈蒼白色，肉質表面發黏，有渾濁液體流出，魚肉散發出明顯的魚腥味和腐敗氣味，不適合食用。通過電子鼻技術對不同冷藏時間三文魚片進行揮發性物質檢測，對所得數據進行PCA分析、LDA分析及特征雷達圖分析，分析結果與感官評價、理化指標檢測結果相一致，表明電子鼻技術可作為真空包裝三文魚片新鮮度的快速評價方法。同時通過Loadings分析方法發現，真空包裝三文魚片冷藏期間引起新鮮度變化的氣味物質主要包括氮氧化合物、芳香物質、乙醇及無機硫化物等。