基于電子舌和電子鼻的鲊肉粉風(fēng)味分析

白娟，張瑤，汪雪瑞，薛栓栓，王承明

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430070)

鲊肉粉是我國(guó)鄂、湘、川等地區(qū)的一種傳統(tǒng)自然發(fā)酵食品，是以秈米粉、豬肉和新鮮紅辣椒為主要原料，加入少量食鹽、姜蒜等輔料拌勻后，經(jīng)自然發(fā)酵而成的一種地方特色發(fā)酵食品。鲊肉粉具有色味俱佳，瘦肉肉質(zhì)鮮美，肥肉油而不膩，米粉色澤亮黃，入口軟糯，香氣濃郁，回味醇厚，同時(shí)具有增加食欲，幫助消化等功能，因而深受人們的喜愛(ài)[1]。鲊肉粉不僅風(fēng)味獨(dú)特、營(yíng)養(yǎng)豐富，而且能極大地延長(zhǎng)產(chǎn)品的可食用期限，且為我國(guó)碎米、豬肉、辣椒等農(nóng)副產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)利用提供新思路。

風(fēng)味是食品重要的品質(zhì)之一，通常由滋味和氣味兩部分組成[2-4]。目前多采用氣相色譜(gas chromatography, GC)、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MC)以及感官評(píng)定等方法對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)味進(jìn)行評(píng)價(jià)，但由于GC和GC-MC法具有成本高，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)等缺陷，且只能測(cè)定樣品中的一部分氣味，并不能檢測(cè)產(chǎn)品的整體風(fēng)味[5]，而感官評(píng)價(jià)法因受個(gè)人主觀因素的影響容易導(dǎo)致結(jié)果有較大偏差。電子舌與電子鼻的運(yùn)用恰好解決了這些問(wèn)題，不僅能快速、全面的測(cè)定食物中的風(fēng)味成分，而且結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。

電子舌可以對(duì)滋味整體特征的有用信息進(jìn)行評(píng)價(jià)，電子鼻可以對(duì)氣味整體特征的有用信息進(jìn)行評(píng)價(jià)[6-8]。目前，電子舌和電子鼻技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食品、飲料、化妝品、醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)等[9]領(lǐng)域，在食品領(lǐng)域的應(yīng)用如利用電子舌和電子鼻檢測(cè)果蔬汁的品質(zhì)[10-11]和橄欖油的保質(zhì)期[12]，用于識(shí)別牛奶品牌[13]，肉類[14-16]的品質(zhì)，優(yōu)化藍(lán)圓鲹調(diào)味基料的制備技術(shù)[17]，研究鹽水鴨風(fēng)味的差異性[18]，結(jié)合感官評(píng)價(jià)區(qū)分魚(yú)糜種類[19]，研究酒類風(fēng)味及摻假[20-21]，分析茶類風(fēng)味[22]以及不同儲(chǔ)存年份烏龍茶的識(shí)別[23]等，其涉及范圍較廣。本研究通過(guò)電子舌和電子鼻對(duì)不同發(fā)酵時(shí)期鲊肉粉中的風(fēng)味進(jìn)行分析，進(jìn)而判斷不同發(fā)酵時(shí)期鲊肉粉中風(fēng)味成分的變化情況，為鲊肉粉產(chǎn)品的風(fēng)味標(biāo)準(zhǔn)化提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

秈米由湖北省監(jiān)利縣興旺米業(yè)有限公司提供；新鮮豬肉、紅辣椒、生姜、大蒜購(gòu)于超市；食鹽由湖北藍(lán)天鹽化有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

分析天平(BS 224S)，賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；九陽(yáng)組織破碎機(jī)，山東九陽(yáng)小家電有限公司；冰箱(BCD-195CM)，合肥美的榮事達(dá)電冰箱有限公司；冷凍離心機(jī)(5804R)，德國(guó)Eppendorf；磁力加熱攪拌器(CJJ 79-1),金壇市大地自動(dòng)化儀器廠；電子舌(ASTREE II型),法國(guó)阿爾法莫斯儀器公司(各傳感器為ZZ、JE、BB、CA、GA、HA、JB)；電子鼻(FOX4000型),法國(guó)阿爾法莫斯儀器有限公司(各傳感器為L(zhǎng)Y2/LG、LY2/G、LY2/AA、LY2/gCTL、LY2/gCT、P10/1、P10/2、P40/1、PA2、P30/1、P40/2、P30/2、T30/1、T70/2、T40/2、T40/1、TA2)。

1.3 方法

1.3.1 鲊肉粉的加工工藝流程及操作要點(diǎn)

80%紅辣椒丁→食鹽預(yù)腌2 h→加入15%姜末和12.5%蒜末新鮮豬肉(肥瘦質(zhì)量比3∶2)→切絲→食鹽預(yù)腌2 h?→混勻→加入粉肉質(zhì)量比2∶5、20目的米粉→拌勻→裝壇→倒置水封→30℃發(fā)酵10 d

操作要點(diǎn)：將秈米粉碎、過(guò)篩后制得米粉，置于陰涼干燥處備用；新鮮豬肉和辣椒洗凈瀝干后進(jìn)行切分，豬肉切成條狀肉絲，辣椒切成4 mm×4 mm的小丁，然后分別加少量食鹽拌勻進(jìn)行預(yù)腌(食鹽添加量為15%，食鹽添加量等于辣椒預(yù)腌時(shí)添加的食鹽量加上豬肉預(yù)腌時(shí)添加的食鹽量，且辣椒預(yù)腌時(shí)添加的食鹽量與豬肉預(yù)腌時(shí)添加的食鹽量質(zhì)量比為3∶1)；米粉添加量、辣椒添加量、食鹽添加量、生姜添加量、大蒜添加量均以豬肉質(zhì)量為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算。生姜、大蒜等去皮、洗凈、瀝干后切丁備用。

1.3.2 鲊肉粉樣品的制備

按照鲊肉粉的生產(chǎn)工藝流程[1]制備鲊肉粉樣品。按GB/T 9695.19—2008《肉與肉制品取樣方法》取樣，樣品經(jīng)組織破碎機(jī)破碎混勻后裝入50 mL離心管中，置于-20 ℃的冰箱中保存，直至所有樣品采集完成。試驗(yàn)中共采集了11個(gè)發(fā)酵時(shí)期的樣品，鲊肉粉樣品編號(hào)分別為：0#、2#、4#、6#、8#、10#、12#、14#、16#、18#、20#。

1.3.3 電子舌的測(cè)定

將樣品于4 ℃下解凍，稱取15 g樣品，加入120 mL蒸餾水于電磁攪拌上浸提20 min，以8 000 r/min冷凍離心5 min后抽濾，每個(gè)樣品取80 mL濾液以備電子舌檢測(cè)用，每組樣品進(jìn)行7次重復(fù)。設(shè)置采樣時(shí)間為120 s，清洗時(shí)間為10 s，每個(gè)樣品檢測(cè)后均進(jìn)行清洗。

1.3.4 電子鼻的測(cè)定

將樣品于4 ℃下解凍，稱取1.5 g樣品于10 mL樣品瓶中，旋緊瓶蓋后放入電子鼻托盤中進(jìn)行電子鼻檢測(cè)，每組樣品進(jìn)行4次重復(fù)。檢測(cè)時(shí)，設(shè)置反應(yīng)室溫度為25 ℃，采樣頻率為1 Hz，采樣時(shí)間為450 s，清洗時(shí)間60 s，進(jìn)氣速率為200 mL/min。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過(guò)多次預(yù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，樣品的電子舌數(shù)據(jù)在120 s后趨勢(shì)穩(wěn)定，電子鼻數(shù)據(jù)在450 s后趨勢(shì)穩(wěn)定，并采集此時(shí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析。本試驗(yàn)采用電子舌和電子鼻軟件，分別進(jìn)行了主成分分析(PCA)、判別因子分析(DFA)和雷達(dá)圖分析，并用Origin 8.6軟件作圖。

2 結(jié)果分析

2.1 采用電子舌對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間的鲊肉粉進(jìn)行PCA和DFA分析

圖1和圖2分別是電子舌檢測(cè)發(fā)酵0～20 d的鲊肉粉樣品的PCA和DFA分析圖。總貢獻(xiàn)率超過(guò)85%表明實(shí)驗(yàn)方法的可行性[24]。由圖1中PCA圖譜可知，第一主成分貢獻(xiàn)率為96.997%，第二主成分貢獻(xiàn)率為1.999%，2種主要成分累積貢獻(xiàn)率為98.996%(超過(guò)85%)，說(shuō)明2種主成分包括鲊肉粉滋味物質(zhì)的大部分信息[5]。在鲊肉粉的發(fā)酵過(guò)程中，從發(fā)酵第0～20天，鲊肉粉樣品沿第一主成分增大的方向移動(dòng)，說(shuō)明隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，鲊肉粉發(fā)酵產(chǎn)生的滋味物質(zhì)也隨之改變[25]。發(fā)酵第0天和2天樣品幾乎重疊在一起，且均分布于左側(cè)下半部分，顯著區(qū)別于其他樣品，說(shuō)明在發(fā)酵初期產(chǎn)生的滋味物質(zhì)不同于其他發(fā)酵時(shí)間[24]；第4～10天，隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，逐漸向右上方移動(dòng)，說(shuō)明隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，鲊肉粉發(fā)酵產(chǎn)生的滋味物質(zhì)變化較大；第12～20天絕大部分重疊在一起，說(shuō)明隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，鲊肉粉產(chǎn)生的滋味物質(zhì)逐漸趨于穩(wěn)定。

圖1 電子舌檢測(cè)不同發(fā)酵時(shí)間鲊肉粉的PCA分析圖譜
Fig.1 PCA analysis of fermented meat rice with different
fermentation time for e-nose

由圖2中DFA圖譜可知第一主成分貢獻(xiàn)率為93.243%，第二主成分貢獻(xiàn)率為5.817%，2種主要成分累積貢獻(xiàn)率為99.06%(超過(guò)85%)，說(shuō)明2種主成分包括鲊肉粉滋味物質(zhì)的大部分信息。從DFA圖譜中看出，第0～10天，鲊肉粉發(fā)酵規(guī)律同PCA圖譜類似，但從第12～16天，鲊肉粉從左下方向右上方移動(dòng)且小部分與第18天和第20天重疊，說(shuō)明發(fā)酵中期隨時(shí)間的改變鲊肉粉的滋味物質(zhì)也有所改變且不同于發(fā)酵后期，從第18天和第20天樣品重疊在一起，說(shuō)明發(fā)酵后期鲊肉粉產(chǎn)生的滋味物質(zhì)逐漸趨于穩(wěn)定。

圖2 電子舌檢測(cè)不同發(fā)酵時(shí)間鲊肉粉的DFA分析圖譜
Fig.2 DFA analysis of fermented meat rice with different
fermentation time for e-nose

從圖1和圖2可以看出，在鲊肉粉發(fā)酵第0～10天，鲊肉粉樣品沿第一主成分增大的方向移動(dòng)，說(shuō)明隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，鲊肉粉發(fā)酵產(chǎn)生的滋味物質(zhì)也隨之改變，從PCA圖譜得出第12～20天絕大部分重疊在一起，說(shuō)明鲊肉粉的滋味物質(zhì)沒(méi)有明顯改變；從DFA圖譜得出第12～16天鲊肉粉從左下方向右上方移動(dòng)且小部分與第18天和第20天重疊，說(shuō)明鲊肉粉在中后期鲊肉粉滋味物質(zhì)隨時(shí)間延長(zhǎng)而改變至趨于穩(wěn)定，經(jīng)對(duì)比分析，DFA比PCA能更好地分析隨時(shí)間改變鲊肉粉滋味物質(zhì)的不同。

2.2 電子鼻對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間鲊肉粉PCA和DFA分析

圖3和圖4分別是電子鼻檢測(cè)發(fā)酵0～20 d的鲊肉粉樣品的PCA和DFA圖。由圖3的PCA圖譜可知第一主成分貢獻(xiàn)率為82.606%，第二主成分貢獻(xiàn)率為5.461%，2種主要成分累積貢獻(xiàn)率為88.067%(超過(guò)85%)，說(shuō)明2種主成分包括鲊肉粉氣味物質(zhì)的大部分信息。

圖3 電子鼻檢測(cè)不同發(fā)酵時(shí)間鲊肉粉的PCA分析圖譜
Fig.3 PCA analysis of Fermented meat rice with different
fermentation time for e-tongue

從PCA的圖譜中可以看出第0天的鲊肉粉樣品分布于最右側(cè)，顯著區(qū)別于其他鲊肉粉樣品；而發(fā)酵第2～20天的鲊肉粉樣品均集中分布于坐標(biāo)原點(diǎn)位置，說(shuō)明從發(fā)酵第2～20天，鲊肉粉中的氣味物質(zhì)較為相近[26]。

圖4 電子鼻檢測(cè)不同發(fā)酵時(shí)間鲊肉粉的DFA分析圖譜
Fig.4 DFA analysis of Fermented meat rice with different
fermentation time for e-tongue

由圖4的DFA圖譜可知第一主成分貢獻(xiàn)率為91.638%，第二主成分貢獻(xiàn)率為5.728%，2種主要成分累積貢獻(xiàn)率為97.366%(超過(guò)85%)，說(shuō)明2種主成分包括鲊肉粉氣味物質(zhì)的大部分信息。從DFA圖譜中可以看出第0天的鲊肉粉樣品分布于左側(cè)下半部分，顯著區(qū)別于其他鲊肉粉樣品；發(fā)酵第2～20天，隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，鲊肉粉樣品逐漸向右下方移動(dòng)，說(shuō)明不同發(fā)酵時(shí)間的鲊肉粉的氣味物質(zhì)不同。發(fā)酵第2～6天從左上方向右下方移動(dòng)且幅度較大，說(shuō)明發(fā)酵初期鲊肉粉氣味物質(zhì)變化較大；發(fā)酵第8～12天樣品分布較集中，說(shuō)明鲊肉粉氣味物質(zhì)比較類似；發(fā)酵第14～20天樣品部分重疊，說(shuō)明鲊肉粉氣味相近[26]。

綜合電子鼻的PCA和DFA 2張圖譜可以看出，第0天的鲊肉粉顯著區(qū)分于其他樣品，從PCA圖譜得出第2～20天絕大部分重疊在一起，說(shuō)明鲊肉粉的氣味物質(zhì)沒(méi)有明顯改變；從DFA圖譜得出發(fā)酵第2～6天、第8～12天、第14～20天鲊肉粉樣品均有所移動(dòng)，說(shuō)明DFA能更好區(qū)分隨時(shí)間的改變鲊肉粉氣味物質(zhì)的不同。

2.3 電子舌對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間鲊肉粉的雷達(dá)圖分析

如圖5所示，電子舌的7個(gè)傳感器對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間的鲊肉粉樣品的滋味均能做出不同程度的響應(yīng)，其中第0天的響應(yīng)信號(hào)最強(qiáng)，第20天的響應(yīng)信號(hào)最弱，其他不同發(fā)酵時(shí)間的鲊肉粉信號(hào)介于兩者之間，并隨著發(fā)酵時(shí)間的增加而降低。其中傳感器ZZ、CA、GA和JB的響應(yīng)值差異不大，傳感器JE、BB和HA的響應(yīng)值隨發(fā)酵時(shí)間的增加而呈規(guī)律性減弱，傳感器JE、BB和HA的響應(yīng)值可以區(qū)分不同發(fā)酵時(shí)間的鲊肉粉樣品[25]。

圖5 電子舌檢測(cè)不同發(fā)酵時(shí)間鲊肉粉的雷達(dá)圖分析
Fig.5 Radar chart analysis of fermented meat rice with
different fermentation time for e-nose

2.4 電子鼻對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間鲊肉粉的雷達(dá)圖分析

如圖6所示，傳感器T40/2、P30/2、P40/2、P30/1、PA/2、T70/2和T30/1響應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度均隨鲊肉粉發(fā)酵時(shí)間的增加而增強(qiáng)，傳感器P30/2、P30/1、PA/2、T70/2和T30/1對(duì)各組鲊肉粉樣品的響應(yīng)值都較大，且發(fā)酵第0天和其他發(fā)酵時(shí)間響應(yīng)值有差異顯著，說(shuō)明第0天的鲊肉粉樣品中的揮發(fā)性風(fēng)味成分與其他發(fā)酵時(shí)間的鲊肉粉樣品顯著不同；傳感器LY2/LG的信號(hào)強(qiáng)度隨鲊肉粉發(fā)酵時(shí)間的增加而減弱；傳感器T40/1、TA/2、LY2/G、LY2/AA、LY2/GH和LY2/gCTL對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間鲊肉粉的響應(yīng)值基本一致，傳感器LY2/gCT、P10/1和P10/2對(duì)不同發(fā)酵時(shí)間鲊肉粉樣品的響應(yīng)值雖有差異，但無(wú)明顯規(guī)律[25]。

圖6電子鼻檢測(cè)不同發(fā)酵時(shí)間鲊肉粉的雷達(dá)圖分析
Fig.6 Radar chart analysis of fermented meat rice with
different fermentation time for e-tongue

3 結(jié)論

通過(guò)PCA和DFA分析得出，電子舌能有效地區(qū)分不同發(fā)酵時(shí)間鲊肉粉風(fēng)味物質(zhì)的變化，并且DFA比PCA能更好地分辨出鲊肉粉風(fēng)味的變化；電子鼻能有效地分析出不同發(fā)酵時(shí)間鲊肉粉揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的變化，特別是第0天顯著差異于其他發(fā)酵時(shí)間的鲊肉粉，其中DFA比PCA更好的分辨出鲊肉粉風(fēng)味物質(zhì)的變化。

通過(guò)雷達(dá)圖分析得出：電子舌傳感器JE、BB、HA的響應(yīng)值隨發(fā)酵時(shí)間的增加而呈規(guī)律性減弱，電子鼻傳感器T40/2、P30/2、P40/2、P30/1、PA/2、T70/2、T30/1響應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度均隨鲊肉粉發(fā)酵時(shí)間的增加而增加，電子鼻和電子舌變化呈相反的變化規(guī)律說(shuō)明隨著發(fā)酵時(shí)間的增加，鲊肉粉的風(fēng)味物質(zhì)減少，揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)增多，故電子舌和電子鼻能很好的反映不同發(fā)酵時(shí)間鲊肉粉的風(fēng)味品質(zhì)的變化。