電子鼻對自制灌腸制品貨架期進行預測

丁楠

錦州醫科大學食品科學與工程學院（錦州 121001）

隨著肉類產量增加，肉制品品種和數量也不斷增加。灌腸制品作為一種肉制品，越來越受到消費者青睞，這些灌腸制品中會或多或少地添加亞硝酸鹽來提高它的色澤、風味和穩定性，消費者對食品安全的關注度日趨重視，找到亞硝酸鹽替代物成了當務之急[1-3]。試驗提取的亞硝基血紅蛋白，以新鮮牛血液為原料，用于肉制品中起到發色作用，將其應用于灌腸制品中，可以替代亞硝酸鹽作為理想的肉制品發色劑，同時還可以降低肉制品中亞硝酸鈉的殘留量[4-5]。對于自制灌腸，產品的貨架期尤為重要。但是，傳統理化指標的檢測，需要對樣本進行預處理，檢測過程比較繁瑣，也會對樣本進行破壞，因此建立電子鼻檢測自制灌腸的貨架期來判斷其品質具有可行性。

電子鼻技術是代替人類鼻子進行檢測的一種電子系統，主要通過內置傳感器陣列對各種不同種類揮發性氣味的特定響應來獲取樣本信息[6]。因其簡單、快速、準確，越來越受到人們的關注。近年來，電子鼻技術在水果的保鮮、乳制品摻假、肉制品及海產品的新鮮度等方面有廣泛的應用[7-8]。試驗通過感官、理化指標分析和電子鼻檢測技術預測灌腸制品的貨架期，研究結果顯示，電子鼻檢測技術與常規理化指標分析結果基本一致，為灌腸產品的貨架期提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

原料肉1 000 g（瘦肉與肥肉質量比7∶3），食鹽20 g，白砂糖50 g，亞硝基血紅蛋白5 g，異抗壞血酸鈉0.4 g，α-生育酚0.2 g，淀粉50 g，水250 g。

1.2 試驗方法

1.2.1 感官評定

將灌腸切成5 cm厚的塊狀，選10名感官評定者進行評定。分別對樣品的色澤、質構、口感、風味打分，最高分為10分，最低分為0分。所有評定分去掉一個最高分和一個最低分，計算其平均值。利用加權法計算總分來評定優劣[4]。

1.2.2 揮發性鹽基氮（TVB-N）的測定

按GB 5009.228—2016《食品中揮發性鹽基氮的測定》進行。

1.2.3 電子鼻檢測

將自制灌腸在超凈工作臺上取出，準確稱取10 g灌腸，一個樣品裝入250 mL燒杯中，用保鮮膜封口，放置20 min，用電子鼻檢測灌腸的揮發性氣味。其余樣品分別放入4 ℃冰箱、20 ℃恒溫培養箱中進行保存2，4，6，8，10和12 d，待測。為了保證數據的穩定性和準確度，清洗時間設定為120 s，自動調零時間10 s，樣品間隔1 s，檢測時間80 s，選取測定過程中趨于穩定的60～62 s進行數據分析。PEN3電子鼻的標準傳感器性能見表1[9]。

1.2.4 數據分析

采用的分析方法有主成分分析（PCA）法、線性判別（LDA）法和載荷分析（Loadings）法[10]。直接使用PEN3電子鼻自帶軟件進行數據分析。

表1 電子鼻PEN3的標準傳感器陣列

2 結果與分析

2.1 灌腸感官評價

邀請10名感官評定者對4組灌腸從色澤、質構、口感、風味4個方面進行打分，結果見表2。

從表2可以看出，感官評分主要從色澤、質構、口感、風味4方面評分，4 ℃和20 ℃這2組灌腸都隨著時間的延長感官評分逐漸降低，其中20 ℃條件下灌腸在貯藏4 d后品質下降較快，在6 d后口感和風味明顯下降，無法食用。4 ℃條件下的灌腸品質變化較慢，在第8天后口感和風味變化明顯，在10 d后灌腸有刺激性氣味，腐敗變質明顯。

表2 感官評定結果

2.2 TVB-N的測定

根據國家標準規定，肉制品中TVB-N值含量不得超過15 mg/100 g。從圖1可以看出，隨著時間延長，2組灌腸的TVB-N值都呈上升趨勢。20 ℃條件下的灌腸腐敗程度略高于4 ℃的灌腸，低溫對肉制品的腐敗變質有一定影響，4 ℃灌腸在貯藏8 d后不再符合國標要求。

2.3 灌腸的主成分分析（PCA）

PCA是對電子鼻的10根傳感器指標所得數據的轉換和降維，并對降維后少數可代表灌腸樣品的特征向量進行線性分類，通過散點圖得出數據間的相互關系[11]。從圖2的2個主軸PC1和PC2得出，在4 ℃條件下保存的灌腸，貯藏期間第一主成分貢獻率為76.27%，第二主成分貢獻率為12.14%，總貢獻率為88.41%，第一主成分貢獻率對灌腸的貨架期起主要作用。從第0～第8天灌腸的揮發性氣味主要呈集中趨勢，其中第0～第4天有部分重疊區域，第10天開始揮發性氣味距離前8 d較遠，有腐敗變質情況發生。

圖1 不同時間TVB-N變化情況

圖2 灌腸在4 ℃貯藏條件下PCA分析圖

從圖3的PCA分析圖中可以看出，20 ℃條件下的灌腸，貯藏期間第一主成分貢獻率為66.84%，第二主成分貢獻率為13.91%，總貢獻率為80.75%。貯藏前第0～第6天呈集中趨勢，難以區分，第8，第10和第12天有相應交叉，且呈現離散狀態，開始進入腐敗變質階段。要想知道灌腸揮發性成分的變化趨勢，需要利用LDA分析方式進一步分析。

圖3 灌腸在20 ℃貯藏條件下PCA分析圖

2.4 灌腸的線性判別法分析（LDA）

LDA是將所獲取的信息數據，投影到維度更低的空間，得到具有相同類別的點，這種方法可以用來區分樣品的類別[12]。如圖4和圖5所示，4 ℃灌腸判別式LD1的貢獻率為67.03%，判別式LD2的貢獻率為23.26%，總貢獻率為90.29%；20 ℃灌腸判別式LD1的貢獻率為75.22%，判別式LD2的貢獻率為17.86%，總貢獻率為93.08%。LDA分析方法主要是側重揮發性氣味的速率變化，隨著時間延長，樣本點離標準的距離越遠，其關聯性就越小。從LDA分析圖中可以看出，4 ℃條件下儲藏的灌腸第0～第8天的樣本點比較接近并有部分重疊，說明揮發性氣味相似，而從第10天開始距離第0天的樣本點較遠，說明氣味發生變化，結合理化指標的檢測說明灌腸已經腐敗變質。20 ℃灌腸在0～4 d內樣本點接近，揮發氣味一致，從第6天開始腐敗速度明顯增加，這是因為溫度升高，有利于微生物生長，加速雜菌對蛋白質分解，導致產品的腐敗變質，這與理化指標的檢測結果相符。

圖4 灌腸在4 ℃貯藏條件下LDA分析圖

圖5 灌腸在20 ℃貯藏條件下LDA分析圖

2.5 載荷分析法（Loadings）分析

Loadings主要是對電子鼻的傳感器進行研究，它可以確認各個傳感器對樣品區分的相對重要性。傳感器的負載參數越偏離0，說明傳感器在模式識別中發揮作用越大，反之，越接近0，說明傳感器在模式識別中發揮作用越小[13]。從圖6可以看出，傳感器3，5，4，10在模式識別中發揮的作用較大，其他傳感器發揮的作用較小。

圖6 灌腸產品的Loadings分析

3 結論

試驗表明，電子鼻技術可以客觀、準確、快捷地進行氣味的分析。利用電子鼻技術能夠較好地反映灌腸產品的貨架期，灌腸在4 ℃條件下保存8 d開始發生變質，20 ℃的灌腸發生變質速度快，4 d后品質明顯下降。與感官分析以及揮發性鹽基氮的分析結果相同。采用電子鼻系統中的PCA、LDA都能很好區分不同時間、不同溫度的灌腸產品；利用Loadings分析可以得出，傳感器3，5，4，10在模式識別中發揮的作用較大，在灌腸貨架期分析上起主要作用。因此，利用電子鼻來檢測灌腸產品的貨架期是可行的。