基于電子鼻和電子舌技術分析發酵鱘魚加工過程中風味的變化

曾詩雨，才讓卓瑪，張效平，張美彥，趙 鳳*

（1.貴州省農業科學院 水產研究所，貴州 貴陽 550025；2.貴州省特種水產工程技術中心，貴州 貴陽 550025）

腌魚又稱為“酸魚”，是貴州黔東南地區侗族和苗族的一種傳統特色發酵肉制品，其風味獨特[1-3]，口感鮮美，營養豐富[4]，是當地居民日常生活中必不可少的肉制食品之一[5]，常被作為上乘佳肴用于招待客人。腌魚的傳統做法是以草魚、鯉魚或鯽魚為原料，取魚肉部分和糯米粉交替平鋪在干凈的容器內，然后在適宜的溫度下密封發酵而成[6]。腌魚的發酵是一個存在著復雜的微生物區系的自然發酵過程[7-9]，微生物通過分解利用魚肉中的蛋白質和脂肪等，形成了腌魚特有的風味[10-12]。

鱘魚是一種世界上最古老的亞冷水性淡水魚類，鱘魚肉具有高蛋白質含量和低水分含量的特點，且富含多不飽和脂肪酸、人體必需氨基酸和多種礦物元素[13-15]，以鱘魚肉為原料發酵制成的腌魚，具有獨特的風味[16]，而這種風味與其發酵工藝有著密切的聯系。目前，電子鼻和電子舌作為一類模擬動物體感官系統的檢測技術常被用于監測、評價和控制魚類產品的品質及新鮮度（貨架期）[17-18]，具有快捷、客觀的特點，電子鼻和電子舌分別用于評價對揮發性成分整體特征和味覺整體特征有用的信息[19-20]。馬佳佳等[21]利用電子鼻和電子舌技術檢測徐香獼猴桃果酒在不同發酵時間氣味和滋味上的差別，利用這一差別對其品質進行監控；李雙艷等[22]利用電子鼻和電子舌比較冷鮮、冰鮮和冷凍三種貯藏方式對小香雞風味的影響以探尋出小香雞的最佳貯藏方式；陳茂晴[23]利用電子舌和電子鼻技術建立了一種監測方法，用于監控金耳的深層發酵過程；EKL?V T等[24]利用電子鼻技術結合主成分分析（principal component analysis，PCA）和神經網絡回歸算法監控香腸的發酵過程進而精確預測香腸的最佳發酵時間。

為了通過風味變化以監測鱘魚的發酵過程，形成更加完整的風味評價體系，獲得更加完善的工藝流程，本研究以鱘魚為原料，采用傳統的發酵工藝制備發酵鱘魚，結合感官評價，利用電子鼻、電子舌和感官分析探究鱘魚原料、腌制及其整個發酵過程中氣味和滋味的變化，為發酵鱘魚產品的工藝研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮鱘魚（約5 kg）：貴州惠眾漁業有限公司；氯化鈉（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 儀器與設備

FOX-4000電子鼻（主要有18根金屬氧化物陣列傳感器：LY2/LG、LY2/gCT、LY2/gCTL、LY2/GH、LY2/AA、LY2/G、PA/2、P10/1、P10/2、P30/1、P30/2、P40/2、P40/1、TA/2、T30/1、T40/1、T40/2、T70/2）、ASTREE電子舌（主要有7根化學選擇性傳感器：AHS、ANS、SCS、CTS、NMS、PKS及CPS，參比電極為Ag/AgCl）：法國Alpha M.O.S公司；3K-15冷凍離心機：德國SIGMA公司；SK-1型旋渦混合器：金壇榮華儀器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

新鮮鱘魚宰殺后取魚肉，切成質量為20～30 g的魚片，按照魚肉質量的3%添加食鹽，加入適量生姜、辣椒、花椒等香辛料拌勻，4 ℃下腌制2 d；腌制好的魚片50～60 ℃鼓風干燥3 h，至水分含量約55%～60%，將冷卻的魚片裝入壇子中，在壇子底部鋪上一層糯米粉，按一層魚一層糯米粉，壓緊，最后頂部加一層糯米粉，加蓋、封嚴。自然條件下，發酵5～6周，至pH值為4.1～4.4，即得鱘魚風味食品。

分別采集新鮮（CX）、腌制（CTA）、發酵5 d（CTB）、10 d（CTC）、20 d（CTD）、25 d（CTE）和35 d（CTF）的鱘魚樣品，每個時期取3個平行樣品。

1.3.2 電子鼻測定[22]

按1∶1的質量比將各組樣品分別與0.18 g/mL的NaCl溶液混合，勻漿；然后準確稱取3 g樣品裝入10 mL的自動進樣瓶中加蓋待測，每組樣品平行測定8次。電子鼻分析條件：載氣為合成的干燥空氣；流速為150 mL/min；頂空注射體積為2 500 μL；注射速率為2 500 μL/s；頂空產生溫度為50 ℃，產生時間為600 s；攪動速率為500 r/min；獲得時間為120 s，延滯時間為600 s。

1.3.3 電子舌測定[22]

在精確稱取的待測樣品（2.0±0.01）g中加入25 mL去離子水，均質1 min后超聲5 min，靜置30 min后冷凍離心（12 000 r/min，15 min，4 ℃），去除上層油脂層后過濾。取下層沉淀重復上述步驟后合并2次濾液，定容至100 mL。取5 mL定容液和75 mL去離子水至電子舌專用進樣杯，在室溫條件下測定。分別做7個平行，取后3次原始數據進行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

1.3.4 感官評價[25]

由10位（5男5女）有食品感官品嘗經驗的人員組成感官評定小組，對樣品隨機編號，從色澤、氣味、滋味、質地4個指標對鱘魚樣品進行感官評分，評分標準見表1，滿分100分。

表1 鱘魚的感官評價標準Table1 Sensory evaluation standards of sturgeon

1.3.5 數據處理

采用SPSS 19.0進行統計數據分析；采用電子鼻和電子舌自帶軟件進行雷達分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理階段和不同發酵時間鱘魚樣品的氣味電子鼻分析結果

2.1.1 電子鼻傳感器對鱘魚不同處理階段和不同發酵時間樣品的指紋圖譜

通過提取各個傳感器的響應值建立不同處理階段和不同發酵時間鱘魚樣品的氣味雷達圖，結果見圖1。由圖1可知，LY2/gCT傳感器對鱘魚在整個加工過程中的氣味響應強度差異不大，其余傳感器對新鮮、腌制和發酵三個階段鱘魚樣品的氣味響應強度有明顯的差異，響應強度由大到小均分別為發酵、新鮮和腌制。在發酵過程中，LY2/AA、LY2/LG、LY2/G、LY2/GH和LY2/gCTL傳感器響應強度的差異較為明顯，響應強度大小均依次為：CTF＞CTE＞CTD＞CTC＞CTB，即隨著發酵時間的延長，以上傳感器的響應強度越大；對于P30/2傳感器，響應強度差異不大；而其余傳感器雖也差異不大，但是響應強度均隨發酵時間的延長而增強。綜上，在發酵過程中，除P30/2傳感器外，其余傳感器的響應強度總體呈現出隨發酵時間延長而增強的趨勢。18個電子鼻傳感器對應的敏感物質類型見表2。

圖1 不同處理階段和不同發酵時間鱘魚樣品的氣味分析電子鼻雷達圖Fig.1 Electronic nose radar chart of sturgeon samples smell analysis in different processing stages and fermentation time

表2 傳感器對應的敏感物質類型Table2 Type of sensitive material corresponding to the sensors

結合圖1可知，新鮮、腌制和發酵3個階段鱘魚樣品的氣味差別主要表現在烴類、酯類、醛類、硫化物和胺類等化合物上，無明顯差異的物質主要是丙烷、丁烷、乙醇和酮類，這與趙鳳等[16]采用頂空固相微萃取（headspace solid phase microextraction，HS-SPME）與氣質聯用（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）技術分析新鮮鱘魚、腌制鱘魚和不同發酵時間鱘魚的揮發性風味物質的結論一致。因此，利用電子鼻可以有效的鑒別鱘魚發酵的成熟度，有助于找到最佳的發酵時間。

2.1.2 基于電子鼻數據不同處理階段和不同發酵時間鱘魚樣品主成分分析結果

通過電子鼻自帶分析軟件處理每個鱘魚樣品的信號數據，建立電子鼻主成分二維圖，結果見圖2。識別指數是樣品區分程度的表征值，其最大值為100，值越大表明樣品間的區分度越好，且識別指數需大于70才能說明樣品能被有效區分[26]。由圖2可知，此次檢測的識別指數為80，表明所有樣品能被有效區分。有文獻表明[27]，電子鼻能否適用于樣品的檢測主要在主成分的總方差貢獻率是否超過70%～85%。由圖2亦可知，鱘魚樣品總方差貢獻率為99.40%，說明主成分1和主成分2中包含了樣品中的大量信息，全部傳感器的響應結果基本包含在內。主成分1的方差貢獻率（98.51%）遠遠大于主成分2的方差貢獻率（0.89%），且樣品間在橫坐標上的間距越大則表明樣品間的差異越大；由于主成分2的方差貢獻率較小，因此鱘魚樣品在縱坐標上的間距實際差異較小。圖2中同一樣品的數據點在橫坐標和縱坐標上的聚集程度均相對較高，表明同一樣品的重復性和穩定性相對較高[26]。圖2中可明顯看出不同處理階段鱘魚樣品在橫坐標上的距離相對較大，由此說明3個處理階段鱘魚樣品的揮發性氣味差異較大，電子鼻可以準確有效地區分，雖然不同發酵時間的樣品在橫坐標上的距離相對較近，但相互間完全無重疊，因此電子鼻仍然能夠準確地進行區分。

圖2 基于電子鼻數據不同處理階段和不同發酵時間鱘魚樣品的主成分分析結果Fig.2 Principal component analysis results of sturgeon samples in different processing stages and fermentation time based on electronic nose data

2.2 不同處理階段和不同發酵時間鱘魚樣品的電子舌分析結果

2.2.1 電子舌傳感器對不同處理階段和不同發酵時間鱘魚樣品的指紋圖譜

電子舌傳感器系統由酸味（AHS）、甜味（ANS）、苦味（SCS）、咸味（CTS）、鮮味（NMS）及2個通用傳感器（PKS和通用）組成。通過提取各個傳感器的響應值建立不同處理階段和不同發酵時間鱘魚樣品的滋味雷達圖，結果見圖3。由圖3可知，PKS和CPS傳感器中口感差異較不明顯，不易做出區分，而其他傳感器能明顯把新鮮、腌制和發酵3個階段鱘魚樣品進行區分，新鮮和腌制樣品在酸味、苦味、甜味和鮮味傳感器上的強度明顯高于發酵樣品，而在咸味傳感器的強度明顯低于發酵樣品。在發酵過程中，AHS、ANS、SCS、CTS和NMS的響應值有較明顯的變化，但是并沒有表現出明顯的規律性。因此，無法用于鑒別鱘魚發酵的成熟度。

圖3 不同處理階段和不同發酵時間鱘魚樣品滋味分析的電子舌雷達圖Fig.3 Electronic tongue radar chart of sturgeon samples taste analysis in different processing stages and fermentation time

2.2.2 基于電子舌數據不同處理階段和不同發酵時間鱘魚樣品的主成分分析結果

通過電子舌自帶分析軟件處理每個鱘魚樣品的信號數據建立主成分二維圖，結果見圖4。由圖4可知，主成分1和主成分2的方差貢獻率分別為77.53%和16.57%，總方差貢獻率為94.10%＞85%，這說明主成分1和主成分2已經包含樣品的整體信息。CX和CTA樣品主要分布在第一象限，但相互之間沒有重疊區域，能夠完全區分，與其他樣品的差異也較大。發酵過程中的鱘魚樣品主要分布在第三象限，但CTC、CTE和CTF樣品數據的重疊區域較大，不能完全區分。因此，利用電子舌鑒別鱘魚發酵的成熟度以找到最佳發酵時間的效果欠佳。

圖4 基于電子舌數據不同處理階段和不同發酵時間鱘魚樣品的電子舌主成分分析結果Fig.4 Principal component analysis results of sturgeon samples in different processing stages and fermentation time based on electronic tongue data

2.3 不同處理階段和不同發酵時間鱘魚樣品的感官評價分析結果

由表3可知，發酵階段鱘魚的感官評定總分明顯高于新鮮鱘魚和腌制鱘魚，且隨著發酵時間的進行，感官評定總分逐漸升高，這說明發酵過程中在微生物的作用下生產了特殊的風味物質，產生了發酵魚特有的酸甜味，且使肉質更緊實、更有彈性。感官評價與電子鼻的雷達圖、PCA分析結果相符。

表3 不同處理階段和不同發酵時間鱘魚的感官評價指標及分值Table3 Sensory evaluation indexes and scores of sturgeon in different processing stages and fermentation time

3 結論

電子鼻對不同處理階段和不同發酵時間鱘魚樣品的氣味分析結果表明，僅LY2/gCT傳感器對不同階段的氣味響應強度差異不明顯，而其余17個傳感器對新鮮、腌制和發酵三個階段的響應有明顯的差異，響應強度由大到小分別為發酵、新鮮和腌制。利用電子鼻能夠有效地區分發酵鱘魚的不同處理階段和不同發酵時間，且不同處理階段的氣味差異主要存在于烴類、酯類、醛類、硫化物和胺類等化合物上。電子舌對不同處理階段和不同發酵時間鱘魚樣品的滋味分析結果表明，電子舌的5個傳感器雖然有較明顯的差異，但是并不存在規律性，尤其是在發酵過程中，發酵不同時間的鱘魚樣品滋味無明顯差異。感官評價總分隨發酵時間延長而升高，與電子鼻的雷達圖、PCA分析結果相符，說明發酵產生特有的滋味和氣味，可有效輔助鑒別鱘魚的發酵成熟度。綜上所述，電子鼻可以用于監測發酵鱘魚的制作過程并能有效地區分其不同處理階段和不同發酵時間，而電子舌則無法有效區分發酵鱘魚的不同發酵時間，因此電子鼻結合感官評價分析可用于鑒定鱘魚的發酵成熟度，為發酵鱘魚在工業生產中準確鑒別發酵成熟度提供依據。