鄭舒文，陳衛(wèi)華

(中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，北京 100193)

鱈魚是極易腐敗的食品，在流通過程中，由于受到溫度波動、微生物及自體酶的影響，魚肉中的蛋白被水解成了氨基酸，氨基酸再經(jīng)過脫羥、脫胺后生產(chǎn)了硫化氫、硫醇、吲哚、糞臭素、甲烷等物質(zhì)，改變了魚的揮發(fā)性氣味和浸出液的滋味。

中國是水產(chǎn)品生產(chǎn)、消費和出口的大國。水產(chǎn)品已經(jīng)成為人們?nèi)粘ｏ嬍持胁豢苫蛉钡囊徊糠諿1,2]。在水產(chǎn)品中，價格昂貴而又具有特殊營養(yǎng)成分的一類深海魚，正逐漸受到更多家庭的喜愛。大西洋真鱈魚是一種產(chǎn)于北大西洋的冷水深海魚類[3]，其肉中氨基酸比例與WHO/FAO模式譜中人體所需氨基酸的比例接近，因此鱈魚肉中蛋白質(zhì)能很好地被人體吸收利用[4,5]。 鱈魚常被制作為方便食品、咸干魚片、腌鱈魚等調(diào)味食品。傳統(tǒng)的魚鮮度評價方法包括：感官評價法、化學指標法和微生物指標法等。傳統(tǒng)方法是鮮度評定的主要方法，認可度高。而若要得到準確的鮮度結果，通常要將不同的傳統(tǒng)鮮度評價方法綜合應用。近年來，電子鼻和電子舌作為一種新型的感官仿生技術，得到了越來越多的應用。其對特定化合物靈敏的傳感器可以模仿人類的嗅覺和味覺，從而對揮發(fā)性氣體和食品浸出液的差異進行分析。它們操作便捷、快速，是一種準確的無損分析技術[6-10]。經(jīng)過內(nèi)置的軟件處理得到的主成分分析(PCA)和判別因子分析(DFA)圖，可以根據(jù)圖形上樣品點間距離的遠近來分辨氣味、滋味的差別[11-13]。在電子鼻和電子舌的鮮度研究方面，研究人員已經(jīng)用電子鼻、電子舌技術評定了冰鮮黃雞、羊肉、牛肉及常見水果和蔬菜的鮮度[14-18]。本研究主要運用電子鼻和電子舌分析技術結合不同理化指標，對大西洋真鱈魚的鮮度進行評價。理化指標的測定結果為電子鼻、電子舌鮮度快速判定結果的準確性提供了依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料及預處理

大西洋真鱈魚：購于北京某超市，選擇魚塊大小相近的樣品，放置在碎冰中，1 h內(nèi)運至實驗室。將去皮、骨之后的鱈魚肉放置在干凈的自封袋中，冷藏在4 ℃的恒溫冰箱中，定期取樣檢測。

1.2 儀器與設備

PEN3.5便攜式電子鼻 德國AIRSENSE公司；Astree II/LS16電子舌 法國Alpha MOS公司；FOSS凱氏定氮儀 丹麥福斯公司；METTLER-ME204E電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。

1.3 試驗方法

將鱈魚肉放置在4 ℃冷藏，每隔一定時間取魚肉樣品進行TVBN、TVC、電子鼻及電子舌的測定。

1.3.1 揮發(fā)性鹽基氮(TVBN)的測定

按照GB 5009.228-2016《食品中揮發(fā)性鹽基氮的測定》的方法[19]，采用FOSS全自動凱氏定氮儀。

1.3.2 菌落總數(shù)(TVC)的測定

按照GB 4789.2-2016《食品微生物學檢驗測定 菌落總數(shù)測定》的方法測定[20]。

1.3.3 電子鼻檢測

準確稱量1.0 g冷藏的去皮、去骨鱈魚肉樣品，裝入10 mL頂空瓶中，平衡至室溫后進樣測定。測定參數(shù)：系統(tǒng)清洗3次，每次180 s；進樣時間60 s，2次進樣間隔清洗時間180 s，氣體流速150 mL/min。采用電子鼻的自帶程序Winmuster進行主成分分析及負荷加載分析。

1.3.4 電子舌檢測

電子舌測定采用阿爾法莫斯公司的Astree電子舌進行，測定前需要活化傳感器24 h，并進行電子舌的初始化、校準、診斷過程。試驗以100 s為每個樣品的數(shù)據(jù)采集時間，且每1 s采集1組數(shù)據(jù)，取最后20 s測量值的平均值作為該組最終的結果。每個樣品的測量次數(shù)為7次，取后4次的結果，以確保傳感器輸出響應值的穩(wěn)定性。

2 實驗結果與分析

2.1 鱈魚冷藏過程中TVBN指標變化

TVBN(主要包括氨氣、二甲胺和三甲胺等)被公認為是魚類鮮度的評價指標，它來源于貯藏過程中魚類肌肉中蛋白質(zhì)被內(nèi)源酶和微生物分解[21-23]。許多專家學者都將魚肉中的TVB-N值限定在30 mg/100 g魚肉[24，25]。我國國標GB/T 18108-2008規(guī)定海水魚中TVBN的含量在0～15 mg/100 g魚肉時，魚處在一級鮮度；15～20 mg/100 g時，魚處在二級鮮度；20～30 mg/100 g時，魚處在三級鮮度[26]。鱈魚在4 ℃貯存期間TVBN隨時間的變化見圖1。TVBN的增長速度在魚貯藏前期(0～8天)上升速度較慢，而在貯藏后期(8～12天)上升速度明顯加快。這是由于貯藏后期魚體肉質(zhì)松散，組織液流出增多，細菌數(shù)量龐大所引起的。根據(jù)國標對鮮海水魚TVBN的劃分標準，可以初步得出結論：鱈魚在貯藏的0～4天處在一級鮮度，在4～8天為二級鮮度，在8～11天為三級鮮度。

圖1 4℃貯藏下鱈魚的TVBN隨時間的變化Fig.1 Changes of TVBN of cod stored at 4℃with the time

2.2 鱈魚冷藏過程中細菌總數(shù)(TVC)變化

微生物的繁殖和代謝是引起魚類腐敗的主要原因，腐敗微生物的數(shù)量可以反映魚的新鮮程度。4 ℃貯藏下鱈魚的細菌菌落總數(shù)隨時間的變化見圖2。

圖2 4℃貯藏下鱈魚中的TVC隨時間的變化Fig.2 Changes of TVC of cod stored at 4℃with the time

由圖2可知，在鱈魚貯藏期間，鱈魚中的細菌菌落總數(shù)逐漸增加，在貯藏前期，微生物增長比較緩慢，這可能是由于微生物基數(shù)小，并處于適應期。貯藏11天后，微生物的增長速度明顯增大，此時，微生物可能處于對數(shù)增長期。根據(jù)《國際微生物規(guī)格委員會(ICMSF)食品微生物限量規(guī)定》，魚的菌落總數(shù)可接受水平限量值為5×105cfu/g，最高安全限量值為107cfu/g[27，28]。因此，根據(jù)圖2判斷，4 ℃貯藏下的鱈魚在11天后即不可被食用。這與TVBN指標判斷的鱈魚食用期限(貨架期)一致。

2.3 指標間的相關性分析

為了研究鱈魚鮮度的化學與微生物指標間的相關性，以確定指標的內(nèi)在關系及測定的準確性。以4 ℃貯藏下鱈魚的TVBN為自變量，以TVC值為擬合目標進行曲線擬合，分析相關性。

圖3 TVC與TVBN值相關性分析圖Fig.3 Correlation analysis chart of TVC and TVBN values

相關參數(shù)截距截距的標準偏差R (相關系數(shù))SD(回歸標準差)P(R=0的概率)TVBN與TVC線性回歸方程3.4510.1570.9600.154<0.00001

由圖3和表1可知，TVBN與TVC之間的線性相關性強，相關系數(shù)達到0.960。并且P值<0.01，說明二者呈極顯著相關。這說明4 ℃儲藏的鱈魚化學和微生物鮮度指標間有較好的線性相關性，鮮度指標間的內(nèi)在聯(lián)系強，證明了指標測定的可靠性。

2.4 鱈魚的電子鼻響應值分析

2.4.1 特征雷達圖

電子鼻有10個高靈敏度的傳感器，其檢測的物質(zhì)見表2。

表2 電子鼻傳感器類型及性能Table 2 Types and performance of electronic nose sensors

續(xù) 表

不同狀態(tài)的電子鼻信號雷達圖見圖4，a,b,c,d分別是電子鼻對貯藏0天(新鮮狀態(tài))、4天(鮮度較好)、7天(鮮度一般)和11天(不可食用)的鱈魚氣味響應圖。

圖4 對于不同鮮度鱈魚的電子鼻響應雷達圖Fig.4 Electronic nose response radar maps of cod with different freshness levels

由圖4可知，鱈魚處在初始狀態(tài)時，電子鼻的各個傳感器的響應值比較均一，此時鱈魚的魚腥味弱、無酸敗氣味；隨后7號和2號傳感器的響應值迅速增大，而后其他傳感器的響應值也稍有增加。到了鱈魚的不可食用狀態(tài)，7號和2號傳感器的響應值仍為最大，這說明鱈魚儲藏過程中產(chǎn)生的硫化物和氮氧化合物多。這與文獻報道的在秋刀魚儲藏過程中電子鼻的硫化物傳感器響應值大較為一致[29,30]。

2.4.2 主成分分析

主成分分析(Principal Component Analysis，PCA)是將傳感器提取的原多維矩陣數(shù)列通過降維、數(shù)據(jù)處理和線性分類轉換為互不相關的幾個綜合指標的方法。轉化而得的較少指標能夠代表性地反映原多指標的信息。降維后的特征向量以二維散點圖的形式出現(xiàn)PCA圖中。在PCA中，若兩主成分的貢獻率小于95%，則表示分析中有干擾成分的作用。電子鼻信號響應值的PCA圖見圖5，圖中橫坐標的第1主成分的貢獻率達到97.46%，縱坐標第2主成分的貢獻率為2.26%，總貢獻率為99.72%，大于95%，說明這2個主成分基本包含了樣本的信息，PCA方法適用。氣味較為接近的魚樣品在二維圖形上傾向于聚類分布，氣味相差較遠的樣品圖形距離較遠。

圖5 不同冷藏時期鱈魚揮發(fā)性氣味主成分分析(PCA)圖Fig.5 Principal component analysis(PCA)diagram of volatile flavor of cod in different cold storage periods

由圖5可知，電子鼻將儲藏1，3，5，7，9，11天的鱈魚圖形歸類到一起，說明此時鱈魚產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體區(qū)別不大，鮮度狀態(tài)相近，可以歸為同一鮮度等級。且電子鼻能將貯藏11天以后的鱈魚與可食用期的鱈魚明顯區(qū)分開來。對比TVBN、TVC的分析結果，電子鼻對不同鮮度的鱈魚具有準確的區(qū)分性，能夠作為一種鱈魚鮮度的判定手段。

2.4.3 負荷加載分析

圖6 不同冷藏時期鱈魚揮發(fā)性氣味LA圖Fig.6 Loading analysis map of volatile flavor of cod in different cold storage periods

傳感器W1WW5SW2WW1SW2SW3SW1CW3CW6SW5C距離(cm)0.850.740.530.460.380.220.200.140.070.03

負荷加載分析(Loadings Analysis，LA)是用來判斷電子鼻中的不同傳感器對樣品揮發(fā)性氣味貢獻率大小的方法。負載值越大，貢獻率越大。Loadings分析圖中，距離(0,0)坐標越近的點所代表的傳感器對樣品氣味的測定貢獻率越小，即該傳感器的識別作用可以忽略。相反，距離(0,0)坐標越遠的點所代表的傳感器對樣品的揮發(fā)性氣體反應越靈敏[31]。

在一定的比例條件下，計算傳感器所在的點到原點的距離，可以判斷各個傳感器對氣味的貢獻率大小。

由圖6和表3可知，此次鱈魚樣品揮發(fā)性氣體的檢測，7號傳感器W1W貢獻率最大，它對硫化物靈敏；2號傳感器W5S貢獻率次之，它對氮氧化物靈敏。W3S和W1C傳感器到(0,0)點的距離相近，二者的貢獻率相似。 W5C傳感器最接近零點，傳感器響應最不靈敏，它對應的烷烴和芳香成分的占比最少。由此，在魚鮮度變化過程中，揮發(fā)性氣體中的硫化物和氮氧化物的含量最高，烷烴和芳香成分含量最低。

2.5 鱈魚的電子舌響應值分析

判別因子分析(Discriminant Factor Analysis, DFA)是一種基于主成分分析和典型相關分析的降維技術。它在主成分分析的基礎上，進一步將不同組間的差異性擴大，將組內(nèi)的差異性縮小。判別因子分析法的區(qū)分效果比主成分分析法更好。

圖7 不同冷藏時期鱈魚電子舌的DFA二維圖Fig.7 DFA two-dimensional map of electronic tongue of cod in different cold storage periods

由圖7可知，判別因子1的貢獻率為83.12%，判別因子2的貢獻率為15.45%，其總貢獻率為98.57%，大于95%，說明這2個主成分基本包含了樣本的信息。在電子舌的DFA二維圖中，1,3,5,7,9,11天以及13,15天的樣品在圖中的距離相近，說明滋味相差不大，鮮度狀態(tài)相似。不同冷藏時期鱈魚的電子舌判別因子三維圖見圖8。

圖8 不同冷藏時期鱈魚電子舌DFA三維圖Fig.8 DFA three-dimensional map of electronic tongue of cod in different cold storage periods

由圖8可知，判別因子3的貢獻率僅為1.046%。在三維圖中，組內(nèi)的每個數(shù)據(jù)點的距離很小，不同組的數(shù)據(jù)點分布在三維坐標的各個角落。同樣由圖8可知，1，3，5，7，9，11天以及13,15天的組內(nèi)距離進一步接近，不同鮮度等級的組間距離進一步加大，說明DFA的區(qū)分效果更好。對照TVBN、TVC的分析，電子舌的DFA結果證實了它可以有效、準確地區(qū)分鱈魚鮮度的變化。

3 結論

電子鼻和電子舌技術作為新型的嗅覺、味覺分析檢測技術，它們的操作簡便、快速、無損且重復性好，能有效區(qū)分出不同樣品間的差異。而魚鮮度的傳統(tǒng)檢測技術耗時且成本高。本文將電子鼻與電子舌技術分別應用到魚鮮度的檢測中，試圖驗證這2種快檢方法對魚鮮度區(qū)分的有效性。實驗結果表明：電子鼻和電子舌能夠將不同鮮度等級的鱈魚明顯區(qū)分開來，并且電子舌的區(qū)分性更好。二者結果與TVBN、TVC的結果一致。這說明電子鼻和電子舌在魚鮮度的檢測與判別領域有很好的應用前景。