徐永霞，張朝敏，張穎，李學(xué)鵬，孫宏，勵建榮

(渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧省食品安全重點實驗室，生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，遼寧錦州，121013)

大菱鲆(Scophthatmus maximus)俗稱多寶魚，主要產(chǎn)于大西洋東側(cè)沿岸，是名貴的低溫經(jīng)濟(jì)魚類［1］。因其肉厚質(zhì)佳、細(xì)膩鮮美、營養(yǎng)價值高，在我國北方沿海地區(qū)的養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷海內(nèi)外。魚類由于長距離的運(yùn)輸極易造成微生物的生長繁殖最終導(dǎo)致腐敗，使其營養(yǎng)價值和商業(yè)價值嚴(yán)重受損。因此，快速有效地檢測魚類新鮮度和預(yù)測貨架期具有重要意義，尤其是對于冷藏魚類［2］。

電子鼻是近年來興起的一種“綠色”仿生嗅覺系統(tǒng)，主要由氣體傳感器陣列、信號處理系統(tǒng)和模式識別系統(tǒng)3部分組成，能精確的識別復(fù)雜的氣味信息。它是利用氣體傳感器陣列的響應(yīng)圖案來識別氣味，對傳感器獲得的信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過各種化學(xué)計量學(xué)方法進(jìn)行模式識別，現(xiàn)已廣泛運(yùn)用于果蔬［3］、肉及肉制品［4-5］和飲料［6］等食品的品質(zhì)檢測。近年來，研究者也將電子鼻應(yīng)用于魚類等水產(chǎn)品的新鮮度評價，如郭美娟等人［7］建立了基于電子鼻技術(shù)的南美白對蝦新鮮度判別模型，丁媛等人［8］通過電子鼻檢測可以準(zhǔn)確區(qū)分不同種類貝類氣味的差異，王綠野等人［9］利用電子鼻實現(xiàn)了對草魚新鮮度的快速檢測，Limboa等［10］通過電子鼻分析結(jié)合化學(xué)方法建立了歐洲黑鱸的貨架期預(yù)測模型。本文以大菱鲆為研究對象，采用電子鼻分析大菱鲆冷藏過程中的揮發(fā)性氣味變化，結(jié)合細(xì)菌菌落總數(shù)和TVB-N含量檢測，研究了大菱鲆在0℃和4℃貯藏條件下的新鮮度變化。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

新鮮大菱鲆，購于錦州市林西街水產(chǎn)市場，質(zhì)量約600～800 g/尾，體表富有光澤、黏液透明、眼球飽滿。

PEN3便攜式電子鼻系統(tǒng)，德國AIRSENSE公司;mLS-3030CH立式高壓滅菌鍋，三洋電機(jī)(廣州)有限公司;LRH系列生化培養(yǎng)箱，上海一恒科技有限公司;SW-CJ-2FD超凈工作臺，蘇景集團(tuán)蘇州安泰技術(shù)有限公司;KJELTEC 8400全自動定氮儀，丹麥FOSS公司。

1.2 樣品處理

鮮活大菱鲆采用碎冰致死，流水沖洗瀝干后用無菌蒸煮袋包裝，分別置于0、4℃冰箱貯藏，在第0、4、8、12、16、20天分別取樣進(jìn)行電子鼻檢測，同時進(jìn)行細(xì)菌菌落總數(shù)和TVB-N值的測定。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 菌落總數(shù)的測定

按GB 4789.2-2010進(jìn)行測定，采用平板傾注法計算。

1.3.2 揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)的測定

參考FOSS應(yīng)用子報中《鮮魚和凍魚中揮發(fā)性鹽基氮的測定》進(jìn)行測定。

1.3.3 電子鼻檢測條件

準(zhǔn)確稱取0℃和4℃大菱鲆魚肉樣品1.0 g，置于100 mL燒杯中，迅速用保鮮膜密封，靜置0.5 h后用PEN3電子鼻測定大菱鲆魚肉的揮發(fā)性氣味。儀器設(shè)定條件為:頂空溫度25℃，進(jìn)樣流量300 mL/min，內(nèi)部流量 300 mL/min，測定時間 100 s，每個樣品重復(fù)測定3次。PEN3型便捷式電子鼻傳感器性能描述見表1。

表1 電子鼻傳感器名稱與其響應(yīng)物質(zhì)Table 1 Sensor name of electronic nose and its response to the matter

1.4 數(shù)據(jù)處理

電子鼻數(shù)據(jù)分析。取穩(wěn)定后第85～90 s這6 s的數(shù)據(jù)信息，采用PEN3電子鼻Win Muster軟件進(jìn)行主成分分析(PCA)、負(fù)荷加載分析(LA);利用SPSS20.0根據(jù)歐幾里德距離公式，對電子鼻數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，分析不同貯藏條件下魚肉樣品氣味的相似度，并用樹狀圖表示樣品之間的差異程度。

2 結(jié)果與討論

2.1 菌落總數(shù)的變化

魚類等水產(chǎn)品的腐敗變質(zhì)主要是由微生物的作用引起，細(xì)菌菌落總數(shù)可以較好地反映魚體新鮮度［11］。根據(jù) GB 18406.4-2001《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量-無公害水產(chǎn)品安全要求》規(guī)定，魚肉細(xì)菌菌落總數(shù)＜4 lg CFU/g為一級鮮度，＜5 lg CFU/g為二級鮮度，≥6 lg CFU/g時達(dá)到腐敗，不能食用。大菱鲆在不同溫度貯藏期間的菌落總數(shù)變化如圖1所示。由圖1可以看出，大菱鲆初始菌落總數(shù)(TVC)為3.15 lg CFU/g，說明新鮮大菱鲆的品質(zhì)較好。隨著貯藏時間的延長，2個溫度下冷藏的大菱鲆樣品的TVC值都呈上升趨勢，且與貯藏時間呈顯著相關(guān)性(P＜0.05)。其中，大菱鲆樣品在4℃貯藏條件下微生物的生長速度快于0℃組樣品。4℃樣品貯藏16 d時細(xì)菌菌落總數(shù)超過了我國無公害水產(chǎn)品安全要求;而0℃樣品貯藏至20 d時菌落總數(shù)達(dá)到6.60 lg CFU/g，達(dá)到了國標(biāo)規(guī)定的上限。

圖1 不同貯藏條件下大菱鲆菌落總數(shù)的變化Fig.1 Changes in TVC of turbot during storage under different conditions

2.2 TVB-N含量變化

TVB-N值反映了魚體內(nèi)蛋白質(zhì)分解后形成的氨、胺類等堿性含氮物質(zhì)的含量，與魚類新鮮度之間有很好的相關(guān)性，已被我國及大多數(shù)國家作為鑒定水產(chǎn)品腐敗程度的標(biāo)準(zhǔn)［12］。根據(jù) GB/T 18108-2008規(guī)定，魚肉中TVB-N值達(dá)到30 mg/100 g是消費(fèi)者可接受的上限，≤15 mg/100 g為一級鮮度，≤20 mg/100 g為二級鮮度。大菱鲆在0℃和4℃冷藏過程中TVB-N值的變化情況如圖2所示。由圖2可知，大菱鲆樣品的初始TVB-N值為6.36 mg/100 g，隨貯藏時間的延長，不同溫度貯藏條件下的TVB-N含量均顯著上升(P＜0.05)。其中，4℃貯藏的大菱鲆樣品TVB-N值上升速度較快，貯藏至16 d時達(dá)到30.63 mg N/100 g，達(dá)到可接受上限。0℃貯藏樣品在貯藏至20 d時超過了可接受上限。該結(jié)果與菌落總數(shù)預(yù)測的貨架期一致。

圖2 不同貯藏條件下大菱鲆的TVB-N含量變化Fig.2 Changes in TVB-N content of turbot during storage under different conditions

2.3 電子鼻檢測

2.3.1 電子鼻雷達(dá)圖

對不同溫度貯藏條件下大菱鲆魚肉的氣味變化進(jìn)行電子鼻測定，數(shù)據(jù)處理結(jié)果如圖3和圖4所示。10個坐標(biāo)軸分別代表10個傳感器，坐標(biāo)軸的大小代表傳感器對該樣品的靈敏程度，其響應(yīng)強(qiáng)度變化可說明大菱鲆魚肉中某些揮發(fā)性氣味成分濃度的變化。

圖3 大菱鲆0℃貯藏條件下的氣味感應(yīng)強(qiáng)度雷達(dá)圖Fig.3 The radar chart of odour changes of turbot during storage period at 0℃

由圖3、圖4可知，電子鼻的10個傳感器對大菱鲆魚肉的風(fēng)味成分有明顯的響應(yīng)，且響應(yīng)值各不相同。其中R(2)、R(6)、R(7)和R(9)4個傳感器對氣味響應(yīng)最強(qiáng)，分別代表了氮氧化合物、烷烴類化合物、無機(jī)硫化物和有機(jī)硫化物。隨著貯藏時間的延長，4個傳感器的響應(yīng)值均顯著增大，表明貯藏時間越長，風(fēng)味物質(zhì)中的氮氧化合物、烷烴類、無機(jī)硫化物及有機(jī)硫化物濃度越大;其中4℃樣品在貯藏至12 d的響應(yīng)值明顯超出0℃樣品在20 d的響應(yīng)值，說明貯藏溫度越高，揮發(fā)性風(fēng)味變化越明顯。兩圖差別顯著，利用電子鼻區(qū)分不同溫度貯藏條件下的大菱鲆是可行性的。

圖4 大菱鲆4℃貯藏條件下的氣味感應(yīng)強(qiáng)度雷達(dá)圖Fig.4 The radar chart of odour changes of turbot during storage period at 4℃

2.3.2 主成分分析結(jié)果

主成分分析(PCA)是利用降維的思想，在損失較少信息的前提下將多個指標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個綜合指標(biāo)的多元統(tǒng)計方法，能夠很好地展示樣品間的差異性，且呈現(xiàn)出樣品集群和離群的特點。用較少綜合指標(biāo)研究問題，可提高分析效率［13］。對不同貯藏期大菱鲆魚肉的氣味信息，建立PCA識別模式，了解不同貯藏溫度條件下大菱鲆氣味成分的變化特征。

圖5 0℃(a)和4℃(b)貯藏條件下大菱鲆樣品氣味變化的PCA分析Fig.5 PCA analysis of odour changes of turbot during storage at 0℃(a)and 4℃(b)

如圖5所示，圖5(a)中主成分1的貢獻(xiàn)率為66.28%，主成分2的貢獻(xiàn)率為25.46%，總貢獻(xiàn)率達(dá)到91.74%;圖5(b)中主成分1和主成分2的總貢獻(xiàn)率達(dá)到99.81%，表明提取的信息能夠反映原始數(shù)據(jù)的大部分信息。由圖5可看出，不同貯藏時期大菱鲆魚肉的氣味差異顯著，其中0℃貯藏樣品在第0天和第4天時，PC2呈上升趨勢;4～8 d時氣味主成分沿PC1軸正向移動且第8天時氣味變化明顯;貯藏至第16天時氣味發(fā)生驟變，沿PC2軸負(fù)向變化。由圖5(b)可知，4℃大菱鲆樣品貯藏20 d時氣味發(fā)生驟變，說明在第20天時大菱鲆氣味組成發(fā)生了顯著變化，與菌落總數(shù)和TVB-N值變化結(jié)果一致。圖5(a)和圖5(b)的變化趨勢相似但存在明顯的差異性，因此PCA分析也可以區(qū)分不同貯藏溫度下大菱鲆的氣味變化。

2.3.3 載荷分析

載荷分析(LA)用于判斷傳感器對揮發(fā)性氣味的貢獻(xiàn)率。傳感器的響應(yīng)值越接近零，識別作用越小;越偏離零，識別能力越強(qiáng)［14］。如圖6(a)中，大菱鲆在0℃下的負(fù)荷加載分析，總貢獻(xiàn)率為91.74%;在4℃條件下總貢獻(xiàn)率為99.83%。圖6(b)中可明顯看出，W1W對PC1貢獻(xiàn)較大，W1S、W2S和W5S對PC2的貢獻(xiàn)率大，表明大菱鲆在貯藏過程中揮發(fā)氣味中的無機(jī)硫化物含量較高，苯類和醇類也占有一定比例。與0℃相比，4℃樣品的W2W響應(yīng)值在PC2的貢獻(xiàn)率增幅明顯，W5S大幅度下降，W1S和W2S也一定程度降低。表明4℃樣品揮發(fā)性氣味中有機(jī)硫化物和芳香成分明顯高于0℃樣品含量，二者差異顯著。

圖6 0℃(a)和4℃(b)貯藏條件下大菱鲆樣品氣味變化的LA圖Fig.6 Loadings analysis of odour changes of turbot during storage at 0℃(a)and 4℃(b)

2.3.4 聚類分析

采用聚類分析法中的平方歐氏距離為度量準(zhǔn)則進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，可準(zhǔn)確反映類別間的相似與距離［15］。不同貯藏溫度下大菱鲆樣品的歐氏距離和聚類樹狀圖分別見表2和圖7所示。

表2 不同貯藏條件下大菱鲆樣品的平方歐式距離Table 2 Squared euclidean distance of turbot samples under different storage conditions

圖7 不同貯藏條件下大菱鲆樣品的聚類分析圖Fig.7 Dendrogram of turbot samples under different storage conditions

由表2可知12種樣品之間的差異度，其中數(shù)值代表了每種樣品之間氣味的相似度，歐式距離越大，相似度越低;反之，則越高［8］。由表2可看出，0℃貯藏0～16 d的樣品差異較小，而與20 d的樣品距離較大，說明0～16 d樣品的氣味相近，而與20 d樣品的氣味差異較大;4℃貯藏0～8 d的樣品與第12、16、20天的樣品距離較大。從圖7也可直觀地看到這12種樣品之間的差異，其中0℃貯藏條件下0～16 d樣品聚為一類，與貯藏20 d的樣品氣味差別較大;4℃貯藏4 d和8 d的樣品聚為一類，12 d和16 d的樣品聚為一類，而0 d和20 d樣品各自成一類。4℃樣品氣味在16 d后發(fā)生明顯變化，與其他指標(biāo)變化結(jié)果一致。

3 結(jié)論

利用電子鼻技術(shù)檢測不同貯藏溫度下大菱鲆樣品揮發(fā)性氣味的變化，經(jīng)主成分分析(PCA)和載荷分析(LA)，結(jié)果表明電子鼻10個傳感器能準(zhǔn)確區(qū)分不同貯藏溫度大菱鲆樣品的揮發(fā)性氣味，并確定了4℃樣品氣味驟變發(fā)生在第16天，0℃樣品發(fā)生在第20天，該結(jié)果與細(xì)菌菌落總數(shù)和TVB-N值反映的貨架期終點基本一致。通過聚類分析也能準(zhǔn)確得出不同貯藏溫度和不同貯藏時間下樣品之間的差異程度，使區(qū)分更加清楚。因此，利用電子鼻快速檢測冷藏大菱鲆的新鮮度具有可行性。

［1］ 劉興旺，艾慶輝，麥康森，等.大豆?jié)饪s蛋白替代魚粉對大菱鲆攝食、生長及體組成的影響［J］.水產(chǎn)學(xué)報，2014，38(1):91-98.

［2］ 崔正翠，許鐘，楊憲時，等.大菱鲆腐敗菌生長動力學(xué)研究和貨架期預(yù)測［J］.海洋漁業(yè)，2010，32(4):454-460.

［3］ Torria L，Sinellib N，Limbob S.Shelf life evaluation of fresh-cut pineapple by using an electronic nose［J］.Postharvest Biology and Technology，2010，56(3):239-245.

［4］ 孫天利，岳喜慶，張平，等.利用電子鼻技術(shù)預(yù)測冰溫貯藏牛肉的新鮮度變化［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2014，40(4):185-189.

［5］ Papadopoulou O S，Panagou E Z，Mohareb F R，et al.Sensory and microbiological quality assessment of beef fillets using a portable electronic nose in tandem with support vector machine analysis［J］.Food Research International，2013，50(1):241-249.

［6］ JIN J J，DENG S G，YING X G，et al.Study of herbal tea beverage discrimination method using electronic nose［J］.Journal of Food Measurement and Characterization.2015，90(1):52-60.

［7］ 郭美娟，柴春祥，魯曉翔，等.基于電子鼻技術(shù)判別南美白對蝦鮮度模型的建立［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2013，39(11):50-57.

［8］ 丁媛，鄭平安，繆芳芳，等.電子鼻在8種貝類氣味差異研究中的應(yīng)用［J］.食品科學(xué)，2013，34(22):353-355.

［9］ 王綠野，張凌霞，磨艷紅，等.基于電子鼻的草魚新鮮度快速檢測方法研究［J］.中國食品學(xué)報，2014，14(3):182-188.

［10］ 蔣慧亮，郭全友，楊憲時，等.大菱鲆0、25℃貯藏的鮮度變化和貨架期［J］.海洋漁業(yè)，2011，33(4):447-454.

［11］ Limboa S，Sinellia N，Torri L，et al.Freshness decay and shelf life predictive modelling of European sea bass(Dicentrarchus labrax)applying chemical methods and electronic nose［J］.Food Science and Technology，2009，42(5):977-984.

［12］ LI T T，LI J R，HU W Z.Changes in microbiological，physicochemical and muscle proteins of postmortem large yellow croaker(Pseudosciaena crocea)［J］.Food Control，2013，34(2):514-520.

［13］ 燕雯，張正茂.不同麥胚含量饅頭香氣物質(zhì)的主成分分析［J］.中國食品學(xué)報，2013，13(2):211-215.

［14］ 趙夢醒，丁曉敏，曹榮，等.基于電子鼻技術(shù)的鱸魚新鮮度評價［J］.食品科學(xué)，2013，34(6):143-147.

［15］ 李倫，劉剛，張川云，等.FTIR結(jié)合統(tǒng)計分析對竹類植物的鑒別分類研究［J］.光譜學(xué)與光譜分析，2013，33(12):3 221-3 225.