基于电子鼻技术对真空包装三文鱼片的新鲜度评价

三文鱼(Salmon)，又称为大马哈鱼或者鲑鱼，属于硬骨鱼纲鲑形目，因其肉质细嫩鲜美和高营养价值，近年来逐渐被作为生食料理店的上佳原料[1]。三文鱼片主要贮藏方式为冻藏和冷藏，且因富含高蛋白、多不饱和脂肪酸及高水分等特点，在低温贮藏及销售过程中会受到自身酶、外界微生物等因素的影响导致鱼肉色泽、质构以及挥发性物质的变化[2,4]。因此，研究真空包装三文鱼片冷藏期间的新鲜度变化及快速检测方法具有重要意义。

水产品新鲜度变化的传统检测方法主要包括感官评价、微生物分析、理化指标检测等，但这些方法均有各自的缺点，如感官评价具有主观性，精确度差；微生物分析、理化指标检测具有操作复杂、检测时间长、重复性较差等缺点。近年来，电子鼻作为新兴智能感官仪器，其工作原理主要是通过模拟人体嗅觉系统来对样品挥发性成分进行定性或定量分析[5]，已被许多研究者应用于食品检测领域中。

柴春祥等[3]利用电子鼻技术检测了猪肉在不同实验条件下挥发性成分的变化，研究了贮藏温度和时间对猪肉新鲜度的影响；赵梦醒等[4]结合感官分析、TVB-N检测及菌落总数分析，采用电子鼻技术对(0±0.2) ℃条件下鲈鱼新鲜度进行了分析评价；BARBRI等[6]利用电子鼻实时评估4 ℃冷藏条件下沙丁鱼的新鲜度变化；刘寿春等[7]应用电子鼻分析贮藏过程中冷鲜罗非片的挥发性成分，认为电子鼻分析结果与感官评价、微生物分析和理化分析结果相关性良好。而有关电子鼻技术结合感官分析、质构、色差和TVB-N指标评价(4±1)℃条件下真空包装三文鱼片新鲜度变化的研究还鲜见报道。

本实验在(4±1)℃冷藏条件下，以不同贮藏时间的真空包装三文鱼片为研究对象，通过感官评价、质构、色差及TVB-N等指标检测，分析研究了真空包装三文鱼片贮藏过程中理化指标变化规律，结合电子鼻技术检测三文鱼片贮藏期间的挥发性成分变化，通过负荷加载分析(loadings analysis，LA)、主成分分析(principal component analysis，PCA)、线性判别分析(linear discriminant analysis，LDA)和特征雷达图分析，验证了电子鼻技术对冷藏条件下真空包装三文鱼片新鲜度评价的准确性，旨在为冷藏三文鱼片新鲜度快速评价方法提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜活三文鱼(鱼体质量为2 kg左右)，由通威(成都)三文鱼有限公司提供。

H3BO3，HCl，溴甲酚绿，甲基红，MgO，高氯酸,以上试剂均为分析纯，成都市科龙化工试剂厂；实验用水为蒸馏水。

1.2 仪器与设备

PEN3便携式电子鼻系统，德国Airsense公司；TB-214型电子分析天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司；TA-XT plus质构仪， 英国；S560型色差仪:美国Microptix Corporation； 全自动定氮仪，KDN-04B山东海能科学仪器有限公司； TD-5M台式低速离心机，四川蜀科仪器有限公司；DK-98A型恒温水浴锅，天津泰斯特有限公司；家用小型搅肉机。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

于实验室将活鱼进行内脏清除、去皮处理，将鱼肉清洗干净后取背脊肉并分割成质量相差不大的鱼片，再次用清水清洗干净，用已灭菌的PET/PE(聚对苯二甲酸二甲酯+聚乙烯)复合包装袋进行分装(每袋4片，每片20～30 g)，装袋后迅速用真空包装机进行封口处理。将包装好的样品于(4±1)℃条件下冷藏12 d，在第0、2、4、6、8、10、12天时对样品进行电子鼻分析，同时进行感官评价并测定其TVB-N值、质构以及色差等指标，结合各项检测指标以评价冷藏期间样品的新鲜度变化。

1.3.2 感官评价

由15名经过训练的评价员组成感官评定小组，根据表1的评分标准，对冷藏条件下真空包装三文鱼的色泽、气味、肉质进行评价打分(10分制)，规定10分为最好，6分以上为较好，4分以下为不可接受，即腐坏[8]。评价结束后，分析比较去掉差异值，最终结果为小组各成员感官评价结果的平均值。

表1 三文鱼片的感官评价标准表
Table 1 Sensory evaluation standard of salmon fillet

1.3.3 TVB-N值测定

参考文献[9]的方法并略做改进，将三文鱼用绞肉机搅碎成鱼糜状，称取10.000 g鱼糜于锥形瓶中，加入100 mL 0.6 mol/L的高氯酸溶液，每隔5 min振摇一次，浸提30 min后，用滤纸过滤分离样液。准确吸取10 mL滤液于消化管中，再加入10 mL质量分数为1%的MgO溶液，立刻连接到凯氏定氮仪上。另取一锥形瓶，于瓶内加入10 mL 20 g/L硼酸溶液作为吸收液，再滴加6～8滴混合指示剂，用自动定氮仪进行测定，设定蒸馏时间为3 min。蒸馏结束后，硼酸吸收液用0.01 mol/L HCl滴定至颜色变为紫红色。每组做3次平行实验，取均值计算。注：首先用10 mL 0.6 mol/L高氯酸溶液进行样品的空白测定，取得空白值。

样品中 TVB-N 的含量(mg/100g) 按式(1)计算:

×100

(1)

式中: V1为样品消耗盐酸标准溶液体积， mL； V2为试剂空白消耗盐酸标准溶液体积，mL；c为盐酸标准溶液的浓度，mol/L； m为样品的质量，g；14为与1.00 mL盐酸标准溶液(c(HCl=1 mol/L) )相当的氮质量，mg。

1.3.4 质构测定

取背脊部鱼肉并切成长1 cm×1 cm×1 cm左右的鱼块，在TPA模式下用质构仪测定硬度、弹性2个指标。TPA模式参数设定参考张奎[14]、戴志远[15]等的方法并略加修改，测定具体参数为：测量前探头下降速度，3.0 mm/s；测试速度为，1.0 mm/s；测量后探头回程速度，1.0 mm/s；压缩程度为50%，2次压缩间隔时间5 s；探头类型，P/0.5，负重探头类型：Auto-5g，数据的采集数率为200.00 pps。样品做6次平行实验，取均值计算。

1.3.5 色差测定

参考丁婷[16]等的方法，略加修改。取绞碎鱼肉做成直径3 cm左右的鱼饼，置于干净的培养皿中，用色差计在避光条件下测量鱼肉表面色差值(L*、a*、b*)。L*值代表亮度，取值范围在0～100；a*值代表红绿度，取值范围在-60～60；b*代表黄蓝度，取值范围在-60～60。每组样品做3次平行实验，取均值计算。总色差值ΔE由公式(2)计算。

ΔE=(ΔL2+Δa2+Δ

(2)

式中：ΔL，鱼肉所测亮度值与初始亮度值之差；Δa，鱼肉所测红绿度值与初始红绿度值之差；Δb，鱼肉所测黄蓝度值与初始黄蓝度值之差[2]。

1.3.6 电子鼻分析

参考文献[4,17,19]的方法并稍加修改。称取1.000 g 绞碎三文鱼肉于25 mL顶空瓶中，加盖密封。于40 ℃恒温水浴锅中加热30 min后用电子鼻吸取顶空瓶中气体进行检测分析。电子鼻测定参数设定：清洗时间60 s，传感器归零时间为10 s，检测时间90 s，进样流量为300 mL/min。利用电子鼻WinMuster软件对样品进行负荷加载分析、主成分分析、线性判别分析以及雷达图分析，样品做6次平行实验，分析比较去掉异常值。电子鼻各传感器性能如下表2所示。

表2 电子鼻各传感器性能描述表
Table 2 Sensor properties of electronic nose

2 结果与分析

2.1 三文鱼片冷藏过程中的新鲜度变化

2.1.1 感官评价

图1是真空包装三文鱼片于(4±1)℃条件下冷藏12 d的感官得分图。从图中可以看出，第0天三文鱼片的色泽、气味、肉质感官评分均为满分，鱼肉具有三文鱼特有的鲜味，色泽呈现鲜橘红色、纹理清晰，肉质紧实有弹性；随着冷藏时间的延长，3个评价指标得分均逐渐下降，第6天鱼片色泽、气味、肉质评分分别为7.9、6.8、7.4分，鱼肉颜色由新艳变暗，略带有鱼腥味，肌肉弹性变差；在贮藏6天后，气味、肉质评价得分均呈直线下降趋势，色泽评分下降趋势相对较平缓；第12天鱼肉色泽、气味、肉质评分已下降到5.1、3.8、4.3分，气味评分超出感官不可接受范围，肉质评分已接近感官可接受的界限值，鱼肉散发出明显的鱼腥味和腐臭味，肉体表面已出现黏液，肉质松软，肉色呈苍白色，鱼肉整体呈现出明显的腐败特征。

2.1.2 TVB-N值变化规律

TVB-N值作为评价水产品新鲜度的主要理化指标之一，其含量可反映水产品中蛋白质及非蛋白物质在自身内源酶和外界环境中微生物作用下分解产生的氨和胺类等碱性含氮类化合物的多少，据此对水产品新鲜度进行判断[20]。真空包装三文鱼片在冷藏期间的TVB-N值变化见图2。由图2可知，三文鱼片TVB-N初始值为8.382 mg/100g，在0～2 d冷藏期间，TVB-N值增加速率较缓慢，第2天后TVB-N值开始加速上升，第8天其值为22.721 mg/100g，已超出 GB 2733—2005《鲜、冻动物性水产品卫生标准》中规定的淡水鱼挥发性盐基氮≤20 mg/100g的要求[18]，冷藏12 d时鱼肉的TVB-N值已经达到28.768 mg/100g，其变化趋势与感官气味评分基本相一致，这可能是由于冷藏后期微生物生长繁殖及分解作用加速导致鱼肉在贮藏后期TVB-N值快速增加。

2.1.3 质构变化

由于在冷藏期间三文鱼片的硬度和弹性会因蛋白分解、脂肪氧化以及微生物分解作用而发生一系列变化，因此可将硬度和弹性变化作为评价三文鱼片新鲜度的指标。图3为真空包装三文鱼片在(4±1)℃条件下冷藏的质构变化图。

由图3-a中知，三文鱼片的硬度变化值呈现先增后减的趋势，在第0天初始硬度值为782.843 g，贮藏第2天时硬度值增加到863.575 g，这种变化可能是由于鱼体死后肌肉失水形成肌动球蛋白凝胶，结果使得鱼肉收缩，硬度增大。第2天后其硬度值开始逐渐下降，直至第12天时硬度值下降到472.137 g，与初始硬度值相比下降了39.69%，造成硬度值下降的原因可能是鱼片在冷藏过程中肌肉纤维产生局部断裂导致变形，从而使得蛋白质立体结构发生变化，其亲水性和盐溶性等性质也随之降低[14]。图3-b为三文鱼片的弹性变化图，由图3-b可知，冷藏0～6 d期间，三文鱼片弹性值急剧下降，第6天后其下降趋势开始逐渐变缓，冷藏期间弹性值从0.797下降到0.666，总体降低了16.45%。三文鱼片弹性下降的原因可能是由于蛋白质结构破坏、细胞间凝聚力下降综合导致的。综上得出，冷藏期间三文鱼片硬度、弹性变化与感官评价结果基本一致，可以作为物理品质的显著性指标[14]。

2.1.4 色差变化

新鲜三文鱼色泽呈橘红色，白色纹理清晰可辨，因此色泽变化可作为三文鱼物理品质的重要指标。通过色差计可以直接测出L*、a*、b*值，总色差值ΔE则通过公式计算得出。当ΔE<6.0时，颜色差异不显著；ΔE<12.0时，颜色差异较显著；ΔE>12.0时，颜色差异显著[2]。(4±1)℃条件下真空包装三文鱼片的色差变化见图4。

由图4-a可知，冷藏期间真空包装三文鱼片的L*值呈现先减小后增加的变化趋势，a*值与b*值在此期间变化波动不大。L*值、a*值及b*值在第0天时分别为39.25、7.78、10.63，贮藏至8天时L*值下降到33.37，与初始值相比下降了14.98%，a*值与b*值为6.99、9.25，减少率分别为10.15%、12.98%。第8天后，L*值开始缓慢上升，a*值、b*值则缓慢下降直至贮藏期终点。鱼肉颜色发生此种变化的原因可能是由于自身体内所含血红蛋白与氧气结合发生氧化反应生成褐色的高铁血红蛋白类物质，使得a*值与b*值随着时间延长而下降[11]。

图4-b为三文鱼片冷藏期间ΔE值的变化趋势，贮藏初期ΔE值变化平缓，颜色与新鲜三文鱼比较差异不显著。随着冷藏时间的延长，ΔE值开始急剧上升，第8天ΔE值达到24.37，远大于ΔE值为12.0的评判依据，颜色差异极为显著。由图4-a、图4-b说明第8天即为三文鱼片颜色变化的拐点。

2.2 三文鱼片冷藏过程中的电子鼻分析

2.2.1 传感器载荷分析

图5为真空包装三文鱼片冷藏期间的Loadings负荷加载分析图，其LA-1与LA-2贡献率分别为96.35%、2.94%，两者总贡献率达到99.29%。从图5可以看出，R2号和R7号传感器对第1主成分的贡献率最大，其分别对氮氧化合物、无机硫化物等挥发性物质灵敏；R1号和R8号传感器则对第2主成分的贡献率较大，2个传感器分别对芳香成分物质、乙醇等化合物灵敏；R10号传感器在横纵坐标轴上的响应值接近于零，其贡献率可忽略不计。

2.2.2 三文鱼片冷藏期间PCA分析

PCA主成分分析法是将电子鼻10个传感器提取的样品信息进行数据转换和降维处理，并对处理结果进行线性分类后在坐标上形成一个两维散点图[7,22]，两种主成分的总贡献率越大，说明可以更好地反映出所测样品的全部信息。真空包装三文鱼片在冷藏条件下的电子鼻PCA分析结果如图6所示。

由图6可见，PC-1与PC-2的贡献率分别为96.39%、2.89%，总贡献率达到了99.28%，说明这两种主成分可以反映三文鱼片在不同冷藏时间的总体信息。在冷藏期间，不同贮藏时间的三文鱼片挥发性物质响应值对应区域与第0天比较均存在一定的距离，4、6、8天响应值区域有相互重叠部分，说明在此冷藏期间三文鱼片新鲜度区分情况较差，冷藏10、12 d时鱼片挥发性物质响应值区域与初期区域距离明显增大，表明冷藏8 d后三文鱼片开始出现明显的腐败变质趋势，10 d后其新鲜度与初始新鲜度相比已具有明显差异。三文鱼片PCA分析结果与其TVB-N值变化趋势基本一致。

2.2.3 三文鱼片冷藏期间LDA分析

LDA线性判别式分析法通过将高维度的原始数据信息通过数学运算法则映射投影到低维度方向，对原始数据进行压缩处理，再对样品组间点分布状态与组类间分布距离进行分析，可使组间变异与组类变异比率达到最大[4,7,17]。真空包装三文鱼片在冷藏条件下的电子鼻LDA分析结果如图7所示。从图中可以看出，LD-1贡献率为72.91%，LD-2贡献率为23.91%，总贡献率为96.82%。随着冷藏时间延长，在LD-1轴上，不同冷藏时间三文鱼片气味物质响应值先增加后下降；在LD-2轴上，气味物质响应值呈现逐渐上升趋势。第0、2、10、12天鱼片响应值区域间距离明显，说明不同冷藏时间三文鱼片的差异显著，利用LDA分析法能够区分不同新鲜度的三文鱼片。

2.2.4 三文鱼片冷藏期间特征雷达图分析

图8-a～图8-d分别对应为冷藏第0、4、8、12天时真空包装三文鱼片的电子鼻特征雷达图。从图中可以看出，第0天时10个传感器的响应值分布较为均匀，表明鱼肉初始新鲜度良好，无鱼腥味及腐败气味；第4天时电子鼻传感器响应区域发生明显改变，除R6号传感器响应值增大以外，其余9个传感器响应值均在减小，此时鱼肉已带有轻微的鱼腥味，新鲜度明显下降；冷藏至第8天时，R2、R6、R8三个传感器对应响应值较大，鱼肉在感官上已出现明显鱼腥味，在内源酶作用下蛋白质及非蛋白物质分解产生的含氮类挥发性物质增多；由图8-d可见，第12天时，R1、R5、R10号传感器响应值继续减小，R2号传感器响应值增加，鱼肉已发生腐败变质现象，此时鱼肉的挥发性气味主要由氮氧化合物、芳香成分、乙醇等物质组成。

3 结论

通过对真空包装三文鱼片在(4±1) ℃冷藏条件下进行感官评价分析及物理指标(质构、色差)、化学指标(TVB-N值)测定，结果表明三文鱼片冷藏8 d后新鲜度开始呈现腐败变质趋势，冷藏至第12天时鱼片颜色呈苍白色，肉质表面发黏，有浑浊液体流出，鱼肉散发出明显的鱼腥味和腐败气味，不适合食用。通过电子鼻技术对不同冷藏时间三文鱼片进行挥发性物质检测，对所得数据进行PCA分析、LDA分析及特征雷达图分析，分析结果与感官评价、理化指标检测结果相一致，表明电子鼻技术可作为真空包装三文鱼片新鲜度的快速评价方法。同时通过Loadings分析方法发现，真空包装三文鱼片冷藏期间引起新鲜度变化的气味物质主要包括氮氧化合物、芳香物质、乙醇及无机硫化物等。