吳升剛，張玉華，，孟　一，陳東杰，張?jiān)伱罚瑥垜?yīng)龍，

（1.山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東省農(nóng)產(chǎn)品貯運(yùn)保鮮技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250103；2.山東國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)代物流工程技術(shù)研究中心，山東濟(jì)南250103）

雞肉品質(zhì)劣變的電子鼻分析

吳升剛1，張玉華1，2，孟一1，陳東杰2，張?jiān)伱?，張應(yīng)龍1，2

（1.山東商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東省農(nóng)產(chǎn)品貯運(yùn)保鮮技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250103；2.山東國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)代物流工程技術(shù)研究中心，山東濟(jì)南250103）

利用電子鼻分別對(duì)0℃和10℃不同貯藏時(shí)間的雞肉進(jìn)行氣味指紋分析，同時(shí)進(jìn)行總揮發(fā)性鹽基氮（TVBN）、菌落總數(shù)檢測(cè)和感官評(píng)價(jià)。對(duì)氣味指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析（PCA）和判別因子分析（DFA），采用偏最小二乘法（PLS）構(gòu)建電子鼻輸出信號(hào)與TVBN、菌落總數(shù)和感官評(píng)分的關(guān)系曲線。結(jié)果表明，PCA和DFA分析能區(qū)分0℃和10℃下不同貯藏時(shí)間的雞肉，通過(guò)電子鼻PCA和DFA分析獲得的結(jié)果與其新鮮度具有較好的相關(guān)性。0℃樣品的TVBN、菌落總數(shù)和感官評(píng)分實(shí)測(cè)值與PLS法得到的擬合值的相關(guān)系數(shù)分別為0.9920、0.9656和0.9812；10℃樣品對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)分別為0.9873、0.9762和0.9880。利用電子鼻不僅能夠區(qū)分開(kāi)0℃和10℃下不同貯藏時(shí)間的雞肉，而且可以對(duì)樣品的TVBN、菌落總數(shù)和感官評(píng)分值進(jìn)行預(yù)測(cè)。

氣味指紋，電子鼻，雞肉，品質(zhì)劣變

肉的新鮮度下降引起的安全問(wèn)題是人們最為關(guān)注的核心問(wèn)題之一，因此如何快速、有效地檢測(cè)其品質(zhì)成為急需解決的問(wèn)題。目前肉的新鮮度檢測(cè)主要有感官、理化及微生物方法，前者易受個(gè)體主觀因素的影響，不易量化；后兩者則存在耗時(shí)長(zhǎng)、工作量大、成本高等缺陷［1］。隨著肉新鮮度降低，蛋白質(zhì)、脂類和碳水化合物等成分在內(nèi)源酶或微生物作用下，最終分解為氨、硫化氫、醛類、醇類等氣體，使得腐敗肉與新鮮肉的氣味成分及含量明顯不同［2］。據(jù)此，可利用氣味分析的方法判斷肉的新鮮程度［3-4］。已有較多研究采用電子鼻檢測(cè)肉的氣味變化，主要包括利用氣味指紋圖譜區(qū)分不同品質(zhì)的樣品［5-9］，電子鼻信號(hào)與品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性研究［6］，以及貨架期的預(yù)測(cè)［10］。

本研究采集0℃和10℃下不同貯藏天數(shù)雞肉的電子鼻氣味指紋圖譜，利用主成分分析（PCA）和判別因子分析（DFA）進(jìn)行分析，以區(qū)分不同貯藏時(shí)間的樣品。采用偏最小二乘法（PLS）構(gòu)建雞肉氣味指紋信息與揮發(fā)性鹽基氮（TVBN）、菌落總數(shù)和感官評(píng)分的對(duì)應(yīng)關(guān)系。從而為快速檢測(cè)雞肉的品質(zhì)變化提供技術(shù)基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

雞胸肉購(gòu)于山東濟(jì)南銀座超市。

Fox 4000型氣味指紋分析儀（配有HS100電子鼻配套自動(dòng)進(jìn)樣器和Alphasoft 11.0統(tǒng)計(jì)分析軟件） 法國(guó)Alpha MOS公司；K9840型自動(dòng)凱氏定氮儀北京海能泰克商貿(mào)有限公司；BPHJS-060B型高低溫實(shí)驗(yàn)箱上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1材料預(yù)處理用保鮮膜將雞胸肉包好并編號(hào)分別于0℃和10℃進(jìn)行恒溫貯藏實(shí)驗(yàn)，每天進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)，直至肉樣腐敗變質(zhì)。

1.2.2電子鼻測(cè)定稱取2g攪碎的肉樣裝入20mL樣品瓶，加蓋密封，每個(gè)樣品重復(fù)4次。

實(shí)驗(yàn)前先對(duì)電子鼻測(cè)定參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)電子鼻傳感器的響應(yīng)信號(hào)，確定電子鼻的測(cè)定參數(shù)如下：頂空產(chǎn)生參數(shù)：產(chǎn)生時(shí)間600s，溫度42℃，振蕩速度500r/min；頂空注射參數(shù)：注射體積2000μL，注射速度2000μL/s；采集參數(shù)：總采集時(shí)間120s，采集周期1s，采集延滯時(shí)間400s。

1.2.3TVBN值測(cè)定TVBN值按照國(guó)標(biāo)GB/T 5009. 44-2003［11］的規(guī)定測(cè)定。

1.2.4菌落總數(shù)測(cè)定菌落總數(shù)按照國(guó)標(biāo)GB/T 4789.2-2010［12］的規(guī)定測(cè)定，結(jié)果以lg CFU/g表示。

1.2.5感官評(píng)價(jià)成立10人感官評(píng)價(jià)小組，按照評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)［13］每天對(duì)實(shí)驗(yàn)肉樣每個(gè)指標(biāo)分別評(píng)分，最高5分，最低1分，總分30分，以10人評(píng)分的平均值作為最終得分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

1.2.6數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析利用電子鼻自帶的Alphasoft 11.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，對(duì)不同新鮮度雞胸肉的傳感器響應(yīng)特征值進(jìn)行分析。采用PCA和DFA法分別對(duì)不同貯藏時(shí)間的肉樣進(jìn)行區(qū)分，采用PLS法研究雞肉氣味指紋信息與TVBN、菌落總數(shù)和感官評(píng)分的相關(guān)性。

表1　雞肉感官檢驗(yàn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 1　Sensory testing standards of chicken samples

表2　雞肉貯藏期間的TVBN值Table 2　TVBN values for chicken samples during storage

2　結(jié)果與分析

2.1雞肉的電子鼻PCA和DFA分析

利用PCA法對(duì)電子鼻采集的原始多維矩陣數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，可以利用較少的傳感器響應(yīng)信號(hào)分析不同品質(zhì)雞肉與揮發(fā)性成分的相關(guān)性。圖1（a）和1（c）分別為0℃和10℃下雞肉貯藏期間的PCA圖，0℃下第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）貢獻(xiàn)率分別為99.71%和0.21%，累積貢獻(xiàn)率為99.92%；10℃下PC1和PC2貢獻(xiàn)率分別為86.03%和13.78%，兩者之和為99.81%。DFA分析是在PCA的基礎(chǔ)上，對(duì)揮發(fā)性氣味的響應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)一步優(yōu)化處理，將氣味數(shù)據(jù)的差異性盡可能地?cái)U(kuò)大，從而可以更好地將不同新鮮度的樣品區(qū)分開(kāi)。圖1（b）和1（d）分別為0℃和10℃下雞肉貯藏期間的DFA圖，0℃下第一判別因子（DF1）和第二判別因子（DF2）貢獻(xiàn)率分別為94.79%和4.93%，累積貢獻(xiàn)率為99.72%；10℃下DF1和DF2貢獻(xiàn)率分別為96.20%和3.79%，兩者之和為99.99%。前兩個(gè)主成分與判別因子的總貢獻(xiàn)率均較大，說(shuō)明前兩個(gè)主成分和判別因子均能較全面地代表原有信息。

根據(jù)0℃下的PCA和DFA圖，兩種分析方法均能將貯藏0～8d的雞肉區(qū)分開(kāi)。第0～3d的數(shù)據(jù)分布相對(duì)較集中，可能是由于雞肉在低溫時(shí)微生物生長(zhǎng)受抑制，肉品較新鮮，氣味變化不明顯。3d后氣味變化顯著，第4～5d和6～8d氣味分布區(qū)域分別較接近。由10℃下雞肉的PCA和DFA圖可見(jiàn)，0～5d的樣品可以區(qū)分開(kāi)，且氣味分布明顯呈三個(gè)區(qū)域：0、1～3d和4～5d。

表2為0℃和10℃雞肉貯藏期間TVBN值，根據(jù)國(guó)標(biāo)GB 16869-2005［14］規(guī)定的肉品新鮮度的判斷標(biāo)準(zhǔn)：一級(jí)鮮度TVBN值≤15.0mg/100g；二級(jí)鮮度TVBN值15～25.0mg/100g；腐敗肉TVBN值＞25.0mg/100g。雞肉在0℃貯藏期間，3d內(nèi)為一級(jí)新鮮肉，第4d開(kāi)始鮮度下降，第4～5d為二級(jí)新鮮肉，此后為腐敗肉。在10℃條件下，貯藏1d后即達(dá)到一級(jí)鮮度的上限，第2d為二級(jí)鮮度，此后為腐敗肉。通過(guò)電子鼻PCA和DFA分析獲得的結(jié)果與相同溫度下根據(jù)理化指標(biāo)判斷的新鮮度結(jié)果具有較好的相關(guān)性。

圖1　雞肉貯藏期間氣味指紋PCA和DFA分析圖Fig.1　PCA and DFA charts for odor fingerprint of chicken samples during storage

圖2　雞肉電子鼻響應(yīng)信號(hào)與TVBN、菌落總數(shù)和感官評(píng)分的PLS分析Fig.2　PLS analysis between electronic nose signals and TVBN，total number of colonies and sensory scores of chicken samples

2.2電子鼻檢測(cè)結(jié)果與雞肉品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

利用PLS對(duì)樣品的氣味信號(hào)值進(jìn)行擬合［6］，以明確電子鼻分析結(jié)果與測(cè)定值間的相關(guān)性。分別以0℃和10℃下不同貯藏天數(shù)肉樣的TVNB、菌落總數(shù)和感官評(píng)分的實(shí)測(cè)值為橫坐標(biāo)，電子鼻預(yù)測(cè)值為縱坐標(biāo)，建立PLS擬合曲線。由圖2可知，0℃條件下TVBN、菌落總數(shù)和感官評(píng)分實(shí)測(cè)值與電子鼻預(yù)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)分別為0.9920、0.9656和0.9812；10℃時(shí)對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)分別為0.9873、0.9762和0.9880。可見(jiàn)，TVBN、菌落總數(shù)和感官評(píng)分與電子鼻輸出信號(hào)間的PLS曲線有較好的線性關(guān)系。這與前人的研究結(jié)果相似，如EL Barbrin等［15］證實(shí)牛、羊肉在不同溫度、不同貯藏時(shí)間時(shí)，電子鼻輸出信號(hào)與樣品負(fù)載的細(xì)菌總數(shù)存在較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。王丹鳳等［16］利用PLS建立了電子鼻輸出信號(hào)與豬肉細(xì)菌總數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，4℃時(shí)相關(guān)系數(shù)為0.9003，20℃時(shí)相關(guān)系數(shù)為0.9940。候巧娟等［17］采用電子鼻對(duì)大黃魚(yú)不同貯藏時(shí)間的揮發(fā)性氣味及相關(guān)指標(biāo)變化進(jìn)行分析，利用PLS擬合的氣味信號(hào)值與大黃魚(yú)菌落總數(shù)、揮發(fā)性鹽基氮和三甲胺的關(guān)系曲線相關(guān)性較好。

3　結(jié)論

用PCA和DFA法分別對(duì)不同貯藏溫度和貯藏時(shí)間的雞肉電子鼻檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，兩種方法均能將0℃和10℃下不同貯藏天數(shù)的雞肉區(qū)分開(kāi)，且氣味分布具有一定的規(guī)律性，結(jié)合TVBN值和肉品新鮮度判斷標(biāo)準(zhǔn)，表明0、10℃貯藏的雞肉在PCA和DFA圖中的分布與其新鮮度具有較好的相關(guān)性，即根據(jù)0、10℃雞肉PCA和DFA圖可大致判斷其新鮮程度。利用PLS法分別建立了雞肉在0℃和10℃下不同貯藏時(shí)間電子鼻輸出信號(hào)與TVBN、菌落總數(shù)和感官評(píng)分的關(guān)系曲線，0℃樣品的TVBN、菌落總數(shù)和感官評(píng)分實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)分別為0.9920、0.9656和0.9812；10℃樣品對(duì)應(yīng)的相關(guān)系數(shù)分別為0.9873、0.9762和0.9880?？刹捎秒娮颖菍?duì)雞肉的TVBN、菌落總數(shù)和感官評(píng)分值進(jìn)行預(yù)測(cè)。因此，電子鼻可作為一種快速檢測(cè)方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的理化、微生物和感官分析方法，用于雞肉品質(zhì)劣變的評(píng)價(jià)。

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Analysis of chicken quality deterioration by electronic nose

WU Sheng-gang1，ZHANG Yu-hua1，2，MENG Yi1，CHEN Dong-jie2，ZHANG Yong-mei1，ZHANG Ying-long1，2
（1.Shandong Institute of Commerce and Technology Shandong Key Laboratory of Storage and Transportation Technology of Agricultural Products，Ji’nan 250103，China；2.Shandong National Engineering Research Center for Agricultural Products Logistics，Ji’nan 250103，China）

Odor fingerprint analysis of chicken samples stored at 0℃and 10℃for different time was carried out using electronic nose.At the same time the total volatile basic nitrogen（TVBN）and total number of colonies were detected，and sensory change was evaluated.Odor fingerprint data were analyzed using methods of principal component analysis（PCA）and discriminant factor analysis（DFA）.Correlation curves between electronic nose output signals and TVBN，the total number of colonies and sensory scores，respectively were established using partial least squares（PLS）.Results showed that chicken samples stored at 0℃ and 10℃ for different storage days could be distinguished using PCA and DFA analysis.There was good correlation between the results obtained by electronic nose combined with PCA and DFA analysis and the samples’freshness.The correlation coefficients between TVBN，the total number of colonies and sensory scores and odor signal values fitted by PLS for 0℃samples，respectively，were 0.9920，0.9656 and 0.9812.And the correlation coefficients for 10℃samples were 0.9873，0.9762 and 0.9880.Electronic nose not only could distinguish samples under 0℃and 10℃for different time，but could predict TVBN value，the total number of colonies and sensory scores of samples.

odor fingerprint；electronic nose；chicken；quality deterioration

TS254.7

A

1002-0306（2015）14-0053-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.14.002

2014－11－13

吳升剛（1972-），男，碩士，副教授，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。

張玉華（1973-），女，博士，教授，研究方向：食品質(zhì)量安全。

國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2013BAD19B02）；山東省自主創(chuàng)新及成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)（2014ZZCX02701）。