李 培 牛智有,2 朱 明,2 邵愷懌 耿 婕 李洪成

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 武漢 430070； 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江中下游農(nóng)業(yè)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 武漢 430070)

0 引言

魚(yú)粉是以一種或多種魚(yú)類(lèi)為原料，經(jīng)去油、脫水、粉碎加工后蛋白質(zhì)含量較高的飼料原料。近幾年，隨著我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模的增大，水產(chǎn)飼料需求量快速增長(zhǎng)，對(duì)魚(yú)粉的需求量也呈持續(xù)高增長(zhǎng)趨勢(shì)[1]。魚(yú)粉是一種重要的飼料蛋白質(zhì)來(lái)源，其品質(zhì)直接影響飼料產(chǎn)品的質(zhì)量[2]。在運(yùn)輸、貯藏過(guò)程中，由于溫度、濕度等的影響，魚(yú)粉會(huì)發(fā)生蛋白質(zhì)-脂類(lèi)的共價(jià)相互作用，造成營(yíng)養(yǎng)成分的大量流失，并生成有害物質(zhì)，這不僅會(huì)危害動(dòng)物健康，也會(huì)對(duì)人類(lèi)的健康構(gòu)成威脅[3]，因此對(duì)魚(yú)粉新鮮度的檢測(cè)尤為重要。揮發(fā)性鹽基氮(Total volatile basic nitrogen，TVB-N)含量和酸價(jià)(Acid values, AV)是評(píng)價(jià)魚(yú)粉新鮮度的主要指標(biāo)，但其測(cè)量方法耗時(shí)、耗力。魚(yú)粉品質(zhì)變化與魚(yú)粉所揮發(fā)出來(lái)的氣味有很大的關(guān)系。新鮮的優(yōu)質(zhì)魚(yú)粉氣味純正，存放過(guò)久、受潮腐敗的魚(yú)粉常有腥臭味、哈喇味和刺鼻的氨味，研究魚(yú)粉揮發(fā)氣味對(duì)判斷魚(yú)粉的品質(zhì)具有重要作用。

近年來(lái)，電子鼻和氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用(Gas chromatography-mass spectrometry, GC-MS)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域[4-10]。兩者的結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)魚(yú)粉新鮮度的全面分析，但目前鮮有對(duì)揮發(fā)性物質(zhì)含量快速檢測(cè)的研究報(bào)道。

為了能夠全面、快速分析魚(yú)粉的新鮮度，本文將電子鼻與頂空固相微萃取氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)結(jié)合，以揮發(fā)性物質(zhì)含量輔助評(píng)價(jià)魚(yú)粉的新鮮度。首先，通過(guò)頂空固相微萃取氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)得到不同新鮮度魚(yú)粉的揮發(fā)性物質(zhì)含量和種類(lèi)，以研究不同新鮮度魚(yú)粉揮發(fā)性物質(zhì)的變化機(jī)理；然后，在所研制的電子鼻的基礎(chǔ)上，依據(jù)傳感器響應(yīng)采用多元線(xiàn)性回歸(Multiple linear regression, MLR)和最近鄰回歸(K-nearest neighbor, KNN)方法對(duì)魚(yú)粉的揮發(fā)性物質(zhì)建立預(yù)測(cè)模型。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

采集4種新鮮魚(yú)粉(其中3種進(jìn)口魚(yú)粉，分別來(lái)自秘魯、美國(guó)和俄羅斯，1種國(guó)產(chǎn)魚(yú)粉)放置于溫度35℃、相對(duì)濕度80%的恒溫恒濕人工氣候箱中，使魚(yú)粉隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸腐敗變質(zhì)，在儲(chǔ)藏的過(guò)程中每隔一段時(shí)間對(duì)不同儲(chǔ)藏時(shí)間的魚(yú)粉樣本進(jìn)行采集并作為試驗(yàn)樣本，共采集了18種儲(chǔ)藏時(shí)間等級(jí)的魚(yú)粉，用于揮發(fā)性氣體成分檢測(cè)。并將這18個(gè)不同新鮮度魚(yú)粉樣本進(jìn)行編號(hào)，記為1～18(新鮮度隨樣本編號(hào)的增大越來(lái)越差)。

1.2 試驗(yàn)儀器

DF101-S型恒溫磁力式攪拌器(鞏義泰洪升儀器廠(chǎng))；DSQ-Ⅱ型氣質(zhì)聯(lián)用儀(美國(guó)賽默飛公司)；萃取纖維頭(2 cm-50/30μm DVB/CAR/PDMS StableFlex，美國(guó)Supelco 公司)；20 mL螺口透明圓底頂空瓶(美國(guó)Agilent公司)；氯化鈉(分析純，上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；正構(gòu)烷烴(C7～C40，美國(guó)AccuStandard公司)。RGX-250B型人工氣候箱(上海坤天儀器有限公司)；自行研制的基于仿生嗅覺(jué)的魚(yú)粉新鮮度檢測(cè)裝置，如圖1(圖中實(shí)線(xiàn)表示氣路，虛線(xiàn)表示電路)所示。該裝置主要由氣體采集與傳輸模塊、以樹(shù)莓派為核心的控制處理存儲(chǔ)模塊、ARPI600數(shù)據(jù)采集模塊、傳感器陣列模塊組成。傳感器陣列模塊為該裝置的核心部件，主要由10個(gè)氣體傳感器組成，即傳感器1～10，各傳感器所能檢測(cè)的目標(biāo)氣體如表1所示。

表1 氣體傳感器所測(cè)量的目標(biāo)氣體以及檢測(cè)范圍Tab.1 Target gas measured by gas sensors and detection range

圖1 電子鼻的系統(tǒng)組成框圖Fig.1 Block diagram of detection device system

1.3 理化指標(biāo)測(cè)定

酸價(jià)測(cè)定方法：采用GB/T 19164—2003方法測(cè)定[11]。揮發(fā)性鹽基氮含量測(cè)定方法：采用GB/T 5009.228—2016中的自動(dòng)凱氏定氮儀法測(cè)定[12]。

1.4 電子鼻數(shù)據(jù)采集

測(cè)試時(shí)，首先對(duì)該檢測(cè)裝置進(jìn)行預(yù)熱，再經(jīng)活性炭過(guò)濾之后的純凈空氣對(duì)裝置進(jìn)行清洗，經(jīng)試驗(yàn)優(yōu)化得到清洗時(shí)間為77 s；然后將80 g魚(yú)粉樣本置于250 mL的高硼硅采樣瓶中，由微型氣泵將樣本產(chǎn)生的頂空氣體抽至檢測(cè)裝置的氣體采樣室中，與位于采樣室中的氣體傳感器發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而引起傳感器的阻值發(fā)生變化，泵的流速為2.2 L/min。經(jīng)試驗(yàn)優(yōu)化得到該裝置的檢測(cè)時(shí)間為39 s，數(shù)據(jù)采樣間隔為1 s。最后每次采樣完之后對(duì)裝置進(jìn)行清洗復(fù)原，進(jìn)行下一個(gè)樣本的測(cè)試。

在儲(chǔ)藏的過(guò)程中采集了18個(gè)不同儲(chǔ)藏時(shí)間等級(jí)的魚(yú)粉作為試驗(yàn)樣本，同一儲(chǔ)藏時(shí)間的樣品平行測(cè)試11次，共進(jìn)行198次電子鼻測(cè)試試驗(yàn)。

1.5 GC-MS檢測(cè)

1.5.1頂空固相微萃取

準(zhǔn)確稱(chēng)取樣品3 g于20 mL頂空瓶中，加入4 mL飽和NaCl溶液，將其放入恒溫磁力攪拌器中67℃平衡10 min，然后將已老化的50/30 μm DVB/CAR/PDMS型萃取頭插入頂空瓶中于67℃萃取40 min后拔出，再插入到GC進(jìn)樣口，解吸5 min，拔出，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)試3次。

1.5.2檢測(cè)條件

色譜柱：TG-5MS(30 m×0.25 mm，0.25 μm)；載氣為氦氣，流速1 mL/min；升溫程序：柱初溫40℃，保持5 min，以4℃/min升至120℃，保持1 min，再以13℃/min升至250℃，保持5 min；進(jìn)樣口溫度250℃，分流進(jìn)樣，分流比為5∶1。

質(zhì)譜條件：傳輸線(xiàn)溫度280℃；離子源溫度230℃；四級(jí)桿溫度150℃；電子離子源；電子能量70 eV；溶劑延遲1 min；全掃描方式；質(zhì)量掃描范圍50～500(質(zhì)荷比)。

1.5.3揮發(fā)性物質(zhì)定性及定量分析

利用隨機(jī)Xcalibur工作站NIST2014標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)進(jìn)行揮發(fā)性成分定性分析，通過(guò)將化合物的質(zhì)譜和保留時(shí)間與注入的真實(shí)標(biāo)準(zhǔn)(C7～C40)的質(zhì)譜和保留時(shí)間進(jìn)行比較來(lái)鑒定化合物，根據(jù)揮發(fā)物的保留時(shí)間計(jì)算保留指數(shù)(Retention index, RI)，計(jì)算公式為[13]

(1)

其中

TRn

式中Ri——保留指數(shù)

TRx——待測(cè)組分的保留時(shí)間，min

n——正構(gòu)烷烴的碳原子數(shù)

采用峰面積歸一化法計(jì)算各揮發(fā)性化合物的相對(duì)含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同新鮮度魚(yú)粉的理化指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

不同新鮮度魚(yú)粉中揮發(fā)性鹽基氮含量(質(zhì)量比)和酸價(jià)如表2所示。從表2可以看出，魚(yú)粉在高溫高濕條件下儲(chǔ)藏的過(guò)程中，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加(儲(chǔ)藏時(shí)間隨樣本編號(hào)的增大而增加)，魚(yú)粉中揮發(fā)性鹽基氮含量呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，表明魚(yú)粉隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加而逐步變質(zhì)腐敗。酸價(jià)變化規(guī)律不明顯。

表2 不同新鮮度魚(yú)粉的理化指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果Tab.2 Test results of physical and chemical indexes of fish meal with different freshness

2.2 電子鼻檢測(cè)

電子鼻可以敏感獲取樣品的氣味信息，揮發(fā)性化合物的微小變化可能導(dǎo)致傳感器響應(yīng)的差異。本文以歸一化后的傳感器響應(yīng)信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)均值為研究對(duì)象，選取了5種不同新鮮度的魚(yú)粉樣本(分別對(duì)應(yīng)表2中樣本編號(hào)為4、7、11、14、17的樣本)，得到了相對(duì)應(yīng)的指紋圖譜，如圖2所示。圖2顯示了5種新鮮度魚(yú)粉樣本之間的明顯差異，樣本17 的傳感器信號(hào)強(qiáng)度顯著高于其他新鮮度魚(yú)粉的傳感器信號(hào)強(qiáng)度，樣本7、樣本11和樣本14在一些傳感器上的響應(yīng)較為相似，表明在樣品中存在相似的揮發(fā)性成分；因此雷達(dá)圖可以作為一種簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)工具，可以有效區(qū)分不同新鮮度魚(yú)粉的揮發(fā)性成分。

圖2 不同新鮮度魚(yú)粉電子鼻的指紋圖譜Fig.2 Fingerprints of detection system with different freshness fish meal

2.3 不同新鮮度魚(yú)粉揮發(fā)性物質(zhì)的GC-MS測(cè)定

采用SPME-GC-MS方法，對(duì)18個(gè)不同儲(chǔ)藏時(shí)間的魚(yú)粉所揮發(fā)出來(lái)的物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，共檢測(cè)和鑒定出醇類(lèi)、醛類(lèi)、酸類(lèi)、烴類(lèi)、酮類(lèi)、含硫、含氮、酯類(lèi)、酚類(lèi)、醚類(lèi)和其他類(lèi)化合物11類(lèi)，共計(jì)101種。不同新鮮度魚(yú)粉的揮發(fā)性物質(zhì)含量存在顯著差異，通過(guò)揮發(fā)性物質(zhì)來(lái)鑒別不同新鮮度等級(jí)的魚(yú)粉是一個(gè)很好的方法。由于制作魚(yú)粉的原料為各種魚(yú)類(lèi)，所以不同儲(chǔ)藏時(shí)間魚(yú)粉所揮發(fā)出來(lái)的物質(zhì)與魚(yú)類(lèi)揮發(fā)出來(lái)的物質(zhì)比較相似。

圖3a為不同儲(chǔ)藏時(shí)間等級(jí)魚(yú)粉的各類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)相對(duì)含量。從圖中可以看出，醛類(lèi)化合物相對(duì)含量顯著降低，酮類(lèi)化合物相對(duì)含量則有所上升，醇類(lèi)化合物、烴類(lèi)化合物、酯類(lèi)化合物、酚類(lèi)化合物在儲(chǔ)藏過(guò)程中相對(duì)含量呈先上升后下降的趨勢(shì)，酸類(lèi)化合物、含氮化合物、含硫化合物、醚類(lèi)化合物相對(duì)含量則呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。圖3b為不同儲(chǔ)藏時(shí)間等級(jí)魚(yú)粉揮發(fā)性物質(zhì)種類(lèi)花瓣韋恩圖。從圖中可以看出，18個(gè)不同新鮮度魚(yú)粉樣本分別鑒定出揮發(fā)性物質(zhì)39、45、44、41、35、28、39、31、38、33、33、35、38、31、34、29、34、35種，這些魚(yú)粉樣本的共同揮發(fā)性物質(zhì)有6種，分別為壬醛、癸醛、十二烷、十四烷、萘和苯乙酮。由于在儲(chǔ)藏的過(guò)程中受到微生物、光照等的影響，會(huì)發(fā)生脂肪氧化、蛋白質(zhì)水解等現(xiàn)象，因此會(huì)出現(xiàn)舊物質(zhì)的消失和新物質(zhì)的生成，所以18個(gè)不同新鮮度的魚(yú)粉所共有的揮發(fā)性物質(zhì)較少。圖4為不同儲(chǔ)藏時(shí)間等級(jí)魚(yú)粉各類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)種類(lèi)數(shù)量的比較結(jié)果。從圖中可以看出，在儲(chǔ)藏的過(guò)程中，醛酮類(lèi)化合物的種類(lèi)數(shù)量較多，酯類(lèi)、酚類(lèi)、醚類(lèi)化合物種類(lèi)數(shù)量則較少，說(shuō)明醛酮類(lèi)化合物在魚(yú)粉的揮發(fā)性物質(zhì)中有著重要的作用。

圖4 不同儲(chǔ)藏時(shí)間等級(jí)魚(yú)粉各類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)種類(lèi)數(shù)量Fig.4 Numbers of various volatile compounds in fish meal with different storage time levels

圖3 不同儲(chǔ)藏時(shí)間等級(jí)魚(yú)粉中各類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)相對(duì)含量和種類(lèi)Fig.3 Relative content and types of all kinds of volatile components in fish meal at different storage time levels

2.4 揮發(fā)性物質(zhì)分析

2.4.1醇類(lèi)化合物

GC-MS鑒定出來(lái)的醇類(lèi)化合物有11種，且醇類(lèi)化合物在儲(chǔ)藏過(guò)程中相對(duì)含量為先上升后下降趨勢(shì)。在這些醇類(lèi)化合物中，苯甲醇、1-庚醇、2-辛炔-1-醇、1-己烯-3-醇、2-乙基-1-己醇、1-辛烯-3-醇僅在儲(chǔ)藏初期出現(xiàn)，而3-甲基-1-丁醇則在儲(chǔ)藏后期生成。1-辛烯-3-醇被報(bào)道廣泛存在于魚(yú)類(lèi)中，揮發(fā)性氣味濃郁，產(chǎn)生于亞油酸的氫過(guò)氧化物降解作用[14]。3-甲基-1-丁醇與微生物的活性有關(guān)，被認(rèn)為是評(píng)價(jià)魚(yú)類(lèi)在儲(chǔ)藏期間腐敗或失去新鮮度的一個(gè)指標(biāo)。(Z)-2-戊烯-1-醇在儲(chǔ)藏的過(guò)程中逐漸減少，文獻(xiàn)[15]報(bào)道(Z)-2-戊烯-1-醇、1-辛烯-3-醇、1-戊烯-3-醇可以被用來(lái)作為鮭魚(yú)新鮮度的潛在標(biāo)記物。

2.4.2醛酮類(lèi)化合物

醛酮類(lèi)化合物在儲(chǔ)藏的過(guò)程中相對(duì)含量較高，且閾值較低，對(duì)風(fēng)味貢獻(xiàn)較大[16]，且在不同儲(chǔ)藏時(shí)間等級(jí)的魚(yú)粉中相對(duì)含量較高。在魚(yú)粉儲(chǔ)藏的過(guò)程中共檢測(cè)到醛類(lèi)化合物20種，酮類(lèi)化合物26種。醛酮類(lèi)化合物主要由不飽和脂肪酸的氧化、氨基酸的降解以及美拉德反應(yīng)或微生物的氧化生成[3]。其中，壬醛、癸醛在儲(chǔ)藏的過(guò)程中始終存在，這與文獻(xiàn)[17]在大菱鲆揮發(fā)性物質(zhì)檢測(cè)中的結(jié)果一致。一些醛類(lèi)化合物被認(rèn)為是新鮮魚(yú)類(lèi)的主要揮發(fā)性物質(zhì)，在儲(chǔ)藏初期，醛類(lèi)化合物相對(duì)含量為48.99%，但在儲(chǔ)藏末期魚(yú)粉中相對(duì)含量為0.95%，醛類(lèi)化合物顯著降低，這與文獻(xiàn)[18]對(duì)三文魚(yú)片冷藏過(guò)程中揮發(fā)性成分的變化一致；醛類(lèi)化合物相對(duì)含量顯著下降，主要是微生物和內(nèi)源酶的作用引起。新鮮魚(yú)粉揮發(fā)性物質(zhì)特征包含了由多不飽和脂肪酸氧合酶作用產(chǎn)生的6、8、9個(gè)碳原子的醛類(lèi)化合物[15]。己醛是魚(yú)類(lèi)特有的甜味劑的一個(gè)重要貢獻(xiàn)者，據(jù)報(bào)道，其主要是由魚(yú)肉中最豐富的脂肪酸亞油酸氧化形成的[19]，己醛在儲(chǔ)藏前期存在，在儲(chǔ)藏后期檢測(cè)不到。庚醛主要由n-6多不飽和脂肪酸氧化形成[20]，其也在儲(chǔ)藏前期存在，在儲(chǔ)藏后期檢測(cè)不到，而壬醛則來(lái)自于n-9多不飽和脂肪酸的氧化作用[21]，在儲(chǔ)藏過(guò)程中相對(duì)含量降低。3-甲基丁醛的產(chǎn)生與Strecker降解和微生物對(duì)亮氨酸和異亮氨酸的活性有關(guān)[22]，苯乙醛的產(chǎn)生與苯丙氨酸有關(guān)，并在熏魚(yú)中檢測(cè)到[23]，這兩種物質(zhì)都是在儲(chǔ)藏初期含量較高，在儲(chǔ)藏后期含量下降甚至消失。酮類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)相對(duì)含量則有所上升，儲(chǔ)藏初期魚(yú)粉中酮類(lèi)化合物相對(duì)含量為28.55%，但在儲(chǔ)藏末期魚(yú)粉中則為51.43%，增加了近50%。含量較高的(E,E)-3,5-辛二烯-2-酮?jiǎng)t在儲(chǔ)藏后期消失。此外，2-十一烷酮、苯乙酮、6-甲基-5-庚烯-2-酮和2-壬酮均在魚(yú)類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)中檢測(cè)到[24]。

2.4.3酸酯酚醚類(lèi)化合物

酸類(lèi)化合物相對(duì)含量在儲(chǔ)藏過(guò)程中呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，且共檢測(cè)到8種酸類(lèi)化合物。酸類(lèi)物質(zhì)可能來(lái)源于甘油和磷脂的降解，己酸在檢測(cè)到的儲(chǔ)藏時(shí)間等級(jí)內(nèi)含量無(wú)顯著性差異。辛酸和3-甲基丁酸具有奶油和油脂味，在樣本3下檢測(cè)到辛酸，在樣本18下3-甲基丁酸消失。酯類(lèi)、酚類(lèi)和醚類(lèi)化合物種類(lèi)和含量較少，且隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加，酯類(lèi)、酚類(lèi)化合物呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，酯類(lèi)化合物的增加可能是由于魚(yú)肉中的酶和微生物新陳代謝的共同作用所致。醚類(lèi)化合物只在樣本7、11、13、18中出現(xiàn)。

2.4.4烴類(lèi)化合物

魚(yú)粉揮發(fā)性物質(zhì)中共鑒定出烴類(lèi)化合物9種，在儲(chǔ)藏過(guò)程中烴類(lèi)化合物相對(duì)含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。據(jù)報(bào)道，烴類(lèi)化合物由于其較高的氣味閾值而對(duì)風(fēng)味貢獻(xiàn)較低。在魚(yú)粉儲(chǔ)藏過(guò)程中，芳香烴-萘在儲(chǔ)藏期間表現(xiàn)出變異性，而且在不同魚(yú)類(lèi)中也被報(bào)道，然而其來(lái)源尚未完全闡明。萘可能來(lái)自周?chē)h(huán)境，并在龍蝦、扇貝、螃蟹中也被檢測(cè)到[25]。

2.4.5含氮、含硫化合物

含氮化合物、含硫化合物相對(duì)含量均呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。含氮化合物主要為三甲胺、吡嗪類(lèi)化合物、呋喃類(lèi)化合物、吡啶類(lèi)化合物等化合物，共計(jì)15種。三甲胺在儲(chǔ)藏過(guò)程中逐漸增加，三甲胺由氧化三甲胺在細(xì)菌酶的作用下產(chǎn)生，呈現(xiàn)不好的氨味，廣泛存在于海魚(yú)等水產(chǎn)品中[26]，是魚(yú)類(lèi)腐敗的標(biāo)志物。吡嗪類(lèi)化合物主要產(chǎn)生于α-氨基酮經(jīng)美拉德反應(yīng)，但也可能與微生物有關(guān)[27]，呋喃類(lèi)產(chǎn)生于糖焦糖化和碳水化合物的降解作用；2-戊基呋喃形成主要與加熱過(guò)程中的脂質(zhì)氧化和降解作用有關(guān)，一般存在于熟肉和肉制品中，賦予產(chǎn)品烘烤味，出現(xiàn)這個(gè)物質(zhì)的原因可能是由于魚(yú)粉的蒸煮等加工工藝的影響。

魚(yú)粉揮發(fā)性物質(zhì)中共鑒定出含硫化合物4種，這些化合物都經(jīng)歷了從無(wú)到有的過(guò)程，即在特別新鮮的魚(yú)粉樣本中檢測(cè)不到，但隨著魚(yú)粉品質(zhì)變得不新鮮，出現(xiàn)了這些含硫化合物，這可能是蛋氨酸通過(guò)酵母代謝的中間產(chǎn)物甲硫醇進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為二甲基二硫、二甲基三硫等硫化物[28]。

2.4.6其他類(lèi)化合物

由于加工魚(yú)粉所用的原料為魚(yú)類(lèi)，所以檢測(cè)到的魚(yú)粉所揮發(fā)出來(lái)的氣味與魚(yú)類(lèi)所揮發(fā)出來(lái)的物質(zhì)類(lèi)似，但是魚(yú)粉作為一種飼料原料，不僅只是原料魚(yú)的簡(jiǎn)單加工，而是需要一些其他添加劑以方便魚(yú)粉運(yùn)輸和儲(chǔ)藏。因此在檢測(cè)中便發(fā)現(xiàn)有乙氧喹和γ-脫氫酶，乙氧喹是一種性能優(yōu)良的抗氧化劑，把它添加到飼料中，可有效地防止飼料中的營(yíng)養(yǎng)成分(如脂肪、蛋白質(zhì)、維生素等)受空氣中氧的作用而發(fā)生變質(zhì)[29]。γ-脫氫酶是一種抗氧化酶，抗氧化酶與抗氧化劑不同，一旦有過(guò)氧化物形成，它們就會(huì)立刻發(fā)揮作用，利用氧化還原反應(yīng)將有毒害的過(guò)氧化物轉(zhuǎn)換為低毒害甚至無(wú)毒害的物質(zhì)。而在魚(yú)粉中檢測(cè)到尿素，則可能是由于部分廠(chǎng)家為了提高化驗(yàn)結(jié)果的蛋白質(zhì)含量，冒充高檔魚(yú)粉，也有可能是由于微生物等作用產(chǎn)生的物質(zhì)。

2.5 揮發(fā)性物質(zhì)模型建立

由于氣體傳感器陣列只給出了魚(yú)粉氣味的整體信息，而GC-MS給出了魚(yú)粉樣本揮發(fā)性成分的詳細(xì)信息，因此建議根據(jù)氣體傳感器響應(yīng)來(lái)得到魚(yú)粉樣本具體揮發(fā)性成分信息[30]，以輔助評(píng)判魚(yú)粉的新鮮度。本文選擇了對(duì)于KNN分類(lèi)方法來(lái)說(shuō)，單個(gè)特征分類(lèi)準(zhǔn)確率較好的傳感器響應(yīng)信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)均值作為輸入來(lái)分析不同種類(lèi)的揮發(fā)性物質(zhì)[31]。不同種類(lèi)的揮發(fā)性物質(zhì)以及由參考文獻(xiàn)獲得的明顯表征不同儲(chǔ)藏時(shí)間魚(yú)粉逐漸腐敗或失去新鮮度的標(biāo)記物被選中進(jìn)行進(jìn)一步分析。多元線(xiàn)性回歸和KNN回歸算法被用于揮發(fā)性物質(zhì)模型的建立。用固相微萃取-氣相色譜/質(zhì)譜法測(cè)定揮發(fā)性物質(zhì)的相對(duì)含量，作為回歸模型的參考數(shù)據(jù)。多元回歸的目的是根據(jù)一組自變量(如氣體傳感器響應(yīng)信號(hào)值)到另一組連續(xù)的因變量(如揮發(fā)性物質(zhì)相對(duì)含量)建立預(yù)測(cè)模型。KNN回歸算法的核心思想是對(duì)于一個(gè)新輸入的數(shù)據(jù)，計(jì)算給定樣本數(shù)據(jù)集中每個(gè)樣本與新輸入數(shù)據(jù)的距離，按照距離遞增排序，通過(guò)找出一個(gè)樣本的k個(gè)最近鄰居，將這些鄰居某個(gè)屬性的平均值賦給該樣本，就可以得到該樣本對(duì)應(yīng)屬性的值，根據(jù)前期試驗(yàn)得到本文的k=2效果較好。利用這些回歸模型，建立了檢測(cè)系統(tǒng)的傳感器響應(yīng)信號(hào)值與魚(yú)粉揮發(fā)性物質(zhì)含量之間的關(guān)系。用于評(píng)估模型預(yù)測(cè)能力的參數(shù)有：實(shí)際變量與預(yù)測(cè)變量之間的相關(guān)系數(shù)(R)和均方根誤差。

表3為兩種預(yù)測(cè)模型的相關(guān)系數(shù)和均方根誤差，圖5為不同種類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)的KNN回歸模型預(yù)測(cè)結(jié)果。從表3和圖5中可以看出，魚(yú)粉不同種類(lèi)的揮發(fā)性物質(zhì)都得到了比較好的預(yù)測(cè)結(jié)果。與MLR方法相比，KNN回歸算法具有更好的預(yù)測(cè)能力，測(cè)試集相關(guān)系數(shù)在0.763 3～0.999 9之間，均方根誤差在0.086 7%～8.465 5%之間。因此，利用檢測(cè)系統(tǒng)中傳感器的響應(yīng)信息能夠?qū)崿F(xiàn)魚(yú)粉揮發(fā)性物質(zhì)含量的預(yù)測(cè)，也證明了檢測(cè)系統(tǒng)適合作為GC-MS的替代方法來(lái)評(píng)價(jià)不同新鮮度等級(jí)的魚(yú)粉。

表3 預(yù)測(cè)模型的相關(guān)系數(shù)和均方根誤差Tab.3 Correlation coefficient and RMSE for prediction models

圖5 不同種類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)的KNN回歸模型預(yù)測(cè)結(jié)果Fig.5 Prediction results of KNN regression model of different volatile components

3 結(jié)論

(1)采用頂空固相微萃取氣質(zhì)聯(lián)用方法對(duì)18種不同儲(chǔ)藏時(shí)間魚(yú)粉的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè)，共檢測(cè)到101種揮發(fā)性物質(zhì)，主要包括醇類(lèi)、醛類(lèi)化合物等11種揮發(fā)性物質(zhì)，其中醛酮類(lèi)化合物的種類(lèi)較多。

(2)在儲(chǔ)藏過(guò)程中，醛類(lèi)化合物相對(duì)含量呈下降趨勢(shì)；酮類(lèi)化合物、酸類(lèi)化合物、含氮化合物、含硫化合物相對(duì)含量則呈上升趨勢(shì)；醇類(lèi)化合物、烴類(lèi)化合物、酯類(lèi)化合物、酚類(lèi)化合物相對(duì)含量呈先上升后下降的趨勢(shì)。得到了表征魚(yú)粉新鮮度的三甲胺、二甲基二硫、二甲基三硫等化合物。不同儲(chǔ)藏時(shí)間的魚(yú)粉揮發(fā)出來(lái)的物質(zhì)含量具有顯著差異，可通過(guò)揮發(fā)性物質(zhì)來(lái)鑒別不同新鮮度的魚(yú)粉。

(3)采用多元線(xiàn)性回歸方法和最近鄰算法(KNN)建立了魚(yú)粉各類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)含量和表征新鮮度的標(biāo)記物含量與傳感器響應(yīng)參數(shù)之間的回歸模型。與多元線(xiàn)性回歸方法相比，KNN回歸法具有更好的預(yù)測(cè)能力，得到測(cè)試集相關(guān)系數(shù)在0.763 3～0.999 9之間，均方根誤差在0.086 7%～8.465 5%之間。

(4)利用檢測(cè)系統(tǒng)中傳感器的響應(yīng)信息能夠?qū)崿F(xiàn)魚(yú)粉揮發(fā)性物質(zhì)的預(yù)測(cè)，也證明檢測(cè)系統(tǒng)適合作為GC-MS的替代方法來(lái)評(píng)價(jià)不同新鮮度的魚(yú)粉。