陈丽丽, 赵 利, 袁美兰, 肖 薇, 苏 琪, 江武青

(江西科技师范大学生命科学学院/国家淡水鱼加工技术研发分中心,江西南昌 330013)

电子鼻检测贮藏期草鱼新鲜度的变化

陈丽丽, 赵 利*, 袁美兰, 肖 薇, 苏 琪, 江武青

(江西科技师范大学生命科学学院/国家淡水鱼加工技术研发分中心,江西南昌 330013)

利用电子鼻技术对贮藏在不同温度(-4～15℃)与不同贮藏时间下(0～7 d)的草鱼挥发性气味进行了主要成分分析以及货架期分析,并结合挥发性盐基氮、菌落总数等相关理化品质指标进行分析.结果表明贮藏在不同温度条件下草鱼的挥发性盐基氮值与菌落总数值均随着贮藏时间的增加而增大,而且菌落总数符合一级化学动力学模型(R2＞0.9),基于电子鼻对-4～15℃下气味变化结果进行的货架期分析,与该温度下理化指标变化趋势有较好的对应关系.

电子鼻;温度;草鱼;理化指标

草鱼(Ctenopharyngodonidellus)属于鱼纲(Pisces)鲤形目(Cypriniformes)鲤科(Cyprinidae)草鱼属(Ctenopharyngodon),是生活中常见的淡水鱼.草鱼是淡水鱼中比较典型的草食性鱼类,肉嫩而不腻、韧性好、骨刺少、营养价值高[1].由于草鱼肉中多不饱和脂肪酸、蛋白质和水分含量较高,在贮藏过程中会产生一系列腐败变质现象,如脂肪酸氧化、蛋白质水解和微生物繁殖等,因此随着草鱼贮藏时间的延长,在鱼肉中积累的代谢产物会挥发出难闻的气味.对各种食品品质变化的研究可以采用感官评价以及理化指标的测定等方法[2],感官评价判断比较直接和综合,但费时、费力,而且会受到主观随意性等因素影响,准确性较差;而理化指标具有客观性,但检测过程相当烦琐、耗时较长,不能达到快速检测的目的.电子鼻技术能够客观、准确、快捷地模仿人类的嗅觉功能,且具有重复性好、不损伤样品等特点,因此越来越受到科研人员的重视[3-7].本文运用电子鼻技术测定了-4,0,4,8,15℃等5种温度条件以及贮藏不同时间(0～7 d)后,草鱼肉挥发性气味的变化规律,预测草鱼在不同温度条件下的货架期,为检测和控制鲜草鱼品质提供一些技术依据.

1 材料与方法

1.1 材料及预处理

新鲜草鱼,购自南昌市当地超市.

样品预处理是将买来的新鲜草鱼放入准备好的碎冰中,清洗后去内脏、头尾、鱼刺,然后切块(每块质量约30～50 g),并迅速装入真空包装袋,抽真空,尽量减少在空气中的暴露时间.分别贮藏在-4,0, 4,8,15℃条件下,在不同的时间内(0～7 d)取出样品进行电子鼻气味检测、挥发性盐基氮(the total volatile base nitrogen,TVBN)、菌落总数(aerobic plate count,APC)和pH值测定.

1.2 试剂与仪器

高氯酸、乙醇、硼酸均为分析纯.

FOX气味指纹分析系统,法国Alpha M.O.S公司;SPX-250型智能生化培养箱,常州迈科诺仪器有限公司;DZ-400/2L型真空包装机,诸城市天际食品机械有限公司;SW-CJ-1B/C型超净工作台,金坛市城西春兰实验仪器厂;Delta320型pH计,瑞士梅特勒-托利多国际股份有限公司;HA-300MD型数显立式压力蒸汽灭菌锅,日本HIRAYAMA公司.

1.3 实验方法

分别在0,1,2,3,4,5,6,7 d取出贮藏在不同温度下的样品,进行电子鼻气味分析、挥发性盐基氮、菌落总数以及pH值的测定.

1.3.1 总挥发性盐基氮的测定

参考中华人民共和国水产行业标准 SC/T 3032—2007中的水产品挥发性盐基氮的测定方法,稍作改动.准确称取15.00 g草鱼肉,放入烧杯中,加入90m L 0.6 mol/L高氯酸溶液,均质2～5 min,然后在5 000 r/min条件下离心,留上清液.准确吸取上清液5mL于半微量凯氏定氮仪反应室内,加1 ～2滴酚酞指示剂,再加5 mL 30 g/L的NaOH溶液;硼酸吸收液用标定后的0.01 mol/L的盐酸标准液进行滴定,根据消耗的盐酸溶液的体积计算TVBN的含量.

1.3.2 菌落总数的测定

采用食品安全国家标准GB 4789.2—2010中的食品微生物学检验菌落总数测定,并稍作改动.准确称取15.00 g鱼肉,放入已灭菌的烧杯中,再加入135 mL生理盐水,匀质5 min,根据要求稀释不同的梯度,然后取100μL稀释液涂抹在培养皿中,每个梯度涂两个平板.放置在37±1℃生化培养箱中培养48 h后计数.

1.3.3 pH值的测定

采用酸度计法 GB/T5009.45—2003,称取10.00 g草鱼肉于烧杯中,加入煮沸后冷却的蒸馏水至100mL,匀质5 min,5 000 r/min离心5 min或室温下静置30 min后,用pH计测定.

1.3.4 电子鼻分析

1)检测系统.法国Alpha M.O.S公司生产的Gemini系统,由6个金属氧化物传感器阵列组合而成,分别为:T70/2,PA/2,P30/1,P40/2,LY2/Gh和LY2/gCTL.

2)样品准备.精确称量贮藏在不同温度下的草鱼肉样品2.00 g,剪碎后放入10 mL顶空进样瓶中,加盖密封放入冰箱冷藏,待用.

3)手动注射进样参数.样品加热平衡温度37℃,平衡时间20min,注射体积2 000μL,总获取时间是90 s,获取间隔时间1 s,获取延滞时间210 s.

4)数据处理.利用Alphasoft 11.0统计分析软件进行多变量统计分析,包括主成分分析(principal component analysis,PCA)和货架期分析(shelf life, SL).

2 结果与分析

2.1 草鱼TVBN与贮藏时间的关系

水产品在贮藏中腐败变质的主要原因是由于内在因素(鱼肌肉中的内源酶)和外界环境(主要是微生物感染)的相互作用,使得鱼肉中不饱和脂肪酸发生氧化和蛋白质分解而产生了氨类、二甲胺和三甲胺等碱性含氮物质,TVBN含量的大小被广泛用作食品腐败程度的指标之一[8].在0～7 d内,贮藏在不同温度下的草鱼TVBN值随着贮藏时间的变化见图1.由图1可知,草鱼TVBN值随着贮藏时间的延长呈上升趋势,贮藏在15℃条件下的草鱼TVBN值变化最大,贮藏第2 d后,TVBN值超过了SC/T 3108—1986《鲜草鱼》标准规定的二级鲜度的标准(20mg/100 g).主要原因是在15℃下,微生物在草鱼中迅速繁殖以及鱼肉中酶活性也较高,从而加快了草鱼中蛋白质的降解和脂肪酸的氧化而出现腐败现象.而贮藏在-4℃和0℃条件下的草鱼TVBN值变化相对较小,贮藏一周后,TVBN值分别是14.27mg/100 g和15.86mg/100 g,均没有超过二级鲜度指标.贮藏在4,8℃的草鱼TVBN分别在第4 d和第6 d超过了规定的二级鲜度标准.这表明草鱼在不同贮藏温度条件下TVBN值会随着贮藏时间的延长而不断增加,且随着温度的升高,TVBN值迅速增加.

图1 不同贮藏温度条件下草鱼TVBN含量的变化Fig.1 Changes of the TVBN content in Grass Carp at different temperatures during storage

2.2 草鱼的APC与贮藏时间的关系

微生物的生长情况是影响食品保鲜的重要因素之一.所以食品保鲜的关键是有效的控制食品中微生物的生长.由表1可知,草鱼菌落总数在不同贮藏条件下发生了较明显的变化,草鱼菌落总数随着贮藏时间的延长而逐渐增多,贮藏在15℃和8℃条件下草鱼菌落总数变化最为明显,在8℃和15℃贮藏第1 d时,草鱼菌落总数均超过了SC/T 3108—1986《鲜草鱼》标准规定的草鱼菌落总数一级鲜度的标准(104cfu/g),而在第2 d时,贮藏在15℃下的草鱼菌落总数达到了4.67×106cfu/g,超过了上述规定的草鱼菌落总数二级鲜度的标准(106cfu/g).而贮藏在-4℃下的草鱼在第7 d时菌落总数仅为500 cfu/g,这表明在低温条件下,微生物生长受到了抑制.4℃和8℃分别在第6 d和第4 d超过了上述规定的草鱼菌落总数的二级鲜度标准.

由表1可知,草鱼在不同贮藏条件下的菌落总数值变化符合一级化学反应动力学模型规律(R2＞0.9),同时也分别得到了草鱼在不同贮藏条件下的反应速率常数k.因此可以按照SC/T3108—1986《鲜草鱼》规定标准的菌落总数二级鲜度标准初步判断不同贮藏条件下的货架期,4,8,15℃条件下的草鱼货架期分别是第6,4,2 d.

表1 不同贮藏条件下草鱼中菌落总数的变化Tab.1 Changes of aerobic plate count in Grass Carp at different temperatures during storage cfu/g

2.3 草鱼的pH值与贮藏时间的关系

由于草鱼在不同贮藏条件下会发生一系列的不饱和脂肪酸氧化(酸败现象)和蛋白质分解而产生的氨类和胺类等物质,所以草鱼贮藏过程中会伴随着pH值的变化.贮藏在不同条件下的草鱼pH值变化见图2,由图2可见,草鱼pH值变化没有明显的趋势且变化较小,变化较小的主要原因可能是由于不饱和脂肪酸的氧化酸败物质和蛋白质分解产生的胺类等碱性物质的相互作用,由于在草鱼贮藏过程中这两种现象同时发生,所以pH值变化不是很明显,除15℃外,pH值均在6～7范围内波动.

2.4 电子鼻检测结果

2.4.1 电子鼻主成分分析

图2 不同贮藏温度下草鱼pH值变化Fig.2 Changes of pH in Grass Carp at different temperatures during storage

主成分分析是对原始多维数据降维处理,用尽可能少的指标来表征原信息的一种方法[9].贮藏在不同温度条件下的草鱼电子鼻PCA分析见图3.从图3可以看出,草鱼贮藏在不同温度条件下的PCA图均不同,除-4℃外,其余4个温度条件下的PC1 与PC2贡献率之和均达到了99%,说明由第一和第二主成分构成的二维平面能够很好地说明不同贮藏条件下草鱼气味变化的差异.一般来说,贡献率越大说明主成分能较好地表征贮藏在不同条件下草鱼肉挥发出来的气味越明显[9].从图3中也可以看出,贮藏在不同条件下的草鱼挥发性气味有部分重叠,这主要是由于实验过程中选择的是手动进样方式,手动进样操作会在取样和进样过程中出现时间和空间上的误差.电子鼻预测带鱼[10]货架期实验中图谱也有叠加现象.此外,从电子鼻的PCA分析可得知,电子鼻技术能较好地分析草鱼在不同贮藏条件下的挥发性气味变化情况.

图3 不同贮藏温度下草鱼的PCAFig.3 PCA chart of Grass Carp at different temperatures during storage

2.4.2 电子鼻货架期分析

草鱼的电子鼻货架期分析是以PCA分析为基础,以时间为横坐标,相同条件下样品的不同贮藏时间的传感器响应值的重心差距为纵坐标,来表示草鱼在不同贮藏条件下的气味变化,如图4[10].由图4可见,草鱼在-4,0,4,8,15℃条件下气味变化的货架期分析有不同的突变点,4,8,15℃温度条件下草鱼的气味随贮藏时间的延长变化较大,这说明草鱼在该温度下贮藏不同的时间,产生了明显的气味及主成分改变,在不同的贮藏时间出现了突变点,即在4℃第6 d时发生了突然的改变,8℃和15℃分别在第4 d和第2 d出现了气味变化的突变点.此外,根据草鱼贮藏在不同条件下的挥发性盐基氮和菌落总数(图1和表1)在4,8,15℃分别于第6,4和2 d 时,均超过了二级鲜度标准,而-4,0℃条件下气味变化较小.可以得出电子鼻货架期分析气味的变化,与其理化品质指标有一定的对应关系.

图4 不同贮藏温度下草鱼的货架期分析Fig.4 Shelf life chart of Grass Carp at different temperatures during storage

3 结 论

本文利用电子鼻技术并结合理化指标,分析了在不同贮藏条件下的草鱼的挥发性气味及鲜度品质的变化规律.

1)贮藏在不同温度条件下草鱼的TVBN和APC均随着贮藏时间的延长和温度的升高而不断增加,且菌落总数符合一级化学反应动力学模型(R2＞0.9).

2)电子鼻的主成分分析和货架期的分析表明,电子鼻能很好地辨别与分析贮藏在不同温度条件下草鱼挥发出来的气味,且根据货架期分析、菌落总数以及挥发性盐基氮分析可以对贮藏在不同条件下的草鱼保鲜期进行预测;电子鼻分析草鱼挥发性气味与理化指标变化有着较好的对应关系.

3)水产品在生产、加工、贮藏以及消费的整个过程中,贮藏温度和时间的变化是影响其鲜度和货架期的主要因素.因此,在草鱼的处理、贮藏与运输环节中应注意控制温度和时间.通过本实验草鱼5种温度条件下的对比实验分析,应该采取微冻的方法对草鱼进行贮藏,不仅减少因温度波动造成鲜草鱼品质的损失,而且也为食品安全提供了保障.

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Detection of Freshness Change of Grass Carp During Storage at Different Conditions Based on Electronic Nose

CHEN Lili, ZHAO Li*, YUAN Meilan, XIAOWei, SU Qi, JIANGWuqing
(School of Life Science/National R&D Branch Center for Freshwater Fish Processing, Jiangxi Science and Technology Normal University,Nanchang 330013,China)

In this study,the volatile odors of grass carp stored at different temperatures(-4-15℃) and storage times(0-7 d)were analyzed by the principal component analysis(PCA)and shelf life (SL)using electronic nose technology.Meanwhile,the total volatile base nitrogen(TVBN),aerobic plate count(APC),and other physical and chemical quality indexes were also analyzed.The results showed that both TVBN value and total number of bacterial colony of grass carp increased along with the storage time at different storage temperatures,and that the total number of bacterial colony was accord with pseudo-first-order chemical kineticsmodel(R2＞0.9).Based on the analysis of the shelf life at -4-15℃ using electronic nose,the result of grass carp in odor changes had good corresponding correlations with the physical and chemical quality index.

electronic nose;temperature;grass carp;physical and chemical indexes

TS254.4

10.3969/j.issn.2095-6002.2014.04.012

2095-6002(2014)04-0064-05

(责任编辑:李 宁)

陈丽丽,赵利,袁美兰,等.电子鼻检测贮藏期草鱼新鲜度的变化.食品科学技术学报,2014,32(4):64-68. CHEN Lili,ZHAO Li,YUAN Meilan,et al.Detection of freshness change of grass carp during storage at different conditions based on electronic nose.Journal of Food Science and Technology,2014,32(4):64-68.

2013-08-15

江西省高等学校科技落地计划项目(KJLD12009).

陈丽丽,女,助教,硕士,主要从事食品化学方面的研究;*赵 利,女,教授,博士,主要从事食品化学方面的研究.通讯作者.