基于電子鼻檢測縊蟶新鮮度的研究

李 娜，胡 新，張海峰，吳 娟，陳 高，馬 龍

縊蟶 （Sinonovacula constricta），別名“小人仙”，屬軟體動物，是雙殼綱簾蛤目貝類動物，貝殼脆而薄呈長扁方型，自殼頂到腹緣，有一道斜行的凹溝，故名“縊蟶”。蟶肉具有味道鮮美、營養豐富、蛋白質含量高、脂肪含量低等特點。縊蟶在貯藏、運輸、加工等環節由于受到自身和環境等因素的影響，開始腐敗變質，新鮮度品質下降進而影響食用價值[1]，所以對縊蟶新鮮度檢測評估顯得非常重要。

電子鼻是模擬動物嗅覺器官開發出一種高科技產品，是利用氣體傳感器陣列的響應圖案來識別氣味的電子系統，它可以在幾小時、幾天甚至數月的時間內連續、實時地監測特定位置的氣味狀況[2]。1984年美國的Zaromb和Stetter首先提出用氣體傳感器陣列對復雜氣體進行定性和定量分析[3]。電子鼻技術響應時間短、檢測速度快，并且能避免人為誤差，重復性好；還能檢測一些人鼻不能夠檢測的氣體[4-5]。對電子鼻技術的研究受到了人們的重視，其應用也越來越廣泛[6-7]。

氣味是消費者評價水產品新鮮度品質及其可接受性的一個非常重要的感官指標。試驗以縊蟶為對象，采用電子鼻技術檢測在不同貯藏條件下縊蟶揮發氣味成分發生的變化，進而判斷電子鼻技術是否可以用于對縊蟶新鮮度的評價。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

縊蟶，購于蚌埠大潤發超市；iNose型電子鼻（10個金屬氧化物傳感器陣列S1～S10，S1對胺類有選擇性，S2對硫化物有選擇性，S3對氫氣有選擇性，S4對乙醇等有機溶劑有選擇性，S5對食物烹調過程中揮發氣體有選擇性，S6對甲烷、沼氣、碳氫化合物有選擇性，S7對可燃性氣體有選擇性，S8對VOC（揮發性有機化合物）等環境污染氣體有選擇性，S9對氫氧化合物有選擇性，S10對烷烴有選擇性），上海昂申智能科技有限公司產品；FYL-YS-30L型實驗低溫冰箱，北京福意聯醫療設備有限公司產品。

1.2 樣品前處理

縊蟶購買后快速運送至實驗室，挑選存活性好的縊蟶用濕紗布包裹，分別置于0，4，10℃低溫冰箱中貯藏。縊蟶樣品在0℃環境下貯藏7 d，4℃條件下貯藏5 d，10℃條件下貯藏4 d。每24 h隨機取樣測定1次樣品氣味，以樣品到達實驗室未貯藏的當天為第1天。

1.3 方法

檢測時，從不同溫度的試驗低溫冰箱中各取出5份縊蟶樣品，取出的樣品置于25℃的室溫條件下平衡溫度30 min。然后，將每份樣品去殼分別切碎混勻，每份準確稱取2.000 0 g蟶肉立即裝入5 mL電子鼻自動進樣瓶[7]，封蓋，用電子鼻進行檢測。將5份樣品電子鼻檢測信號的平均值作為最后的測量結果。

電子鼻檢測的參數：預熱時間30 min，清洗時間120 s，采集時間120 s，氣體流量1 L/min，等待時間10 s。

1.4 數據處理

利用統計軟件SPSS 19對電子鼻檢測數據進行PCA與LDA分析，使用Sigma Plot進行繪圖。

2 結果分析

2.1 電子鼻響應信號的變化

對縊蟶樣品在不同貯藏時間使用電子鼻進行檢測，可得到各樣品的傳感器響應信號與貯藏時間的變化關系，其中蘊含了電子鼻所獲得的樣品氣味總體信息。

縊蟶在10℃下貯藏電子鼻響應信號與貯藏時間的關系見圖1。

圖1 縊蟶在10℃下貯藏電子鼻響應信號與貯藏時間的關系

由圖1看出，電子鼻的10個傳感器響應信號的響應值隨著縊蟶樣品的貯藏時間逐漸增加且差異較大，說明縊蟶在貯藏過程中隨著新鮮度的下降揮發氣味成分不斷產生，且濃度也在不斷增大。試驗發現，在0℃和4℃下貯藏的縊蟶，使用電子鼻檢測得到的傳感器響應信號與貯藏時間關系圖與圖1結果類似，故可推斷出有使用電子鼻檢測縊蟶新鮮度的可能。

2.2 縊蟶揮發氣味主成分分析（PCA）

主成分分析（Principle Components Analysis，PCA）是模式識別中一種數據降維方法[8]，旨在利用降維的思想把多指標轉化為少數幾個綜合指標[9]。主成分得分圖以散點圖為基礎，每個點代表一個樣品的一次檢測，點與點之間的距離代表不同檢測次數之間特征差異的大小[10]。

不同貯藏溫度下縊蟶氣味主成分分析得分見圖2。

圖2 不同貯藏溫度下縊蟶氣味主成分分析得分

圖2 表示了3種貯藏溫度下縊蟶揮發性氣味的PCA數據分析結果，主成分分析可將不同貯藏溫度下不同貯藏期的縊蟶區分開來。結果表明，0℃貯藏樣品PC1貢獻率達83.98%，PC1與PC2累計貢獻率為91.49%；4℃貯藏樣品PC1與PC2累計貢獻率為90.02%；10℃貯藏樣品PC1與PC2貢獻率達91.4%；3種貯藏溫度下樣品PC1與PC2累計貢獻率均高于90%。因此，前2個主成分幾乎包含10個傳感器中全部的信息，同一貯藏溫度下不同貯藏時間的縊蟶樣品能夠較好地區分。

由圖2（a）可看出，縊蟶在0℃貯藏條件下隨著貯藏時間的延長各個組的數據點主要沿PC1方向逐漸分散開；貯藏1～3 d的揮發氣味主成分分布較為接近，出現一定的區域重疊，這可能是由于0℃貯藏條件下縊蟶前3 d新鮮度品質變化不大；貯藏3～7 d的揮發氣味PC1逐漸向右移動，此階段貯藏時間內與前3 d區分較為明顯，原因可能是貯藏后期樣品新鮮度品質變化較大。圖2（b）所示縊蟶在4℃下貯藏前2 d區分效果不明顯，貯藏3～5 d出現較為明顯的區分。圖2（c）可知縊蟶在10℃條件貯藏下1～4 d均能很好地區分，這是因為比較高的貯藏溫度使得縊蟶的新鮮度品質變化較為明顯，樣品發生了腐敗。試驗研究結果與孟志娟等人[11]在研究電子鼻對帶魚新鮮度檢測中貯藏前期揮發氣味區分不明顯的結果相似。

2.3 縊蟶揮發氣味線性判別分析（LDA）

線性判別分析（Linear Discriminant Analysis，LDA）是模式識別中一種行之有效的特征提取方法，通過將原始變量投影到最佳的方向上，以實現區分訓練集中不同類別的樣本的最佳區分[12]。通過LDA分析可以了解不同貯藏溫度下縊蟶揮發氣味成分的變化特征。

不同貯藏溫度條件下縊蟶氣味LDA分析得分見圖3。

圖3 不同貯藏溫度條件下縊蟶氣味LDA分析得分

圖3 為LDA分析結果，0，4，10℃貯藏組判別式總貢獻率分別為78.3%，90.4%，95.2%，均得到較好的區分效果。由圖3（a）0℃的LDA得分圖可知，貯藏1～3 d區域較為接近，貯藏4 d后區域出現明顯區分，且沿著LD1方向逐漸分開，這進一步說明了縊蟶新鮮度與貯藏時間存在相關性且縊蟶揮發氣味在貯藏過程中發生急劇變化。由圖3（b，c）可知，縊蟶在4℃條件下貯藏1～5 d，在10℃條件貯藏1～4 d，氣味區域均有明顯的區分。楊華等人[13]研究發現揮發性鹽基氮（TVB-N）值和菌落總數隨著縊蟶貯藏時間的增加而上升，王丹妮[14]研究發現溫度的增加使得縊蟶TVB-N值和菌落總數增加速率加快，他們的研究與試驗中縊蟶隨著貯藏時間增加揮發氣味區分越來越明顯，貯藏溫度越高區分越明顯的結果相一致。

3 結論

近些年電子鼻技術在肉品新鮮度檢測方面表現出了巨大的潛力[15]。有研究人員使用便攜式電子鼻對阿根廷鱈魚貯藏中新鮮度進行檢測，結合PCA分析判定其是否腐敗，結果發現評價效果較好。而對新鮮牛肉品質進行電子鼻檢測，電子鼻響應值通過化學計量學方法和模式識別進行分析，使用馬氏距離分析（MDA），PCA和LDA對牛肉不同貯藏時間和貯藏溫度進行區分，結果表明不同貯藏溫度和天數的樣品相互之間可以很好地區分。

試驗對縊蟶在0，4，10℃溫度條件下分別貯藏7，5，4 d，通過PCA分析和LDA分析發現在0，4℃的溫度貯藏下，前1～3 d縊蟶揮發氣味區分不明顯，貯藏后期區分較明顯；10℃貯藏過程中縊蟶氣味均能很好區分，且LDA分析結果優于PCA分析結果，這與使用電子鼻評估4種雞塊在不同溫度條件下貯藏的微生物指標，發現PCA方法可以在貯藏的第1天區分4℃和13℃貯藏條件下4種不同處理的雞塊的結果相似。試驗對縊蟶在不同貯藏溫度及貯藏時間通過電子鼻進行區分，可得出電子鼻完全有能力識別縊蟶在貯藏過程中新鮮度品質變化情況的結論。但是對縊蟶貯藏過程中具體是哪些揮發氣味發生變化仍需下一步繼續深入研究。

[1]張超，勵建榮，李學鵬，等.臭氧殺菌結合氣調包裝對縊蟶的保鮮效果 [J].水產學報，2011（6）：954-960.

[2]柴春祥，凌云.電子鼻檢測蝦新鮮度的研究 [J].食品科技，2010（2）：246-249.

[3]Zaromb S，Stetter J R.Theoretical basis for identification and measurement of air contaminants using an array of sensors having partly overlapping selectivities[J].Sensors&Actuators，1984 （4）：225-243.

[4]付湘晉，許時嬰，王璋，等.電子鼻檢測白鰱魚腥味 [J].浙江大學學報（農業與生命科學版），2010（3）：316-321.

[5]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].中國食品學報，2014（3）：182-188.

[6]顧欣哲，潘磊慶，張偉，等.電子鼻技術檢測肉品腐敗的研究進展 [J].南京曉莊學院學報，2015（6）：1-6.

[7]柴春祥，施婉君，蔡悅，等.電子鼻檢測雞肉新鮮度的研究 [J].食品科學，2009（2）：170-173.

[8]王米娜.電子鼻動態特征信息處理方法研究 [D].西安：西北工業大學，2005.

[9]田雪琴，郭麗瓊，焦曉磊，等.基于電子鼻分析夏橙汁在貯藏過程中香氣的變化 [J].食品工業科技，2013（11）：298-302.

[10]王卓，潘磊慶，吳永進，等.基于電子鼻評價不同貯藏期蜜橘鮮榨汁品質的研究 [J].食品工業科技，2016（9）：327-330.

[11]孟志娟，周宇芳，楊會成，等.基于電子鼻技術快速檢測帶魚新鮮度的研究 [J].食品工業科技，2012（24）：49-51.

[12]朱娜.基于電子鼻檢測“霞暉5號”桃果實瘀傷和冷害的研究 [D].南京：南京農業大學，2013.

[13]楊華，張慧恩.生物保鮮在不同條件下對縊蟶保鮮效果的影響 [J].食品研究與開發，2014（21）：126-131.

[14]王丹妮.冷藏條件下縊蟶、文蛤體內ATP降解途徑及品質變化的探究 [D].上海：上海海洋大學，2016.

[15]范佳利，韓劍眾，田師一，等.電子鼻和電子舌在乳制品品質及貨架期監控中的應用研究 [J].食品工業科技，2009 （11）：343-346.◇