電子鼻檢測(cè)復(fù)合涂膜對(duì)中國(guó)對(duì)蝦保鮮的影響

柏 韻,郭雪松,+,張 振,2,*,李 然,*,張立斌,李 亮,張冬陽

(1.錦州醫(yī)科大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院,遼寧錦州 121001; 2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,遼寧沈陽 110866)

中國(guó)對(duì)蝦,又稱東方對(duì)蝦,是我國(guó)分布最廣的對(duì)蝦類[1]。具有脂肪含量較低,蛋白質(zhì)含量豐富的特點(diǎn),然而,蝦肉肌肉組織較松軟,死后僵硬期短,自溶作用迅速,導(dǎo)致其新鮮度下降快,易腐敗變質(zhì),嚴(yán)重影響其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和食用性[2]。因此,蝦的保鮮問題已經(jīng)成為人們研究的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的保鮮方法是采用低溫保存或冷凍保鮮,但單純的使用這兩種方法都無法達(dá)到理想的保鮮效果,因此采用天然的保鮮劑延長(zhǎng)其保質(zhì)期成為近年來研究的熱點(diǎn)。殼聚糖(chitosan)是由幾丁質(zhì)脫乙酰基后制得的,具有來源廣、無毒、無污染的特性,近年來,它作為一種新型的無毒天然的涂膜保鮮劑,正越來越引起人們的關(guān)注[3]。目前從氣味角度分析中國(guó)對(duì)蝦在貯藏期間品質(zhì)變化研究分析較少,在腐敗過程中氣味成分變化規(guī)律尚不明確。傳統(tǒng)方法利用GC/MS(氣相色譜-質(zhì)譜)聯(lián)用技術(shù),前處理復(fù)雜,測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)。電子鼻是通過模擬人類嗅覺系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)對(duì)象品質(zhì)評(píng)價(jià)的儀器,主要通過氣味指紋信息對(duì)氣體或揮發(fā)性成分做定性或定量的檢測(cè),目前在食品領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用[4-6]。電子鼻檢測(cè)技術(shù)具有無損檢測(cè)優(yōu)點(diǎn),同時(shí)可以對(duì)樣品進(jìn)行多重分析[7]。

本實(shí)驗(yàn)通過不同涂膜處理對(duì)中國(guó)對(duì)蝦進(jìn)行保鮮,利用電子鼻主成分分析(PCA)方法和線性判別分析(LDA)方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析,并且結(jié)合感官評(píng)價(jià)和揮發(fā)性鹽基氮分析,旨在探究涂膜處理是否能夠延長(zhǎng)中國(guó)對(duì)蝦的保鮮期,同時(shí)利用電子鼻技術(shù)是否可以用來鑒別中國(guó)對(duì)蝦的新鮮程度建立一種科學(xué)、便捷的評(píng)價(jià)中國(guó)對(duì)蝦新鮮度的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

中國(guó)對(duì)蝦 選擇平均體重(15±2) g的中國(guó)對(duì)蝦,將鮮蝦在1 h內(nèi)轉(zhuǎn)移至實(shí)驗(yàn)室,購(gòu)自中國(guó)錦州市林西路海鮮市場(chǎng);殼聚糖(脫乙酰度為大于85%,食品級(jí))、卡拉膠 河南洪鑫食化有限公司;ε-聚賴氨酸 山東欣鼎生物科技有限公司;鹽酸、氧化鎂、硼酸 天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司。

PEN3便攜式電子鼻 傳感器陣列由10個(gè)金屬氧化物傳感器組成,德國(guó)Airsense公司;FA2004N型分析天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司;DL-1型電子萬用爐 北京市永光明醫(yī)療儀器廠;KQ3200B型超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料預(yù)處理 將購(gòu)買回的對(duì)蝦洗凈,-4 ℃冰凍致死。

1.2.2 涂膜液的制備 將1.5 g殼聚糖經(jīng)過超聲輔助溶解在含1%冰醋酸的100 mL蒸餾水中[8],制備1.5%的殼聚糖涂膜液,記為殼聚糖組;將0.15 g ε-聚賴氨酸溶解于100 mL蒸餾水中,制備0.15% ε-聚賴氨酸涂膜液,記為ε-聚賴氨酸組;根據(jù)預(yù)實(shí)驗(yàn)響應(yīng)面結(jié)果,得到復(fù)合涂膜最佳配比,即將1.5 g殼聚糖、0.15 g ε-聚賴氨酸和0.19 g卡拉膠溶解于含1%冰醋酸的100 mL蒸餾水中,制備復(fù)合涂膜液,記為復(fù)合組。將購(gòu)買的中國(guó)對(duì)蝦隨機(jī)分為四組,無任何處理的記為空白對(duì)照組,其余三組分別在不同的保鮮劑中浸泡5 min,取出于鼓風(fēng)干燥機(jī)中,40 ℃ 干燥1 h,分裝到聚乙烯無菌密封袋中后,貯藏于4 ℃冰箱中,每2 d測(cè)定一次。

1.2.3 電子鼻檢測(cè) 將蝦肉攪碎后稱取1 g,置于50 mL小燒杯中,用雙層保鮮膜封口,頂空時(shí)間20 min。經(jīng)預(yù)實(shí)驗(yàn)確定的電子鼻參數(shù)為:樣品進(jìn)樣速率 300 mL/min,載氣速率300 mL/min,清洗時(shí)間70 s,檢測(cè)時(shí)間90 s。電子鼻傳感器性能描述見表1[9]。

表1 電子鼻傳感器性能描述Table 1 Sensor properties of PEN3 electronic nose

1.2.4 感官評(píng)定 根據(jù)趙海鵬感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改動(dòng)[10]。評(píng)定小組由7名經(jīng)過一定訓(xùn)練的人員組成(五女兩男),蝦的評(píng)定項(xiàng)目由體表色澤、氣味、肌肉形態(tài)組成,總分值在9分(非常新鮮)和0分(完全腐敗)之間,3分以下為不可接受,具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 感官評(píng)定評(píng)分表Table 2 Sensory evaluation scoring Table

1.2.5 揮發(fā)性鹽基氮(TVB-N)的測(cè)定 參照GB 5009.228-2016食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),食品中揮發(fā)性鹽基氮的測(cè)定[11],按半微量定氮法測(cè)定TVB-N。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析方法 通過Winmuster對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 電子鼻檢測(cè)

2.1.1 電子鼻傳感器響應(yīng)值變化分析 如圖1所示,圖1中每條曲線代表一種傳感器的響應(yīng)值,四種處理方法的響應(yīng)值在90 s時(shí)均可達(dá)到穩(wěn)定,說明將電子鼻的測(cè)試時(shí)間定為90 s是可行的。不同處理方法的響應(yīng)值均有明顯不同,這表明利用電子鼻PEN3系統(tǒng)檢測(cè)中國(guó)對(duì)蝦在貯藏過程中的氣味變化是可行的。

圖1 電子鼻對(duì)4種涂膜處理的響應(yīng)曲線Fig.1 Response curves of electronic nose to 4 kinds of coating treatment

圖2為四種處理方法在貯藏第13 d時(shí)對(duì)中國(guó)對(duì)蝦氣味檢測(cè)的雷達(dá)圖,從圖2中可以看出,電子鼻對(duì)蝦肉中的揮發(fā)性物質(zhì)有明顯響應(yīng),其中傳感器7(W1W)、傳感器2(W5S)和傳感器9(W2W)響應(yīng)值較明顯。其中空白組的響應(yīng)值最大,說明在貯藏期內(nèi)中國(guó)對(duì)蝦中有大量的硫化物產(chǎn)生。與空白組相比,3種涂膜保鮮效果的響應(yīng)值均有一定程度的減少,其中復(fù)合涂膜組的響應(yīng)值最小,說明涂膜可以在一定程度上減緩硫化物的生成。電子鼻的雷達(dá)圖可以直觀的區(qū)分出四中處理效果的不同,因此,可以利用電子鼻技術(shù)檢測(cè)中國(guó)對(duì)蝦的新鮮程度。

圖2 電子鼻對(duì)4種涂膜處理的雷達(dá)圖Fig.2 Radar chart of 4 kinds of coating treatment by electronic nose

2.1.2 不同涂膜處理對(duì)蝦的電子鼻響應(yīng)值的PCA分析 如圖3所示,采用PCA方法分析在貯藏第13 d時(shí),不同涂膜處理方法對(duì)中國(guó)對(duì)蝦的電子鼻響應(yīng)值。第1主成分貢獻(xiàn)率為95.17%,第2主成分貢獻(xiàn)率為4.22%,兩者之和達(dá)到99.39%,可以有效的反映數(shù)據(jù)中的信息。圖3中各處理組之間較為分散,沒有任何交叉,說明主成分分析可以將不同涂膜處理的中國(guó)對(duì)蝦區(qū)分開來,其中復(fù)合涂膜組與空白組相隔最遠(yuǎn),說明經(jīng)過復(fù)合涂膜的中國(guó)對(duì)蝦在相同的貯藏期內(nèi)揮發(fā)性物質(zhì)與空白組有明顯的區(qū)別,電子鼻檢測(cè)可以很好的反映此現(xiàn)象。

圖3 不同涂膜處理對(duì)中國(guó)對(duì)蝦的PCA分析Fig.3 PCA analysis of Chinese shrimp treated with different coatings

2.1.3 不同涂膜處理對(duì)蝦的電子鼻響應(yīng)值的LDA分析 圖4為不同涂膜處理對(duì)中國(guó)對(duì)蝦的LDA分析,LDA分析方法側(cè)重于響應(yīng)值之間的距離以及響應(yīng)值在空間中的分布狀態(tài)的分析。從圖4中可知,第1、第2貢獻(xiàn)率分別問88.28%和8.22%,兩者之和為96.50%。圖中四種處理方式同樣沒有任何重疊且相距較遠(yuǎn),說明在同一貯藏天數(shù)下經(jīng)過不同處理方法的中國(guó)對(duì)蝦中揮發(fā)性物質(zhì)有所區(qū)別。

圖4 不同涂膜處理對(duì)中國(guó)對(duì)蝦的LDA分析Fig.4 LDA analysis of Chinese shrimp treated with different coatings

2.1.4 Loadings分析 Loadings分析是對(duì)不同傳感器的貢獻(xiàn)率進(jìn)行分析,可以用來判別電子鼻的各個(gè)傳感器的相對(duì)重要性[12]。如果某一傳感器的響應(yīng)值接近原點(diǎn)(0,0),則該傳感器的識(shí)別作用可以忽略不計(jì);而當(dāng)傳感器的響應(yīng)值越偏離原點(diǎn),則說明該傳感器的識(shí)別能力越強(qiáng)[13]。圖5為空白樣品的Loadings分析圖,由圖5可知,總貢獻(xiàn)率為99.38%,其中傳感器W1W(無機(jī)硫化物)和W2W(有機(jī)硫化物)對(duì)第一主成分貢獻(xiàn)率較大,W5S(氮氧化合物)和的W1S(烴類物質(zhì))傳感器對(duì)第2主成分貢獻(xiàn)率較大,W3S(烷烴)和W6S(氫氣)傳感器則基本接近原點(diǎn),其貢獻(xiàn)率最小。中國(guó)對(duì)蝦在貯藏期間由于在微生物的作用,肌肉中的蛋白質(zhì)、氨基酸及其它含氮物質(zhì)進(jìn)一步分解成氨氣、三甲胺、硫化氫、及組胺等,使蝦散發(fā)出具有腐敗特征的臭味[14],這與電子鼻檢測(cè)的結(jié)果相符,說明通過電子鼻技術(shù)可以有效的反映中國(guó)對(duì)蝦在貯藏過程中揮發(fā)性物質(zhì)的變化。

圖5 中國(guó)對(duì)蝦的Loadings分析Fig.5 Loadings analysis of Chinese shrimp

2.2 感官評(píng)價(jià)

如圖6所示,中國(guó)對(duì)蝦的感官品質(zhì)在貯藏期間總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì),其中無處理的空白組下降的最明顯,在第9 d感官評(píng)分為3,認(rèn)定為完全腐敗。殼聚糖涂膜組在第11 d徹底腐敗,經(jīng)過殼聚糖涂膜處理的中國(guó)對(duì)蝦表面有一層保護(hù)膜,可以阻礙氧化反應(yīng)的發(fā)生,抑制蛋白質(zhì)變化,增加貯藏時(shí)間。ε-聚賴氨酸處理組同樣在第9 d達(dá)到不可接受值,說明此種處理方法在一定程度上抑制微生物的生長(zhǎng)。與單獨(dú)涂膜處理相比,復(fù)合涂膜的效果更有利于延長(zhǎng)貯藏時(shí)間,在第13 d感官評(píng)價(jià)值才低于不可接受值,與空白組相比延長(zhǎng)4 d。

圖6 中國(guó)對(duì)蝦貯藏期間感官評(píng)價(jià)變化Fig.6 Changes in sensory scores of Chinese shrimp during refrigerated storage

2.3 TVB-N值

揮發(fā)性鹽基氮是最能反映水產(chǎn)品的新鮮度變化經(jīng)典評(píng)定方法[15]。根據(jù)GB 2733-2005,鮮、凍動(dòng)物性水產(chǎn)品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[16],海水魚、蝦中揮發(fā)性鹽基氮的可接受值低于30 mg/100 g。中國(guó)對(duì)蝦貯藏期內(nèi)TVB-N值變化如圖7所示,空白組TVB-N值在第9 d達(dá)到29.68 mg/100 g,趨近于可接受值的最高范圍。殼聚糖和ε-聚賴氨酸涂膜組的變化較為接近,與空白組相比將貯藏期延長(zhǎng)兩天,涂膜處理有效的抑制了微生物等的繁殖。與單獨(dú)涂膜相比,復(fù)合涂膜組的TVB-N值變化更為平緩,在第13 d超出標(biāo)準(zhǔn),比空白組延長(zhǎng)4 d。這與感官評(píng)價(jià)的檢測(cè)結(jié)果相同,說明殼聚糖和ε-聚賴氨酸具有抑菌作用,可以有效的降低細(xì)菌對(duì)蛋白質(zhì)的分解,復(fù)合涂膜中加入卡拉膠可以增加膜的特性,更好的達(dá)到保鮮效果。

圖7 中國(guó)對(duì)蝦貯藏期間TVB-N變化Fig.7 Changes in TVB-N values of Chinese shrimp during refrigerated storage

3 結(jié)論

采用PCA和LDA兩種方法,對(duì)不同涂膜處理的中國(guó)對(duì)蝦在同一貯藏時(shí)間下的電子鼻響應(yīng)值進(jìn)行分析,結(jié)果顯示,電子鼻檢測(cè)可以有效的區(qū)分四種處理方法,其中PCA分析所得總貢獻(xiàn)率略高于LDA分析結(jié)果。

采用Loadings負(fù)荷加載方法分析,從得到的數(shù)據(jù)中顯示傳感器W1W(無機(jī)硫化物)和W2W(有機(jī)硫化物)對(duì)第一主成分貢獻(xiàn)率較大,W5S(氮氧化合物)和的W1S(烴類物質(zhì))傳感器對(duì)第2主成分貢獻(xiàn)率較大,W3S(烷烴)和W6S(氫氣)傳感器則基本接近原點(diǎn),其貢獻(xiàn)率接近于零。

感官評(píng)價(jià)和揮發(fā)性鹽基氮實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,經(jīng)過四種不同處理的中國(guó)對(duì)蝦貯藏期不同,這一結(jié)果與電子鼻檢測(cè)結(jié)果一致,說明電子鼻系統(tǒng)可以用來評(píng)價(jià)中國(guó)對(duì)蝦的新鮮程度。涂膜保鮮可以延長(zhǎng)中國(guó)對(duì)蝦的貯藏時(shí)間,其中復(fù)合涂膜效果優(yōu)于單獨(dú)涂膜,與空白組相比可將貯藏期延長(zhǎng)4 d。

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