基于電子舌和電子鼻的鲊肉粉風味分析

白娟，張瑤，汪雪瑞，薛栓栓，王承明

(華中農(nóng)業(yè)大學 食品科學技術學院，湖北 武漢 430070)

鲊肉粉是我國鄂、湘、川等地區(qū)的一種傳統(tǒng)自然發(fā)酵食品，是以秈米粉、豬肉和新鮮紅辣椒為主要原料，加入少量食鹽、姜蒜等輔料拌勻后，經(jīng)自然發(fā)酵而成的一種地方特色發(fā)酵食品。鲊肉粉具有色味俱佳，瘦肉肉質鮮美，肥肉油而不膩，米粉色澤亮黃，入口軟糯，香氣濃郁，回味醇厚，同時具有增加食欲，幫助消化等功能，因而深受人們的喜愛[1]。鲊肉粉不僅風味獨特、營養(yǎng)豐富，而且能極大地延長產(chǎn)品的可食用期限，且為我國碎米、豬肉、辣椒等農(nóng)副產(chǎn)品的開發(fā)利用提供新思路。

風味是食品重要的品質之一，通常由滋味和氣味兩部分組成[2-4]。目前多采用氣相色譜(gas chromatography, GC)、氣相色譜-質譜聯(lián)用(gas chromatography-mass spectrometry, GC-MC)以及感官評定等方法對產(chǎn)品的風味進行評價，但由于GC和GC-MC法具有成本高，檢測時間長等缺陷，且只能測定樣品中的一部分氣味，并不能檢測產(chǎn)品的整體風味[5]，而感官評價法因受個人主觀因素的影響容易導致結果有較大偏差。電子舌與電子鼻的運用恰好解決了這些問題，不僅能快速、全面的測定食物中的風味成分，而且結果準確、可靠。

電子舌可以對滋味整體特征的有用信息進行評價，電子鼻可以對氣味整體特征的有用信息進行評價[6-8]。目前，電子舌和電子鼻技術已廣泛應用于食品、飲料、化妝品、醫(yī)藥和農(nóng)業(yè)等[9]領域，在食品領域的應用如利用電子舌和電子鼻檢測果蔬汁的品質[10-11]和橄欖油的保質期[12]，用于識別牛奶品牌[13]，肉類[14-16]的品質，優(yōu)化藍圓鲹調味基料的制備技術[17]，研究鹽水鴨風味的差異性[18]，結合感官評價區(qū)分魚糜種類[19]，研究酒類風味及摻假[20-21]，分析茶類風味[22]以及不同儲存年份烏龍茶的識別[23]等，其涉及范圍較廣。本研究通過電子舌和電子鼻對不同發(fā)酵時期鲊肉粉中的風味進行分析，進而判斷不同發(fā)酵時期鲊肉粉中風味成分的變化情況，為鲊肉粉產(chǎn)品的風味標準化提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

秈米由湖北省監(jiān)利縣興旺米業(yè)有限公司提供；新鮮豬肉、紅辣椒、生姜、大蒜購于超市；食鹽由湖北藍天鹽化有限公司提供。

1.2 儀器與設備

分析天平(BS 224S)，賽多利斯科學儀器有限公司；九陽組織破碎機，山東九陽小家電有限公司；冰箱(BCD-195CM)，合肥美的榮事達電冰箱有限公司；冷凍離心機(5804R)，德國Eppendorf；磁力加熱攪拌器(CJJ 79-1),金壇市大地自動化儀器廠；電子舌(ASTREE II型),法國阿爾法莫斯儀器公司(各傳感器為ZZ、JE、BB、CA、GA、HA、JB)；電子鼻(FOX4000型),法國阿爾法莫斯儀器有限公司(各傳感器為LY2/LG、LY2/G、LY2/AA、LY2/gCTL、LY2/gCT、P10/1、P10/2、P40/1、PA2、P30/1、P40/2、P30/2、T30/1、T70/2、T40/2、T40/1、TA2)。

1.3 方法

1.3.1 鲊肉粉的加工工藝流程及操作要點

80%紅辣椒丁→食鹽預腌2 h→加入15%姜末和12.5%蒜末新鮮豬肉(肥瘦質量比3∶2)→切絲→食鹽預腌2 h?→混勻→加入粉肉質量比2∶5、20目的米粉→拌勻→裝壇→倒置水封→30℃發(fā)酵10 d

操作要點：將秈米粉碎、過篩后制得米粉，置于陰涼干燥處備用；新鮮豬肉和辣椒洗凈瀝干后進行切分，豬肉切成條狀肉絲，辣椒切成4 mm×4 mm的小丁，然后分別加少量食鹽拌勻進行預腌(食鹽添加量為15%，食鹽添加量等于辣椒預腌時添加的食鹽量加上豬肉預腌時添加的食鹽量，且辣椒預腌時添加的食鹽量與豬肉預腌時添加的食鹽量質量比為3∶1)；米粉添加量、辣椒添加量、食鹽添加量、生姜添加量、大蒜添加量均以豬肉質量為標準計算。生姜、大蒜等去皮、洗凈、瀝干后切丁備用。

1.3.2 鲊肉粉樣品的制備

按照鲊肉粉的生產(chǎn)工藝流程[1]制備鲊肉粉樣品。按GB/T 9695.19—2008《肉與肉制品取樣方法》取樣，樣品經(jīng)組織破碎機破碎混勻后裝入50 mL離心管中，置于-20 ℃的冰箱中保存，直至所有樣品采集完成。試驗中共采集了11個發(fā)酵時期的樣品，鲊肉粉樣品編號分別為：0#、2#、4#、6#、8#、10#、12#、14#、16#、18#、20#。

1.3.3 電子舌的測定

將樣品于4 ℃下解凍，稱取15 g樣品，加入120 mL蒸餾水于電磁攪拌上浸提20 min，以8 000 r/min冷凍離心5 min后抽濾，每個樣品取80 mL濾液以備電子舌檢測用，每組樣品進行7次重復。設置采樣時間為120 s，清洗時間為10 s，每個樣品檢測后均進行清洗。

1.3.4 電子鼻的測定

將樣品于4 ℃下解凍，稱取1.5 g樣品于10 mL樣品瓶中，旋緊瓶蓋后放入電子鼻托盤中進行電子鼻檢測，每組樣品進行4次重復。檢測時，設置反應室溫度為25 ℃，采樣頻率為1 Hz，采樣時間為450 s，清洗時間60 s，進氣速率為200 mL/min。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過多次預試驗發(fā)現(xiàn)，樣品的電子舌數(shù)據(jù)在120 s后趨勢穩(wěn)定，電子鼻數(shù)據(jù)在450 s后趨勢穩(wěn)定，并采集此時的數(shù)據(jù)進行全面分析。本試驗采用電子舌和電子鼻軟件，分別進行了主成分分析(PCA)、判別因子分析(DFA)和雷達圖分析，并用Origin 8.6軟件作圖。

2 結果分析

2.1 采用電子舌對不同發(fā)酵時間的鲊肉粉進行PCA和DFA分析

圖1和圖2分別是電子舌檢測發(fā)酵0～20 d的鲊肉粉樣品的PCA和DFA分析圖。總貢獻率超過85%表明實驗方法的可行性[24]。由圖1中PCA圖譜可知，第一主成分貢獻率為96.997%，第二主成分貢獻率為1.999%，2種主要成分累積貢獻率為98.996%(超過85%)，說明2種主成分包括鲊肉粉滋味物質的大部分信息[5]。在鲊肉粉的發(fā)酵過程中，從發(fā)酵第0～20天，鲊肉粉樣品沿第一主成分增大的方向移動，說明隨著發(fā)酵時間的延長，鲊肉粉發(fā)酵產(chǎn)生的滋味物質也隨之改變[25]。發(fā)酵第0天和2天樣品幾乎重疊在一起，且均分布于左側下半部分，顯著區(qū)別于其他樣品，說明在發(fā)酵初期產(chǎn)生的滋味物質不同于其他發(fā)酵時間[24]；第4～10天，隨發(fā)酵時間的延長，逐漸向右上方移動，說明隨著發(fā)酵時間的延長，鲊肉粉發(fā)酵產(chǎn)生的滋味物質變化較大；第12～20天絕大部分重疊在一起，說明隨著發(fā)酵時間的延長，鲊肉粉產(chǎn)生的滋味物質逐漸趨于穩(wěn)定。

圖1 電子舌檢測不同發(fā)酵時間鲊肉粉的PCA分析圖譜
Fig.1 PCA analysis of fermented meat rice with different
fermentation time for e-nose

由圖2中DFA圖譜可知第一主成分貢獻率為93.243%，第二主成分貢獻率為5.817%，2種主要成分累積貢獻率為99.06%(超過85%)，說明2種主成分包括鲊肉粉滋味物質的大部分信息。從DFA圖譜中看出，第0～10天，鲊肉粉發(fā)酵規(guī)律同PCA圖譜類似，但從第12～16天，鲊肉粉從左下方向右上方移動且小部分與第18天和第20天重疊，說明發(fā)酵中期隨時間的改變鲊肉粉的滋味物質也有所改變且不同于發(fā)酵后期，從第18天和第20天樣品重疊在一起，說明發(fā)酵后期鲊肉粉產(chǎn)生的滋味物質逐漸趨于穩(wěn)定。

圖2 電子舌檢測不同發(fā)酵時間鲊肉粉的DFA分析圖譜
Fig.2 DFA analysis of fermented meat rice with different
fermentation time for e-nose

從圖1和圖2可以看出，在鲊肉粉發(fā)酵第0～10天，鲊肉粉樣品沿第一主成分增大的方向移動，說明隨著發(fā)酵時間的延長，鲊肉粉發(fā)酵產(chǎn)生的滋味物質也隨之改變，從PCA圖譜得出第12～20天絕大部分重疊在一起，說明鲊肉粉的滋味物質沒有明顯改變；從DFA圖譜得出第12～16天鲊肉粉從左下方向右上方移動且小部分與第18天和第20天重疊，說明鲊肉粉在中后期鲊肉粉滋味物質隨時間延長而改變至趨于穩(wěn)定，經(jīng)對比分析，DFA比PCA能更好地分析隨時間改變鲊肉粉滋味物質的不同。

2.2 電子鼻對不同發(fā)酵時間鲊肉粉PCA和DFA分析

圖3和圖4分別是電子鼻檢測發(fā)酵0～20 d的鲊肉粉樣品的PCA和DFA圖。由圖3的PCA圖譜可知第一主成分貢獻率為82.606%，第二主成分貢獻率為5.461%，2種主要成分累積貢獻率為88.067%(超過85%)，說明2種主成分包括鲊肉粉氣味物質的大部分信息。

圖3 電子鼻檢測不同發(fā)酵時間鲊肉粉的PCA分析圖譜
Fig.3 PCA analysis of Fermented meat rice with different
fermentation time for e-tongue

從PCA的圖譜中可以看出第0天的鲊肉粉樣品分布于最右側，顯著區(qū)別于其他鲊肉粉樣品；而發(fā)酵第2～20天的鲊肉粉樣品均集中分布于坐標原點位置，說明從發(fā)酵第2～20天，鲊肉粉中的氣味物質較為相近[26]。

圖4 電子鼻檢測不同發(fā)酵時間鲊肉粉的DFA分析圖譜
Fig.4 DFA analysis of Fermented meat rice with different
fermentation time for e-tongue

由圖4的DFA圖譜可知第一主成分貢獻率為91.638%，第二主成分貢獻率為5.728%，2種主要成分累積貢獻率為97.366%(超過85%)，說明2種主成分包括鲊肉粉氣味物質的大部分信息。從DFA圖譜中可以看出第0天的鲊肉粉樣品分布于左側下半部分，顯著區(qū)別于其他鲊肉粉樣品；發(fā)酵第2～20天，隨發(fā)酵時間的延長，鲊肉粉樣品逐漸向右下方移動，說明不同發(fā)酵時間的鲊肉粉的氣味物質不同。發(fā)酵第2～6天從左上方向右下方移動且幅度較大，說明發(fā)酵初期鲊肉粉氣味物質變化較大；發(fā)酵第8～12天樣品分布較集中，說明鲊肉粉氣味物質比較類似；發(fā)酵第14～20天樣品部分重疊，說明鲊肉粉氣味相近[26]。

綜合電子鼻的PCA和DFA 2張圖譜可以看出，第0天的鲊肉粉顯著區(qū)分于其他樣品，從PCA圖譜得出第2～20天絕大部分重疊在一起，說明鲊肉粉的氣味物質沒有明顯改變；從DFA圖譜得出發(fā)酵第2～6天、第8～12天、第14～20天鲊肉粉樣品均有所移動，說明DFA能更好區(qū)分隨時間的改變鲊肉粉氣味物質的不同。

2.3 電子舌對不同發(fā)酵時間鲊肉粉的雷達圖分析

如圖5所示，電子舌的7個傳感器對不同發(fā)酵時間的鲊肉粉樣品的滋味均能做出不同程度的響應，其中第0天的響應信號最強，第20天的響應信號最弱，其他不同發(fā)酵時間的鲊肉粉信號介于兩者之間，并隨著發(fā)酵時間的增加而降低。其中傳感器ZZ、CA、GA和JB的響應值差異不大，傳感器JE、BB和HA的響應值隨發(fā)酵時間的增加而呈規(guī)律性減弱，傳感器JE、BB和HA的響應值可以區(qū)分不同發(fā)酵時間的鲊肉粉樣品[25]。

圖5 電子舌檢測不同發(fā)酵時間鲊肉粉的雷達圖分析
Fig.5 Radar chart analysis of fermented meat rice with
different fermentation time for e-nose

2.4 電子鼻對不同發(fā)酵時間鲊肉粉的雷達圖分析

如圖6所示，傳感器T40/2、P30/2、P40/2、P30/1、PA/2、T70/2和T30/1響應信號的強度均隨鲊肉粉發(fā)酵時間的增加而增強，傳感器P30/2、P30/1、PA/2、T70/2和T30/1對各組鲊肉粉樣品的響應值都較大，且發(fā)酵第0天和其他發(fā)酵時間響應值有差異顯著，說明第0天的鲊肉粉樣品中的揮發(fā)性風味成分與其他發(fā)酵時間的鲊肉粉樣品顯著不同；傳感器LY2/LG的信號強度隨鲊肉粉發(fā)酵時間的增加而減弱；傳感器T40/1、TA/2、LY2/G、LY2/AA、LY2/GH和LY2/gCTL對不同發(fā)酵時間鲊肉粉的響應值基本一致，傳感器LY2/gCT、P10/1和P10/2對不同發(fā)酵時間鲊肉粉樣品的響應值雖有差異，但無明顯規(guī)律[25]。

圖6電子鼻檢測不同發(fā)酵時間鲊肉粉的雷達圖分析
Fig.6 Radar chart analysis of fermented meat rice with
different fermentation time for e-tongue

3 結論

通過PCA和DFA分析得出，電子舌能有效地區(qū)分不同發(fā)酵時間鲊肉粉風味物質的變化，并且DFA比PCA能更好地分辨出鲊肉粉風味的變化；電子鼻能有效地分析出不同發(fā)酵時間鲊肉粉揮發(fā)性風味物質的變化，特別是第0天顯著差異于其他發(fā)酵時間的鲊肉粉，其中DFA比PCA更好的分辨出鲊肉粉風味物質的變化。

通過雷達圖分析得出：電子舌傳感器JE、BB、HA的響應值隨發(fā)酵時間的增加而呈規(guī)律性減弱，電子鼻傳感器T40/2、P30/2、P40/2、P30/1、PA/2、T70/2、T30/1響應信號的強度均隨鲊肉粉發(fā)酵時間的增加而增加，電子鼻和電子舌變化呈相反的變化規(guī)律說明隨著發(fā)酵時間的增加，鲊肉粉的風味物質減少，揮發(fā)性風味物質增多，故電子舌和電子鼻能很好的反映不同發(fā)酵時間鲊肉粉的風味品質的變化。