基于電子鼻輔助的酸辣花蛤醬研制開發

祝倫偉，劉波，朱文慧，步營*，李學鵬，張秀清，劉賀*，于志國

(1.渤海大學 食品科學與工程學院，遼寧省高校重大科技平臺“食品貯藏加工及質量安全控制 工程技術研究中心”， 遼寧省高等學校生鮮食品產業技術研究院，遼寧 錦州 121013； 2.山東天博食品配料有限公司，山東 濟寧 272010；3.丹東泰豐 食品有限公司，遼寧 丹東 118300)

1 概述

我國貝類資源十分豐富，2017年的海水養殖貝類總量達到143.7萬噸，其中蛤類養殖產量為41.8萬噸，產量位居第二[1]。花蛤(Ruditapesvariegata)便是一種重要的蛤類，其又被稱為雜色蛤、菲律賓蛤仔、蜆子等。具有高蛋白、低脂肪的營養結構[2]，除此之外，花蛤制品具有降血糖、抑制ACE活性和清除自由基等功能特性[3-5]。糟辣椒是云南、貴州地區一種傳統的乳酸發酵制品，挑選新鮮紅線椒為原料，并加入適量的生姜和大蒜，將其混合剁碎，裝入密封的壇中，然后在低鹽的條件下，利用微環境中的乳酸菌進行發酵制作而成[6]。糟辣椒酸辣可口，具有發汗除濕、開胃的效果，并且富含有益人體健康的辣椒素[7]。

目前，花蛤多以冷凍、干制和鮮銷為主，由于運輸條件和地域等諸多因素的限制，使得花蛤的消費群體和范圍受限。將其加工為休閑類的即食食品能有效解決以上難題，目前關于花蛤加工產品有通過酶解制備花蛤露[8]、即食肉糜[9]，加工種類單一。研究發現，海鮮醬類制品頗受消費者喜愛，并且加工技術成熟。目前關于海鮮醬制品的研究有扇貝香辣醬、鮑魚內臟鮮味醬、蝦仁干貝復合拌飯醬以及香辣蝦醬[10-13]，關于花蛤醬制品的研究還相對較少。

感官評價在食品研發中有著舉足輕重的地位，但是感官評價易受環境和自身條件的影響，因此本試驗采用電子鼻技術對風味進行差異性分析，對感官評價結果進行輔助驗證。PEN3型便攜式電子鼻傳感器是一種新穎的分析、識別和檢測手段[14]。根據對不同樣品的氣味信息進行簡單的比對分析，通過采集標樣信息建立數據庫，再利用化學計量學的統計分析方法對未知樣品進行定性和定量分析，所得結果具有較高的可信度和重復性[15]。

本文以花蛤、糟辣椒等為主要原料，以感官評價為指標，使用電子鼻輔助分析，研制開發了口感和風味獨特的酸辣花蛤醬，以期為花蛤醬工業化生產提供一定的理論依據。

2 材料與方法

2.1 材料與試劑

花蛤：遼寧丹東泰豐食品有限公司提供；杏鮑菇、菜籽油、大蒜、生抽醬油、料酒、白砂糖、味精、白芝麻、食鹽：錦州萬維超市；糟辣椒：貴州遵義；平板計數瓊脂培養基：青島海博生物有限公司。

2.2 主要儀器

DL-1型萬用電爐 北京中興偉業儀器有限公司；高精度電子天平 深圳安普特電子科技有限公司；電磁爐 美的集團；PEN3型電子鼻 德國Airsense公司；JHG-Q60-P100均質機 上海融合機械設備有限公司；LRH-150型生化培養箱 上海一恒科技有限公司；SW-CJ-2FD型潔凈工作臺 蘇凈集團蘇州安泰空氣技術有限公司；LDZX-40SC型滅菌鍋 上海申安醫療器械廠。

2.3 方法

2.3.1 工藝流程

2.3.2 操作要點及注意事項

2.3.2.1 原料選擇

選擇新鮮的、肉質堅實飽滿、具有濃郁香氣和滋味的花蛤；選擇新鮮、無發霉軟爛、氣味清香的杏鮑菇；選擇酸度與辣度合適、色澤紅潤、無腐敗變質的糟辣椒；選擇個大飽滿、未發芽、無霉變的大蒜。

2.3.2.2 風味調配

將菜籽油加熱至150 ℃ 左右，放入計量好的糟辣椒、生姜、大蒜后炒制約1 min，將溫度調至100 ℃左右后再加入計量好的花蛤、杏鮑菇炒制約8 min。加入稱量好的食鹽、味精、料酒、生抽醬油、白砂糖、白芝麻炒制約2 min，拌勻后出鍋。

2.3.2.3 裝罐

對空罐進行沸水消毒15 min，罐清洗消毒后瀝干罐內的水分。將制作好的酸辣花蛤醬裝入罐中并預留0.8 mm左右的頂隙，采用加熱排氣法減少罐內的空氣，排氣時間約5 min，然后旋緊罐蓋。

2.3.2.4 滅菌冷卻

采用115 ℃/15 min的滅菌條件進行滅菌處理，采用反壓冷卻法進行罐頭的冷卻，操作過程中注意調節壓縮空氣的大小以維持鍋內的反壓狀態。

2.3.3 感官檢驗

根據試驗設計制作產品，由10名食品專業人員組成評審小組對產品的色澤、香氣、滋味和組織狀態進行感官評定，總分100分，評分標準見表1。

表1 感官評價標準Table 1 The sensory evaluation standard

2.3.4 正交試驗設計

酸辣花蛤醬的基礎配方：大蒜1.5%，生抽醬油4.5%，料酒4.5%，白砂糖0.4%，食鹽0.3%，味精0.5%，白芝麻0.4%。根據預試驗結果，選擇花蛤添加量(18%、21%、24%)、杏鮑菇添加量(21%、25%、29%)、菜籽油添加量(14%、18%、22%)、糟辣椒添加量(4%、8%、12%)設計4因素3水平L9(34)的正交試驗，因素水平表見表2。

表2 正交試驗因素水平表Table 2 The factors and levels of orthogonal experiment %

2.3.5 電子鼻分析

將9組正交試驗按照順序依次編號為1～9號，最佳配方組編號為10號，然后進行電子鼻分析。電子鼻傳感器由10種金屬氧化物半導體型(metal oxide semiconductor，MOS)化學傳感元件組成，見表3。稱取5 g樣品于50 mL燒杯中，用保鮮膜封口，室溫下平衡30 min，檢測條件：取樣間隔1 s，清洗時間100 s，測定時間150 s，重復3次。

表3 PEN3型電子鼻標準傳感器陣列性能[16]Table 3 The performance of PEN3 electronic nose standard sensor array

2.3.6 產品質量標準的制定

參照GB 2762-2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》、GB 7098-2015《食品安全國家標準 罐頭食品》、GB 10136-2015《食品安全國家標準 動物性水產制品》，同時通過保溫試驗、感官評價和理化、微生物指標的檢測，初步制定出產品的質量標準。

2.4 數據處理

電子鼻數據用自帶的Winmuster系統進行載荷(loadings)分析以及主成分分析(principal component analysis，PCA)，響應值雷達圖用Origin 8.5軟件繪制。

3 結果與分析

3.1 酸辣花蛤醬正交試驗結果

根據預試驗結果發現花蛤、杏鮑菇、菜籽油、槽辣椒等物料的添加量對產品的品質影響較大，因此選取花蛤、杏鮑菇、菜籽油、槽辣椒進行正交試驗。通過感官評價確定酸辣花蛤醬的最佳配方，各因素水平及試驗結果見表4。

表4 正交試驗設計結果Table 4 The results of orthogonal experiment

由表4可知，影響酸辣花蛤醬品質的因素主次為D>C>B>A，即糟辣椒添加量的高低對酸辣花蛤醬的品質影響最大，其次是菜籽油含量、杏鮑菇含量，最后為花蛤含量，最優組合為A2B2C2D1。由正交設計試驗所得出的最優配方為花蛤21%、杏鮑菇25%、糟辣椒4%、菜籽油18%、大蒜1.5%、生抽醬油4.5%、料酒4.5%、白砂糖0.4%、食鹽0.3%、味精0.5%、白芝麻0.4%。

10位食品專業評價人員對最佳工藝條件制作的酸辣花蛤醬進行感官評價，評分平均之后的最終得分為96分。由表1可知，所得產品的感官評價結果為優。

3.2 電子鼻分析結果

3.2.1 傳感器響應值分析

為了解不同組別樣品的氣味差異，采用電子鼻對樣品的整體輪廓進行描述。電子鼻的響應值也稱作相對電阻值，即樣品氣味與純空氣電阻率的比值(G/G0或G0/G)[17]。酸辣花蛤醬的電子鼻響應值雷達圖見圖1。

圖1 傳感器對不同酸辣花蛤醬芳香物的雷達圖Fig.1 Radar map of sensor for different aromatic substances in clam sauce

由圖1可知，電子鼻對酸辣花蛤醬的揮發性成分有明顯響應，并且每一個傳感器對樣品的響應值各不相同，其中傳感器W5S(對氮氧化合物敏感)的強度最大，傳感器W5C(對短鏈烷烴芳香成分敏感)、W1S(對甲基類靈敏)和W2S(對醇類、醛酮類靈敏)的響應強度次之，其他傳感器無明顯響應。說明氮氧化合物、芳香族類、醛酮類物質可能是酸辣花蛤醬中主要的風味來源。10組樣品間風味物質的種類較為相似，但之間存在強度差異，這表明樣品間的風味有所不同。

3.2.2 載荷分析

載荷分析是電子鼻不同傳感器對于主成分分析貢獻率大小的分析，各傳感器的載荷貢獻率差異明顯，據此可對傳感器進行選擇與優化，選取貢獻率最大的傳感器進行重點研究。

圖2 正交試驗樣品的載荷分析圖Fig.2 Loading analysis diagram of orthogonal experimental samples

由圖2可知，W5S在橫坐標上離原點距離最遠，這表明其在第一主成分方面的貢獻最大。而W1S在縱坐標上離原點最遠，同樣表明其在第二主成分方面的貢獻率大。該結果與響應值分析吻合，綜合來看，樣品的氣味物質主要是氮氧化合物和甲基類物質。

3.2.3 主成分分析

9組正交組和最優組的酸辣花蛤醬的PCA分析圖譜見圖3。

圖3 正交試驗樣品的PCA分析圖Fig.3 PCA analysis diagram of orthogonal experimental samples

主成分分析(PCA)是將所提取的電子鼻傳感器多指標的信息進行數據轉換和降維的一種分析方法，一般總貢獻率大于85%便能較好地反映全部特征。PC1和PC2貢獻率分別為99.65%和0.21%，總貢獻率為99.86%，說明主成分可以很好地反映各組酸辣花蛤醬中揮發性氣味的全部特征信息。由圖3可知，1，3，8，9，10號樣品距離很接近，表明彼此間氣味差異很小。并且6號和7號，9號和10號分別出現重疊現象，表明彼此之間氣味有相同之處。2號、4號和5號在PCA圖中明顯遠離其他7組樣品，表明與其他7組樣品間風味差異較大。電子鼻PCA分析圖與感官評價結果有一定的關聯性，可以通過電子鼻的分析結果對感官評價結果進行進一步的驗證。最佳的10號配方在分析譜圖中位于1，3，8，9號的中間位置，表明10號配方的氣味比較協調、適中，其在感官評價中得分也是最高的，適合大部分消費者的風味習慣。

3.3 產品指標

3.3.1 感官指標

成品具有花蛤的鮮香味，顏色紅潤，酸辣可口，組織狀態良好。

3.3.2 微生物指標

符合罐頭食品商業無菌的要求，按GB 4789.26-2013規定的方法檢驗。

3.3.3 污染物指標

鉛(以Pb計)≤1.5 mg/kg；鎘(以Cd計)≤2.0 mg/kg；汞(以Hg計)≤0.5 mg/kg；砷(以As計)≤0.5 mg/kg；鉻(以Cr計)≤2.0 mg/kg；多氯聯苯≤0.5 mg/kg。

4 結論

試驗以花蛤、杏鮑菇、糟辣椒等原輔料制作酸辣花蛤醬。利用感官評價法進行正交試驗，確定酸辣花蛤醬的配方為花蛤21%、杏鮑菇25%、糟辣椒4%、菜籽油18%、大蒜1.5%、生抽醬油4.5%、料酒4.5%、白砂糖0.4%、食鹽0.3%、味精0.5%、白芝麻0.4%、適量水。制成的酸辣花蛤醬成品具有花蛤與杏鮑菇的鮮香味，顏色紅潤，酸辣可口，組織狀態良好。采用電子鼻分析發現其揮發性成分包含氮氧類、甲基類、芳香類等化合物，各組的風味有差別，證明電子鼻技術能有效應用于酸辣花蛤醬特征風味的分析，可以佐證感官評價結果，輔助用于產品的開發。