基于電子鼻和電子舌技術(shù)分析發(fā)酵鱘魚加工過程中風(fēng)味的變化

曾詩(shī)雨，才讓卓瑪，張效平，張美彥，趙 鳳*

（1.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 水產(chǎn)研究所，貴州 貴陽(yáng) 550025；2.貴州省特種水產(chǎn)工程技術(shù)中心，貴州 貴陽(yáng) 550025）

腌魚又稱為“酸魚”，是貴州黔東南地區(qū)侗族和苗族的一種傳統(tǒng)特色發(fā)酵肉制品，其風(fēng)味獨(dú)特[1-3]，口感鮮美，營(yíng)養(yǎng)豐富[4]，是當(dāng)?shù)鼐用袢粘Ｉ钪斜夭豢缮俚娜庵剖称分籟5]，常被作為上乘佳肴用于招待客人。腌魚的傳統(tǒng)做法是以草魚、鯉魚或鯽魚為原料，取魚肉部分和糯米粉交替平鋪在干凈的容器內(nèi)，然后在適宜的溫度下密封發(fā)酵而成[6]。腌魚的發(fā)酵是一個(gè)存在著復(fù)雜的微生物區(qū)系的自然發(fā)酵過程[7-9]，微生物通過分解利用魚肉中的蛋白質(zhì)和脂肪等，形成了腌魚特有的風(fēng)味[10-12]。

鱘魚是一種世界上最古老的亞冷水性淡水魚類，鱘魚肉具有高蛋白質(zhì)含量和低水分含量的特點(diǎn)，且富含多不飽和脂肪酸、人體必需氨基酸和多種礦物元素[13-15]，以鱘魚肉為原料發(fā)酵制成的腌魚，具有獨(dú)特的風(fēng)味[16]，而這種風(fēng)味與其發(fā)酵工藝有著密切的聯(lián)系。目前，電子鼻和電子舌作為一類模擬動(dòng)物體感官系統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)常被用于監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)和控制魚類產(chǎn)品的品質(zhì)及新鮮度（貨架期）[17-18]，具有快捷、客觀的特點(diǎn)，電子鼻和電子舌分別用于評(píng)價(jià)對(duì)揮發(fā)性成分整體特征和味覺整體特征有用的信息[19-20]。馬佳佳等[21]利用電子鼻和電子舌技術(shù)檢測(cè)徐香獼猴桃果酒在不同發(fā)酵時(shí)間氣味和滋味上的差別，利用這一差別對(duì)其品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)控；李雙艷等[22]利用電子鼻和電子舌比較冷鮮、冰鮮和冷凍三種貯藏方式對(duì)小香雞風(fēng)味的影響以探尋出小香雞的最佳貯藏方式；陳茂晴[23]利用電子舌和電子鼻技術(shù)建立了一種監(jiān)測(cè)方法，用于監(jiān)控金耳的深層發(fā)酵過程；EKL?V T等[24]利用電子鼻技術(shù)結(jié)合主成分分析（principal component analysis，PCA）和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸算法監(jiān)控香腸的發(fā)酵過程進(jìn)而精確預(yù)測(cè)香腸的最佳發(fā)酵時(shí)間。

為了通過風(fēng)味變化以監(jiān)測(cè)鱘魚的發(fā)酵過程，形成更加完整的風(fēng)味評(píng)價(jià)體系，獲得更加完善的工藝流程，本研究以鱘魚為原料，采用傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝制備發(fā)酵鱘魚，結(jié)合感官評(píng)價(jià)，利用電子鼻、電子舌和感官分析探究鱘魚原料、腌制及其整個(gè)發(fā)酵過程中氣味和滋味的變化，為發(fā)酵鱘魚產(chǎn)品的工藝研究提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮鱘魚（約5 kg）：貴州惠眾漁業(yè)有限公司；氯化鈉（分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FOX-4000電子鼻（主要有18根金屬氧化物陣列傳感器：LY2/LG、LY2/gCT、LY2/gCTL、LY2/GH、LY2/AA、LY2/G、PA/2、P10/1、P10/2、P30/1、P30/2、P40/2、P40/1、TA/2、T30/1、T40/1、T40/2、T70/2）、ASTREE電子舌（主要有7根化學(xué)選擇性傳感器：AHS、ANS、SCS、CTS、NMS、PKS及CPS，參比電極為Ag/AgCl）：法國(guó)Alpha M.O.S公司；3K-15冷凍離心機(jī)：德國(guó)SIGMA公司；SK-1型旋渦混合器：金壇榮華儀器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

新鮮鱘魚宰殺后取魚肉，切成質(zhì)量為20～30 g的魚片，按照魚肉質(zhì)量的3%添加食鹽，加入適量生姜、辣椒、花椒等香辛料拌勻，4 ℃下腌制2 d；腌制好的魚片50～60 ℃鼓風(fēng)干燥3 h，至水分含量約55%～60%，將冷卻的魚片裝入壇子中，在壇子底部鋪上一層糯米粉，按一層魚一層糯米粉，壓緊，最后頂部加一層糯米粉，加蓋、封嚴(yán)。自然條件下，發(fā)酵5～6周，至pH值為4.1～4.4，即得鱘魚風(fēng)味食品。

分別采集新鮮（CX）、腌制（CTA）、發(fā)酵5 d（CTB）、10 d（CTC）、20 d（CTD）、25 d（CTE）和35 d（CTF）的鱘魚樣品，每個(gè)時(shí)期取3個(gè)平行樣品。

1.3.2 電子鼻測(cè)定[22]

按1∶1的質(zhì)量比將各組樣品分別與0.18 g/mL的NaCl溶液混合，勻漿；然后準(zhǔn)確稱取3 g樣品裝入10 mL的自動(dòng)進(jìn)樣瓶中加蓋待測(cè)，每組樣品平行測(cè)定8次。電子鼻分析條件：載氣為合成的干燥空氣；流速為150 mL/min；頂空注射體積為2 500 μL；注射速率為2 500 μL/s；頂空產(chǎn)生溫度為50 ℃，產(chǎn)生時(shí)間為600 s；攪動(dòng)速率為500 r/min；獲得時(shí)間為120 s，延滯時(shí)間為600 s。

1.3.3 電子舌測(cè)定[22]

在精確稱取的待測(cè)樣品（2.0±0.01）g中加入25 mL去離子水，均質(zhì)1 min后超聲5 min，靜置30 min后冷凍離心（12 000 r/min，15 min，4 ℃），去除上層油脂層后過濾。取下層沉淀重復(fù)上述步驟后合并2次濾液，定容至100 mL。取5 mL定容液和75 mL去離子水至電子舌專用進(jìn)樣杯，在室溫條件下測(cè)定。分別做7個(gè)平行，取后3次原始數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

1.3.4 感官評(píng)價(jià)[25]

由10位（5男5女）有食品感官品嘗經(jīng)驗(yàn)的人員組成感官評(píng)定小組，對(duì)樣品隨機(jī)編號(hào)，從色澤、氣味、滋味、質(zhì)地4個(gè)指標(biāo)對(duì)鱘魚樣品進(jìn)行感官評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1，滿分100分。

表1 鱘魚的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table1 Sensory evaluation standards of sturgeon

1.3.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析；采用電子鼻和電子舌自帶軟件進(jìn)行雷達(dá)分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間鱘魚樣品的氣味電子鼻分析結(jié)果

2.1.1 電子鼻傳感器對(duì)鱘魚不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間樣品的指紋圖譜

通過提取各個(gè)傳感器的響應(yīng)值建立不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間鱘魚樣品的氣味雷達(dá)圖，結(jié)果見圖1。由圖1可知，LY2/gCT傳感器對(duì)鱘魚在整個(gè)加工過程中的氣味響應(yīng)強(qiáng)度差異不大，其余傳感器對(duì)新鮮、腌制和發(fā)酵三個(gè)階段鱘魚樣品的氣味響應(yīng)強(qiáng)度有明顯的差異，響應(yīng)強(qiáng)度由大到小均分別為發(fā)酵、新鮮和腌制。在發(fā)酵過程中，LY2/AA、LY2/LG、LY2/G、LY2/GH和LY2/gCTL傳感器響應(yīng)強(qiáng)度的差異較為明顯，響應(yīng)強(qiáng)度大小均依次為：CTF＞CTE＞CTD＞CTC＞CTB，即隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，以上傳感器的響應(yīng)強(qiáng)度越大；對(duì)于P30/2傳感器，響應(yīng)強(qiáng)度差異不大；而其余傳感器雖也差異不大，但是響應(yīng)強(qiáng)度均隨發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)而增強(qiáng)。綜上，在發(fā)酵過程中，除P30/2傳感器外，其余傳感器的響應(yīng)強(qiáng)度總體呈現(xiàn)出隨發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)而增強(qiáng)的趨勢(shì)。18個(gè)電子鼻傳感器對(duì)應(yīng)的敏感物質(zhì)類型見表2。

圖1 不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間鱘魚樣品的氣味分析電子鼻雷達(dá)圖Fig.1 Electronic nose radar chart of sturgeon samples smell analysis in different processing stages and fermentation time

表2 傳感器對(duì)應(yīng)的敏感物質(zhì)類型Table2 Type of sensitive material corresponding to the sensors

結(jié)合圖1可知，新鮮、腌制和發(fā)酵3個(gè)階段鱘魚樣品的氣味差別主要表現(xiàn)在烴類、酯類、醛類、硫化物和胺類等化合物上，無明顯差異的物質(zhì)主要是丙烷、丁烷、乙醇和酮類，這與趙鳳等[16]采用頂空固相微萃?。╤eadspace solid phase microextraction，HS-SPME）與氣質(zhì)聯(lián)用（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）技術(shù)分析新鮮鱘魚、腌制鱘魚和不同發(fā)酵時(shí)間鱘魚的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的結(jié)論一致。因此，利用電子鼻可以有效的鑒別鱘魚發(fā)酵的成熟度，有助于找到最佳的發(fā)酵時(shí)間。

2.1.2 基于電子鼻數(shù)據(jù)不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間鱘魚樣品主成分分析結(jié)果

通過電子鼻自帶分析軟件處理每個(gè)鱘魚樣品的信號(hào)數(shù)據(jù)，建立電子鼻主成分二維圖，結(jié)果見圖2。識(shí)別指數(shù)是樣品區(qū)分程度的表征值，其最大值為100，值越大表明樣品間的區(qū)分度越好，且識(shí)別指數(shù)需大于70才能說明樣品能被有效區(qū)分[26]。由圖2可知，此次檢測(cè)的識(shí)別指數(shù)為80，表明所有樣品能被有效區(qū)分。有文獻(xiàn)表明[27]，電子鼻能否適用于樣品的檢測(cè)主要在主成分的總方差貢獻(xiàn)率是否超過70%～85%。由圖2亦可知，鱘魚樣品總方差貢獻(xiàn)率為99.40%，說明主成分1和主成分2中包含了樣品中的大量信息，全部傳感器的響應(yīng)結(jié)果基本包含在內(nèi)。主成分1的方差貢獻(xiàn)率（98.51%）遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主成分2的方差貢獻(xiàn)率（0.89%），且樣品間在橫坐標(biāo)上的間距越大則表明樣品間的差異越大；由于主成分2的方差貢獻(xiàn)率較小，因此鱘魚樣品在縱坐標(biāo)上的間距實(shí)際差異較小。圖2中同一樣品的數(shù)據(jù)點(diǎn)在橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)上的聚集程度均相對(duì)較高，表明同一樣品的重復(fù)性和穩(wěn)定性相對(duì)較高[26]。圖2中可明顯看出不同處理階段鱘魚樣品在橫坐標(biāo)上的距離相對(duì)較大，由此說明3個(gè)處理階段鱘魚樣品的揮發(fā)性氣味差異較大，電子鼻可以準(zhǔn)確有效地區(qū)分，雖然不同發(fā)酵時(shí)間的樣品在橫坐標(biāo)上的距離相對(duì)較近，但相互間完全無重疊，因此電子鼻仍然能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行區(qū)分。

圖2 基于電子鼻數(shù)據(jù)不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間鱘魚樣品的主成分分析結(jié)果Fig.2 Principal component analysis results of sturgeon samples in different processing stages and fermentation time based on electronic nose data

2.2 不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間鱘魚樣品的電子舌分析結(jié)果

2.2.1 電子舌傳感器對(duì)不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間鱘魚樣品的指紋圖譜

電子舌傳感器系統(tǒng)由酸味（AHS）、甜味（ANS）、苦味（SCS）、咸味（CTS）、鮮味（NMS）及2個(gè)通用傳感器（PKS和通用）組成。通過提取各個(gè)傳感器的響應(yīng)值建立不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間鱘魚樣品的滋味雷達(dá)圖，結(jié)果見圖3。由圖3可知，PKS和CPS傳感器中口感差異較不明顯，不易做出區(qū)分，而其他傳感器能明顯把新鮮、腌制和發(fā)酵3個(gè)階段鱘魚樣品進(jìn)行區(qū)分，新鮮和腌制樣品在酸味、苦味、甜味和鮮味傳感器上的強(qiáng)度明顯高于發(fā)酵樣品，而在咸味傳感器的強(qiáng)度明顯低于發(fā)酵樣品。在發(fā)酵過程中，AHS、ANS、SCS、CTS和NMS的響應(yīng)值有較明顯的變化，但是并沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性。因此，無法用于鑒別鱘魚發(fā)酵的成熟度。

圖3 不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間鱘魚樣品滋味分析的電子舌雷達(dá)圖Fig.3 Electronic tongue radar chart of sturgeon samples taste analysis in different processing stages and fermentation time

2.2.2 基于電子舌數(shù)據(jù)不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間鱘魚樣品的主成分分析結(jié)果

通過電子舌自帶分析軟件處理每個(gè)鱘魚樣品的信號(hào)數(shù)據(jù)建立主成分二維圖，結(jié)果見圖4。由圖4可知，主成分1和主成分2的方差貢獻(xiàn)率分別為77.53%和16.57%，總方差貢獻(xiàn)率為94.10%＞85%，這說明主成分1和主成分2已經(jīng)包含樣品的整體信息。CX和CTA樣品主要分布在第一象限，但相互之間沒有重疊區(qū)域，能夠完全區(qū)分，與其他樣品的差異也較大。發(fā)酵過程中的鱘魚樣品主要分布在第三象限，但CTC、CTE和CTF樣品數(shù)據(jù)的重疊區(qū)域較大，不能完全區(qū)分。因此，利用電子舌鑒別鱘魚發(fā)酵的成熟度以找到最佳發(fā)酵時(shí)間的效果欠佳。

圖4 基于電子舌數(shù)據(jù)不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間鱘魚樣品的電子舌主成分分析結(jié)果Fig.4 Principal component analysis results of sturgeon samples in different processing stages and fermentation time based on electronic tongue data

2.3 不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間鱘魚樣品的感官評(píng)價(jià)分析結(jié)果

由表3可知，發(fā)酵階段鱘魚的感官評(píng)定總分明顯高于新鮮鱘魚和腌制鱘魚，且隨著發(fā)酵時(shí)間的進(jìn)行，感官評(píng)定總分逐漸升高，這說明發(fā)酵過程中在微生物的作用下生產(chǎn)了特殊的風(fēng)味物質(zhì)，產(chǎn)生了發(fā)酵魚特有的酸甜味，且使肉質(zhì)更緊實(shí)、更有彈性。感官評(píng)價(jià)與電子鼻的雷達(dá)圖、PCA分析結(jié)果相符。

表3 不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間鱘魚的感官評(píng)價(jià)指標(biāo)及分值Table3 Sensory evaluation indexes and scores of sturgeon in different processing stages and fermentation time

3 結(jié)論

電子鼻對(duì)不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間鱘魚樣品的氣味分析結(jié)果表明，僅LY2/gCT傳感器對(duì)不同階段的氣味響應(yīng)強(qiáng)度差異不明顯，而其余17個(gè)傳感器對(duì)新鮮、腌制和發(fā)酵三個(gè)階段的響應(yīng)有明顯的差異，響應(yīng)強(qiáng)度由大到小分別為發(fā)酵、新鮮和腌制。利用電子鼻能夠有效地區(qū)分發(fā)酵鱘魚的不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間，且不同處理階段的氣味差異主要存在于烴類、酯類、醛類、硫化物和胺類等化合物上。電子舌對(duì)不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間鱘魚樣品的滋味分析結(jié)果表明，電子舌的5個(gè)傳感器雖然有較明顯的差異，但是并不存在規(guī)律性，尤其是在發(fā)酵過程中，發(fā)酵不同時(shí)間的鱘魚樣品滋味無明顯差異。感官評(píng)價(jià)總分隨發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)而升高，與電子鼻的雷達(dá)圖、PCA分析結(jié)果相符，說明發(fā)酵產(chǎn)生特有的滋味和氣味，可有效輔助鑒別鱘魚的發(fā)酵成熟度。綜上所述，電子鼻可以用于監(jiān)測(cè)發(fā)酵鱘魚的制作過程并能有效地區(qū)分其不同處理階段和不同發(fā)酵時(shí)間，而電子舌則無法有效區(qū)分發(fā)酵鱘魚的不同發(fā)酵時(shí)間，因此電子鼻結(jié)合感官評(píng)價(jià)分析可用于鑒定鱘魚的發(fā)酵成熟度，為發(fā)酵鱘魚在工業(yè)生產(chǎn)中準(zhǔn)確鑒別發(fā)酵成熟度提供依據(jù)。