电子鼻技术研究不同包装调理预制烤猪肉冷却贮藏过程中品质的变化

任静 孙方达 程龙 孔保华

摘 要：应用电子鼻技术研究托盘包装和真空包装调理预制烤猪肉4 ℃冷藏过程中品质的变化，评价其随着贮藏时间延长的新鲜程度的变化。结果显示：电子鼻技术可将不同包装的调理预制烤猪肉在不同贮藏时期的气味完全区分开，表明样品在不同贮藏期间气味的变化速率很快。电子鼻技术适用于对不同贮藏时间调理肉新鲜程度的区分，并且可达到很好地区分效果。同时说明，可以利用电子鼻技术测定调理预制烤猪肉在贮藏过程中是否发生腐败变质。

关键词：电子鼻；包装；预制烤猪肉；品质变化

Electronic Nose to Detect Quality Changes of Marinated Pork Packaged by Different Methods during

Chilled Storage before Grilling

REN Jing， SUN Fangda， CHENG Long， KONG Baohua*

（Synergetic Innovation Center of Food Safety and Nutrition， College of Food Sciences， Northeast Agricultural University，

Harbin 150030， China）

Abstract： The quality changes of marinated pork packaged in a tray or vacuum during storage at 4 ℃ before grilling were detected using an electronic nose. This study further evaluated changes in the freshness of marinated pork with storage time. It was found that electronic nose technology could accurately discriminate among the odors of marinated pork stored for different time periods. The results of electronic nose analysis indicated that the odor of marinated pork changed fast during chilled storage. Furthermore， this study demonstrated that electronic nose was useful to detect if the marinated pork deteriorated or spoiled during chilled storage.

Key words： electronic nose； packaging； marinated pork for barbeque； quality changes

DOI：10.15922/j.cnki.rlyj.2016.05.007

中图分类号： TS251.5 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2016）05-0030-06

引文格式：

任静， 孙方达， 程龙， 等. 电子鼻技术研究不同包装调理预制烤猪肉冷却贮藏过程中品质的变化[J]. 肉类研究， 2016， 30（5）： 30-35. DOI：10.15922/j.cnki.rlyj.2016.05.007. http：//rlyj.cbpt.cnki.net

REN Jing， SUN Fangda， CHENG Long， et al. Electronic nose to detect quality changes of marinated pork packaged by different methods during chilled storage before grilling[J]. Meat Research， 2016， 30（5）： 30-35. （in Chinese with English abstract） DOI：10.15922/j.cnki.rlyj.2016.05.007. http：//rlyj.cbpt.cnki.net

通常人们判定食品气味和香味主要靠嗅觉，但这种方法主观性较强、重复性差，存在较大的个体差异，而且没有统一的标准。同时人的嗅觉对气味具有一定的适应性，容易出现疲劳而影响分析的结果。而电子鼻作为一种分析、识别和检测复杂嗅味和挥发性成分的仪器，由于其具有检测速度快、灵敏度高、操作简单、重现性好等优点，所以近年来被广泛应用于食品研究中。电子鼻又称气味扫描仪或人工嗅觉分析系统，是20世纪90年代发展起来的一种能够实现快速分析气味的新颖仪器，由一定选择性的电化学传感器阵列和适当的模式识别系统组成，能识别简单和复杂气味的仪器，其工作原理类似人的鼻子，故称之为“电子鼻”[1]。电子鼻的工作原理包含3 个部分：1）气敏传感器阵列和气味分子反应后，通过一系列的物理化学变化产生电信号；2）电子信号再经过电子线路，将信号放大并转换成数字信号输入计算机中进行数据处理；3）处理后的信号通过模式识别系统，最后定性或定量的输出对气体所含成分的检测结果[2]。

电子鼻可以用于检测谷物中的黄曲霉毒素[3]、检测水稻和玉米发霉状态的表面特征[4]、优化及特征性选择区分中国白酒[5]。可用基于电子鼻的质谱方法来区分、鉴别棕榈液油和棕榈硬脂油混合物中的混合比例[6]，可用带有传感器的电子鼻中传感器阵列的响应建立一个能够描述不同采收日期桃子质量指数的模型，进而预测桃子的品质[7]。不同等级中国茶的主要差异是挥发性成分的组成不同，一般来说，高档茶较低等级的茶叶含有更多的挥发物，采用电子鼻能清晰、快速区分不同等级的茶[8]。电子鼻同样可以应用于肉品的检测分析中，用电子鼻结合支持向量机可预测冷却猪肉中的总活菌数[9]。通过电子鼻技术结合最小二乘法回归分析可快速测量和建模氧化鸡肉脂肪的风味品质变化[10]，检测牛肉中的食源性细菌[11]，

测定牛背最长肌的新鲜程度[12]，也可研究肉在贮藏过程中的品质，这主要是通过对肉类食品挥发性物质的分析，从而达到分析检测的目的。随着猪肉新鲜度的变化，其挥发性盐基氮含量改变，挥发性成分发生变化，电子鼻亦可检测到这些变化[13]。Rajamaki等[14]利用电子鼻系统研究了包装猪肉的品质，利用金属氧化物半导体作为气敏传感器阵列，采用主要成分分析、局部最小方差和人工神经网络分析方法对包装猪肉的品质进行评价和分析，同时以传统的感官评价、微生物检测及顶空气相色谱加以验证，结果说明电子鼻检测的灵敏度高，结果真实可靠。贾洪锋等[15]研究了电子鼻对肉类掺假识别的可行性，利用电子鼻对牦牛肉和牛肉及猪肉的样品进行了分析，结果表明，几种肉类在电子鼻传感器上有着不同的特征性响应图谱，电子鼻能够有效识别猪肉和牛肉，同时还能识别不同部位的牦牛肉和普通牛肉，但不能识别不同部位的猪肉。本研究主要通过电子鼻技术研究不同包装方式调理预制烤猪肉冷却贮藏过程中品质的变化，为调理肉制品的开发和生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

猪背最长肌购于大润发超市；食用盐、味素、绵白糖、淀粉、烧烤调料、辣椒粉、熟芝麻、大料粉、孜然粉、金龙鱼大豆色拉油 市售。

1.2 仪器与设备

真空包装机 上海星贝包装机械有限公司；DHP9272电热恒温培养箱 上海一恒科学仪器有限公司；I-Nose型电子鼻 上海瑞玢国际贸易有限公司。

1.3 方法

1.3.1 调理预制烤猪肉的托盘包装和真空包装处理

将猪肉切成1 cm左右的厚度，再将孜然粉、辣椒粉、马铃薯淀粉、食用盐、味精、白糖、大料粉、食用大豆油等调料加入肉中进行腌制。采用托盘包装和真空包装2 种包装形式，每种包装为15 袋，每袋为100 g，在每个贮藏时间每种包装取出3 袋进行测定。将样品贮存于4 ℃，分别于贮藏0、3、6、9、12 d取样进行各项指标的测定。

1.3.2 利用电子鼻分析不同包装调理预制烤猪肉冷却贮藏期间新鲜程度的变化

采用I-Nose型电子鼻，含有10 个不同性质的金属氧化物半导体传感器，各传感器的名称及性能见表1所示。传感器接触到样品以后会产生相应的电导率变化，此时的电导率记为G；而经过标准活性炭过滤的气体接触传感器时的电导率记为G0；比值G/G0的变化能够反映出样品挥发性的整体差异。样品的挥发性物质浓度越大，G/G0越偏离1（>1或<1）。当G/G0接近于1或等于1，说明样品的挥发性浓度低于检测限或者目标挥发性物质不存在[16]。

取10 g样品，切碎后置于测样瓶中密封，然后将其置于37 ℃恒温培养箱中平衡培养30 min，使其顶部空间挥发性物质达到平衡状态。每个样品做3 个平行。

电子鼻检测参数：样品检测时间150 s、气体流量0.8 L/min、等待时间10 s、清洗时间100 s，采样方式为直接采样。为了减少样品间的干扰和误差，提高检测灵敏度，使用电子鼻前对电子鼻进行至少5 min的清洗，不同样品间的检测至少清洗3 min。

1.3.3 数据分析

I-Nose型电子鼻系统自身配有数据分析常用的2 种方法：主成分分析（principal components analysis，PCA）和线性判别分析（linear discriminant analysis，LDA），本实验在进行数据分析时同时采用PCA和LDA，并将结果进行比较，从而找到更好的分析方法。

1.3.3.1 主成分分析

PCA是一种简化数据集的技术，可以将高维数据投影到一个包含原空间大部分信息的低维空间，通过建立有良好可视性的2D/3D图表，可以最大限度地展示数据间的差异性[17]。PCA是一个线性变换，把数据变换到一个新的坐标系统中，使得任何数据投影的第1大方差在第1个坐标（称为第1主成分，PC1）上，第2大方差在第2个坐标（第2主成分，PC2）上，依次类推。主成分分析经常用减少数据集的维数，同时保持数据集对方差贡献最大的特征。

主成分得分图以散点图为基础，每个点代表一个样品的一次检测，点与点之间的距离代表不同检测次数之间特征差异的大小。PC1和PC2是散点图中的两个坐标轴，包含了PCA转换中得到的第1主成分和第2主成分的贡献率，贡献率越大，说明主成分越具有代表性[18]。一般总贡献率超过70%～85%，此法即可使用[19]。将PCA应用于电子鼻分析检测的目的就是在保证尽可能多地表征原始信息的前提下进行降维处理，由少数几个新变量来代替原变量。

1.3.3.2 线性判别分析

LDA是一种通用的模式识别方法，其将带上标签的数据（点），通过投影的方法，投影到维度更低的空间中，使得投影后相同类别的点将会在投影后的空间中更接近。因此，LDA是一种有效的特征抽取方法。使用这种方法能够使投影后模式样本的类间散布矩阵最大，并且同时类内散布矩阵最小。就是说，LDA能够保证投影后模式样本在新的空间中有最小的类内距离和最大的类间距离，即模式在该空间中有最佳的可分离性。

1.4 数据处理

所得数据均为3 次实验的平均值，数据统计分析采用Statistix 8.1中线性模型程序，使用Tukey HSD程序进行差异显著性分析（P<0.05），使用Sigmaplot 11.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 调理预制猪肉电子鼻检测曲线、数据雷达图及传感器对不同气味的响应值

2.1.1 检测时间的确定

由图1可知，电子鼻的传感器对调理预制烤猪肉样品的气味响应在100～150 s范围内达到了稳定，因此，本实验所采用的检测时间为150 s。

图中10条曲线由上到下分别代表电子鼻的S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9、S10传感器对调理预制烤猪肉样品的气味响应时间变化趋势。

2.1.2 不同包装调理预制烤猪肉贮藏过程中的数据雷达图及传感器对不同气味的响应值

程龙等[20]研究中通过感官实验发现，调理预制烤猪肉贮藏6 d后随着贮藏时间的延长，2 种包装的样品在色泽、气味、组织状态、口感和总体可接受性方面的评分均出现明显下降的趋势。故以下实验只选择了贮藏0、3、6、12 d的样品进行研究。

由表2可知，各传感器对样品气味响应值随着贮藏时间的增加呈现先上升后下降的趋势，贮藏6～12 d期间传感器对样品气味响应值均有所下降，可能是由于托盘包装样品贮藏6 d后食用品质较低，尤其在贮藏期达到12 d时，基本失去食用价值，多数是一些低分子胺类物质，而使响应值下降，这与感官评定的结果也基本一致。

由表3可知，各传感器的响应值随着贮藏时间的增加呈现上升的趋势，其中，S2、S5、S7和S10响应值增加幅度较大。S2可检测出氮氧化合物和低分子胺类物质，S5可检测出生物合成香气成分，S7可检测出脂肪烃含氧衍生物，小分子的醇、醛、酮、酸和酯类物质，S10可检测出碳氢化合物等。这一结果说明调理预制烤猪肉在贮藏过程中产生了低分子胺类物以及因脂肪氧化产生的小分子物质。

2.2 电子鼻对调理预制烤猪肉冷却贮藏过程中气味变化的分析结果

2.2.1 冷却贮藏过程中调理预制烤猪肉PCA分析

由图4a可知，托盘包装样品在贮藏期间挥发性物质第1主要成分贡献率为97.4%，第2主要成分贡献率为1.2%；并且贮藏期间不同贮藏时间样品被完全分开，达到了鉴定的目的。由图4b可知，真空包装样品的挥发性物质第1主成分贡献率为99.7%，第2主成分贡献率为0.2%；不同贮藏期间样品也被完全分开，完全达到鉴定目的。总体来说，调理预制烤猪肉不同贮藏期间其挥发性成分变化趋势较为明显，可以简单得出，不同贮藏时间样品的PCA有所差异，但还需要利用LDA分析方法进行进一步说明。

2.2.2 冷却贮藏过程中调理预制烤猪肉LDA分析

由图5a可知，托盘包装的调理预制烤猪肉冷却贮藏期间判别式LD1和LD2的总贡献率为95.1%。LDA方法注重的是调理预制烤猪肉冷却贮藏期间挥发性气味的变化速率，而该方法将托盘包装的调理预制烤猪肉不同贮藏时期的气味完全区分开，这表明托盘包装时调理预制烤猪肉在贮藏期间气味的变化程度很大。由图5b可知，真空包装的调理预制烤猪肉冷却贮藏期间判别式LD1和LD2的总贡献率为86.9%。该方法将真空包装的调理预制烤猪肉不同贮藏时期的气味也完全区分开。其中贮藏0 d和贮藏3 d的样品距离很近，样品点的分布发生了重叠现象，这表明在此阶段调理预制烤猪肉的气味十分相近，也可以说明前3 d的样品气味未发生显著性的变化；而贮藏6 d和贮藏12 d的样品点得以明显地区分，说明样品在这段贮藏时间内产生的挥发性成分变化明显。此结果与石志标等[21]的分析结果极为相近。

图5中说明贮藏0～3 d所产生的气味成分相似，同一样品点间的距离反映了平行样间的重复性，点簇间的距离反映了不同样品间气味的差异性，距离越远说明样品的气味差别越显著，这也与感官评定的结果相吻合。随着贮藏时间的延长，气味这一指标的感官得分越低。LDA方法注重的是调理预制烤猪肉贮藏期间挥发性气味的变化速率，LDA分析也实现了对不同贮藏时间下气味的明显区分，而且其趋势与PCA结果一致。贮藏0～3 d时气味变化不显著，调理肉尚处于新鲜状态；随着贮藏时间的延长，调理肉的气味差别也增大。

综合PCA和LDA分析，电子鼻适用于对于不同贮藏时间调理预制烤猪肉新鲜程度的区分，并且可达到很好的区分效果。这表明样品在贮藏期间气味的变化程度很大，与洪雪珍等[16]的研究结果极为相似。而且电子鼻分析结果与之前研究的感官评价的结果相近，可以说明感官评价在贮藏过程中分值变化的原因，而且证明了电子鼻技术应用于调理肉制品冷藏过程中品质变化的研究不失为是一种方便、快捷、准确的技术手段。

3 结 论

电子鼻技术对于不同包装调理预制烤猪肉的分析结果显示，该方法可将不同包装的调理预制烤猪肉在不同贮藏时期的气味完全区分开。表明样品在不同贮藏期间气味的变化速率很快。电子鼻技术适用于对不同贮藏时间调理肉新鲜程度的区分，并且可达到很好的区分效果。同时说明，调理预制烤猪肉在贮藏过程中可以利用电子鼻技术测定其是否发生腐败变质。

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