基于电子鼻检测缢蛏新鲜度的研究

李 娜，胡 新，张海峰，吴 娟，陈 高，马 龙

缢蛏 （Sinonovacula constricta），别名“小人仙”，属软体动物，是双壳纲帘蛤目贝类动物，贝壳脆而薄呈长扁方型，自壳顶到腹缘，有一道斜行的凹沟，故名“缢蛏”。蛏肉具有味道鲜美、营养丰富、蛋白质含量高、脂肪含量低等特点。缢蛏在贮藏、运输、加工等环节由于受到自身和环境等因素的影响，开始腐败变质，新鲜度品质下降进而影响食用价值[1]，所以对缢蛏新鲜度检测评估显得非常重要。

电子鼻是模拟动物嗅觉器官开发出一种高科技产品，是利用气体传感器阵列的响应图案来识别气味的电子系统，它可以在几小时、几天甚至数月的时间内连续、实时地监测特定位置的气味状况[2]。1984年美国的Zaromb和Stetter首先提出用气体传感器阵列对复杂气体进行定性和定量分析[3]。电子鼻技术响应时间短、检测速度快，并且能避免人为误差，重复性好；还能检测一些人鼻不能够检测的气体[4-5]。对电子鼻技术的研究受到了人们的重视，其应用也越来越广泛[6-7]。

气味是消费者评价水产品新鲜度品质及其可接受性的一个非常重要的感官指标。试验以缢蛏为对象，采用电子鼻技术检测在不同贮藏条件下缢蛏挥发气味成分发生的变化，进而判断电子鼻技术是否可以用于对缢蛏新鲜度的评价。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

缢蛏，购于蚌埠大润发超市；iNose型电子鼻（10个金属氧化物传感器阵列S1～S10，S1对胺类有选择性，S2对硫化物有选择性，S3对氢气有选择性，S4对乙醇等有机溶剂有选择性，S5对食物烹调过程中挥发气体有选择性，S6对甲烷、沼气、碳氢化合物有选择性，S7对可燃性气体有选择性，S8对VOC（挥发性有机化合物）等环境污染气体有选择性，S9对氢氧化合物有选择性，S10对烷烃有选择性），上海昂申智能科技有限公司产品；FYL-YS-30L型实验低温冰箱，北京福意联医疗设备有限公司产品。

1.2 样品前处理

缢蛏购买后快速运送至实验室，挑选存活性好的缢蛏用湿纱布包裹，分别置于0，4，10℃低温冰箱中贮藏。缢蛏样品在0℃环境下贮藏7 d，4℃条件下贮藏5 d，10℃条件下贮藏4 d。每24 h随机取样测定1次样品气味，以样品到达实验室未贮藏的当天为第1天。

1.3 方法

检测时，从不同温度的试验低温冰箱中各取出5份缢蛏样品，取出的样品置于25℃的室温条件下平衡温度30 min。然后，将每份样品去壳分别切碎混匀，每份准确称取2.000 0 g蛏肉立即装入5 mL电子鼻自动进样瓶[7]，封盖，用电子鼻进行检测。将5份样品电子鼻检测信号的平均值作为最后的测量结果。

电子鼻检测的参数：预热时间30 min，清洗时间120 s，采集时间120 s，气体流量1 L/min，等待时间10 s。

1.4 数据处理

利用统计软件SPSS 19对电子鼻检测数据进行PCA与LDA分析，使用Sigma Plot进行绘图。

2 结果分析

2.1 电子鼻响应信号的变化

对缢蛏样品在不同贮藏时间使用电子鼻进行检测，可得到各样品的传感器响应信号与贮藏时间的变化关系，其中蕴含了电子鼻所获得的样品气味总体信息。

缢蛏在10℃下贮藏电子鼻响应信号与贮藏时间的关系见图1。

图1 缢蛏在10℃下贮藏电子鼻响应信号与贮藏时间的关系

由图1看出，电子鼻的10个传感器响应信号的响应值随着缢蛏样品的贮藏时间逐渐增加且差异较大，说明缢蛏在贮藏过程中随着新鲜度的下降挥发气味成分不断产生，且浓度也在不断增大。试验发现，在0℃和4℃下贮藏的缢蛏，使用电子鼻检测得到的传感器响应信号与贮藏时间关系图与图1结果类似，故可推断出有使用电子鼻检测缢蛏新鲜度的可能。

2.2 缢蛏挥发气味主成分分析（PCA）

主成分分析（Principle Components Analysis，PCA）是模式识别中一种数据降维方法[8]，旨在利用降维的思想把多指标转化为少数几个综合指标[9]。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[10]。

不同贮藏温度下缢蛏气味主成分分析得分见图2。

图2 不同贮藏温度下缢蛏气味主成分分析得分

图2 表示了3种贮藏温度下缢蛏挥发性气味的PCA数据分析结果，主成分分析可将不同贮藏温度下不同贮藏期的缢蛏区分开来。结果表明，0℃贮藏样品PC1贡献率达83.98%，PC1与PC2累计贡献率为91.49%；4℃贮藏样品PC1与PC2累计贡献率为90.02%；10℃贮藏样品PC1与PC2贡献率达91.4%；3种贮藏温度下样品PC1与PC2累计贡献率均高于90%。因此，前2个主成分几乎包含10个传感器中全部的信息，同一贮藏温度下不同贮藏时间的缢蛏样品能够较好地区分。

由图2（a）可看出，缢蛏在0℃贮藏条件下随着贮藏时间的延长各个组的数据点主要沿PC1方向逐渐分散开；贮藏1～3 d的挥发气味主成分分布较为接近，出现一定的区域重叠，这可能是由于0℃贮藏条件下缢蛏前3 d新鲜度品质变化不大；贮藏3～7 d的挥发气味PC1逐渐向右移动，此阶段贮藏时间内与前3 d区分较为明显，原因可能是贮藏后期样品新鲜度品质变化较大。图2（b）所示缢蛏在4℃下贮藏前2 d区分效果不明显，贮藏3～5 d出现较为明显的区分。图2（c）可知缢蛏在10℃条件贮藏下1～4 d均能很好地区分，这是因为比较高的贮藏温度使得缢蛏的新鲜度品质变化较为明显，样品发生了腐败。试验研究结果与孟志娟等人[11]在研究电子鼻对带鱼新鲜度检测中贮藏前期挥发气味区分不明显的结果相似。

2.3 缢蛏挥发气味线性判别分析（LDA）

线性判别分析（Linear Discriminant Analysis，LDA）是模式识别中一种行之有效的特征提取方法，通过将原始变量投影到最佳的方向上，以实现区分训练集中不同类别的样本的最佳区分[12]。通过LDA分析可以了解不同贮藏温度下缢蛏挥发气味成分的变化特征。

不同贮藏温度条件下缢蛏气味LDA分析得分见图3。

图3 不同贮藏温度条件下缢蛏气味LDA分析得分

图3 为LDA分析结果，0，4，10℃贮藏组判别式总贡献率分别为78.3%，90.4%，95.2%，均得到较好的区分效果。由图3（a）0℃的LDA得分图可知，贮藏1～3 d区域较为接近，贮藏4 d后区域出现明显区分，且沿着LD1方向逐渐分开，这进一步说明了缢蛏新鲜度与贮藏时间存在相关性且缢蛏挥发气味在贮藏过程中发生急剧变化。由图3（b，c）可知，缢蛏在4℃条件下贮藏1～5 d，在10℃条件贮藏1～4 d，气味区域均有明显的区分。杨华等人[13]研究发现挥发性盐基氮（TVB-N）值和菌落总数随着缢蛏贮藏时间的增加而上升，王丹妮[14]研究发现温度的增加使得缢蛏TVB-N值和菌落总数增加速率加快，他们的研究与试验中缢蛏随着贮藏时间增加挥发气味区分越来越明显，贮藏温度越高区分越明显的结果相一致。

3 结论

近些年电子鼻技术在肉品新鲜度检测方面表现出了巨大的潜力[15]。有研究人员使用便携式电子鼻对阿根廷鳕鱼贮藏中新鲜度进行检测，结合PCA分析判定其是否腐败，结果发现评价效果较好。而对新鲜牛肉品质进行电子鼻检测，电子鼻响应值通过化学计量学方法和模式识别进行分析，使用马氏距离分析（MDA），PCA和LDA对牛肉不同贮藏时间和贮藏温度进行区分，结果表明不同贮藏温度和天数的样品相互之间可以很好地区分。

试验对缢蛏在0，4，10℃温度条件下分别贮藏7，5，4 d，通过PCA分析和LDA分析发现在0，4℃的温度贮藏下，前1～3 d缢蛏挥发气味区分不明显，贮藏后期区分较明显；10℃贮藏过程中缢蛏气味均能很好区分，且LDA分析结果优于PCA分析结果，这与使用电子鼻评估4种鸡块在不同温度条件下贮藏的微生物指标，发现PCA方法可以在贮藏的第1天区分4℃和13℃贮藏条件下4种不同处理的鸡块的结果相似。试验对缢蛏在不同贮藏温度及贮藏时间通过电子鼻进行区分，可得出电子鼻完全有能力识别缢蛏在贮藏过程中新鲜度品质变化情况的结论。但是对缢蛏贮藏过程中具体是哪些挥发气味发生变化仍需下一步继续深入研究。

[1]张超，励建荣，李学鹏，等.臭氧杀菌结合气调包装对缢蛏的保鲜效果 [J].水产学报，2011（6）：954-960.

[2]柴春祥，凌云.电子鼻检测虾新鲜度的研究 [J].食品科技，2010（2）：246-249.

[3]Zaromb S，Stetter J R.Theoretical basis for identification and measurement of air contaminants using an array of sensors having partly overlapping selectivities[J].Sensors&Actuators，1984 （4）：225-243.

[4]付湘晋，许时婴，王璋，等.电子鼻检测白鲢鱼腥味 [J].浙江大学学报（农业与生命科学版），2010（3）：316-321.

[5]王绿野，张凌霞，磨艳红，等.基于电子鼻的草鱼新鲜度快速检测方法研究 [J].中国食品学报，2014（3）：182-188.

[6]顾欣哲，潘磊庆，张伟，等.电子鼻技术检测肉品腐败的研究进展 [J].南京晓庄学院学报，2015（6）：1-6.

[7]柴春祥，施婉君，蔡悦，等.电子鼻检测鸡肉新鲜度的研究 [J].食品科学，2009（2）：170-173.

[8]王米娜.电子鼻动态特征信息处理方法研究 [D].西安：西北工业大学，2005.

[9]田雪琴，郭丽琼，焦晓磊，等.基于电子鼻分析夏橙汁在贮藏过程中香气的变化 [J].食品工业科技，2013（11）：298-302.

[10]王卓，潘磊庆，吴永进，等.基于电子鼻评价不同贮藏期蜜橘鲜榨汁品质的研究 [J].食品工业科技，2016（9）：327-330.

[11]孟志娟，周宇芳，杨会成，等.基于电子鼻技术快速检测带鱼新鲜度的研究 [J].食品工业科技，2012（24）：49-51.

[12]朱娜.基于电子鼻检测“霞晖5号”桃果实瘀伤和冷害的研究 [D].南京：南京农业大学，2013.

[13]杨华，张慧恩.生物保鲜在不同条件下对缢蛏保鲜效果的影响 [J].食品研究与开发，2014（21）：126-131.

[14]王丹妮.冷藏条件下缢蛏、文蛤体内ATP降解途径及品质变化的探究 [D].上海：上海海洋大学，2016.

[15]范佳利，韩剑众，田师一，等.电子鼻和电子舌在乳制品品质及货架期监控中的应用研究 [J].食品工业科技，2009 （11）：343-346.◇