基于电子鼻和电子舌技术分析发酵鲟鱼加工过程中风味的变化

曾诗雨，才让卓玛，张效平，张美彦，赵 凤*

（1.贵州省农业科学院 水产研究所，贵州 贵阳 550025；2.贵州省特种水产工程技术中心，贵州 贵阳 550025）

腌鱼又称为“酸鱼”，是贵州黔东南地区侗族和苗族的一种传统特色发酵肉制品，其风味独特[1-3]，口感鲜美，营养丰富[4]，是当地居民日常生活中必不可少的肉制食品之一[5]，常被作为上乘佳肴用于招待客人。腌鱼的传统做法是以草鱼、鲤鱼或鲫鱼为原料，取鱼肉部分和糯米粉交替平铺在干净的容器内，然后在适宜的温度下密封发酵而成[6]。腌鱼的发酵是一个存在着复杂的微生物区系的自然发酵过程[7-9]，微生物通过分解利用鱼肉中的蛋白质和脂肪等，形成了腌鱼特有的风味[10-12]。

鲟鱼是一种世界上最古老的亚冷水性淡水鱼类，鲟鱼肉具有高蛋白质含量和低水分含量的特点，且富含多不饱和脂肪酸、人体必需氨基酸和多种矿物元素[13-15]，以鲟鱼肉为原料发酵制成的腌鱼，具有独特的风味[16]，而这种风味与其发酵工艺有着密切的联系。目前，电子鼻和电子舌作为一类模拟动物体感官系统的检测技术常被用于监测、评价和控制鱼类产品的品质及新鲜度（货架期）[17-18]，具有快捷、客观的特点，电子鼻和电子舌分别用于评价对挥发性成分整体特征和味觉整体特征有用的信息[19-20]。马佳佳等[21]利用电子鼻和电子舌技术检测徐香猕猴桃果酒在不同发酵时间气味和滋味上的差别，利用这一差别对其品质进行监控；李双艳等[22]利用电子鼻和电子舌比较冷鲜、冰鲜和冷冻三种贮藏方式对小香鸡风味的影响以探寻出小香鸡的最佳贮藏方式；陈茂晴[23]利用电子舌和电子鼻技术建立了一种监测方法，用于监控金耳的深层发酵过程；EKLÖV T等[24]利用电子鼻技术结合主成分分析（principal component analysis，PCA）和神经网络回归算法监控香肠的发酵过程进而精确预测香肠的最佳发酵时间。

为了通过风味变化以监测鲟鱼的发酵过程，形成更加完整的风味评价体系，获得更加完善的工艺流程，本研究以鲟鱼为原料，采用传统的发酵工艺制备发酵鲟鱼，结合感官评价，利用电子鼻、电子舌和感官分析探究鲟鱼原料、腌制及其整个发酵过程中气味和滋味的变化，为发酵鲟鱼产品的工艺研究提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜鲟鱼（约5 kg）：贵州惠众渔业有限公司；氯化钠（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

FOX-4000电子鼻（主要有18根金属氧化物阵列传感器：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电子舌（主要有7根化学选择性传感器：AHS、ANS、SCS、CTS、NMS、PKS及CPS，参比电极为Ag/AgCl）：法国Alpha M.O.S公司；3K-15冷冻离心机：德国SIGMA公司；SK-1型旋涡混合器：金坛荣华仪器制造有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品制备

新鲜鲟鱼宰杀后取鱼肉，切成质量为20～30 g的鱼片，按照鱼肉质量的3%添加食盐，加入适量生姜、辣椒、花椒等香辛料拌匀，4 ℃下腌制2 d；腌制好的鱼片50～60 ℃鼓风干燥3 h，至水分含量约55%～60%，将冷却的鱼片装入坛子中，在坛子底部铺上一层糯米粉，按一层鱼一层糯米粉，压紧，最后顶部加一层糯米粉，加盖、封严。自然条件下，发酵5～6周，至pH值为4.1～4.4，即得鲟鱼风味食品。

分别采集新鲜（CX）、腌制（CTA）、发酵5 d（CTB）、10 d（CTC）、20 d（CTD）、25 d（CTE）和35 d（CTF）的鲟鱼样品，每个时期取3个平行样品。

1.3.2 电子鼻测定[22]

按1∶1的质量比将各组样品分别与0.18 g/mL的NaCl溶液混合，匀浆；然后准确称取3 g样品装入10 mL的自动进样瓶中加盖待测，每组样品平行测定8次。电子鼻分析条件：载气为合成的干燥空气；流速为150 mL/min；顶空注射体积为2 500 μL；注射速率为2 500 μL/s；顶空产生温度为50 ℃，产生时间为600 s；搅动速率为500 r/min；获得时间为120 s，延滞时间为600 s。

1.3.3 电子舌测定[22]

在精确称取的待测样品（2.0±0.01）g中加入25 mL去离子水，均质1 min后超声5 min，静置30 min后冷冻离心（12 000 r/min，15 min，4 ℃），去除上层油脂层后过滤。取下层沉淀重复上述步骤后合并2次滤液，定容至100 mL。取5 mL定容液和75 mL去离子水至电子舌专用进样杯，在室温条件下测定。分别做7个平行，取后3次原始数据进行主成分分析（principal component analysis，PCA）。

1.3.4 感官评价[25]

由10位（5男5女）有食品感官品尝经验的人员组成感官评定小组，对样品随机编号，从色泽、气味、滋味、质地4个指标对鲟鱼样品进行感官评分，评分标准见表1，满分100分。

表1 鲟鱼的感官评价标准Table1 Sensory evaluation standards of sturgeon

1.3.5 数据处理

采用SPSS 19.0进行统计数据分析；采用电子鼻和电子舌自带软件进行雷达分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理阶段和不同发酵时间鲟鱼样品的气味电子鼻分析结果

2.1.1 电子鼻传感器对鲟鱼不同处理阶段和不同发酵时间样品的指纹图谱

通过提取各个传感器的响应值建立不同处理阶段和不同发酵时间鲟鱼样品的气味雷达图，结果见图1。由图1可知，LY2/gCT传感器对鲟鱼在整个加工过程中的气味响应强度差异不大，其余传感器对新鲜、腌制和发酵三个阶段鲟鱼样品的气味响应强度有明显的差异，响应强度由大到小均分别为发酵、新鲜和腌制。在发酵过程中，LY2/AA、LY2/LG、LY2/G、LY2/GH和LY2/gCTL传感器响应强度的差异较为明显，响应强度大小均依次为：CTF＞CTE＞CTD＞CTC＞CTB，即随着发酵时间的延长，以上传感器的响应强度越大；对于P30/2传感器，响应强度差异不大；而其余传感器虽也差异不大，但是响应强度均随发酵时间的延长而增强。综上，在发酵过程中，除P30/2传感器外，其余传感器的响应强度总体呈现出随发酵时间延长而增强的趋势。18个电子鼻传感器对应的敏感物质类型见表2。

图1 不同处理阶段和不同发酵时间鲟鱼样品的气味分析电子鼻雷达图Fig.1 Electronic nose radar chart of sturgeon samples smell analysis in different processing stages and fermentation time

表2 传感器对应的敏感物质类型Table2 Type of sensitive material corresponding to the sensors

结合图1可知，新鲜、腌制和发酵3个阶段鲟鱼样品的气味差别主要表现在烃类、酯类、醛类、硫化物和胺类等化合物上，无明显差异的物质主要是丙烷、丁烷、乙醇和酮类，这与赵凤等[16]采用顶空固相微萃取（headspace solid phase microextraction，HS-SPME）与气质联用（gas chromatographymass spectrometry，GC-MS）技术分析新鲜鲟鱼、腌制鲟鱼和不同发酵时间鲟鱼的挥发性风味物质的结论一致。因此，利用电子鼻可以有效的鉴别鲟鱼发酵的成熟度，有助于找到最佳的发酵时间。

2.1.2 基于电子鼻数据不同处理阶段和不同发酵时间鲟鱼样品主成分分析结果

通过电子鼻自带分析软件处理每个鲟鱼样品的信号数据，建立电子鼻主成分二维图，结果见图2。识别指数是样品区分程度的表征值，其最大值为100，值越大表明样品间的区分度越好，且识别指数需大于70才能说明样品能被有效区分[26]。由图2可知，此次检测的识别指数为80，表明所有样品能被有效区分。有文献表明[27]，电子鼻能否适用于样品的检测主要在主成分的总方差贡献率是否超过70%～85%。由图2亦可知，鲟鱼样品总方差贡献率为99.40%，说明主成分1和主成分2中包含了样品中的大量信息，全部传感器的响应结果基本包含在内。主成分1的方差贡献率（98.51%）远远大于主成分2的方差贡献率（0.89%），且样品间在横坐标上的间距越大则表明样品间的差异越大；由于主成分2的方差贡献率较小，因此鲟鱼样品在纵坐标上的间距实际差异较小。图2中同一样品的数据点在横坐标和纵坐标上的聚集程度均相对较高，表明同一样品的重复性和稳定性相对较高[26]。图2中可明显看出不同处理阶段鲟鱼样品在横坐标上的距离相对较大，由此说明3个处理阶段鲟鱼样品的挥发性气味差异较大，电子鼻可以准确有效地区分，虽然不同发酵时间的样品在横坐标上的距离相对较近，但相互间完全无重叠，因此电子鼻仍然能够准确地进行区分。

图2 基于电子鼻数据不同处理阶段和不同发酵时间鲟鱼样品的主成分分析结果Fig.2 Principal component analysis results of sturgeon samples in different processing stages and fermentation time based on electronic nose data

2.2 不同处理阶段和不同发酵时间鲟鱼样品的电子舌分析结果

2.2.1 电子舌传感器对不同处理阶段和不同发酵时间鲟鱼样品的指纹图谱

电子舌传感器系统由酸味（AHS）、甜味（ANS）、苦味（SCS）、咸味（CTS）、鲜味（NMS）及2个通用传感器（PKS和通用）组成。通过提取各个传感器的响应值建立不同处理阶段和不同发酵时间鲟鱼样品的滋味雷达图，结果见图3。由图3可知，PKS和CPS传感器中口感差异较不明显，不易做出区分，而其他传感器能明显把新鲜、腌制和发酵3个阶段鲟鱼样品进行区分，新鲜和腌制样品在酸味、苦味、甜味和鲜味传感器上的强度明显高于发酵样品，而在咸味传感器的强度明显低于发酵样品。在发酵过程中，AHS、ANS、SCS、CTS和NMS的响应值有较明显的变化，但是并没有表现出明显的规律性。因此，无法用于鉴别鲟鱼发酵的成熟度。

图3 不同处理阶段和不同发酵时间鲟鱼样品滋味分析的电子舌雷达图Fig.3 Electronic tongue radar chart of sturgeon samples taste analysis in different processing stages and fermentation time

2.2.2 基于电子舌数据不同处理阶段和不同发酵时间鲟鱼样品的主成分分析结果

通过电子舌自带分析软件处理每个鲟鱼样品的信号数据建立主成分二维图，结果见图4。由图4可知，主成分1和主成分2的方差贡献率分别为77.53%和16.57%，总方差贡献率为94.10%＞85%，这说明主成分1和主成分2已经包含样品的整体信息。CX和CTA样品主要分布在第一象限，但相互之间没有重叠区域，能够完全区分，与其他样品的差异也较大。发酵过程中的鲟鱼样品主要分布在第三象限，但CTC、CTE和CTF样品数据的重叠区域较大，不能完全区分。因此，利用电子舌鉴别鲟鱼发酵的成熟度以找到最佳发酵时间的效果欠佳。

图4 基于电子舌数据不同处理阶段和不同发酵时间鲟鱼样品的电子舌主成分分析结果Fig.4 Principal component analysis results of sturgeon samples in different processing stages and fermentation time based on electronic tongue data

2.3 不同处理阶段和不同发酵时间鲟鱼样品的感官评价分析结果

由表3可知，发酵阶段鲟鱼的感官评定总分明显高于新鲜鲟鱼和腌制鲟鱼，且随着发酵时间的进行，感官评定总分逐渐升高，这说明发酵过程中在微生物的作用下生产了特殊的风味物质，产生了发酵鱼特有的酸甜味，且使肉质更紧实、更有弹性。感官评价与电子鼻的雷达图、PCA分析结果相符。

表3 不同处理阶段和不同发酵时间鲟鱼的感官评价指标及分值Table3 Sensory evaluation indexes and scores of sturgeon in different processing stages and fermentation time

3 结论

电子鼻对不同处理阶段和不同发酵时间鲟鱼样品的气味分析结果表明，仅LY2/gCT传感器对不同阶段的气味响应强度差异不明显，而其余17个传感器对新鲜、腌制和发酵三个阶段的响应有明显的差异，响应强度由大到小分别为发酵、新鲜和腌制。利用电子鼻能够有效地区分发酵鲟鱼的不同处理阶段和不同发酵时间，且不同处理阶段的气味差异主要存在于烃类、酯类、醛类、硫化物和胺类等化合物上。电子舌对不同处理阶段和不同发酵时间鲟鱼样品的滋味分析结果表明，电子舌的5个传感器虽然有较明显的差异，但是并不存在规律性，尤其是在发酵过程中，发酵不同时间的鲟鱼样品滋味无明显差异。感官评价总分随发酵时间延长而升高，与电子鼻的雷达图、PCA分析结果相符，说明发酵产生特有的滋味和气味，可有效辅助鉴别鲟鱼的发酵成熟度。综上所述，电子鼻可以用于监测发酵鲟鱼的制作过程并能有效地区分其不同处理阶段和不同发酵时间，而电子舌则无法有效区分发酵鲟鱼的不同发酵时间，因此电子鼻结合感官评价分析可用于鉴定鲟鱼的发酵成熟度，为发酵鲟鱼在工业生产中准确鉴别发酵成熟度提供依据。