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电子舌技术在检测肉品新鲜度中的应用

2021.12.27

1、在肉品新鲜度中的应用

在贮存的过程中,由于微生物和酶的作用,肉中的蛋白质、脂肪和糖类发生分解而腐败变质。随着贮藏时间的延长,肉的新鲜度逐渐下降,其内部组成成分将发生明显变化。传统检测大多是以蛋白质分解的最终产物为基础,进行定性和定量的分析,如常用挥发性盐基氮、pH 测定等表征肉的新鲜度,但是此类方法均存在耗时耗力的缺点。电子舌系统可以通过检测样品或样品溶液中味觉物质的变化情况实现肉品新鲜度的快速评定,判别肉品的质量。

韩剑众等利用课题组开发的多频脉冲电子舌对不同品种生鲜肉品(猪肉和鸡肉)的品质和新鲜度进行了研究,结果发现,电子舌不仅可以有效区分不同品种(杜大长猪和金华猪)和不同部位的宰后猪肉(背最长肌和半膜肌),还能将室温(15℃)和冷藏(4℃)两种不同贮藏条件下不同贮藏时间的肉品质特性有效识别,也即新鲜度的识别。在此基础上,又分别对三黄鸡、艾拔益加肉鸡(AA 鸡)进行检测,获得了类似的结果,能够将不同品种(三黄鸡、AA 鸡)、不同部位(胸肌和腿肌)及不同新鲜度(4℃贮藏1天、2天、3天和4天)的鸡肉有效区分开,再次证明电子舌对肉品质和新鲜度的辨识评价是有效的。同年,该课题组探索了多频脉冲电子舌在鲈鱼、鳙鱼、鲫鱼三种淡水鱼和马鲶鱼、小黄鱼、鲳鱼三种海水鱼中进行品质和新鲜度评价可行性,电子舌能够准确地区分淡水鱼肉和海水鱼肉,而且还可以辨识不同品种的淡水鱼或海水鱼之间的差异。此外,多频脉冲电子舌能够依据不同贮藏时间对淡水鱼肉和海水鱼肉的品质特征进行分类,而且能反映其品质的变化规律特性。这些研究成果为解决现代集约化养殖下鱼类产品的品质及新鲜度的监测、评价和控制提供了新的研究思路和有效手段。但也存在一定的不足之处,在上述内容中,新鲜度以天数表示,只是对不同贮藏天数的肉进行的定性判别,而非严格的新鲜度指标(如挥发性盐基总氮、K₁值),难以表征其食用品质。

Luis Gil 等组建了一个由16个电势传感器(金属传感器、金属氧化物传感器和难溶盐电极)组成的电子舌,结合质构、色度、pH 值、菌落总数、挥发性盐基总氮和生物胺等生化指标,研究了鱼片新鲜度随时间的变化趋势。结果发现,采用电子舌信号建立的 PLS 定量分析模型可以有效预测与肉新鲜度相关的生化指标,且总生物胺、pH 值、挥发性盐基总氮和菌落总数与16个传感器信号之间具有显著的相关关系(其相关系数在0.98以上)。该团队又采用自行研发的由金属电极(3个金电极、2个银电极、1个镍电极、3个铜电极和3个石墨电极)组成的电势型电子舌,对乌颊鱼鱼片进行连续和间断的检测,并对其鱼糜进行间断监测,以研究其新鲜度和品质在贮藏中的变化趋势。结果发现,所用的12根传感器,尤其是金电极和银电极,可以有效监测乌颊鱼宰后肉新鲜度的下降情况。且采用表征鱼宰后新鲜度指标的 K₁值对电子舌的检测结果进行验证,发现 K₁值与金电极和银电极检测信号之间具有较好的相关性,表明电子舌可以作为一种快速、可靠、有效的分析鱼肉新鲜度的方法。在此基础上,Luis Gil 等采用由6根电极(金、银、铜、铅、锌和石墨)组成的电子舌检测了冷藏条件下猪肉的新鲜度变化,同时监测其物理化学、微生物和生化指标,采用多种多元统计分析方法(主成分分析、PLS 和人工神经网络分析)研究了电子舌信号和肉品新鲜度指标之间的相关关系。主成分分析和神经网络分析均能将不同新鲜度的样品正确区分和识别,PLS 分析发现 pH、K 值和电子舌信号之间存在较好的相关性,采用电子舌信号可以实现鱼肉新鲜度的监测。由此结果可知,电子舌可以实现肉品新鲜度定性和半定量的检测。上述分析将不同类型传感器组成的电子舌的响应信号与新鲜度相关指标有机结合,为电子舌在肉品新鲜度检测中的应用提供理论依据。

2、定量分析

肉制品加工过程中,为达到防腐、护色、改善肉质等效果,往往会添加一些盐类(硝酸盐、亚硝酸盐和氯化钠)。但是,在生产中,盐类的添加量有一定的限制,过少难以达到所要求的目的;过多,则对肉的品质产生影响,如使肉的持水能力下降、汁液渗出、蛋白质沉淀等,同时还会影响消费者的身体健康。而常规的检测方法通常有样品预处理复杂、耗时长、设备投入高、需要专业技术人员等缺点,难以实现实时在线监测。目前已经有研究者探索电子舌在监测肉和肉制品中盐类含量中应用的研究。

H.Roberto 等采用电子舌和电化学阻抗光谱这两种电化学方法检测了碎肉中氯化钠、亚硝酸钠和硝酸钾的含量水平。电子舌检测了盐水溶液和碎肉样品,而阻抗传感器只检测了碎肉样品。实验设计了三种盐(氯化钠、亚硝酸钠和硝酸钠)的三个不同添加水平(低、中、高)共18个实验。采用交互验证和 PLS 回归对数据进行分析,建立预测模型。结果发现对氯化物的预测效果较好,而对亚硝酸盐和硝酸盐含量的预测效果一般。在上述研究的基础上,I.Campos 等采用惰性金属组成的电子舌研究了盐水和碎肉中不同盐含量的测定。首先采用电子舌测定水溶液中不同阴离子的响应特征,以获得一组电子舌检测肉样时的脉冲值。按照实验设计方案在水和肉样中添加三种不同含量的三种盐。采用 PLS 回归分析三种盐的真实浓度和电子舌信号预测值之间的关系,发现盐水中两者之间具有较好的相关性。由于碎肉中各种复杂成分之间的相互作用,电子舌信号预测盐水中盐含量的效果明显优于碎肉。尽管如此,电子舌信号仍能准确地预测肉中各种阴离子的含量。目前,电子舌检测肉制品中盐类的含量仅限于单一添加盐类,其结果会受到肉中各种复杂成分之间的相互作用的影响,在实际生产中,肉制品在加工中添加的调味料会对电子舌的检测结果带来更显著的影响,使得电子舌在肉制品检测中的应用受到限制。而且在电子舌的定量预测应用中,存在必须优先采用大量数据建立检验模型,即建模和学习的过程,而模型的可靠性、稳定性一直都是困扰电子舌应用的一大难题。

3、肉品质量鉴定

肉与肉制品为人体提供了优质蛋白质。在肉品生产和加工过程中,经常会出现以低价值肉品冒充高价值肉品,或者是将低价值成分添加到高价值肉品中的现象。目前,肉类品种、掺假的主要检测方法有感官评定、理化指标检测和基于蛋白质和 DNA 检测。但是感官评价结果易受外界条件的影响,理化指标分析耗时较长;基于蛋白质和 DNA 分析时,需要复杂的样品预处理过程,对技术人员的要求较高,而电子舌提供了一种快速、便捷的检测方法。

Chi-Chung Chou 等研究了电化学检测器的高效液相色谱在15种动物肉品(牛、猪、山羊、鹿、马、鸡、鸭、鸵鸟、鲑鱼、鳕鱼、虾、蟹、扇贝、牛蛙和鳄鱼)区分中的应用。每种样品都具有独特的电化学特征,且不同种属样品和不同部位样品的检测结果发现保留时间和峰展开时间的变异系数低于6%。而且该方法不需要衍生或萃取,可用于新鲜肉和烹调后的肉品。虽然室温下 24h 和反复融冻的牛肉、猪肉和鸡肉样品特征峰的强度有所变换,但其模式没有变化。该方法适用于快速区分多种不同的肉制品,表明电化学检测可以作为免疫化学和分子生物学的补充方法。黄丽娟采用实验室开发的多频脉冲电子舌对不同品种、部位、贮存时间的肉样进行评价,表明电子舌能够有效区分不同肉样的肉质差异,并能很好地反映肉品在贮存过程中的整体变化规律,为利用电子舌进行肉品新鲜度和货架寿命的监控提供了实验基础。王鹏等采用多脉冲电子舌系统对不同品种、不同日龄、不同部位的鸡肉进行检测,并采用主成分分析法对电信号进行分析,发现电子舌对同一品种鸡的煮制鸡胸肉和鸡腿肉响应差异明显;而单电极对不同品种煮制鸡胸肉、鸡腿肉或鸡汤的区分效果不理想。经优化后的复合电极可以实现对3种不同原料肉加工的煮制鸡腿肉或鸡汤的区分,表明电子舌在区分不同原料鸡肉加工产品方面具有一定的潜力。A.Legin 等采用由4个固体传感器和7个聚氯乙烯(PVC)薄膜传感器组成的电子舌对不同品种(鳕鱼、黑线鳕和鲈鱼)和不同品质(鲜肉、冰箱冷藏肉和室温贮存肉)的鱼肉进行了检测,发现该电子舌系统能够区分海水鱼和淡水鱼,且能够检测到鱼肉新鲜度的变化,可见电子舌可以用来评定肉类的品质。田晓静等在优化的电子舌检测条件下(0.1mol/L KCl 溶液浸提 15g 肉糜样品)对混入鸡肉的掺假羊肉糜进行了检测,结合主成分分析和典则判别分析,电子舌均能很好地区分混入不同比例鸡肉的羊肉糜样品;多元线性回归分析和偏最小二乘回归分析建立的定量预测模型能有效预测混入的鸡肉比例(R₂>0.99,RMSE<3%)。综上所述,电子舌在区分不同物种、品种、部位的原料肉和肉制品中具有可行性,这为准确、快速、经济地鉴别原料肉的来源、品质、贮藏方法等提供了理论基础。

4、肉品卫生监测

在家畜养殖、屠宰、加工等过程中,会受到环境中各种因素的影响。肉品易受微生物的污染而发生腐败变质。鸡肉是一种较受欢迎的肉品,但是在加工过程中易受到病菌性微生物(如沙门氏菌)的污染。Yu-bin Lan 等研究采用一种对鸡肉中沙门氏菌敏感的表面等离子体共振生物传感器组成的电子舌成功用于检测鸡肉中沙门氏菌的含量。采用一系列不同稀释度的抗体溶液来检测 SPR 生物传感器的选择性,发现该传感器对1×10⁶CFU/mL微生物含量具有可信度。结果表明,该 SPR 生物传感器有应用于病原菌监测的潜力,只是需要做更多的实验,以确定其检测限。

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