1、在肉品新鮮度中的應用
在貯存的過程中,由于微生物和酶的作用,肉中的蛋白質、脂肪和糖類發生分解而腐敗變質。隨著貯藏時間的延長,肉的新鮮度逐漸下降,其內部組成成分將發生明顯變化。傳統檢測大多是以蛋白質分解的最終產物為基礎,進行定性和定量的分析,如常用揮發性鹽基氮、pH 測定等表征肉的新鮮度,但是此類方法均存在耗時耗力的缺點。電子舌系統可以通過檢測樣品或樣品溶液中味覺物質的變化情況實現肉品新鮮度的快速評定,判別肉品的質量。
韓劍眾等利用課題組開發的多頻脈沖電子舌對不同品種生鮮肉品(豬肉和雞肉)的品質和新鮮度進行了研究,結果發現,電子舌不僅可以有效區分不同品種(杜大長豬和金華豬)和不同部位的宰后豬肉(背最長肌和半膜肌),還能將室溫(15℃)和冷藏(4℃)兩種不同貯藏條件下不同貯藏時間的肉品質特性有效識別,也即新鮮度的識別。在此基礎上,又分別對三黃雞、艾拔益加肉雞(AA 雞)進行檢測,獲得了類似的結果,能夠將不同品種(三黃雞、AA 雞)、不同部位(胸肌和腿肌)及不同新鮮度(4℃貯藏1天、2天、3天和4天)的雞肉有效區分開,再次證明電子舌對肉品質和新鮮度的辨識評價是有效的。同年,該課題組探索了多頻脈沖電子舌在鱸魚、鳙魚、鯽魚三種淡水魚和馬鯰魚、小黃魚、鯧魚三種海水魚中進行品質和新鮮度評價可行性,電子舌能夠準確地區分淡水魚肉和海水魚肉,而且還可以辨識不同品種的淡水魚或海水魚之間的差異。此外,多頻脈沖電子舌能夠依據不同貯藏時間對淡水魚肉和海水魚肉的品質特征進行分類,而且能反映其品質的變化規律特性。這些研究成果為解決現代集約化養殖下魚類產品的品質及新鮮度的監測、評價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處,在上述內容中,新鮮度以天數表示,只是對不同貯藏天數的肉進行的定性判別,而非嚴格的新鮮度指標(如揮發性鹽基總氮、K1 值),難以表征其食用品質。
Luis Gil 等組建了一個由16個電勢傳感器(金屬傳感器、金屬氧化物傳感器和難溶鹽電極)組成的電子舌,結合質構、色度、pH 值、菌落總數、揮發性鹽基總氮和生物胺等生化指標,研究了魚片新鮮度隨時間的變化趨勢。結果發現,采用電子舌信號建立的 PLS 定量分析模型可以有效預測與肉新鮮度相關的生化指標,且總生物胺、pH 值、揮發性鹽基總氮和菌落總數與16個傳感器信號之間具有顯著的相關關系(其相關系數在0.98以上)。該團隊又采用自行研發的由金屬電極(3個金電極、2個銀電極、1個鎳電極、3個銅電極和3個石墨電極)組成的電勢型電子舌,對烏頰魚魚片進行連續和間斷的檢測,并對其魚糜進行間斷監測,以研究其新鮮度和品質在貯藏中的變化趨勢。結果發現,所用的12根傳感器,尤其是金電極和銀電極,可以有效監測烏頰魚宰后肉新鮮度的下降情況。且采用表征魚宰后新鮮度指標的 K1 值對電子舌的檢測結果進行驗證,發現 K1 值與金電極和銀電極檢測信號之間具有較好的相關性,表明電子舌可以作為一種快速、可靠、有效的分析魚肉新鮮度的方法。在此基礎上,Luis Gil 等采用由6根電極(金、銀、銅、鉛、鋅和石墨)組成的電子舌檢測了冷藏條件下豬肉的新鮮度變化,同時監測其物理化學、微生物和生化指標,采用多種多元統計分析方法(主成分分析、PLS 和人工神經網絡分析)研究了電子舌信號和肉品新鮮度指標之間的相關關系。主成分分析和神經網絡分析均能將不同新鮮度的樣品正確區分和識別,PLS 分析發現 pH、K 值和電子舌信號之間存在較好的相關性,采用電子舌信號可以實現魚肉新鮮度的監測。由此結果可知,電子舌可以實現肉品新鮮度定性和半定量的檢測。上述分析將不同類型傳感器組成的電子舌的響應信號與新鮮度相關指標有機結合,為電子舌在肉品新鮮度檢測中的應用提供理論依據。
2、定量分析
肉制品加工過程中,為達到防腐、護色、改善肉質等效果,往往會添加一些鹽類(硝酸鹽、亞硝酸鹽和氯化鈉)。但是,在生產中,鹽類的添加量有一定的限制,過少難以達到所要求的目的;過多,則對肉的品質產生影響,如使肉的持水能力下降、汁液滲出、蛋白質沉淀等,同時還會影響消費者的身體健康。而常規的檢測方法通常有樣品預處理復雜、耗時長、設備投入高、需要專業技術人員等缺點,難以實現實時在線監測。目前已經有研究者探索電子舌在監測肉和肉制品中鹽類含量中應用的研究。
H.Roberto 等采用電子舌和電化學阻抗光譜這兩種電化學方法檢測了碎肉中氯化鈉、亞硝酸鈉和硝酸鉀的含量水平。電子舌檢測了鹽水溶液和碎肉樣品,而阻抗傳感器只檢測了碎肉樣品。實驗設計了三種鹽(氯化鈉、亞硝酸鈉和硝酸鈉)的三個不同添加水平(低、中、高)共18個實驗。采用交互驗證和 PLS 回歸對數據進行分析,建立預測模型。結果發現對氯化物的預測效果較好,而對亞硝酸鹽和硝酸鹽含量的預測效果一般。在上述研究的基礎上,I.Campos 等采用惰性金屬組成的電子舌研究了鹽水和碎肉中不同鹽含量的測定。首先采用電子舌測定水溶液中不同陰離子的響應特征,以獲得一組電子舌檢測肉樣時的脈沖值。按照實驗設計方案在水和肉樣中添加三種不同含量的三種鹽。采用 PLS 回歸分析三種鹽的真實濃度和電子舌信號預測值之間的關系,發現鹽水中兩者之間具有較好的相關性。由于碎肉中各種復雜成分之間的相互作用,電子舌信號預測鹽水中鹽含量的效果明顯優于碎肉。盡管如此,電子舌信號仍能準確地預測肉中各種陰離子的含量。目前,電子舌檢測肉制品中鹽類的含量僅限于單一添加鹽類,其結果會受到肉中各種復雜成分之間的相互作用的影響,在實際生產中,肉制品在加工中添加的調味料會對電子舌的檢測結果帶來更顯著的影響,使得電子舌在肉制品檢測中的應用受到限制。而且在電子舌的定量預測應用中,存在必須優先采用大量數據建立檢驗模型,即建模和學習的過程,而模型的可靠性、穩定性一直都是困擾電子舌應用的一大難題。
3、肉品質量鑒定
肉與肉制品為人體提供了優質蛋白質。在肉品生產和加工過程中,經常會出現以低價值肉品冒充高價值肉品,或者是將低價值成分添加到高價值肉品中的現象。目前,肉類品種、摻假的主要檢測方法有感官評定、理化指標檢測和基于蛋白質和 DNA 檢測。但是感官評價結果易受外界條件的影響,理化指標分析耗時較長;基于蛋白質和 DNA 分析時,需要復雜的樣品預處理過程,對技術人員的要求較高,而電子舌提供了一種快速、便捷的檢測方法。
Chi-Chung Chou 等研究了電化學檢測器的高效液相色譜在15種動物肉品(牛、豬、山羊、鹿、馬、雞、鴨、鴕鳥、鮭魚、鱈魚、蝦、蟹、扇貝、牛蛙和鱷魚)區分中的應用。每種樣品都具有獨特的電化學特征,且不同種屬樣品和不同部位樣品的檢測結果發現保留時間和峰展開時間的變異系數低于6%。而且該方法不需要衍生或萃取,可用于新鮮肉和烹調后的肉品。雖然室溫下 24h 和反復融凍的牛肉、豬肉和雞肉樣品特征峰的強度有所變換,但其模式沒有變化。該方法適用于快速區分多種不同的肉制品,表明電化學檢測可以作為免疫化學和分子生物學的補充方法。黃麗娟采用實驗室開發的多頻脈沖電子舌對不同品種、部位、貯存時間的肉樣進行評價,表明電子舌能夠有效區分不同肉樣的肉質差異,并能很好地反映肉品在貯存過程中的整體變化規律,為利用電子舌進行肉品新鮮度和貨架壽命的監控提供了實驗基礎。王鵬等采用多脈沖電子舌系統對不同品種、不同日齡、不同部位的雞肉進行檢測,并采用主成分分析法對電信號進行分析,發現電子舌對同一品種雞的煮制雞胸肉和雞腿肉響應差異明顯;而單電極對不同品種煮制雞胸肉、雞腿肉或雞湯的區分效果不理想。經優化后的復合電極可以實現對3種不同原料肉加工的煮制雞腿肉或雞湯的區分,表明電子舌在區分不同原料雞肉加工產品方面具有一定的潛力。A.Legin 等采用由4個固體傳感器和7個聚氯乙烯(PVC)薄膜傳感器組成的電子舌對不同品種(鱈魚、黑線鱈和鱸魚)和不同品質(鮮肉、冰箱冷藏肉和室溫貯存肉)的魚肉進行了檢測,發現該電子舌系統能夠區分海水魚和淡水魚,且能夠檢測到魚肉新鮮度的變化,可見電子舌可以用來評定肉類的品質。田曉靜等在優化的電子舌檢測條件下(0.1mol/L KCl 溶液浸提 15g 肉糜樣品)對混入雞肉的摻假羊肉糜進行了檢測,結合主成分分析和典則判別分析,電子舌均能很好地區分混入不同比例雞肉的羊肉糜樣品;多元線性回歸分析和偏最小二乘回歸分析建立的定量預測模型能有效預測混入的雞肉比例(R2>0.99,RMSE<3%)。綜上所述,電子舌在區分不同物種、品種、部位的原料肉和肉制品中具有可行性,這為準確、快速、經濟地鑒別原料肉的來源、品質、貯藏方法等提供了理論基礎。
4、肉品衛生監測
在家畜養殖、屠宰、加工等過程中,會受到環境中各種因素的影響。肉品易受微生物的污染而發生腐敗變質。雞肉是一種較受歡迎的肉品,但是在加工過程中易受到病菌性微生物(如沙門氏菌)的污染。Yu-bin Lan 等研究采用一種對雞肉中沙門氏菌敏感的表面等離子體共振生物傳感器組成的電子舌成功用于檢測雞肉中沙門氏菌的含量。采用一系列不同稀釋度的抗體溶液來檢測 SPR 生物傳感器的選擇性,發現該傳感器對1×106CFU/mL微生物含量具有可信度。結果表明,該 SPR 生物傳感器有應用于病原菌監測的潛力,只是需要做更多的實驗,以確定其檢測限。