基于多元统计分析构建冷藏三文鱼新鲜度等级评价模型

周炳武1,胡 谦2,李国萍2,邢冉冉2,张九凯2,杜欣军1,*,陈 颖2,*

(1.天津科技大学食品科学与工程学院,天津 300457;2.中国检验检疫科学研究院,北京 100176)

摘 要:为分析不同贮藏时间下冷藏三文鱼的新鲜度变化并构建新鲜度等级评价模型,将新鲜三文鱼在4 ℃下贮藏,测定其在贮藏过程中的感官评分、总挥发性盐基氮含量、pH值、硫代巴比妥酸反应物(thiobarbituric acid reactive substances,TBARS)值、K值、菌落总数(total viable count,TVC)、色泽、剪切力、汁液损失率和持水力等品质指标变化,采用多元统计分析划分新鲜度区间,建立三文鱼新鲜度等级判别模型。结果表明:通过层次聚类分析可将三文鱼在4 ℃下的贮藏期划分为3 个区间:0~6 d为新鲜区间,7~8 d为次新鲜区间,9 d及以后为腐败区间,主成分分析显示,TBARS值、TVC、感官评分是评价三文鱼新鲜度的关键指标,建立的Fisher线性判别模型可较好地区分三文鱼肉的3 个新鲜度等级。综上,本研究构建了一种可以判断冷藏三文鱼新鲜度等级的评价模型,可用于准确判断冷藏三文鱼肉的新鲜程度。

关键词:三文鱼;新鲜度等级;评价模型;多元统计分析;冷藏

三文鱼是鲑科(Salmonidae)鱼类的统称,共包括3 个亚科、7 个属、约67 种鱼,目前市场上常见的进口三文鱼种类主要涉及鲑亚科的大马哈鱼属(Oncorhynchus)和鲑属(Salmo),其中鲑属中的大西洋鲑(Salmo salar)是进口量最多的品种,主要以冰鲜整鱼的形式进口[1],其富含蛋白质、二十二碳六烯酸等多种营养成分及二甲氨基乙醇等功能性成分,且肉质鲜美、口感佳,是广受我国消费者欢迎的鱼类品种[2]。近年来国内外市场对三文鱼的需求不断增加,对三文鱼的品质要求也不断提高。然而,三文鱼肌肉组织质地柔软、富含蛋白质及不饱和脂肪酸,在宰杀后极易受微生物污染,引发腐败变质[3-4],进而导致营养价值下降与品质劣变,严重时甚至可能危及消费者健康[5]。三文鱼在市场上主要以生鱼片形式流通,且常被加工成刺身食用[2]。由于刺身对原料新鲜度要求极高,因此精准鉴别三文鱼的新鲜度对其品质控制、加工适宜性和消费者健康保障均具有重要意义。

挥发性盐基氮是动物蛋白在酶和微生物作用下分解产生的化合物,总挥发性盐基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)含量是评价水产品新鲜程度的经典指标[6-7]。此外,pH值、硫代巴比妥酸反应物(thiobarbituric acid reactive substances,TBARS)值、菌落总数(total viable count,TVC)、色泽和感官评分等也常作为水产品新鲜度评价指标。现有研究[8-9]多采用单一指标对三文鱼新鲜度进行评价,但基于单一指标的评价方法存在片面性,不同指标表征的新鲜度结果有所差异,且部分指标仅在鱼肉严重腐败时才能检测到,无法区分新鲜与次新鲜状态,难以实现综合评价和等级划分[10],多元统计分析(如层次聚类分析(hierarchical cluster analysis,HCA)、线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA)等)可通过关联多项指标,揭示其内在规律与变化趋势,为新鲜度评价提供更全面的分析方法。刘丹飞[11]以TVB-N含量、pH值、TVC、色泽和感官评分为评价指标,采用PCA、HCA将4 ℃冷藏鸡胸肉分成新鲜、中度新鲜和腐败3 个等级,再通过LDA成功构建基于新鲜度相关质量指标的鸡胸肉新鲜度判别模型,该模型对冷藏鸡胸肉新鲜度分类的准确率可达93.6%。马艳丽等[12]以TVB-N含量、pH值、TVC和感官评分为评价指标,通过HCA将4 ℃冷藏羊肉分成新鲜、次新鲜和腐败3 个等级,然后采用LDA结合感官评分建立羊肉新鲜度等级判别模型,识别率达100%。但目前将多元统计分析应用于三文鱼新鲜度评价与分级的研究鲜见报道,现有研究多集中于特定贮藏条件下鱼肉可食用期限的判别[13],缺少对新鲜、次新鲜及腐败动态变化过程的系统解析,以及不同等级新鲜度划分区间的界定研究。

本研究首先通过测定4 ℃贮藏三文鱼的感官品质、TVB-N含量、pH值、TBARS值、K值、TVC、色泽、剪切力、汁液流失率和持水力考察其新鲜度变化规律,然后通过HCA对各品质指标进行聚类,划分新鲜度区间,最后通过LDA对划分的新鲜度区间进行检验,建立冷藏三文鱼的新鲜度等级判别模型,以期为三文鱼肉新鲜度的准确判断提供方法支持,为其他水产品新鲜度等级研究及相关智能包装技术的开发提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

三文鱼(大西洋鲑,原产于挪威)购于北京海运百川食品有限公司,样品于当日捕杀,24 h内空运至首都国际机场,然后冰运至实验室。

pH值校正液、氧化镁(分析纯)、硼酸(分析纯)、甲基红(指示剂级)、溴甲酚绿(指示剂级)、三氯乙酸(分析纯)、硫代巴比妥酸(纯度98%)、乙二胺四乙酸二钠(分析纯) 上海阿拉丁生化科技股份有限公司;盐酸(化学纯)、95%乙醇(分析纯) 国药集团化学试剂有限公司;平板计数琼脂培养基 北京陆桥技术股份有限公司。

1.2 仪器与设备

Kjeltec 8400自动凯氏定氮仪 瑞士Foss公司;1342H CENTRI离心机 德国Heraeus公司;ME403E电子天平(精度0.000 01 g)、S20K实验室pH计 瑞士Mettler Toledo公司;Multiskan GO酶标仪 美国Thermo Fisher Scientific公司;CTXTM质构分析仪 美国Brookfield公司;3nh-NR110色差仪 深圳三恩时科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品前处理

三文鱼经4 ℃预冷生理盐水清洗后,去皮、去刺,切分成10 cm×5 cm×5 cm大小,分装至真空袋,抽尽空气以模拟销售环境,置于4 ℃恒温冰箱贮藏。以三文鱼宰后24 h为0 d,每隔1 d取样测定相关指标,每个时间点取3 组样品,每项指标进行3 次平行测定,持续监测12 d。

1.3.2 感官评定

参考Xuan Guanhua等[14]的方法并略作修改,选择6 名具有感官评定经验的人员组成感官评价小组,在感官评定之前,先对小组成员进行培训,评审员按照表1感官评价标准对冷鲜三文鱼肉的色泽、组织状态、黏度和气味进行打分,并判断三文鱼的新鲜度。

表1 4 ℃冷藏三文鱼片的感官评价标准
Table 1 Sensory evaluation criteria for refrigerated salmon slices stored at 4 ℃

感官评分色泽组织状态黏度气味8~10色泽正常,呈鲜红色,肌肉切面富有光泽整,纹理很清晰肌肉有弹性,不黏手具有海鱼特有的鲜味和香味6~8色泽正常,呈鲜红色微微偏暗,肌肉切面有些许光泽肌肉组织致密、完鲜味降低,能闻到淡淡的鱼腥味4~6色泽稍暗红,肌肉切面无光泽肌肉组织致密,纹理较清晰弹性稍差,压出凹印能快速恢复,不黏手无鲜味,鱼腥味浓0~4呈苍白色或灰白色,有浑浊液体流出肌肉组织不紧密,局部松散弹性略差,压后恢复较慢,微微黏手肌肉组织不紧密,松散无弹性,压后不恢复,黏手鱼腥味浓且伴随不愉快气味

1.3.3 pH值测定

参照GB 5009.237—2016《食品安全国家标准 食品pH值的测定》[15]测定pH值。

1.3.4 TBARS值测定

参照GB 5009.181—2016《食品安全国家标准 食品中丙二醛的测定》[16]中的分光光度法测定丙二醛含量,以丙二醛含量表示TBARS值。

1.3.5 K值测定

参照SC/T 3048—2014《鱼类鲜度指标K值的测定 高效液相色谱法》[17]测定K值。

1.3.6 TVB-N含量测定

参照GB 5009.228—2016《食品安全国家标准 食品中挥发性盐基氮的测定》[18]中的自动凯氏定氮法测定TVB-N含量。

1.3.7 剪切力测定

参考陈红[19]的方法并略作调整。采用质构分析仪的TA/SBA-WB-1探头测定剪切力,将探头切向垂直于鱼肉肌肉纤维走向。参数设置:压缩率50%,触发力5 g,探头测试前下降速率2 mm/s,测试速率2 mm/s,测试后上升速率10 mm/s。每组样品平行测定5 次。

1.3.8 持水力和汁液损失率测定

参考田继源等[20]的方法并略作调整,取3 g鱼肉(m1/g),用滤纸包覆,3 000×g常温离心15 min,去除滤纸称质量(m2/g),每组样品平行测定3 次。持水力按式(1)计算:

将鱼体表面擦干后,称取鱼片初始净质量(m0/g),贮藏一定时间后,再次称取质量(m3/g),每组样品平行测定3 次。汁液损失率按式(2)计算:

1.3.9 TVC测定

参照GB 4789.2—2022《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》[21]测定TVC。

1.3.10 色泽测定

参考Castrica等[22]的方法,使用色差仪测定三文鱼的亮度值(L*)、红度值(a*)和黄度值(b*),每次测定前使用标准白色矫正板和黑色矫正板对仪器进行校准。色差值(∆E)按式(3)计算:

式中:ΔL*、Δa*、Δb*分别为贮藏前后L*a*b*差值。

1.4 数据处理

采用IBM SPSS Statistics 26软件对数据进行方差分析、显著性检验和相关性分析。使用Origin 2021软件进行HCA和LDA,并绘制折线图。P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 冷藏三文鱼品质指标分析

2.1.1 感官评分变化

由表2可知,随着贮藏时间的延长,感官评分显著下降(P<0.05)。贮藏初期,三文鱼肉鲜亮有光泽,按压后能够迅速恢复,带有三文鱼肉固有的鲜味和香味,无鱼腥味和其他异味。贮藏7 d时,感官评分为20.89,此时三文鱼肉已呈现暗红色,肌肉切面无光泽,且肌肉局部松散,弹性差,按压后恢复缓慢且略微发黏,无鲜味,有较大的鱼腥味且略带异味,评审员无生食欲望;贮藏9 d时,感官评分为13.78,此时三文鱼肉表面已经变黏,伴有油脂腐败的哈喇味和恶臭气味,已经完全腐败,不可食用,这与赵冬寒等[23]的研究结果相同,其指出三文鱼在4 ℃贮藏9 d时为二级鲜度以下,达到不可接受程度。

表2 4 ℃贮藏期间三文鱼片品质指标变化
Table 2 Changes in quality indicators of salmon slices during storage at 4 ℃

注:同列小写字母不同表示差异显著(P<0.05)。表3同。

时间/d感官评分TVB-N含量/贮藏(mg/100 g)pHTBARS值/损失率/%持水力/%TVC(lg(CFU/g))035.22±1.26a10.10±0.43m6.43±0.02d0.27±0.01m9.94±0.51m8.85±0.31a0.00±0.00m92.12±0.29a2.74±0.06m 132.72±1.49b11.43±0.19l6.36±0.02e0.30±0.01l12.14±1.40l8.40±0.16b0.77±0.07l90.41±0.39b3.02±0.07l 231.28±2.22b12.34±0.58k6.31±0.01f0.32±0.01k15.21±1.33k7.67±0.21c1.33±0.17k88.82±0.89c3.53±0.03k 328.83±1.47c15.42±0.30j6.28±0.01g0.35±0.01j18.30±0.59j7.06±0.27d2.29±0.08j87.37±0.49d3.92±0.08j 427.39±2.50c16.44±0.16i6.22±0.02h0.38±0.01i21.25±1.44i6.57±0.19e3.19±0.17i87.46±0.52d4.24±0.09i 524.61±2.12d18.58±0.33h6.20±0.02i0.43±0.02h27.70±1.79h6.42±0.23e3.56±0.20h87.39±0.92d4.41±0.08h 622.94±1.70de19.54±0.52g6.21±0.02hi0.53±0.01g32.23±0.90g5.63±0.34f3.85±0.09g85.99±0.77e4.67±0.09g 720.89±2.97e21.32±0.23f6.22±0.01hi0.84±0.01f37.98±1.54f5.23±0.23g4.44±0.32f84.29±0.26f5.04±0.07f 817.22±2.67f23.59±0.20e6.28±0.01g0.97±0.01e43.25±2.13e4.59±0.36h4.86±0.04e82.96±0.57g5.29±0.08e 913.78±1.11g24.83±0.45d6.33±0.02ef1.15±0.02d51.25±1.33d3.61±0.30i5.12±0.07d82.45±0.99g5.66±0.02d 1011.94±1.16gh26.34±0.68c6.46±0.02c1.24±0.02c63.31±1.96c3.33±0.19i5.37±0.08c82.21±0.84g5.98±0.04c 119.89±0.90hi30.34±0.59b6.53±0.02b1.30±0.02b70.20±1.21b2.49±0.30j5.77±0.14b80.93±0.23h6.34±0.06b 128.61±1.50i31.88±0.48a6.56±0.02a1.38±0.02a78.95±1.47a2.47±0.21j5.97±0.16a79.80±0.48i6.45±0.08a(mg/kg)K值/%剪切力/N汁液

2.1.2 pH值变化

水产品的品质与pH值变化高度相关,因此可通过监测pH值变化评估水产品的新鲜度[24]。由表2可知,随着贮藏时间的延长,pH值整体呈先下降再上升的趋势,初始pH值为6.43,贮藏5 d时降至6.20,贮藏初期,乳酸菌、ATP酶及糖酵解作用产生的乳酸和三磷酸腺苷分解产物导致鱼肉pH值降低[25];贮藏后期,在微生物和内源酶的作用下,蛋白质分解产生碱性代谢物,导致pH值升高[9]。贮藏12 d时,三文鱼肉pH值为6.56,已经腐败变质。

2.1.3 TBARS值变化

三文鱼肉富含不饱和脂肪酸,属于高脂鱼类,在冷藏过程中易发生脂质氧化反应,产生酮类、醛类等挥发性物质。TBARS值通常以丙二醛含量计,丙二醛是脂质氧化的特征产物之一,与肉类风味相关,是反映脂质氧化程度的重要指标之一[26],可作为评价三文鱼新鲜度的指标。由表2可知,随着贮藏时间的延长,TBARS值呈显著增加趋势(P<0.05),初始值为0.27 mg/kg,贮藏6 d时达0.53 mg/kg,贮藏7 d时出现大幅升高,达到0.84 mg/kg。贮藏结束时达1.38 mg/kg,较初始值增长约5 倍。由于目前仍未明确食品中TBARS值的限量标准,所以需要结合其他新鲜度指标综合评价,一般情况下,鱼类肌肉中的TBARS值达1~2 mg/kg时会产生难以接受的气味[27-28],贮藏9 d时,三文鱼肉TBARS值超过1 mg/kg,达到1.15 mg/kg,已经不可生食。

2.1.4 K值变化

K值主要反映鱼类肌肉中的核苷酸降解程度,可以客观反映鱼肉的新鲜度,因此,K值被广泛认为是评估生鱼片新鲜度的重要指标。通常情况下,新鲜捕捞的鱼类K值低于10%,其中K值<20%的鱼为一级鲜度,属于新鲜的鱼;K值为20%~40%的鱼为二级鲜度,属于新鲜度较好的鱼;K值为40%~60%的鱼为三级鲜度,属于不太新鲜的鱼;而K值>60%则表明鱼类已进入腐败阶段,不适合食用[29]。由表2可知,随着贮藏时间的延长,三文鱼肉的K值呈显著上升趋势(P<0.05)。鱼类死亡后,肌肉中的核苷酸会在酶(如腺苷酸脱氨酶和5’-核苷酸酶)的作用下迅速分解,同时,随着贮藏时间的延长,ATP消耗殆尽,分解产物(如肌苷酸和腺苷酸)逐渐增加,K值不断升高。具体地,贮藏4 d时,三文鱼片的K值已超过20%,达到21.25%,超过生食标准限制;贮藏8 d时,K值进一步升至43.25%,已达三级鲜度范围;贮藏10 d时,K值已超过60%,说明三文鱼肉进入腐败阶段。这一变化趋势与郭红霞等[30]的研究结果一致。

2.1.5 TVB-N含量变化

TVB-N是水产品在贮藏过程中由内源酶和腐败微生物作用导致蛋白质降解产生的一系列低分子质量碱性含氮代谢物的总和,其含量会随贮藏时间的延长而不断积累,是反映水产品新鲜度的重要指标之一[31]。GB 2733—2015《食品安全国家标准 鲜、冻动物性水产品》[6]规定:新鲜海水鱼类TVB-N含量上限为30 mg/100 g。GB/T 18108—2024《鲜海鱼通则》[7]规定:TVB-N含量≤15 mg/100 g的为优级品;15~30 mg/100 g为合格品,>30 mg/100 g则为腐败品。由表2可知,随着贮藏时间的延长,三文鱼肉TVB-N含量呈显著上升趋势(P<0.05),其初始值为10.10 mg/100 g,贮藏3 d时为15.42 mg/100 g,达到优级品下限,贮藏11 d为30.34 mg/100 g,超过30 mg/100 g,表明三文鱼肉已经腐败,不能食用。由感官评定可知,贮藏7 d时,三文鱼肉已经不适合生食,因此仅依靠TVB-N含量判断三文鱼的新鲜度存在局限性,需要综合多项指标进行全面评价,这与蒋凡[32]对三文鱼片品质变化的研究结果一致。

2.1.6 剪切力变化

肉的嫩度是指肌肉组织抵抗外力切割的物理特性,可通过剪切力量化表征,剪切力越大,硬度越大。与陆生动物肉质相比,鱼肉肉质细嫩,无需软化改善口感,因此保持原有的硬度特性与剪切力学特性是其品质良好的重要体现[33]。由表2可知,随着贮藏时间的延长,剪切力呈显著下降趋势(P<0.05),贮藏期结束时,剪切力相较于初始值下降72.09%,这可能由肌肉失水和肌原细胞完整性被酶和微生物破坏造成[19]

2.1.7 持水力和汁液损失率变化

持水力和汁液损失率是表征肌肉组织对水分保持能力的关键指标,三文鱼中水分状态直接影响其贮藏期间的品质稳定性,水分迁移速率与品质劣变呈现相关性,持水力和汁液损失率与肌肉蛋白的变性程度、营养组分的流失率及嫩度密切相关[34]。由表2可知,随着贮藏时间的延长,三文鱼肉持水力呈显著下降趋势(P<0.05),由初始的92.12%降至79.80%,而汁液损失率则增至5.97%,贮藏4 d前,汁液损失率增幅明显高于贮藏5 d后,这可能是由于肌原纤维结构随着贮藏时间的延长而变得松散,部分流失汁液被重吸收,持水力和汁液损失率整体呈线性变化趋势,可较好地反映三文鱼肉的新鲜度变化。

2.1.8 TVC变化

在运输、贮藏、分割、销售等各个环节,三文鱼均易被微生物污染,从而加速其腐败变质,因此三文鱼肉的新鲜度与参与腐败的微生物数量高度相关[35]。GB 10136—2015《食品安全国家标准 动物性水产制品》[36]中即食生制动物性水产制品的微生物限量规定为:可接受水平限量值为4.69(lg(CFU/g)),最高安全限量值为5(lg(CFU/g))。由表2可知,三文鱼肉初始TVC为2.74(lg(CFU/g)),随着贮藏时间的延长,TVC呈现急速上升趋势。贮藏初期,三文鱼肉中的腐败微生物数量少,仅占天然微生物的较小部分。然而随着贮藏时间的延长,腐败微生物迅速繁殖,并产生各种代谢产物,引发异味和质地变化,最终导致三文鱼腐败变质[37]。贮藏6 d时,TVC为4.67(lg(CFU/g)),说明贮藏前期三文鱼肉尚属于新鲜状态,贮藏7 d时,TVC达5.04(lg(CFU/g)),超过GB 10136—2015[36]规定的即食生制动物性水产制品的微生物最高安全限量值,已经不能生食。

2.1.9 色泽变化

色泽是鱼肉感官品质和化学品质变化的直观反映。由表3可知,贮藏过程中,三文鱼肉L*呈现先升高后降低的趋势,贮藏前期三文鱼肉L*升高可能是由于其内部水分渗出,导致鱼肉表面对光的反射增加,从而使亮度增加。随着贮藏时间的延长,三文鱼肉中的肌红蛋白被氧化,生化反应产生的色素不断积累,导致L*发生显著下降[38]。相比之下,a*b*整体波动较小,均表现为先降低后升高的趋势,与L*变化相反。新鲜的三文鱼肉呈现明亮的橙红色,这是因为类胡萝卜素(特别是虾青素)在肌肉中稳定存在,色泽鲜艳且均匀。随着贮藏时间的延长,鱼肉中的虾青素发生氧化降解,肉色逐渐变暗,甚至出现褐色,这种色泽变化通常标志着鱼肉开始腐败。随着腐败程度的加深,虾青素降解、脂质氧化及蛋白质降解等生化反应进一步导致三文鱼肉褪色和暗化加剧[39]

表3 4 ℃贮藏期间三文鱼片的色泽变化
Table 3 Changes in color of salmon slices during storage at 4 ℃

贮藏时间/dL*a*b*ΔE 065.93±0.52k23.53±0.22d28.59±0.10a0.00±0.00j 167.75±0.33j22.32±0.15e28.33±0.12b2.29±0.51h 268.48±0.82i21.40±0.26f27.88±0.15c3.54±0.83g 369.69±0.73h21.45±0.25f27.53±0.16d4.45±0.66f 470.83±0.79g21.33±0.19f27.02±0.12f5.65±0.97e 571.50±0.30fg20.95±0.34g26.47±0.16h6.51±0.27d 671.98±0.70ef20.55±0.31h25.84±0.29j7.32±0.72c 773.81±0.47c21.44±0.32f26.22±0.21i8.51±0.75b 875.53±0.38a22.26±0.52e26.46±0.12h9.92±0.42a 974.78±0.29b23.49±0.19d26.70±0.12g9.05±0.63b 1073.14±0.46cd24.21±0.15c26.97±0.11f7.42±0.44c 1173.03±0.34d24.94±0.36b27.41±0.07d7.34±0.68c 1272.28±0.67e25.37±0.35a27.97±0.09c6.65±1.01cd

E是量化色泽差异的综合指标。∆E为0~3.0时,存在可感知差异;∆E为3.0~6.0时,差异显著;∆E为6.0~12.0时,差异极显著;∆E>12.0时,为不同颜色[20]。由表3可知,∆E随贮藏时间延长呈先增大后减小的趋势,贮藏1 d时,∆E为2.49,贮藏8 d达到最大值(9.92),说明在贮藏8 d时,三文鱼品质已发生较大变化。

2.2 冷藏三文鱼新鲜度等级分析及评价模型构建

2.2.1 基于HCA的冷藏三文鱼新鲜度分析

HCA是一种基于距离矩阵的迭代聚类算法,能够将最相似的变量结合在一起,根据观察值以不同距离逐次聚合,直到将所有样本聚成一类[40]。以贮藏时间为聚类对象,采用HCA对冷藏三文鱼品质指标进行分析,聚类结果如图1所示。所有样品可被划分为4 类,贮藏0 d和贮藏1 d为第1类;贮藏2~6 d为第2类;贮藏7 d和贮藏8 d为第3类;贮藏9~12 d为第4类,117 个样品全部分类正确,HCA准确率为100%。GB/T 18108—2024[7]规定优品级鲜海鱼的TVB-N含量上限为15 mg/100 g,贮藏3 d时,三文鱼肉的TVB-N含量已达15.42 mg/100 g,超过优品级上限,所以将0~2 d划分为优品级;GB 10136—2015[36]规定即食生制动物性水产制品TVC≤5(lg(CFU/g)),而贮藏7 d时,三文鱼肉的TVC已达5.04(lg(CFU/g)),达到不能生食的判定终点,因此将0~6 d划分为新鲜区间;鱼的TVC可接受水平限量值为5.69(lg(CFU/g),最高安全限量值为6(lg(CFU/g))[39,41],贮藏10 d时,三文鱼肉的TVC已超过可接受水平上限,但HCA将贮藏7 d和贮藏8 d聚为一类,贮藏9~12 d聚为另一类,表明虽然贮藏10 d的TVC才达到可接受的上限,但其他品质在贮藏9 d时已经不可接受,所以将贮藏7~8 d划分为次新鲜区间,贮藏9~12 d划分为腐败区间,综上,冷藏三文鱼肉可食用贮藏期为8 d,之后食用存在安全风险。

图1 4 ℃贮藏期间三文鱼片质量属性指标的HCA图
Fig. 1 HCA plot of quality attributes of salmon slices during storage at 4 ℃

2.2.2 基于主成分分析(principal component analysis,PCA)的冷藏三文鱼肉新鲜度分析

PCA是一种常用的数据降维方法,通过对数据进行线性变换,将原始数据转化为一组线性无关的PC,同时使用置信区间椭圆表示数据在PC方向上的变化范围,从而实现数据的降维和特征提取[42]。利用PCA法对冷藏三文鱼肉的品质指标进行分析,聚类结果如图2所示。PC1的方差贡献率为85.9%,PC2的方差贡献率为12.0%,累计方差贡献率为97.9%,可对三文鱼肉的品质指标进行较好地解释,与PC1高度相关的品质指标为K值、TVC、感官评分,与PC2高度相关的品质指标为pH值、TVB-N含量和TBARS值,以上因素是判别三文鱼新鲜度的主要指标。

图2 4 ℃贮藏期间三文鱼片质量属性指标的PCA得分图
Fig. 2 PCA score plot showing variations in quality attributes of salmon slices during storage at 4 ℃

2.2.3 基于Fisher判别分析的冷藏三文鱼新鲜度分析

LDA又称Fisher线性判别,能够利用已知类别的样品性质获取线性组合规律,并通过建立函数判断未知类别样品归属类别的一种统计方法[43]。对冷藏三文鱼肉的品质指标进行Fisher判别分析,其中70%的样本(82 个)用作训练集,30%的样本(35 个)用作验证集,Wilk’s Lambda结果表明,品质指标之间存在明显的统计学差异(P<0.05)。由图3可知,通过LDA结果可知,LD1和LD2的方差贡献率分别为96.48%和3.52%,累计方差贡献率100%,表明LDA模型能够较好地解释所有变量。另外,各组别之间距离较远,表明LDA模型可较好地将样本区分为新鲜、次新鲜和腐败。

图3 4 ℃贮藏期间三文鱼片质量属性指标的LDA图
Fig. 3 LDA plot showing variations in quality attributes of salmon slices during storage at 4 ℃

由表4可知,新鲜、次新鲜和腐败的训练集全部分类正确,平均判别精度为100%,交叉验证的平均判别精度为100%,表明建立的模型具有良好的预测性能和稳定性能。因此,基于LDA构建的冷藏三文鱼新鲜度等级判别模型可实现三文鱼新鲜度等级的准确判别。

表4 基于LDA模型的不同新鲜度三文鱼片的预测结果
Table 4 Prediction results of salmon slices with different freshness levels based on LDA model

样品集类别样品数平均判别精度/%新鲜次新鲜腐败新鲜4700训练集次新鲜0150腐败0020判别精度/%100100100 100新鲜4700验证集次新鲜0150腐败0020判别精度/%100100100 100新鲜1600测试集次新鲜030腐败0016判别精度/%100100100 100

3 讨 论

三文鱼片作为一种生食水产制品,对原料鱼的新鲜度要求极为严格。通常情况下,生鱼片的原料鱼需要在捕捞后迅速处理,以确保其口感和安全性。根据相关文献和行业标准,生鱼片的原料鱼通常在捕捞后的2~3 d内食用为佳。在此期间,鱼肉的色泽、口感和风味均保持在最佳状态。超过此时间,鱼肉品质将开始下降,出现风味损失、肉质变软及微生物污染风险增加等问题。本研究发现,4 ℃贮藏三文鱼的感官品质、剪切力、色泽、持水力、汁液损失率、pH值、TBARS值、K值、TVB-N含量和TVC均随着贮藏时间的延长发生不同程度的变化。基于不同品质指标判别冷藏三文鱼新鲜度等级的结果存在较大差异。感官评定结果表明,贮藏7 d时,评审员已无生食欲望。贮藏期结束时,三文鱼剪切力下降72.09%,持水力也由初始的92.12%降至79.80%,汁液损失率增至5.97%,pH值随贮藏时间延长呈先下降后上升的趋势,TBARS值在贮藏9 d时达到1.15 mg/kg,产生难以接受的气味。K值在贮藏8 d达到43.25%,达到三级鲜度,此时生食三文鱼存在较大的安全隐患。TVB-N含量在贮藏11 d时达到30.34 mg/100 g,超过GB 2733—2015[6]规定的上限。TVC在贮藏7 d时达到5.04(lg(CFU/g)),超过GB 10136—2015[36]规定的最高安全限量值。新鲜三文鱼肉色明亮且均匀,随着贮藏时间的延长,其逐渐向褐色或灰色转变。采用多元统计分析将上述多个与新鲜度相关的单一品质指标进行综合分析,可有效弥补单一指标信息不足的问题。在实际的商业生产和消费环境中,生鱼片原料鱼的保存期往往受到温度、运输条件和处理技术的影响。目前,进口冷链三文鱼常见的保存期为3~5 d。本研究中的6 d保存期超过商业流通中的保存时限。尽管在6 d保存期内仍可食用,但其风味、质地及新鲜度已经有所下降。因此考虑到食品安全性和感官品质,三文鱼的保存期仍应严格控制在较短时间内,尤其是在商业应用中,建议最佳食用期为捕捞后3 d内,以最大程度保障生鱼片的品质和消费者的健康。

4 结论

本研究通过品质指标结合多元统计分析对冷藏三文鱼新鲜度进行评价和分级,PCA结果表明,K值、TVC和感官评分是判别三文鱼新鲜度的主要指标,HCA将贮藏0~6 d划分为新鲜区间;贮藏7~8 d划分为次新鲜区间;贮藏9~12 d划分为腐败区间,最后基于LDA构建了一种冷藏三文鱼新鲜度等级的评价模型,判别精度可达100%,为三文鱼肉新鲜度的准确判断提供方法支持,为完善三文鱼新鲜度等级研究的理论框架提供数据支持,为三文鱼贮藏、加工及销售环节管理提供科学参考和现实指导,同时为其他水产品新鲜度等级研究及相关智能包装技术的开发提供参考。

参考文献:

[1] 马聪聪. 基于蛋白组学的三文鱼物种鉴别及新鲜度变化机理研究[D]. 石家庄: 河北科技大学, 2020. DOI:10.27107/d.cnki.ghbku.2020.000157.

[2] 郑越男. 基于生物标志物检测三文鱼的新鲜度[D]. 无锡: 江南大学,2021. DOI:10.27169/d.cnki.gwqgu.2021.001199.

[3] MA P H, JIA X X, XU W H, et al. Enhancing salmon freshness monitoring with sol-gel cellulose nanocrystal colorimetric paper sensors and deep learning methods[J]. Food Bioscience, 2023, 56:103313. DOI:10.1016/j.fbio.2023.103313.

[4] JIA Z X, SHI C, ZHANG J R, et al. Comparison of freshness prediction method for salmon fillet during different storage temperatures[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2021,101(12): 4987-4994. DOI:10.1002/jsfa.11142.

[5] 王扬蕊, 袁硕, 白凤翎, 等. 蜡样芽孢杆菌YF-2对冷藏三文鱼的保鲜作用[J]. 中国食品学报, 2025, 25(1): 305-313. DOI:10.16429/j.1009-7848.2025.01.029.

[6] 国家卫生和计划生育委员会. 食品安全国家标准 鲜、冻动物性水产品: GB 2733—2015[S]. 北京: 中国标准出版社, 2015.

[7] 国家市场监督管理总局, 国家标准化管理委员会. 鲜海水鱼通则:GB/T 18108—2024[S]. 北京: 中国标准出版社, 2024.

[8] 贾志鑫. 三文鱼新鲜度和品质货架期预测模型研究[D]. 杭州: 浙江工商大学, 2020. DOI:10.27462/d.cnki.ghzhc.2020.000195.

[9] 丁婷, 李婷婷, 励建荣. 0 ℃冷藏三文鱼片新鲜度综合评价[J].中国食品学报, 2014, 14(11): 252-259. DOI:10.16429/j.1009-7848.2014.11.036.

[10] 刘丹飞, 李晓璇, 蒲玉梅, 等. 冷藏条件下鸡胸肉品质变化及新鲜度评价模型的构建[J]. 食品安全质量检测学报, 2023, 14(16): 152-159.DOI:10.19812/j.cnki.jfsq11-5956/ts.2023.16.008.

[11] 刘丹飞. 花青素智能比色膜的制备及其在新鲜度检测中的应用[D]. 株洲: 湖南工业大学, 2021. DOI:10.27730/d.cnki.ghngy.2021.000081.

[12] 马艳丽, 杜鹏飞, 王守经, 等. 4 ℃冷藏温度下羊肉新鲜度评价模型的构建[J]. 食品科技, 2023, 48(2): 100-105. DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2023.02.024.

[13] FOGARTY C, SMYTH C, WHYTE P, et al. Sensory and ATP derivative-based indicators for assessing the freshness of Atlantic salmon (Salmo salar) and cod (Gadus morhua)[J]. Irish Journal of Agricultural and Food Research, 2019, 58(1): 71-80. DOI:10.2478/ijafr-2019-0008.

[14] XUAN G H, GUO M R, LIN H, et al. Study on volatile chemicals as spoilage indexes of salmon by HS-SPME-GC-MS technique during non-frozen storage[J]. Molecules, 2022, 28(1): 13. DOI:10.3390/molecules28010013.

[15] 国家卫生和计划生育委员会. 食品安全国家标准 食品pH值的测定: GB 5009.237—2016[S]. 北京: 中国标准出版社, 2016.

[16] 国家卫生和计划生育委员会. 食品安全国家标准 食品中丙二醛的测定: GB 5009.181—2016[S]. 北京: 中国标准出版社, 2016.

[17] 农业部. 鱼类鲜度指标K值的测定 高效液相色谱法: SC/T 3048—2014[S]. 北京: 中国农业出版社, 2014.

[18] 国家卫生和计划生育委员会. 食品安全国家标准 食品中挥发性盐基氮的测定: GB 5009.228—2016[S]. 北京: 中国标准出版社, 2016.

[19] 陈红. 草鱼新鲜度评价研究与鲜度指示蛋白试纸的开发[D]. 无锡:江南大学, 2022. DOI:10.27169/d.cnki.gwqgu.2022.000735.

[20] 田继源, 杨永安, 吴子健. 冻藏期间温度波动对三文鱼品质的影响[J]. 食品研究与开发, 2020, 41(11): 66-70. DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2020.11.011.

[21] 国家卫生健康委员会, 国家市场监督管理总局. 食品安全国家标准食品微生物学检验 菌落总数测定: GB 4789.2—2022[S]. 北京: 中国标准出版社, 2022.

[22] CASTRICA M, CHIESA L M, NOBILE M, et al. Rapid safety and quality control during fish shelf-life by using a portable device[J].Journal of the Science of Food and Agriculture, 2021, 101(1): 315-326.DOI:10.1002/jsfa.10646.

[23] 赵冬寒, 赵楠, 梁美佳, 等. 不同贮藏温度下三文鱼鱼片生物胺和品质的变化[J]. 食品工业科技, 2022, 43(11): 350-355. DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2021090147.

[24] REN Y M, SUN J N, MAO X Z. Quality changes in gazami crab(Portunus trituberculatus) during refrigeration[J]. Food Chemistry,2024, 437: 137942. DOI:10.1016/j.foodchem.2023.137942.

[25] PRABHAKAR P K, VATSA S, SRIVASTAV P P, et al. A comprehensive review on freshness of fish and assessment: analytical methods and recent innovations[J]. Food Research International, 2020, 133: 109157.DOI:10.1016/j.foodres.2020.109157.

[26] 俞滢洁. 三文鱼在冷链物流过程中微生物、脂质氧化及水分迁移变化规律研究[D]. 上海: 上海海洋大学, 2023. DOI:10.27314/d.cnki.gsscu.2021.000404.

[27] 郜彦彦, 魏明珠, 陈晨, 等. 紫色杆菌素的生物活性及其对草鱼的保鲜效果[J]. 食品研究与开发, 2023, 44(4): 22-28. DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2023.04.004.

[28] 田继源. 温度波动对冻藏三文鱼品质的影响[D]. 天津: 天津商业大学, 2020. DOI:10.27362/d.cnki.gtsxy.2020.000107.

[29] 孙宗保, 李君奎, 梁黎明, 等. 高光谱成像技术的三文鱼多品质指标的预测与分布可视化研究[J]. 光谱学与光谱分析, 2021, 41(8):2591-2597. DOI:10.3964/j.issn.1000-0593(2021)08-2591-07.

[30] 郭红霞, 冯涛, 戚文元, 等. 电子束辐照对储藏期间三文鱼鲜度的影响[J]. 保鲜与加工, 2020, 20(6): 14-19; 24. DOI:10.3969/j.issn.1009-6221.2020.06.003.

[31] JIA Z X, SHI C, WANG Y B, et al. Nondestructive determination of salmon fillet freshness during storage at different temperatures by electronic nose system combined with radial basis function neural networks[J]. International Journal of Food Science & Technology,2020, 55(5): 2080-2091. DOI:10.1111/ijfs.14451.

[32] 蒋凡. 基于海藻多糖的防雾新鲜度指示标签的制备及其在冷鲜三文鱼中的应用[D]. 杭州: 浙江工商大学, 2023. DOI:10.27462/d.cnki.ghzhc.2023.001076.

[33] 闫寒, 崔震昆, 宋慕波, 等. 蓝光对三文鱼的杀菌作用及品质影响研究[J]. 食品安全质量检测学报, 2023, 14(9): 146-152. DOI:10.19812/j.cnki.jfsq11-5956/ts.2023.09.022.

[34] 朱轶群, 杨永安, 刘建福, 等. 冻藏的温度波动对三文鱼化学指标值及持水力的影响[J]. 食品工业科技, 2021, 42(17): 294-300.DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2020100250.

[35] LIU Y N, LI H, CHEN J, et al. Colorimetric indicator based on zwitterionic anti-freezing hydrogel and alizarin for visual monitoring of salmon fillets freshness[J]. Journal of Future Foods, 2024, 4(2):135-141. DOI:10.1016/j.jfutfo.2023.06.004.

[36] 国家卫生和计划生育委员会. 食品安全国家标准 动物性水产制品:GB 10136—2015[S]. 北京: 中国标准出版社, 2015.

[37] MIKŠ-KRAJNIK M, YOON Y J, UKUKU D O, et al. Volatile chemical spoilage indexes of raw Atlantic salmon (Salmo salar) stored under aerobic condition in relation to microbiological and sensory shelf lives[J]. Food Microbiology, 2016, 53: 182-191. DOI:10.1016/j.fm.2015.10.001.

[38] JIA Z X, LI M, SHI C, et al. Determination of salmon freshness by computer vision based on eye color[J]. Food Packaging and Shelf Life,2022, 34: 100984. DOI:10.1016/j.fpsl.2022.100984.

[39] 闫寒, 宋慕波, 商飞飞, 等. 蓝光超声协同杀菌对三文鱼贮藏品质的影响研究[J]. 食品安全质量检测学报, 2024, 15(22): 58-66.DOI:10.19812/j.cnki.jfsq11-5956/ts.20240928002.

[40] XU L R, YU X Z, LIU L, et al. A novel method for qualitative analysis of edible oil oxidation using an electronic nose[J]. Food Chemistry,2016, 202: 229-235. DOI:10.1016/j.foodchem.2016.01.144.

[41] 王晓君, 沈秋霞, 卢朝婷, 等. 不同贮藏温度下南方大口鲇品质的变化[J]. 食品与发酵工业, 2018, 44(11): 245-250. DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.016250.

[42] GU M H, LI C, CHEN L, et al. Insight from untargeted metabolomics:revealing the potential marker compounds changes in refrigerated pork based on random forests machine learning algorithm[J]. Food Chemistry, 2023, 424: 136341. DOI:10.1016/j.foodchem.2023.136341.

[43] 陈慧芝. 基于智能包装标签的典型生鲜配菜新鲜度无损检测的研究[D]. 无锡: 江南大学, 2019.

Development of an Evaluation Model for Freshness Grades of Refrigerated Salmon Based on Multivariate Statistical Analysis

ZHOU Bingwu1, HU Qian2, LI Guoping2, XING Ranran2, ZHANG Jiukai2, DU Xinjun1,*, CHEN Ying2,*
(1. College of Food Science and Engineering, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China;2. Chinese Academy of Inspection and Quarantine, Beijing 100176, China)

Abstract: This study aimed to analyze the changes in the freshness of salmon during refrigerated storage and to develop an evaluation model for freshness grades. During storage at 4 ℃, the changes in sensory score, total volatile basic nitrogen content, pH value, thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) value, K value, total viable count (TVC), color, shear force, drip loss rate, and water-holding capacity were measured. Multivariate statistical methods were then applied to divide salmon freshness into several intervals and establish a discriminant model to distinguish among different freshness grades.The results indicated that hierarchical cluster analysis divided the storage period at 4 ℃ into three intervals: days 0 to 6 (fresh),days 7 to 8 (semi-fresh) and day 9 to longer (spoiled). Principal component analysis (PCA) revealed that TBARS value,TVC, and sensory score were key indicators for evaluating salmon freshness. The developed Fisher linear discriminant model effectively distinguished among the three freshness grades of salmon meat. In conclusion, this study has developed an evaluation model capable of determining the freshness grade of refrigerated salmon, which can be used to accurately assess the freshness level of refrigerated salmon meat.

Keywords: salmon; freshness grade; evaluation model; multivariate statistical analysis; refrigerated storage

DOI: 10.7506/rlyj1001-8123-20241126-311

中图分类号:TS251.1

文献标志码:A

文章编号:1001-8123(2025)07-0057-08

引文格式:

周炳武, 胡谦, 李国萍, 等. 基于多元统计分析构建冷藏三文鱼新鲜度等级评价模型[J]. 肉类研究, 2025, 39(7): 57-64.DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20241126-311. http://www.rlyj.net.cn

ZHOU Bingwu, HU Qian, LI Guoping, et al. Development of an evaluation model for freshness grades of refrigerated salmon based on multivariate statistical analysis[J]. Meat Research, 2025, 39(7): 57-64. (in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20241126-311. http://www.rlyj.net.cn

收稿日期:2024-11-26

基金项目:北京市科技计划项目(Z221100007122005)

第一作者简介:周炳武(1999—)(ORCID: 0000-0002-2105-103X),男,硕士研究生,研究方向为水产品质量检测。E-mail: zhoubingwu2022@163.com

*通信作者简介:杜欣军(1978—)(ORCID: 0000-0003-3454-990X),男,教授,博士,研究方向为食源性致病菌危害机制、食品安全检测。E-mail: xinjundu@163.com

陈颖(1972—)(ORCID: 0000-0002-8433-3341),女,研究员,博士,研究方向为食品质量安全。E-mail: chenyingcaiq@163.com