电子鼻在方便米饭气味识别中的应用.pdf

2010 年 11 月第 25 卷第 11 期中国粮油学报Journal of the Chinese Cereals and Oils AssociationVol 25，No 11Nov 2010电子鼻在方便米饭气味识别中的应用梁爱华1贾洪锋1秦文2彭涛1陈迤1(四川烹饪高等专科学校食品科学系1，成都610072)(四川农业大学食品科学院2，雅安625014)摘要采用电子鼻对 3 种不同方便米饭(鸡米芽菜方便米饭、榨菜肉末方便米饭、素什锦方便米饭)的新鲜样品和真空冷冻保藏样品进行了分析。通过对所获得的数据进行主成分分析和气味指纹对比，结果表明:电子鼻可以用于不同方便米饭样品的分析，可以区分不同的方便米饭，同时能区分真空冷冻保藏样品与新鲜品，两者之间在气味识别上存在差异。真空冷冻保藏虽然可以作为一种很好的保存方式延长方便米饭的保质期，但是这种方式对于方便米饭的香气影响较明显。关键词电子鼻方便米饭真空冷冻气味识别中图分类号:TS213 3文献标识码:A文章编号:1003 0174(2010)11 0110 05基金项目:四川省科技厅攻关项目(2006Z06 002 05)收稿日期:2009 10 24作者简介:梁爱华，女，1967 年出生，博士，教授，营养与食品卫生学电子鼻是20 世纪90 年代发展起来的分析、识别和检测复杂嗅味和挥发性成分的仪器。其利用气体传感器阵列的响应曲线来识别气味的电子系统，与普通的分析仪器，如色谱仪、光谱仪等不同，得到的不是被测样品各种成分的定性和定量结果，而是给予样品中挥发成分的整体信息，也就是“指纹数据”1。国外对电子鼻的研究最早可追溯到 1961 年2。它不仅可以根据各种不同的气味测到不同的信号，而且可以将这些信号与数据库中的信号加以比较，进行识别判断，因而具有类似鼻子的功能3。电子鼻在饮料、食品、酒类、烟草、化妆品、石油化工、包装材料、环境监测、临床、化学等领域得到了广泛应用4 5。方便米饭作为一种非常具有代表性的食品，符合现代人快节奏生活的要求。方便米饭采用真空冷冻的方式可以达到长时间保藏的目的，但是真空冷冻保藏对于其品质可能存在一定的影响。本研究将电子鼻应用于方便米饭的分析中，评价真空冷冻保藏方便米饭及其新鲜品之间的差异。电子鼻作为一种可靠的分析方法，避免了人为的影响，因此分析结果具有很强的客观性，可以避免人为因素的干扰和影响。1材料和方法1 1材料方便米饭样品:鸡米芽菜方便米饭、榨菜肉末方便米饭和素什锦方便米饭。1 2仪器FOX 4000 电子鼻(传感器由18 各金属氧化物传感器组成)、HS100 自动进样器、Alpha SOFTV12 软件:法国 Alpha MOS 公司;MDF U338 C 低温冰箱:大连三洋冷链有限公司。1 3方法1 3 1方便米饭的加工和保存方便米饭的加工由四川烹饪高等专科学校烹饪大师炒制。样品分为新鲜样品和冷冻样品。冷冻样品采用真空包装后，在 20 下冷冻 3 个月;新鲜样品在炒制后采用密闭容器包装，低温冷藏箱保藏的方式，及时送样分析。样品信息见表 1。表 1样品信息样品编号制备方式样品名称120 下冷冻 3 个月鸡米芽菜方便米饭220 下冷冻 3 个月榨菜肉末方便米饭320 下冷冻 3 个月素什锦方便米饭4新鲜样品鸡米芽菜方便米饭5新鲜样品榨菜肉末方便米饭6新鲜样品素什锦方便米饭1 3 2样品准备和检测参数每种方便米饭的新鲜样品和冷冻样品分别经过搅碎混匀后，称取 1 g(准确至 0 01 g)于 10 mL 顶空第 25 卷第 11 期梁爱华等电子鼻在方便米饭气味识别中的应用瓶中，加盖密封待检。样品的检测参数见表 2。表 2样品的检测参数分析参数参数值载气合成干燥空气流速150 mL/min顶空产生参数产生时间600 s产生温度60 振荡速度500 r/min顶空注射参数注射体积15 mL注射速度1 5 mL/s注射针总体积25 mL注射针温度70 获取参数获取时间120 s1 3 3传感器信号分析电子鼻共有 18 个传感器(各传感器性能见表3)。检测每一个样品时以采集时间为横坐标，共采集120 s，响应强度为纵坐标，每条曲线代表一个传感器在 120 s 内的响应值变化，即传感器的原始数据。在进行数据分析与处理时，选择每个传感器的最大响应强度值进行分析。表 3传感器性能阵列序号 传感器名称性能参考物质1LY2/LG对氧化能力较强的气体灵敏氯，氟，氮氧化合物2LY2/G对有毒气体灵敏氨，胺类化合物，碳氧化合物3LY2/AA对有机化合物灵敏乙醇4LY2/GH对有毒气体灵敏氨，胺类化合物5LY2/gCTl对有毒气体灵敏硫化氢6LY2/gCT对易燃气体灵敏丙烷，丁烷7T30/1对有机化合物灵敏有机化合物8P10/1对可燃气体灵敏碳氢化合物9P10/2对易燃气体灵敏甲烷10P40/1对氧化能力较强的气体灵敏氟11T70/2对芳香族化合物灵敏甲苯，二甲苯12PA/2对有毒气体，有机化合物灵敏乙醇，氨水，胺类化合物13P30/1对可燃气体，有机化合物灵敏碳氢化合物，燃烧产物14P40/2对氧化能力较强的气体灵敏氯15P30/2对有机化合物灵敏乙醇，燃烧产物16T40/2对氧化能力较强的气体灵敏氯17T40/1对氧化能力较强的气体灵敏氟18TA/2对有机化合物灵敏乙醇注:来自文献 61 3 4数据分析方法主成分分析(Principal Cornponent Analysis，PCA)，气味指纹对比(Smell Print Comparison)分析，每个样品重复 3 次，对每种方便米饭的新鲜样品和冷冻样品分别进行对比，比较新鲜样品和冷冻样品的异同。2结果与分析2 1传感器和分析重复性每个样品重复进样 3 次，测定样品在优选传感器上的相对标准偏差(Relative Standard Deviation，RSD)(表 4)。从表 4 中可以看出，样品在优选传感器上具有良好的重现性。表 4样品在优选传感器上的 RSD 值优选传感器样品名LY2/GLY2/AA LY2/gCTl LY2/gCT T30/1 T70/2 PA/2 P30/11073067130090150173164096224821938033117822603706132983432592222172141922084088104158146155146191109522017621916817730828118460220160630502872582231292 2鸡米芽菜方便米饭分析2 2 1鸡米芽菜方便米饭的主成分分析主成分分析是一种多元统计方法，它是将所提取的传感器多指标的信息进行数据转换和降维，并对降维后的特征向量进行线性分类，最后在 PCA 分析图上显示主要的两维图。当没有或缺乏有关样品信息时，PCA 能迅速浏览所有数据，找出样品间相关联的特征，并从中总结出有关样品的信息。图 1 为鸡米芽菜方便米饭的主成分分析图，在图 1 中，横、纵坐标分别表示在 PCA 转换中得到的第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)的贡献率(或权重)，贡献率(或权重)越大，说明主成分可以较好的反映原来多指标的信息。即如果两个样品在横坐标上的距离越大，说明它们的差异越大;而两个样品在纵坐标上的距离即使很大，但由于第二主成分的贡献率(或权重)很小，那么两个样品之间的实际差异不会很明显6。一般情况下，总贡献率超过 70%85%的方法即可使用7。图 1 中第一主成分和第二主成分的总贡献率达到了 98 2%，足以收集特征性信息。区分指数(Differentiation Index，DI)是区分样品的程度表征，最大值为 100，DI 在 80 100 之间就表明有效的区分，值越大，区分越好。图 1 中 DI 值为95，表明对新鲜品和冷冻品能够有效区分。在图 1 中，新鲜样品与冷冻样品在横坐标上距离较大，由于在横坐标上距离越大，说明样品间的差111中国粮油学报2010 年第 11 期异越大，因此可以看出新鲜品和冷冻品之间存在较为明显的差异。图 1鸡米芽菜方便米饭的主成分分析图2 2 2新鲜品与冷冻品的指纹对比如图 2 所示，对新鲜品和冷冻品在 18 个传感器上的最大响应信号进行了对比。从图 2 中可以看出，在所有传感器上冷冻品的响应值均大于新鲜品，这说明通过真空冷冻保藏后，样品中的挥发性气味物质有一定程度的增加。图 2鸡米芽菜方便米饭新鲜品与冷冻品的指纹对比通过各传感器信号的对比，新鲜品与冷冻品之间的相似度为 85 98%，这说明同为鸡米芽菜方便米饭的样品，在经过了真空冷冻保藏后，仍然保留了鸡米芽菜方便米饭绝大多数的气味特征，只是在经过真空冷冻保藏后，样品的气味特征与新鲜品相比有了一定的变化和差异。2 3榨菜肉末方便米饭分析2 3 1榨菜肉末方便米饭的主成分分析图 3 中 PC1 和 PC2 的总贡献率达到了 97 9%，足以收集特征性信息。DI 值为 95，表明对新鲜品和冷冻品能够有效区分。在图 3 中，新鲜样品与冷冻样品在横坐标上距离较大，因此可以看出新鲜品和冷冻品之间存在较为明显的差异。图 3榨菜肉末方便米饭的主成分分析图2 3 2新鲜品与冷冻品的指纹对比如图 4 所示，对新鲜品和冷冻品在 18 个传感器上的最大响应信号进行了对比。从图 4 中可以看出，在 T40/1 传感器上，冷冻品的最大响应值略低于新鲜品，在其余传感器上冷冻品的响应值均大于新鲜品。这说明通过真空冷冻保藏后，样品中的挥发性气味物质有一定程度的增加。通过各传感器信号的对比，新鲜品与冷冻品之间的相似度为 79 50%，这说明样品在经过了冷冻保藏后，仍然保留了榨菜肉末方便米饭绝大多数的气味特征，只是在经过真空冷冻保藏后，样品的气味特征与新鲜品相比有了一定的变化和差异。图 4榨菜肉末方便米饭新鲜品与冷冻品的指纹对比2 4素什锦方便米饭分析2 4 1素什锦方便米饭的主成分分析图 5 中 PC1 和 PC2 的总贡献率达到了 99 0%，图 5素什锦方便米饭的主成分分析图211第 25 卷第 11 期梁爱华等电子鼻在方便米饭气味识别中的应用足以收集特征性信息。DI 值为 93，表明对新鲜品和冷冻品能够有效区分。在图 5 中，新鲜样品与冷冻样品在横坐标上距离较大，因此可以看出新鲜品和冷冻品之间存在较为明显的差异。2 4 2新鲜品与冷冻品的指纹对比如图 6 所示，对新鲜品和冷冻品在 18 个传感器上的最大响应信号进行了对比。从图 6 中可以看出，在所有传感器上冷冻品的响应值均小于新鲜品。这说明通过真空冷冻保藏后，样品中的挥发性气味物质有一定程度的减少。这与鸡米芽菜方便米饭和榨菜肉末方便米饭中的结果恰好相反，其原因可能与原料有关，但还需要进一步的研究。通过各传感器信号的对比，新鲜品与冷冻品之间的相似度为 75 65%，这说明样品在经过了真空冷冻保藏后，仍然保留了素什锦方便米饭绝大多数的气味特征，只是在经过真空冷冻保藏后，样品的气味特征与新鲜品相比有了一定的变化和差异。图 6素什锦方便米饭新鲜品与冷冻品指纹对比2 5所有样品分析图 7 为所有样品的主成分分析 3D 图谱，PC1、PC2 和 PC3(第三主成分)的总贡献率达到了999%，图 7所有方便米饭样品的主成分分析 3D 图谱足以收集各个样品的特征性信息。在图 7 中，相同样品分别聚类在 3D 图谱中的不同位置，呈现一定的分布趋势，样品之间能够很好区分。在弧形虚线上方为冷冻品，下方为新鲜品，说明样品在经过真空冷冻保藏后，其气味特征会发生一定的变化，从而与新鲜品相区分。采用电子鼻能够很好的区分和识别不同类型的方便米饭同时对方便米饭的冷冻品及新鲜品也能很好的区分和识别。从前面的分析和表 5 可以看出，3 种方便米饭在经过真空冷冻保藏后，其气味特征均不同程度的发生了变化，导致新鲜品和冷冻品之间存在差异。由新鲜样品和冷冻样品的相似度可以看出，真空冷冻保藏对 3 种方便米饭的影响程度有所不同，素什锦方便米饭的气味特征变化与其他两种样品相比变化较大。由此可以看出真空冷冻保藏虽然可以作为一种很好的保存方式延长方便米饭的保质期，为消费者提供方便，但是这种方式对于方便米饭气味特征的影响也较明显。表 5新鲜样品和冷冻样品之间的相似系数样品相似系数/%鸡米芽菜方便米饭(新鲜样品和冷冻样品)85 98榨菜肉末方便米饭(新鲜样品和冷冻样品)79 50素什锦方便米饭(新鲜样品和冷冻样品)75 653结论3 1电子鼻可以用于对方便米饭样品进行分析，可以区分和识别不同类型的方便米饭及方便米饭的冷冻品与新鲜品。3 2通过分析可以看出，方便米饭在经过真空冷冻保藏后，虽然保留了原有的绝大多数气味特征，但是其气味特征也发生了一定的变化，导致冷冻品与新鲜品之间存在一定的差异。3 3通过真空冷冻保藏后，鸡米芽菜方便米饭和榨菜肉末方便米饭中的气味物质有一定程度的增加，而素什锦方便米饭样品中的气味物质有一定程度的减少，这与鸡米芽菜方便米饭和榨菜肉末方便米饭的结果恰好相反，其原因还需要进一步的研究。3 4在试验中可以看出冷冻样品与新鲜样品之间存在差异，但是对于导致这种差异出现的物质变化，还有待进一步的定性和定量研究。3 5真空冷冻保藏虽然可以作为一种很好的保存方式延长方便米饭的保质期，但是这种方式对于方便米饭气味特征的影响较明显，在应用过程中要注意保持方便米饭原来的气味特征。(下转第 123 页)311第 25 卷第 11 期尹丽妍等介电特性在粮食水分检测中的应用AbstractAiming at the wide application of dielectric properties in detecting grain moisture content，this paperintroduces five influencing factors on grain dielectric properties，including grain moisture，air humidity，measuringfrequency，temperature，and bulk density Moisture is the main influencing factor and this is the reason for detectinggrain moisture by using dielectric properties The influences of these factors on the dielectric properties are intro-duced The research progress in applying dielectric properties for determining grain moisture is summarized Moreo-ver，application of dielectric properties in grain vacuum drying is introduced Problems existing in domestic researchin this fields and development trend in the future in China are discussedKey wordsdielectric properties，grain，moisture determine，檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪vacuum drying(上接第 113 页)参考文献 1 张晓敏，朱丽敏，张捷，等 采用电子鼻评价肉制品中的香精质量 J 农业工程学报，2008，24(9):175 178 2 高永梅，刘远方，李艳霞，等 主要香型白酒的电子鼻指纹图谱 J 酿酒科技，2008(5):38 41 3 张晓敏 电子鼻在食品工业中的应用进展J 中国食品添加剂，2008(2):52 56 4 张红梅，何玉静 电子鼻技术的历史、研究现状及发展前景 J 科技信息，2008(27):12 13 5 郭奇慧，白雪，胡新宇，等 应用电子鼻区分不同成熟期的契达干酪 J 中国乳品工业，2008，36(4):31 32 6 朱先约，宗永立，李炎强，等 利用电子鼻区分不同国家的烤烟 J 烟草科技，2008(3):27 30 7 田怀香，孙宗宇 电子鼻在金华火腿香精识别中的应用 J 中国调味品，2008(11):61 64Application of Electronic Nose Technology in InstantRices Smell RecognitionLiang Aihua1Jia Hongfeng1Qin Wen2Peng Tao1Chen Yi1(Department of Food Science，Sichuan Higher Institute of Cuisine1，Chengdu610072)(Food Science College，Sichuan Agricultural University2，Yaan625014)AbstractThree different types of instant rice(Jimiyacai，Zhacairousi，and Sushijin)in fresh or vac-uum frozen state were analyzed by electronic nose Data analysis was conducted by using principal component analysis(PCA)and smell print comparison Results:Electronic nose can recognize the type of instant rice，and also recog-nize whether the sample is fresh or vacuum frozen There is difference in smell between fresh and vacuum frozen in-stant rice Vacuum frozen is a good method to prolong shelf life of instant rice，but it evidently influences therice odorKey wordselectronic nose，instant rice，vacuum frozen，smell recognition321