應(yīng)用電子鼻分析香精及產(chǎn)品氣味變化相關(guān)性

韓利英， 白 雪， 康小紅， 生慶海

(內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)(集團(tuán))股份有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 011500)

應(yīng)用電子鼻分析香精及產(chǎn)品氣味變化相關(guān)性

韓利英， 白 雪， 康小紅， 生慶海

(內(nèi)蒙古蒙牛乳業(yè)(集團(tuán))股份有限公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 011500)

優(yōu)化了電子鼻錄入香精及產(chǎn)品氣味信息的方法，在該錄入條件下實(shí)現(xiàn)了電子鼻區(qū)分香精及對(duì)應(yīng)產(chǎn)品在貯藏過程中氣味信息的變化.對(duì)2支香精及對(duì)應(yīng)產(chǎn)品在常溫條件下貯藏過程中的氣味變化進(jìn)行了追蹤，并通過對(duì)不同氣味信息建立模型，分析了香精及產(chǎn)品在貯藏過程中氣味變化的相關(guān)性.

電子鼻;錄入方法;氣味變化;相關(guān)性

電子鼻也稱人工嗅覺，是模擬生物鼻子的嗅覺功能，從而代替人類鼻子進(jìn)行檢測的一種電子系統(tǒng).1993年，英國Warwick大學(xué)的Gardner、Southampton大學(xué)的 Bart lett［1］對(duì)電子鼻給出了如下定義:電子鼻是一種由具有部分選擇性的化學(xué)傳感器陣列和適當(dāng)?shù)哪Ｊ阶R(shí)別系統(tǒng)組成的，能夠識(shí)別簡單或復(fù)雜氣味的儀器.一個(gè)典型的電子鼻系統(tǒng)一般由氣敏傳感器陣列、信號(hào)處理子系統(tǒng)和模式識(shí)別子系統(tǒng)等3大部分組成［2］.近年來，由于電子鼻檢測的最主要優(yōu)點(diǎn)是無需對(duì)樣品本身進(jìn)行任何處理，且具有快速、客觀、準(zhǔn)確、重復(fù)性好的特點(diǎn)，因此對(duì)電子鼻的研究越來越受到人們的歡迎.隨著研究的深入，電子鼻的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣泛，在食品、醫(yī)藥、環(huán)境檢測等多方面都有應(yīng)用［3］，尤其是在酒類、肉類、茶葉、水果成熟及貯藏期、香精識(shí)別等方面的應(yīng)用效果顯著［4－7］.在前人研究的基礎(chǔ)上，本文研究了電子鼻錄入香精及產(chǎn)品氣味信息的方法，對(duì)其在貯藏過程中的氣味變化進(jìn)行了追蹤，并通過對(duì)不同氣味信息建立模型，分析了兩者氣味變化的相關(guān)性.

1 材料與方法

1.1 材料

2支香精以及以這2支香精為配料的產(chǎn)品.

1.2 儀器

1.3 方法

分析不同貯藏期香精及對(duì)應(yīng)產(chǎn)品氣味信息相關(guān)性，需將不同貯藏期香精和對(duì)應(yīng)產(chǎn)品氣味信息數(shù)據(jù)建立在同一個(gè)模型中，所以首先需確定錄入方法，使電子鼻可以區(qū)分這些樣品.

確定錄入方法時(shí)，以其中任一種香精為實(shí)驗(yàn)樣品，將香精在特制的小瓶中配置成不同濃度梯度的水溶液，用瓶蓋密閉，之后用電子鼻進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入，錄入時(shí)將小瓶與氣體循環(huán)裝置相連.

錄入方法確定后，將在常溫條件下貯存的香精和產(chǎn)品每隔15天按照所得的錄入方法進(jìn)行氣味信息錄入，分析香精和產(chǎn)品在3個(gè)月中的變化及相關(guān)性情況.

1.4 數(shù)據(jù)分析

用線性判別式分析(linear discriminant analysis，LDA)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 電子鼻測定香精參數(shù)

2.1.1 不同測定參數(shù)對(duì)測定結(jié)果的影響

2.1.1.1 香精溫度對(duì)香精區(qū)分度的影響

在清洗時(shí)間為400 s，測定時(shí)間為100 s，香精體積分?jǐn)?shù)為1%時(shí)，分別選擇香精溫度為15，25，35，45，55℃對(duì)香精進(jìn)行測定，結(jié)果見圖1.

圖1 香精溫度對(duì)香精區(qū)分度的影響Fig.1 Impact of flavor temperature to flavor discrimination

從圖1可知，香精溫度在25℃時(shí)，香精區(qū)分度最好，這可能是因?yàn)槿绻憔珳囟忍停憔械姆枷阄镔|(zhì)難以揮發(fā)，測定結(jié)果就會(huì)不理想;如果加熱溫度太高，會(huì)產(chǎn)生大量水蒸氣，而電子鼻作用原理是傳感器上陣列與氣體物質(zhì)分子反應(yīng)后，經(jīng)過一系列物理、化學(xué)變化產(chǎn)生電信號(hào)，電信號(hào)經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)中，大量水蒸氣的產(chǎn)生，會(huì)直接影響傳感器與氣體物質(zhì)分子反應(yīng)(嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞傳感器)，從而影響最終判定結(jié)果.

4.1.1 實(shí)施“亮證經(jīng)營”制度，在超市顯著位置設(shè)置食品安全信息公示欄，公示以下信息：食品經(jīng)營許可證和營業(yè)執(zhí)照；全部食品經(jīng)營人員的健康檢查證明（原件、復(fù)印件或者電子版）；門店負(fù)責(zé)人和食品安全管理員的照片、姓名、培訓(xùn)證明（原件、復(fù)印件或者電子版）。

2.1.1.2 清洗時(shí)間對(duì)香精區(qū)分度的影響

在香精溫度為25℃，測定時(shí)間為100 s，香精體積分?jǐn)?shù)1%時(shí)，分別選擇清洗時(shí)間為300，400，500，600，700 s對(duì)香精進(jìn)行測定，結(jié)果見圖2.

圖2 清洗時(shí)間對(duì)香精區(qū)分度的影響Fig.2 Impact of cleaning time to flavor discrimination

從圖2可知，清洗時(shí)間為500 s以上時(shí)，香精的區(qū)分度較好，這可能是因?yàn)槿绻逑磿r(shí)間較短，附著在傳感器上香精氣味分子就無法完全被清洗掉，會(huì)影響下個(gè)測試香精的測定結(jié)果.從圖2還可以看出，清洗時(shí)間為500，600，700 s時(shí)，香精區(qū)分度都相差無幾，即相同條件下，清洗500，600，700 s的效果一樣，但如果清洗時(shí)間太長，會(huì)造成時(shí)間的浪費(fèi)、儀器的損耗，因此要選擇適當(dāng)?shù)那逑磿r(shí)間.由于不同的香精對(duì)傳感器的附著能力不同，因此如果當(dāng)清洗到500 s時(shí)，儀器所顯示的雷達(dá)圖仍不飽滿，需要延長清洗時(shí)間.

2.1.1.3 測定時(shí)間對(duì)香精區(qū)分度的影響

在香精溫度為25℃，清洗時(shí)間為500 s，香精體積分?jǐn)?shù)1%時(shí)，分別選擇測定時(shí)間為60，80，100，120，140 s對(duì)香精進(jìn)行測定，結(jié)果見圖3.

圖3 測定時(shí)間對(duì)香精區(qū)分度的影響Fig.3 Impact of measuring time to flavor discrimination

從圖3可以看出，測定時(shí)間為100，120，140 s時(shí)，香精的區(qū)分度較好，這可能是因?yàn)槿绻麥y定時(shí)間較短，電子鼻所繪制的曲線還不穩(wěn)定，無法全面正確地反映香精的所有香味特征.從圖3還可以看出，測定時(shí)間為100，120，140 s時(shí)，香精區(qū)分度都相差無幾，即相同條件下，測定100，120，140 s的效果一樣，但如果測定時(shí)間太長，會(huì)造成時(shí)間的浪費(fèi)、儀器的損耗，因此要選擇適當(dāng)?shù)臏y定時(shí)間.

2.1.1.4 香精濃度對(duì)香精區(qū)分度的影響

在香精溫度為25℃，清洗時(shí)間為500 s，測樣時(shí)間為100 s時(shí)，分別選擇香精體積分?jǐn)?shù)為0.50%，0.75%，1.00%，1.25%對(duì)香精進(jìn)行測定，結(jié)果見圖4.

從圖4可以看出，當(dāng)香精體積分?jǐn)?shù)為1.00%時(shí)，香精的區(qū)分度最好，這可能是因?yàn)楫?dāng)香精濃度低時(shí)，電子鼻不能夠充分接觸到芳香成分，難以對(duì)香精進(jìn)行區(qū)分;當(dāng)香精濃度高時(shí)，濃烈的氣味會(huì)影響傳感器的判斷，因此香精的區(qū)分度也會(huì)較差.

圖4 香精濃度對(duì)香精區(qū)分度的影響Fig.4 Impact of flavor concentration to flavor discrimination

2.1.2 電子鼻測定參數(shù)的優(yōu)化

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇香精溫度(A)、清洗時(shí)間(B)、測樣時(shí)間(C)、香精體積分?jǐn)?shù)(D)4個(gè)因素，每個(gè)因素確定4個(gè)水平，進(jìn)行L16(44)正交試驗(yàn).正交試驗(yàn)因素水平表及電子鼻測定條件正交試驗(yàn)結(jié)果見表1、表2.

表1 正交試驗(yàn)因素水平表Tab.1 Orthogonal factor level table

從表2中級(jí)差R的大小可以看出，各因素對(duì)香精測定結(jié)果的影響由大到小依次為:香精溫度＞測樣時(shí)間＞清洗時(shí)間＞香精體積分?jǐn)?shù).

從香精區(qū)分度分析可知，按照因素的最好水平選取為A2B2C2D3，即香精溫度為25℃，清洗時(shí)間為500 s，測樣時(shí)間為100 s，香精體積分?jǐn)?shù)1%是測定香精的最優(yōu)組合.

測定產(chǎn)品信息時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)可知產(chǎn)品直接錄入即可實(shí)現(xiàn)良好區(qū)分度，所以不對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行稀釋，其他參數(shù)與香精相同.

2.2 電子鼻分析不同貯存期的香精及相應(yīng)產(chǎn)品氣味信息

不同貯存期的香精及相應(yīng)產(chǎn)品氣味信息結(jié)果如圖5、圖6.從圖中可以看出，香精和產(chǎn)品常溫放置90 d過程中整體氣味不斷發(fā)生改變，并且電子鼻能夠辨別這種變化，將不同貯存期的香精和產(chǎn)品有效地進(jìn)行區(qū)分.

表2 電子鼻測定條件正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Results of orthogonal test for electronic nose determination conditions

從整體實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，香精1和產(chǎn)品1整體氣味變化相關(guān)性表現(xiàn)為，香精1常溫放置90 d過程中變化程度小于產(chǎn)品1，前45 d產(chǎn)品1和香精1的氣味變化程度明顯不同，表現(xiàn)為產(chǎn)品氣味變化明顯快于香精氣味變化，這可能是產(chǎn)品中其他物質(zhì)氣味改變較大引起.

從整體實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，香精2和產(chǎn)品2整體氣味變化相關(guān)性表現(xiàn)為，香精2常溫放置90 d過程中變化程度小于產(chǎn)品2，前15 d香精2和產(chǎn)品2的氣味變化程度均較小，15 d到90 d過程中兩者氣味變化程度均加大，產(chǎn)品變化程度快于香精變化程度，這可能是產(chǎn)品中其他物質(zhì)氣味改變較大引起.

圖5 不同貯存時(shí)間的香精1產(chǎn)品1的氣味分布Fig.5 Different storage time smell distribution of flavor 1 and products 1

圖6 不同貯存時(shí)間的香精2產(chǎn)品2的氣味分布Fig.6 Different storage time smell distribution of flavor 2 and products2

香精1在10 d和90 d的氣味信息區(qū)分不明顯，香精2在30 d和90 d的氣味信息有重疊現(xiàn)象，這可能是由于香精為了保持其體系的相對(duì)穩(wěn)定性，內(nèi)部不斷發(fā)生聚合和分解反應(yīng)，而在貯存過程中測定其氣味，就會(huì)產(chǎn)生氣味循環(huán)變化的現(xiàn)象.

3 結(jié)論

1)在選定的錄入條件下，電子鼻可以區(qū)分香精及對(duì)應(yīng)產(chǎn)品在貯藏過程中氣味信息的變化，并對(duì)其進(jìn)行追蹤分析.

2)對(duì)2支香精及對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的氣味變化進(jìn)行了追蹤，由兩者常溫下貯藏90 d過程中的氣味變化信息可知，2種產(chǎn)品變化程度均快于香精變化程度，其中產(chǎn)品1前45 d氣味變化明顯快于香精1，香精2和產(chǎn)品2前15 d的氣味變化程度均較小，15 d到90 d過程中兩者氣味變化程度均加大，產(chǎn)品變化程度快于香精變化程度.

［1］Gardner J W，Bart lett P N.A briefhist ry of electronic nose［J］.Sensors and Actuators B，1994，18(19):211-220.

［2］于勇，王俊，周鳴.電子鼻的研究發(fā)展及其在農(nóng)產(chǎn)品加工中的應(yīng)用［J］.浙江大學(xué)學(xué)報(bào):農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版，2003，29(5):579-584.

［3］劉亭利，胡國清.電子鼻的應(yīng)用綜述［J］.傳感器世界，2007(8):6-10.

［4］劉志東，郭本恒，王蔭愉，等.電子鼻在乳品工業(yè)中的應(yīng)用［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2007，33(2):102-107.

［5］吳守一，鄒小波.電子鼻在食品行業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.江蘇理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)板，2000，21(6):13-17.

［6］周亦斌，王俊.電子鼻在食品感官檢測中的應(yīng)用進(jìn)展［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2004，30(2):129-132.

［7］賈宗艷，任發(fā)政，鄭麗敏.電子鼻技術(shù)及在乳制品中的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.中國乳品工業(yè)，2006，34(4):35-38.

(責(zé)任編輯:檀彩蓮)

Application of Electronic Nose in Analyzing Correlation Between Flavors and Odor of Products

HAN Li-ying， BAI Xue， KANG Xiao-hong， SHENG Qing-hai
(Inner Mongolia MENGNIU Dairy(Group)Co.Ltd，Huhhot 011500，China)

The electronic nose input methods of fragrance and product odor information was optimized.The flavor and the odor information changes of the corresponding products during the storage could be distinguished using this input method.Two flavors and products odor changes during the storage were tract using electronic nose，and the correlation between flavors and the corresponding products odor change during storage was analyzed.

electronic nose;input method;odor changes;correlation

TS202.3

A

1671-1513(2011)01-0042-05

2010-12-10

韓利英，女，研發(fā)員，碩士，主要從事乳品感官及工藝學(xué)方面的研究;

生慶海，男，教授級(jí)高工，博士，主要從事乳制品的研發(fā)與管理工作.通訊作者.