電子鼻技術(shù)在乳品生產(chǎn)與質(zhì)量控制中的應(yīng)用

蘭會(huì)會(huì)，胡志和*

(天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津 300134)

電子鼻技術(shù)在乳品生產(chǎn)與質(zhì)量控制中的應(yīng)用

蘭會(huì)會(huì)，胡志和*

(天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津 300134)

電子鼻能夠分析識(shí)別和檢測復(fù)雜風(fēng)味及成分，檢測具有快速、客觀、準(zhǔn)確等特點(diǎn)。本文介紹電子鼻的基本構(gòu)成和工作原理，綜述其在乳品貨架期測定、不同工藝乳品分類、原料乳摻假檢驗(yàn)、乳制品中特定成分的測定、乳中微生物分析、不同產(chǎn)地牛乳的區(qū)分等乳品生產(chǎn)過程與質(zhì)量控制中的應(yīng)用。

電子鼻；乳制品；質(zhì)量控制

Abstract：Electronic nose technique has the ability to analyze, identify and detect both complex flavor and composition and electronic nose detection is characterized by rapidity, objectivity, accuracy, and so on. This article presents the primary frame and working principles of an electronic nose system and summarizes the applications of electronic nose technique in dairy production and quality control, such as detecting the shelf-life of dairy products, classifying dairy products produced using different processing technologies, determining special components in dairy products, analyzing microbiological parameters of milk and milk products, distinguishing dairy products from different producing areas, and so on.

Key words：electronic nose；dairy products；quality control

電子鼻是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種新穎的、能分析識(shí)別和檢測復(fù)雜風(fēng)味及大多數(shù)揮發(fā)成分的儀器。1994年Gardner等[1]曾給出過定義“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，能識(shí)別簡單或復(fù)雜氣味的儀器”。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、醫(yī)療衛(wèi)生、公安與軍事、航空等多方面都有應(yīng)用[2]，尤其是在酒類、肉類、茶葉、水果成熟及貯藏期、香精識(shí)別等方面都取得了很好的結(jié)果[3-6]。食品評(píng)價(jià)中，氣味是一個(gè)很重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。利用電子鼻檢測克服了以往人工評(píng)價(jià)的主觀性及重復(fù)性差等缺點(diǎn)，同時(shí)也避免了使用GC、GC-MS及化學(xué)方法等費(fèi)用高、周期長的劣勢，從而能快速的反映出食品加工、貯藏等過程中的食品安全問題。

本文介紹電子鼻的基本構(gòu)成及工作原理，并對(duì)其在乳品貨架期測定、不同工藝乳品分類、原料乳摻假檢驗(yàn)、乳制品中特定成分的測定、乳中微生物分析、不同產(chǎn)地牛乳的區(qū)分等乳品生產(chǎn)過程與質(zhì)量控制中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 電子鼻的組成及工作原理

電子鼻主要由樣品處理系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)(傳感器陣列)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3個(gè)部分組成。采用氣敏傳感器陣列的電子鼻可以仿效人工嗅覺感知?dú)怏w。樣品處理系統(tǒng)：有一個(gè)內(nèi)置泵吸氣，空氣凈化裝置凈化空氣，通過高純載氣將樣品氣體吸入；檢測系統(tǒng)：由傳感器陣列組成。傳感器陣列有多種，主要有金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)電導(dǎo)型、導(dǎo)電聚合物(CP)電導(dǎo)型、石英晶體微秤(QCM)型、表面聲波(SAW)型、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)型。此外電子鼻使用的傳感器還有紅外線(IR)、質(zhì)量傳感器、電化學(xué)傳感器等[7-8]。 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：電子鼻帶有自身的數(shù)據(jù)處理軟件，如主成分分析法(principal component analysis，PCA)、線性判別式分析法(linear discriminant analysis，LDA)、判別因子分析(discriminate function analysis，DFA)、統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制(statistical quality control，SQC)、偏最小二乘法(PLS)、貨架期(shelf life，SL)、氣味指紋(scent fingerprint，SF)等[9]。

電子鼻的工作原理類似于人體的嗅覺系統(tǒng)，其工作的機(jī)理為：首先所檢測樣品中揮發(fā)性氣體成分與傳感器陣列接觸，作出響應(yīng)產(chǎn)生電信號(hào)，后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，被傳送到計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的模式識(shí)別單元，由計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)記錄并作出處理分析，進(jìn)而由電子鼻軟件作出比較鑒別。電子鼻中的氣敏傳感器陣列是其核心部分，由多種傳感器組成。其中每種傳感器對(duì)被測氣體的氣體成分有不同的靈敏度，由此電子鼻才可以對(duì)多種氣體作出響應(yīng)，得到響應(yīng)圖譜，進(jìn)而模式識(shí)別系統(tǒng)通過產(chǎn)生的響應(yīng)圖譜來識(shí)別氣體[10-11]。

目前比較著名的電子鼻系統(tǒng)有英國的Neotronics system和AromaScan system、德國的Airsense、法國的Alpha MOS系統(tǒng)、美國的CyranoScience、瑞士的SMartnose、日本的Frgaro、中國臺(tái)灣省的Smell和Keen Ween[12-13]等。

2 電子鼻在乳品生產(chǎn)中的應(yīng)用

牛奶質(zhì)量檢驗(yàn)方法常用感官分析以及理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)分析。食品感官分析是食品質(zhì)量、食品安全和營養(yǎng)性的重要指標(biāo)，一般由人工完成。感官分析的方法雖然能夠得到牛奶的整體信息，但主觀性強(qiáng)，分析結(jié)果的可靠性難以保證。而理化指標(biāo)和衛(wèi)生指標(biāo)的控制則需要進(jìn)行一系列的化學(xué)分析，操作繁瑣，測定時(shí)間長。隨著檢測新技術(shù)的發(fā)展，一些新型的快速檢測技術(shù)和評(píng)價(jià)方法不斷涌現(xiàn)，如近紅外光譜技術(shù)檢測牛乳的品質(zhì)[14]、超聲波技術(shù)檢測牛乳成分等[15]。

近年來發(fā)展迅速的電子鼻和電子舌等仿生技術(shù)，由于能夠快速反映出被測樣品的整體特征信息，所以在乳制品品質(zhì)及貨架期監(jiān)控等方面的應(yīng)用研究異?；钴S[16]。電子鼻可以將檢測到的各種不同氣味轉(zhuǎn)化為不同的信號(hào)，并與已建立的模型信號(hào)進(jìn)行比較判斷。目前對(duì)氣味進(jìn)行的分析判定，大部分企業(yè)一般依靠專業(yè)的品評(píng)員，但人工判定受主觀因素的影響較大，判定結(jié)果會(huì)隨年齡、心情、性別、識(shí)別能力、語言表達(dá)能力的不同而不同。電子鼻技術(shù)由于具有檢測快速、操作簡單、靈敏度高、重現(xiàn)性好等優(yōu)點(diǎn)而被用于乳品氣味的測定，從而可以準(zhǔn)確客觀的控制產(chǎn)品質(zhì)量，使產(chǎn)品質(zhì)量得到保障。由于乳制品成分復(fù)雜，目前電子鼻技術(shù)在乳品工業(yè)中的應(yīng)用還比較少。

2.1 電子鼻技術(shù)應(yīng)用于乳制品貨架期、成熟期的測定

乳品是一種短期存放的食品，如果超過一定的儲(chǔ)存期不但會(huì)降低其營養(yǎng)價(jià)值，而且還會(huì)導(dǎo)致乳品腐敗變質(zhì)，從而不利于人體健康。不同儲(chǔ)存期的乳品，由于其存放時(shí)間的長短不同以及微生物的作用等各種原因，造成其中的營養(yǎng)成分發(fā)生變化，同時(shí)揮發(fā)性成分也會(huì)變化，進(jìn)而造成氣味的差異。因此，利用電子鼻對(duì)乳品氣味進(jìn)行檢測分析，可以對(duì)不同儲(chǔ)存期的乳品進(jìn)行區(qū)分。

Labreche等[17]將電子鼻應(yīng)用于牛奶貨架期的測定，他們利用具有18個(gè)金屬傳感器陣列的FOX-4000 (Alpha-MOS, Toulouse FR)，分別對(duì)置于室溫和5℃條件下的牛奶進(jìn)行52d的測定，在不同時(shí)間間隔進(jìn)行測定，同時(shí)進(jìn)行微生物3MTMPetrifilmTMtest測定。實(shí)驗(yàn)表明，利用電子鼻可以對(duì)牛奶的貨架期進(jìn)行預(yù)測，并且可以檢測不同儲(chǔ)存時(shí)間其微生物的生長變化。

郭奇慧等[18]將電子鼻應(yīng)用于對(duì)不同氣味的原奶檢測，目的在于尋找一種快速有效的方法以實(shí)現(xiàn)對(duì)原奶的質(zhì)量控制。實(shí)驗(yàn)中采用AIRSENSE PEN3電子鼻來檢測30個(gè)原奶樣本的氣味，然后用主成分分析(PCA)和判別函數(shù)分析(DFA)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析處理，結(jié)果表明，電子鼻可以準(zhǔn)確地區(qū)分優(yōu)質(zhì)原奶、異味原奶，所建優(yōu)質(zhì)-異味原奶模型也能夠準(zhǔn)確識(shí)別優(yōu)質(zhì)原奶，但不能準(zhǔn)確識(shí)別所有異味原奶。

對(duì)于市售的各種純牛奶，生產(chǎn)企業(yè)都給出了明確的保質(zhì)期，在此保質(zhì)期間，質(zhì)量一般不會(huì)發(fā)生變化。但如果包裝破損或包裝開封后，牛奶的質(zhì)量如何變化成為受關(guān)注的問題。殷勇等[19]選用在氣敏傳感器陣列動(dòng)態(tài)響應(yīng)中不同時(shí)刻的響應(yīng)值來表征蒙牛乳業(yè)生產(chǎn)的利樂磚包裝方式的無封裝純牛奶測試樣本，借助于主成分分析(PCA)、Fisher判別分析(FDA)研究了牛奶開封后不同存放天數(shù)的質(zhì)量變化情況，并給出了最優(yōu)表征區(qū)間。結(jié)果表明：用電子鼻分析無封裝條件下牛奶質(zhì)量的變化是一種有效手段。

電子鼻可以對(duì)不同成熟階段的干酪進(jìn)行氣相頂空分析[20]，實(shí)驗(yàn)分析得出電子鼻可以區(qū)分由相同原料乳生產(chǎn)而儲(chǔ)存時(shí)間不同的干酪。另外電子鼻還可以對(duì)不同溫度、不同儲(chǔ)存時(shí)間中干酪的頂空空氣進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)表明電子鼻能夠檢測干酪成熟過程中的主要變化[21]。

2.2 利用電子鼻對(duì)不同加工工藝乳品氣味的區(qū)分

奶制品生產(chǎn)中最重要的是牛奶的質(zhì)量控制，牛奶的氣味是反映牛奶質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，因此，牛奶揮發(fā)性成分的測定已經(jīng)成為牛奶檢測的一項(xiàng)重要指標(biāo)。2001年，意大利的Capone等[22]用電子鼻的5個(gè)不同的SnO2傳感器對(duì)巴氏殺菌乳和超高溫殺菌(UHT)乳進(jìn)行了測定區(qū)分，此外還對(duì)牛奶酸敗的動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行了測定。傳感器響應(yīng)得到的數(shù)據(jù)通過PCA分析，可以得知其品質(zhì)優(yōu)劣和整個(gè)腐敗過程，并且在奶制品生產(chǎn)工業(yè)上已經(jīng)開始應(yīng)用于質(zhì)控分析。實(shí)驗(yàn)中，傳感器有較好的可重復(fù)性，并且響應(yīng)時(shí)間很短，約為2～3min。電子鼻應(yīng)用在奶制品中最大的優(yōu)勢就是可以進(jìn)行在線控制，這是其他任何方法所不能比擬的。

Collier等[23]用電子鼻 Fox 4000TM(Alpha MOS，F(xiàn)rance)區(qū)分4種鮮乳制品、4種酸乳樣品、4種發(fā)酵和未發(fā)酵的乳制品，結(jié)果表明電子鼻能夠很好區(qū)分這些產(chǎn)品。

電子鼻可以用于奶味香精的區(qū)分。Wang等[24]利用包含18個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器的FOX電子鼻對(duì)人工合成奶味香精、天然奶味香精和酶促奶味香精3種不同奶味香精進(jìn)行檢測，并結(jié)合SPME-GC-MS和感官檢驗(yàn)的方法進(jìn)行比較。通過PCA分析數(shù)據(jù)與GC-MS結(jié)果比較，表明電子鼻能夠準(zhǔn)確快速的辨別出3種奶味香精，第一成分貢獻(xiàn)率可達(dá)94%，同時(shí)電子鼻對(duì)3種奶味香精的分類和感官分析結(jié)果一致。

不同加工工藝的干酪風(fēng)味差異很大。電子鼻對(duì)不同種類的干酪(脫脂、33%脫脂、全脂、標(biāo)準(zhǔn)瑞士干酪和英國契達(dá)干酪)分類，結(jié)果同感官分析及SPME-GC-FID分析的結(jié)果一致[25]。

2.3 電子鼻對(duì)乳制品中特定成分的檢測

脂肪酸是乳中重要的香味成分，脂肪酸含量越高，香氣越強(qiáng)烈。但如果脂肪酸含量過高，產(chǎn)物就會(huì)出現(xiàn)明顯的酸敗味，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和風(fēng)味，因此，對(duì)奶油中脂肪酸含量的控制是非常重要的。

電子鼻可以應(yīng)用于奶油酸值的快速測定[26]?；贔OX3000型電子鼻可以對(duì)不同酶解程度的奶油做酸值線性模型分析，建立最小回歸定量分析模式(PLS)的酸值標(biāo)準(zhǔn)曲線，擬合度可達(dá)到0.9938，表明奶油酸值與電子鼻傳感器信號(hào)之間具有良好的線性關(guān)系。對(duì)未知酸值的奶油快速檢測，準(zhǔn)確性可達(dá)93.85%，此方法便于實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)化生產(chǎn)使用。

2.4 電子鼻技術(shù)在乳品摻假中的應(yīng)用

由于我國奶牛以散養(yǎng)為主，組織化程度低，牛奶質(zhì)量難以控制，牛奶摻假、摻雜等問題十分突出。摻假不僅嚴(yán)重?fù)p害了乳品企業(yè)以及消費(fèi)者的利益，同時(shí)給人們的生命安全帶來了威脅。到目前為止, 國內(nèi)對(duì)乳制品的質(zhì)量監(jiān)控缺少一種快速而有效的方法，利用電子鼻檢測摻假牛乳將是一種快速可行的監(jiān)控手段。

2.4.1 牛乳中摻假脂肪的檢測

牛奶品質(zhì)的主要指標(biāo)為蛋白質(zhì)含量和脂肪含量。在國外脂肪含量已作為牛乳品質(zhì)的一項(xiàng)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，其檢測原料乳中脂肪摻假的手段主要有氣相色譜，近紅外、高效液相色譜，質(zhì)譜等方法。利用電子鼻來檢測脂肪摻假，是近幾年采取的一種較新、較快速的方法。

利用電子鼻可以對(duì)牛乳中摻入的外來脂肪進(jìn)行測定。李照等[27]采用Alpha M.O.S公司的Fox 4000電子鼻對(duì)混有不同濃度的外來脂肪樣品的氣味進(jìn)行檢測，該電子鼻系統(tǒng)有18個(gè)金屬氧化物傳感器，結(jié)果采用主成分分析(PCA)、判別因子分析(D FA)、偏最小二乘分析(PLS)、質(zhì)量控制分析(SQC)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。通過PCA、DFA分析得出混有外來脂肪的牛奶與原奶之間有著明顯差異，通過SQC也可得出混有外來脂肪的樣品和未混有外來脂肪的樣品有明顯差異，在一定的置信區(qū)內(nèi)摻假1‰就能檢測出來。此外還有對(duì)混有脂肪的比例進(jìn)行PLS擬合性分析，擬合相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.9630。

2.4.2 牛乳中摻水的檢測

摻水是牛奶摻假的一種主要方式。乳品加工企業(yè)若收購了這種原料奶，會(huì)造成以下不良后果：1)牛奶干物質(zhì)下降影響產(chǎn)品的品質(zhì)；2)影響產(chǎn)品的風(fēng)味；3)影響酸奶的凝固狀態(tài)。

徐亞丹等[28]采用德國AIRSENSE公司的PEN2便攜式電子鼻(portable electronic nose)對(duì)摻水純奶進(jìn)行了檢測，該電子鼻包含10個(gè)金屬氧化物傳感器陣列。實(shí)驗(yàn)中利用電子鼻對(duì)純牛奶和不同摻水量的牛奶進(jìn)行了測定，結(jié)果表明：當(dāng)純牛奶中摻水體積分別為12.5%、25%、37.5%、50%時(shí)，電子鼻均能準(zhǔn)確地區(qū)分它們，并且根據(jù)純牛奶的濃度在LDA分析圖中有規(guī)律地分布。在PCA分析圖中，高濃度奶與低濃度奶被明顯地區(qū)分，可以借此來判別牛奶的濃度。

2.4.3 牛乳中摻入外來蛋白的檢測

牛奶中蛋白含量是牛奶質(zhì)量檢測的一項(xiàng)主要指標(biāo)。徐亞丹等[28]采用德國AIRSENSE公司的PEN2 便攜式電子鼻對(duì)純奶和不同添加量的外來蛋白牛奶進(jìn)行了檢測。結(jié)果表明：電子鼻可以根據(jù)不同氣味準(zhǔn)確地區(qū)分純牛奶與奶粉奶；奶粉奶添加比例為20%～40%時(shí)，電子鼻可以根據(jù)氣味的濃度區(qū)分它們。

2.5 電子鼻技術(shù)在乳中微生物檢測方面的應(yīng)用

微生物的存在導(dǎo)致牛乳變質(zhì)失去原有的乳香，而且可能產(chǎn)生一些有毒有害的物質(zhì)，使牛乳不可食用。牛奶中微生物的含量是評(píng)價(jià)牛奶質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，對(duì)于所有乳制品來說，微生物含量對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量也是十分重要的。電子鼻依據(jù)不同種微生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物之間的差異，對(duì)牛乳中不同的腐敗菌種類及其生長規(guī)律進(jìn)行研究。這些氣味物質(zhì)以及由它們組成的氣味指紋圖譜可以做為微生物鑒定與檢測的潛在依據(jù)。

Magan等[29]利用具有14個(gè)傳感器的電子鼻區(qū)分未變質(zhì)牛奶和感染了細(xì)菌或酵母菌的牛奶，同時(shí)可以有效地區(qū)分含3種不同濃度(1×106、3.5×108、8×108CFU/mL)的致金色假單胞菌的牛奶。

電子鼻可以跟蹤識(shí)別牛乳腐敗的動(dòng)力學(xué)過程并對(duì)其貨架期進(jìn)行預(yù)測。電子鼻對(duì)儲(chǔ)存室溫和5℃兩種不同條件下的牛乳跟蹤監(jiān)測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)菌的生長情況和電子鼻所測信號(hào)之間存在較好的相關(guān)性[17]。

喻勇新等[30]使用包含18根金屬氧化物(MOS)半導(dǎo)體傳感器的FOX型電子鼻檢測食源性致病菌-單增李斯特菌不同培養(yǎng)時(shí)間的揮發(fā)性代謝產(chǎn)物的變化規(guī)律，并輔以頂空-固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(HS-SPMEGC-MS)對(duì)這些產(chǎn)物進(jìn)行定性分析，用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)其揮發(fā)性代謝產(chǎn)物與細(xì)菌數(shù)量進(jìn)行線性擬合。結(jié)果采用主成分分析法得到該技術(shù)能夠很好的區(qū)分不同培養(yǎng)時(shí)間的單增李斯特菌(L. monocytogenes)，表明在培養(yǎng)8h后該菌的揮發(fā)性代謝產(chǎn)物發(fā)生了顯著性的變化。此外還利用HS-SPME-GC-MS對(duì)以上培養(yǎng)液的揮發(fā)性代謝產(chǎn)物進(jìn)行了具體分析，得出該菌在6h開始產(chǎn)生3-羥基-2-丁酮，并且隨著時(shí)間的延長其含量逐漸變大，同時(shí)也驗(yàn)證了電子鼻實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，即單增李斯特菌在培養(yǎng)8h左右其揮發(fā)性代謝產(chǎn)物發(fā)生了顯著變化。隨后，利用偏最小二乘法分析了培養(yǎng)液中的單增李斯特菌數(shù)量與電子鼻信號(hào)的線性關(guān)系，線性范圍在106～108CFU/mL之間，相關(guān)系數(shù)R2=0.9937。由此也充分證明了電子鼻技術(shù)有足夠的靈敏度對(duì)這些揮發(fā)性代謝產(chǎn)物進(jìn)行聚類和區(qū)分。因此，電子鼻技術(shù)在食源性致病菌定量檢測上具有一定的應(yīng)用潛力，有望在食品安全領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。

2.6 利用電子鼻區(qū)分正常牛乳和乳房炎乳

在當(dāng)今世界各國奶牛業(yè)中，乳房炎(mastitis)是造成損失最嚴(yán)重的一種疾病，也是一種嚴(yán)重的人畜共患病。乳房炎乳的檢測方法多種多樣，主要有肉眼觀察法、SCC檢驗(yàn)和細(xì)菌檢查法，除上述的檢測方法以外，還可以利用乳房炎乳與正常乳之間存在的某些酶的活性、pH值和電導(dǎo)率等的差異來檢測乳房炎乳[31]。近些年來電子鼻也被應(yīng)用在正常牛乳和乳房炎乳的區(qū)分中。

電子鼻可以對(duì)取自患有急性乳房炎奶牛的牛乳和健康奶牛的牛乳進(jìn)行檢測。利用金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSEFT)與CO2傳感器結(jié)合檢測乳房炎乳與健康牛乳，采用PCA模型分析得出，乳房炎牛乳和取自同一奶牛的正常乳房或健康奶牛乳房中的牛乳可以被區(qū)分開來，同時(shí)結(jié)合GC-MS測定不同牛乳的成分，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們之間的揮發(fā)性物質(zhì)存在著差異性和相似性[32]。

2.7 電子鼻技術(shù)在牛乳產(chǎn)地區(qū)分方面的應(yīng)用

不同牧場生產(chǎn)的乳制品其營養(yǎng)價(jià)值的差異主要是由于不同牧場的牧草影響奶牛牛乳中特殊的化學(xué)成分的轉(zhuǎn)化，并且可以影響瘤胃動(dòng)物的微生物群和動(dòng)物的新陳代謝，因而對(duì)牛乳的氣味影響較大。為了維護(hù)消費(fèi)者的利益，需要及時(shí)的檢測不同牧場來源的牛乳。目前，電子鼻已應(yīng)用于阿爾卑斯山不同牧場牛乳的檢測，檢測數(shù)據(jù)采用多元方差分析(MANOVA)、LDA和化學(xué)統(tǒng)計(jì)法(MPLS)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電子鼻能很好的區(qū)分不同產(chǎn)地的牛乳[33]。

由于產(chǎn)地的不同干酪的風(fēng)味會(huì)有較大的差異。不同產(chǎn)地的干酪可以采用基于MS的(SMART)電子鼻來區(qū)分。Pillonel等[34]的實(shí)驗(yàn)分析了來自5個(gè)不同國家(奧地利、法國、芬蘭、德國和瑞士)的干酪制品，實(shí)驗(yàn)中對(duì)20個(gè)樣品進(jìn)行了分類，通過PCA和DFA分析，得出對(duì)樣品的分辨率可達(dá)90%～100%。而對(duì)于對(duì)照組，感官評(píng)定小組則由于整體風(fēng)味形成的時(shí)間太短而無法準(zhǔn)確分類。

3 電子鼻應(yīng)用展望

電子鼻作為一種新穎的檢測儀器，可以快速獲取被測樣品的整體特征信息，具有常規(guī)檢測無可比擬的優(yōu)勢。因而電子鼻可以部分替代感官評(píng)價(jià)，避免品評(píng)人員主觀差異性造成的影響，在乳制品的質(zhì)量控制及貨架期監(jiān)控等方面具備獨(dú)特優(yōu)勢。盡管電子鼻技術(shù)仍處于不斷研究發(fā)展中，但大量的研究證明其在食品工業(yè)中，尤其在乳制品生產(chǎn)中的質(zhì)量控制與監(jiān)測、新產(chǎn)品開發(fā)和風(fēng)味物質(zhì)評(píng)估等方面已取得了令人滿意的成果。

電子鼻目前的應(yīng)用受到了周圍環(huán)境、傳感器靈敏度、模式識(shí)別分析等方面的限制，傳感器材料、傳感器陣列構(gòu)造、信號(hào)漂移等各方面都會(huì)影響電子鼻的靈敏度。但隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，這些方面都有待繼續(xù)開發(fā)研究，最終電子鼻將會(huì)向集成化、微型化和智能化的方向發(fā)展，其功能將會(huì)更加強(qiáng)大，應(yīng)用前景將會(huì)更加廣闊。

[1] GARDNER J W, BARTLETT P N. A brief history of electronic nose[J]. Sensors and Actuators B, 1994, 18(1/3):211-220.

[2] 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.

[3] 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.

[4] 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.

[5] 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.

[6] 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.

[7] 張曉敏. 電子鼻在食品工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 中國食品添加劑, 2008(2):52-56.

[8] 劉輝, 牛智有. 電子鼻技術(shù)及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 中國測試, 2009,35(3):6-10.

[9] 張曉華, 常偉, 李景明, 等. 電子鼻技術(shù)對(duì)蘋果貯藏期的研究[J]. 現(xiàn)代科學(xué)儀器, 2007(6):120-123.

[10] 石志標(biāo), 左春怪, 張學(xué)軍. 新穎的仿生檢測技術(shù):電子鼻[J]. 測試技術(shù)學(xué)報(bào), 2004, 8(1):50-55.

[11] 張哲, 佟金. 電子鼻和電子舌在食品檢測中的研究和應(yīng)用[J]. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2005(10):25-30.

[12] 王俊, 胡桂仙. 電子鼻與電子舌在食品檢測中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2004, 20(2):292-295.

[13] 李華曜. 子鼻硬件系統(tǒng)及其評(píng)價(jià)[D]. 武漢:華中科技大學(xué), 2008.

[14] 郭朔. 近紅外光譜分析技術(shù)快速檢測液態(tài)乳制品品質(zhì)的研究[D]. 吉林:吉林大學(xué), 2008.

[15] 孫選, 李國平, 艾長勝. 超聲波技術(shù)在牛乳成分檢測中的應(yīng)用[J]. 濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 2007, 21(2):108-111.

[16] 范佳利, 韓劍眾, 田師一, 等. 電子鼻和電子舌在乳制品品質(zhì)及貨架期監(jiān)控中的應(yīng)用研究[J]. 食品工業(yè)科技, 2009, 30(11):343-346.

[17] LABRECHE S, BAZZO S, CADE S, et al. Shelf life determination by electronic nose:application to milk[J]. Sensors and Actuators B, 2005,106(1):199-206.

[18] 郭奇慧, 白雪, 康小紅. 應(yīng)用電子鼻區(qū)分不同氣味的原奶[J]. 食品科技, 2008(6):179-181.

[19] 殷勇, 于慧春, 孫香麗. 無封裝條件下牛奶存放質(zhì)量電子鼻分析[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2010, 41(3):149-152.

[20] O’RIORDAN P J, DELAHUNTY C M. Characterisation of commercial Cheddar cheese flavour. 1:traditional and electronic nose approach to quality assessment and market classification[J]. International Dairy Journal, 2003, 13(5):355-370.

[21] TRIHAAS J, VOGNSEN L, NIELSEN P V. Electronic nose:New tool in modeling the ripening of Danish blue cheese[J]. International Dairy Journal, 2005, 15(6/9):679-691.

[22] CAPONE S, EPIFANI M, QUARANTA F, et al. Monitoring of rancidity of milk by means of an electronic nose and a dynamic PCA analysis[J]. Sensors and Actuators B, 2001, 78:174-179.

[23] COLLIER W A, BAIRD D B, PARK-NG Z A. et al. Discrimination among milks and cultured dairy products using screenprinted electrochemical arrays and an electronic nose[J]. Sensor Sand Actuators B,2003, 92(1/2):232-239.

[24] WANG Bei, XU Shiying, SUN Dawen. Application of the electronic nose to the identification of different milk flavorings[J]. Food Research International, 2010, 43(1):255-262.

[25] JOU K, HARPER W. Pattern recognition of Swiss cheese aroma compounds by SPME-GC and an electronic nose[J]. Milchwissenschaft,1998, 53(5):259-263.

[26] 李寧, 鄭福平, 李強(qiáng), 等. 電子鼻對(duì)奶油酸值的快速測定[J]. 食品科學(xué), 2009, 30(20):269-271.

[27] 李照, 邢黎明, 云戰(zhàn)友, 等. 電子鼻測定牛奶中摻入外來脂肪[J]. 乳品科學(xué)與技術(shù), 2008(1):39-41.

[28] 徐亞丹, 王俊, 趙國軍. 基于電子鼻的對(duì)摻假的“伊利”牛奶的檢測[J]. 中國食品學(xué)報(bào), 2006, 6(5):111-118.

[29] MAGAN N, PAVLOU A, CHRYSANTHAKIS I. Milk-sense:a volatile sensing system recognises spoilage bacteria and yeasts in milk[J]. Sensors and Actuators B, 2001, 72:28-34.

[30] 喻勇新, 孫曉紅, 潘迎捷, 等. 應(yīng)用電子鼻檢測食源性致病菌的研究[J]. 化學(xué)通報(bào), 2010(2):154-159.

[31] 高樹新, 王國富, 邵志文, 等. 奶牛乳房炎乳的危害及其檢測方法探討[J]. 中國乳品工業(yè), 2008, 36(2):58-62.

[32] ERIKSSON A, WALLER K P, SJAUNJA K S , et al. Detection of mastitic milk using a gas-sensor array system (electronic nose)[J]. International Dairy Journal, 2005, 15:1193-1201.

[33] FALCHERO L, SALA G, GORLIER A, et al. Electronic nose analysis of milk from cows grazing on two different Alpine vegetation types[J].Journal of Dairy Research, 2009, 76:365-371.

[34] PILLONEL L, AMPUERO S, TABACCHI R. Analytical methods for the determination of the geographic origin of Emmental cheese, volatile compounds by GC-MS-FID and electronic nose[J]. European Food Research and Technology, 2003, 216(2):179-183.

Progress in the Applications of Electronic Nose in Dairy Production and Quality Control

LAN Hui-hui，HU Zhi-he*
(Tianjin Key Laboratory of Food and Biotechnology, College of Biotechnology and Food Science, Tianjin University of Commerce,Tianjin 300134, China)

TS252.7

A

1002-6630(2010)17-0467-05

2010-07-04

蘭會(huì)會(huì)(1985—)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称飞锛夹g(shù)。E-mail：lanhuir111@163.com

*通信作者：胡志和(1962—)，男，教授，碩士，研究方向?yàn)閷Ｓ霉δ苁称?。E-mail：hzhihe@tjcu.edu.cn