電子鼻在方便米飯氣味識(shí)別中的應(yīng)用

梁愛華賈洪鋒秦 文彭 濤陳 迤

(四川烹飪高等?？茖W(xué)校食品科學(xué)系1，成都 610072)

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)院2，雅安 625014)

電子鼻在方便米飯氣味識(shí)別中的應(yīng)用

梁愛華1賈洪鋒1秦 文2彭 濤1陳 迤1

(四川烹飪高等?？茖W(xué)校食品科學(xué)系1，成都 610072)

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)院2，雅安 625014)

采用電子鼻對(duì)3種不同方便米飯(雞米芽菜方便米飯、榨菜肉末方便米飯、素什錦方便米飯)的新鮮樣品和真空冷凍保藏樣品進(jìn)行了分析。通過對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析和氣味指紋對(duì)比，結(jié)果表明:電子鼻可以用于不同方便米飯樣品的分析，可以區(qū)分不同的方便米飯，同時(shí)能區(qū)分真空冷凍保藏樣品與新鮮品，兩者之間在氣味識(shí)別上存在差異。真空冷凍保藏雖然可以作為一種很好的保存方式延長方便米飯的保質(zhì)期，但是這種方式對(duì)于方便米飯的香氣影響較明顯。

電子鼻 方便米飯 真空冷凍 氣味識(shí)別

電子鼻是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的分析、識(shí)別和檢測(cè)復(fù)雜嗅味和揮發(fā)性成分的儀器。其利用氣體傳感器陣列的響應(yīng)曲線來識(shí)別氣味的電子系統(tǒng)，與普通的分析儀器，如色譜儀、光譜儀等不同，得到的不是被測(cè)樣品各種成分的定性和定量結(jié)果，而是給予樣品中揮發(fā)成分的整體信息，也就是“指紋數(shù)據(jù)”［1］。

國外對(duì)電子鼻的研究最早可追溯到1961年［2］。它不僅可以根據(jù)各種不同的氣味測(cè)到不同的信號(hào)，而且可以將這些信號(hào)與數(shù)據(jù)庫中的信號(hào)加以比較，進(jìn)行識(shí)別判斷，因而具有類似鼻子的功能［3］。電子鼻在飲料、食品、酒類、煙草、化妝品、石油化工、包裝材料、環(huán)境監(jiān)測(cè)、臨床、化學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用［4－5］。

方便米飯作為一種非常具有代表性的食品，符合現(xiàn)代人快節(jié)奏生活的要求。方便米飯采用真空冷凍的方式可以達(dá)到長時(shí)間保藏的目的，但是真空冷凍保藏對(duì)于其品質(zhì)可能存在一定的影響。本研究將電子鼻應(yīng)用于方便米飯的分析中，評(píng)價(jià)真空冷凍保藏方便米飯及其新鮮品之間的差異。電子鼻作為一種可靠的分析方法，避免了人為的影響，因此分析結(jié)果具有很強(qiáng)的客觀性，可以避免人為因素的干擾和影響。

1 材料和方法

1.1 材料

方便米飯樣品:雞米芽菜方便米飯、榨菜肉末方便米飯和素什錦方便米飯。

1.2 儀器

FOX 4000電子鼻(傳感器由18各金屬氧化物傳感器組成)、HS100自動(dòng)進(jìn)樣器、Alpha SOFTV12軟件:法國Alpha MOS公司;MDF－U338－C低溫冰箱:大連三洋冷鏈有限公司。

1.3 方法

1.3.1 方便米飯的加工和保存

方便米飯的加工由四川烹飪高等?？茖W(xué)校烹飪大師炒制。

樣品分為新鮮樣品和冷凍樣品。冷凍樣品采用真空包裝后，在－20℃下冷凍3個(gè)月;新鮮樣品在炒制后采用密閉容器包裝，低溫冷藏箱保藏的方式，及時(shí)送樣分析。樣品信息見表1。

表1 樣品信息

1.3.2 樣品準(zhǔn)備和檢測(cè)參數(shù)

每種方便米飯的新鮮樣品和冷凍樣品分別經(jīng)過攪碎混勻后，稱取1 g(準(zhǔn)確至0.01 g)于10 mL頂空瓶中，加蓋密封待檢。樣品的檢測(cè)參數(shù)見表2。

表2 樣品的檢測(cè)參數(shù)

1.3.3 傳感器信號(hào)分析

電子鼻共有18個(gè)傳感器(各傳感器性能見表3)。檢測(cè)每一個(gè)樣品時(shí)以采集時(shí)間為橫坐標(biāo)，共采集120 s，響應(yīng)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，每條曲線代表一個(gè)傳感器在120 s內(nèi)的響應(yīng)值變化，即傳感器的原始數(shù)據(jù)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理時(shí)，選擇每個(gè)傳感器的最大響應(yīng)強(qiáng)度值進(jìn)行分析。

表3 傳感器性能

1.3.4 數(shù)據(jù)分析方法

主成分分析(Principal Cornponent Analysis，PCA)，氣味指紋對(duì)比(Smell Print Comparison)分析，每個(gè)樣品重復(fù)3次，對(duì)每種方便米飯的新鮮樣品和冷凍樣品分別進(jìn)行對(duì)比，比較新鮮樣品和冷凍樣品的異同。

2 結(jié)果與分析

2.1 傳感器和分析重復(fù)性

每個(gè)樣品重復(fù)進(jìn)樣3次，測(cè)定樣品在優(yōu)選傳感器上的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(Relative Standard Deviation，RSD)(表4)。從表4中可以看出，樣品在優(yōu)選傳感器上具有良好的重現(xiàn)性。

表4 樣品在優(yōu)選傳感器上的RSD值

2.2 雞米芽菜方便米飯分析

2.2.1 雞米芽菜方便米飯的主成分分析

主成分分析是一種多元統(tǒng)計(jì)方法，它是將所提取的傳感器多指標(biāo)的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和降維，并對(duì)降維后的特征向量進(jìn)行線性分類，最后在PCA分析圖上顯示主要的兩維圖。當(dāng)沒有或缺乏有關(guān)樣品信息時(shí)，PCA能迅速瀏覽所有數(shù)據(jù)，找出樣品間相關(guān)聯(lián)的特征，并從中總結(jié)出有關(guān)樣品的信息。

圖1為雞米芽菜方便米飯的主成分分析圖，在圖1中，橫、縱坐標(biāo)分別表示在PCA轉(zhuǎn)換中得到的第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)的貢獻(xiàn)率(或權(quán)重)，貢獻(xiàn)率(或權(quán)重)越大，說明主成分可以較好的反映原來多指標(biāo)的信息。即如果兩個(gè)樣品在橫坐標(biāo)上的距離越大，說明它們的差異越大;而兩個(gè)樣品在縱坐標(biāo)上的距離即使很大，但由于第二主成分的貢獻(xiàn)率(或權(quán)重)很小，那么兩個(gè)樣品之間的實(shí)際差異不會(huì)很明顯［6］。

一般情況下，總貢獻(xiàn)率超過70%～85%的方法即可使用［7］。圖1中第一主成分和第二主成分的總貢獻(xiàn)率達(dá)到了98.2%，足以收集特征性信息。

區(qū)分指數(shù)(Differentiation Index，DI)是區(qū)分樣品的程度表征，最大值為100，DI在80～100之間就表明有效的區(qū)分，值越大，區(qū)分越好。圖1中DI值為95，表明對(duì)新鮮品和冷凍品能夠有效區(qū)分。

在圖1中，新鮮樣品與冷凍樣品在橫坐標(biāo)上距離較大，由于在橫坐標(biāo)上距離越大，說明樣品間的差異越大，因此可以看出新鮮品和冷凍品之間存在較為明顯的差異。

圖1 雞米芽菜方便米飯的主成分分析圖

2.2.2 新鮮品與冷凍品的指紋對(duì)比

如圖2所示，對(duì)新鮮品和冷凍品在18個(gè)傳感器上的最大響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行了對(duì)比。從圖2中可以看出，在所有傳感器上冷凍品的響應(yīng)值均大于新鮮品，這說明通過真空冷凍保藏后，樣品中的揮發(fā)性氣味物質(zhì)有一定程度的增加。

圖2 雞米芽菜方便米飯新鮮品與冷凍品的指紋對(duì)比

通過各傳感器信號(hào)的對(duì)比，新鮮品與冷凍品之間的相似度為85.98%，這說明同為雞米芽菜方便米飯的樣品，在經(jīng)過了真空冷凍保藏后，仍然保留了雞米芽菜方便米飯絕大多數(shù)的氣味特征，只是在經(jīng)過真空冷凍保藏后，樣品的氣味特征與新鮮品相比有了一定的變化和差異。

2.3 榨菜肉末方便米飯分析

2.3.1 榨菜肉末方便米飯的主成分分析

圖3中PC1和PC2的總貢獻(xiàn)率達(dá)到了97.9%，足以收集特征性信息。DI值為95，表明對(duì)新鮮品和冷凍品能夠有效區(qū)分。

在圖3中，新鮮樣品與冷凍樣品在橫坐標(biāo)上距離較大，因此可以看出新鮮品和冷凍品之間存在較為明顯的差異。

圖3 榨菜肉末方便米飯的主成分分析圖

2.3.2 新鮮品與冷凍品的指紋對(duì)比

如圖4所示，對(duì)新鮮品和冷凍品在18個(gè)傳感器上的最大響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行了對(duì)比。從圖4中可以看出，在T40/1傳感器上，冷凍品的最大響應(yīng)值略低于新鮮品，在其余傳感器上冷凍品的響應(yīng)值均大于新鮮品。這說明通過真空冷凍保藏后，樣品中的揮發(fā)性氣味物質(zhì)有一定程度的增加。

通過各傳感器信號(hào)的對(duì)比，新鮮品與冷凍品之間的相似度為79.50%，這說明樣品在經(jīng)過了冷凍保藏后，仍然保留了榨菜肉末方便米飯絕大多數(shù)的氣味特征，只是在經(jīng)過真空冷凍保藏后，樣品的氣味特征與新鮮品相比有了一定的變化和差異。

圖4 榨菜肉末方便米飯新鮮品與冷凍品的指紋對(duì)比

2.4 素什錦方便米飯分析

2.4.1 素什錦方便米飯的主成分分析

圖5 素什錦方便米飯的主成分分析圖

圖5中PC1和PC2的總貢獻(xiàn)率達(dá)到了99.0%，足以收集特征性信息。DI值為93，表明對(duì)新鮮品和冷凍品能夠有效區(qū)分。在圖5中，新鮮樣品與冷凍樣品在橫坐標(biāo)上距離較大，因此可以看出新鮮品和冷凍品之間存在較為明顯的差異。

2.4.2 新鮮品與冷凍品的指紋對(duì)比

如圖6所示，對(duì)新鮮品和冷凍品在18個(gè)傳感器上的最大響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行了對(duì)比。從圖6中可以看出，在所有傳感器上冷凍品的響應(yīng)值均小于新鮮品。這說明通過真空冷凍保藏后，樣品中的揮發(fā)性氣味物質(zhì)有一定程度的減少。這與雞米芽菜方便米飯和榨菜肉末方便米飯中的結(jié)果恰好相反，其原因可能與原料有關(guān)，但還需要進(jìn)一步的研究。

通過各傳感器信號(hào)的對(duì)比，新鮮品與冷凍品之間的相似度為75.65%，這說明樣品在經(jīng)過了真空冷凍保藏后，仍然保留了素什錦方便米飯絕大多數(shù)的氣味特征，只是在經(jīng)過真空冷凍保藏后，樣品的氣味特征與新鮮品相比有了一定的變化和差異。

圖6 素什錦方便米飯新鮮品與冷凍品指紋對(duì)比

2.5 所有樣品分析

圖7 所有方便米飯樣品的主成分分析3D圖譜

圖7為所有樣品的主成分分析3D圖譜，PC1、PC2和PC3(第三主成分)的總貢獻(xiàn)率達(dá)到了99.9%，足以收集各個(gè)樣品的特征性信息。

在圖7中，相同樣品分別聚類在3D圖譜中的不同位置，呈現(xiàn)一定的分布趨勢(shì)，樣品之間能夠很好區(qū)分。在弧形虛線上方為冷凍品，下方為新鮮品，說明樣品在經(jīng)過真空冷凍保藏后，其氣味特征會(huì)發(fā)生一定的變化，從而與新鮮品相區(qū)分。采用電子鼻能夠很好的區(qū)分和識(shí)別不同類型的方便米飯，同時(shí)對(duì)方便米飯的冷凍品及新鮮品也能很好的區(qū)分和識(shí)別。

從前面的分析和表5可以看出，3種方便米飯?jiān)诮?jīng)過真空冷凍保藏后，其氣味特征均不同程度的發(fā)生了變化，導(dǎo)致新鮮品和冷凍品之間存在差異。由新鮮樣品和冷凍樣品的相似度可以看出，真空冷凍保藏對(duì)3種方便米飯的影響程度有所不同，素什錦方便米飯的氣味特征變化與其他兩種樣品相比變化較大。由此可以看出真空冷凍保藏雖然可以作為一種很好的保存方式延長方便米飯的保質(zhì)期，為消費(fèi)者提供方便，但是這種方式對(duì)于方便米飯氣味特征的影響也較明顯。

表5 新鮮樣品和冷凍樣品之間的相似系數(shù)

3 結(jié)論

3.1 電子鼻可以用于對(duì)方便米飯樣品進(jìn)行分析，可以區(qū)分和識(shí)別不同類型的方便米飯及方便米飯的冷凍品與新鮮品。

3.2 通過分析可以看出，方便米飯?jiān)诮?jīng)過真空冷凍保藏后，雖然保留了原有的絕大多數(shù)氣味特征，但是其氣味特征也發(fā)生了一定的變化，導(dǎo)致冷凍品與新鮮品之間存在一定的差異。

3.3 通過真空冷凍保藏后，雞米芽菜方便米飯和榨菜肉末方便米飯中的氣味物質(zhì)有一定程度的增加，而素什錦方便米飯樣品中的氣味物質(zhì)有一定程度的減少，這與雞米芽菜方便米飯和榨菜肉末方便米飯的結(jié)果恰好相反，其原因還需要進(jìn)一步的研究。

3.4 在試驗(yàn)中可以看出冷凍樣品與新鮮樣品之間存在差異，但是對(duì)于導(dǎo)致這種差異出現(xiàn)的物質(zhì)變化，還有待進(jìn)一步的定性和定量研究。

3.5 真空冷凍保藏雖然可以作為一種很好的保存方式延長方便米飯的保質(zhì)期，但是這種方式對(duì)于方便米飯氣味特征的影響較明顯，在應(yīng)用過程中要注意保持方便米飯?jiān)瓉淼臍馕短卣鳌?/p>

［1］張曉敏，朱麗敏，張捷，等.采用電子鼻評(píng)價(jià)肉制品中的香精質(zhì)量［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2008，24(9):175－178

［2］高永梅，劉遠(yuǎn)方，李艷霞，等.主要香型白酒的電子鼻指紋圖譜［J］.釀酒科技，2008(5):38－41

［3］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［4］張紅梅，何玉靜.電子鼻技術(shù)的歷史、研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景［J］.科技信息，2008(27):12－13

［5］郭奇慧，白雪，胡新宇，等.應(yīng)用電子鼻區(qū)分不同成熟期的契達(dá)干酪［J］.中國乳品工業(yè)，2008，36(4):31－32

［6］朱先約，宗永立，李炎強(qiáng)，等.利用電子鼻區(qū)分不同國家的烤煙［J］.煙草科技，2008(3):27－30

［7］田懷香，孫宗宇.電子鼻在金華火腿香精識(shí)別中的應(yīng)用［J］.中國調(diào)味品，2008(11):61－64.

Application of Electronic Nose Technology in Instant Rices Smell Recognition

Liang Aihua1Jia Hongfeng1Qin Wen2Peng Tao1Chen Yi1
(Department of Food Science，Sichuan Higher Institute of Cuisine1，Chengdu 610072)
(Food Science College，Sichuan Agricultural University2，Ya'an 625014)

Three different types of instant rice("Jimiyacai"，"Zhacairousi"，and"Sushijin")in fresh or vacuum 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 recognize whether the sample is fresh or vacuum frozen.There is difference in smell between fresh and vacuum frozen instant rice.Vacuum frozen is a good method to prolong shelf life of instant rice，but it evidently influences the rice odor.

electronic nose，instant rice，vacuum frozen，smell recognition

TS213.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003－0174(2010)11－0110－05

四川省科技廳攻關(guān)項(xiàng)目(2006Z06－002－05)

2009－10－24

梁愛華，女，1967年出生，博士，教授，營養(yǎng)與食品衛(wèi)生學(xué)