電子鼻在干酪風(fēng)味檢測中的應(yīng)用

王 寵梁 琪甘伯中喬海軍張衛(wèi)兵

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

電子鼻在干酪風(fēng)味檢測中的應(yīng)用

王 寵1梁 琪1甘伯中1喬海軍2張衛(wèi)兵1

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

以不同種類、不同成熟階段干酪產(chǎn)生的特征風(fēng)味化合物為依據(jù)，綜述電子鼻在識別干酪種類、測定干酪成熟期、評價干酪質(zhì)量以及檢測干酪發(fā)酵劑等方面的應(yīng)用，并總結(jié)電子鼻的特點以及在干酪中的應(yīng)用前景。

電子鼻；干酪；風(fēng)味；識別；質(zhì)量評價

干酪以獨特的風(fēng)味深受人們的喜愛，它含有3 000多種風(fēng)味物質(zhì)，包括原料乳中的風(fēng)味化合物及成熟過程中基質(zhì)在酶和微生物作用下產(chǎn)生的風(fēng)味化合物［1］，這些風(fēng)味化合物的形成與干酪的種類、使用的發(fā)酵劑有關(guān)［2］。目前中國有關(guān)干酪風(fēng)味研究的資料較少，對干酪風(fēng)味物質(zhì)的研究也主要集中在固相微萃氣質(zhì)聯(lián)用分析（SPME－GC－MS）和同時蒸餾萃取氣質(zhì)聯(lián)用分析（SDE－GC－MS）等方面，對干酪的特征風(fēng)味研究鮮有報道；而國外在干酪風(fēng)味研究方面已取得較大成果，并可對干酪中復(fù)雜的風(fēng)味成分進行分析［3］。

電子鼻是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種新穎的分析、識別和檢測復(fù)雜嗅味和揮發(fā)性成分的人工嗅覺裝置［4］，它克服了以往人工評價的主觀性及重復(fù)性差等缺點，同時也避免了使用GC、GC－MS及化學(xué)方法等費用高、周期長的劣勢，它能夠快速、精確檢測多種不同揮發(fā)性化合物，并且能識別、控制干酪加工過程和檢測干酪質(zhì)量，具備了傳統(tǒng)方法在檢測干酪風(fēng)味物質(zhì)方面無法企及的優(yōu)勢。

1 電子鼻的發(fā)展歷程及測定原理

1.1 電子鼻的發(fā)展歷程

1964年，Wilkens等［5］提出對嗅覺過程的電子模擬，這是有關(guān)電子鼻的最早報道，第二年Buck［6］利用氣味調(diào)制電導(dǎo)與接觸原理進行了“電子鼻”的研究，Dravieks［7］利用接觸電勢的變化實現(xiàn)了氣體的測量，但是作為氣體分類用的智能化學(xué)傳感器陣列的概念一直到1982年英國Persaud等［8］在利用SnO2氣體傳感器模仿哺乳動物嗅覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和機理，對幾種有機揮發(fā)性氣體進行類別分析時提出了由氣敏傳感器陣列和模式識別系統(tǒng)組成的“人工鼻”的概念，開創(chuàng)了電子鼻研究的先河。1987年英國Warwick大學(xué)召開的第八屆歐洲化學(xué)傳感研究組織年會，重點提出了“模式識別”的概念，引起了學(xué)術(shù)界廣泛的興趣；1990年舉行了第一屆國際電子鼻學(xué)術(shù)會議，電子鼻的研究從此進入快速發(fā)展階段。1993年，Pearce［9］等首次把傳感器應(yīng)用在啤酒檢測上，而且還很快鑒別出一種人為感染的啤酒和未被感染的酒。繼而英國Gardner等給出了電子鼻的定義［10］，即“電子鼻是由多個性能彼此重疊的氣敏傳感器和適當(dāng)?shù)哪Ｊ椒诸惙椒ńM成的具有識別單一和復(fù)雜氣味能力的裝置”，從此電子鼻的研究取得突飛猛進的進展，并且出現(xiàn)了商品化的電子鼻，比較著名的有法國的 Alpha MOS、德國的 Airsense、瑞士的Smart Nose等公司提供的電子鼻設(shè)備，標(biāo)志著電子鼻技術(shù)進入快速發(fā)展階段。

1.2 電子鼻的測定原理

電子鼻是由傳感器陣列、信號處理、模式識別和結(jié)果輸出部件組成的氣味掃描儀。主要部件為半導(dǎo)體傳感器陣列，現(xiàn)在常用的主要有：金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器（MOS）、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）、導(dǎo)電聚合物氣敏傳感器（CP）、表面聲波傳感器（SAW）、石英微天平（QMB）［11］等。當(dāng)風(fēng)味物質(zhì)暴露于傳感器陣列時，將和傳感器相互作用，并且產(chǎn)生瞬間響應(yīng)，不同傳感器對特定風(fēng)味化合物靈敏度較高，而對其它化合物不太靈敏并且陣列中的每一個傳感器對特定風(fēng)味物質(zhì)有唯一的響應(yīng)圖譜，經(jīng)過模式識別系統(tǒng)將傳感器產(chǎn)生的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號錄入計算機中，再將這些信息與建立的數(shù)據(jù)庫中的信息加以比較，識別所感受氣體的氣味［12］。它與其它風(fēng)味檢測儀器（GC、GC－MS、HPLC等）不同的是，得到的是揮發(fā)性風(fēng)味化合物的“指紋圖譜”，即整體信息［13］，同時還可利用氣敏傳感器構(gòu)成陣列對多種氣體的交叉敏感性進行測量，通過適當(dāng)?shù)姆治龇椒?，實現(xiàn)混合氣體分析。

2 電子鼻在干酪中的應(yīng)用

近年來電子鼻在干酪中的應(yīng)用越來越廣泛，主要用在干酪成熟期測定，干酪識別，質(zhì)量評價以及發(fā)酵劑檢測等方面。

2.1 電子鼻在干酪成熟期測定中的應(yīng)用

隨著成熟時間的增加，干酪中的蛋白質(zhì)和脂肪等發(fā)生降解產(chǎn)生特定的風(fēng)味化合物。檢測蛋白質(zhì)、脂肪等理化指標(biāo)可以確定干酪的成熟期，但是所需時間較長，費用也較高。利用電子鼻的不同傳感器對干酪中的風(fēng)味成分產(chǎn)生特定響應(yīng)信號，可以對不同成熟期的干酪進行區(qū)分。Trihaasa等［14］用8個MOS傳感器的電子鼻分析了4個不同批次96個Danish blue cheese（10℃儲存4周），證明了電子鼻的輸出信號能夠檢測干酪成熟過程中主要特征的變化，這種變化與pH 4.6可溶性氮、脂肪測定結(jié)果一致，驗證干酪的不同成熟階段產(chǎn)生不同的風(fēng)味化合物，但是隨著成熟時間的增加風(fēng)味化合物含量會發(fā)生變化。電子鼻的QMB陣列與大量風(fēng)味化合物分子相結(jié)合，可以區(qū)分因成熟期不同而產(chǎn)生的不同的羰基化合物，Bargon等［15］利用這一原理測定 Emmental cheese中2－庚酮的含量，由此可以判斷干酪的成熟度。田懷香等［16］進一步利用MOS傳感器的電子鼻對特定氣味組分產(chǎn)生的響應(yīng)信號，測定不同成熟期（0，7，15，30，60，90d）Cheddar cheese，證明成熟60d的干酪產(chǎn)生了主要風(fēng)味化合物，從而基本形成了干酪的特征風(fēng)味。衣宇佳等［17］用 MOS傳感器的電子鼻分析干酪不同成熟階段的特征氣味，7～30d干酪在氣味上差別較小，但與成熟60～90d的干酪仍有一定差別，說明30d之前干酪雖發(fā)生蛋白質(zhì)與脂肪的降解，但尚未形成干酪的特征風(fēng)味；成熟60d與90d氣味差別較小，貯存60d干酪已基本成熟。Contarini等［18］將電子鼻和GC－MS的測定結(jié)果做了對照，同時測定成熟20d和4個月的Ewe's cheese，驗證了GC－MS會使很多揮發(fā)性物質(zhì)分解，而電子鼻能夠較準(zhǔn)確的測定干酪的成熟期。

電子鼻的傳感器與不同成熟期風(fēng)味化合物相結(jié)合產(chǎn)生不同的指紋圖譜，隨著指紋圖譜的變化可以確定干酪的成熟期，并且不需要測定風(fēng)味化合物。Benedetti等［19］用10個MOSFET和12個MOS傳感器的電子鼻測定Crescenza干酪的成期，證明了電子鼻預(yù)測干酪的貨架期與傳統(tǒng)的方法（測定酸度、顏色、質(zhì)構(gòu)等）預(yù)測結(jié)果相似。郭奇慧等［20］通過配有10MOS傳感器的電子鼻測定成熟期為1個月、6個月、2年的市售干酪樣品，用PCA方法進行分析數(shù)據(jù)，不同成熟期的干酪樣品數(shù)據(jù)點分布于各自區(qū)域并且沒有重疊，表明隨著干酪成熟時間的增加，樣品的揮發(fā)性成分發(fā)生較大變化。Drake等［21］用 MS/NCI傳感器的電子鼻測定11種不同公司生產(chǎn)的成熟6個月Cheddar cheese。由于不同成熟階段干酪產(chǎn)生的風(fēng)味化合物不同，所以風(fēng)味化合物質(zhì)量數(shù)不同，電子鼻利用風(fēng)味化合物的質(zhì)量數(shù)可以區(qū)分不同成熟階段的干酪。

2.2 電子鼻在干酪識別中的應(yīng)用

干酪根據(jù)產(chǎn)地、原料乳品質(zhì)、加工工藝不同可分為不同品種。每一種干酪都有其特殊的風(fēng)味，所以對特征風(fēng)味化合物的分析是電子鼻在干酪中應(yīng)用的基礎(chǔ)。

Pillonel等［22，23］用 MS傳感器的電子鼻測定來自歐洲不同國家（奧地利、法國、芬蘭、德國和瑞士）的20個Emmental cheese（成熟期為2.5～4個月），采用PCA和DFA分析方法對樣品進行分類，不同產(chǎn)地干酪的PCA分析數(shù)據(jù)落入不同區(qū)域并且每種干酪都有一兩處特殊的區(qū)域，分辨率達到90%～100%。

賈宗艷等［24］用配備6個MOS傳感器的電子鼻鑒定出4種不同Swiss cheese（脫脂、33%脂肪、全脂、標(biāo)準(zhǔn)），分析了干酪中主要揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，并且將電子鼻分析結(jié)果與SPME－GC－FID分析結(jié)果做比較，SPME分析主要揮發(fā)性風(fēng)味化合物，當(dāng)揮發(fā)性風(fēng)味化合物數(shù)目超過30種時分類就會失?。?5］；而電子鼻能夠準(zhǔn)確分析復(fù)雜的揮發(fā)性成分。蘆莜菲等［26］進一步利用E－Nose－1000型電子鼻識別3種原味干酪（cheddar干酪、mozzarella干酪、gouda干酪）和兩種再制干酪（片狀cheddar再制干酪、cheddar煙熏味再制干酪），3種原味干酪的主成分分析圖分布于不同區(qū)域，可以很容易區(qū)分不同干酪；cheddar干酪和cheddar再制干酪的主成分分析圖差別較大，故用電子鼻很容易區(qū)分。

不同種類干酪都有其特征風(fēng)味化合物。電子鼻對干酪的識別主要利用不同干酪風(fēng)味化合物的指紋圖譜不同即風(fēng)味化合物的數(shù)據(jù)分析結(jié)果落入不同的區(qū)域［27］，由此識別不同種類的干酪，而GC－MS等只能得到風(fēng)味化合物的響應(yīng)峰，由峰高和峰面積確定主要風(fēng)味化合物，并不能得知其特征氣味且準(zhǔn)確識別干酪。

2.3 電子鼻在干酪質(zhì)量評估中的應(yīng)用

干酪質(zhì)量是由感官特性和人工嗅覺評定，但是在一定程度上包含了很多人為因素，具有不可重復(fù)性。電子鼻測定干酪的頂空風(fēng)味化合物、氣味特征以及與干酪相關(guān)的化合物等評價干酪質(zhì)量。Harper等［28］描述了電子鼻和感官閾值分析測定揮發(fā)性化學(xué)成分的異同，電子鼻測定的是頂空瓶上部揮發(fā)性化合物，并且配備的MOS氣態(tài)傳感器與干酪風(fēng)味化合物之間發(fā)生響應(yīng)，信號能夠準(zhǔn)確描述干酪的風(fēng)味化合物特征，而感官評價會受咀嚼時產(chǎn)生揮發(fā)性成分的影響，只能用“A”、“B”等劃分干酪的等級，所以電子鼻比感官評價更能準(zhǔn)確測定揮發(fā)性化學(xué)成分，Patrick［29］對成熟一個月的Cheddar cheeses樣品進行質(zhì)量評估，證明了干酪感官評價不適合為等級評定提供詳細的解釋，所以電子鼻在干酪等級評估中發(fā)揮重要作用。

Patrick等［30］用含有 MOS氣態(tài)傳感器的電子鼻評估Cheddar cheeses干酪（1999年5月生產(chǎn)，成熟6個月）質(zhì)量和市場等級，將數(shù)據(jù)用ANOVA和PCA分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)干酪的等級是由干酪加工工藝和生產(chǎn)設(shè)備所引起的。Trihaas等［31］做了進一步的證明，他們利用用12個CP傳感器的電子鼻預(yù)測兩個不同的乳品加工單位、相同方法制作的Danish blue cheese成熟過程（成熟5，8，12，20周）產(chǎn)生的風(fēng)味化合物，并且和GC－MS檢測結(jié)果作對照，對干酪質(zhì)量進行評估并且計算產(chǎn)品合格率。電子鼻和GC－MS評價結(jié)果相差不大并且能夠檢測出干酪中25種主要風(fēng)味化合物，并且它檢測速度快、費用低、不像GC－MS那樣受提取條件、化學(xué)試劑和操作人員的熟練程度等影響，使檢測結(jié)果不穩(wěn)定。

2.4 電子鼻在檢測干酪發(fā)酵劑種類中的應(yīng)用

干酪中的風(fēng)味化合物主要是由干酪中的微生物分解乳糖、乳脂肪和蛋白質(zhì)產(chǎn)生的［32］。利用電子鼻測定不同微生物分解乳糖、脂肪、蛋白質(zhì)產(chǎn)生的芳香化合物，可以推測出起始發(fā)酵劑的種類。Laurent［33］利用MS傳感器的電子鼻測定Gruyere干酪中分離出的34株標(biāo)準(zhǔn)菌株和62株干酪乳桿菌，將菌株在高壓滅菌乳中培養(yǎng)10d后，不同菌株產(chǎn)生的芳香化合物不同。電子鼻將風(fēng)味化合物分子按質(zhì)量比進行分離后，測定分子的準(zhǔn)確質(zhì)量，從而確定化合物的組成［34］，所以電子鼻可用于區(qū)別干酪樣品的菌群和檢測產(chǎn)生芳香化合物的菌株。Fergal［35］等進而根據(jù)成熟干酪產(chǎn)生的特征風(fēng)味化合物，推導(dǎo)出不同干酪的起始發(fā)酵劑。

分解干酪最主要的微生物是乳酸菌，需要篩選一類基因型相近的菌株，單獨分解干酪后由產(chǎn)生的芳香化合物分析菌株分解干酪的過程，最后還需鑒定菌株。目前尚未有關(guān)各種發(fā)酵劑分解干酪的代謝過程，所以此方法還需進一步成熟。

3 展望

與傳統(tǒng)檢測技術(shù)相比，電子鼻在不需要前處理并且極少使用有機溶劑的條件下快速測定樣品氣味的整體信息，產(chǎn)生“指紋”圖譜，提供樣品的隱含性質(zhì)，避免了人體感官測定中的主觀因素及其它的人為誤差，提高了測定的精確度，而且可以避免人工測定嗅味中因吸入樣品對健康帶來的影響，是一種新穎的、“綠色”的仿生檢測技術(shù)，在干酪識別、主要風(fēng)味物質(zhì)測定、質(zhì)量評價中有較大貢獻。但是電子鼻技術(shù)至今尚不能定量測定芳香化合物的含量，如果將電子鼻與質(zhì)譜連用，既能測定干酪中風(fēng)味化合物種類，又能測定其含量，這將會是干酪風(fēng)味化合物測定中的又一次進步。

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Application of electronic nose in detecting cheese flavor

WANG Chong1LIANG Qi1GAN Bo－zhong1QIAO Hai－jun2ZHANG Wei－bing1

1.College of Food Science and Engineering，Gansu Agricultural University，Lanzhou，Gansu730070，China；2.College of Natural Sciences，Gansu Agricultural University，Lanzhou，Gansu730070，China

It summarizes the electronic nose use cheese flavor compounds to recognize different kinds of cheese，detect the shelf－life，control the quality of cheese，at the same time，analyze microbiological parameters of cheese.The prospect of electronic nose applied in cheese and summarizes the characteristics of electronic nose.

electronic nose；cheese；flavor；distinguish；quality control

10.3969/j.issn.1003－5788.2012.02.068

教育部科學(xué)技術(shù)研究重點項目（編號：210225）；甘肅省高等學(xué)校研究生導(dǎo)師科研項目（編號：1002－12）

王寵（1986－），女，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)在讀碩士研究生。E－mail：chongw0606＠163.com

梁琪

2011－11－01