電子鼻和近紅外聯(lián)合應(yīng)用在評定水產(chǎn)品新鮮度中的研究進展

王琦，王偉，李洋

（1.天津市食品研究所有限公司，天津301609；2.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）

電子鼻和近紅外聯(lián)合應(yīng)用在評定水產(chǎn)品新鮮度中的研究進展

王琦1，王偉2，李洋2

（1.天津市食品研究所有限公司，天津301609；2.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）

以水產(chǎn)品為研究對象，綜述了電子鼻和近紅外檢測技術(shù)在水產(chǎn)品品質(zhì)評定中的研究進展，分析了二者在實際應(yīng)用中的利弊，展望了二者在水產(chǎn)品新鮮度評定中聯(lián)合應(yīng)用的可行性和實際意義。

電子鼻；近紅外光譜；新鮮度；聯(lián)合應(yīng)用

近些年來，隨著人們食品觀念的逐漸改變，一些富含人體所需營養(yǎng)的食品逐漸成為消費者追逐的對象。水產(chǎn)品營養(yǎng)豐富、味道鮮美，具有蛋白含量高、脂肪含量低、營養(yǎng)平衡好等特點，深受消費者的歡迎[1]。水產(chǎn)品由于體內(nèi)含有大量的水分，且富含蛋白質(zhì)，在儲藏、運輸過程中，極易受到微生物和自身酶的影響而發(fā)生品質(zhì)劣變。

電子鼻（EN）又被稱為氣味掃描儀，是一種仿生氣味感覺器。在食品工業(yè)中，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于乳制品檢測、水產(chǎn)品檢測、谷物貯藏、果蔬成熟度及新鮮度檢測、酒類鑒別、飲料識別、茶葉審核、煙草原料選控、香精識別等方面[2-4]。近紅外光譜（NIR）技術(shù)是近些年來分析化學(xué)領(lǐng)域快速發(fā)展的一種高新分析技術(shù)。與傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法相比，其優(yōu)點在于它是一種方便、快捷、無損、無污染的物理學(xué)方法。近紅外技術(shù)現(xiàn)已被應(yīng)用于糧食檢測、果蔬加工和肉制品加工等方面，并取得了良好的效果[5]。

隨著科技水平的發(fā)展和對食品品質(zhì)更加全面的要求。兩種或者多種檢測裝備在食品品質(zhì)評定中的聯(lián)合使用成為一種新的發(fā)展趨勢。例如氣相色譜和質(zhì)譜儀、液相色譜和質(zhì)譜儀的聯(lián)合使用已經(jīng)得到充分的發(fā)展和廣泛的使用。唐琳等[6]嘗試了聯(lián)合電子鼻和色差儀對脊尾白蝦新鮮度進行評價，并取得了準(zhǔn)確率高達(dá)98.8%的良好評定結(jié)果，相比單一技術(shù)的準(zhǔn)確率有明顯提升。目前，基于電子鼻和近紅外檢測技術(shù)聯(lián)合評定食品品質(zhì)的研究還相對較少。由于二者已經(jīng)在各自應(yīng)用的領(lǐng)域體現(xiàn)出了突出的優(yōu)勢，也顯現(xiàn)出一定的不足，其聯(lián)合應(yīng)用的前景值得研究。

1電子鼻檢測技術(shù)

1.1 電子鼻的基本構(gòu)成及工作原理

電子鼻主要由氣體傳感器、信號處理系統(tǒng)和模式識別系統(tǒng)三大部分構(gòu)成[7]。其中，氣體傳感器是檢測氣體的關(guān)鍵部件，目前最常用到的是金屬氧化物氣敏傳感器。

電子鼻的基本工作原理是傳感器表面與被測物質(zhì)所散發(fā)出的揮發(fā)性成分接觸并產(chǎn)生響應(yīng)，這種響應(yīng)通過接口電路將電壓信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，被計算機記錄并傳送到信號處理系統(tǒng)中進行分析，與數(shù)據(jù)庫中已有的信息進行對比，來判定被測氣體的類型，進一步推斷出被測物質(zhì)及其情況[8-9]。

1.2 電子鼻在水產(chǎn)品新鮮度評定中的應(yīng)用

水產(chǎn)品的新鮮度和體內(nèi)物質(zhì)的腐敗、劣變程度有很大的關(guān)系，體內(nèi)物質(zhì)發(fā)生改變時在一定程度上體現(xiàn)在其揮發(fā)性物質(zhì)的改變，這種改變包括氣體成分種類和量的變化。通過電子鼻來測定這種變化可以判斷水產(chǎn)品的新鮮程度，且具有較高的可靠性。

柴春祥等[1]利用電子鼻對不同溫度下保藏不同時間的蝦進行了揮發(fā)性成分的測定。發(fā)現(xiàn)了電子鼻可以檢測到蝦中揮發(fā)性成分隨保藏時間的延長和保藏溫度的升高產(chǎn)生了規(guī)律性的變化，分析表明電子鼻可以用于蝦新鮮度的評定。

賈洪鋒等[10]利用電子鼻對采用茶多酚處理的不同保藏時間的鰱魚進行了主成分分析（PCA）。發(fā)現(xiàn)不同保藏時間的鰱魚樣品在PCA圖中呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性分布。通過研究表明電子鼻響應(yīng)值與微生物和理化指標(biāo)之間有良好的相關(guān)性，電子鼻可以用來評價鰱魚的新鮮度。

1.3 電子鼻檢測技術(shù)在水產(chǎn)品新鮮度評定中存在的問題

電子鼻在水產(chǎn)品的檢測中雖然表現(xiàn)良好，但是目前還主要處于研究階段，獨自用來評判水產(chǎn)品的新鮮度可靠性相對還不高。而且水產(chǎn)品組織成分相比酒、茶等產(chǎn)品復(fù)雜，僅依據(jù)電子鼻無法準(zhǔn)確的反應(yīng)水產(chǎn)品的真實情況，所以電子鼻還難以大規(guī)模實際應(yīng)用到水產(chǎn)品的新鮮度的評定中去。這就需要與一種更可靠的技術(shù)相結(jié)合，更加全面、客觀、準(zhǔn)確地評判水產(chǎn)品的新鮮度。近紅外檢測技術(shù)近些年來發(fā)展迅速，適于與電子鼻技術(shù)融合，建立一套完善、可靠的檢測手段，聯(lián)合應(yīng)用到食品工業(yè)的品質(zhì)評定中去。

2近紅外光譜檢測技術(shù)

2.1 近紅外光譜技術(shù)的工作原理

近紅外（NIR）是介于可見光（VIS）和中紅外譜區(qū)（MIR）之間的電磁波，波長范圍為780 nm～2 526 nm，是人們最早發(fā)現(xiàn)的一種非可見光。

近紅外可以測定幾乎全部的有機物和部分的無機物，在物質(zhì)分子中，化學(xué)鍵結(jié)合的各種基團的伸縮、振動和彎曲都有其固定的頻率，當(dāng)這些分子受到紅外線照射時，光的部分能量被吸收，測量其吸收的光，可以得到極為復(fù)雜的圖譜，每種成分在近紅外區(qū)域都有特定的吸收特征，根據(jù)這一特點可以分析出原物質(zhì)的情況。

2.2 近紅外光譜技術(shù)在水產(chǎn)品新鮮度評定中的應(yīng)用

近紅外光譜技術(shù)在水產(chǎn)品新鮮度中的應(yīng)用研究目前尚處于起步階段，研究成果較少。但近紅外光譜技術(shù)在肉類制品測定、低水分谷物硬度測定、酒精飲料測定、果汁測定、玉米成分測定、油菜籽測定和茶葉品質(zhì)測定的食品工業(yè)中已經(jīng)取得了一定的研究進展。這些研究成果可以對近紅外光譜技術(shù)在水產(chǎn)品新鮮度的評定的應(yīng)用起到借鑒作用。

黃艷等利用近紅外光譜技術(shù)測定了白鰱魚糜中的水分含量，得到了相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.98的理想結(jié)果。分析結(jié)果表明，近紅外光譜技術(shù)能快速測定魚糜中水分含量，從而可以推斷出魚體的新鮮程度。

王錫昌等利用近紅外光譜技術(shù)快速無損測定了狹鱈魚糜水分和蛋白質(zhì)含量，通過擬合狹鱈魚糜的近紅外漫反射光譜與其水分和蛋白質(zhì)含量，建立了近紅外定量模型。結(jié)果表明，該模型能準(zhǔn)確地測定狹鱈魚糜中的水分和蛋白質(zhì)含量，進一步推斷狹鱈的新鮮度，且可以用于實際生產(chǎn)中。

2.3 近紅外光譜檢測技術(shù)在評定水產(chǎn)品新鮮度中存在的問題

目前，受發(fā)展程度和技術(shù)儲備的限制，近紅外光譜檢測技術(shù)在水產(chǎn)品新鮮度評定方面的研究和應(yīng)用相對較少，在其它食品工業(yè)的應(yīng)用中還存在著一些不足。如建模方法不同會導(dǎo)致模型的過適應(yīng)或欠適應(yīng)；近紅外儀器自身易受溫度等其它環(huán)境影響。其定標(biāo)方程檢測范圍受限制；單獨檢測準(zhǔn)確性較化學(xué)方法差。這就同樣需要尋找一種補充技術(shù)來結(jié)合近紅外檢測技術(shù)一起應(yīng)用到水產(chǎn)品新鮮度的評定中去。

3電子鼻—近紅外在食品中聯(lián)合應(yīng)用

目前，對于電子鼻和近紅外檢測技術(shù)在食品中聯(lián)合應(yīng)用的研究成果還較少，其應(yīng)用價值及前景有待探索。趙燕等分析了電子鼻和近紅外光譜等多種現(xiàn)代檢測技術(shù)的利弊，并得出結(jié)論：每種技術(shù)都有其優(yōu)勢，也有其局限性，每種技術(shù)都不可能適用于所以食品的鑒別，簡單、快速和化學(xué)計量學(xué)連用技術(shù)是該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

4電子鼻—近紅外在水產(chǎn)品新鮮度評定中聯(lián)合應(yīng)用

電子鼻檢測技術(shù)近些年來得到越來越多的關(guān)注，并已取得了長足的發(fā)展，而且還有繼續(xù)完善的空間。電子鼻已被應(yīng)用于眾多的食品行業(yè)中，并取得了很好的社會效益和經(jīng)濟效益。但由于水產(chǎn)品自身的復(fù)雜性和電子鼻發(fā)展程度的限制，電子鼻還未被廣泛應(yīng)用到水產(chǎn)品新鮮度鑒定到這一行業(yè)中。目前，最現(xiàn)實的做法是找到一種可以和電子鼻融合在一起的技術(shù)，建立一套聯(lián)合的操作系統(tǒng)，應(yīng)用到水產(chǎn)品的新鮮度檢測中去。在眾多的技術(shù)中，近紅外光譜技術(shù)由其自身獨特的技術(shù)優(yōu)勢顯現(xiàn)出了滿足這種需求的潛力。近紅外光譜檢測技術(shù)是一項近些年來得到迅速發(fā)展的技術(shù)，是一種已被逐漸應(yīng)用到農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)中的內(nèi)部品質(zhì)檢測技術(shù)，是一種重要的無損檢測技術(shù)。

反映水產(chǎn)品品質(zhì)的指標(biāo)是多方面的，從一種技術(shù)方法得出的評定結(jié)果誤差可能性大、可靠性相對低，往往不能準(zhǔn)確地反應(yīng)出產(chǎn)品的真實情況。水產(chǎn)品由于自身組織成分的特點，當(dāng)其品質(zhì)發(fā)生變化時，最容易觀測到的指標(biāo)之一就是發(fā)揮性物質(zhì)的變化，而電子鼻是感應(yīng)這種變化最理想的工具。為了避免單一檢測方法帶來的不確定性和誤差，結(jié)合近紅外光譜技術(shù)深層次的驗證水產(chǎn)品組織成分的變化，可以客觀、準(zhǔn)確、迅速地得知被測產(chǎn)品的新鮮程度。便于根據(jù)水產(chǎn)品品質(zhì)所處的階段選擇最適當(dāng)?shù)募庸し绞胶弯N售手段，有利于水產(chǎn)品的分級整理，增加工業(yè)附加值，減少浪費。電子鼻—近紅外聯(lián)合技術(shù)在水產(chǎn)品中的研究和應(yīng)用具有巨大的經(jīng)濟潛在價值和社會效益。這種方法適用于水產(chǎn)品這類營養(yǎng)價值高但品質(zhì)易發(fā)生劣變的產(chǎn)品。

5展望

電子鼻可以敏感地檢測到水產(chǎn)品由于組織成分變化引起的揮發(fā)性物質(zhì)的變化，近紅外光譜技術(shù)可以從更深的層次反應(yīng)水產(chǎn)品內(nèi)部的變化情況，驗證電子鼻所檢測到的變化。二者相輔相成，可根據(jù)實際情況需要設(shè)計、調(diào)整具體的操作方案和程序。這種操作系統(tǒng)完全避免了人工評定小組帶來的各種主觀不確定性，適于流水化大工業(yè)生產(chǎn)的需求，投資相對較低，可靠度高，檢測迅速，無損、無污染，操作簡單，適于實時監(jiān)控和在線分析，適于應(yīng)用到大規(guī)模的加工生產(chǎn)中去，有助于食品品質(zhì)評定行業(yè)從人員密集型向技術(shù)密集型的轉(zhuǎn)變和自動化、智能化水平的提高。發(fā)展前景值得期待。

[1]柴春祥,凌云.電子鼻檢測蝦新鮮度的研究[J].食品科技,2010, 35(2)：246-249

[2]吳林蔚,屠康,潘磊慶,等.電子鼻系統(tǒng)及其在谷物檢測中的應(yīng)用進展[J].食品工業(yè)科技,2012,33(23)：374-378

[3]Tiina R,Hanna L A,Tiina R.Application of an electronic nose for quality assessment of modified atmosphere packed poultrymeat[J]. Food control,2006(17)：5-13

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[5]陳衛(wèi)軍,魏益民,歐陽韶暉,等.近紅外技術(shù)及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J].食品科技,2001(4)：55-57

[6]唐琳,屠康,潘磊慶,等.基于氣味與顏色的脊尾白蝦新鮮度評價[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2011,27(9)：344-348

[7]謝安國,王金水,渠琛玲,等.電子鼻在食品風(fēng)味分析中的應(yīng)用研究進展[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2011(1)：71-73

[8]羅莉,王金水,渠琛玲,等.電子鼻在乳制品中的應(yīng)用[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2010(9)：89-91

[9]馬莉,楊信延,孫傳恒.電子鼻技術(shù)及其在水產(chǎn)品新鮮度檢測中應(yīng)用[J].中國水產(chǎn),2010(12)：64-65

[10]賈洪鋒,范文教,陳云川,等.基于電子鼻的鰱魚新鮮度評價[J].食品研究與開發(fā),2012,33(7)：191-193

Detection Combined Application of Aquatic Products Fresh Degree Evaluation Based on Feasibility of Electronic Nose and Near Infrared

WANGQi1，WANGWei2，LIYang2
（1.Tianjin Food Research InstitueCo.，Ltd.，Tianjin 301609，China；2.Tianjin University of Commerce，College of biotechnology and Food Science，Tianjin 300134，China）

In this paper，the aquatic products were as research object.The main research progress of electronic nose or the near infrared spectroscopy application in assessment of aquatic products were summarized. Meanwhile，their advantages and disadvantages were analyzed and the outlook on the feasibility and practical implications of their joint application in freshness evaluation of aquatic products were made.

electronic nose；near infrared spectroscopy；freshness；joint application

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.15.038

2014-07-20

王琦（1981—），女（漢），工程師，碩士，研究方向：食品工程。