電子鼻在肉味香精質(zhì)量控制中的應(yīng)用研究

肖嵐，辛松林，李誠，沈趙霞（.四川旅游學(xué)院食品科學(xué)系，四川成都6000；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，四川雅安62504）

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電子鼻在肉味香精質(zhì)量控制中的應(yīng)用研究

肖嵐1，辛松林1，李誠2，*，沈趙霞1
（1.四川旅游學(xué)院食品科學(xué)系，四川成都610100；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，四川雅安625014）

摘要：利用電子鼻系統(tǒng)分析了不同物理狀態(tài)、不同香氣特征以及不同生產(chǎn)批次的肉味香精氣味的變化，采用多元統(tǒng)計(jì)方法對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了主成分分析（PCA）、判別因子分析（DFA）以及統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制分析（SQC），構(gòu)建了質(zhì)量控制模型并對(duì)樣品的質(zhì)量穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，電子鼻能夠識(shí)別出不同生產(chǎn)批次的同一肉味香精；通過對(duì)電子鼻進(jìn)行嚴(yán)格的訓(xùn)練并建立質(zhì)量控制模型，可成功實(shí)現(xiàn)利用合格產(chǎn)品對(duì)未知樣品進(jìn)行質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：電子鼻；肉味香精；統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制分析

肉味香精是方便食品生產(chǎn)環(huán)節(jié)中不可缺少的食用香精之一，其生產(chǎn)工藝、原輔料配方是香精工業(yè)企業(yè)的核心技術(shù)，與香精企業(yè)品牌的樹立與發(fā)展密切相關(guān)。肉味香精的主體香是多種香氣成分協(xié)同作用下的綜合表現(xiàn)，長期以來，香精企業(yè)對(duì)肉味香精的質(zhì)量控制主要依靠理化指標(biāo)和人工感官評(píng)價(jià)。理化檢測方法需要復(fù)雜的前處理，分析時(shí)間長、操作復(fù)雜，不利于肉味香精的現(xiàn)場生產(chǎn)檢驗(yàn)[1]；肉味香精感官評(píng)價(jià)往往存在主觀性和抽象性。鑒于肉味香精香氣成分的多樣性和復(fù)雜性，應(yīng)用電子鼻對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控具有重要意義。

目前，電子鼻在國外食品和香精香料生產(chǎn)企業(yè)已廣泛應(yīng)用[2-4]，而在國內(nèi)香精香料生產(chǎn)企業(yè)的應(yīng)用則剛剛起步[5-9]，有關(guān)肉味香精產(chǎn)品質(zhì)量控制方面的研究鮮見報(bào)道。本研究以肉味香精為研究對(duì)象，采用電子鼻檢測技術(shù)，考察不同生產(chǎn)批次肉味香精產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，旨在建立肉味香精的質(zhì)量控制模型，為肉味香精的質(zhì)量控制提供新方法。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

某公司3種肉味香精，每種香精包含數(shù)個(gè)不同生產(chǎn)批次，樣品信息見表1。

表1　肉味香精樣品的物理狀態(tài)、風(fēng)味特征、生產(chǎn)批次Table 1 Physical states，flavor characteristics，production date of meat flavor samples

1.2主要儀器

AUW-D半微量分析天平（最小顯示值0.1 mg）：日本島津公司；FOX4000電子鼻：法國Alpha MOS公司。

1.3方法

1.3.1樣品分析參數(shù)

每個(gè)樣品準(zhǔn)確稱取0.1 g置于10 mL頂空瓶中，加蓋密封待用。對(duì)每種肉味香精樣品進(jìn)行分析檢測時(shí)選取其中某一批次的等量10份樣品對(duì)電子鼻進(jìn)行訓(xùn)練，其余批次等量4份樣品進(jìn)行檢測[12]。

樣品的檢測參數(shù)為：載氣（合成干燥空氣）流速為150 mL/min，頂空產(chǎn)生溫度為50℃，頂空產(chǎn)生時(shí)間為600 s，進(jìn)樣速度為1.5 mL/s，進(jìn)樣體積為0.15 mL，數(shù)據(jù)采集時(shí)間為120 s，延滯時(shí)間為800 s。

1.3.2數(shù)據(jù)處理與分析方法

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)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，包括判別因子分析（DFA）、主成分分析（PCA）和統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制分析（SQC）。通過統(tǒng)計(jì)學(xué)分析可以獲得更多的肉味香精信息，作為質(zhì)量控制模型研究的基礎(chǔ)。

2　結(jié)果與分析

2.1雞肉粉末香精樣品的分析

將4個(gè)生產(chǎn)批次的雞肉粉末香精樣品的電子鼻18根不同傳感器下的響應(yīng)強(qiáng)度峰值平均分布在圓周上，并描點(diǎn)成一個(gè)雷達(dá)指紋圖譜，如圖1所示。

從圖1可以直觀地看出：相同條件下，不同批次的雞肉粉末香精在不同傳感器下得到的信號(hào)強(qiáng)度具有一定的差異；在同一傳感器下的不同批次雞肉粉末香精的傳感器信號(hào)強(qiáng)度具有一定的差異。因此，可以利用電子鼻判斷同一品種不同生產(chǎn)批次香精之間的差異。

圖1　不同生產(chǎn)批次的雞肉粉末香精雷達(dá)圖Fig.1 Radar fingerprinting for chicken powder flavor samples with different production date

利用多元統(tǒng)計(jì)方法對(duì)樣品的電子鼻傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行了主成分分析，經(jīng)分析，4個(gè)批次的雞肉粉末香精的主成分1的貢獻(xiàn)率為95.959 %，主成分2的貢獻(xiàn)率為3.9 %，累計(jì)貢獻(xiàn)率99.859 %，足以充分反映樣品特征性信息。不同生產(chǎn)批次的雞肉粉末香精PCA圖見圖2。

圖2　不同生產(chǎn)批次的雞肉粉末香精PCA圖Fig.2 PCA chart for chicken powder flavor samples with different production date

如圖2所示，4個(gè)批次的樣品可被不同程度地區(qū)分開，4號(hào)樣品與其他批次樣品有顯著區(qū)別，1、2、3號(hào)樣品具有一定相似性；說明利用電子鼻可以區(qū)分同一品種但不同生產(chǎn)批次的肉用香精。

隨機(jī)選取1號(hào)樣品對(duì)電子鼻進(jìn)行訓(xùn)練并建立統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制分析圖，對(duì)其余批次的香精樣品進(jìn)行SQC分析，如圖3所示。

從圖3可以看出，只有4號(hào)樣品處于可接受區(qū)間以外，其他樣品均處于可接受區(qū)間以內(nèi)，說明4號(hào)樣品與1號(hào)樣品之間存在一定的差異。

圖3　不同生產(chǎn)批次的雞肉粉末香精SQC圖Fig.3 SQC chart for chicken powder flavor samples with different production date

2.2雞肉膏狀香精樣品的分析

為了清楚觀察樣品在空間的分布情況，建立了DFA三維判別圖，如圖4所示。

圖4　不同生產(chǎn)批次的雞肉膏狀香精DFA圖Fig.4 DFA chart for chicken extract flavor samples with different production date

在圖4中，4個(gè)批次的樣品可被不同程度地區(qū)分開，這說明利用電子鼻可以區(qū)分出不同生產(chǎn)批次的雞肉膏狀香精。

隨機(jī)選取5號(hào)樣品對(duì)電子鼻進(jìn)行訓(xùn)練并建立統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制分析圖，對(duì)其余批次的香精樣品進(jìn)行SQC分析，如圖5所示。

圖5　不同生產(chǎn)批次的雞肉膏狀香精SQC圖Fig.5 SQC chart for chicken extract flavor samples with different production date

圖5中，不同生產(chǎn)批次的所有雞肉膏狀香精樣品處于5號(hào)樣品的可接受區(qū)間以內(nèi)，說明6、7、8號(hào)樣品與5號(hào)樣品在氣味上比較接近。

2.3肉味油狀香精樣品的分析

5個(gè)生產(chǎn)批次的肉味油狀香精的PCA圖見圖6。

圖6　不同生產(chǎn)批次的肉味油狀香精PCA圖Fig.6 PCA chart for meat oiliness flavor samples with different production date

如圖6所示，5個(gè)生產(chǎn)批次的肉味油狀香精樣品可被不同程度地區(qū)分開，這說明利用電子鼻可以區(qū)分出不同生產(chǎn)批次的肉味油狀香精。

隨機(jī)選取12號(hào)樣品對(duì)電子鼻進(jìn)行訓(xùn)練并建立統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制分析圖，對(duì)其余批次的香精樣品進(jìn)行SQC分析，如圖7所示。

圖7　不同生產(chǎn)批次的肉味油狀香精SQC圖Fig.7 SQC chart for meat oiliness flavor samples with different production date

圖7中，9號(hào)、10號(hào)樣品處于12號(hào)樣品可接受區(qū)間以外，說明其與12號(hào)樣品在氣味上有一定的差異；11號(hào)、13號(hào)樣品處于12號(hào)樣品可接受區(qū)間以內(nèi)，說明其與12號(hào)樣品在氣味上比較接近。

3　結(jié)論

目前，香精企業(yè)對(duì)肉味香精的風(fēng)味控制主要依靠人工感官評(píng)價(jià)；本次試驗(yàn)樣品均為企業(yè)提供的合格產(chǎn)品。

本試驗(yàn)結(jié)果表明：不是所有批次樣品都在訓(xùn)練參

照樣品的可接受區(qū)間以內(nèi)，即雞肉膏狀香精各批次間具有一定的風(fēng)味質(zhì)量穩(wěn)定性，而雞肉粉末香精、肉味油狀香精各批次間存在一定的風(fēng)味質(zhì)量不穩(wěn)定性。這與企業(yè)的感官評(píng)價(jià)結(jié)果不一致。分析感官評(píng)價(jià)與電子鼻檢測結(jié)果不一致的原因，可能有以下幾個(gè)方面：

1）鑒于感官檢驗(yàn)存在主觀性、抽象性、誤差較大性，且企業(yè)需要控制產(chǎn)品的合格率，因此，企業(yè)在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行感官檢驗(yàn)的時(shí)候，對(duì)產(chǎn)品風(fēng)味的把控不是非常精確，只需要“差不多”即可。

2）本試驗(yàn)隨機(jī)選取“參照樣品”對(duì)電子鼻進(jìn)行訓(xùn)練并建立統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制分析圖，對(duì)其余批次的香精樣品進(jìn)行SQC分析，將其余批次的香精樣品“指紋圖譜”與經(jīng)過“學(xué)習(xí)”和“訓(xùn)練”后建立的參照樣品“指紋圖譜”加以比較，從而得出結(jié)果。因此，“參照樣品”的選擇將直接影響待測樣品是否在訓(xùn)練參照樣品的可接受區(qū)間以內(nèi)。

綜上，香精生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身情況，既要考慮生產(chǎn)成本，又要考慮產(chǎn)品風(fēng)味質(zhì)量的穩(wěn)定性，將感官評(píng)價(jià)和電子鼻技術(shù)相結(jié)合，建立適合本企業(yè)的統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制分析流程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)肉味香精生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。

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Application of Electronic Nose in Quality Control of Meat Flavor

XIAO Lan1，2，XIN Song-lin1，2，LI Cheng2，*，SHEN Zhao-Xia1
（1.Department of Food Science，Sichuan Tourism University，Chengdu 610100，Sichuan，China；2.College of Food Science，Sichuan Agricultural University，Ya'an 625014，Sichuan，China）

Abstract：Electronic nose was used to detecte the change of meat flavor with different physical states，different flavor characteristics，and different production date.The obtained data were analyzed with principal component analysis（PCA），discriminant factor analysis（DFA），and statistical quality control（SQC）by multivariate statistical method.The models of quality control were established，and the quality consistency of the samples was evaluated.The results showed that：meat flavors with different production date could be distinguished by electronic nose；the quality of unknown samples could be successfully control by qualified products which were trained by electronic nose along with established quality control model.

Key words：electronic nose；meat flavor；statistical quality control

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2016.05.026

基金項(xiàng)目：烹飪科學(xué)四川省高等學(xué)校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研項(xiàng)目——咸味香精在中式菜肴中的應(yīng)用研究及風(fēng)味評(píng)價(jià)（13LB03）；四川旅游學(xué)院大學(xué)生科研項(xiàng)目（2014XKZ 05）

作者簡介：肖嵐（1981—），女（漢），講師，在讀博士研究生，研究方向：食品加工與質(zhì)量安全。

*通信作者：李誠（1964—），男（漢），教授，博士生導(dǎo)師，研究方向：畜產(chǎn)品加工與質(zhì)量安全。

收稿日期：2014-11-25