電子舌和電子鼻在嬰兒奶粉檢測中的應用

錢 敏，黃敏欣，黃偉健，白衛(wèi)東，趙文紅

（1.仲愷農業(yè)工程學院輕工食品學院，廣州510225；2廣州市廣式傳統(tǒng)食品加工與安全控制重點實驗室，廣州510225）

電子舌和電子鼻在嬰兒奶粉檢測中的應用

錢 敏1，2，黃敏欣1，黃偉健1，白衛(wèi)東1，2，趙文紅1

（1.仲愷農業(yè)工程學院輕工食品學院，廣州510225；2廣州市廣式傳統(tǒng)食品加工與安全控制重點實驗室，廣州510225）

應用電子舌和電子鼻技術對同一品牌不同段數(shù)以及不同品牌的嬰兒奶粉進行檢測，并應用主成分分析和雷達圖對結果進行分析。結果表明：①1號2段與2號3段奶粉、2號3段與3號3段奶粉分別分布在圖中不同區(qū)域，相互之間沒有重疊；②1號2段與2號3段奶粉、2號3段與3號3段的氣味差異分別集中在S2S5S11S12和S3S5S11S12傳感器上；③牛欄2段、3段和美素3段奶粉分布在圖中不同區(qū)域，相互之間差異較大。因此，電子舌和電子鼻可以將同一品牌不同段數(shù)以及不同品牌的嬰兒奶粉區(qū)分開，可很好地應用在嬰兒奶粉檢測中。

電子舌；電子鼻；嬰兒奶粉；檢測

0 引言

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，各個國家都在大力研究嬰兒奶粉。很多嬰兒奶粉按照不同時段的嬰兒生長需要來設計添加段數(shù)。每個段的營養(yǎng)成份和微量元素比例不同，滋味也不一樣［1］。不同品牌的奶粉使用的奶源不同，使用的配料比例也有差異，造成了嬰兒奶粉味道的稍有差異，這種差異難以用感官來評價。電子舌和電子鼻［2，3］相結合，可對樣品的滋味和氣味進行綜合評價。

目前，已有電子舌和電子鼻技術用于奶粉檢測的報道，但是只針對成人奶粉［4］，而嬰兒奶粉的檢測仍未見報道。因此，本研究采用電子舌和電子鼻技術，結合主成分分析和雷達圖，對同一品牌不同段數(shù)以及不同品牌的嬰兒奶粉［5］進行檢測，以期為嬰兒奶粉的深入研究和電子舌和電子鼻的進一步實際應用提供依據(jù)。

1 實驗

1.1 原料與試劑

1號2段奶粉，2號3段奶粉，3號3段奶粉，由仲愷農業(yè)工程學院提供。

1.2 儀器

SmarTongue電子舌、iNose電子鼻由上海瑞玢國際貿易有限公司提供。

SmarTongue電子舌含有6個惰性金屬傳感器（鉑、金、鈀、鈦、鎢、銀）。

iNose電子鼻含有14個傳感器。

1.3 方法

1.3.1 電子舌檢測奶粉

（1）預處理。每個樣本準確稱量5 g于燒杯中，加入100 mL（40℃）溫水，攪拌后靜置至室溫，用電子舌檢測。測試樣品之前先用純凈水清洗探頭，然后再設置電子舌的檢測參數(shù)，設置完后電子舌開始檢測樣品，不同樣品之間要用純凈水清洗探頭。不同樣品平行測定3次，電子舌檢測條件：最高電壓1 V，最低電壓-1 V，脈沖間隔200 mV，靈敏度104。

（2）1號2段和2號3段奶粉的傳感器優(yōu)化。由圖1可以看出，在傳感器S1-1HzS5-1Hz上的DI值為99.52%（DI值代表整體區(qū)分效果，DI值越大，整體區(qū)分效果越好），分析效果較好。

圖1 1號2段和2號3段奶粉的傳感器優(yōu)化

（3）2號3段和3號3段奶粉的傳感器優(yōu)化。由圖2可以看出，在傳感器S1-1HzS3-10HzS5-100HzS6-1Hz上的DI值為99.95%（DI值代表整體區(qū)分效果，DI值越大，整體區(qū)分效果越好），分析效果較好。

圖2 2號3段和3號3段奶粉樣品的傳感器優(yōu)化

1.3.2 電子鼻檢測奶粉

每個奶粉樣本準確稱量2 g于40 mL電子鼻樣品瓶中（帶蓋），在室溫下用電子鼻檢測。先用空氣清洗傳感器，清洗時間為120 s，然后通過真空泵將樣品中的氣體吸入到電子鼻中，進氣速度為1 L/min，檢測時間為180 s。每個樣品重復測定3次。

2 結果與分析

2.1 電子舌用于奶粉的檢測

2.1.1 1號2段和2號3段奶粉的主成分分析（PCA）

主成分分析（PCA）：將多個變量通過線性變換以選出較少個數(shù)重要變量的一種多元統(tǒng)計分析方法。又稱主分量分析。主要用于樣品的區(qū)分辨別。圖3為1號2段和2號3段奶粉主成分分析結果。圖3中，橫縱坐標數(shù)值代表是儀器的感應閾值，是一個相對值，沒有單位（下同）。通過儀器讀出來主成分1和2貢獻率分別為57.4%和19.5%。

圖3 1號2段和2號3段奶粉主成分分析結果

由圖3可以看出，主成分1和主成分2的總貢獻率為76.9%，基本能夠代表樣品的整體信息（貢獻率越大，說明主要成分可以較好的反映原來多指標的信息）。圖3中，1號2段和2號3段奶粉樣品分布在圖中不同區(qū)域，相互之間沒有重疊，說明電子舌的主成分分析法可以將不同的奶粉樣品區(qū)分開來?？偠灾娮由嗟哪軌蚝芎玫挠脕肀孀R不同的奶粉樣品。

2.1.2 2號3段和3號3段奶粉的主成分分析（PCA）

圖4為2號3段和3號3段奶粉主成分分析結果。圖4中，通過儀器讀出來主成分1和2貢獻率分別為71.7%和15.4%。由圖4可以看出，主成分1和主成分2的總貢獻率為87.1%，基本能夠代表樣品的整體信息（貢獻率越大，說明主要成分可以較好的反映原來多指標的信息）。圖4中，2號3段和3號3段奶粉樣品分布在圖中不同區(qū)域，相互之間沒有重疊，說明電子舌的主成分分析法可以將不同品牌的奶粉樣品區(qū)分開來?？偠灾娮由嗟哪軌蚝芎玫挠脕肀孀R不同的奶粉樣品。

圖4 2號3段和3號3段奶粉樣品的主成分分析結果

2.2 電子鼻用于奶粉的檢測

2.2.1 同一品牌1號2段和2號3段奶粉樣品的雷達圖對比

圖5為1號2段和2號3段奶粉樣品的雷達圖。由圖5可以看出，1號2段和2號3段奶粉樣品氣味差異主要集中在S2S5S11S12傳感器上。

圖5 1號2段和2號3段奶粉樣品的雷達

2.2.2 2號3段和3號3段奶粉樣品的雷達圖

圖6為2號3段和3號3段奶粉樣品的雷達。由圖6可以看出，2號3段和3號3段兩個不同品牌奶粉樣品氣味差異主要集中在S3S5S11S12傳感器上。

圖6 2號3段和3號3段奶粉樣品的雷達

2.2.3 主成分分析

圖7為1號2段、2號3段和3號3段奶粉樣品的主成分分析結果。圖7中，通過儀器讀出來主成分1和2貢獻率分別為83.7%和11.8%。由圖7可以看出，主成分1和主成分2的總貢獻率為95.5%，可以代表樣品的整體信息，值越高，代表這個儀器對此樣品區(qū)分效果越好。從圖7中還可以看出，2個不同品牌同一段奶粉樣品分布在圖中的不同區(qū)域內，相互之間差異較大，而同一品牌不同段奶粉樣品也在圖中距離較遠，相互之間差異也非常大，說明電子鼻的主成分分析法能將同一品牌不同段奶粉樣品和不同品牌同一段的奶粉樣品很好地區(qū)分開。

圖7 1號2段、2號3段和3號3段奶粉樣品的主成分分析結果

3 結果與討論

1號2段與2號3段奶粉、2號3段與3號3段奶粉分別分布在圖中不同區(qū)域，相互之間沒有重疊。1號2段與2號3段奶粉、2號3段與3號3段的氣味差異分別集中在S2S5S11S12和S3S5S11S12傳感器上；同時，1號2段、2號3段和3號3段奶粉分布在圖中不同區(qū)域，相互之間差異較大。因此，電子舌和電子鼻可以將同一品牌不同段數(shù)以及不同品牌的嬰兒奶粉區(qū)分開，可很好地應用在奶粉檢測中。

同一品牌不同段數(shù)以及不同品牌的嬰兒奶粉的滋味和風味不同，這可能是由奶源差異、配料比例不同、加工處理方式差異等引起的。奶粉的口味會影響消費者的嗜好性和購買力。因此在以后生產(chǎn)中，可把電子舌和電子鼻應用于產(chǎn)品口味開發(fā)、摻偽鑒別以及溯源分析中，以滿足消費者的多方面需求。

［1］李春雨，馬曉晨，趙耀，等.北京市郊區(qū)4～12月齡嬰兒輔食添加現(xiàn)狀［J］.中國兒童保健雜志，2013，（11）：1195-1198.

［2］王莉，惠延波，王瞧，等.電子舌系統(tǒng)結構及其檢測技術的應用研究進展［J］.河南工業(yè)大學學報，2012，33（3）：85-90.

［3］周春麗，劉偉，陳冬，等.基于電子鼻與SPME-GC-MS法分析不同南瓜品種中的揮發(fā)性風味物質［J］.現(xiàn)代食品科技，2015，31（7）：293-301.

［4］劉立，李代禧，余華星，等.國內外五種著名全脂牛奶感官評價分析及其電子鼻、電子舌甄別初探［J］.食品與發(fā)酵科技，2014，50（5）：90-96.

［5］張亞偉，任愛勝，何洋，等.奶粉進口激增對我國奶業(yè)發(fā)展的影響分析［J］.中國畜牧雜志，2014，50（2）：35-39.

Application of electronic tongue and electronic nose in detection of baby milk powder

QIAN Min1，2，HUANG Min-xin1，HUANG Wei-jian1，BAI Wei-dong1，2，ZHAO Wen-hong1
（1.College of Light Industry and Food Science，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou，510225，China；2.Guangzhou Key Laboratory of Guangdong Style Traditional Food Processing and Safety Control，Guangzhou 510225，China）

The same brand of different segment and different brands of baby milk powder were detected by electronic tongue and electronic nose，and the results were analyzed by principal component analysis and radar map.The results of principal component analysis of electronic tongue showed that 2 segment and 3 segment of Nutrilon baby milk powder，3 segment of Nutrilon baby milk powder and 3 segment of Maysu baby milk powder respectively distributed in different areas in the figure，and had no overlap between each other.The results of radar map of electronic nose showed that the odor difference of 2 segment and 3 segment of Nutrilon baby milk powder，3 segment of Nutrilon baby milk powder and 3 segment of Maysu baby milk powder were focused on S2S5S11S12 and S3S5S11S12 sensor respectively；and the principal component analysis of electronic nose also proved that 2 segment and 3 segment of Nutrilon baby milk powder and 3 segment of Maysu baby milk powder distributed in different areas，which made big differences between them.Thus，the baby milk powder of same brand in different segment and different brands could be distinguished by electronic tongue and electronic nose，and electronic tongue and electronic nose could be widely used in the detection of baby milk powder.

electronic tongue；electronic nose；baby milk powder；detection

TS252.7

A

1001-2230（2016）08-0058-03

2015-12-18

廣東省產(chǎn)學研項目（2013B090600157），廣東省自然科學基金項目（2014A030313592），廣式傳統(tǒng)食品加工與安全控制重點實驗室（201509010005）。

錢敏（1983-），女，實驗師，研究方向為食品化學。

白衛(wèi)東