電子鼻測定大曲氣味的方法探討

張 鑫劉 帥呂 丙耿添霈成劍峰胡紅娟

1（山西杏花村汾酒廠股份有限公司，山西汾陽032205）1（山西省食品工業(yè)研究所，山西太原030024）

大曲是我國傳統(tǒng)釀造食品中使用的一種糖化發(fā)酵劑，發(fā)酵過程是一個多種微生物的代謝過程，其發(fā)酵周期長，參與的微生物種類多，生產(chǎn)及控制條件粗放，影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素眾多。其產(chǎn)品質(zhì)量的評判雖然依靠感官指標(biāo)、糖化力、液化力、發(fā)酵力等幾方面，但仍不能全面反映其本質(zhì)，因為每種微生物的代謝產(chǎn)物種類至今仍不能明確。但是大曲是眾多種類微生物的集合，發(fā)酵過程中多種風(fēng)味物質(zhì)對產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量起決定性作用，因此如果能準(zhǔn)確歸類復(fù)雜的香氣成分，就有可能在質(zhì)量上有所對應(yīng)，從而快速有效地進(jìn)行鑒別。達(dá)到這一目的的基礎(chǔ)應(yīng)該建立在采集數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與可靠性方面，本試驗主要對平行樣品數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性進(jìn)行研究。

電子鼻是一種依靠氣味進(jìn)行嗅覺識別的分析系統(tǒng)，由有選擇性的氧化型傳感器組成陣列，外接圖像識別裝置，能夠識別單一的或復(fù)合的氣味，能夠給出樣品中揮發(fā)成分的整體信息。目前在肉品新鮮度的檢測、果蔬成熟度和儲藏期的檢驗、茶葉的分類、谷物品質(zhì)的篩選、飲料的識別、酒類的識別、植物油的檢測、醬油以及食醋類別區(qū)分等方面均有所研究。

本實驗利用電子鼻對大曲進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以極差為參考分析平行樣之間數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，并以顆粒度和取樣量為因素進(jìn)行正交試驗，主要對敏感性傳感器進(jìn)行條件優(yōu)化的初步研究，通過比對驗證，平行樣品數(shù)據(jù)之間的極差明顯降低，為今后的進(jìn)一步研究提供了一些可參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

某公司生產(chǎn)用已經(jīng)粉碎的大曲。

1.2 主要儀器與設(shè)備

電子鼻系統(tǒng)，PEN3，德國AIRSENSE公司，含有10個不同的金屬氧化物傳感器組成的傳感器陣列；標(biāo)準(zhǔn)篩；40mL頂空瓶。

1.3 試驗方法

1.3.1 未處理樣品測定

直接稱取 0.5 g、1.0 g、1.5 g、2.0 g、2.5 g粉狀大曲樣品，移入頂空瓶，旋好瓶蓋，靜置1 h后直接頂空吸氣，即將進(jìn)樣針頭插入密封袋中，電子鼻進(jìn)行測定。每個樣品梯度平行取樣測定3次。

1.3.2 樣品處理

標(biāo)準(zhǔn)篩篩取粉狀大曲，取樣顆粒為250目、140目、60目、16目、16目以上5種顆粒度。

1.3.3 樣品處理后的測定

稱取顆粒為250目、140目、60目、16目、16目以上5個梯度的樣品各2.0 g，靜置1 h后按前述方法測定。

1.3.4 電子鼻測定條件

采樣時間為1秒/組；傳感器自清洗時間為90 s；傳感器歸零時間為10 s；樣品準(zhǔn)備時間為5 s；進(jìn)樣流量為600mL/min；分析采樣時間為90 s；選定70 s數(shù)值為分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品取樣量的初步考察

由于大曲是已經(jīng)過一次粉碎的顆粒物，而電子鼻頂空瓶容量為40mL，從保護(hù)設(shè)備和數(shù)據(jù)可靠兩個方面考慮，需要確定合適的頂空。對未做顆粒篩選的大曲粉取樣測定，取樣量為0.5 g、1.0 g、1.5 g、2.0 g、2.5 g，選定70 s為參照時間點，以傳感器極差小的取樣量為參考依據(jù)。每個樣品梯度平行取樣測定3次，3次測定值的和（∑） 見表1。

從表1可知，傳感器6號最靈敏，響應(yīng)值最大，隨樣品取樣量的增加，傳感器的響應(yīng)值在增加，表明樣品量增加會刺激傳感器響應(yīng)值的變動，且呈正向趨勢；其余傳感器總體響應(yīng)趨勢也比較相似。其變化趨勢見圖1。

圖1 傳感器對相同顆粒度不同取樣量樣品平行測定響應(yīng)值累計變化圖

從表1、圖1比較來看，2、6、8、10號傳感器在所有傳感器中表現(xiàn)比較靈敏，即可以對樣品進(jìn)行有效性區(qū)別，在數(shù)據(jù)比較和優(yōu)化傳感器時可作為主要考察的對象。本試驗還對3次平行測定值的極差進(jìn)行了比較，見下頁表2。

表2中的極差值小，數(shù)值的波動范圍就小，表示響應(yīng)值穩(wěn)定。以表2中的數(shù)值為依據(jù)做曲線見下頁圖2。

表1 樣品不同取樣量平行測定3次的∑值比較表

表2 樣品不同取樣量平行測定3次的極差比較表

圖2 傳感器對不同取樣量樣品平行測定響應(yīng)值極差變化

從圖2分析可知，10個傳感器中有8個的響應(yīng)值的極差變動幅度較大，尤其以6號傳感器反應(yīng)最靈敏。從圖2中可以看到以極差0.08為標(biāo)準(zhǔn)，10個傳感器均處于該標(biāo)準(zhǔn)之下的只有2.0 g的取樣量。因此對于樣品瓶容量（40mL） 的取樣量，取2.0 g的樣品進(jìn)行不同標(biāo)準(zhǔn)顆粒度的試驗。

2.2 樣品顆粒度的選擇

該試驗?zāi)康氖强疾鞓悠奉w粒度與數(shù)據(jù)穩(wěn)定性之間的關(guān)系。取樣顆粒為標(biāo)準(zhǔn)篩250目、140目、60目、16目、16目以上5種顆粒度，選定70 s為參照時間點，每個樣品梯度平行取樣測定3次，3次測定值的和（∑） 見表3。

由表3看到，在樣品取樣量相同、顆粒度大小不同的情況下，每一個傳感器中的∑值都比較接近，需通過極差分析進(jìn)一步判斷。極差分析結(jié)果見見表4。

以表4中極差數(shù)值做折線圖可以直觀地觀察到傳感器靈敏度的變化情況，10個傳感器的極差變化如圖3。

圖3 傳感器對不同顆粒度

表4 樣品不同顆粒度平行測定3次的極差（R）比較表

從表4、圖3極差數(shù)據(jù)分析，對于10個傳感器來講，6號最敏感，極差變化最大；以極差0.04為標(biāo)準(zhǔn)，處于該標(biāo)準(zhǔn)之下且數(shù)據(jù)保留最完整的是250目和16目兩個樣品；250目樣品6號傳感器的極差為0.038，處于界限值附近；140目樣品的2、6、8號傳感器的極差在0.04附近，也比較接近界限值。

2.3 正交試驗

根據(jù)以上試驗結(jié)果，顆粒度和取樣量均對測定數(shù)值有影響，單因素試驗不能確定測定條件，因此需要通過正交試驗確定大曲測定條件。由于試驗過程中觀察到40mL頂空瓶進(jìn)樣時，樣品量為2.0 g、2.5 g的樣品有粉狀物質(zhì)彌散，從設(shè)備安全角度出發(fā)選擇放棄這兩個梯度。試驗選擇取樣量和顆粒度兩個因素，以取樣量0.5 g、1.5 g兩個水平，顆粒度250目、140目、16目三個水平進(jìn)行正交試驗，每個樣品平行進(jìn)行3次試驗。因素水平見表5，正交設(shè)計見表6。

表5 因素水平表

表6 正交設(shè)計表

6種試驗組合的測定值見表7～表12，極差比較結(jié)果見表13。

實驗結(jié)果如下：

從表13可知，對于A因素，∑RA1＜∑RA2，表示取樣量增加會加大極差范圍，即表示10個傳感器平行樣數(shù)據(jù)測定的誤差會增加；對于B因素，∑RB1＞∑RB2＞∑RB3，表示10個傳感器平行樣數(shù)據(jù)測定的誤差會隨顆粒度的加大而變小。10個傳感器的最優(yōu)組合均A1B3，即樣品取樣測定條件為16目顆粒度的樣品取0.5 g，這樣得到的數(shù)據(jù)誤差范圍最小。

表7 1號試驗的測定值

表8 2號試驗的測定值

表9 3號試驗的測定值

3 結(jié)論

利用電子鼻測定大曲氣味，40mL的頂空瓶，以標(biāo)準(zhǔn)篩16目顆粒度的樣品稱取0.5 g為較佳測定條件，這樣得到的平行樣數(shù)值誤差最小。更理想的取樣條件有待后續(xù)試驗驗證。

表10 4號試驗的測定值

表11 5號試驗的測定值

表12 6號試驗的測定值

表13 極差比較與結(jié)果

近年來電子鼻技術(shù)的應(yīng)用研究在多領(lǐng)域廣泛開展，但仍未實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。如何處理其測定數(shù)據(jù)的誤差是我們試驗過程遇到的現(xiàn)實問題。本試驗在樣品處理方面進(jìn)行了有益探索，為同類樣品測定提供了參考。