電子鼻技術(shù)在食品工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

摘 要 文章主要闡述現(xiàn)代電子鼻的重要特征和在食品工業(yè)領(lǐng)域中的一些應(yīng)用實(shí)例。說(shuō)明電子鼻在無(wú)損檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)，電子鼻系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速、穩(wěn)定、、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)的檢測(cè)分析，在分析氣味方面具有其他儀器*的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞 電子鼻 無(wú)損檢測(cè) 傳感器 PCA LDA 食品工業(yè)

前 言

在食品評(píng)價(jià)中，氣味是一個(gè)很重要的指標(biāo)。氣味是指食品給人嗅覺(jué)器官的感覺(jué)，而氣味物質(zhì)是指能夠引起嗅覺(jué)反映的物質(zhì)。引起嗅覺(jué)的氣味刺激主要是具有揮發(fā)性、可溶性的有機(jī)物和一些可揮發(fā)的無(wú)機(jī)物。在食品的研發(fā)、和流通過(guò)程中，評(píng)價(jià)食品品質(zhì)、鑒別雜質(zhì)、是否變質(zhì)等主要是依靠有經(jīng)驗(yàn)的人員或者GC-MS（氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)）來(lái)進(jìn)行判定。不同的人對(duì)同一種氣味有不同的感受，因而就有不同的評(píng)價(jià)，甚同一個(gè)人在不同的環(huán)境、不同的情緒時(shí)對(duì)同一種氣味也有不同的感受和評(píng)價(jià)，從而使得采用人鼻辨嗅法存在一定的局限性；另外，由于GC-MS 檢測(cè)費(fèi)用昂貴、檢測(cè)周期長(zhǎng)，與人的嗅覺(jué)很難進(jìn)行科學(xué)的、系統(tǒng)的對(duì)照。那么究竟有沒(méi)有一種快速、穩(wěn)定的設(shè)備能夠達(dá)到檢測(cè)食品氣味的要求呢？電子鼻技術(shù)和電子鼻檢測(cè)系統(tǒng)也就應(yīng)運(yùn)而生。

電子鼻(Electronic Noses) 是一種模仿生物嗅覺(jué)的電子系統(tǒng)，是由多個(gè)選擇性的氣敏傳感器和適當(dāng)?shù)哪Ｊ椒诸惙椒ńM成的具有識(shí)別單一和復(fù)雜氣味能力的裝置。“電子鼻”的概念，zui早是1982 年英國(guó)Warwick 大學(xué)的Persand 和Dodd 教授模仿哺乳動(dòng)物嗅覺(jué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和機(jī)理，對(duì)幾種有機(jī)揮發(fā)氣體進(jìn)行類別分析時(shí)提出來(lái)的。1990 年舉行*屆電子鼻學(xué)術(shù)會(huì)議，對(duì)人工智能嗅覺(jué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及信息處理進(jìn)行討論[1,2]。正是由于對(duì)復(fù)雜的樣品具有的檢測(cè)和區(qū)分識(shí)別能力以及較低的使用成本，電子鼻技術(shù)廣泛應(yīng)用工業(yè)和環(huán)境保護(hù)的各個(gè)領(lǐng)域，如食品工業(yè)、化妝品行業(yè)、藥品工業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)與公共安全等，尤其在食品工業(yè)領(lǐng)域取得不錯(cuò)的研究成果。

1 電子鼻的組成與基本原理

電子鼻包含一組用氣敏的生物或者化學(xué)材料處理的傳感器陣列，以此來(lái)檢測(cè)和辨別復(fù)雜氣味并形成特征指紋圖。用已知的氣味指紋圖建立數(shù)據(jù)庫(kù)和模型識(shí)別系統(tǒng)，為未知的氣味提供分類鑒定的依據(jù)。這就是經(jīng)典的電子鼻概念[3]。

電子鼻模擬人的嗅覺(jué)器官，因而其工作原理與人的嗅覺(jué)形成相似，也包括 4 個(gè)部分：(1) 氣體采樣系統(tǒng)，相當(dāng)于人鼻的肌肉收縮呼氣吸氣的過(guò)程；(2) 傳感器陣列，氣味分子被電子鼻的傳感器陣列吸附，產(chǎn)生信號(hào)，這個(gè)過(guò)程相當(dāng)于人的嗅覺(jué)細(xì)胞感知?dú)馕叮?/span>(3) 主控系統(tǒng)，控制何時(shí)采樣、采多少樣、何時(shí)清潔傳感器、何時(shí)進(jìn)行下一個(gè)分析循環(huán)等，這個(gè)過(guò)程相當(dāng)于人的大腦對(duì)呼吸系統(tǒng)各器官工作狀態(tài)的控制； (4) 軟件分析系統(tǒng)，通過(guò)測(cè)試已知樣品并對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行提取建立分析模型，然后對(duì)未知測(cè)試樣品進(jìn)行有效的判斷，這個(gè)過(guò)程相當(dāng)于人的大腦建立嗅覺(jué)感官經(jīng)驗(yàn)，然后再進(jìn)行有效的嗅覺(jué)感官評(píng)判。

1.1采樣系統(tǒng)

采樣系統(tǒng)的主要功能是將被測(cè)樣品的揮發(fā)性混合物引入到電子鼻檢測(cè)系統(tǒng)。采用合適的樣品處理方案可以明顯提高電子鼻的分析質(zhì)量。同時(shí)選擇不同的進(jìn)樣方式，也需充分考慮被分析樣品的形態(tài)、氣體揮發(fā)狀態(tài)和電子鼻分析所要選擇的分析狀態(tài)等。如果盲目的選擇不合適的進(jìn)樣方式，往往導(dǎo)致雖然得到比較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，但與實(shí)際的人為感官評(píng)價(jià)結(jié)果相去甚遠(yuǎn)，或者所得結(jié)論不具有重復(fù)再現(xiàn)性。因此是否進(jìn)行樣品的前處理是經(jīng)常被忽略，而對(duì)電子鼻分析卻是很關(guān)鍵的步驟[4]，需引起重視。

開(kāi)放式直接進(jìn)樣是一種比較直觀、直接的進(jìn)樣方式，zui接近于人鼻嗅物體的狀態(tài)。可以用于直接環(huán)境氣味的監(jiān)測(cè)與分析；也可以是電子鼻采集的氣體量遠(yuǎn)小于容器中所存在的頂空氣體量，通過(guò)電子鼻采集氣體后不會(huì)明顯引起容器內(nèi)壓力的變化，不會(huì)導(dǎo)致樣品揮發(fā)氣體狀態(tài)的變化的情況下使用。這種進(jìn)樣方式不需要樣品的嚴(yán)格前處理，對(duì)采樣過(guò)程的環(huán)節(jié)控制要求也不高，所以不容易出錯(cuò)，zui接近氣體穩(wěn)定狀態(tài)，所得數(shù)據(jù)結(jié)果也比較平穩(wěn)，可提取平穩(wěn)狀態(tài)的數(shù)據(jù)點(diǎn)作為有效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

靜態(tài)頂空進(jìn)樣技術(shù)是將待測(cè)樣品放入密閉容器中平衡一段時(shí)間，然后檢測(cè)頂空部分的氣體樣。樣品溫度、平衡時(shí)間、容器大小和樣品量是影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的主要物理參數(shù)，需要嚴(yán)格控制，否則會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的不準(zhǔn)確。靜態(tài)頂空進(jìn)樣分為手動(dòng)頂空進(jìn)樣和自動(dòng)進(jìn)樣器頂空進(jìn)樣2 種方式。手動(dòng)頂空進(jìn)樣主要是通過(guò)手動(dòng)頂空采樣器（氣體注射器）來(lái)控制進(jìn)樣速度、進(jìn)樣量等，這種方式比較簡(jiǎn)單，進(jìn)樣過(guò)程各環(huán)節(jié)不易控制，重復(fù)性相對(duì)低一些，但比較廉價(jià)經(jīng)濟(jì)；自動(dòng)進(jìn)樣器頂空進(jìn)樣相比較手動(dòng)頂空進(jìn)樣而言，更為科學(xué)，過(guò)程控制也更嚴(yán)格，但自動(dòng)進(jìn)樣器比較昂貴，運(yùn)行成本高，固定的樣品瓶對(duì)樣品本身形態(tài)有特殊的要求，比較適合液體或粉末狀態(tài)的樣品。同時(shí)這種進(jìn)樣方式多采用峰值點(diǎn)法提取有效分析數(shù)據(jù)，而峰值點(diǎn)法是一個(gè)氣體揮發(fā)累計(jì)效果量，這樣對(duì)樣品溫度、平衡時(shí)間、樣品量等必須有嚴(yán)格的控制。

動(dòng)態(tài)頂空進(jìn)樣是將待測(cè)樣品放入具有進(jìn)氣口和出氣口的密封容器平衡一段時(shí)間，進(jìn)氣口接（不帶壓或帶正壓）的潔凈空氣或氮?dú)?，出氣口接具有吸氣功能的電子鼻采樣口，電子鼻連續(xù)采樣進(jìn)氣口持續(xù)補(bǔ)氣，達(dá)到樣品氣體的動(dòng)態(tài)揮發(fā)平衡，電子鼻有效監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)下的氣體狀態(tài)，獲取穩(wěn)定的響應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 這種進(jìn)樣方式對(duì)固體、液體樣本都適合，而且接近樣品氣體自然揮發(fā)狀態(tài)，同時(shí)進(jìn)樣過(guò)程需要嚴(yán)格控制的環(huán)節(jié)較少，數(shù)據(jù)結(jié)果相對(duì)穩(wěn)定可靠。

吸附濃縮進(jìn)樣技術(shù)主要為電子鼻的檢測(cè)提供一種預(yù)濃縮方法，從而大大提高檢出限和靈敏度。主要有熱解析濃縮、吹掃捕集濃縮、固相微萃取濃縮等， 將吸附濃縮的氣態(tài)分子經(jīng)過(guò)加熱解吸附后由載氣帶入電子鼻的檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析。這種進(jìn)樣方式中，吸附劑的選擇、進(jìn)樣溫度、吸附濃縮時(shí)間、氣體流動(dòng)速度、吹掃時(shí)間和加熱解析附溫度等是我們主要的考慮因素。

以上任何一種氣體進(jìn)樣方式，做具體選擇的時(shí)候應(yīng)該充分考慮樣品的類型和方法的適用性。對(duì)于一些需要無(wú)損檢測(cè)的樣品，比如水果、蔬菜、雞蛋等，就應(yīng)該在不破壞樣品的情況下進(jìn)行動(dòng)態(tài)頂空進(jìn)樣，這樣可以獲得樣品在自然平衡揮發(fā)條件下穩(wěn)定揮發(fā)物質(zhì)的信息。從另外一個(gè)角度，對(duì)揮發(fā)的核心氣體進(jìn)行預(yù)濃縮可以提高儀器分析的檢測(cè)下限，同時(shí)避免不需要研究的干擾氣體的影響，從而有效提高分析的準(zhǔn)確性，找到樣品揮發(fā)的核心關(guān)鍵指紋氣體。

1.2 檢測(cè)系統(tǒng)

傳感器陣列是當(dāng)今zui為流行的電子鼻檢測(cè)系統(tǒng)，它可以將樣品復(fù)雜的化學(xué)信息轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的電信號(hào)[5]。根據(jù)檢測(cè)原理不同，用于電子鼻檢測(cè)的傳感器可以分為壓電傳感器、電化學(xué)傳感器、光學(xué)傳感器等。

壓電傳感器也叫重量或聲波傳感器，基于聲波的傳播，采用石英等壓電材料制作而成。表面聲波 (SAW) 和石英振蕩天平 (QCM) 是這類傳感器中zui為常見(jiàn)的。這類傳感器檢測(cè)精度高，性能穩(wěn)定，但氣體選擇范圍窄，應(yīng)用領(lǐng)域有限。

電化學(xué)傳感器包括電流式、電位式、化學(xué)電阻式、電導(dǎo)式等，其中化學(xué)電阻式傳感器，如金屬氧化半導(dǎo)體(MOS) 和導(dǎo)電聚合物 (CP) 被廣泛用于制造氣體傳感器陣列。 目前金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）傳感器技術(shù)是新興的傳感器技術(shù)，具有成熟穩(wěn)定、數(shù)據(jù)可靠、重復(fù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，既可以用于科學(xué)研究，又能夠進(jìn)行指導(dǎo)。

光學(xué)傳感器如光感纖維，由于其所*的傳感信號(hào)無(wú)電磁干擾、噪聲小、電絕緣好、化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性佳等優(yōu)點(diǎn)，在電子鼻研究中也越來(lái)越引起人們的關(guān)注。但是光學(xué)傳感器技術(shù)目前還不是很成熟，有待進(jìn)一步的研究。

1.3主控系統(tǒng)

成熟的商業(yè)電子鼻一般都具有主控系統(tǒng)，差異在于有的全自動(dòng)控制，控制環(huán)節(jié)多、精度高、智能化，保證操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)穩(wěn)定、維護(hù)量少等，而有的只是各部件協(xié)調(diào)控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)智能化。對(duì)于不成熟的試驗(yàn)品電子鼻，省去主控系統(tǒng)也是可以工作的，只是可操作性和重復(fù)性比較差。

1.4 軟件分析系統(tǒng)

軟件分析系統(tǒng)的核心是聚類區(qū)分分析模型的方法和未知樣品識(shí)別判定的方法。聚類區(qū)分分析模型的方法比較常見(jiàn)的有PCA 主成分分析法、LDA 線性相關(guān)分析法、ANNs 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等，對(duì)于未知樣品識(shí)別判定的方法常見(jiàn)的有DFA 區(qū)別判定法、EUCLID 歐氏距離法、MAHALANOBIS 馬氏距離法、CORRELATION 相關(guān)系數(shù)法等，對(duì)于量化預(yù)測(cè)目前也有PLS zui小偏二乘法等，另外有一些輔助性分析方法，如傳感器區(qū)分貢獻(xiàn)率分析、統(tǒng)計(jì)質(zhì)控分析等。

2 電子鼻技術(shù)在食品工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用

食品工業(yè)指主要以農(nóng)業(yè)、漁業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)或化學(xué)工業(yè)的產(chǎn)品或半成品為原料，制造、提取、加工成食品或半成品，具有連續(xù)而有組織的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)工業(yè)體系。電子鼻技術(shù)在食品工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

2.1 果蔬領(lǐng)域

電子鼻在果蔬領(lǐng)域研發(fā)和加工過(guò)程中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。Antihus Hernandez 等[6] 利用電子鼻做番茄成熟度及貯藏時(shí)間的研究，從主成分分析( PCA) 和線性判別式分析( LDA) 中得到, 電子鼻可以較好地區(qū)分半熟期和成熟期、完熟期的番茄。胡桂仙等[7] 采用電子鼻技術(shù)對(duì)柑橘成熟度進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，建立電子鼻響應(yīng)值和成熟度之間的關(guān)系，證明電子鼻能夠檢測(cè)區(qū)分不同成熟度的柑橘。

Simona Benedetti 等[8] 用電子鼻區(qū)分4 種不同品種的桃子的實(shí)驗(yàn)，并且采用主成分分析( PCA) 和線性判別式分析(LDA) 對(duì)桃子成熟期和貨架期進(jìn)行分析。唐曉偉等[9] 用電子鼻做甜瓜成熟度及風(fēng)味的研究，建立一種快速準(zhǔn)確的判讀不同品種甜瓜的成熟度，改變以往僅通過(guò)人為的主觀判斷方式。江琳琳等[10] 利用電子鼻技術(shù)做對(duì)水蜜桃貨架期的評(píng)價(jià)，并且通過(guò)傳感器貢獻(xiàn)率分析（Loading）得出起主要作用的傳感器，為進(jìn)一步優(yōu)化傳感器以及探索方便快捷的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)提供依據(jù)。

無(wú)損檢測(cè)是工業(yè)發(fā)展*的有效工具，在一定程度上反映一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平，其重要性已得到*。用電子鼻技術(shù)對(duì)果蔬等食品進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，客觀、快捷、重復(fù)性好的評(píng)估產(chǎn)品的氣味信息，更達(dá)到反映產(chǎn)品品質(zhì)的目的。

2.2 糧油領(lǐng)域

潘磊慶等[11] 使用電子鼻系統(tǒng)對(duì)芝麻油中摻入大豆油、玉米油和葵花籽油進(jìn)行檢測(cè)分析，得出電子鼻能夠較好地對(duì)芝麻油摻假進(jìn)行明顯的區(qū)分和判定。張紅梅等[12] 用電子鼻對(duì)5 個(gè)陳化年限的小麥進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示能夠?qū)?/span>5 個(gè)年限的小麥進(jìn)行很好的區(qū)分。宋偉等[13] 采用電子鼻系統(tǒng)對(duì)不同儲(chǔ)藏條件下的糙米進(jìn)行分析檢測(cè)，通過(guò)對(duì)傳感器響應(yīng)值進(jìn)行PCA、LDA 方法分析，得出不同條件的規(guī)律和差異，并且存在交互作用。目前，電子鼻技術(shù)應(yīng)用到糧油儲(chǔ)藏和摻假鑒別的檢測(cè)還沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)化。糧油是關(guān)系到我國(guó)國(guó)計(jì)民生的重要研究課題，如果能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確鑒別，那樣無(wú)疑將加速我國(guó)糧油儲(chǔ)藏和加工科技基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。葉盛等[14] 基于電子鼻系統(tǒng)做水稻蟲(chóng)害信息快速檢測(cè)方法的研究，結(jié)果表明，利用電子鼻檢測(cè)是否發(fā)生病蟲(chóng)害和預(yù)測(cè)蟲(chóng)害程度是可行的。得出蟲(chóng)害程度和種類，就能夠?qū)崿F(xiàn)有的放矢，究竟選擇何種農(nóng)藥和農(nóng)藥的使用劑量都可依照 電子鼻的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行實(shí)際的操作。

2.3 畜產(chǎn)品領(lǐng)域

Benedetti 等[15] 使用商品的電子鼻檢測(cè)并確定傳統(tǒng)軟質(zhì)奶酪的貨架期。運(yùn)用PCA、LDA 分析方法將2 種不同儲(chǔ)藏溫度的奶酪很好的分為新鮮的、成熟的和非常成熟的三大類，與理化指標(biāo)結(jié)果一致。為驗(yàn)證LDA 分類模型的準(zhǔn)確性，作者還買(mǎi)新一批商品奶酪加以驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果同樣和電子鼻結(jié)論吻合。Dutta 等[16] 用基于金屬氧化物傳感器的電子鼻系統(tǒng)分析新鮮雞蛋的不同變化階段。作者分別針對(duì)蒸煮氣味、氨氣、硫化氫和有機(jī)溶劑，對(duì)雞蛋做2種處理，一種是蛋殼無(wú)損檢測(cè)，另外一種是蛋殼破損。實(shí)驗(yàn)結(jié)果使用不同的圖形表示出雞蛋的新鮮程度，很明顯的分為3 個(gè)不同的階段，達(dá)到95% 的準(zhǔn)確率，為商業(yè)應(yīng)用提供參考價(jià)值。S. Limbo 等[17] 采用電子鼻技術(shù)做牛肉的貨架期檢測(cè)和不同儲(chǔ)藏條件的分析，得出對(duì)腐爛牛肉品質(zhì)評(píng)價(jià)的電子鼻指紋圖譜的模型，并且得到*的儲(chǔ)藏牛肉的溫度和添加劑使用量和條件。郭奇慧等應(yīng)用電子鼻檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)酸奶的貨架期[18]、原奶的氣味[19]、純奶的貨架期[20]、冰激凌的儲(chǔ)藏[21]、干酪的成熟期[22] 等進(jìn)行研究。

徐亞丹等[23，24] 對(duì)牛奶摻假進(jìn)行研究。電子鼻系統(tǒng)應(yīng)用到乳制品行業(yè)中，實(shí)現(xiàn)從研發(fā)、到儲(chǔ)藏和流通環(huán)節(jié)，達(dá)到快速判定、現(xiàn)場(chǎng)鑒別的目的。在豬肉的貯藏過(guò)程中，由于酶和細(xì)菌的作用，這些成分會(huì)發(fā)生分解變化， 產(chǎn)生氣味；隨著豬肉的新鮮度的降低，變得越來(lái)越濃烈。國(guó)內(nèi)浙江大學(xué)洪雪珍等[25] 人嘗試使用電子鼻捕捉豬肉在儲(chǔ)藏過(guò)程中的氣味變化規(guī)律，很好地對(duì)豬肉貨架期進(jìn)行預(yù)測(cè)。利用LDA 研究樣品區(qū)分效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除儲(chǔ)藏2d 和3d的數(shù)據(jù)有部分重合外，其余都能很好區(qū)分開(kāi)；另外，使用逐步判別分析和 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)豬肉儲(chǔ)藏時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)訓(xùn)練集的準(zhǔn)確率，前者為 100%，后者為 94.17%，而預(yù)測(cè)集

的準(zhǔn)確率，前者為97.92%，后者為93.75% 。

劉明等[26] 應(yīng)用電子鼻技術(shù)檢測(cè)雞蛋貨架期新鮮度變化。完好的雞蛋散發(fā)的氣味是很小的，電子鼻的檢測(cè)限能夠達(dá)到ppm 。通過(guò)對(duì)貨架期內(nèi)的雞蛋進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，建立不同貨架期氣味和雞蛋哈夫單位等級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為建立和利用電子鼻監(jiān)控雞蛋新鮮度的方法提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)和理論依據(jù)。

隨著電子鼻技術(shù)在畜產(chǎn)品領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)取樣、鑒別和判定，勢(shì)必會(huì)提高分析和檢測(cè)效率，達(dá)到快速、地分析和解決問(wèn)題，使畜產(chǎn)品工業(yè)快速的發(fā)展。2.4 其他領(lǐng)域

電子鼻技術(shù)在茶葉、香精香料、飲品、微生物、水產(chǎn)品等方面也有應(yīng)用。S. Limbo 等[27] 應(yīng)用電子鼻系統(tǒng)做歐洲海鱸新鮮度、保質(zhì)期和儲(chǔ)藏條件的研究，得出*的儲(chǔ)藏條件和保質(zhì)期，并且提供給消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)歐洲海鱸*的時(shí)間。李德茂等[28]做電子鼻在醬油識(shí)別中的研究，對(duì)9 種醬油產(chǎn)品的氣味進(jìn)行識(shí)別和區(qū)分，得出不同品種之間的氣味差異明顯，完夠進(jìn)行區(qū)別和判定。并通過(guò)Loading（傳感器貢獻(xiàn)率分析）分析，得出其主要區(qū)分作用的傳感器類型。于慧春等[29] 利用電子鼻對(duì)龍井茶葉等級(jí)進(jìn)行判定，通過(guò)PCA 和LDA 分析方法，以及經(jīng)典的歐式距離、馬氏距離、DFA、相關(guān)性判定方法，對(duì)未知的龍井茶進(jìn)行等級(jí)判定，總的測(cè)試回判率可達(dá)90%。L. Piazza 等[30] 采用電子鼻分析和檢測(cè)技術(shù)做食品垃圾肥料的研究，電子鼻作為一種創(chuàng)新的工具，取得突破的進(jìn)展。龐林江等[31] 做應(yīng)用電子鼻檢測(cè)香菇中的甲醛，對(duì)香菇中的甲醛含量進(jìn)行快速辨別檢測(cè)，識(shí)別正確率達(dá)90% 以上。

3電子鼻在食品感官檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展

3.1在食品品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用

對(duì)不同酒類進(jìn)行區(qū)分和品質(zhì)檢測(cè)可以通過(guò)對(duì)其揮發(fā)物質(zhì)的檢測(cè)進(jìn)行。傳統(tǒng)的方法是采用組進(jìn)行評(píng)審,這種方式需要有訓(xùn)練有素的,需要付出高昂的費(fèi)用,而且容易受到主觀因素、身體狀況和環(huán)境條件的影響,客觀性不夠。也可以采取化學(xué)分析方法,如采用氣相色譜法(GC) 和色譜2質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)( GC2MS) ,

雖然這種方法具有高的可靠性,但處理程序復(fù)雜,耗費(fèi)時(shí)間和費(fèi)用。因此需要有一個(gè)更加快速、無(wú)損、客觀和低成本的檢測(cè)方法。Guadar2rama 等[32 ] (2000) 對(duì)2 種西班牙紅葡萄酒和1種白葡萄酒進(jìn)行檢測(cè)和區(qū)分。為了有對(duì)比性,他們同時(shí)還檢測(cè)了純水和稀釋的酒精樣品。他們的電子鼻系統(tǒng)采用6 個(gè)導(dǎo)電高分子傳感器陣列,數(shù)據(jù)采集采用t est point TM軟件, 模式識(shí)別技術(shù)采用PCA 方法,在mat lab v412 上進(jìn)行,同時(shí)他們對(duì)這些樣品進(jìn)行氣相色譜分析。結(jié)論是電子鼻系統(tǒng)可以*區(qū)分5 種測(cè)試樣品,測(cè)試結(jié)果和氣相色譜分析的結(jié)果一致。

茶葉的揮發(fā)物中包含了大量的各種化合物,而這些化合物也很大程度上反映了茶葉本身的品質(zhì)。Ritaban Dut ta 等[33 ] (2003) 對(duì)5 種不同加工工藝(不同的干燥、發(fā)酵和加熱處理) 的茶葉進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。為了更好地得到揮發(fā)性

化合物,他們采用在5L 的容器中放入10mg 的茶葉樣品,加入200 mL 的60 ℃開(kāi)水,用電子鼻檢測(cè)其頂部空間的空氣樣品。電子鼻由費(fèi)加羅公司的4 個(gè)涂錫的金屬氧化物傳感器組成,數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)用LabVIEW 軟件,數(shù)據(jù)處理用PCA、FCM 和ANN 等方法。結(jié)論是,采用RBF 的ANN 方法分析時(shí),可以100 %地區(qū)分5 種不同制作工藝的茶葉。

Sullivan 等[34 ] (2003) 用電子鼻和GC2MS分析4 種不同飼養(yǎng)方式(一般的飼料和在飼料中添加鐵和硫酸鹽、添加VE 和鐵、添加VE 和醋酸鹽) 的豬肉在加工過(guò)程中的氣味變化,所有數(shù)據(jù)采用unscrambler version 716 軟件進(jìn)行處理。同時(shí)邀請(qǐng)了8 位進(jìn)行評(píng)審。得到的結(jié)論是,電子鼻不僅可以清晰地區(qū)分不同飼養(yǎng)方式的豬肉,也可以評(píng)價(jià)豬肉加工過(guò)程中香氣的變化。為了確定電子鼻檢測(cè)是否具有再現(xiàn)性,他們把樣品在不同時(shí)期和不同的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn),結(jié)論是電子鼻分析具有很好的重復(fù)性和再現(xiàn)性。

3.2　在食品成熟檢測(cè)和新鮮度檢測(cè)中的應(yīng)用

水果所散發(fā)的氣味能夠很好地反映出水果內(nèi)部品質(zhì)的變化,所以可以通過(guò)聞其氣味來(lái)評(píng)價(jià)水果的品質(zhì)。然而人只能感受出10 000 種的氣味,特別是在區(qū)分相似的氣味時(shí),人的辨別力受到了限制。水果在貯藏期間,通過(guò)呼吸作用進(jìn)行新陳代謝而變熟,因此在不同的成熟階段,其散發(fā)的氣味會(huì)不一樣。糖度、p H 值和堅(jiān)實(shí)度等是水果成熟度的標(biāo)志之一,而這些指標(biāo)都要進(jìn)行有損檢測(cè)獲得。Oshita 等[35 ](2000) 將日本的“La France”梨在不成熟時(shí)侯進(jìn)行采摘,然后將它們分成3 組,第1 組在4 ℃下貯藏115 d(未成熟期) ;第2 組在4 ℃下貯藏115 d 后,在30 ℃下放置1 d(成熟期) ;第3 組在4 ℃下貯藏115 d 后,在30 ℃下放置5 d ( 完熟期) 。用32 個(gè)導(dǎo)電高分子傳感器陣列的電子鼻系統(tǒng)進(jìn)行分析,采用non2linear mapping 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。同時(shí)用化學(xué)分析方法、GC 和GC2MS 對(duì)3 個(gè)不同階段的梨進(jìn)行分析。結(jié)論是電子鼻能夠很明顯的區(qū)分出3 種不同成熟時(shí)期的梨,并且同其他分析方法的結(jié)果有很強(qiáng)的相關(guān)性。

傳統(tǒng)魚(yú)肉的新鮮度評(píng)價(jià)可以通過(guò)電流計(jì)生物傳感器來(lái)測(cè)定胺或用酶反映來(lái)測(cè)定。這些方法在實(shí)際檢測(cè)中不是很方便。O’Connell 等[36 ](2001) 采用11 個(gè)費(fèi)加羅公司產(chǎn)涂錫金屬氧化物傳感器陣列構(gòu)成的電子鼻系統(tǒng)來(lái)評(píng)價(jià)和分析阿根廷鱈魚(yú)肉的新鮮度。他們從同一個(gè)市場(chǎng)得到新鮮的阿根廷鱈魚(yú)肉后,切成20～60 g 不同質(zhì)量的魚(yú)片,放入冰箱內(nèi)貯藏。每次試驗(yàn)都從冰箱內(nèi)取樣品進(jìn)行分析。得到的結(jié)論是,電子鼻可以區(qū)分不同貯藏天數(shù)的魚(yú)肉,不同質(zhì)量的魚(yú)肉樣品對(duì)電子鼻評(píng)價(jià)其新鮮度影響無(wú)關(guān)。

4 結(jié)論與展望

電子鼻技術(shù)得到很大程度的發(fā)展正是得益于其靈敏度高、操作簡(jiǎn)便、實(shí)驗(yàn)成本耗材低、無(wú)需復(fù)雜樣品前處理、檢測(cè)速度快、與人們感官數(shù)值相吻合、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)性、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性等優(yōu)勢(shì)。因此，電子鼻必將慢慢走進(jìn)我們的日常生活，作為實(shí)驗(yàn)室常規(guī)的分析手段之一，是幫助我們研究任何與氣體有關(guān)的問(wèn)題的理想設(shè)備。

隨著食品工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域形成電子鼻檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化，快速、穩(wěn)定、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)的電子鼻檢測(cè)技術(shù)將得到更加廣泛的應(yīng)用。