電子鼻在方便米飯氣味識別中的應用

梁愛華賈洪鋒秦 文彭 濤陳 迤

(四川烹飪高等專科學校食品科學系1，成都 610072)

(四川農業大學食品科學院2，雅安 625014)

電子鼻在方便米飯氣味識別中的應用

梁愛華1賈洪鋒1秦 文2彭 濤1陳 迤1

(四川烹飪高等專科學校食品科學系1，成都 610072)

(四川農業大學食品科學院2，雅安 625014)

采用電子鼻對3種不同方便米飯(雞米芽菜方便米飯、榨菜肉末方便米飯、素什錦方便米飯)的新鮮樣品和真空冷凍保藏樣品進行了分析。通過對所獲得的數據進行主成分分析和氣味指紋對比，結果表明:電子鼻可以用于不同方便米飯樣品的分析，可以區分不同的方便米飯，同時能區分真空冷凍保藏樣品與新鮮品，兩者之間在氣味識別上存在差異。真空冷凍保藏雖然可以作為一種很好的保存方式延長方便米飯的保質期，但是這種方式對于方便米飯的香氣影響較明顯。

電子鼻 方便米飯 真空冷凍 氣味識別

電子鼻是20世紀90年代發展起來的分析、識別和檢測復雜嗅味和揮發性成分的儀器。其利用氣體傳感器陣列的響應曲線來識別氣味的電子系統，與普通的分析儀器，如色譜儀、光譜儀等不同，得到的不是被測樣品各種成分的定性和定量結果，而是給予樣品中揮發成分的整體信息，也就是“指紋數據”［1］。

國外對電子鼻的研究最早可追溯到1961年［2］。它不僅可以根據各種不同的氣味測到不同的信號，而且可以將這些信號與數據庫中的信號加以比較，進行識別判斷，因而具有類似鼻子的功能［3］。電子鼻在飲料、食品、酒類、煙草、化妝品、石油化工、包裝材料、環境監測、臨床、化學等領域得到了廣泛應用［4－5］。

方便米飯作為一種非常具有代表性的食品，符合現代人快節奏生活的要求。方便米飯采用真空冷凍的方式可以達到長時間保藏的目的，但是真空冷凍保藏對于其品質可能存在一定的影響。本研究將電子鼻應用于方便米飯的分析中，評價真空冷凍保藏方便米飯及其新鮮品之間的差異。電子鼻作為一種可靠的分析方法，避免了人為的影響，因此分析結果具有很強的客觀性，可以避免人為因素的干擾和影響。

1 材料和方法

1.1 材料

方便米飯樣品:雞米芽菜方便米飯、榨菜肉末方便米飯和素什錦方便米飯。

1.2 儀器

FOX 4000電子鼻(傳感器由18各金屬氧化物傳感器組成)、HS100自動進樣器、Alpha SOFTV12軟件:法國Alpha MOS公司;MDF－U338－C低溫冰箱:大連三洋冷鏈有限公司。

1.3 方法

1.3.1 方便米飯的加工和保存

方便米飯的加工由四川烹飪高等專科學校烹飪大師炒制。

樣品分為新鮮樣品和冷凍樣品。冷凍樣品采用真空包裝后，在－20℃下冷凍3個月;新鮮樣品在炒制后采用密閉容器包裝，低溫冷藏箱保藏的方式，及時送樣分析。樣品信息見表1。

表1 樣品信息

1.3.2 樣品準備和檢測參數

每種方便米飯的新鮮樣品和冷凍樣品分別經過攪碎混勻后，稱取1 g(準確至0.01 g)于10 mL頂空瓶中，加蓋密封待檢。樣品的檢測參數見表2。

表2 樣品的檢測參數

1.3.3 傳感器信號分析

電子鼻共有18個傳感器(各傳感器性能見表3)。檢測每一個樣品時以采集時間為橫坐標，共采集120 s，響應強度為縱坐標，每條曲線代表一個傳感器在120 s內的響應值變化，即傳感器的原始數據。在進行數據分析與處理時，選擇每個傳感器的最大響應強度值進行分析。

表3 傳感器性能

1.3.4 數據分析方法

主成分分析(Principal Cornponent Analysis，PCA)，氣味指紋對比(Smell Print Comparison)分析，每個樣品重復3次，對每種方便米飯的新鮮樣品和冷凍樣品分別進行對比，比較新鮮樣品和冷凍樣品的異同。

2 結果與分析

2.1 傳感器和分析重復性

每個樣品重復進樣3次，測定樣品在優選傳感器上的相對標準偏差(Relative Standard Deviation，RSD)(表4)。從表4中可以看出，樣品在優選傳感器上具有良好的重現性。

表4 樣品在優選傳感器上的RSD值

2.2 雞米芽菜方便米飯分析

2.2.1 雞米芽菜方便米飯的主成分分析

主成分分析是一種多元統計方法，它是將所提取的傳感器多指標的信息進行數據轉換和降維，并對降維后的特征向量進行線性分類，最后在PCA分析圖上顯示主要的兩維圖。當沒有或缺乏有關樣品信息時，PCA能迅速瀏覽所有數據，找出樣品間相關聯的特征，并從中總結出有關樣品的信息。

圖1為雞米芽菜方便米飯的主成分分析圖，在圖1中，橫、縱坐標分別表示在PCA轉換中得到的第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)的貢獻率(或權重)，貢獻率(或權重)越大，說明主成分可以較好的反映原來多指標的信息。即如果兩個樣品在橫坐標上的距離越大，說明它們的差異越大;而兩個樣品在縱坐標上的距離即使很大，但由于第二主成分的貢獻率(或權重)很小，那么兩個樣品之間的實際差異不會很明顯［6］。

一般情況下，總貢獻率超過70%～85%的方法即可使用［7］。圖1中第一主成分和第二主成分的總貢獻率達到了98.2%，足以收集特征性信息。

區分指數(Differentiation Index，DI)是區分樣品的程度表征，最大值為100，DI在80～100之間就表明有效的區分，值越大，區分越好。圖1中DI值為95，表明對新鮮品和冷凍品能夠有效區分。

在圖1中，新鮮樣品與冷凍樣品在橫坐標上距離較大，由于在橫坐標上距離越大，說明樣品間的差異越大，因此可以看出新鮮品和冷凍品之間存在較為明顯的差異。

圖1 雞米芽菜方便米飯的主成分分析圖

2.2.2 新鮮品與冷凍品的指紋對比

如圖2所示，對新鮮品和冷凍品在18個傳感器上的最大響應信號進行了對比。從圖2中可以看出，在所有傳感器上冷凍品的響應值均大于新鮮品，這說明通過真空冷凍保藏后，樣品中的揮發性氣味物質有一定程度的增加。

圖2 雞米芽菜方便米飯新鮮品與冷凍品的指紋對比

通過各傳感器信號的對比，新鮮品與冷凍品之間的相似度為85.98%，這說明同為雞米芽菜方便米飯的樣品，在經過了真空冷凍保藏后，仍然保留了雞米芽菜方便米飯絕大多數的氣味特征，只是在經過真空冷凍保藏后，樣品的氣味特征與新鮮品相比有了一定的變化和差異。

2.3 榨菜肉末方便米飯分析

2.3.1 榨菜肉末方便米飯的主成分分析

圖3中PC1和PC2的總貢獻率達到了97.9%，足以收集特征性信息。DI值為95，表明對新鮮品和冷凍品能夠有效區分。

在圖3中，新鮮樣品與冷凍樣品在橫坐標上距離較大，因此可以看出新鮮品和冷凍品之間存在較為明顯的差異。

圖3 榨菜肉末方便米飯的主成分分析圖

2.3.2 新鮮品與冷凍品的指紋對比

如圖4所示，對新鮮品和冷凍品在18個傳感器上的最大響應信號進行了對比。從圖4中可以看出，在T40/1傳感器上，冷凍品的最大響應值略低于新鮮品，在其余傳感器上冷凍品的響應值均大于新鮮品。這說明通過真空冷凍保藏后，樣品中的揮發性氣味物質有一定程度的增加。

通過各傳感器信號的對比，新鮮品與冷凍品之間的相似度為79.50%，這說明樣品在經過了冷凍保藏后，仍然保留了榨菜肉末方便米飯絕大多數的氣味特征，只是在經過真空冷凍保藏后，樣品的氣味特征與新鮮品相比有了一定的變化和差異。

圖4 榨菜肉末方便米飯新鮮品與冷凍品的指紋對比

2.4 素什錦方便米飯分析

2.4.1 素什錦方便米飯的主成分分析

圖5 素什錦方便米飯的主成分分析圖

圖5中PC1和PC2的總貢獻率達到了99.0%，足以收集特征性信息。DI值為93，表明對新鮮品和冷凍品能夠有效區分。在圖5中，新鮮樣品與冷凍樣品在橫坐標上距離較大，因此可以看出新鮮品和冷凍品之間存在較為明顯的差異。

2.4.2 新鮮品與冷凍品的指紋對比

如圖6所示，對新鮮品和冷凍品在18個傳感器上的最大響應信號進行了對比。從圖6中可以看出，在所有傳感器上冷凍品的響應值均小于新鮮品。這說明通過真空冷凍保藏后，樣品中的揮發性氣味物質有一定程度的減少。這與雞米芽菜方便米飯和榨菜肉末方便米飯中的結果恰好相反，其原因可能與原料有關，但還需要進一步的研究。

通過各傳感器信號的對比，新鮮品與冷凍品之間的相似度為75.65%，這說明樣品在經過了真空冷凍保藏后，仍然保留了素什錦方便米飯絕大多數的氣味特征，只是在經過真空冷凍保藏后，樣品的氣味特征與新鮮品相比有了一定的變化和差異。

圖6 素什錦方便米飯新鮮品與冷凍品指紋對比

2.5 所有樣品分析

圖7 所有方便米飯樣品的主成分分析3D圖譜

圖7為所有樣品的主成分分析3D圖譜，PC1、PC2和PC3(第三主成分)的總貢獻率達到了99.9%，足以收集各個樣品的特征性信息。

在圖7中，相同樣品分別聚類在3D圖譜中的不同位置，呈現一定的分布趨勢，樣品之間能夠很好區分。在弧形虛線上方為冷凍品，下方為新鮮品，說明樣品在經過真空冷凍保藏后，其氣味特征會發生一定的變化，從而與新鮮品相區分。采用電子鼻能夠很好的區分和識別不同類型的方便米飯，同時對方便米飯的冷凍品及新鮮品也能很好的區分和識別。

從前面的分析和表5可以看出，3種方便米飯在經過真空冷凍保藏后，其氣味特征均不同程度的發生了變化，導致新鮮品和冷凍品之間存在差異。由新鮮樣品和冷凍樣品的相似度可以看出，真空冷凍保藏對3種方便米飯的影響程度有所不同，素什錦方便米飯的氣味特征變化與其他兩種樣品相比變化較大。由此可以看出真空冷凍保藏雖然可以作為一種很好的保存方式延長方便米飯的保質期，為消費者提供方便，但是這種方式對于方便米飯氣味特征的影響也較明顯。

表5 新鮮樣品和冷凍樣品之間的相似系數

3 結論

3.1 電子鼻可以用于對方便米飯樣品進行分析，可以區分和識別不同類型的方便米飯及方便米飯的冷凍品與新鮮品。

3.2 通過分析可以看出，方便米飯在經過真空冷凍保藏后，雖然保留了原有的絕大多數氣味特征，但是其氣味特征也發生了一定的變化，導致冷凍品與新鮮品之間存在一定的差異。

3.3 通過真空冷凍保藏后，雞米芽菜方便米飯和榨菜肉末方便米飯中的氣味物質有一定程度的增加，而素什錦方便米飯樣品中的氣味物質有一定程度的減少，這與雞米芽菜方便米飯和榨菜肉末方便米飯的結果恰好相反，其原因還需要進一步的研究。

3.4 在試驗中可以看出冷凍樣品與新鮮樣品之間存在差異，但是對于導致這種差異出現的物質變化，還有待進一步的定性和定量研究。

3.5 真空冷凍保藏雖然可以作為一種很好的保存方式延長方便米飯的保質期，但是這種方式對于方便米飯氣味特征的影響較明顯，在應用過程中要注意保持方便米飯原來的氣味特征。

［1］張曉敏，朱麗敏，張捷，等.采用電子鼻評價肉制品中的香精質量［J］.農業工程學報，2008，24(9):175－178

［2］高永梅，劉遠方，李艷霞，等.主要香型白酒的電子鼻指紋圖譜［J］.釀酒科技，2008(5):38－41

［3］張曉敏.電子鼻在食品工業中的應用進展［J］.中國食品添加劑，2008(2):52－56［4］張紅梅，何玉靜.電子鼻技術的歷史、研究現狀及發展前景［J］.科技信息，2008(27):12－13

［5］郭奇慧，白雪，胡新宇，等.應用電子鼻區分不同成熟期的契達干酪［J］.中國乳品工業，2008，36(4):31－32

［6］朱先約，宗永立，李炎強，等.利用電子鼻區分不同國家的烤煙［J］.煙草科技，2008(3):27－30

［7］田懷香，孫宗宇.電子鼻在金華火腿香精識別中的應用［J］.中國調味品，2008(11):61－64.

Application of Electronic Nose Technology in Instant Rices Smell Recognition

Liang Aihua1Jia Hongfeng1Qin Wen2Peng Tao1Chen Yi1
(Department of Food Science，Sichuan Higher Institute of Cuisine1，Chengdu 610072)
(Food Science College，Sichuan Agricultural University2，Ya'an 625014)

Three different types of instant rice("Jimiyacai"，"Zhacairousi"，and"Sushijin")in fresh or vacuum frozen state were analyzed by electronic nose.Data analysis was conducted by using principal component analysis (PCA)and smell print comparison.Results:Electronic nose can recognize the type of instant rice，and also recognize whether the sample is fresh or vacuum frozen.There is difference in smell between fresh and vacuum frozen instant rice.Vacuum frozen is a good method to prolong shelf life of instant rice，but it evidently influences the rice odor.

electronic nose，instant rice，vacuum frozen，smell recognition

TS213.3 文獻標識碼:A 文章編號:1003－0174(2010)11－0110－05

四川省科技廳攻關項目(2006Z06－002－05)

2009－10－24

梁愛華，女，1967年出生，博士，教授，營養與食品衛生學