應用電子鼻分析香精及產品氣味變化相關性

韓利英， 白 雪， 康小紅， 生慶海

(內蒙古蒙牛乳業(集團)股份有限公司，內蒙古呼和浩特 011500)

應用電子鼻分析香精及產品氣味變化相關性

韓利英， 白 雪， 康小紅， 生慶海

(內蒙古蒙牛乳業(集團)股份有限公司，內蒙古呼和浩特 011500)

優化了電子鼻錄入香精及產品氣味信息的方法，在該錄入條件下實現了電子鼻區分香精及對應產品在貯藏過程中氣味信息的變化.對2支香精及對應產品在常溫條件下貯藏過程中的氣味變化進行了追蹤，并通過對不同氣味信息建立模型，分析了香精及產品在貯藏過程中氣味變化的相關性.

電子鼻;錄入方法;氣味變化;相關性

電子鼻也稱人工嗅覺，是模擬生物鼻子的嗅覺功能，從而代替人類鼻子進行檢測的一種電子系統.1993年，英國Warwick大學的Gardner、Southampton大學的 Bart lett［1］對電子鼻給出了如下定義:電子鼻是一種由具有部分選擇性的化學傳感器陣列和適當的模式識別系統組成的，能夠識別簡單或復雜氣味的儀器.一個典型的電子鼻系統一般由氣敏傳感器陣列、信號處理子系統和模式識別子系統等3大部分組成［2］.近年來，由于電子鼻檢測的最主要優點是無需對樣品本身進行任何處理，且具有快速、客觀、準確、重復性好的特點，因此對電子鼻的研究越來越受到人們的歡迎.隨著研究的深入，電子鼻的應用領域也越來越廣泛，在食品、醫藥、環境檢測等多方面都有應用［3］，尤其是在酒類、肉類、茶葉、水果成熟及貯藏期、香精識別等方面的應用效果顯著［4－7］.在前人研究的基礎上，本文研究了電子鼻錄入香精及產品氣味信息的方法，對其在貯藏過程中的氣味變化進行了追蹤，并通過對不同氣味信息建立模型，分析了兩者氣味變化的相關性.

1 材料與方法

1.1 材料

2支香精以及以這2支香精為配料的產品.

1.2 儀器

1.3 方法

分析不同貯藏期香精及對應產品氣味信息相關性，需將不同貯藏期香精和對應產品氣味信息數據建立在同一個模型中，所以首先需確定錄入方法，使電子鼻可以區分這些樣品.

確定錄入方法時，以其中任一種香精為實驗樣品，將香精在特制的小瓶中配置成不同濃度梯度的水溶液，用瓶蓋密閉，之后用電子鼻進行數據錄入，錄入時將小瓶與氣體循環裝置相連.

錄入方法確定后，將在常溫條件下貯存的香精和產品每隔15天按照所得的錄入方法進行氣味信息錄入，分析香精和產品在3個月中的變化及相關性情況.

1.4 數據分析

用線性判別式分析(linear discriminant analysis，LDA)對實驗數據進行分析.

2 結果與分析

2.1 電子鼻測定香精參數

2.1.1 不同測定參數對測定結果的影響

2.1.1.1 香精溫度對香精區分度的影響

在清洗時間為400 s，測定時間為100 s，香精體積分數為1%時，分別選擇香精溫度為15，25，35，45，55℃對香精進行測定，結果見圖1.

圖1 香精溫度對香精區分度的影響Fig.1 Impact of flavor temperature to flavor discrimination

從圖1可知，香精溫度在25℃時，香精區分度最好，這可能是因為如果香精溫度太低，香精中的芳香物質難以揮發，測定結果就會不理想;如果加熱溫度太高，會產生大量水蒸氣，而電子鼻作用原理是傳感器上陣列與氣體物質分子反應后，經過一系列物理、化學變化產生電信號，電信號經電子線路放大并轉換成數字信號輸入計算機中，大量水蒸氣的產生，會直接影響傳感器與氣體物質分子反應(嚴重時會損壞傳感器)，從而影響最終判定結果.

4.1.1 實施“亮證經營”制度，在超市顯著位置設置食品安全信息公示欄，公示以下信息：食品經營許可證和營業執照；全部食品經營人員的健康檢查證明（原件、復印件或者電子版）；門店負責人和食品安全管理員的照片、姓名、培訓證明（原件、復印件或者電子版）。

2.1.1.2 清洗時間對香精區分度的影響

在香精溫度為25℃，測定時間為100 s，香精體積分數1%時，分別選擇清洗時間為300，400，500，600，700 s對香精進行測定，結果見圖2.

圖2 清洗時間對香精區分度的影響Fig.2 Impact of cleaning time to flavor discrimination

從圖2可知，清洗時間為500 s以上時，香精的區分度較好，這可能是因為如果清洗時間較短，附著在傳感器上香精氣味分子就無法完全被清洗掉，會影響下個測試香精的測定結果.從圖2還可以看出，清洗時間為500，600，700 s時，香精區分度都相差無幾，即相同條件下，清洗500，600，700 s的效果一樣，但如果清洗時間太長，會造成時間的浪費、儀器的損耗，因此要選擇適當的清洗時間.由于不同的香精對傳感器的附著能力不同，因此如果當清洗到500 s時，儀器所顯示的雷達圖仍不飽滿，需要延長清洗時間.

2.1.1.3 測定時間對香精區分度的影響

在香精溫度為25℃，清洗時間為500 s，香精體積分數1%時，分別選擇測定時間為60，80，100，120，140 s對香精進行測定，結果見圖3.

圖3 測定時間對香精區分度的影響Fig.3 Impact of measuring time to flavor discrimination

從圖3可以看出，測定時間為100，120，140 s時，香精的區分度較好，這可能是因為如果測定時間較短，電子鼻所繪制的曲線還不穩定，無法全面正確地反映香精的所有香味特征.從圖3還可以看出，測定時間為100，120，140 s時，香精區分度都相差無幾，即相同條件下，測定100，120，140 s的效果一樣，但如果測定時間太長，會造成時間的浪費、儀器的損耗，因此要選擇適當的測定時間.

2.1.1.4 香精濃度對香精區分度的影響

在香精溫度為25℃，清洗時間為500 s，測樣時間為100 s時，分別選擇香精體積分數為0.50%，0.75%，1.00%，1.25%對香精進行測定，結果見圖4.

從圖4可以看出，當香精體積分數為1.00%時，香精的區分度最好，這可能是因為當香精濃度低時，電子鼻不能夠充分接觸到芳香成分，難以對香精進行區分;當香精濃度高時，濃烈的氣味會影響傳感器的判斷，因此香精的區分度也會較差.

圖4 香精濃度對香精區分度的影響Fig.4 Impact of flavor concentration to flavor discrimination

2.1.2 電子鼻測定參數的優化

根據單因素實驗結果，選擇香精溫度(A)、清洗時間(B)、測樣時間(C)、香精體積分數(D)4個因素，每個因素確定4個水平，進行L16(44)正交試驗.正交試驗因素水平表及電子鼻測定條件正交試驗結果見表1、表2.

表1 正交試驗因素水平表Tab.1 Orthogonal factor level table

從表2中級差R的大小可以看出，各因素對香精測定結果的影響由大到小依次為:香精溫度＞測樣時間＞清洗時間＞香精體積分數.

從香精區分度分析可知，按照因素的最好水平選取為A2B2C2D3，即香精溫度為25℃，清洗時間為500 s，測樣時間為100 s，香精體積分數1%是測定香精的最優組合.

測定產品信息時，通過實驗可知產品直接錄入即可實現良好區分度，所以不對產品進行稀釋，其他參數與香精相同.

2.2 電子鼻分析不同貯存期的香精及相應產品氣味信息

不同貯存期的香精及相應產品氣味信息結果如圖5、圖6.從圖中可以看出，香精和產品常溫放置90 d過程中整體氣味不斷發生改變，并且電子鼻能夠辨別這種變化，將不同貯存期的香精和產品有效地進行區分.

表2 電子鼻測定條件正交試驗結果Tab.2 Results of orthogonal test for electronic nose determination conditions

從整體實驗結果來看，香精1和產品1整體氣味變化相關性表現為，香精1常溫放置90 d過程中變化程度小于產品1，前45 d產品1和香精1的氣味變化程度明顯不同，表現為產品氣味變化明顯快于香精氣味變化，這可能是產品中其他物質氣味改變較大引起.

從整體實驗結果來看，香精2和產品2整體氣味變化相關性表現為，香精2常溫放置90 d過程中變化程度小于產品2，前15 d香精2和產品2的氣味變化程度均較小，15 d到90 d過程中兩者氣味變化程度均加大，產品變化程度快于香精變化程度，這可能是產品中其他物質氣味改變較大引起.

圖5 不同貯存時間的香精1產品1的氣味分布Fig.5 Different storage time smell distribution of flavor 1 and products 1

圖6 不同貯存時間的香精2產品2的氣味分布Fig.6 Different storage time smell distribution of flavor 2 and products2

香精1在10 d和90 d的氣味信息區分不明顯，香精2在30 d和90 d的氣味信息有重疊現象，這可能是由于香精為了保持其體系的相對穩定性，內部不斷發生聚合和分解反應，而在貯存過程中測定其氣味，就會產生氣味循環變化的現象.

3 結論

1)在選定的錄入條件下，電子鼻可以區分香精及對應產品在貯藏過程中氣味信息的變化，并對其進行追蹤分析.

2)對2支香精及對應產品的氣味變化進行了追蹤，由兩者常溫下貯藏90 d過程中的氣味變化信息可知，2種產品變化程度均快于香精變化程度，其中產品1前45 d氣味變化明顯快于香精1，香精2和產品2前15 d的氣味變化程度均較小，15 d到90 d過程中兩者氣味變化程度均加大，產品變化程度快于香精變化程度.

［1］Gardner J W，Bart lett P N.A briefhist ry of electronic nose［J］.Sensors and Actuators B，1994，18(19):211-220.

［2］于勇，王俊，周鳴.電子鼻的研究發展及其在農產品加工中的應用［J］.浙江大學學報:農業與生命科學版，2003，29(5):579-584.

［3］劉亭利，胡國清.電子鼻的應用綜述［J］.傳感器世界，2007(8):6-10.

［4］劉志東，郭本恒，王蔭愉，等.電子鼻在乳品工業中的應用［J］.食品與發酵工業，2007，33(2):102-107.

［5］吳守一，鄒小波.電子鼻在食品行業中的應用研究進展［J］.江蘇理工大學學報:自然科學板，2000，21(6):13-17.

［6］周亦斌，王俊.電子鼻在食品感官檢測中的應用進展［J］.食品與發酵工業，2004，30(2):129-132.

［7］賈宗艷，任發政，鄭麗敏.電子鼻技術及在乳制品中的應用研究進展［J］.中國乳品工業，2006，34(4):35-38.

(責任編輯:檀彩蓮)

Application of Electronic Nose in Analyzing Correlation Between Flavors and Odor of Products

HAN Li-ying， BAI Xue， KANG Xiao-hong， SHENG Qing-hai
(Inner Mongolia MENGNIU Dairy(Group)Co.Ltd，Huhhot 011500，China)

The electronic nose input methods of fragrance and product odor information was optimized.The flavor and the odor information changes of the corresponding products during the storage could be distinguished using this input method.Two flavors and products odor changes during the storage were tract using electronic nose，and the correlation between flavors and the corresponding products odor change during storage was analyzed.

electronic nose;input method;odor changes;correlation

TS202.3

A

1671-1513(2011)01-0042-05

2010-12-10

韓利英，女，研發員，碩士，主要從事乳品感官及工藝學方面的研究;

生慶海，男，教授級高工，博士，主要從事乳制品的研發與管理工作.通訊作者.