基于電子鼻對花椒油生產環節品質控制的研究

肖 嵐 孫俊秀 谷學權 熊敏 幸勇 唐英明 范文教

（四川旅游學院1，成都 610100）

（四川五豐黎紅食品有限公司2，漢源 625014）

基于電子鼻對花椒油生產環節品質控制的研究

肖 嵐1孫俊秀1谷學權2熊敏1幸勇2唐英明1范文教1

（四川旅游學院1，成都 610100）

（四川五豐黎紅食品有限公司2，漢源 625014）

利用電子鼻系統分析了不同干鮮花椒油配比、不同來源菜籽油以及不同批次生產的成品花椒油氣味的變化。結果發現：主成分分析（PCA）、判別因子分析（DFA）能夠識別出不同處理條件下成品花椒油氣味的變化，且不同處理條件下成品花椒油在氣味上存在顯著差異；統計質量控制分析（SQC）能夠對標準樣品和不同處理條件下成品花椒油樣品進行區分，實現利用標準樣品對未知樣品進行質量控制。因此，利用電子鼻系統對成品花椒油生產環節品質控制是可行的。

電子鼻 花椒油 品質控制 主成分分析 判別因子分析 統計質量控制分析

花椒油質量的穩定性（即香氣和麻味穩定）、生產成本和產量是花椒油生產企業最為關注的3個方面。目前，花椒油的生產方法主要有植物油浸提［1－3］、有機溶劑浸提［4－6］、超臨界 CO2萃取［7－10］等方法，經比較發現，有機溶劑浸提法效率低、易造成溶劑殘留，不適合用于食品加工；超臨界CO2萃取法提取效率較高［11－12］，但成本較高，多用于實驗室應用研究；植物油浸提法既可以有效地提取花椒風味成分，又能保持花椒獨特的風味，且生產成本低、產量高、可操作性強，因此目前市場上出售的花椒油大多采用此法進行生產。影響植物油浸提效果的因素較多，如花椒粉碎后的粒度、浸提時間、浸提溫度、螺旋攪拌速度、植物油與花椒粒的比例等，對花椒油的品質和生產效率有很大的影響［13］，因此，目前大多數研究集中在浸提工藝參數的優化環節，而對于花椒油生產原料穩定性（即植物油品質穩定性、花椒原料品質穩定性）、浸提工藝穩定性（即每一批次花椒粉碎后的粒度、浸提溫度、浸提時間、螺旋攪拌速度）、干鮮花椒油配比等環節對成品花椒油品質影響的研究報道相對較少。

電子鼻是一種電化學傳感器，能夠感知和識別氣味，為花椒油生產環節的質量控制和氣味檢測提供快速準確的結果。該技術在國外食品和香精香料生產企業已廣泛應用［14－17］，而在國內食品生產企業的應用則剛剛起步［18－21］。因此，本研究以漢源花椒油為研究對象，采用電子鼻檢測技術，考察浸提用菜籽油、干鮮花椒油配比對花椒油香氣的影響以及不同生產批次花椒油產品質量的穩定性，以期為花椒油生產環節的品質控制提供試驗數據支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

鮮花椒油、干花椒油、各批次成品花椒油、成品花椒油標準品，四川五豐黎紅食品有限公司。樣品信息如表1。

表1 成品花椒油樣品

1.2 主要儀器

AUW－D半微量分析天平：日本島津公司；FOX4000電子鼻：法國 Alpha MOS公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 花椒油的制備

花椒油生產企業［22］通常將花椒和菜籽油粉碎后浸提而得到花椒風味成分及其混合油液。其加工工藝流程如圖1所示。

圖1 花椒油生產工藝流程圖

1.3.2 樣品分析參數

將每個花椒油樣品稱取0.2 g分別置于10 mL頂空瓶中，每個樣品制備4個，加蓋密封待檢。

樣品的檢測參數為：載氣（合成干燥空氣）流速為150 mL／min，頂空產生溫度為50℃，頂空產生時間為600 s，進樣速度為2.5 mL／s，進樣體積為0.5 mL，數據采集時間為120 s，延滯時間為300 s。

1.3.3 電子鼻傳感器數據采集

采用FOX4000電子鼻檢測裝置，在室溫下進行檢測，檢測前對電子鼻檢測裝置進行初始化、校準，以確保收集到的數據的可靠性和穩定性。在檢測每一個樣品時傳感器的采集時間為120 s；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。

1.3.4 數據處理與分析方法

根據傳感器采集的相應信號進行統計學分析，包括判別因子分析（Discriminant Factor Analysis，DFA）、主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）和統計質量控制分析（Statistical Quality Control，SQC）。由于篇幅原因，本研究將根據數據分析的需要，列舉出部分樣品的傳感器信號強度圖、雷達圖、PCA分析圖、DFA分析圖。

2 結果與分析

2.1 不同鮮干花椒油配比對成品花椒油氣味的影響

如圖2所示，1號樣品在18個不同傳感器上的響應強度不同，這說明不同傳感器對同一花椒油樣品的不同氣味成分具有不同的敏感程度。由于篇幅原因，僅列舉1號花椒油樣品的傳感器信號圖。對同一花椒油樣品在不同傳感器下的傳感器信號強度存在顯著差異；同時，不同花椒油樣品在同一傳感器下的傳感器信號強度存在著顯著差異。因此，通過對比在不同傳感器上響應值的差異，可以明顯區分不同鮮干花椒油配比生產的成品花椒油樣品，說明利用電子鼻測定不同鮮干花椒油配比的成品花椒油是可行的。

圖2 1號花椒油樣品的傳感器信號強度圖

圖3為不同鮮干花椒油配比下的成品花椒油判別因子分析分布圖，判別因子1的貢獻率為90.682%，判別因子2的貢獻率為6.009%，累計貢獻率為96.691%，因此，這2個主成分足以代表樣品的主要信息特征。從圖3可見，不同的樣品在判別因子分析分布圖中有不同的聚類分布，樣品間的區分十分顯著。因此，電子鼻的判別因子分析完全可以識別出不同鮮干花椒油配比下的成品花椒油。

圖3 不同鮮干花椒油調配比下的成品花椒油判別因子分析分布圖

以四川五豐黎紅食品有限公司提供的成品花椒油標準品為標準建立統計質量控制分析圖，對不同鮮干花椒油配比下的成品花椒油樣品進行SQC分析，結果見圖4。1、3、4號花椒油樣品處于6號標準品可波動區間以外，說明1、3、4號花椒油樣品與6號標準品在氣味上存在差異，且1號樣品與6號標準品的距離較大，即1號樣品與6號標準品在氣味上的差異更顯著；2號樣品部分處于6號標準品區域以內，對2號樣品的判別效果不理想，即2號樣品與6號標準樣品在氣味上的的差異不顯著。這可能是因為試驗樣品較少而導致模型準確度下降，在進一步試驗中可通過增加樣本量來對SQC模型進行優化。

圖4 不同鮮干花椒油調配比下的成品花椒油統計質量控制分析圖

2.2 不同來源菜籽油對成品花椒油樣品氣味的影響

為了更直觀的將不同花椒油樣品的信號強度進行對比分析，將電子鼻的18根不同傳感器下的響應強度峰值平均分布在圓周上，并描點成一個雷達指紋圖譜，如圖5所示。從雷達圖中可以直觀地看出，同一花椒油樣品在不同傳感器下的傳感器信號強度存在顯著差異；同時，不同花椒油樣品在同一傳感器下的傳感器信號強度存在著顯著差異；不同花椒樣品之間的差異主要表現在 P30／1、P40／2、P30／2、LY2／AA、LY2／GH這5根傳感器上，因此這5根傳感器可以作為花椒油樣品差異判斷的特征傳感器。

圖5 不同來源菜籽油生產的成品花椒油雷達圖

由圖6可知，主成分1的貢獻率為97.693%，主成分2的貢獻率為2.091%，累計貢獻率99.784%，足以充分反映花椒油樣品特征性信息。圖6中2個不同樣品分別聚集在PCA圖的不同區域，且相互之間能夠較好地區分，識別指數達到94，表明區分有效；說明不同來源菜籽油對成品花椒油樣品氣味的影響非常顯著，2種花椒油樣品在氣味上存在顯著差異。

圖6 不同來源菜籽油生產的成品花椒油主成分分析分布圖

通過判別因子分析，如圖7，判別因子1的貢獻率為100%，2個不同的樣品在DFA圖中有不同的聚類分布，樣品間的區分程度比PCA更好，2個樣品間的差異性更加顯著。因此，試驗數據完全符合使同類樣品間的差異性盡量縮小，不同類樣品間差異盡量擴大，從而使各類樣品能夠更好區分的DAF分析法原則。

圖7 不同來源菜籽油生產的成品花椒油判別因子分析分布圖

2.3 不同生產批次對成品花椒油氣味的影響

通過主成分分析可以看出，主成分1的貢獻率為96.102%，主成分2的貢獻率為2.758%，累計貢獻率98.96%，足以充分反映花椒油樣品特征性信息。圖8中4個不同樣品未發生重疊，表明相互之間能夠較好地區分，識別指數達到81，說明不同生產批次的成品花椒油在氣味上存在明顯差異。

圖8 不同生產批次下的成品花椒油主成分分析分布圖

圖9為不同生產批次下成品花椒油判別因子分析分布圖，判別因子1的貢獻率為95.803%，判別因子2的貢獻率為3.798%，累計貢獻率為99.601%，這2個主成分足以代表樣品的主要信息特征。不同樣品在DFA圖中有不同的聚類分布，6、7號花椒油樣品具有很好的聚類性（X坐標軸距離），8、9號花椒油樣品具有很好的聚類性（X坐標軸距離），這說明8、9號花椒油樣品在氣味上較為接近，6、7號花椒油樣品在氣味上較為接近，即7號花椒油樣品在氣味上與花椒油標準品更為接近。

圖9 不同生產批次下的成品花椒油判別因子分析分布圖

以四川五豐黎紅食品有限公司提供的成品花椒油標準品為標準建立統計質量控制分析圖，對不同生產批次下成品花椒油樣品進行SQC分析，如圖10。7、8、9號花椒油樣品處于6號標準品可波動區間以外，說明7、8、9號花椒油樣品與6號標準品在氣味上存在差異，這證明SQC模型可用于區分不同批次下花椒油樣品；且8、9號樣品與6號標準品的距離較大，即8、9號樣品與6號標準品在氣味上的差異更顯著。

圖10 不同生產批次下的成品花椒油統計質量控制分析圖

3 結論與展望

試驗結果證明，利用電子鼻主成分分析、判別因子分析和統計質量控制分析是能夠識別出不同菜籽油、不同生產批次以及不同干鮮花椒油配比生產的成品花椒油，在利用電子鼻檢測不同生產批次成品花椒油時，發現采用同一原料、相同配方和生產工藝的不同批次成品花椒油氣味上存在差異，說明成品花椒油的質量并不穩定，這可能是由于生產環節中浸提溫度的波動、花椒粉碎的均一性、螺旋攪拌速度、過濾等原因導致的。通過電子鼻的檢測發現不同來源菜籽油對成品花椒油的氣味有顯著影響，可能由于不同企業的菜籽油原料、生產工藝、勾調配方、質量等級差異所造成［23］；此外，菜籽油在加熱過程中發生的氧化、聚合、裂解和水解等一系列反應，也會導致菜籽油氣味（揮發性成分）的變化［24］。不同干鮮花椒油配比也會導致成品花椒油在氣味上的差異，不同干鮮花椒油配比不僅影響成品花椒油的香氣，而且還將影響企業的生產成本、生產量。

目前，關于不同有機溶劑在萃取花椒風味物質時對其風味影響的研究報道較多，而關于不同植物油在浸提花椒風味物質時對其風味影響的研究報道相對較少。因此，需要進一步深入研究菜籽油在浸提花椒風味物質時其氣味的變化以及對成品花椒油氣味的影響，以便通過建立統計質量控制分析，實現快速、準確的對產品質量進行監控。電子鼻作為一種宏觀的區分方法，具有一定局限性，若想進一步分析不同處理條件對成品花椒油氣味成分的影響，可以結合GC－MS等儀器進行分析，此外相關設備廠家應加大研發，提高花椒油生產設備的智能化控制、自動化程度、專業化和人性化。花椒油生產企業應根據自身情況和產品定位在花椒油的香氣質量、生產成本、產量之間進行平衡，將感官評價和電子鼻技術相結合，建立適合本企業的統計質量控制分析流程，從而快速、準確的對生產環節成品花椒油質量進行監控。

［1］羅靜，邢雅閣，車振明，等.花椒油生產及其貨架期麻味物質變化研究［J］.中國調味品，2013，38（8）：22－25

［2］趙志峰.漢源花椒風味物質研究及花椒油生產工藝優化［D］.成都：四川大學，2005

［3］趙全，董繼生.花椒油萃取回流工藝的研究［J］.中國調味品，2006（8）：8－11

［4］李蘭青子.花椒有效成分的提取［J］.天津化工，2005（5）：45－46

［5］張雪松，朱媛.乙醇法提取花椒油樹脂的研究［J］.食品與生物技術學報，2008（2）：75－77

［6］曹雁平，郝長春，任怡，等.花椒油樹脂的低強度多頻超聲浸取特性研究［J］.食品與發酵工業，2006（3）：99－102

［7］陳雪峰，羅倉學，劉愛香，等.超臨界CO2萃取花椒油的工藝研究［J］.食品科學，2002（3）：84－86

［8］牟淑杰，鄧書平.正交方法萃取花椒油優化工藝研究［J］.江西農業學，2010（6）：123－125

［9］鄧書平.超臨界CO2流體萃取花椒油優化工藝研究［J］.陜西農業科學，2010（4）：46－48

［10］張慧，楊東元，孫林濤，等.超臨界CO2法制備食用調味花椒油的工藝［J］.糧食科技與經濟，2009（4）：51－52

［11］余德順，秦軍，呂晴，等.超臨界CO2萃取花椒揮發油及化學組分研究［J］.貴州師范大學學報，2003，21（1）：1－3

［12］劉雄，闞建全，付陳梅，等.花椒麻味成分的提取與分離技術［J］.食品與發酵工業，2004（9）：114－115

［13］歐陽玉祝，麻成金，余艷華，等.提取條件對花椒油性能的影響［J］.食品研究與開發，2007（1）：19－22

［14］Vestergaard J S，Martens M，Turkki P.Application of anelectronic nose system for prediction of sensory qualitychanges of a meat product（pizza topping）during storage［J］.LWT－Food Science and Technology，2007，40（6）：1095－1101

［15］TAN T，Lucas Q，MOY L，et al.The electronic nose－a new instrumentfor sensing vapours［J］.LC－GC International，1995，8：218－225

［16］Netale C，Macagnano，et al.Electronic nose and sensorial analysis：comparison of performances in selected case［J］.Sensor and Actuators B，1998，50（2）：246－252

［17］Dutta R，Hines E L，Gardner J W，et al.Tea quality prediction using a tin oxide－based electronic nose：an artificial intelligence approach［J］.Sensors and Actuators B94，2003：228－237

［18］鄭福平，寧洪良，鄭景洲.電子鼻對花椒精油的辨別研究［J］.北京工商大學學報：自然科學版，2010（4）：9－15

［19］熊敏，肖嵐，谷學權，等.利用電子鼻評價花椒調味料對椒麻雞風味的影響［J］.食品科學，2010（11）：435－438

［20］辛松林，閻紅，彭德川.電子鼻對市售花椒油商品的鑒別［J］.食品工業科技，2010（9）：346－351

［21］彭德川，閻紅.辛松林.電子鼻技術對紅花椒粉感觀品質的快速分析［J］.現代食品科技，2010（9）：1018－1019

［22］劉仕林，何學云.一種花椒油的生產設備：中國，ZL 03117388.8［P］.2006－05－10

［23］克力比努爾·吾守爾，田曉靜，張露平，等.電子鼻技術在橄欖油分析中的應用［J］.中國油脂，2013，38（4）：94－97

［24］李靖，王成濤，劉國榮，等.電子鼻快速檢測煎炸油品質［J］.食品科學，2013，34（8）：236－239.

Quality Control of Pepper Oil During the Producing Process by Electronic Nose

Xiao Lan1Sun Junxiu1Gu Xuequan2Xiong Min1Xing Yong2Tang Yingming1Fan Wenjiao1

（Sichuan Tourism University1，Chengdu 610100）（Sichuan Wufeng Lihong Food Co.，Ltd.2，Hanyuan 625302）

Electronic nose has been utilized to analyze the alteration of odor extracted from Sichuan pepper oil which is produced by different fresh／dry Sichuan pepper oil proportion，colza oil and production date.The results showed that the principal component analysis（PCA）and the discriminant factor analysis（DFA）could distinguish the alteration of odor extracted from Sichuan pepper oil of different disposal；there was significant deviation in odor among Sichuan pepper oil of different disposal；the statistical quality control（SQC）could distinguish standard sample and experiment samples of Sichuan pepper oil of different disposal to realize quality control of unknown sample.It is feasible to be a help for the application of electronic nose to quality control of Sichuan pepper oil during annual ring.

electronic nose，pepper oil，quality control，principal component analysis，discriminant factor analysis，statistical quality control

TS224

A

1003－0174（2015）04－0107－05

四川省哲學社會科學重點研究基地——川菜發展研究中心項目（CC12Z01）

2013－12－06

肖嵐，女，1981年出生，博士，食品加工與安全

孫俊秀，女，1963年出生，教授，食品加工與烹飪原料