肉品中气味、风味检测方案(感官智能分析)

维普资讯 http：//www.cqvip.comn肉类研究 电子鼻及其在肉品检测中的应用 张楠角翁江来马长伟 (中国农业大学食品科学与营养工程学院北京 100083) 摘 要 本文介绍了电子鼻的基本原理和组成。探讨了电子鼻在肉品质量评价、、等级判定、成熟期判断、、类别识别、生产过程检测与控制方面的应用。 关键词 电子鼻 气体传感器阵列 肉品 检测 Research on Electronic Nose and Its Application in Meat Inspection Abstract This paper describe the principle and constitution of electronic nose. The application of electronicfor meat quality appraisement， grade assessment， maturation judgment， classification recognition andprocess monitor and control were discussed. Key words electronic nose； odor sensor array； meat product； inspection 在肉品评价过程中，气味是一个很重要的评价指标。气味是挥发性的风味物质刺激鼻腔嗅觉感受器而产生。在传统的肉品评价过程中，鼻子仍是判断气味的主要手段。但是，这种方法主观性强、重复性搓，同时，人的鼻子对气味具有适应性，容易出现疲劳而影响分析结果(聂雪梅等，2004)。目前，人们开始使用常规的气体分析设备，如气相色谱-质谱(GC/MS)来测定气体成份。这些设备可以测定气味的组成和浓度，但是无法建立它们与嗅觉效果之间的关系。电子鼻就是符合上面的要求在20世纪90年代发展起来的一种分析、识别和检测复杂嗅味和挥发性成份的仪器。 电子鼻组成及其原理 电子鼻是由性能彼此重叠的多个化学传感器(简称气体传感器阵列)和适当模式识别方法所组成的装置，具有识别简单和复杂气味的能力(Gardner et al，1994)。电子鼻主要由气味取样操作器、气体传感器阵列和信号处理系统三种功能空间组成(彭军，2003)。其中，，气体传感器阵列是整个系统的基础，阵列可以有多个分立元件 构成，也可以是单片集成的。单个气体传感器对气体的响应可用强度来表示、而气体传感器阵列除了各个传感器的响应外，在全部传感器组成的多维空间中形成响应模式，而这正是电子鼻能对多种气味进行辨识的关键所在。当前仅有4种传感器用于商业上的电子鼻：金属氧化物传感器、金属氧化物半导体场效应管传感器、有机导电聚合物传感器、质量传感器。在食品加工中，最常用的是金属氧化物半导体传感阵列，它是由金属氧化物半导体气敏传感器组成。电子鼻的组成如图1所示。 电子鼻识别的主要机理是在阵列中的每个传感器对被测气体都有不同的灵敏度，从而整个传感器阵列对不同气体产生不同的信号，信号再被传送到数据处理分析系统，最终通过模式识别实现气体组分分析(高大启等，2001)。其中识别方法主要包括统计模式识别(如线性分类、局部最小方差、主成分分析)和人工神经网络模式识别。 电子鼻的工作可简单归纳为：传感器阵列一信号预处理一神经网络和各种算法一计算机识别(气体定性定量分析)。电子鼻系统原理框图如图2所示。 图1 电子鼻的基本组成 figg1 Basic constitution of electronic nose 图2 电子鼻系统原理图 Fig 2 Schematic principle of an electronic nose 2 电子鼻技术应用 目前食品气味测定方法中用得最多的是气相色谱法 (Gas Chromatography， GC)，气相色谱仪是重要的理化分析仪器，它几乎可用于所有化合物的分离和测定。这些优点使它在各类化学分析中占有十分重要的地位。但它也有不足之处：需要制备和处理样品，选择合适的萃取溶剂以及合适的色谱分离条件，分析时间通常要几十分钟至几小时。而电子鼻则操作快速简单，样品不需要前处理，也不需要任何有机溶剂进行萃取，因此是一项有利于环境保护、不影响操作人员健康的绿色分析技术。 电子鼻应用的范围特别广，例如：在环境空气成份的监测、临床疾病的诊断、化妆品香型的判断、包装质量的评定、食品质量和安全的评价等方面都有应用。尤其在食品方面，国外已经有了商品化的电子鼻，并且发展成为了很重要的装置。电子鼻在食品中的应用领域集中在酒类、茶叶、鱼类和肉类，而肉类领域的研究异常活跃。 3电子鼻在肉品检测中的应用 在肉类工业中，电子鼻主要对肉类食品的挥发气味进行识别和分类，最终对产品进行质量分级和新鲜度判别。根据对象目的不同，，气敏传感器阵列及分析方法也不同。下面具体的介绍电子鼻在肉品检测中的应用状况。 肉品营养丰富是微生物生长良好的培养基，因此易受微生物污染引起腐败变质。1998年Arnold 等人通过电子鼻分析了肉制品加工过程中微生物种类和数量的变化，从而判断肉制品的新鲜程度。Siegmund (1999)， Boothe (2002)等人利用电子鼻研究了鸡肉在保藏过程中挥发性成份的变化，判断了不同的贮藏时间和温度对鸡肉腐败变质的作用程度。Rajamaki (2004) 等用金属氧化物半导体传感器阵列，采用主成份分析、局部最小方差和人工神经网络分析方法对气调包装猪肉的品质进行了分析和评价，并将其实验结果与传统的感官评价、微生物检测以及顶空气相色谱的结果比较。通过比较Rajamaki 等人发现电子鼻检测灵敏度高，结果真实可靠。 3.2在生产线上连续检测中的应用 肉品加工过程中易被微生物和其他的物质污染，因此工厂在加工过程中肉制品的安全卫生控制是关键问题。目前，肉品厂在加工肉制品时，检测的方式是采用定点、定时抽样检测。这种离线、破坏性检测方法耗时长、人力资源要求大、及时性差。因此制造商还是希望能有操作更简单易行的检测器械，进行原位、实时测量。电子鼻为生产线上连续检测提供了快捷的评估方式。Hansen 等人(2005)使用六个金属氧化物传感器组成的电子鼻在线分析肉制品加工中挥发性气体成分变化、评价肉品的质量，同时对环境条件进行监控，最终对产品的质量进行预测和评价。这种检测方式方便、快捷、在问题产生的早期就能检测到，减少了经济的损失。 3.3在判断成熟期中的应用 传统干腌火腿制作过程中要经过一段时间较长的成熟期，【以形成独特的风味和口感。加工中成熟度的判断是一项很重要的内容。2003年，意大利的Taurino 等人用电子鼻分析了意大利干制腊肠在不同贮期的挥发性成分构成，从而判断腊肠的新鲜程度。电子鼻技术不仅可以检测腊肠的类型、分析相同腊肠的不同成熟期、而且还能评估不同性别的猪肉制成的腊肠。同时 Taurino 等人将微生物分析方法结合到电子鼻技术中，利用微生物分析方法鉴别样品的准确性来判断腊肠的不同成熟期，使检测结果更真实可靠。 3.4在检测肉制品掺杂中的应用 在肉制品加工中，原料肉的种类对最终肉制 品的风味影响很大。因为，不同地区的饲养条件、饲养原料以及饲养的品种都会影响到原料肉的各成分组成，对肉制品风味的形成影响很大。通过检测肉制品的气味就可以判断原料肉之间的差别，最终判断肉制品中是否掺杂有其他原料。 2001年， Santos等人用电子鼻分析了伊比利亚火腿。伊比利亚火腿是一种传统火腿，它的原料肉和加工工艺都有严格的限制和要求。伊比利亚火腿中已经确定风味成分70多种， Santos 等人利用电子鼻对其中一些特殊的挥发性物质的含量进行测定。通过主成分分析(PCA)和人工神经网络(ANN)数据分析技术的配合使用，电子鼻可以判断伊比利亚火腿的原料肉种类和成熟时间，从而排除不合格和假的产品。 3.5在肉品等级评定分析中的应用 在传统的等级评定中，人们往往需要测定各项物理指标和化学指标来对肉品有一个综合的评定，需要很多的人力和物力。而对于同一种原料肉来说，不同等级的肉品其气味也是不同的，基于这个原因，1995年 Bourrounet等人用电子鼻对小牛肉进行等级评定和分析。Bourrounet 将小牛肉贮藏起来，根据不同的贮藏时间划分为不同的等级，以此为基础用电子鼻对不同贮期的小牛肉的挥发性成分构成进行判断，依据自组织映射网络 (Self-organizing Map， SOP) 对样品结果进行分析。分析的等级评定结果与贮藏的时间一致。因此，电子鼻将有可能替代传统的等级评定方式。 4结语 电子鼻在肉品评价中是一种非常有发展前景的分析手段。其检测时间短、检测速度快、重复性好、不需要复杂的预处理过程、也不需要专业技术人员进行操作，大大减少了物力和劳动力，尤其对于劳动力成本相对较高的欧美地区可以降低工资支出费用。电子鼻为气味成份的判定提供了快捷廉价的评估。除了操作简便以外，电子鼻还可以完成生产线上原位、实时在线监测。电子鼻将在食品检测与监测方面发挥越来越大的作用。 目前电子鼻技术的应用受到敏感材料、制造工艺、数据处理方法等方面的限制。然而，随着生物芯片(基因芯片、蛋白质芯片、组织芯片、生物传感器芯片)和生物信息学的发展、生物计算机的 出现、生物与仿生材料研究的进步、微细加工技术的提高、纳米技术的应用，电子鼻的功能将逐步增强，它将会具有更高级的智能进行分析判断，应用前景更加广阔。 ( 参考文献 ) ( 1.高大启，杨根兴、电子鼻技术新进展及其应用前 景.传感器技术，2001，20( 9 )：1~5. ) ( 2.聂雪梅等.电子鼻及其在食品领域的应用.传感器技术，2004，23 (10)： 1~3. ) ( 3.彭军，传感器与检测技术.西安电子科技大学出 版社，2003年11月. ) ( 4.Arnold J. W .， Senter S . D. (19 9 8). Use of d ig i tal aromatechnology and SPME G C-MS to compare volatile compounds produced by bacteria i s olated f rom p r ocessed poultry、 Journal ofthe Science of Food and Agricultu r e， 78，343~348. ) ( 5. Boothe. D. D.H.， Arnold J. W . ( 2002). Electronic nose analysis of volatil e compounds from poultry meat s amples， fresh and a fter r efrigerated s torage. Journal o f the S c ience of Food and Agricultu r e， 82，315~322. ) ( 6 . Bourrounet B.， Talou H.， G a set A.， Application o f a multigas sensor device in the m eat i n dustry f o r boar-taint detectio n ， Sensors and A ctuators E B. 1 1995.26~27： 250~254. ) ( 7. Gardner J W ， Bartlett P N . A bri e f history of el e ctronic n ose . S e nsors and Actuators B， 1994，18~19：211~220. ) ( 8. Hansen T.， Petersen M. A .， et a l ， Sensory basedQuality control utilisi n g a n electro n ic n o se and GC-MS analysesto predict end-product qualit y from raw materials . Meat Science，2005： 69：621~634. ) ( 9.Rajamaki T. ， A l akomi H. L.， et al. Application o f an electroni c nose for quality assessment of modified atmosphere packaged p oultry meat. Food contro l ， 2004， 17：5~13. 10.Siegmund， B.， P fannhause. W. (1999). Changes o f t he volatile fraction of c ooked c h icken meat dur i ng chill st o ring： results obtained by the e lectronic n ose i n c omparison to GC- MS and GC o lfactometry. Zeitschrift fur Lebensmittel- Untersuchung und-Fors-chung A ， Food R e search and Technology， 208，336~341. ) ( 11. Santos J. P .， G arcia M.， e t al . Electronic n o se f o rthe identification of p ig f e eding an d rip e ning tim e in Iber i an hams， Meat Science，2004 ， 66：737~732. ) 内类研究) 在肉品评价过程中，气味是一个很重要的评价指标。气味是挥发性的风味物质刺激鼻腔嗅觉感受器而产生。在传统的肉品评价过程中，鼻子仍是判断气味的主要手段。但是，这种方法主观性强、重复性差，同时，人的鼻子对气味具有适应性，容易出现疲劳而影响分析结果(聂雪梅等，2004)。目前，人们开始使用常规的气体分析设备，如气相色谱一质谱(GC／Ms)来测定气体成份。这些设备可以测定气味的组成和浓度，但是无法建立它们与嗅觉效果之间的关系。电子鼻就是符合上面的要求在20世纪90年代发展起来的一种分析、识别和检测复杂嗅味和挥发性成份的仪器。