電子鼻用于刺梨汁整體風(fēng)味的分析與評(píng)價(jià)

周 志，朱玉昌，程 超，陳根洪，馬 瓊，潘思軼

(1．湖北民族學(xué)院 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 恩施445000;2．生物資源保護(hù)與利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室( 湖北民族學(xué)院) ，湖北 恩施445000;3．華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢430070)

刺梨(Rosa roxburghiiTratt)系薔薇科薔薇屬落葉灌木植物，別名繅絲花、賽哇(西藏)、刺梨子、野石榴(陜西)［1］、刺果兒和蜂糖果(鄂西)［2］等．湖北省宣恩縣野生刺梨果汁中含有豐富的游離態(tài)和O-糖苷鍵合態(tài)香氣物質(zhì)［3］．

香氣分析的內(nèi)容包括總體香味的評(píng)價(jià)和有貢獻(xiàn)的關(guān)鍵香味成分的鑒定兩方面．而目前在氣味測(cè)量和評(píng)價(jià)方面，氣相色譜-嗅覺(jué)探測(cè)儀(gas chromatography and olfactometry，GC-O)和電子鼻(electronic nose)兩種新技術(shù)受到人們的青睞．GC-O 技術(shù)是利用人的鼻子嗅聞經(jīng)氣相色譜柱分離后的各個(gè)餾分，以檢測(cè)香味樣品的氣味組成的方法．目前用于客觀性評(píng)價(jià)并判斷單一香味組分的感官貢獻(xiàn)的檢測(cè)技術(shù)主要有三種［4］，即時(shí)間-強(qiáng)度法(time-intensity methods)、檢測(cè)頻率法(detection frequency method，DF)和稀釋法(dilution methods)．

電子鼻的檢測(cè)限可達(dá)10-9，對(duì)氣味的敏感性很強(qiáng)．它具有響應(yīng)時(shí)間短、檢測(cè)速度快、樣品無(wú)需前處理等優(yōu)點(diǎn)，在化工、食品、環(huán)境、醫(yī)藥等許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用．Schweizer-berberich 等［5］采用8 個(gè)氣體傳感器對(duì)魚(yú)的新鮮度變化進(jìn)行研究，通過(guò)主成分分析(principal component analysis，PCA)，得出魚(yú)的新鮮度與其貯藏時(shí)間存在明顯相關(guān)性．電子鼻通過(guò)對(duì)“指紋”信息的把握，不僅能很好的區(qū)分產(chǎn)地不同的葡萄酒［6］，而且能鑒別出紅酒和白葡萄酒［7］．Guadarrama 等［8］采用6 個(gè)導(dǎo)電高分子傳感器陣列，對(duì)2 個(gè)西班牙紅葡萄酒、1 個(gè)白葡萄酒、純水和稀釋的酒精樣品共5 個(gè)測(cè)試樣品識(shí)別，采用PCA 分析結(jié)果顯示，電子鼻可很好地區(qū)分5 個(gè)測(cè)試樣品，其識(shí)別能力與氣相色譜分析的結(jié)果一致．

在食品品質(zhì)感官鑒評(píng)中，一般需要對(duì)感官評(píng)價(jià)人員進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)后再對(duì)食品品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，或通過(guò)GC-O技術(shù)進(jìn)行感官描述．但是，這些方法往往主觀性強(qiáng)、重復(fù)性差，且人的鼻子對(duì)氣味具有適應(yīng)性，容易出現(xiàn)嗅覺(jué)疲勞而影響分析結(jié)果．隨著食品品控技術(shù)的要求不斷提高，食品品質(zhì)評(píng)價(jià)方面需要一種客觀、快速、重復(fù)性好、自動(dòng)化程度高及無(wú)損檢測(cè)的技術(shù)來(lái)評(píng)估食品的風(fēng)味．本研究采用Alpha MOS 公司生產(chǎn)的FOX4000 型氣味指紋分析儀對(duì)不同成熟度、不同冷藏期和不同濃度的刺梨果汁進(jìn)行風(fēng)味識(shí)別，并探討電子鼻對(duì)未知刺梨果汁樣品的體積分?jǐn)?shù)判定能力，為今后刺梨在收購(gòu)、貯藏、加工和流通過(guò)程中的品質(zhì)控制及其產(chǎn)品摻假鑒偽方面提供一定的理論和實(shí)踐依據(jù)．

1 材料與方法

1．1 試驗(yàn)材料

1．1．1 試驗(yàn)原料 刺梨，產(chǎn)于湖北省恩施市盛家壩鎮(zhèn)高山處野生種，選取樹(shù)勢(shì)健壯、生長(zhǎng)結(jié)果正常的果樹(shù)取果;皇冠梨，購(gòu)于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)中百超市．

1．1．2 主要儀器 SL280A 型榨汁機(jī)(浙江蘇泊爾炊具股份有限公司);TDL-5-A 型離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠);聚四氟乙烯/硅橡膠隔墊(美國(guó)Agilent 公司)．FOX4000 型氣味指紋分析儀(電子鼻)、自動(dòng)進(jìn)樣器HS100 和αSOFTV12 軟件(法國(guó)Alpha MOS 公司)．氣體傳感器均為金屬氧化物傳感器，Sensor chamber 1 中傳感器分別為:LY/LG，LY/G，LY/AA，LY/GH，LY/gCTL，LY/gCT;Sensor chamber 2 中傳感器分別為:T30/1，P10/1，P10/2，P40/1，T70/2，PA2;Sensor chamber 3 中傳感器分別為:P30/1，P40/2，P30/2，T40/2，T40/1，TA/2．

1．2 試驗(yàn)方法

1．2．1 果汁樣品的制備 刺梨和皇冠梨用榨汁機(jī)取汁，汁液經(jīng)200 目濾布過(guò)濾，4 500 r/min 離心15 min 后備用．

1．2．2 不同成熟度刺梨原汁的鑒別 稱取0．20 g 氯化鈉置于10 mL 的電子鼻專用頂空瓶中，然后移取完熟刺梨原汁、8 成熟刺梨原汁和6 成熟刺梨原汁各1mL 分別裝入，立即用聚四氟乙烯/硅橡膠隔墊密封，置于自動(dòng)進(jìn)樣裝置上分析，每個(gè)樣品重復(fù)4 次．

1．2．3 不同冷藏時(shí)間刺梨原汁的鑒別 稱取0．20 g 氯化鈉置于10 mL 的電子鼻專用頂空瓶中，然后移取在4℃冷藏0、25、50 d 的完熟刺梨原汁各1 mL 分別裝入，立即用聚四氟乙烯/硅橡膠隔墊密封，置于自動(dòng)進(jìn)樣裝置上分析，每個(gè)樣品重復(fù)4 次．

1．2．4 不同體積分?jǐn)?shù)刺梨果汁的鑒別 稱取0．20 g 氯化鈉置于10 mL 的電子鼻專用頂空瓶中，然后移取10%、20%、30%、40%、60%、80%、盲樣1 和盲樣2 的調(diào)配刺梨汁各1 mL 分別裝入，立即用聚四氟乙烯/硅橡膠隔墊密封，置于自動(dòng)進(jìn)樣裝置上分析，每個(gè)樣品重復(fù)4 次．

1．2．5 樣品分析參數(shù) 本實(shí)驗(yàn)采用的分析條件見(jiàn)表1．

1．2．6 樣品的傳感器信號(hào)分析 對(duì)通過(guò)電子鼻獲得的樣品的傳感器信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行分析，每個(gè)樣品重復(fù)4 次．

1．2．7 樣品的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 主成分分析(PCA)和判別因子分析(discriminant factor analysis，DFA)由Alpha FOX 4000 電子鼻配置的αSOFTV12 軟件進(jìn)行．

表1 樣品的檢測(cè)參數(shù)Tab．1 Analysis parameters of samples

2 結(jié)果與分析

2．1 不同成熟度刺梨果原汁的鑒別

不同成熟度刺梨果原汁的主成分分析如圖1 所示．由圖1 可看出，第一主成分PC1 和第二主成分PC2 的貢獻(xiàn)率分別為98．292%和1．306%，兩項(xiàng)累加貢獻(xiàn)率為99．598%．從PCA 分析中可看出，不同成熟度刺梨原汁之間的區(qū)分指數(shù)(discrimination index，DI)值為93，表示區(qū)分有效，說(shuō)明不同成熟度刺梨原汁的整體揮發(fā)性物質(zhì)存在明顯的差異．從DFA 的分析圖2 上可以看出，完熟、8 成熟和6 成熟的刺梨原汁均能較好地區(qū)分．

圖1 不同成熟度刺梨果原汁的主成分分析圖Fig．1 PCA of roxburgh rose raw juice with different maturity

圖2 不同成熟度刺梨果原汁的判別因子分析圖Fig．2 DFA of roxburgh rose raw juice with different maturity

圖3 為不同成熟度刺梨原汁的統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制圖SQC(Statistical Quality Control)．該品質(zhì)控制圖是以完熟刺梨原汁為標(biāo)準(zhǔn)樣品建立的可接受的品質(zhì)范圍區(qū)間．圖3 說(shuō)明，8 成熟和6 成熟刺梨原汁樣品的分析結(jié)果超出完熟樣品的區(qū)間之外，表示8 成熟和6 成熟樣品整體揮發(fā)性物質(zhì)與完熟樣品有較大差異．

圖3 不同成熟度刺梨果原汁的統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制分析圖Fig．3 Statistical quality control chart of roxburgh rose raw juice with different maturity

2．2 不同冷藏期刺梨果原汁的鑒別

由圖4 可看出，第一主成分PC1 和第二主成分PC2 的貢獻(xiàn)率分別為97．92%和1．434%，兩項(xiàng)累加貢獻(xiàn)率為99．354%．從PCA 分析中可看出，4℃下冷藏不同時(shí)間的刺梨原汁之間的區(qū)分指數(shù)DI 值為94，表示區(qū)分有效，說(shuō)明不同冷藏時(shí)間的刺梨原汁在整體揮發(fā)性物質(zhì)方面存在明顯的差異．圖5 為分析不同冷藏時(shí)間的刺梨原汁時(shí)傳感器的雷達(dá)圖譜．圖5 顯示不同冷藏時(shí)間的刺梨原汁樣品的整體氣味在每根傳感器上有差異，表明刺梨果在冷藏過(guò)程中的整體氣味會(huì)發(fā)生變化，且電子鼻可以很好的區(qū)分不同冷藏時(shí)間的刺梨原汁樣品．

圖4 不同冷藏期刺梨果原汁的主成分分析圖Fig．4 PCA of roxburgh rose raw juice with different shelf-life during refrigeration

圖5 不同冷藏期刺梨果原汁的傳感器雷達(dá)圖Fig．5 Sensor radar chart of roxburgh rose raw juice with different shelf-life during refrigeration

2．3 不同體積分?jǐn)?shù)刺梨果汁的鑒別

圖6 為不同體積分?jǐn)?shù)的刺梨果汁樣品的主成分分析圖．由圖6 可看出，第一主成分PC1 和第二主成分PC2 的貢獻(xiàn)率分別為93．416%和5．6%，兩項(xiàng)累加貢獻(xiàn)率為99．016%．從PCA 分析圖中可看出，10%、20%、30%、40%、60%、80%的刺梨果汁氣味之間的區(qū)分指數(shù)DI 值為94，表示區(qū)分有效，說(shuō)明不同體積分?jǐn)?shù)的刺梨果汁在整體氣味方面存在明顯的差異．

從圖6 中還可看出，從右至左，刺梨果汁的體積分?jǐn)?shù)逐漸增加．盲樣1 在10%果汁樣品右側(cè)，盲樣2 位于40%與60%樣品之間．由此可估計(jì)，盲樣1 的體積分?jǐn)?shù)在10%以下，盲樣2 的體積分?jǐn)?shù)在40%與60%之間．圖7 是以10%、20%、30%、40%、60%、80%刺梨果汁樣品建立的線性擬合的定量曲線，相關(guān)系數(shù)R2為0．999 6，說(shuō)明不同體積分?jǐn)?shù)刺梨果汁的整體氣味具有良好的線性關(guān)系．由表2 可知，體積分?jǐn)?shù)為7%和55%的刺梨汁盲樣，經(jīng)線性擬合曲線判別的結(jié)果分別為7．35%和55．61%，相對(duì)偏差未超過(guò)5%．這表明體積分?jǐn)?shù)不同的刺梨果汁經(jīng)電子鼻對(duì)其整體氣味進(jìn)行識(shí)別后，可較精確地判定刺梨果汁的體積分?jǐn)?shù)．

圖6 不同體積分?jǐn)?shù)刺梨原汁的主成分分析圖Fig．6 PCA of roxburgh rose raw juice with different concentration

圖7 不同體積分?jǐn)?shù)刺梨汁線性擬合曲線Fig．7 Linear fitting curve of roxburgh rose juice with different concentration

表2 未知體積分?jǐn)?shù)刺梨汁樣品判別結(jié)果Tab．2 Estimation of roxburgh rose juice with unknown concentration

3 結(jié)論

1)氣味指紋分析儀(電子鼻)對(duì)不同成熟度、4℃下(冷藏)不同貯藏期和不同體積分?jǐn)?shù)刺梨果汁的整體氣味進(jìn)行風(fēng)味識(shí)別，經(jīng)主成分統(tǒng)計(jì)分析表明，不同成熟度、不同貯藏期和不同體積分?jǐn)?shù)刺梨果汁之間的區(qū)分指數(shù)DI 值均為≥93，說(shuō)明電子鼻能準(zhǔn)確識(shí)別和區(qū)分不同成熟度、不同貯藏期和不同體積分?jǐn)?shù)刺梨果汁的整體氣味．

2)以10%、20%、30%、40%、60%、80%刺梨果汁樣品建立線性擬合的定量曲線，經(jīng)氣味指紋分析儀(電子鼻)識(shí)別得出其相關(guān)系數(shù)R2為0．999 6，說(shuō)明電子鼻用于識(shí)別不同體積分?jǐn)?shù)刺梨果汁的整體氣味具有良好的線性關(guān)系，電子鼻通過(guò)對(duì)刺梨果汁整體氣味的識(shí)別能較精確地判定刺梨果汁的體積分?jǐn)?shù)．

3)電子鼻可應(yīng)用于刺梨果在收購(gòu)、貯藏、加工和流通過(guò)程中整體氣味的在線檢測(cè)，為刺梨果貯藏及其制品加工過(guò)程中的品質(zhì)調(diào)控及其產(chǎn)品鑒偽方面提供了新方法．

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