電子鼻在果蔬及肉類檢測中的應(yīng)用進展

徐 澤

（盤山縣疾病預(yù)防控制中心，遼寧盤錦 124000）

當今社會不斷發(fā)展，人們對食品檢測技術(shù)的要求也不斷提高。目前，電子設(shè)備已被用于描述食品工業(yè)中的化合物，其中電子鼻是一種氣體傳感器陣列，可對特定的揮發(fā)性化合物提供指紋響應(yīng)，可用于模式識別算法[1]。揮發(fā)性分子通常與氣體傳感器的傳感材料發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致電學(xué)相關(guān)特性發(fā)生不可逆的變化，如電導(dǎo)率，并通過模式識別算法檢測、表征這些變化，并進行分類[2]。電子鼻是一種強大的感官設(shè)備，能夠區(qū)分不同基質(zhì)的香氣特征。電子鼻已被應(yīng)用于食品工業(yè)中，可用于描述乳制品的風(fēng)味、品種類型、成熟階段，可預(yù)測乳制品的保質(zhì)期。電子儀器的興起有助于研發(fā)出無損、快速、低成本和環(huán)保測量的新方法[3-5]。本文將探討電子鼻在果蔬及肉類的應(yīng)用，為未來的研究和實際的應(yīng)用提供有益參考。

1 電子鼻

電子鼻是一種傳感設(shè)備，配有一組模仿人類嗅覺感知的電子化學(xué)傳感器，會提供一個數(shù)字指紋，可以使用合適的統(tǒng)計工具進行分析，通常由樣品處理裝置、檢測器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成[6]。電子鼻對肉類樣品的頂空分析是基于整體的“指紋識別”。使用嗅覺測量方法評估食品的質(zhì)量有諸多優(yōu)點，如分析成本低、易于使用、快速、無損、無需初步樣品制備步驟、環(huán)保和數(shù)據(jù)自動處理[7]。金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器常用于電子鼻，具有快速響應(yīng)、高靈敏度、低成本的優(yōu)點。電子鼻是一種在結(jié)構(gòu)和方法上不同于其他方法的系統(tǒng)，如圖像處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在食品的檢測與分類中應(yīng)用效果好[8]。近年來，電子鼻已成為備受歡迎的傳感技術(shù)，能夠取代傳統(tǒng)的電子傳感技術(shù)。電子鼻通過評估樣品頂部空間中特定揮發(fā)性代謝物的存在和含量，實現(xiàn)具有不同香氣特征的食品基質(zhì)的區(qū)分和分類，是一種自動化、無損、成本低和效益高的技術(shù)，適合用于食品工業(yè)的常規(guī)控制、質(zhì)量保證[9-10]。

2 電子鼻在食品中的應(yīng)用

2.1 電子鼻在蔬菜中的應(yīng)用

在種植、收獲、儲存過程中，人們需要判別蔬菜的來源和成熟階段，且蔬菜容易受到機械損傷，感染微生物，這不僅降低了蔬菜品質(zhì)，增加了真菌感染的風(fēng)險，也極大地影響了食品安全，降低了經(jīng)濟效益。因此，判別蔬菜來源和成熟階段，及時識別受損蔬菜，進行快速無損檢測非常必要[11]。蔣鑫妹[12]通過電子鼻研究了天然和人工成熟蘋果的果實品質(zhì)，通過主成分分析、線性判別分析、隨機森林分析對12 個傳感器產(chǎn)生的香氣模式進行處理，平均識別準確率為98%，可以被認為是區(qū)分自然成熟或人工成熟蘋果的最佳算法。蓬桂華等[13]利用電子鼻技術(shù)對辣椒進行風(fēng)味差異區(qū)分，電子鼻技術(shù)能區(qū)分大方皺椒的不同地域風(fēng)味。LI 等[14]使用電子鼻檢測瑪卡樣品的揮發(fā)性和氣味指紋，所有傳感器均與特定的瑪卡揮發(fā)物顯著相關(guān)；使用電子鼻和反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法創(chuàng)建了瑪卡氣味數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫能夠追蹤瑪卡的起源，可預(yù)測性＞78%。HUANG 等[15]研究采后菠菜冷藏1 ～12 d 后的新鮮度，發(fā)現(xiàn)電子鼻區(qū)分的準確率達到93.7%。

2.2 電子鼻在水果中的應(yīng)用

水果是人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾澄?，在采摘、存儲、運輸?shù)冗^程中，需要對水果成熟度和質(zhì)量進行把控，電子鼻可應(yīng)用于水果質(zhì)量控制和安全檢測。劉強等[16]利用電子鼻技術(shù)對采后的草莓進行灰霉病動態(tài)分析，以健康草莓果實為對照，用電子鼻構(gòu)建樣品氣味信息，發(fā)現(xiàn)其對草莓病害果實的區(qū)分準確率達到92%。PALUMBO 等[17]用電子鼻區(qū)分3 個不同時間收獲的草莓品種的兩個成熟階段，發(fā)現(xiàn)電子鼻信號與果實成熟階段之間存在潛在的相關(guān)性，電子鼻對不同成熟度的草莓香氣的特征變化具有靈敏的反應(yīng)。XU 等[18]采用電子鼻測試荔枝在室溫、冰箱、可控氣氛下的貯藏時間和硬度，結(jié)果表明，荔枝果實在3 種環(huán)境中的貯藏硬度均有所下降，常溫下貯藏的荔枝硬度下降速度最快，其次是冷藏環(huán)境和可控氣氛儲存的荔枝，這證明電子鼻可以在冷藏儲存和可控氣氛環(huán)境下檢測荔枝的質(zhì)量，為今后果實品質(zhì)無損智能監(jiān)測研究提供了有益參考。總之，電子鼻在水果行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景，能夠提高檢測效率和準確性，為人們提供健康、安全的食品。

2.3 電子鼻在肉類檢測中的應(yīng)用

肉類是營養(yǎng)的主要來源，如果處理或保存不當，很容易降解，給消費者帶來嚴重的健康風(fēng)險，給生產(chǎn)者帶來經(jīng)濟損失[19-21]。在肉類降解中，微生物起著重要作用，碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪會在酶和細菌的作用下分解成乙醛、硫化氫、氨，并產(chǎn)生不同類型的氣體[22]。近年來，電子鼻被廣泛應(yīng)用于評估肉類和肉制品的香氣、檢測病原微生物的存在、進行質(zhì)量分級、檢測是否摻假以及監(jiān)測肉制品保質(zhì)期內(nèi)的質(zhì)量衰減情況。①摻假與否是肉類和肉制品質(zhì)量把控的關(guān)鍵點[23]。電子鼻技術(shù)可以區(qū)分添加了鴨肉的鮮肉，準確率為83%～100%。HAN 等[24]使用電子鼻檢測牛肉與鴨肉的摻假情況，鑒定率達83.3%。②電子鼻已經(jīng)應(yīng)用在不同物種的肉類產(chǎn)品的質(zhì)量評估，使用電子鼻技術(shù)評估肉制品的新鮮度有不破壞樣品、分析速度快、儀器成本較低等優(yōu)點[25-27]。CHEN 等[28]用電子鼻檢測豬肉、牛肉、羊肉的新鮮度，發(fā)現(xiàn)其能區(qū)分不同貯藏時間的豬肉、牛肉、羊肉樣品，能較好地判斷樣品的新鮮度，對豬肉、牛肉、羊肉的判斷準確率分別為89.5%、84.2%、94.7%。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，電子鼻已廣泛用于食品工業(yè)，在水果、蔬菜、肉類的質(zhì)量控制方面表現(xiàn)出重要作用。電子鼻在食品行業(yè)中的應(yīng)用已成為一種趨勢，將助力食品行業(yè)的安全、高效、可持續(xù)發(fā)展。電子鼻技術(shù)在判別蔬菜來源、成熟階段，及時識別受損果蔬，進行快速無損檢測，檢測肉類中病原微生物的存在情況，進行質(zhì)量分級，鑒定摻假情況，監(jiān)測保質(zhì)期內(nèi)的質(zhì)量衰減情況等方面發(fā)揮重要作用，具有快速、無損、操作簡便和批量檢測等優(yōu)點，同時有較好的應(yīng)用可行性和發(fā)展前景。