食品感官论文—张海啸

电子鼻在食品感官评价中的应用

化学化工与环境学部生物工程生工1202班

张海啸学号：1209030213

摘要：电子鼻是利用气体传感器阵列的响应图案来识别气味的电子系统，用来对食品中复杂嗅味和挥发性成分进行分析、识别和检测，以其客观性、可靠性和重现性等优点给食品感官评价提供真实的依据。并介绍电子鼻的基本组成和检测原理，综述电子鼻技术在奶制品、茶叶、肉类等食品中的感官评价方面的应用现状与发展趋势。

关键词：电子鼻、感官评价、应用

1 引言

电子鼻，又称人工嗅觉系统，主要是通过气体传感器和模式识别技术的结合模拟生物嗅觉系统，实现气体检测和识别等功能。主要方法就是以气体传感器模拟生物嗅觉系统中的嗅感受神经细胞，用人工神经网络等模拟嗅球层和僧帽细胞层甚至更深层嗅觉皮层等连接而成的神经回路，用计算机或专用芯片对采集到的信息进行处理，达到识别气体或气味的目的。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器件组成。它不仅可以检测到各种不同的气味的不同信号，而且可以对这些信号与经过“学习”和“训练”后建立的数据库中的信号进行比较、识别和判断。因而可用于鉴别食品的真伪，产地及食品是否新鲜，还可用于控制从原料到产品整个生产过程的工艺，从而保证产品的质量[1]。

1964年，Wilkens和Hatman利用气体在电极上的氧化一还原反应对嗅觉过程进行了电子模拟，这是关于电子鼻的最早报道。作为气体分类用的智能化学传感器阵列的概念直到1982年由英国Warwick大学的 Persuad等人提出，他们的电子鼻系统包括气敏传感器阵列和模式识别系统两部分。其中传感器阵列部分山三个半导体气敏传感器组成。这一简单的系统可以分辨按树脑、玫瑰油、丁香牙油等挥发性化学物质的气味。直到1994年第一台商品电子鼻问世，同年英国W a r w i e k 大学的G a r d n e r 和Southampton大学的Bartlett首次使用了“电子鼻”这一术语并给出了它的定义——“电子鼻是一种由具有部分选择性的化学传感器阵列和适当的模式识别系统组成，能识别简单或复杂气味的仪器”[2]。

2 电子鼻的基本组成

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器件组成。工作时，气味分子被气敏传感器阵列吸附，产生信号；生成的信号被送到信号处理子系统进行处理和加工；并最终由模式识别子系统对信号处理的结果做出综合判断。在电子鼻的组成中，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。许多传感器都可以应用在

电子鼻上，但是，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[3]。气味识别过程如图一所示：

图1 气味识别过程示意图

3 电子鼻的检测原理

某种气味呈现在一种活性材料的传感器面前，传感器将化学输入转换成电信号，由多个传感器对一种气味的响应便构成了传感器阵列对该气味的响应谱。从功能上讲，气体传感器阵列相当于生物嗅觉系统中的大量嗅感受器细胞，神经网络和计算机识别相当于生物的大脑，其余部分则相当于嗅神经信号传递系统。金属氧化物型传感器已被普遍应用在电子鼻中。最常见的材料有锡、锌、钛、钨和铱的氧化物,并掺入像铂和钯等贵金属催化剂。当气味接触传感器时,电阻值下降。由于在同一个仪器里装置多类不同的矩阵技术,使检测更能模拟人类嗅觉神经细胞,根据气味标识和利用化学计量统计学软件对不同气味进行快速鉴别[4]。电子鼻利用各个气敏器件对复杂成分气体都有响应却又互不相同这一特点，借助数据处理方法对多种气味进行识别，从而辅助食品感官评价人员快速地进行系统化、科学化的气味监测、鉴别、判断和分析。

4 电子鼻在食品感官评价中的应用

电子鼻技术在食品领域有广泛的应用，如乳制品检测、水产品检测和酒类检测等。本文重点介绍电子鼻在风味突出的特色食品，如肉制品、调味品、茶叶及酒类等方面的分析应用。

4.1 电子鼻技术在奶制品感官分析中的应用

牛奶的挥发性成分分析已经成为取得牛奶信息和辨别不同种牛奶的最具有潜力的手段之一，主要用于对不同热处理过程的监测[5]。2001年意大利的S. Capone等人用电子鼻识别2种不同热处理的牛奶[6]一种是巴氏杀菌过的，另一种是经过超高温瞬时杀菌处理过的。用5个不同的SnO2组成的传感器阵列，通过溶胶-凝胶技术识别2种牛奶的处理过程以及跟踪牛奶腐败的动力学过程，反应器响应得到的数据通过主成分分析，可以得知其品质优劣和整个腐败过程，并且在奶制品生产工业上已经开始应用这种仪器去作质控分析。实验中，传感器有好的可重复性，并且其响应时间很短，大约为2~3min。电子鼻应用在奶制品中最大的优势就是可以进行在线控制，对评价食品感官性质提供了依据。郭奇慧[7]等用电子

鼻对不同储存期的纯牛奶进行气味测定，通过单因素实验对测定过程中的不同影响因素进行了考察,运用正交实验找出最佳应用参数，寻求一组最佳测定参数。

4.2 电子鼻在茶叶感官分析中的应用

茶叶的风味主要在于气味和口感，由茶叶中几百种挥发性有机成分和非挥发性有机成分组成，而挥发性有机成分的不同比例决定着茶叶的不同品质。通过电子鼻的检测，可以得到茶叶的香气成分响应图，从而帮助感官评价人员更好的对茶叶的风味进行评价。Katayama等[8]应用传感器技术检测绿茶的香气，结果表明该技术完全可以把不同地区、不同品种的绿茶区分开来。Chen等[9]通过感官评价和电子鼻对台湾8种茶叶的香气进行分析，经相关性研究确定电子鼻传感器所检测到的香气属性，并且在茶叶的季节、产地、价格等区分中，电子鼻的预测性能高于专业的茶叶品评小组，更好的进行茶叶的感官评价分析。于慧春[10]将电子鼻技术用于茶叶品质的检测，着重解决对茶叶的品质等级及贮藏时间进行评定和预测时特征值提取及模式识别的问题。对随着贮藏时间的变化，茶叶各具体香气成分含量与相应电子鼻信号的变化之间的相关关系进行探讨。

4.3 电子鼻在肉类制品中的感官分析

电子鼻已广泛地应用于肉类工业中。在肉类工业中，电子鼻主要对肉类食品的挥发性气味进行识别、分析并分类，最终对产品进行质量分级和新鲜度的判断。孙钟雷[11]根据猪肉在腐败过程中所散发的气体类型选择了5个MOS型传感器 选取不同新鲜度的猪肉样品 同时进行电子鼻测定和挥发性盐基氮测定 利用遗传优化的组合RBF神经网络作为模式识别方法 对猪肉新鲜度的识别率较好达到95%。Santos等[12]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，它对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，结果表明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。

5 展望

电子鼻作为集仿生学、传感器和计算机科学为一体的新型仿生检测技术，提供了一种客观、具有良好重复性的辨别方法，在一定程度上解决了食品评价手段对食品工业自动化的制约。电子鼻与传统的检测技术相比，具有获取样品整体气味的能力，识别效果更好。电子鼻技术响应时间短、检测速度快，其测定评估范围广，它可以检测各种不同种类的食品；并且能避免人为误差，重复性好；还能检测一些人鼻不能够检测的气体，如毒气或一些刺激性气体，它在许多领域尤其是食品行业发挥着越来越重要的作用。并且目前在图形认知设备的帮助下，其特异性大大提高，传感器材料的发展也促进了其重复性的提高，并且随着生物芯片、