电子鼻在食品领域的应用

２ 电子鼻在食 品领域的应 用
２ ． １ 在 肉制 品检 测 中的应用 肉制 品是人们 日常生 活中不 可或缺 的消费品 ， 它的新鲜度 对人 的健康有 较大影 响 。近年 来， 电子鼻在 肉制 品新鲜度检 测 中的应 用越来越 多。Ｍ ｕ ｓ ａ ｔ ｏ ｖ
等 用 基 于 金 属 氧 化 物 传 感器 电子 鼻 和 线性 判 别 式 分 析 法 （ Ｌ Ｄ Ａ） 对 肉类 的新 鲜度进 行 了检测 ” 。他 们 发现 对于 同一 家厂家 的肉样 ， 只需 要 １个 或者 ２个标 准 样 品就 可 以达 到
摘要 简要介 绍 了电子鼻的发展 历 史、 组成和基 本原理 。 阐述 了４５ － 鼻在 肉制 品检 测 、 酒 类识别 、 水果 评价等食 品 工业 中的最新 应 用进
展， 提 出了电子 鼻 目 前存 在 的问题 ， 并对 其未 来发 展趋 势进 行展 望。 关键词 电子鼻 ； 气味检 测 ； 食 品工业 中图分 类号 ￥ ６ ０ ９ ． ９ ； Ｔ Ｐ ２ １ ２ ． ９ 文 献标识 码 Ａ 文 章编号 ０ ５ １ ７ — ６ ６ １ ｌ （ ２ ０ １ ４ ） ２ ５— ０ ８ ７ ４ ７— ０ ２
信号。
果； 一些变 质食 品的气味可 能会对 人体 产生 危害 。而 电子鼻 技 术 的 出现很好 地 解决 了这 些 问题 ， 电子鼻 技 术拥 有客 观 、
可靠 和安全 等优点 。 电子 鼻 ， 又称人工 嗅觉 系统 、 气 味扫 描仪 ， 是２ ０世 纪 ９ Ｏ 年 代 产 生并 发 展 起来 的一 种快 速 检 测 挥发 性 气 味 的仪 器 。
降产生信号 。②导 电高分 子 （ Ｃ Ｐ ） 传感器， 气 味分 子 与传 感 器 反应后 引起 其 电阻升 高产生信 号 。③ 质量传感 器 ， 主要 包 括 石英 晶 体微 平 衡 （ Ｑ Ｃ Ｍ） 传感器和声表面波（ Ｓ Ａ Ｗ） 传 感 器， 它们 在 吸 附气 味 分 子后 共 振频 率会 产 生 变化 从 而产 生
法 对储存 ７ ｄ的不同新鲜度 的牛 肉进 行检测 ， 发 现 训练样 本
为 ７组时 ， Ｂ Ｐ算法最 高识 别 率 ９ ０ ． ２ ３ ％， Ｓ Ｖ Ｍ 算 法最 高识 别 率为 ９ ６ ． ２ ４ ％； 训练样本 １ ４组 时 ， Ｂ Ｐ算 法 最 高 识 别 率
９ ９ ． ２ ５ ％， Ｓ Ｖ Ｍ算法 最 高识 别 率 为 ９ ６ ． ２ ４ ％ 。结 果 表 明 ， Ｓ Ｖ Ｍ 算 法 的识别 率较高并 且稳定 ， 利用 电子鼻对 牛 肉进 行新 鲜度
安徽农 业科学 ， Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａ ｎ ｈ ｕ ｉ Ａ ．Ｓ ｃ ｉ ． ２ ０ １ ４， ４ ２ （ ２ ５ ） ： ８ ７ ４ ７— ８ ７ ４ ８， ８ ７ ５ ０
责任编辑
李菲菲
责任校对
况玲玲
电子 鼻在 食 品领域 的应 用
纪飞， 李静， 李臻 峰 ， 宋飞虎， 徐晚秀 （ 江 南 大 学 机 械 工 程 学 院 ， 江 苏 无 锡 ２ １ ４ ｌ ２ ２ ）
龄 区分 ， 模式识 别 方法 主 要采 用 主成 分分 析 （ Ｐ Ｃ Ａ） 、 判 别 因
Ａ Ａ级的等级识别过程受到了 Ａ Ａ级样品中少数异常点的影
响， 识 别率只有 ９ ３ ％左 右 ， 这 已经基本满 足了检测需要 ， 可以
实现对西湖龙井 的智能分级。甘芝霖等用电子鼻对 ２种品
牌、 ５ 个等级 的信 阳毛尖 茶进行检测， 并用主成分分析 法 （ Ｐ Ｃ Ａ ） 建立图谱来区分不同等级茶叶的差异 ， 用偏最小二乘 法（ Ｐ Ｌ Ｓ ） 建立模型 。结果得出， Ｐ Ｃ Ａ图谱可以将各个茶叶
电子鼻对气味的分析识别过程可分为 ３ 个过程 ： ①气体
传感器阵列 吸附 气 味分子 并产 生 信号 。②对 生 成 的信 号进 ຫໍສະໝຸດ Baidu行 加工处理 和传输 。③ 对处 理后 的信号 进行 模 式识 别并 作
出判断 。电子 鼻是模仿 人类 的嗅觉器官 建立 的 ， 人 的 嗅觉产
因其 检 测 快 速 、 准 确 的优 点 ， 在食 品、 医 疗 卫 生 工 Ｊ 、 公共 安全 等领域有 着广泛 的应用 。
用的气体传感器根据材料类型可以分为３ 类 ： ①金属氧化
物（ Ｍ Ｏ Ｓ ） 传感 器 ， 利 用其与气 味分子 吸附后 氧化 物 电阻的下
基 金 项 目 国家 自然基 金项 目（ ２ １ ２ ０ ６ ０ ５ １ ） ； 江 苏省产 学研联 合创新 资 金项目 （ Ｂ Ｙ ２ ０ １ ３ ０ １ ５ ５ － ２ ２ ） 。 作 者 简 介 纪 飞 （ １ ９ ９ ０一） ， 男， 江 苏徐 州 人 ， 硕 士研 究 生， 研 究 方向： 食 品无损检 测。 通讯作 者 ， 教授， 博 士 生导 师， 从 事食 品无 损 检 测技 术研 究 。 Ｏ １ ４－ ０７ － ２ ５ 收 稿 日期 ２
ａ ｎ ｄ ｐ ｒ ｏ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ ｉ ｔ ｓ ｆ ｕ ｔ ｕ ｒ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｔ ｒ ｅ ｎ ｄ ａ ｒ ｅ ｅ ｘ ｐｌ ｏ ｒ ｅ ｄ． Ｋｅ Ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｎ ｏ ｓ ｅ：Ｏｄ ｏ ｕ ｒ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ：Ｆ ｏ ｏ ｄ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ
国台湾的 Ｓ ｍ ｅ ｌ ｌ 和Ｋ ｅ ｅ ｎ Ｗｅ ｅ ｎ 等 。 电子 鼻的 主要 组 成部 件 为 ： 气 味取 样 装 置 、 气 体 传感 器 阵列 和信号处 理系统 。 电子鼻 最核 心 的部 件是 多个 具 有 气 味选择性 的气体传 感器所组 成阵 列 ， 正是利 用 它们各 自 对
样品明显区分 ， 并利用盲样的试验结果对感官评审结果进行
验证 ， 表 明所 建立 的 Ｐ Ｌ Ｓ 模 型可 以较 为准确地检 测茶 叶样 品
的品质和等级 ， 实现对 茶叶 品质 的快 速判定 。
检测是可 行的 。
２ ． ２ 在 酒类检 测 中的应用 目前市场 上 的酒类 存在着 以次
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安 徽 农 业 科 学
２ ０ １ ４生
充好、 伪 造酒类 等现 象 ， 利 用 电子 鼻可 以实现对酒 类产 地 、 酒 龄 等进行 检测分 析 。鲁 小 利等 开发 了具有 仿 生特 性 的 电子
Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｎｏ ｓ ｅ ｉ ｎ Ｆｏ ｏ ｄ Ｆｉ ｅ ｌ ｄ
Ｊ Ｉ Ｆ ｅ ｉ ， Ｌ Ｉ Ｚ ｈ ｅ ｎ － ｆ ｅ ｎ ｇ ｅ ｔ ａ ｌ （ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｎ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｗｕ ｘ ｉ ， Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ ２ １ ４ １ ２ ２ ）
特定 气体 的敏 感性 可以获得被 测气 味 的整体 信 息。 目前 ， 常
传感器 的电子鼻可 以用来对食 品的新鲜 度进 行检测 ， 且 准确 率 较高 。石 志标等 利用 自己开 发 的电子 鼻检 测 系统 对 牛 肉
新 鲜度进行 了评判 。他 们分 别用 Ｓ Ｖ Ｍ 算法 和 Ｂ Ｐ神 经算
Ｊ ． Ｗ． Ｇ ａ ｒ ｄ ｎ ｅ ｒ 提 出了广 为 接受 的 电子 鼻 的定 义 ： 电子 鼻是 一 种 由功能各 异 的化 学传 感 器 阵列 适 当 的模式 识 别 系统 组 成
的， 可 以用 来识 别 简单 或者 复 杂气 味 的仪 器 ， 标 志着 电子
鼻技 术进入 到快速发 展的 阶段 。２ ０ 世纪 ９ ０ 年 代 出现 了商 用 电子鼻 ， 目前世 界 上 比较有 名 的 电子鼻 厂 商有 十多 家 ， 包括
ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｎ ｏ ｓ ｅ ｉ ｎ ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍｅ ａ ｔ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｓ．ｗｉ ｎ ｅ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｉｃ ｆ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ．ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｆ ｒ ｕ ｉ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｆ ｏ ｏ ｄ ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｃ ｉｂ ｒ ｅ ｄ，ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ
ｌ 电子 鼻组成及 工作原 理
、 化
生也可 以分 为 ３ 个过程 ： ①鼻 腔中 的嗅觉细胞 与气 味分 子吸
附产生信号。②嗅觉细胞核嗅球对信号进行加工放大后传
输到神经 中枢 （ 人 的大 脑 ） 。③ 大脑对 接收 到 的信号 做 出判
断， 产生 嗅觉 。
电子 鼻 的 概 念 最 早 出 现 在 ２ ０世 纪 ８ ０年 代 ， １ ９ ８ ２年 ， Ｋ ｒ ｉ ｓ ｈ ｎ ａ Ｐ ｅ ｒ ｓ ａ ｕ ｄ等提 出了一种可 以将气体 分类 的化学传感 器 阵列 的 概 念 ， 揭 开 了 电 子 鼻 技 术 发 展 的 序 幕 。１ ９ ９ ４年 ，
气味是食 品品质评价 中的一项 重要 指标 ， 目前 主要 是 由 专业 人员组成 的 专家 组用 鼻 子进 行 气 味 的评判 。这 种 方法
的结果 包含 多种 不 稳定 因素 ： 人 的鼻子 对气 味具 有 适应 性 ， 容 易产生 嗅觉疲劳 ； 人 的情 绪波动 和心理 状态 会影 响评 判结
１ ０ ０ ％ 的识别 率 。通过 对 ２ 种分 别存储在 ４℃和 ２ ５ ｑ Ｃ 的 肉样
在变质 的前 期单独 建立 Ｌ Ｄ Ａ模型并 通过 电子 鼻 的训 练 进行 识别， 然 后经过 ３～ ４个周期 的训 练后 ， 电子 鼻就可 以建立 不 同厂商 肉样 可 靠 的 Ｌ Ｄ Ａ模 型 。结果 表 明 ， 基 于金 属 氧化 物
英国的 Ｎ ｅ ｏ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｓ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ和 Ａ ｒ ｏ ｍａ Ｓ ｃ ａ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ、 美国的 Ｅ ｌ ｅ ｃ —
ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｅ Ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ 、 法 国的 Ａ ｌ ｐ ｈ ａ ＭＯ Ｓ 、 日本 的 Ｆ ｒ ｇ ａ ｒ ｏ 、 我
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ Ｔｈ ｅ ｈ ｉ ｓ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｎ ｏ ｓ ｅ ａ ｎｄ ｉ ｔ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｐ ｉｎ ｒ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｓ ａ ｒ ｅ ｉ ｎｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ —
分类 法 （ Ｓ Ｉ Ｍ Ｃ Ａ ） 进行模式 识别 ， 结果 表明 ， Ａ级样 品与其他 ２
组样品 区分 显著 ， 识别 率 可 以达 到 １ ０ ０ ％ 。 由于 Ａ ＡＡ级 和
鼻系统 ， 并用 其 对黄 酒 的 品质 进 行检 测 。他 们 选 取 了 来 自绍兴 、 上海 和其他 产地 的黄酒 样本 各 加 个进 行 黄酒 产 地 的 区分 ， 并对 １ 年陈 、 ３ 年 陈和 ５ 年陈 的古 月龙 山黄酒 进行酒