电子鼻鉴别香辛料香精相似程度的研究

电子鼻鉴别香辛料香精相似程度的研究

电子气体指纹分析仪也称为电子鼻，是20世纪90年代开发的一种新的电子氧化装置。它具有复杂的气味和蒸发成分。它将电化学传感器检测、数模转换、计算机技术、化学计量学及人工神经网络等现代高科技集于一身,模仿生物感官的功能,能鉴别和判断带有气味的气体、液体和固体等各种样品。与其他常规仪器分析方法相比,样品无需前处理,基本上不用任何有机溶剂,是一种新颖的“绿色”仿生检测技术。分析快速、简便,能及时提供产品的有关信息;与人和动物的嗅觉判断相比,它的测定更为客观,不受生物体主观因素的影响,结果更为可靠,重现性更好。目前,电子鼻已广泛应用于各类食品的检测及质量监控中,在香精香料行业中的应用也日益增多。本文采用电子鼻快速鉴定食品原料与调配香精的香气差别,利用电子鼻的气味判别功能来鉴别调配香精是否具有逼真的特征香气,从而为提高调配香精的质量,对食品香精产业的开发提供有力的监测手段。1实验1.1实验材料实验原料:金华火腿香精,自制;金华火腿,购于上海市第二副食品商店。1.2传感及质谱条件采用的电子鼻系统是法国AlphaMOS公司的FOX4000电子鼻。系统由18根传感器阵列、顶空自动进样装置和数据处理等部分组成。根据传感器接触到样品挥发物后的电导率与传感器经过标准活性碳过滤气体的电导率的比值进行数据处理和模式识别。这个由传感器阵列组成的仪器主要包含以下几个部分:传感器通道、采样通道和计算机。传感器阵列具有自动调整、自动校准及系统自动富集3个功能,有效地保证了电子鼻测量数据的稳定性和精确度。1.3顶空产生参数结果样品量:金华火腿香精0.1g,金华火腿:2g。载气:合成干燥空气;流速:150mL/min。样品准备小瓶中的样品量:0.1g或2g;小瓶体积:10mL。顶空产生参数产生时间:300s;产生温度:60℃;搅动速度:500r/min。顶空注射参数(Headspaceinjection)注射体积:500μL;注射速度:500μL/s;注射针总体积:2.5mL;注射针温度:70℃。获取参数获取时间:120s;延滞时间:600s。每个样品均在上述条件下重复分析三次。2热效应与口感采用电子鼻对所调配的金华火腿香精风味与金华火腿的风味进行比较,图1为金华火腿与调配香精的电子鼻传感器响应值原始数据;图2为两种样品的雷达图比较。外框为金华火腿样品,内框为调配的火腿香精样品。如图2所示,两种样品的电子鼻的传感器响应值大部分轮廓相似,说明调配的火腿香精较好的仿照了金华火腿样品的香味,结合感官评价,发现金华火腿香精具有典型金华火腿特征风味,但和金华火腿原料仍存在一些差别,表现在雷达图中有部分传感器的信号存在差别。在香气强度方面,由于两者的样品量相差20倍,而现有的样品风味强度接近,说明两种样品的风味强度存在接近20倍的差别。对电子鼻的数据结果进行统计分析,图3、图4、图5分别为PCA、SIMCA、SQC的分析结果图。2.1主成分分析结果主成分分析是将所提取的传感器多指标的信息进行数据转换和降维,并对降维后的特征向量进行线性分类,最后在PCA分析的散点图上显示主要的两维散点图。PCA1和PCA2上包含了在PCA转换中得到的第一主成分和第二主成分的贡献率。贡献率越大,说明主要成分可以较好的反映原来多指标的信息。一般情况下,总贡献率超过70%～85%的方法即可使用。PCA的作用:一是用于挖掘有用的信息,给出具有不同气味区域和簇的描述性图表;二是用复杂的多维数据建立有良好可视性的2D/3D图表;三是无需先验知识,找到一组新的数轴来最大限度的展示数据间的差异性;四是传感器选择和寻找数据包络的主要方法。从主成分分析结果图来看,1和2样品被明显的分开。说明电子鼻可以将两种样品进行区分,电子鼻可以很灵敏的判别样品之间的细微差别。2.2到好的样本的思路SIMCA的数学解释是用于简单的通过/不通过判别,并通过逐个验证样本的交叉有效性来计算识别的百分比。SIMCA图表中的可接受区域是通过计算参考样本到好的样本的重心的马氏距离和标准方差得到的。SIMCA的作用:一是完成训练/校正后用于识别一个产品/组定性分析,给出好/坏或者合格/不合格的分析结果;二是根据参考样本定义了可接受阈;三是有先验知识,根据参考训练样本计算可接受阈并用来判别未知样本。以1#为标准样品,所有的2#样品均落在可接受区域之外,表明这两个样品之间存在明显的差别。说明香精的调配还需进一步完善,以改善其头香,同时也说明电子鼻的检测非常灵敏,可以判别样品之间的细微差别。2.3sqccqcSQC的数学解释是在考虑样本的差异性的基础上,通过计算参考样本得出接受区域和拒绝区域。未知样本被映射到图表中,得出结论:接受/拒绝。通过计算样本的均值、标准差得出单一的嗅觉值。对每个数据点而言,它在气味单元内的距离表明了气味的差异。SQC的作用:一是用于过程/质量控制;二是在可接受的条件下监控其变化;三是SQC是统计的监控产品质量和变化性的模型;四是需要先验知识,基于参考样本的差异性的基础上定义可接受的区域/带宽;五是所有其他的样本都简单的映射到图表中。以1#为标准样品,所有的2#样品均落在可接受区域之外,表明这两个样品的香型上存在较大的差别,说明需进一步完善调香工作。3两组调配香精的对比电子鼻在风味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、大大减少了劳动力,并为气味成份的判定提供了快捷廉价的评估。本文比较了金华火腿原料和所调配的金华火腿香精的总体香气轮廓,虽然调配香精