电子鼻用于刺梨汁整体风味的分析与评价

周 志，朱玉昌，程 超，陈根洪，马 琼，潘思轶

(1．湖北民族学院 生物科学与技术学院，湖北 恩施445000;2．生物资源保护与利用湖北省重点实验室( 湖北民族学院) ，湖北 恩施445000;3．华中农业大学 食品科学技术学院，湖北 武汉430070)

刺梨(Rosa roxburghiiTratt)系蔷薇科蔷薇属落叶灌木植物，别名缫丝花、赛哇(西藏)、刺梨子、野石榴(陕西)［1］、刺果儿和蜂糖果(鄂西)［2］等．湖北省宣恩县野生刺梨果汁中含有丰富的游离态和O-糖苷键合态香气物质［3］．

香气分析的内容包括总体香味的评价和有贡献的关键香味成分的鉴定两方面．而目前在气味测量和评价方面，气相色谱-嗅觉探测仪(gas chromatography and olfactometry，GC-O)和电子鼻(electronic nose)两种新技术受到人们的青睐．GC-O 技术是利用人的鼻子嗅闻经气相色谱柱分离后的各个馏分，以检测香味样品的气味组成的方法．目前用于客观性评价并判断单一香味组分的感官贡献的检测技术主要有三种［4］，即时间-强度法(time-intensity methods)、检测频率法(detection frequency method，DF)和稀释法(dilution methods)．

电子鼻的检测限可达10-9，对气味的敏感性很强．它具有响应时间短、检测速度快、样品无需前处理等优点，在化工、食品、环境、医药等许多领域得到广泛应用．Schweizer-berberich 等［5］采用8 个气体传感器对鱼的新鲜度变化进行研究，通过主成分分析(principal component analysis，PCA)，得出鱼的新鲜度与其贮藏时间存在明显相关性．电子鼻通过对“指纹”信息的把握，不仅能很好的区分产地不同的葡萄酒［6］，而且能鉴别出红酒和白葡萄酒［7］．Guadarrama 等［8］采用6 个导电高分子传感器阵列，对2 个西班牙红葡萄酒、1 个白葡萄酒、纯水和稀释的酒精样品共5 个测试样品识别，采用PCA 分析结果显示，电子鼻可很好地区分5 个测试样品，其识别能力与气相色谱分析的结果一致．

在食品品质感官鉴评中，一般需要对感官评价人员进行系统培训后再对食品品质进行评价，或通过GC-O技术进行感官描述．但是，这些方法往往主观性强、重复性差，且人的鼻子对气味具有适应性，容易出现嗅觉疲劳而影响分析结果．随着食品品控技术的要求不断提高，食品品质评价方面需要一种客观、快速、重复性好、自动化程度高及无损检测的技术来评估食品的风味．本研究采用Alpha MOS 公司生产的FOX4000 型气味指纹分析仪对不同成熟度、不同冷藏期和不同浓度的刺梨果汁进行风味识别，并探讨电子鼻对未知刺梨果汁样品的体积分数判定能力，为今后刺梨在收购、贮藏、加工和流通过程中的品质控制及其产品掺假鉴伪方面提供一定的理论和实践依据．

1 材料与方法

1．1 试验材料

1．1．1 试验原料 刺梨，产于湖北省恩施市盛家坝镇高山处野生种，选取树势健壮、生长结果正常的果树取果;皇冠梨，购于华中农业大学中百超市．

1．1．2 主要仪器 SL280A 型榨汁机(浙江苏泊尔炊具股份有限公司);TDL-5-A 型离心机(上海安亭科学仪器厂);聚四氟乙烯/硅橡胶隔垫(美国Agilent 公司)．FOX4000 型气味指纹分析仪(电子鼻)、自动进样器HS100 和αSOFTV12 软件(法国Alpha MOS 公司)．气体传感器均为金属氧化物传感器，Sensor chamber 1 中传感器分别为:LY/LG，LY/G，LY/AA，LY/GH，LY/gCTL，LY/gCT;Sensor chamber 2 中传感器分别为:T30/1，P10/1，P10/2，P40/1，T70/2，PA2;Sensor chamber 3 中传感器分别为:P30/1，P40/2，P30/2，T40/2，T40/1，TA/2．

1．2 试验方法

1．2．1 果汁样品的制备 刺梨和皇冠梨用榨汁机取汁，汁液经200 目滤布过滤，4 500 r/min 离心15 min 后备用．

1．2．2 不同成熟度刺梨原汁的鉴别 称取0．20 g 氯化钠置于10 mL 的电子鼻专用顶空瓶中，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 分别装入，立即用聚四氟乙烯/硅橡胶隔垫密封，置于自动进样装置上分析，每个样品重复4 次．

1．2．3 不同冷藏时间刺梨原汁的鉴别 称取0．20 g 氯化钠置于10 mL 的电子鼻专用顶空瓶中，然后移取在4℃冷藏0、25、50 d 的完熟刺梨原汁各1 mL 分别装入，立即用聚四氟乙烯/硅橡胶隔垫密封，置于自动进样装置上分析，每个样品重复4 次．

1．2．4 不同体积分数刺梨果汁的鉴别 称取0．20 g 氯化钠置于10 mL 的电子鼻专用顶空瓶中，然后移取10%、20%、30%、40%、60%、80%、盲样1 和盲样2 的调配刺梨汁各1 mL 分别装入，立即用聚四氟乙烯/硅橡胶隔垫密封，置于自动进样装置上分析，每个样品重复4 次．

1．2．5 样品分析参数 本实验采用的分析条件见表1．

1．2．6 样品的传感器信号分析 对通过电子鼻获得的样品的传感器信号强度进行分析，每个样品重复4 次．

1．2．7 样品的统计学分析 主成分分析(PCA)和判别因子分析(discriminant factor analysis，DFA)由Alpha FOX 4000 电子鼻配置的αSOFTV12 软件进行．

表1 样品的检测参数Tab．1 Analysis parameters of samples

2 结果与分析

2．1 不同成熟度刺梨果原汁的鉴别

不同成熟度刺梨果原汁的主成分分析如图1 所示．由图1 可看出，第一主成分PC1 和第二主成分PC2 的贡献率分别为98．292%和1．306%，两项累加贡献率为99．598%．从PCA 分析中可看出，不同成熟度刺梨原汁之间的区分指数(discrimination index，DI)值为93，表示区分有效，说明不同成熟度刺梨原汁的整体挥发性物质存在明显的差异．从DFA 的分析图2 上可以看出，完熟、8 成熟和6 成熟的刺梨原汁均能较好地区分．

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

图2 不同成熟度刺梨果原汁的判别因子分析图Fig．2 DFA of roxburgh rose raw juice with different maturity

图3 为不同成熟度刺梨原汁的统计质量控制图SQC(Statistical Quality Control)．该品质控制图是以完熟刺梨原汁为标准样品建立的可接受的品质范围区间．图3 说明，8 成熟和6 成熟刺梨原汁样品的分析结果超出完熟样品的区间之外，表示8 成熟和6 成熟样品整体挥发性物质与完熟样品有较大差异．

图3 不同成熟度刺梨果原汁的统计质量控制分析图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鉴别

由图4 可看出，第一主成分PC1 和第二主成分PC2 的贡献率分别为97．92%和1．434%，两项累加贡献率为99．354%．从PCA 分析中可看出，4℃下冷藏不同时间的刺梨原汁之间的区分指数DI 值为94，表示区分有效，说明不同冷藏时间的刺梨原汁在整体挥发性物质方面存在明显的差异．图5 为分析不同冷藏时间的刺梨原汁时传感器的雷达图谱．图5 显示不同冷藏时间的刺梨原汁样品的整体气味在每根传感器上有差异，表明刺梨果在冷藏过程中的整体气味会发生变化，且电子鼻可以很好的区分不同冷藏时间的刺梨原汁样品．

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

图5 不同冷藏期刺梨果原汁的传感器雷达图Fig．5 Sensor radar chart of roxburgh rose raw juice with different shelf-life during refrigeration

2．3 不同体积分数刺梨果汁的鉴别

图6 为不同体积分数的刺梨果汁样品的主成分分析图．由图6 可看出，第一主成分PC1 和第二主成分PC2 的贡献率分别为93．416%和5．6%，两项累加贡献率为99．016%．从PCA 分析图中可看出，10%、20%、30%、40%、60%、80%的刺梨果汁气味之间的区分指数DI 值为94，表示区分有效，说明不同体积分数的刺梨果汁在整体气味方面存在明显的差异．

从图6 中还可看出，从右至左，刺梨果汁的体积分数逐渐增加．盲样1 在10%果汁样品右侧，盲样2 位于40%与60%样品之间．由此可估计，盲样1 的体积分数在10%以下，盲样2 的体积分数在40%与60%之间．图7 是以10%、20%、30%、40%、60%、80%刺梨果汁样品建立的线性拟合的定量曲线，相关系数R2为0．999 6，说明不同体积分数刺梨果汁的整体气味具有良好的线性关系．由表2 可知，体积分数为7%和55%的刺梨汁盲样，经线性拟合曲线判别的结果分别为7．35%和55．61%，相对偏差未超过5%．这表明体积分数不同的刺梨果汁经电子鼻对其整体气味进行识别后，可较精确地判定刺梨果汁的体积分数．

图6 不同体积分数刺梨原汁的主成分分析图Fig．6 PCA of roxburgh rose raw juice with different concentration

图7 不同体积分数刺梨汁线性拟合曲线Fig．7 Linear fitting curve of roxburgh rose juice with different concentration

表2 未知体积分数刺梨汁样品判别结果Tab．2 Estimation of roxburgh rose juice with unknown concentration

3 结论

1)气味指纹分析仪(电子鼻)对不同成熟度、4℃下(冷藏)不同贮藏期和不同体积分数刺梨果汁的整体气味进行风味识别，经主成分统计分析表明，不同成熟度、不同贮藏期和不同体积分数刺梨果汁之间的区分指数DI 值均为≥93，说明电子鼻能准确识别和区分不同成熟度、不同贮藏期和不同体积分数刺梨果汁的整体气味．

2)以10%、20%、30%、40%、60%、80%刺梨果汁样品建立线性拟合的定量曲线，经气味指纹分析仪(电子鼻)识别得出其相关系数R2为0．999 6，说明电子鼻用于识别不同体积分数刺梨果汁的整体气味具有良好的线性关系，电子鼻通过对刺梨果汁整体气味的识别能较精确地判定刺梨果汁的体积分数．

3)电子鼻可应用于刺梨果在收购、贮藏、加工和流通过程中整体气味的在线检测，为刺梨果贮藏及其制品加工过程中的品质调控及其产品鉴伪方面提供了新方法．

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