电子鼻对山羊奶中致膻游离脂肪酸的识别研究

贾茹，刘占东，马利杰，杨春杰，丁武

(西北农林科技大学食品科学与工程学院，陕西 杨凌 712100)

0 引言

山羊奶风味独特，且不含过敏原，含有200多种活性物质和营养物质[1-3]。多数研究证实山羊奶的膻味与游离短、中链的直（或支）链脂肪酸密切相关，特别是6-10个碳原子的游离脂肪酸是造成膻味的最重要因素[4-6]。这些脂肪酸在羊奶中浓度很低，但其气味阈值很低，因此对膻味的影响很明显[7-8]。

食品中嗅感类风味物质的众多特性使得感官评价或仪器分析方法难以客观评价食品风味[9-12]，特别是山羊奶膻味。同时，我国山羊奶加工业不断壮大[13]，市场上山羊奶制品的除膻程度也不同[14]，众厂家纷纷宣称其产品无膻味来争取市场。此现象也表明，研究一种客观评价山羊奶制品膻味强度的方法具有一定的实用性和重要性。

与此同时，电子鼻作为一种嗅觉传感技术，在食品品质检测、质量安全评价等的应用中显示出了独特优点[15-19]。因此，电子鼻有望在山羊奶膻味强度方面发挥作用。本研究以加入不同游离己酸、辛酸和癸酸质量浓度的羊奶粉为研究对象，用电子鼻检测该羊奶样品的挥发性成分，进而利用PCA和LDA进行定性分析，并利用PLS进行定量分析。

1 实验

1.1 材料与仪器

市售“美羚”牌全脂纯羊奶粉，PEN3电子鼻，配有FID检测器及自动进样器的GC-2014C气相色谱仪，超声波清洗机。

1.2 方法

1.2.1 山羊奶的制备

将纯净水与全脂羊奶粉按6∶1（质量比）搅拌混合，超声10 min混匀。混匀羊奶加入防腐剂溴硝醇标准液至其质量浓度为400 mg/L，制得原羊奶备用。

表1 复配羊奶测定的常规指标

将每个实验组的原羊奶平分为五份。将游离己酸、辛酸的乙二醇标准溶液和癸酸的标准溶液（由于癸酸难溶于水，所以溶剂为乙二醇：奶粉奶混合溶液（4∶1，质量比））按体积由小到大分别依次加入每份原羊奶，加入量以嗅觉能区分出气味强度差异为准。然后加入相应的乙二醇使得每组乙二醇加入量一致。由此制得游离己酸、辛酸和癸酸含量和气味强度均有差异的山羊奶样品。

1.2.2 山羊奶中不同游离脂肪酸等质量浓度的检测

利用电子鼻检测山羊奶中不同游离己酸、辛酸和癸酸的质量浓度。取10 mL的山羊奶于50 mL的电子鼻样品瓶密封，于25℃下平衡30 min，然后进行测量。

电子鼻试验参数设置：样品准备时间5 s，检测时间60 s，测量计数1 s，自动调零时间10 s，清洗时间240 s，内部流量400 mL/min，进样流量400 mL/min。

1.2.3 样品中游离己酸、辛酸、癸酸的测定

采用多级溶剂萃取-气相色谱法检测样品中游离脂肪酸。样品通过氯仿-甲醇溶液、Na2CO3溶液及调酸后的氯仿-甲醇溶液萃取分离出游离脂肪酸，三氟化硼甲醇甲酯化后用气相色谱仪测定样品中的游离脂肪酸质量分数[20]。

1.3 数据分析

对电子鼻数据进行主成分分析(PCA)、线性判别分析(LDA)及偏最小二乘回归（PLS）分析。PCA和LDA采用SPSS20.0处理，PLS采用Minitab15.0处理。

2 结果与分析

2.1 理化指标

奶样常规理化指标：pH值为6.43±0.00；酸度（14.5±0.4）°T；脂肪为3.95%±0.11%；非脂乳固体为9.69%±0.14%。

国标中羊奶粉理化指标要求：脂肪≥3.1%；非脂乳固体≥8.1；酸度7～14 °T。

原羊奶中游离己酸、辛酸、癸酸质量浓度：己酸为1.30 mg/L；辛酸为1.19 mg/L；癸酸为3.85 mg/L。

实验所用奶样中游离己酸、辛酸、癸酸质量浓度如表2所示。原羊奶样品的游离脂肪酸质量分数如图1所示。

表2 配制的奶样中游离己酸、辛酸、癸酸质量浓度 mg/L

2.2 特征值选取

图2 电子鼻对奶样响应

对样品进行电子鼻检测，最终获得了电子鼻对各样品的响应图，以一样品为例，如图2所示。图2中，每条曲线代表各传感器对该样品挥发成分的响应强度(G/G0)随时间变化而变化，响应强度的高低反映了传感器对所测样品的挥发成分的灵敏度大小。进样后，电子鼻10个传感器的响应值逐渐偏离基线，然后趋于平稳并在55s后多数传感器达到稳定状态，故选取55～59 s内的平均响应值作为特征值进行分析。

2.3 不同游离己酸、辛酸及癸酸质量浓度山羊奶样品的定性识别

在己酸组样品中，PCA图（图3 A1）显示每个梯度组内分布较为集中，但不同梯度组边缘重叠严重；在LDA图（图3 A2）中每个梯度组内分布集中，不同梯度组间边缘略有重叠。在辛酸组样品中，PCA图表明（图3 B1）最低游离己酸含量样品组和其它样品组明显分开，其它样品组组内分布集中，组间边缘部分重叠，在LDA图中（图3 B2），最高、最低游离辛酸质量浓度样品组以及其他组三者之间明显区分，三个中间游离辛酸含量样品组边缘略有重复。癸酸组样品的区分效果与己酸组样品相似。

综上所述，三组山羊奶样品组的LDA区分效果都优于相应样品的PCA区分效果；电子鼻结合PCA、LDA分析区分三种不同浓度游离己酸、辛酸、癸酸的羊奶样品时，虽然部分中间质量浓度样品组之间有重叠，但最低、最高质量浓度样品组之间均能得到清晰的区分，由此可知，电子鼻对山羊奶中游离己酸、辛酸、癸酸不仅具有选择性响应，并且能够识别这三种游离脂肪酸一定的质量浓度差异。

2.4 不同游离己酸、辛酸及癸酸质量浓度山羊奶样品的定量识别

图3 不同游离脂肪酸质量分数的山羊奶样品的PCA和LDA分析

图4 不同游离脂肪酸质量浓度的山羊奶样品的回归分析（A:C6:0；B:C8:0；C:C10:0）

利用偏最小二乘法（PLS）分别对电子鼻响应与游离己酸、辛酸、癸酸质量浓度进行回归分析。其中，y1为游离己酸质量浓度；y2为游离辛酸质量浓度；y3为游离癸酸质量浓度；x1～x10为10个传感器响应值。得到的结果如图4所示。

由此可得：电子鼻响应值与游离己酸、辛酸的回归的拟合度较高，故游离己酸、辛酸的质量浓度与电子鼻传感器信号之间具有良好的线性关系；电子鼻响应值与游离癸酸质量浓度回归拟合效果比较差；有可能是样本量少或实验误差大引起的。

3 结论

（1）电子鼻对不同游离己酸、辛酸、癸酸质量浓度的山羊奶响应值有差异。

（2）电子鼻技术能够区分不同游离己酸、辛酸、癸酸质量浓度的山羊奶。由于山羊奶游离己酸、辛酸、癸酸质量浓度与膻味强度有关，因此推测电子鼻技术在评价山羊奶膻味强度方面有一定可行性。

（3）回归分析显示，电子鼻响应值与游离己酸、辛酸、癸酸呈现一定的线性关系。

（4）单一添加不同质量浓度的游离己酸、辛酸、癸酸难以完整模拟山羊奶的膻味，三种游离脂肪酸只能提供类似膻味的气味。

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