电子鼻和电子舌快速检测炖制下牛肉的品质

王伟静，张松山，谢鹏，张志胜，孙宝忠，*（.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京0093；.河北农业大学食品科技学院，河北保定073000）

电子鼻和电子舌快速检测炖制下牛肉的品质

王伟静1，张松山1，谢鹏1，张志胜2，孙宝忠1，*
（1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，北京100193；2.河北农业大学食品科技学院，河北保定073000）

通过电子鼻和电子舌对冷鲜牛肉外脊和大黄瓜条的不同加热温度70、80、90、100、110、120℃炖煮3 h的风味物质进行测定，将数据进行主成分分析（Principal Components Analysis，PCA）、线性判别分析（Linear Discriminant Analysis，LDA）、判别因子分析（Discriminant Factor Analysis，DFA）雷达图分析。结果显示：不同部位牛肉会产生很大的影响，电子鼻能够很好地分析出不同炖煮温度下外脊和大黄瓜条的风味，LDA比PCA能够更好的区分出风味的变化。电子舌能够很好地分析不同炖煮温度下外脊和大黄瓜条的风味得到DFA很好地分辨出口感变化，雷达图能直观的展现出物质成分。

电子鼻；电子舌；外脊；大黄瓜条

炖制牛肉是餐饮行业和家庭生活菜肴中最常见的饮食方法之一，历史悠久，方法多种多样。它具有色泽红亮、软绵香嫩、风味持久、营养丰富等特点，而且其独特的风味物质被受广大人们喜欢。炖煮温度的高低对炖制牛肉的风味和口感形成起着主要的作用。随着温度的升高，炖制牛肉中一些营养物质逐渐分解，形成小分子有利于消化吸收。

目前，电子鼻和电子舌关于肉类[1]、水果[2]、奶[3]、海产品[4]类都有相关性报道。关于风味和口感的研究主要采用感官品评和气相色谱-质谱联用（Gas Chromatograph-Mass Spectrometer-computer，GC-MS）技术。感官品评因品评人员对不同物质之间的感觉器官的差异性会产生很大的影响，结果相差很大；气相色谱-质谱联用技术成本消耗很高，检测时间长，表明样品中单一的风味，整体气味很难显现。但是关于炖制牛肉风味[5-6]与口感的研究报道鲜有报道。

电子鼻是模拟动物嗅觉器官开发出的一种高科技产品。电子鼻的应用包括环境监测、产品质量检测（如食品、烟草、发酵产品、香精香料等）、医学诊断、爆炸物检测等[7-10]。电子舌是一种模拟人类舌头功能的电子仪器，能辨别出不同味道[11]。电子舌主要用于食品加工、环境监测和卫生等领域[12-15]。不同的加热温度对炖制牛肉的风味产生不同的影响，通过电子鼻和电子舌能够快速和准确地检测出炖制牛肉整体的风味和口感，减少资源的浪费、人为产生的误差，并且能够节约时间。

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

24月龄黑白花淘汰奶牛：河北省廊坊市大厂回族自治县南王庄工贸小区顺泽肉类有限公司，剔除脂肪与结缔组织，置于4℃冰箱备用[16]；食盐：市售。

1.2 仪器设备

1.2.1 电子鼻

PEN3便携式电子鼻：德国Airsense公司。各个传感器的性能如表1。

1.2.2 电子舌

Astree型电子舌：法国阿尔法公司。传感器性能如表2。

表1 PEN3型便携式电子鼻传感器性能描述Table 1 Performance of sensors for PEN3 portable e-nose

表2 Astree电子舌化学选择性区域效应传感器性能描述Table 2 Main properties of chemically sensitive field-effect transistors sensors of Astree e-tongue

1.3 样品制备

采用新鲜的冷鲜牛肉外脊和大黄瓜条6头牛作为原材料，修整，将肉切成3 cm×3 cm×3 cm的肉块，用清水进行清洗，放入热水内进行预煮30 min，去除浮污。再换一锅水进行煮制，同时加入5%的盐，分别加热到中心温度 70、80、90、100、110、120 ℃，保持 3 h。取样包装4℃冷藏，待测。

1.3.1 电子鼻的测定

将冷藏的样品分别加热至50℃，取待测肉样用打浆机搅碎，取5 g放置于100 mL的烧杯里用保鲜膜封口，进行测定。取顶空气体进入电子鼻，样品被传感器吸附，电导率发生变化，此信号被存储于计算机里。整个采样结束后，经过活性炭过滤洁净的空气，然后测定下一个样品。电子鼻测定的条件设置：测样品时使用100 mL烧杯，清洗时间250 s，进气量300 mL/min，测定时间100 s，归零时间10 s，样品准备时间5 s，平均测定6次分析，结合主成分分析（Principal Components Analysis，PCA）和线性判别分析（Linear Discriminant Analysis，LDA）进行综合分析。电子鼻响应信号图见图1。

图1 电子鼻响应信号图Fig.1 Response curves of e-nose

1.3.2 电子舌的测定

将冷藏的样品解冻到室温，按待测肉样与超纯水（1∶5）g/mL放入打浆机内进行搅碎混匀，充分浸提30 min，4℃离心10 min，用滤纸进行过滤去除固形物，提取纯液体放置150 mL三角瓶内，取100 mL放在烧杯内进行测定。电子舌测定的条件设置：采样时间120 s，清洗时间10 s，平均测定6次分析，结合判别因子分析（Discriminant Factor Analysis,DFA）和雷达图进行综合分析。电子舌响应信号图见图2。

图2 电子舌响应信号图Fig.2 Response curves of e-tongue

1.4 数据分析

经过多次预试验发现，样品电子鼻和电子舌从55 s开始变化趋势稳定，分析时从60 s～90 s进行结果分析，取60 s～65 s的数据进行全面的分析。本试验采用电子鼻Winmuster软件和电子舌软件，采用主成分分析（PCA）、线性判别分析（LDA）、判别因子分析（DFA）、雷达图、SPSS19.0分析。

2 结果与分析

2.1 电子鼻对不同温度炖煮外脊牛肉PCA和LDA分析

不同炖煮温度电子鼻检测外脊的PCA分析图谱见图3，不同炖煮温度电子鼻检测外脊的LDA分析图谱见图4。

图3 不同炖制温度电子鼻检测外脊的PCA分析图谱Fig.3 PCA analysis of ectoloph with different stewed temperature for e-nose

图4 不同炖制温度电子鼻检测外脊的LDA分析图谱Fig.4 LDA analysis of ectoloph with different stewed temperature for e-nose

图3和图4是 4、70、80、90、100、110、120 ℃下的外脊牛肉电子鼻的PCA和LDA的分析图。从PCA的图谱中得到第一主成分贡献率为86.58%，第二主成分的贡献率是12.52%；LDA图谱中第一主成分贡献率为94.57%，第二主成分的贡献率是4%。当温度开始加热到70℃时，形成了不同于冷鲜牛肉的风味物质，表明加热是牛肉的风味物质分解；然而70℃与80、90、100、110、120℃距离很远，说明随着温度上升，风味物质分解加快；110℃和120℃部分重叠，表明产生风味物质相似，降解程度明显下降。从两张图谱中更好地表明LDA分析比PCA能更好地分离出风味效果。

2.2 电子鼻对不同温度炖煮大黄瓜条牛肉PCA和LDA分析

不同炖煮温度电子鼻检测大黄瓜条的PCA分析图谱见图5，不同炖煮温度电子鼻检测大黄瓜条的LDA分析图谱见图6。

图5 不同炖制温度电子鼻检测大黄瓜条的PCA分析图谱Fig.5 PCA analysis of silverside with different stewed temperature for e-nose

图6 不同炖制温度电子鼻检测大黄瓜条的LDA分析图谱Fig.6 LDA analysis of silverside with different stewed temperature for e-nose

图5和图6是 4、70、80、90、100、110、120℃下的股二头肌牛肉电子鼻的PCA和LDA的分析图。从PCA和LDA中得出主成分贡献率和分别为99.79%、96.41%。当温度为70℃和80℃时，从图中可知有部分重叠，说明加热时气味没有表现出来。然而温度为90、100、110℃与120℃能很好地分离。但是110℃与120℃有少量的重叠，此现象与外脊部位一样。表明110℃与120℃时产生同样地风味物质。

2.3 电子舌对不同温度炖煮外脊和股二头肌牛肉DFA和雷达图分析

不同炖煮温度电子舌测外脊的DFA分析图谱见图7，不同炖煮温度检测外脊的雷达图见图8，不同炖煮温度电子舌检测股二头肌的DFA分析图谱见图9，不同炖煮温度电子舌检测股二头肌的雷达图见图10。

图7 不同炖制温度电子舌测外脊的DFA分析图谱Fig.7 DFA analysis of ectoloph with different stewed temperature for e-tongue

图8 不同炖煮温度检测外脊的雷达图Fig.8 Radar chart analysis of ectoloph with different cooking temperature for e-tongue

图9 不同炖制温度电子舌检测大黄瓜条的DFA分析图谱Fig.9 DFA analysis of silverside with different stewed temperature for e-tongue

根据图7 DFA图谱和图8雷达图分析：第一主成分贡献率为97.749%，第二主成分贡献率为2.158%。外脊部位肉不同加热温度很好地分离开。根据图9和图10可知，DF1为92.299%、DF2为5.775%。大黄瓜条在炖煮不同温度下能够很好地被区分辨别出来。当温度在 70、80、90、100、110、120 ℃时均分布在一个负区域范围。

图10 不同炖制温度电子舌检测大黄瓜条的雷达图Fig.10 Radar chart analysis of silverside with different stewed temperature for e-tongue

3 结论

1）通过LDA和PCA分析得出：电子鼻能够很好地分析出不同炖煮温度下外脊和大黄瓜条的风味，LDA比PCA能够好的区分出风味的变化。

2）通过DFA和雷达图分析得出：电子舌能够很好地分析不同炖煮温度下外脊和大黄瓜条的风味，得到DFA很好地分辨出口感变化。电子舌能够很好地反映出不同炖煮温度下牛肉的品质变化趋势。

3）通过电子鼻和电子舌两种分析得出：随着炖煮温度的增高，风味和口感发生了很大的变化，温度达到110℃和120℃相近，为了减少资源的浪费选定110℃为炖煮最适宜的温度。通过图谱更好地反应出加热不同温度下牛肉的品质变化的规律特性。

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Quick Detection of the Quality of Wtewed Beef Using E-nose and E-tongue

WANG Wei-jing1，ZHANG Song-shan1，XIE Peng1，ZHANG Zhi-sheng2，SUN Bao-zhong1，*
（1.Institute of Animal Science，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100193，China；2.College of Food Science and Engineering，Hebei Agriculture University，Baoding 073000，Hebei，China）

Through the e-nose and e-tongue for cold fresh beef'flavor substances about ectoloph and siverside of the different cooking temperature 70，80，90，100，110，120 ℃ for 3 h，further analysis of the characteristics.Various data analysis of Principal Components Analysis PCA，Linear Discriminant Analysis（LDA），Discriminant Factor Analysis （DFA），radar chart.Results showed that：when cooking about different parts of beef will great influence.The analysis of（LDA）and PCA：the analysis of ectoloph and siverside about differenttemperatures of e-nose，LDA is better than PCA that can distinguish change between the flavor.The analysis of DFA and radar chart：the analysis of ectoloph and siverside about different temperatures of e-tongue can get different taste，radar chart can directly show material composition.

e-nose；e-tongue；ectoloph；silverside

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.17.028

2016-12-12

国家现代农业(肉牛牦牛)产业技术体系建设专项（CARS-38）

王伟静（1989—），女（汉），硕士，研究方向：农产品加工及贮藏工程。

*通信作者：孙宝忠（1964—），研究员，博士生导师，主要从事肉品质量与安全。