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电子鼻和电子舌在水果检测中的应用进展
发布日期:2023-11-28
         农产品品质不仅与其形状、大小等外观指标有关,还与硬度、黏度等物理指标,以及成熟度、新鲜度和营养成分等内部指标密切相关,其中水果的品质与其香气和滋味指标也息息相关。
基于电子鼻和电子舌具有检测快速、操作简单、重现性好及边际成本低等优点,已在食品工业、环境检测、医药卫生等行业应用。因此,对国内外电子鼻和电子舌在水果检测方面的应用最新研究成果进行综述,旨在为水果采后贮藏和流通过程中品质变化和病原微生物感染的早期快速检测和监测提供理论参考。
         01 电子鼻在水果检测中的应用
        一、电子鼻在水果贮藏时间识别中的应用
        水果的香气随着贮藏时间的延长而发生变化,电子鼻作为一种近年来新兴的食品检测技术,可以根据水果气味的变化识别水果的不同贮藏时间,从而满足现场客观、快速、无损、准确的检测需求,目前电子鼻被成功用于沃柑、柑橘、苹果、水蜜桃、葡萄等水果贮藏时间的识别。
        有研究利用电子鼻系统获取不同贮藏时间沃柑的气味特征值,通过样品果的验证发现,线性判别分析能更好地区分和判别沃柑的不同贮藏时间,可应用于沃柑贮藏时间的快速判断。也有研究利用电子鼻和化学计量学对苹果的贮藏期进行鉴别,结果表明电子鼻对不同贮藏期苹果的区分效果良好,采用偏最小二乘法建立的贮藏期苹果有机酸、固形物含量的数学模型,总酸和固形物含量验证集的决定系数为0.906 3和0.917 0,均达到较好的预测效果,表明使用电子鼻和感官指标结合模型预测苹果的贮藏期和贮藏期固形物和总酸含量的方法是可行的。
       二、电子鼻在水果成熟度检测中的应用
       水果的成熟度是水果品质的主要因素。不同成熟度的水果,其芳香气味不同。因此,利用电子鼻无损检测技术可以实现对水果成熟度的区分,从而满足消费者的不同需求。
       采用电子鼻对柑橘的成熟度进行无损检测,研究表明线性判别法比主成分法更能准确判别出不同采摘期的柑橘,其正确判断率为88%。采用电子鼻系统对不同成熟度的“锦绣黄桃”进行评价研究,发现利用主成分分析和判别因子分析均能判别黄肉桃果实的成熟度,但是结合硬度和乙烯释放速率指标,主成分分析比判别因子分析更能准确区分桃子的不同成熟度。采用电子鼻对甜瓜的成熟度和风味进行评价研究,研究表明主成分分析和线性判别式分析均可以很好地区分半数期和完熟期的甜瓜,采用主成分分析时,电子鼻可以100%地区分和判定不同成熟度的甜瓜。
        三、电子鼻在水果品质监控中的应用
        水果在贮存和运输过程中,极易受到机械损伤和外界微生物感染等因素的影响,因此水果在贮存和运输过程中极易出现腐烂、霉变等品质衰变,并产生不良气味,可见气味可以作为水果不同品质的判别因子,从而为电子鼻监控水果品质提供理论依据。有专家提出一种基于电子鼻技术监控不同贮藏环境(常温、冷柜和气调)下荔枝果皮衰变的方法,感官识别将荔枝果皮的衰变程度分为G1,G2,G3,G4和G5五个等级。结果表明电子鼻能够识别常温与冷柜贮藏的G1,G2~G3和G4荔枝,气调贮藏的G1,G2~G3,G4和G5荔枝。将不同贮藏环境采样数据合并后,各贮藏环境的G1,G2~G3,G4和G5荔枝均可采用同一模型识别。
        02 电子舌在水果检测中的应用
        电子舌是一种利用多传感器阵列结合多元统计分析方法对复杂溶液进行定性和定量分析的新型现代化分析检测仪器,具有操作简便、检测迅速、准确率 高、重复性好、客观性强等优点,在肉品新鲜度检测、酒的老化、茶叶滋味和水质污染等方面得到广泛应用。近年来,众多国内外学者在果汁风味和品质检测方面开展大量相关研究。
        一、电子舌在果汁品质评价中的应用
        有研究]以3类20种品牌橙汁为研究对象,利用电子舌对橙汁感官品质定量评价,结果表明因子分析法可以有效分析不同类型橙汁的感官指标。另有研究采用电子舌系统对6种不同贮藏时间下的橙汁品质进行研究。结果表明,线性判别分析中的第一判别式和第二判别式的综合贡献率为95.7%,6种储存时间下的鲜榨橙汁样本均得到有效定性辨别,粒子群优化最小二乘支持向量机预测模型对鲜榨橙汁的不同储存时间具有较高的定量预测精度,其相关系数、均方根误差和平均绝对误差分别为0.991,0.287 7和0.232 8。
         二、电子舌在果汁区分识别中的应用
采用电子舌系统对橙汁和白酒的品牌和纯度进行检测,研究采用离散小波变换提取反馈信息中的特征值信息,通过主成分分析、偏最小二乘回归分析实现对多种橙汁及白酒的定性和定量分析。结果表明,电子舌对橙汁、白酒的品牌识别率均达到100%,纯度预测模型预测集决定系数R2 分别为0.985和0.998,模型相对分析误差RPD分别2.894和3.272。研究电子舌在鲜榨橙汁掺假识别中的应用,分析发现辨别因子分析比主成分分析对样品的区分效果更好,偏最小二乘回归分析显示橙汁饮料的不同掺入比例与电子舌响应信号有较好的相关性,相关系数为0.963 8;PLS模型预测误差值在1.85%~2.20%之间。研究电子鼻和电子舌在果汁不同货架期(4 ℃ 2个月,38 ℃ 1个月以及38 ℃ 2个月)监控中的应用,电子舌的主成分分析表明3款不同货架期果汁能很好地落在各自范围且会不干扰,且各区域内的点离散度小,不同产品之前无重合,可见电子舌能很好地区分不用货架期的果汁。
         03 电子鼻和电子舌联用在水果检测中的应用
         当前,关于电子鼻和电子舌的研究大多数主要集中于电子鼻或电子舌的单独使用对样品进行的单一检测,这样获取的信息虽然能实现对样品的简单区分、鉴别和分类;但大多情况下单一检测数据难以全面反映样品的信息,需要进行数据联用,这是因为各种各样的食品兼有味觉和嗅觉的特征,需要综合气味、滋味、色泽、组织状态等信息做出全面衡量,仅采用电子鼻从气味或电子舌从滋味单一角度进行评价时往往难以获得令人满意的结果。鉴此情况,电子鼻和电子舌数据的联用,即气味和滋味响应信息的融合就显得尤为重要。
        采用电子鼻和电子舌对不同成熟度的草莓鲜榨汁进行检测。结果表明,电子鼻和电子舌传感器响应信号融合后能够很好地预测不同成熟度草莓鲜榨汁的可溶性固形物、VC、总酸含量及pH,其预测能力好于单一的电子鼻或电子舌,其中电子舌不能很好预测总酸含量,其校正决定系数和预测决定系数分别上升为0.965和0.908。分别采用电子鼻、电子舌和气质联用技术对不同采摘期的柑橘进行检测,分析发现电子鼻和电子舌的传感器信号与被检测对象的理化参数、挥发性成分之间存在交叉敏感性,且预测模型呈现多元化。
        04  结语
        电子鼻和电子舌作为一种新兴的“绿色”检测技术,目前国内外对其开展初探性研究,其应用领域也十分广泛,包括食品工业、环境检测、医疗卫生、药品卫生、公安与军事等。然而电子鼻和电子舌的应用技术仍不完善,存在传感器具有选择性和限制性、传感器的漂移问题、传感器易受温湿度等环境因素影响、模式识别算法欠缺、便携性差等弊端。随着现代科学技术的不断进步,电子鼻和电子舌的功能将不断完善,也将逐步从实验室研究走向大众实用,对推动电子鼻和电子舌在水果等行业快速检测分析中的商业化应用起到重要的科学意义和应用价值。
        参考文献:任二芳,牛德宝,温立香,刘功德,谢朝敏,程三红.电子鼻和电子舌在水果检测中的应用进展[J].食品工业,2019,40(10):261-264.
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