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电子鼻和电子舌技术在水果检测中的应用
发布日期:2024-04-23
        水果是来自自然界的宝藏,富含维生素、矿物质、纤维和抗氧化物质等多种营养物质,是人们日常生活中营养来源的有益补充。它们在维持身体正常功能、提高免疫力、预防疾病和促进消化等方面发挥着重要的作用。
        对水果各类属性,如新鲜度、成熟度、质地和病虫害侵染程度等的检测关乎消费者的食用安全及水果的商品价值,目前对这些属性的检测与评价主要有传统的检测方法和智能感官技术。
        感官评价是一种主观评价方法,主观性较强,重复性差,会受到评价员的身体状况、情绪及外部环境等多方面因素影响,此外,感官评价员对大量样品的评价通常会因其感官疲劳使得评价准确性降低。而大型仪器的测量,则需经过复杂的前处理,不仅造价高,还需要专业技术人员操作,影响其应用和普及。随着食品检测技术的发展,智能感官技术应运而生,操作简单快速、分析高效准确、重现性好及边际成本低等优点,因而受到关注和欢迎。目前国内外已有较多研究探索将智能感官技术用于水果检测,主要应用的智能感官技术有电子鼻、电子舌等,研究内容包括检测水果新鲜度、成熟度以确定合适的收获时期和研究水果采后的质地变化规律等[1]
        智能感官技术简介
        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[2],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。
        电子鼻的工作原理有两种,一是气相色谱原理,可以定性到具体的气味组成成分,每一个气味组分可以看做是一个传感器;二是通过气体传感器阵列来模拟人的嗅觉器官,对气味进行感知和分析,由传感器、信号处理系统和模式识别系统3部分构成,通过传感器及模式识别系统获得被测样品的整体信息[3]
        电子舌在水果检测中的应用
        电子舌可以运用于水果的品质评价中。高利萍[4]等通过电子舌主成分分析和线性判别分析对不同冷藏时间的草莓鲜榨汁进行定性分析显示,发现冷藏最初期草莓鲜榨汁品质下降迅速,其后鲜榨汁品质下降缓慢的变化趋势。郭琳琳[5]采用电子舌技术、理化分析试验和多变量统计学方法相结合的手段,对施用不同浓度氯吡脲的草莓果实的风味品质分别进行了评价分析,发现低浓度氯吡脲使用对草莓的甜味、酸味等滋味和风味组成具有正面影响,而无论氯吡脲浓度高低对咸味和鲜味等滋味和风味组成均有负面影响。史庆瑞等[6]采用基于虚拟仪器技术的电子舌系统对6种不同储存时间下的鲜榨橙汁样本进行定性和定量分析,实现了对不同储存时间的鲜榨橙汁品质进行客观、快速的评价。
        电子舌可鉴别水果品种。黎量等[7]采用电子舌技术客观化表达山楂的“味”,通过主成分分析(PCA)和判别因子分析(DFA)对数据进行处理和分析,有效区分不同基源的山楂样品。张浩等[8]以金芒、青芒、红玉和贵妃四种芒果为研究对象, 应用电子舌技术和顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术, 比较四个不同品种芒果之间的风味品质差异,并发现其中青芒和红玉味觉特征相近, 贵妃和金芒味觉特征相近。
        电子鼻在水果检测中的应用
        电子鼻可运用于水果的品质评价中。徐赛等[9]提出了一种基于电子鼻技术的不同贮藏环境荔枝果皮衰变程度监测方法。采用电子鼻和感官识别法对不同贮藏环境 (常温、冷柜和气调) 荔枝样本进行采样并对荔枝样本对应的果皮衰变程度进行同步记录。张鹏等[10]研究表明电子鼻的主成分分析和线性判别分析均适用于气调结合生物保鲜剂处理无核寒香蜜葡萄冷藏期的风味分析判别,提高无核寒香蜜葡萄的贮运品质。
        电子鼻还可以检测水果成熟度。胡桂仙等[11]利用电子鼻无损检测柑橘成熟度,且采用其系统中的LDA(线性判别法)比PCA(主成分分析法)更能准确判别出不同采摘期的柑橘,建立了电子鼻响应与成熟度之间的关系,且结合LDA方法的二维图的正确判断率达88%,证明了建立在化学传感器和模式识别软件上的电子鼻能够检测区分不同成熟度的柑橘。
        张鑫等[12]采用电子鼻系统对不同成熟度的‘锦绣黄桃’果实进行评价研究,发现主成分分析(PCA)和判别因子分析法(DFA)的结果显示,电子鼻可以较好地区分转色期、成熟期和完熟期的果实,但结合传统的理化检测方法(硬度、可溶性固形物、可滴定酸、挥发性香气组分)及生理指标(乙烯释放速率),表明PCA分析比DFA分析更加有效和准确。王贵平等[13]研究不同采收期对‘嘎拉’苹果气味的影响, 采用电子鼻方法检测不同采摘期套袋和不套袋‘嘎拉’挥发性物质的变化, 分析其不同采摘期挥发性物质的变化规律, 采用主成分分析法 (PCA) 和传感器贡献率分析 (LA) , 并建立特征雷达图。得出电子鼻对不同采摘期‘嘎拉’苹果的挥发性物质变化灵敏, 可以完全区分;套袋和不套袋苹果释放出同样的挥发性物质, 但挥发性物质构成的变化速率有所不同。
        结论
        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等环境因素影响、模式识别算法欠缺、便携性差等弊端。但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[14]。 
来源:感官科学与评定,转载请注明来源。
参考文献:
[1]冯建英,李鑫,原变鱼,等.智能感官技术在水果检测中的应用进展及趋势[J].南方农业学报,2020,51(03):636-644.
[2]赵煜,韦真博,王俊.电子舌信号与理化指标的信息融合区分不同养殖水的研究[J].农业工程学报,2012,28(01):153-160.
[3]于勇,王俊,周鸣.电子鼻技术的研究进展及其在农产品加工中的应用[J].浙江大学学报(农业与生命科学版),2003,(05):111-116.
[4]高利萍,王俊,崔绍庆.电子舌检测不同冷藏时间草莓鲜榨汁的品质变化[J].农业工程学报,2012,28(23):250-256.
[5]郭琳琳,罗静,庞荣丽,等.基于电子舌的氯吡脲对草莓风味影响的研究[J].现代食品科技,2019,35(10):182-188.
[6]史庆瑞,国婷婷,殷廷家,等.基于电子舌检测的橙汁贮藏品质研究[J].食品与机械,2017,33(11):137-142+203.
[7]黎量,杨诗龙,胥敏,等.基于电子鼻、电子舌技术的山楂气、味鉴别[J].中国实验方剂学杂志,2015,21(05):99-102.
[8]张浩,安可婧,徐玉娟,等.基于电子舌与SPME-GC-MS技术的芒果风味物质的比较分析[J].现代食品科技,2018,34(10):214-224.
[9]徐赛,陆华忠,吕恩利,等.基于电子鼻的不同贮藏环境荔枝果皮衰变程度监测[J].食品科技,2017,42(12):290-296.
[10]张鹏,刘振通,李江阔,等.气调结合生物保鲜剂对葡萄冷藏品质及电子鼻判别的影响[J].食品科技,2017,42(12):40-47.
[11]胡桂仙,Antihus Hernández Gómez,王俊,等.电子鼻无损检测柑橘成熟度的实验研究[J].食品与发酵工业,2005,(08):57-61.
[12]张鑫,齐玉洁,杨夏,等.利用电子鼻技术评价桃果实成熟度的研究[J].华南农业大学学报,2012,33(01):23-27.
[13]王贵平,王金政.基于电子鼻技术的不同采收期‘嘎拉’苹果气味变化分析[J].中国园艺文摘,2015,31(08):12-14.
[14]任二芳,牛德宝,温立香,等.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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