基于Heracles NEO 超快速气相电子鼻和电子舌对不同品牌青稞罐头进行区分

　　近期，济南感官分析研究中心对3款市售青稞罐头做了智能感官相关测试。本研究采用电子鼻和电子舌等智能感官设备对市售3个品牌的青稞罐头的气味和滋味等属性信息进行比较和分析，可以应用于以目标产品为指导反馈得到改进方向进而优化产品。

　　

　　材料与仪器

　　

　　1、材料

　　3个不同品牌青稞罐头 市购。

　　

　　2、仪器

　　Heracles NEO 超快速气相电子鼻

　　

　　一种新型的气味分析手段，该仪器根据气相基本原理对顶空气体进行分析，通过化学计量学等数据处理可得到与传统电子鼻同样的响应信息，同时还可精确分离出样品中的挥发性化合物，并通过 Arochembase 数据库进行定性分析，具有分析时间短、精确度高等特点。

　　

　　ASTREE 型电子舌系统

　　

　　由48位自动进样器、传感器阵列、数据采集和控制器、模式识别软件等部分组成。传感器阵列由7根具有 交叉敏感性的传感器 (AHS、PKS、NMS、CTS、ANS、SCS和CPS)和1个Ag／AgC1参比电极组成。

　　

　　3、实验方法

　　

　　称取 2g 样品于 20mL 顶空瓶中，采用超快速气相色谱电子鼻 Heracles NEO 上进行检测分析。Heracles NEO 包含 MXT-5与 MXT-1701 两根色谱柱（10m， 180μm），其中 MXT-5 为非极性色谱柱，MXT-1701 为弱极性色谱柱；检测器为双 FID 检测器，一次注射进样，两根色谱柱同时分析并呈现分离结果。

　　

　　电子舌检测

　　

　　电子舌检测样品前，对传感器依次进行了活化、校正和诊断，确保传感器状态良好。样品在室温 (20℃) 下进行检测，每次信号采集时间为120 s，样品间设置清洗序列(蒸馏水，清洗 10 s) ，每个样品重复测量8次。取后3次测量的各传感器响应值作为样本数据进行后续处理。

　　

　　4、数据处理

　　

　　测试数据用电子舌自带软件进行处理。
 

　　

　　结果与分析

　　

　　电子鼻感官结果分析

　　通过对比色谱图（图1）发现，样品间的出峰时间及出峰位置基本一致，但峰面积间存在差别。这说明三个样品中挥发性成分种类基本一致，但在含量上存在差异。
 

　　

图1 3个青稞罐头样品电子鼻谱图叠加（保留参数）对比

　　

　　主成分分析

　　

　　PCA是将采集到的气味成分的种类和含量作为变量，通过向量变化以更直观的形式体现样品间的气味组成差异，图2为原始PCA图（以所有色谱峰为变量）。第一主成分（PC1）与第二主成分（PC2）的贡献率之和达到了97.551%，能较为完整的代表样品的全部信息。3个样品在主成分分析图上的区分指数达到74，说明超快速气相色谱电子鼻（Heracles）能够基于气味的差异，有效区分3个品牌的青稞罐头产品。
 

　　

图2  3个青稞罐头样品原始PCA图（以所有色谱峰为变量）

　　

　　样品间指纹分辨指数

　　

　　指纹分辨指数是根据主成分分析图中的两个样品组间的相对距离计算得出，两个样品组间的距离越大，则两个样品组的指纹分辨指数越接近100%，即指纹分辨指数越大，样品组间的区别越大。如表1所示，样品B-1与Y-1间的指纹分辨指数较大，说样品B-1与Y-1的差异较大，而样品C-1与Y-1间的差异较小，即样品C-1与Y-1间香气更加接近。

　　

表1 样品间的指纹分辨率

　　

物质定性分析

　　

　　采用正构烷烃标准溶液（nC6- nC16）进行校准，根据MXT-5与MXT-1701两根柱子的保留指数结合AroChembase数据库对样品中主要挥发性成分进行定性分析，得到可能性化合物及其风味描述。由表2可知，几种青稞罐头样品的挥发性成分组成相似，主要有醛类、醇类及芳烃类。通过比较各峰面积以反映各挥发性成分含量，其中醇类挥发物为主要变化成分。

　　

表2 3个青稞罐头样品之间的差异性化合物定性

　　

电子舌感官结果分析

　　

　　３种不同品牌（品牌B-1、品牌C-1、品牌 Y-1）青稞罐头的雷达指纹图谱见图3。由图3可知样品在7根传感器上的响应强度存在显著差异，说明所测定的青稞罐头样品在５种味觉属性（鲜味、咸味、酸味、甜味、苦味）上均具有差异，由以上分析可知，雷达指纹图谱可以辨别不同品牌青稞罐头，电子舌是辨别不同品牌青稞罐头的有效工具。
 

　　

图3 电子舌传感器对青稞罐头的雷达指纹图谱

　　

　　电子舌的PCA分析

　　

　　传感器的信号被整合到可以通过多维统计工具计算的数据矩阵中，选择所有传感器的信号生成基于主成分分析（PCA）的滋味分布图（图4），它显示了3个样品的味道的接近程度。PC1和PC2的贡献率分别为９6.004％和3.311％，累积贡献率达99.355％，区别指数DI＝99，说明基于味觉上的差异能有效区分3个不同品牌的青稞罐头样品。PC1和PC2均保持了原始数据大于99％的信息量，说明电子舌可实现对不同品牌青稞罐头的辨别。
 

　　

图4 3个品牌青稞罐头样品的滋味分布图（以所有传感器信号为变量）

　　

　　滋味评定（Taste Ranking）

　　

　　ASTREE电子舌还提供了一种对于样品滋味进行评定的功能。Taste Ranking 功能可直接得到所有样品之间的相对酸咸鲜的排序（图5），此外还有标准添加模式，可对自定义的甜味，苦味，辣味，涩味等味道进行相对排序。

　　

　　由图5可知，3个不同品牌的青稞罐头样品在酸味、咸味、咸味上的排序是一样的，从小到达分别是Y-1、C-1、B-1。
 

　　

图5滋味排序功能直接给出的酸、咸、鲜的相对排序

　　

　　结论

　　

　　本文利用 Heracles NEO 超快速气相电子鼻和 ASTREE 型电子舌对3种不同品牌的青稞罐头的气味和滋味等感官方面做了对比分析。结果表明，电子鼻和电子舌均能够对3种不同品牌的青稞罐头产品进行区分和识别，电子鼻定性了3种不同品牌的青稞罐头样品之间可能存在的差异性化合物，电子舌对3种不同品牌的青稞罐头样品进行了滋味排序，以上说明电子鼻和电子舌可以为不同品牌青稞罐头产品的优化方向提供一定的参考价值。