浅谈电子鼻在食品检测中的应用

安 瑜 张敏娟

陕西省产品质量监督检验所，西安 710054

浅谈电子鼻在食品检测中的应用

安 瑜 张敏娟

陕西省产品质量监督检验所，西安 710054

本文简单介绍了电子鼻的结构及原理，并对电子鼻在近年来食品检测中的应用研究进行了阐述，重点介绍了它在谷物、肉品、乳品、果蔬检测中的应用，并对其应用前景进行了展望。

电子鼻；原理； 检测；应用

electronic nose principle detection application

目前，电子鼻技术作为一种新颖的检测复杂风味的仪器受到各领域的广泛关注，电子鼻技术在食品检测中的应用也有一定研究，应用电子鼻可以对食品的风味、品质、质量等进行快速检测，并且可以结合相关软件进行食品的货架期预测模型、气味指纹模型等。因此，研究电子鼻在食品检测中的应用具有重要的实际意义。

1. 电子鼻及其原理简介

电子鼻（Electronic Nose）是一种新型的识别、分析及检测复杂风味化合物和大多数挥发性物质的仪器。与传统化学分析仪器不同，电子鼻得到的不是待检测样品中某几种成分的定性及定量结果，而是样品中挥发性组分的整体信息（指纹数据）, 它可以根据各种不同的气味测定不同的信号，并与已建立数据库中的信号进行比较、识别和判断，具有相似于鼻子的功能。[1]

电子鼻主要有气体传感器阵列、信号处理系统和模式识别系统三个组成部分。不同的传感器对不同气体的响应谱是不同的，电子鼻系统能根据传感器的响应谱来对不同气体进行识别。其工作原理（图2）是模拟人和动物的嗅觉器官对气体进行感知、分析和判断。图1 比较了电子鼻与人嗅觉的不同。

图1 电子鼻与人嗅觉的比较[2]

电子鼻工作时首先是气敏传感器感受气体分子并与之相互作用引起传感器本身性质的变化，这种变化被信号处理系统接收，然后做相应的数据转换并通过模式识别器、智能解释器等的处理最后输出结果。

电子鼻中，模式识别相当于动物和人类的神经中枢，它运用一定的算法完成气味或气体的定性、定量识别。目前常用的模式识别方法有统计模式识别方法(如主成分分析法、最小二乘法)，智能识别(如误差反向传播神经网络、自组织特征映射神经网络等)等方法。[3]

2. 电子鼻在食品检测中的应用

在传统的食品检测中，很多时候都需要用到人的鼻子，例如对酒类的品评，这些传统方法主观性强、重复性差，另外，人的嗅觉对气味会产生适应性并导致嗅觉疲劳，会影响分析结果。由于电子鼻不受人的主观性的影响，且不易出现疲劳，在进行一定时间的模式学习之后，对食品质量检测的准确性可大大提高。电子鼻的这一系列的优点使其被广泛应用到食品检测中。

2.1 电子鼻在谷物检测中的应用

谷物在储藏过程中会出现陈化、霉变等变化。常用的鉴别方法均有一定缺点，如检验结果差异不明显，检验周期长等。因此，需要开发一种快速、准确的方法对谷物陈化度及霉变进行检测。

谷物在储藏过程中会产生一些挥发性物质，主要是一些羰基化合物，如酮类、醛类和其它化合物。[4]可通过电子鼻对这些挥发性成分进行检测进而推断出谷物的储藏年限。张红梅研究了电子鼻在小麦储藏年限检测中的应用，[5]对传感器信号进行方差分析和Loading分析，使用优化后的传感器阵列进行主成分分析，结果显示此方法可以很好地区分5个不同年份的小麦。另外，邹小波研究了电子鼻在检测谷物霉变中的应用[6]，通过电子鼻分析所测谷物的气味，从而快速、准确地判定所测谷物是否霉变。结果表明，与传统检测方法相比，该电子鼻装置可以更方便、快速、客观的检测霉变谷物。

图2 电子鼻工作原理图[2]

2.2 电子鼻在肉品检测中的应用

肉品质量评价中，气味是其中很重要的指标，传统检验是人的鼻子起主要作用，鉴于人鼻子有主观性及重复性差等一些缺点，电子鼻在肉类检验中可发挥很大作用。

通过电子鼻对肉类气味的分析，进而对其新鲜度、分级进行判断。电子鼻可以用来检验肉类的腐败变质，在生产线上进行连续检验，判断肉类产品的成熟期，检测肉类的掺杂掺伪，对肉类进行分级等。Bourrounet等人用电子鼻对小牛肉进行等级评定和分析。他们将不同贮藏时间的小牛肉划分为不同等级，利用电子鼻对这些小牛肉的挥发性成分进行检测，依据自组织映射网络(Self-organizing Map，SOP)对样品的检测结果进行分析，得到的等级评定结果与贮藏时间一致[7]。Hansen等人使用电子鼻对加过程工中肉制品产生的挥发性气体成分进行在线分析，以此来评价肉品的质量。这种检测方式快捷、方便，能在生产早期就检测到肉品的质量问题，从而减少经济损失。[8]

2.3 电子鼻在乳品检测中的应用

由于乳品是一个非常复杂的体系，电子鼻在乳品检测中主要是用来区分乳制品的风味、评价乳制品的质量等。

电子鼻对乳品储藏过程中产生的挥发性气体成分具有的响应值与乳品中产生的微生物数量具有一定的相关性，可以由此判断乳品的货架期。Labreche等人通过电子鼻来确定乳制品的货架期。结果表明，电子鼻测定的结果可用于确定乳制品的货架期和控制乳制品的新鲜度。用仪器对乳品挥发性成分分析的同时，记录样品中的菌落总数。将微生物数量的变化与电子鼻的检测结果进行比较，发现微生物数量的变化与指纹传感器检测结果存在相关关系。因此，电子鼻可以用于乳品中的微生物数量的检测和乳品货架期的预测。[9]高大启等人对电子鼻改进后进行实验，改进的电子鼻由检测盒、温度调节杯和个人计算机组成。结果表明，电子鼻能较好的对不同风味和浓度的乳制品进行同步检测。[10]

2.4 电子鼻在果蔬质量品评中的应用

电子鼻作为一种无损、快速的检测方法，在果蔬质量检测中也有较多应用。主要集中在果蔬储藏时期的检测、货架期模型的预测等。

胡桂仙，王俊等利用电子鼻PEN2系统对不同储藏方式及时问下柑橘芳香成分进行检测分析。试验先通过电子鼻系统动态采集柑橘芳香成分并得到电子鼻的响应值，再利用PCA、LDA等模式识别方法进行数据分析，LDA方法能更好区分不同储藏时间的柑橘，表明利用电子鼻能够无损检测区分不同新鲜度的柑橘，同时采用Loadings分析方法可以得知在检测中起主要作用的几个传感器，这为进一步优化传感器以及探索方便快捷的柑橘无损检测技术提供了依据。[11]张晓华用电子鼻分析了四个早、中、晚熟品种苹果的采收期和货架期，并探讨了原料品种、采收期和储藏期对果汁品质的影响，同时采用传统的果实成熟度判定方法—理化指标法及香气检测方法—气质联机法来进行对比分析，以准确、全面地评价苹果的质量。[12]

3. 电子鼻的应用前景

电子鼻技术的长处在于对香气成分的定性分析，在用分析仪器对食品进行质量评价时，人们不仅想得到其理化指标，更多时候想得到其感官指标，这时电子鼻就可发挥巨大作用。另一方面，电子鼻正朝着智能化的方向发展，电子鼻与BP神经网络方法相结合，在对专家样本进行学习之后就可给出较接近人的感官评价的结果。目前电子鼻技术的应用主要受到气敏传感器灵敏度、制造工艺以及数据处理等方面的限制，且电子鼻的检测结果与人们的期望还存在一定的差距。但是，将电子鼻用于食品工业的时机已经成熟，将会有越来越多的新型电子鼻应用于食品工业。

[1] 黄骏雄，田莉娟. 新颖的仿生检测技术—电子鼻. 现代仪器使用与维修，1999（1）:6～10

[2] 毕丽君，高宏岩. 电子鼻（EN）及其在多领域中的应用. 医学信息，2006，7（19）

[3] 陈晓明，李景明，李艳霞，倪元颖. 电子鼻在食品工业中的应用研究进展. 传感器与微系统（Transducer and Microsystem Technologies），2006，4（25）:8～11

[4] 展海军，李建伟，司学芝，等. 小麦陈化指标的研究综述. 粮食与饲料工业，2003，(4):8～9

[5] 张红梅，王俊. 电子鼻传感器阵列优化及其在小麦储藏年限检测中的应用. 农业工程学报，2006，12（22）:164～167

[6] 邹小波，赵杰文. 电子鼻快速检测谷物霉变的研究. 农业工程学报，2004，20（4）:121～124

[7] Bourrounet B. ，Talou H. ， Gaset A. ，Application of a multigas sensor device in the meat industry for boar-taintdetection，Sensors and Actuators B，1995，26～27:250～254.

[8] Hansen T.，Petersen M. A.，et al， Sensory based Quality control utilising an electronic nose and GC-MS analyses to predict end-product quality from raw materials. MeatScience2005:69:621～634

[9] Sa d Labreche，Sandrine Bazzo，Sonia Cade，et a1. Shelf life determination by electronic nose:application to milk. Sens [J]. Actuators B，2005，106:199～206

[10] Gao Daqi，Chen Wei. Simultaneous estimation of odorclasses and concentrations using an electronic nose with function approximation model ensembles[J]. Sens Actuators B，2006，in press

[11] 胡桂仙，王俊，海铮，王小骊. 不同储藏时间柑橘电子鼻检测研究. 浙江农业学报，2006，18（6）:458～461

[12] 张晓华. 电子鼻技术与传统检测方法在苹果质量研究中的应用. 中国农业大学硕士学位论文，2007

The basic principles and configuration of the electronic nose are described. Their applications in the food industry are discussed in the paper.Furthermore, their applications in the quality evaluation of corn, meat, milk and fruit are gone into details. The foreground of the electronic nose was talked at last.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.18.060