电子舌和电子鼻在婴儿奶粉检测中的应用

钱 敏，黄敏欣，黄伟健，白卫东，赵文红

（1.仲恺农业工程学院轻工食品学院，广州510225；2广州市广式传统食品加工与安全控制重点实验室，广州510225）

电子舌和电子鼻在婴儿奶粉检测中的应用

钱 敏1，2，黄敏欣1，黄伟健1，白卫东1，2，赵文红1

（1.仲恺农业工程学院轻工食品学院，广州510225；2广州市广式传统食品加工与安全控制重点实验室，广州510225）

应用电子舌和电子鼻技术对同一品牌不同段数以及不同品牌的婴儿奶粉进行检测，并应用主成分分析和雷达图对结果进行分析。结果表明：①1号2段与2号3段奶粉、2号3段与3号3段奶粉分别分布在图中不同区域，相互之间没有重叠；②1号2段与2号3段奶粉、2号3段与3号3段的气味差异分别集中在S2S5S11S12和S3S5S11S12传感器上；③牛栏2段、3段和美素3段奶粉分布在图中不同区域，相互之间差异较大。因此，电子舌和电子鼻可以将同一品牌不同段数以及不同品牌的婴儿奶粉区分开，可很好地应用在婴儿奶粉检测中。

电子舌；电子鼻；婴儿奶粉；检测

0 引言

随着经济快速发展，各个国家都在大力研究婴儿奶粉。很多婴儿奶粉按照不同时段的婴儿生长需要来设计添加段数。每个段的营养成份和微量元素比例不同，滋味也不一样［1］。不同品牌的奶粉使用的奶源不同，使用的配料比例也有差异，造成了婴儿奶粉味道的稍有差异，这种差异难以用感官来评价。电子舌和电子鼻［2，3］相结合，可对样品的滋味和气味进行综合评价。

目前，已有电子舌和电子鼻技术用于奶粉检测的报道，但是只针对成人奶粉［4］，而婴儿奶粉的检测仍未见报道。因此，本研究采用电子舌和电子鼻技术，结合主成分分析和雷达图，对同一品牌不同段数以及不同品牌的婴儿奶粉［5］进行检测，以期为婴儿奶粉的深入研究和电子舌和电子鼻的进一步实际应用提供依据。

1 实验

1.1 原料与试剂

1号2段奶粉，2号3段奶粉，3号3段奶粉，由仲恺农业工程学院提供。

1.2 仪器

SmarTongue电子舌、iNose电子鼻由上海瑞玢国际贸易有限公司提供。

SmarTongue电子舌含有6个惰性金属传感器（铂、金、钯、钛、钨、银）。

iNose电子鼻含有14个传感器。

1.3 方法

1.3.1 电子舌检测奶粉

（1）预处理。每个样本准确称量5 g于烧杯中，加入100 mL（40℃）温水，搅拌后静置至室温，用电子舌检测。测试样品之前先用纯净水清洗探头，然后再设置电子舌的检测参数，设置完后电子舌开始检测样品，不同样品之间要用纯净水清洗探头。不同样品平行测定3次，电子舌检测条件：最高电压1 V，最低电压-1 V，脉冲间隔200 mV，灵敏度104。

（2）1号2段和2号3段奶粉的传感器优化。由图1可以看出，在传感器S1-1HzS5-1Hz上的DI值为99.52%（DI值代表整体区分效果，DI值越大，整体区分效果越好），分析效果较好。

图1 1号2段和2号3段奶粉的传感器优化

（3）2号3段和3号3段奶粉的传感器优化。由图2可以看出，在传感器S1-1HzS3-10HzS5-100HzS6-1Hz上的DI值为99.95%（DI值代表整体区分效果，DI值越大，整体区分效果越好），分析效果较好。

图2 2号3段和3号3段奶粉样品的传感器优化

1.3.2 电子鼻检测奶粉

每个奶粉样本准确称量2 g于40 mL电子鼻样品瓶中（带盖），在室温下用电子鼻检测。先用空气清洗传感器，清洗时间为120 s，然后通过真空泵将样品中的气体吸入到电子鼻中，进气速度为1 L/min，检测时间为180 s。每个样品重复测定3次。

2 结果与分析

2.1 电子舌用于奶粉的检测

2.1.1 1号2段和2号3段奶粉的主成分分析（PCA）

主成分分析（PCA）：将多个变量通过线性变换以选出较少个数重要变量的一种多元统计分析方法。又称主分量分析。主要用于样品的区分辨别。图3为1号2段和2号3段奶粉主成分分析结果。图3中，横纵坐标数值代表是仪器的感应阈值，是一个相对值，没有单位（下同）。通过仪器读出来主成分1和2贡献率分别为57.4%和19.5%。

图3 1号2段和2号3段奶粉主成分分析结果

由图3可以看出，主成分1和主成分2的总贡献率为76.9%，基本能够代表样品的整体信息（贡献率越大，说明主要成分可以较好的反映原来多指标的信息）。图3中，1号2段和2号3段奶粉样品分布在图中不同区域，相互之间没有重叠，说明电子舌的主成分分析法可以将不同的奶粉样品区分开来。总而言之，电子舌的能够很好的用来辨识不同的奶粉样品。

2.1.2 2号3段和3号3段奶粉的主成分分析（PCA）

图4为2号3段和3号3段奶粉主成分分析结果。图4中，通过仪器读出来主成分1和2贡献率分别为71.7%和15.4%。由图4可以看出，主成分1和主成分2的总贡献率为87.1%，基本能够代表样品的整体信息（贡献率越大，说明主要成分可以较好的反映原来多指标的信息）。图4中，2号3段和3号3段奶粉样品分布在图中不同区域，相互之间没有重叠，说明电子舌的主成分分析法可以将不同品牌的奶粉样品区分开来。总而言之，电子舌的能够很好的用来辨识不同的奶粉样品。

图4 2号3段和3号3段奶粉样品的主成分分析结果

2.2 电子鼻用于奶粉的检测

2.2.1 同一品牌1号2段和2号3段奶粉样品的雷达图对比

图5为1号2段和2号3段奶粉样品的雷达图。由图5可以看出，1号2段和2号3段奶粉样品气味差异主要集中在S2S5S11S12传感器上。

图5 1号2段和2号3段奶粉样品的雷达

2.2.2 2号3段和3号3段奶粉样品的雷达图

图6为2号3段和3号3段奶粉样品的雷达。由图6可以看出，2号3段和3号3段两个不同品牌奶粉样品气味差异主要集中在S3S5S11S12传感器上。

图6 2号3段和3号3段奶粉样品的雷达

2.2.3 主成分分析

图7为1号2段、2号3段和3号3段奶粉样品的主成分分析结果。图7中，通过仪器读出来主成分1和2贡献率分别为83.7%和11.8%。由图7可以看出，主成分1和主成分2的总贡献率为95.5%，可以代表样品的整体信息，值越高，代表这个仪器对此样品区分效果越好。从图7中还可以看出，2个不同品牌同一段奶粉样品分布在图中的不同区域内，相互之间差异较大，而同一品牌不同段奶粉样品也在图中距离较远，相互之间差异也非常大，说明电子鼻的主成分分析法能将同一品牌不同段奶粉样品和不同品牌同一段的奶粉样品很好地区分开。

图7 1号2段、2号3段和3号3段奶粉样品的主成分分析结果

3 结果与讨论

1号2段与2号3段奶粉、2号3段与3号3段奶粉分别分布在图中不同区域，相互之间没有重叠。1号2段与2号3段奶粉、2号3段与3号3段的气味差异分别集中在S2S5S11S12和S3S5S11S12传感器上；同时，1号2段、2号3段和3号3段奶粉分布在图中不同区域，相互之间差异较大。因此，电子舌和电子鼻可以将同一品牌不同段数以及不同品牌的婴儿奶粉区分开，可很好地应用在奶粉检测中。

同一品牌不同段数以及不同品牌的婴儿奶粉的滋味和风味不同，这可能是由奶源差异、配料比例不同、加工处理方式差异等引起的。奶粉的口味会影响消费者的嗜好性和购买力。因此在以后生产中，可把电子舌和电子鼻应用于产品口味开发、掺伪鉴别以及溯源分析中，以满足消费者的多方面需求。

［1］李春雨，马晓晨，赵耀，等.北京市郊区4～12月龄婴儿辅食添加现状［J］.中国儿童保健杂志，2013，（11）：1195-1198.

［2］王莉，惠延波，王瞧，等.电子舌系统结构及其检测技术的应用研究进展［J］.河南工业大学学报，2012，33（3）：85-90.

［3］周春丽，刘伟，陈冬，等.基于电子鼻与SPME-GC-MS法分析不同南瓜品种中的挥发性风味物质［J］.现代食品科技，2015，31（7）：293-301.

［4］刘立，李代禧，余华星，等.国内外五种著名全脂牛奶感官评价分析及其电子鼻、电子舌甄别初探［J］.食品与发酵科技，2014，50（5）：90-96.

［5］张亚伟，任爱胜，何洋，等.奶粉进口激增对我国奶业发展的影响分析［J］.中国畜牧杂志，2014，50（2）：35-39.

Application of electronic tongue and electronic nose in detection of baby milk powder

QIAN Min1，2，HUANG Min-xin1，HUANG Wei-jian1，BAI Wei-dong1，2，ZHAO Wen-hong1
（1.College of Light Industry and Food Science，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou，510225，China；2.Guangzhou Key Laboratory of Guangdong Style Traditional Food Processing and Safety Control，Guangzhou 510225，China）

The same brand of different segment and different brands of baby milk powder were detected by electronic tongue and electronic nose，and the results were analyzed by principal component analysis and radar map.The results of principal component analysis of electronic tongue showed that 2 segment and 3 segment of Nutrilon baby milk powder，3 segment of Nutrilon baby milk powder and 3 segment of Maysu baby milk powder respectively distributed in different areas in the figure，and had no overlap between each other.The results of radar map of electronic nose showed that the odor difference of 2 segment and 3 segment of Nutrilon baby milk powder，3 segment of Nutrilon baby milk powder and 3 segment of Maysu baby milk powder were focused on S2S5S11S12 and S3S5S11S12 sensor respectively；and the principal component analysis of electronic nose also proved that 2 segment and 3 segment of Nutrilon baby milk powder and 3 segment of Maysu baby milk powder distributed in different areas，which made big differences between them.Thus，the baby milk powder of same brand in different segment and different brands could be distinguished by electronic tongue and electronic nose，and electronic tongue and electronic nose could be widely used in the detection of baby milk powder.

electronic tongue；electronic nose；baby milk powder；detection

TS252.7

A

1001-2230（2016）08-0058-03

2015-12-18

广东省产学研项目（2013B090600157），广东省自然科学基金项目（2014A030313592），广式传统食品加工与安全控制重点实验室（201509010005）。

钱敏（1983-），女，实验师，研究方向为食品化学。

白卫东