电子鼻在调味料工业的应用研究进展

孙莹，彭子宁

（哈尔滨商业大学 旅游烹饪学院，哈尔滨 150076）

调味料在烹饪加工中至关重要，通常为了赋予食物丰富的口味，需要适量地添加，在少数情况下也可以被当作主要原材料或者主要食品食用。当前日常生活中所使用的调味料，绝大部分从植物中提取，少部分由动物原料制成［1］。在食品风味检测中，最重要的是调味料赋予食物的香味和经过烹饪加工后食物的口感。而感官评价作为对传统食物的色、香、味的评价方式，有很多显著缺陷，比如人的感受器官容易乏累，且感官评价员的心情、身体状况、个人喜好、经验、外界气味和声音等方面都容易使结果受到影响；感官评价员没有准确的衡量标准，只能将气味信号转化为文字或语言进行描述，存在较大误差［2］。当今餐饮业态高速发展条件下，建造中央厨房成为一种主流趋势，这需要对调料配方进行统一规范，在这样的背景下，利用电子鼻等食品检测仪器对样品进行精确测量势在必行。

1 电子鼻的工作原理和组成部分

作为一种新颖的仿生检测器，电子鼻的历史并不长，1970年后首次利用它进行研究，它模拟了哺乳动物嗅觉系统中的多个嗅感受器细胞［3］，可以利用自身的各种分析模式及功能采集样品的挥发性风味物质的整体信息，也可以称为指纹数据［4］，当电子鼻再次测试到数据库内的特殊挥发性气味时，可以快速找到“线索”，准确辨别指纹数据对应的样品气味。传统的化学检测仪器与其相比，则更侧重成分分析。

电子鼻要完成工作也依靠感受气味的鼻子（气敏传感器）、神经元（信号处理系统）和大脑（模式识别系统）［5］。电子鼻至今能被广泛应用，也得益于它对复杂性挥发性气体的精准识别，当然它也可以识别单一气体［6］。电子鼻的识别模式有多种，不同的识别模式可以不同方向地有侧重地对被测样品进行检测，不同的感受器也一样。

电子鼻的鼻子——气敏传感器是由许许多多的单一传感器组成，传感器的识别范围很专一，只定向于识别一种挥发性气体，但一种气体却可以引发很多传感器的共鸣［7］。最后在模式识别系统的处理下，得到测试结果。

从仿生技术的角度讲，对比电子鼻和人体产生嗅觉的整个过程，气敏传感器就像鼻腔的上皮组织和嗅神经元一样，每个嗅神经元只表达其中一种受体基因［8］；信号处理系统的工作在人体内表达为神经元细胞可以将气味中表达的化学信号转化成电信号，通过神经传导传到大脑；模式识别系统则类似于最终在大脑内形成嗅觉感知［9］。

2 电子鼻的分类

电子鼻的分类见图1。

图1 电子鼻的分类Fig.1The classification of electronic nose

气敏传感器是化学传感器中最活跃的一种［10］，因为它最接近人类嗅觉系统的生物模型［11］。依靠具有气敏效应的金属氧化物，例如ZnO，SnO2等，气敏传感器可以将被测样品的气体成分、浓度通过各种化学、物理反应及原理按一定规律转变成电信号。基于光学传感器的电子鼻与基于电敏传感器的电子鼻在数据分析原理等方面有诸多共同点，其最大区别在于采集不同种类的数据。

基于虚拟传感器技术的电子鼻通常是与其他检测仪器相连，将电子鼻技术与另外一种技术相结合，用于某些行业的检测。基于质谱技术的电子鼻：质谱与气相色谱仪等相连，一般用作实验室中纯物质的定性检测［12］。基于气相色谱技术的电子鼻：作为检测器的气敏传感器可以直接与气相色谱仪连接组成电子鼻；或将分离与检测部件替换成气相色谱仪，对测试后图谱做相应数据处理作为传感器测试结果，最后进行样本的整理分析［13，14］；基于红外光谱技术和离子迁移光谱技术的电子鼻和基于气相色谱技术的电子鼻基本相同［15］。

3 电子鼻在调味料行业中的应用

3.1 利用电子鼻区分不同品牌的调味品

经过三十余年的发展与研究，电子鼻已经广泛应用于各大行业，在调味品行业应用测试中，电子鼻的精度如何，具体可以进行哪些调味品测试是应用电子鼻的理论基础。目前已经进行了很充分的前期研究。车君艳等［16］以菜肴大煮鸡丝为测试样品，研究电子鼻能否识别出利用不同品牌鸡汁制作出的大煮鸡丝，并对比电子鼻和感官评价两种不同测试方法结果的精确程度。得出结论：电子鼻在分析精密度要求较高的样品时，具有更直观、可靠、便捷等明显优势。安莹等［17］研究了在不同识别模式下电子鼻对不同品牌酱油的测试敏感度。得出利用PCA做基本分析后，再用DFA建立识别模型可以百分百识别；利用LDA线性判别分析可以简单对酱油品牌做区分。余慧红等［18］同样研究了在不同模式下的电子鼻对不同品牌酱油的测试敏感度，更好地阐述了各个模式擅长的检测方向和具体作用。

3.2 利用电子鼻区分不同制作方式的调味品

电子鼻可以测试出不同品牌调味品之间的细微差距，但这对于调味品研究还是远远不够的，有的调味品的制作过程复杂，有的调味品的制作过程则相对较为简单，甚至同一种调味品的制作过程都千变万化。在利用电子鼻区分不同制作方式、制作产地等的调味品方面，也有少数研究。何计龙等［19］通过快速检测台州市面上的酿造食醋和配制食醋来验证电子鼻的精确检测功能，并通过PCA主成分分析很容易地区分开了二者。许荣华等［20］利用电子鼻建立了酱油指纹库判别市面上的不同酱油，研究出了电子鼻可以测出酱油的优劣，以及配制酱油中酿造酱油添加的比例。田怀香等［21］研究了以5种不同水解度的鸡骨架为原料制作的鸡肉香精，其味道差别利用电子鼻可以很好地做出区分，再结合气相色谱质谱仪，可以进一步得出影响香精风味的82种风味物质。王蓓等［22］利用电子鼻对牛奶香精和酶解奶油样品进行香味轮廓分析，得出了电子鼻可以用于区分合成牛奶香精样品和天然牛奶香精样品的结论。

3.3 利用电子鼻改良或制备调味品口味及添加量

研制新的调味品时可以用电子鼻进行更精准的对比，可以和感官评价结合制定调味品最佳标准，还可以和气相色谱等技术结合更详细地了解调味品挥发性物质的具体成分。田怀香等［23］用电子鼻测试对比金华火腿原料和调配的金华火腿香精的香气成分，得出了调配的火腿香精与原始风味存在一定差别的结果，仍需继续进行风味改良。张硕等［24］模拟了金锣鸡肉肠的香精并与肉肠进行对比，通过电子鼻测试也区分开了二者。贾洪锋等［25］利用电子鼻进行低盐豆瓣酱的配方与工艺优化，通过不断测量并改进样品配方与制作工艺，使低盐豆瓣的香气基本相似于普通豆瓣。董志俭等［26］在制作虾味香精中通过使用电子鼻研究了美拉德反应前后食物挥发性物质的改变，然后通过气相色谱技术进一步测定这些物质。同样以美拉德反应为基础，王一凡［27］结合感官、电子鼻和GC－MS这3种方法确立了评价标准，为制备咖啡香精提供了依据和理论指导。

同时，在研究香精制备工艺的优化上，电子鼻也有诸多应用。李迎楠等［28］通过研究证实肉味香精在不同温度下的挥发性风味物质、感官评价等方面具有明显差异。在电子鼻进行测量之前，要调试出合适的测试参数，韩燕等［29］用电子鼻对不同种类香精进了行测试，寻找出了一组最佳测试参数。

3.4 利用电子鼻对调味品进行质量控制

食物在腐败变质，或者质量产生变化时，挥发性风味物质通常也会随之改变，所以在食品质量控制中，电子鼻的应用必不可少。以火腿肠为例，为保证其产品质量，张晓敏等［30］利用电子鼻对各种香精进行测试和评价，通过测试香精完好保存时间、耐温时间等，从中选出最佳香精。不同的贮藏期和不同的包装方式都可以对食品的气味造成明显影响［31－33］。陈晓明等［34］通过研究指出，为了节约时间，提高工作效率，可以筛选产品中与质量密切相关的香气成分，有目的性地对食品进行定量、定性的分析。

电子鼻对调料的质量控制不仅着重在检测腐败方面，在检测掺假方面也有很大作用。贾洪锋等［35］通过建立电子鼻特征图谱，从而利用电子鼻有效识别掺入不同芝麻油香精比例的芝麻油。

4 对未来电子鼻应用于调味品行业的展望

在电子鼻应用于调味品行业探索前行的慢慢长路上，理论框架基本搭建完成。电子鼻对比感官评价具有更精确的识别功能，该仪器可以通过PCA，Loading测试、雷达图测试、LDA等分析方式区分差别很小的样品，还可以通过技术结合具体分析样品挥发性物质成分组成，但目前电子鼻的应用还主要集中在区分不同样品的功能上。未来可以逐渐建立一个细致、全面、标准、精确的调味品特征指纹库，不仅方便进行调味品开发、调味品掺假勾兑检测、调味品制作方式归类、产地归类等工作，还便于控制应用于菜肴制作的调味品的种类、产地、烹制时间、存放时间等。电子鼻在未来调味品行业的应用正迸发着无限的活力。