基于电子鼻的不同包装形式植物硒盐货架期间气味变化研究

戴临雪 ，徐欢欢 ，岳元媛 ，吴志康 ，李加兴

1.雪天盐业集团股份有限公司（长沙 410114）；2.湖南省轻工盐业集团技术中心有限公司（长沙 410114）；3.湖南省井矿盐工程技术研究中心（长沙 410114）

硒（selenium，Se）是人体必需的微量矿物质营养素之一，常与植物中的有效成分相结合，经食物被吸收利用，具有抗氧化、活化免疫系统的功效，能有效维持人体健康。生活中，大骨节病和克山病是典型的体内缺硒引起的疾病，肠胃病、便秘患者需要补硒，发育中的儿童更要注意均衡微量元素摄入。近年来，富硒食品的开发利用[1]对补充硒和维持合理的硒含量有重要作用，有利于实现精准补硒。调味盐是以食盐为载体，添加一定量辅料的食盐产品。植物硒盐将富硒麦芽粉添加到食盐中，能够实现在日常饮食中补充人体所必需的微量矿物质硒。然而，不同辅料的性质可能影响货架期过程中产品的食用价值和产品性状，也可能带来食品安全隐患[2]。因此，在食盐企业向食品企业转型的过程中，调味盐产品的货架期研究尤为必要。

对于食品风味产品而言，感官品评是最方便快捷的检测方法，但专业人员通过感官鉴别可能存在人为误差、嗅觉疲劳等问题，电子鼻作为一种高科技人工智能设备在食品的品质鉴定和风味分析中被广泛运用，能方便快捷地实现对样品的客观分析。在生物嗅觉系统中，气味分子被鼻子的嗅觉感受器细胞感知，传递信号至大脑嗅皮质层对气味进行识别；电子鼻设备则是通过对化学成分灵敏的气体传感器捕捉到气味信号，经模式识别系统提取气味信号的特征，经过机器学习相关算法识别和区分气味，得到被测样品的气味信息[3-7]。

试验通过利用传感器型电子鼻技术对不同包装形式下植物硒盐贮藏货架期过程中的气味变化进行分析研究，探讨调味盐包装对货架期的影响，为食盐行业调味盐的研究开发提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

植物硒盐及其不同形式包装（雪天盐业集团股份有限公司）。

1.2 仪器与设备

QZ-HK-408G型可程式恒温恒湿试验箱（东莞市勤卓环境测试设备有限公司）；PEN型电子鼻（德国AIRSENSE公司）。

1.3 方法

1.3.1 植物硒盐的处理方法

将植物硒盐分装到普通立式袋、铝箔袋和纸罐3种不同形式的包装中，经封口机封口后放置于恒温恒湿箱中开展基于温度和湿度条件的加速破坏性试验，在50 ℃、Hr85%与25 ℃、Hr60%这2种温湿度条件交替保存，并在第0，15，30，60和120天利用电子鼻进行气味变化分析测定。

1.3.2 电子鼻分析

1.3.2.1 电子鼻系统

德国AIRSENSE公司生产的PEN3型设备，它是由10个对化学成分灵敏的金属氧化物传感器阵列组成，其工作原理是传感器接收到样品挥发性成分后电阻率发生改变进而进行模式识别。表1为PEN3型电子鼻的传感器阵列及性能。

表1 电子鼻传感器阵列及其性能

1.3.2.2 样品准备

精确称量不同包装形式的植物硒盐样品各2.0 g于样品瓶中，压盖密封，待用。

1.3.2.3 电子鼻分析参数

样品测试间隔时间1 s；准备时间5 s；清洗时间120 s；自动调零时间10 s；测试时间60 s；内部流量400 mL/min；进样流量400 mL/min。

1.4 数据处理

采用雷达图、主成分分析法（PCA）、传感器贡献率分析（LA）对原始数据进行分析。

2 结果与分析

2.1 电子鼻分析植物硒盐气味成分

PEN3型电子鼻可以有效且全面地获取植物硒盐挥发性气味的信息。采用电子鼻对该种新型调味盐进行风味分析，测试过程中，电子鼻各传感器响应值随样品的特征挥发性气体在传感器上富集而迅速增大，在达到最大后逐渐下降趋于平稳[9-10]，得到植物硒盐电子鼻的雷达图谱，如图1所示。

图1 植物硒盐的电子鼻分析图谱

结果表明，W1W（7号）、W2W（9号）和W5S（2号）这3个传感器的响应值都较高，表明植物硒盐中硫化合物、有机硫化物、芳烃化合物及氮氧化物的风味特征明显。这与林墨等[11]研究富硒锗酵母牛肉中风味特征一致，牛肉中添加富硒锗酵母后，主要在氮氧化合物、硫化物成分差异较大。说明在植物硒盐这款调味盐中，麦芽硒的添加带入特殊的风味特征物质，硒含量是其特殊风味的主要来源，对其进行货架期间风味变化研究很有必要，有利于调味盐准确保质期的设立。

2.2 主成分分析（PCA）

主成分分析法（PCA）是将原始数据通过算法降维成2个新的指标主成分1（PC1）和主成分2（PC2），展示了样品的平行性与组间的差异性。在50 ℃、Hr85%与25 ℃、Hr60%这2种温湿度条件交替加速15，30，60和120 d后植物硒盐的挥发性物质气味分析图谱如图2所示，样品均远离原点并具有独立的区域。

图2 不同包装植物硒盐货架期间的气味分析

图2（a）中，第一主成分贡献率为98.40%，第二主成分贡献率为1.38%，总贡献率为99.78%；图2（b）中，第一主成分贡献率为95.04%，第二主成分贡献率为3.79%，总贡献率为98.83%；图2（c）中，第一主成分和第二主成分贡献率分别为94.07%和5.47%，总贡献率为99.54%；图2（d）中，第一主成分和第二主成分贡献率分别为98.90%和0.93%，总贡献率为99.83%；总贡献率均高于98%，说明样品的整体差异性均在主成分界面上充分展示，包含了原始数据的多数信息，其图谱结果展示样品间的差异性真实可靠，能够很好反映气味的信息情况。

图2（a）是植物硒盐加速15 d后的气味分析，每一个椭圆中的数据点代表同一样品，在第一主成分方向上3种包装植物硒盐均与原始空白对照样品距离相近，加速15 d后，样品风味并未发生太大改变；图2（b）是植物硒盐加速30 d后的气味分析，在第一主成分方向上3种包装并未有太大的距离差距，说明主要特征风味与原始样品差异不显著；同时，图2（a和b）中均可看到铝箔袋样品与纸罐装样品在第一主成分方向上有重叠，即在短期货架期间，铝箔袋与纸罐效果一致，而在第二主成分方向上，普通立式袋与其他包装、原始样品拉开差距，表明风味有一定变化；图2（c）展示加速60 d后的不同包装植物硒盐气味分析情况。铝箔袋包装植物硒盐与空白对照第一主成分方向和第二主成分方向距离均十分接近，区分不明显，即两者风味相近，而普通立式袋与纸罐装植物硒盐的风味均发生变化；图2（d）展示植物硒盐加速120 d后的不同包装样品特征风味的情况。与原始样品对比，3种包装均得到很好的区分，也就是说各包装均出现差异性，由于第一主成分贡献率占98.9%，那么在第一主成分方向上，与空白对照间距越小，代表风味越相近，即该种包装的风味保藏效果越好，由此可以推断，铝箔袋包装优于纸罐装，纸罐装又优于普通立式袋。

从图2综合来看，植物硒盐样品在加速30 d以前各包装之间均未出现明显差异，而在加速60 d以后，普通立式袋、铝箔袋、纸罐装3种包装下的植物硒盐风味开始出现差异性，在加速120 d后，铝箔袋包装的植物硒盐挥发性气味与空白样品最接近，普通立式袋包装的样品风味发生较大变化。

2.3 传感器贡献率分析（LA）

Loading分析是对传感器的相对重要性进行分析，若在电子鼻的模式识别过程中，传感器的负载参数为0，说明该传感器的识别能力可以忽略，若响应值很高，则说明该传感器为识别传感器，主要展示的是样品区分过程中主要是哪一类气体起主要区分作用[12]。图3为植物硒盐挥发性物质的Loading贡献率分析结果，负载因子由2个主成分表示。图3（a）中第一主成分占98.63%，第二主成分占0.8%；图3（b）中第一主成分占94.07%，第二主成分占5.47%；图3（c）中第一主成分占95.04%，第二主成分占3.79%；图3（d）中第一主成分占98.9%，第二主成分占0.93%；均超过98%，能够反映传感器的真实情况。

图3 植物硒盐挥发性物质的传感器贡献率分析

从图3可以看出，植物硒盐在货架期加速期间各传感器均有相应响应值，其风味的变化主要在W1S、W2W、W5S、W1W这4个传感器的变化，在第一主成分方向上，W5S感应器响应的物质气味变化较大，而在第二主成分方向上，W1S感应器响应的物质气味变化较大。这与雷达图的分析结果一致，主要是植物硒盐中风味特征物质硫化合物、有机硫化物、芳烃化合物及氮氧化物的风味在货架期间发生变化。

3 结论与讨论

电子鼻技术是一种高效绿色的检测技术，被广泛应用于食品的品质鉴定、风味分析、新鲜度检测等领域。对于具有特殊风味的调味盐而言，相比常规仪器检测方法，电子鼻操作简单方便、成本低；相比人工检测，其结果客观、稳定性好。植物硒盐作为调味盐的一种代表，其货架期间风味会随着时间、水分等因素发生变化，电子鼻能够快速准确地区分风味，并精准识别其在货架期间的变化，为电子鼻作为判断调味盐是否变质的快速测定工具提供理论依据。

将普通立式袋、铝箔袋和纸罐3种包装的植物硒盐在50 ℃、Hr85%与25 ℃、Hr60%这2种温湿度条件交替保存过程中，比较加速在第0，第15，第30，第60天和第120天的风味变化。结果表明：在加速试验前30 d时，不同包装对风味的影响很小，而在加速试验后期，不同包装植物硒盐的特征风味物质硫化合物、有机硫化物、芳烃化合物及氮氧化物发生变化，出现明显差异。试验还发现，为保证长期货架期过程中植物硒盐的风味，铝箔袋包装优于纸罐包装，纸罐包装又优于普通立式袋包装。