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【原創(chuàng)分享】基于Heracles NEO 超快速氣相電子鼻和電子舌對不同品牌青稞罐頭進(jìn)行區(qū)分
發(fā)布日期:2023-04-20
        近期,濟南感官分析研究中心對3款市售青稞罐頭做了智能感官相關(guān)測試。本研究采用電子鼻和電子舌等智能感官設(shè)備對市售3個品牌的青稞罐頭的氣味和滋味等屬性信息進(jìn)行比較和分析,可以應(yīng)用于以目標(biāo)產(chǎn)品為指導(dǎo)反饋得到改進(jìn)方向進(jìn)而優(yōu)化產(chǎn)品。
        材料與儀
        1、材料
        3個不同品牌青稞罐頭 市購。
        2、儀器 
        Heracles NEO 超快速氣相電子鼻 
        一種新型的氣味分析手段,該儀器根據(jù)氣相基本原理對頂空氣體進(jìn)行分析,通過化學(xué)計量學(xué)等數(shù)據(jù)處理可得到與傳統(tǒng)電子鼻同樣的響應(yīng)信息,同時還可精確分離出樣品中的揮發(fā)性化合物,并通過 Arochembase 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行定性分析,具有分析時間短、精確度高等特點。
        ASTREE 型電子舌系統(tǒng) 
        由48位自動進(jìn)樣器、傳感器陣列、數(shù)據(jù)采集和控制器、模式識別軟件等部分組成。傳感器陣列由7根具有 交叉敏感性的傳感器 (AHS、PKS、NMS、CTS、ANS、SCS和CPS)和1個Ag/AgC1參比電極組成。
        3、實驗方法
        電子鼻檢測
        稱取 2g 樣品于 20mL 頂空瓶中,采用超快速氣相色譜電子鼻 Heracles NEO 上進(jìn)行檢測分析。Heracles NEO 包含 MXT-5與 MXT-1701 兩根色譜柱(10m, 180μm),其中 MXT-5 為非極性色譜柱,MXT-1701 為弱極性色譜柱;檢測器為雙 FID 檢測器,一次注射進(jìn)樣,兩根色譜柱同時分析并呈現(xiàn)分離結(jié)果。
        電子舌檢測
電子舌檢測樣品前,對傳感器依次進(jìn)行了活化、校正和診斷,確保傳感器狀態(tài)良好。樣品在室溫 (20℃) 下進(jìn)行檢測,每次信號采集時間為120 s,樣品間設(shè)置清洗序列(蒸餾水,清洗 10 s) ,每個樣品重復(fù)測量8次。取后3次測量的各傳感器響應(yīng)值作為樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理。
      4、數(shù)據(jù)處理
       測試數(shù)據(jù)用電子舌自帶軟件進(jìn)行處理。
      結(jié)果與分析
      電子鼻感官結(jié)果分析
      電子鼻色譜圖及香氣比較 
      通過對比色譜圖(圖1)發(fā)現(xiàn),樣品間的出峰時間及出峰位置基本一致,但峰面積間存在差別。這說明三個樣品中揮發(fā)性成分種類基本一致,但在含量上存在差異。
   
  圖1 3個青稞罐頭樣品電子鼻譜圖疊加(保留參數(shù))對比
      主成分分析
       PCA是將采集到的氣味成分的種類和含量作為變量,通過向量變化以更直觀的形式體現(xiàn)樣品間的氣味組成差異,圖2為原始PCA圖(以所有色譜峰為變量)。第一主成分(PC1)與第二主成分(PC2)的貢獻(xiàn)率之和達(dá)到了97.551%,能較為完整的代表樣品的全部信息。3個樣品在主成分分析圖上的區(qū)分指數(shù)達(dá)到74,說明超快速氣相色譜電子鼻(Heracles)能夠基于氣味的差異,有效區(qū)分3個品牌的青稞罐頭產(chǎn)品。
圖2  3個青稞罐頭樣品原始PCA圖(以所有色譜峰為變量)
       樣品間指紋分辨指數(shù)
       指紋分辨指數(shù)是根據(jù)主成分分析圖中的兩個樣品組間的相對距離計算得出,兩個樣品組間的距離越大,則兩個樣品組的指紋分辨指數(shù)越接近100%,即指紋分辨指數(shù)越大,樣品組間的區(qū)別越大。如表1所示,樣品B-1與Y-1間的指紋分辨指數(shù)較大,說樣品B-1與Y-1的差異較大,而樣品C-1與Y-1間的差異較小,即樣品C-1與Y-1間香氣更加接近。
表1 樣品間的指紋分辨率
        物質(zhì)定性分析
        采用正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)溶液(nC6- nC16)進(jìn)行校準(zhǔn),根據(jù)MXT-5與MXT-1701兩根柱子的保留指數(shù)結(jié)合AroChembase數(shù)據(jù)庫對樣品中主要揮發(fā)性成分進(jìn)行定性分析,得到可能性化合物及其風(fēng)味描述。由表2可知,幾種青稞罐頭樣品的揮發(fā)性成分組成相似,主要有醛類、醇類及芳烴類。通過比較各峰面積以反映各揮發(fā)性成分含量,其中醇類揮發(fā)物為主要變化成分。
表2 3個青稞罐頭樣品之間的差異性化合物定性
 4-1
        電子感官結(jié)果分析
        電子舌的雷達(dá)指紋圖譜
        3種不同品牌(品牌B-1、品牌C-1、品牌 Y-1)青稞罐頭的雷達(dá)指紋圖譜見圖3。由圖3可知樣品在7根傳感器上的響應(yīng)強度存在顯著差異,說明所測定的青稞罐頭樣品在5種味覺屬性(鮮味、咸味、酸味、甜味、苦味)上均具有差異,由以上分析可知,雷達(dá)指紋圖譜可以辨別不同品牌青稞罐頭,電子舌是辨別不同品牌青稞罐頭的有效工具。
圖3 電子舌傳感器對青稞罐頭的雷達(dá)指紋圖譜
       電子舌的PCA分析
       傳感器的信號被整合到可以通過多維統(tǒng)計工具計算的數(shù)據(jù)矩陣中,選擇所有傳感器的信號生成基于主成分分析(PCA)的滋味分布圖(圖4),它顯示了3個樣品的味道的接近程度。PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別為96.004%和3.311%,累積貢獻(xiàn)率達(dá)99.355%,區(qū)別指數(shù)DI=99,說明基于味覺上的差異能有效區(qū)分3個不同品牌的青稞罐頭樣品。PC1和PC2均保持了原始數(shù)據(jù)大于99%的信息量,說明電子舌可實現(xiàn)對不同品牌青稞罐頭的辨別。

圖4 3個品牌青稞罐頭樣品的滋味分布圖(以所有傳感器信號為變量)
        滋味評定(Taste Ranking)
        ASTREE電子舌還提供了一種對于樣品滋味進(jìn)行評定的功能。Taste Ranking 功能可直接得到所有樣品之間的相對酸咸鮮的排序(圖5),此外還有標(biāo)準(zhǔn)添加模式,可對自定義的甜味,苦味,辣味,澀味等味道進(jìn)行相對排序。
        由圖5可知,3個不同品牌的青稞罐頭樣品在酸味、咸味、咸味上的排序是一樣的,從小到達(dá)分別是Y-1、C-1、B-1。

6-2
6-3

圖5滋味排序功能直接給出的酸、咸、鮮的相對排序
       結(jié)論
       本文利用 Heracles NEO 超快速氣相電子鼻和 ASTREE 型電子舌對3種不同品牌的青稞罐頭的氣味和滋味等感官方面做了對比分析。結(jié)果表明,電子鼻和電子舌均能夠?qū)?種不同品牌的青稞罐頭產(chǎn)品進(jìn)行區(qū)分和識別,電子鼻定性了3種不同品牌的青稞罐頭樣品之間可能存在的差異性化合物,電子舌對3種不同品牌的青稞罐頭樣品進(jìn)行了滋味排序,以上說明電子鼻和電子舌可以為不同品牌青稞罐頭產(chǎn)品的優(yōu)化方向提供一定的參考價值。
       來源:感官科學(xué)與評定 原創(chuàng)發(fā)布,轉(zhuǎn)載請注明來源。
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