電子鼻和近紅外聯(lián)合應(yīng)用在評(píng)定水產(chǎn)品新鮮度中的研究進(jìn)展

王琦，王偉，李洋

（1.天津市食品研究所有限公司，天津301609；2.天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津300134）

電子鼻和近紅外聯(lián)合應(yīng)用在評(píng)定水產(chǎn)品新鮮度中的研究進(jìn)展

王琦1，王偉2，李洋2

（1.天津市食品研究所有限公司，天津301609；2.天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津300134）

以水產(chǎn)品為研究對(duì)象，綜述了電子鼻和近紅外檢測(cè)技術(shù)在水產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)定中的研究進(jìn)展，分析了二者在實(shí)際應(yīng)用中的利弊，展望了二者在水產(chǎn)品新鮮度評(píng)定中聯(lián)合應(yīng)用的可行性和實(shí)際意義。

電子鼻；近紅外光譜；新鮮度；聯(lián)合應(yīng)用

近些年來(lái)，隨著人們食品觀念的逐漸改變，一些富含人體所需營(yíng)養(yǎng)的食品逐漸成為消費(fèi)者追逐的對(duì)象。水產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)豐富、味道鮮美，具有蛋白含量高、脂肪含量低、營(yíng)養(yǎng)平衡好等特點(diǎn)，深受消費(fèi)者的歡迎[1]。水產(chǎn)品由于體內(nèi)含有大量的水分，且富含蛋白質(zhì)，在儲(chǔ)藏、運(yùn)輸過(guò)程中，極易受到微生物和自身酶的影響而發(fā)生品質(zhì)劣變。

電子鼻（EN）又被稱為氣味掃描儀，是一種仿生氣味感覺(jué)器。在食品工業(yè)中，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于乳制品檢測(cè)、水產(chǎn)品檢測(cè)、谷物貯藏、果蔬成熟度及新鮮度檢測(cè)、酒類鑒別、飲料識(shí)別、茶葉審核、煙草原料選控、香精識(shí)別等方面[2-4]。近紅外光譜（NIR）技術(shù)是近些年來(lái)分析化學(xué)領(lǐng)域快速發(fā)展的一種高新分析技術(shù)。與傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法相比，其優(yōu)點(diǎn)在于它是一種方便、快捷、無(wú)損、無(wú)污染的物理學(xué)方法。近紅外技術(shù)現(xiàn)已被應(yīng)用于糧食檢測(cè)、果蔬加工和肉制品加工等方面，并取得了良好的效果[5]。

隨著科技水平的發(fā)展和對(duì)食品品質(zhì)更加全面的要求。兩種或者多種檢測(cè)裝備在食品品質(zhì)評(píng)定中的聯(lián)合使用成為一種新的發(fā)展趨勢(shì)。例如氣相色譜和質(zhì)譜儀、液相色譜和質(zhì)譜儀的聯(lián)合使用已經(jīng)得到充分的發(fā)展和廣泛的使用。唐琳等[6]嘗試了聯(lián)合電子鼻和色差儀對(duì)脊尾白蝦新鮮度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并取得了準(zhǔn)確率高達(dá)98.8%的良好評(píng)定結(jié)果，相比單一技術(shù)的準(zhǔn)確率有明顯提升。目前，基于電子鼻和近紅外檢測(cè)技術(shù)聯(lián)合評(píng)定食品品質(zhì)的研究還相對(duì)較少。由于二者已經(jīng)在各自應(yīng)用的領(lǐng)域體現(xiàn)出了突出的優(yōu)勢(shì)，也顯現(xiàn)出一定的不足，其聯(lián)合應(yīng)用的前景值得研究。

1電子鼻檢測(cè)技術(shù)

1.1 電子鼻的基本構(gòu)成及工作原理

電子鼻主要由氣體傳感器、信號(hào)處理系統(tǒng)和模式識(shí)別系統(tǒng)三大部分構(gòu)成[7]。其中，氣體傳感器是檢測(cè)氣體的關(guān)鍵部件，目前最常用到的是金屬氧化物氣敏傳感器。

電子鼻的基本工作原理是傳感器表面與被測(cè)物質(zhì)所散發(fā)出的揮發(fā)性成分接觸并產(chǎn)生響應(yīng)，這種響應(yīng)通過(guò)接口電路將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，被計(jì)算機(jī)記錄并傳送到信號(hào)處理系統(tǒng)中進(jìn)行分析，與數(shù)據(jù)庫(kù)中已有的信息進(jìn)行對(duì)比，來(lái)判定被測(cè)氣體的類型，進(jìn)一步推斷出被測(cè)物質(zhì)及其情況[8-9]。

1.2 電子鼻在水產(chǎn)品新鮮度評(píng)定中的應(yīng)用

水產(chǎn)品的新鮮度和體內(nèi)物質(zhì)的腐敗、劣變程度有很大的關(guān)系，體內(nèi)物質(zhì)發(fā)生改變時(shí)在一定程度上體現(xiàn)在其揮發(fā)性物質(zhì)的改變，這種改變包括氣體成分種類和量的變化。通過(guò)電子鼻來(lái)測(cè)定這種變化可以判斷水產(chǎn)品的新鮮程度，且具有較高的可靠性。

柴春祥等[1]利用電子鼻對(duì)不同溫度下保藏不同時(shí)間的蝦進(jìn)行了揮發(fā)性成分的測(cè)定。發(fā)現(xiàn)了電子鼻可以檢測(cè)到蝦中揮發(fā)性成分隨保藏時(shí)間的延長(zhǎng)和保藏溫度的升高產(chǎn)生了規(guī)律性的變化，分析表明電子鼻可以用于蝦新鮮度的評(píng)定。

賈洪鋒等[10]利用電子鼻對(duì)采用茶多酚處理的不同保藏時(shí)間的鰱魚(yú)進(jìn)行了主成分分析（PCA）。發(fā)現(xiàn)不同保藏時(shí)間的鰱魚(yú)樣品在PCA圖中呈現(xiàn)明顯的規(guī)律性分布。通過(guò)研究表明電子鼻響應(yīng)值與微生物和理化指標(biāo)之間有良好的相關(guān)性，電子鼻可以用來(lái)評(píng)價(jià)鰱魚(yú)的新鮮度。

1.3 電子鼻檢測(cè)技術(shù)在水產(chǎn)品新鮮度評(píng)定中存在的問(wèn)題

電子鼻在水產(chǎn)品的檢測(cè)中雖然表現(xiàn)良好，但是目前還主要處于研究階段，獨(dú)自用來(lái)評(píng)判水產(chǎn)品的新鮮度可靠性相對(duì)還不高。而且水產(chǎn)品組織成分相比酒、茶等產(chǎn)品復(fù)雜，僅依據(jù)電子鼻無(wú)法準(zhǔn)確的反應(yīng)水產(chǎn)品的真實(shí)情況，所以電子鼻還難以大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用到水產(chǎn)品的新鮮度的評(píng)定中去。這就需要與一種更可靠的技術(shù)相結(jié)合，更加全面、客觀、準(zhǔn)確地評(píng)判水產(chǎn)品的新鮮度。近紅外檢測(cè)技術(shù)近些年來(lái)發(fā)展迅速，適于與電子鼻技術(shù)融合，建立一套完善、可靠的檢測(cè)手段，聯(lián)合應(yīng)用到食品工業(yè)的品質(zhì)評(píng)定中去。

2近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)

2.1 近紅外光譜技術(shù)的工作原理

近紅外（NIR）是介于可見(jiàn)光（VIS）和中紅外譜區(qū)（MIR）之間的電磁波，波長(zhǎng)范圍為780 nm～2 526 nm，是人們最早發(fā)現(xiàn)的一種非可見(jiàn)光。

近紅外可以測(cè)定幾乎全部的有機(jī)物和部分的無(wú)機(jī)物，在物質(zhì)分子中，化學(xué)鍵結(jié)合的各種基團(tuán)的伸縮、振動(dòng)和彎曲都有其固定的頻率，當(dāng)這些分子受到紅外線照射時(shí)，光的部分能量被吸收，測(cè)量其吸收的光，可以得到極為復(fù)雜的圖譜，每種成分在近紅外區(qū)域都有特定的吸收特征，根據(jù)這一特點(diǎn)可以分析出原物質(zhì)的情況。

2.2 近紅外光譜技術(shù)在水產(chǎn)品新鮮度評(píng)定中的應(yīng)用

近紅外光譜技術(shù)在水產(chǎn)品新鮮度中的應(yīng)用研究目前尚處于起步階段，研究成果較少。但近紅外光譜技術(shù)在肉類制品測(cè)定、低水分谷物硬度測(cè)定、酒精飲料測(cè)定、果汁測(cè)定、玉米成分測(cè)定、油菜籽測(cè)定和茶葉品質(zhì)測(cè)定的食品工業(yè)中已經(jīng)取得了一定的研究進(jìn)展。這些研究成果可以對(duì)近紅外光譜技術(shù)在水產(chǎn)品新鮮度的評(píng)定的應(yīng)用起到借鑒作用。

黃艷等利用近紅外光譜技術(shù)測(cè)定了白鰱魚(yú)糜中的水分含量，得到了相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.98的理想結(jié)果。分析結(jié)果表明，近紅外光譜技術(shù)能快速測(cè)定魚(yú)糜中水分含量，從而可以推斷出魚(yú)體的新鮮程度。

王錫昌等利用近紅外光譜技術(shù)快速無(wú)損測(cè)定了狹鱈魚(yú)糜水分和蛋白質(zhì)含量，通過(guò)擬合狹鱈魚(yú)糜的近紅外漫反射光譜與其水分和蛋白質(zhì)含量，建立了近紅外定量模型。結(jié)果表明，該模型能準(zhǔn)確地測(cè)定狹鱈魚(yú)糜中的水分和蛋白質(zhì)含量，進(jìn)一步推斷狹鱈的新鮮度，且可以用于實(shí)際生產(chǎn)中。

2.3 近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)在評(píng)定水產(chǎn)品新鮮度中存在的問(wèn)題

目前，受發(fā)展程度和技術(shù)儲(chǔ)備的限制，近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)在水產(chǎn)品新鮮度評(píng)定方面的研究和應(yīng)用相對(duì)較少，在其它食品工業(yè)的應(yīng)用中還存在著一些不足。如建模方法不同會(huì)導(dǎo)致模型的過(guò)適應(yīng)或欠適應(yīng)；近紅外儀器自身易受溫度等其它環(huán)境影響。其定標(biāo)方程檢測(cè)范圍受限制；單獨(dú)檢測(cè)準(zhǔn)確性較化學(xué)方法差。這就同樣需要尋找一種補(bǔ)充技術(shù)來(lái)結(jié)合近紅外檢測(cè)技術(shù)一起應(yīng)用到水產(chǎn)品新鮮度的評(píng)定中去。

3電子鼻—近紅外在食品中聯(lián)合應(yīng)用

目前，對(duì)于電子鼻和近紅外檢測(cè)技術(shù)在食品中聯(lián)合應(yīng)用的研究成果還較少，其應(yīng)用價(jià)值及前景有待探索。趙燕等分析了電子鼻和近紅外光譜等多種現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)的利弊，并得出結(jié)論：每種技術(shù)都有其優(yōu)勢(shì)，也有其局限性，每種技術(shù)都不可能適用于所以食品的鑒別，簡(jiǎn)單、快速和化學(xué)計(jì)量學(xué)連用技術(shù)是該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)。

4電子鼻—近紅外在水產(chǎn)品新鮮度評(píng)定中聯(lián)合應(yīng)用

電子鼻檢測(cè)技術(shù)近些年來(lái)得到越來(lái)越多的關(guān)注，并已取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，而且還有繼續(xù)完善的空間。電子鼻已被應(yīng)用于眾多的食品行業(yè)中，并取得了很好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。但由于水產(chǎn)品自身的復(fù)雜性和電子鼻發(fā)展程度的限制，電子鼻還未被廣泛應(yīng)用到水產(chǎn)品新鮮度鑒定到這一行業(yè)中。目前，最現(xiàn)實(shí)的做法是找到一種可以和電子鼻融合在一起的技術(shù)，建立一套聯(lián)合的操作系統(tǒng)，應(yīng)用到水產(chǎn)品的新鮮度檢測(cè)中去。在眾多的技術(shù)中，近紅外光譜技術(shù)由其自身獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯現(xiàn)出了滿足這種需求的潛力。近紅外光譜檢測(cè)技術(shù)是一項(xiàng)近些年來(lái)得到迅速發(fā)展的技術(shù)，是一種已被逐漸應(yīng)用到農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)中的內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)技術(shù)，是一種重要的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。

反映水產(chǎn)品品質(zhì)的指標(biāo)是多方面的，從一種技術(shù)方法得出的評(píng)定結(jié)果誤差可能性大、可靠性相對(duì)低，往往不能準(zhǔn)確地反應(yīng)出產(chǎn)品的真實(shí)情況。水產(chǎn)品由于自身組織成分的特點(diǎn)，當(dāng)其品質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，最容易觀測(cè)到的指標(biāo)之一就是發(fā)揮性物質(zhì)的變化，而電子鼻是感應(yīng)這種變化最理想的工具。為了避免單一檢測(cè)方法帶來(lái)的不確定性和誤差，結(jié)合近紅外光譜技術(shù)深層次的驗(yàn)證水產(chǎn)品組織成分的變化，可以客觀、準(zhǔn)確、迅速地得知被測(cè)產(chǎn)品的新鮮程度。便于根據(jù)水產(chǎn)品品質(zhì)所處的階段選擇最適當(dāng)?shù)募庸し绞胶弯N售手段，有利于水產(chǎn)品的分級(jí)整理，增加工業(yè)附加值，減少浪費(fèi)。電子鼻—近紅外聯(lián)合技術(shù)在水產(chǎn)品中的研究和應(yīng)用具有巨大的經(jīng)濟(jì)潛在價(jià)值和社會(huì)效益。這種方法適用于水產(chǎn)品這類營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高但品質(zhì)易發(fā)生劣變的產(chǎn)品。

5展望

電子鼻可以敏感地檢測(cè)到水產(chǎn)品由于組織成分變化引起的揮發(fā)性物質(zhì)的變化，近紅外光譜技術(shù)可以從更深的層次反應(yīng)水產(chǎn)品內(nèi)部的變化情況，驗(yàn)證電子鼻所檢測(cè)到的變化。二者相輔相成，可根據(jù)實(shí)際情況需要設(shè)計(jì)、調(diào)整具體的操作方案和程序。這種操作系統(tǒng)完全避免了人工評(píng)定小組帶來(lái)的各種主觀不確定性，適于流水化大工業(yè)生產(chǎn)的需求，投資相對(duì)較低，可靠度高，檢測(cè)迅速，無(wú)損、無(wú)污染，操作簡(jiǎn)單，適于實(shí)時(shí)監(jiān)控和在線分析，適于應(yīng)用到大規(guī)模的加工生產(chǎn)中去，有助于食品品質(zhì)評(píng)定行業(yè)從人員密集型向技術(shù)密集型的轉(zhuǎn)變和自動(dòng)化、智能化水平的提高。發(fā)展前景值得期待。

[1]柴春祥,凌云.電子鼻檢測(cè)蝦新鮮度的研究[J].食品科技,2010, 35(2)：246-249

[2]吳林蔚,屠康,潘磊慶,等.電子鼻系統(tǒng)及其在谷物檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展[J].食品工業(yè)科技,2012,33(23)：374-378

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[10]賈洪鋒,范文教,陳云川,等.基于電子鼻的鰱魚(yú)新鮮度評(píng)價(jià)[J].食品研究與開(kāi)發(fā),2012,33(7)：191-193

Detection Combined Application of Aquatic Products Fresh Degree Evaluation Based on Feasibility of Electronic Nose and Near Infrared

WANGQi1，WANGWei2，LIYang2
（1.Tianjin Food Research InstitueCo.，Ltd.，Tianjin 301609，China；2.Tianjin University of Commerce，College of biotechnology and Food Science，Tianjin 300134，China）

In this paper，the aquatic products were as research object.The main research progress of electronic nose or the near infrared spectroscopy application in assessment of aquatic products were summarized. Meanwhile，their advantages and disadvantages were analyzed and the outlook on the feasibility and practical implications of their joint application in freshness evaluation of aquatic products were made.

electronic nose；near infrared spectroscopy；freshness；joint application

10.3969/j.issn.1005-6521.2014.15.038

2014-07-20

王琦（1981—），女（漢），工程師，碩士，研究方向：食品工程。