電子鼻和電子舌快速檢測燉制下牛肉的品質

王偉靜，張松山，謝鵬，張志勝，孫寶忠，*（.中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，北京0093；.河北農業大學食品科技學院，河北保定073000）

電子鼻和電子舌快速檢測燉制下牛肉的品質

王偉靜1，張松山1，謝鵬1，張志勝2，孫寶忠1，*
（1.中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，北京100193；2.河北農業大學食品科技學院，河北保定073000）

通過電子鼻和電子舌對冷鮮牛肉外脊和大黃瓜條的不同加熱溫度70、80、90、100、110、120℃燉煮3 h的風味物質進行測定，將數據進行主成分分析（Principal Components Analysis，PCA）、線性判別分析（Linear Discriminant Analysis，LDA）、判別因子分析（Discriminant Factor Analysis，DFA）雷達圖分析。結果顯示：不同部位牛肉會產生很大的影響，電子鼻能夠很好地分析出不同燉煮溫度下外脊和大黃瓜條的風味，LDA比PCA能夠更好的區分出風味的變化。電子舌能夠很好地分析不同燉煮溫度下外脊和大黃瓜條的風味得到DFA很好地分辨出口感變化，雷達圖能直觀的展現出物質成分。

電子鼻；電子舌；外脊；大黃瓜條

燉制牛肉是餐飲行業和家庭生活菜肴中最常見的飲食方法之一，歷史悠久，方法多種多樣。它具有色澤紅亮、軟綿香嫩、風味持久、營養豐富等特點，而且其獨特的風味物質被受廣大人們喜歡。燉煮溫度的高低對燉制牛肉的風味和口感形成起著主要的作用。隨著溫度的升高，燉制牛肉中一些營養物質逐漸分解，形成小分子有利于消化吸收。

目前，電子鼻和電子舌關于肉類[1]、水果[2]、奶[3]、海產品[4]類都有相關性報道。關于風味和口感的研究主要采用感官品評和氣相色譜-質譜聯用（Gas Chromatograph-Mass Spectrometer-computer，GC-MS）技術。感官品評因品評人員對不同物質之間的感覺器官的差異性會產生很大的影響，結果相差很大；氣相色譜-質譜聯用技術成本消耗很高，檢測時間長，表明樣品中單一的風味，整體氣味很難顯現。但是關于燉制牛肉風味[5-6]與口感的研究報道鮮有報道。

電子鼻是模擬動物嗅覺器官開發出的一種高科技產品。電子鼻的應用包括環境監測、產品質量檢測（如食品、煙草、發酵產品、香精香料等）、醫學診斷、爆炸物檢測等[7-10]。電子舌是一種模擬人類舌頭功能的電子儀器，能辨別出不同味道[11]。電子舌主要用于食品加工、環境監測和衛生等領域[12-15]。不同的加熱溫度對燉制牛肉的風味產生不同的影響，通過電子鼻和電子舌能夠快速和準確地檢測出燉制牛肉整體的風味和口感，減少資源的浪費、人為產生的誤差，并且能夠節約時間。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

24月齡黑白花淘汰奶牛：河北省廊坊市大廠回族自治縣南王莊工貿小區順澤肉類有限公司，剔除脂肪與結締組織，置于4℃冰箱備用[16]；食鹽：市售。

1.2 儀器設備

1.2.1 電子鼻

PEN3便攜式電子鼻：德國Airsense公司。各個傳感器的性能如表1。

1.2.2 電子舌

Astree型電子舌：法國阿爾法公司。傳感器性能如表2。

表1 PEN3型便攜式電子鼻傳感器性能描述Table 1 Performance of sensors for PEN3 portable e-nose

表2 Astree電子舌化學選擇性區域效應傳感器性能描述Table 2 Main properties of chemically sensitive field-effect transistors sensors of Astree e-tongue

1.3 樣品制備

采用新鮮的冷鮮牛肉外脊和大黃瓜條6頭牛作為原材料，修整，將肉切成3 cm×3 cm×3 cm的肉塊，用清水進行清洗，放入熱水內進行預煮30 min，去除浮污。再換一鍋水進行煮制，同時加入5%的鹽，分別加熱到中心溫度 70、80、90、100、110、120 ℃，保持 3 h。取樣包裝4℃冷藏，待測。

1.3.1 電子鼻的測定

將冷藏的樣品分別加熱至50℃，取待測肉樣用打漿機攪碎，取5 g放置于100 mL的燒杯里用保鮮膜封口，進行測定。取頂空氣體進入電子鼻，樣品被傳感器吸附，電導率發生變化，此信號被存儲于計算機里。整個采樣結束后，經過活性炭過濾潔凈的空氣，然后測定下一個樣品。電子鼻測定的條件設置：測樣品時使用100 mL燒杯，清洗時間250 s，進氣量300 mL/min，測定時間100 s，歸零時間10 s，樣品準備時間5 s，平均測定6次分析，結合主成分分析（Principal Components Analysis，PCA）和線性判別分析（Linear Discriminant Analysis，LDA）進行綜合分析。電子鼻響應信號圖見圖1。

圖1 電子鼻響應信號圖Fig.1 Response curves of e-nose

1.3.2 電子舌的測定

將冷藏的樣品解凍到室溫，按待測肉樣與超純水（1∶5）g/mL放入打漿機內進行攪碎混勻，充分浸提30 min，4℃離心10 min，用濾紙進行過濾去除固形物，提取純液體放置150 mL三角瓶內，取100 mL放在燒杯內進行測定。電子舌測定的條件設置：采樣時間120 s，清洗時間10 s，平均測定6次分析，結合判別因子分析（Discriminant Factor Analysis,DFA）和雷達圖進行綜合分析。電子舌響應信號圖見圖2。

圖2 電子舌響應信號圖Fig.2 Response curves of e-tongue

1.4 數據分析

經過多次預試驗發現，樣品電子鼻和電子舌從55 s開始變化趨勢穩定，分析時從60 s～90 s進行結果分析，取60 s～65 s的數據進行全面的分析。本試驗采用電子鼻Winmuster軟件和電子舌軟件，采用主成分分析（PCA）、線性判別分析（LDA）、判別因子分析（DFA）、雷達圖、SPSS19.0分析。

2 結果與分析

2.1 電子鼻對不同溫度燉煮外脊牛肉PCA和LDA分析

不同燉煮溫度電子鼻檢測外脊的PCA分析圖譜見圖3，不同燉煮溫度電子鼻檢測外脊的LDA分析圖譜見圖4。

圖3 不同燉制溫度電子鼻檢測外脊的PCA分析圖譜Fig.3 PCA analysis of ectoloph with different stewed temperature for e-nose

圖4 不同燉制溫度電子鼻檢測外脊的LDA分析圖譜Fig.4 LDA analysis of ectoloph with different stewed temperature for e-nose

圖3和圖4是 4、70、80、90、100、110、120 ℃下的外脊牛肉電子鼻的PCA和LDA的分析圖。從PCA的圖譜中得到第一主成分貢獻率為86.58%，第二主成分的貢獻率是12.52%；LDA圖譜中第一主成分貢獻率為94.57%，第二主成分的貢獻率是4%。當溫度開始加熱到70℃時，形成了不同于冷鮮牛肉的風味物質，表明加熱是牛肉的風味物質分解；然而70℃與80、90、100、110、120℃距離很遠，說明隨著溫度上升，風味物質分解加快；110℃和120℃部分重疊，表明產生風味物質相似，降解程度明顯下降。從兩張圖譜中更好地表明LDA分析比PCA能更好地分離出風味效果。

2.2 電子鼻對不同溫度燉煮大黃瓜條牛肉PCA和LDA分析

不同燉煮溫度電子鼻檢測大黃瓜條的PCA分析圖譜見圖5，不同燉煮溫度電子鼻檢測大黃瓜條的LDA分析圖譜見圖6。

圖5 不同燉制溫度電子鼻檢測大黃瓜條的PCA分析圖譜Fig.5 PCA analysis of silverside with different stewed temperature for e-nose

圖6 不同燉制溫度電子鼻檢測大黃瓜條的LDA分析圖譜Fig.6 LDA analysis of silverside with different stewed temperature for e-nose

圖5和圖6是 4、70、80、90、100、110、120℃下的股二頭肌牛肉電子鼻的PCA和LDA的分析圖。從PCA和LDA中得出主成分貢獻率和分別為99.79%、96.41%。當溫度為70℃和80℃時，從圖中可知有部分重疊，說明加熱時氣味沒有表現出來。然而溫度為90、100、110℃與120℃能很好地分離。但是110℃與120℃有少量的重疊，此現象與外脊部位一樣。表明110℃與120℃時產生同樣地風味物質。

2.3 電子舌對不同溫度燉煮外脊和股二頭肌牛肉DFA和雷達圖分析

不同燉煮溫度電子舌測外脊的DFA分析圖譜見圖7，不同燉煮溫度檢測外脊的雷達圖見圖8，不同燉煮溫度電子舌檢測股二頭肌的DFA分析圖譜見圖9，不同燉煮溫度電子舌檢測股二頭肌的雷達圖見圖10。

圖7 不同燉制溫度電子舌測外脊的DFA分析圖譜Fig.7 DFA analysis of ectoloph with different stewed temperature for e-tongue

圖8 不同燉煮溫度檢測外脊的雷達圖Fig.8 Radar chart analysis of ectoloph with different cooking temperature for e-tongue

圖9 不同燉制溫度電子舌檢測大黃瓜條的DFA分析圖譜Fig.9 DFA analysis of silverside with different stewed temperature for e-tongue

根據圖7 DFA圖譜和圖8雷達圖分析：第一主成分貢獻率為97.749%，第二主成分貢獻率為2.158%。外脊部位肉不同加熱溫度很好地分離開。根據圖9和圖10可知，DF1為92.299%、DF2為5.775%。大黃瓜條在燉煮不同溫度下能夠很好地被區分辨別出來。當溫度在 70、80、90、100、110、120 ℃時均分布在一個負區域范圍。

圖10 不同燉制溫度電子舌檢測大黃瓜條的雷達圖Fig.10 Radar chart analysis of silverside with different stewed temperature for e-tongue

3 結論

1）通過LDA和PCA分析得出：電子鼻能夠很好地分析出不同燉煮溫度下外脊和大黃瓜條的風味，LDA比PCA能夠好的區分出風味的變化。

2）通過DFA和雷達圖分析得出：電子舌能夠很好地分析不同燉煮溫度下外脊和大黃瓜條的風味，得到DFA很好地分辨出口感變化。電子舌能夠很好地反映出不同燉煮溫度下牛肉的品質變化趨勢。

3）通過電子鼻和電子舌兩種分析得出：隨著燉煮溫度的增高，風味和口感發生了很大的變化，溫度達到110℃和120℃相近，為了減少資源的浪費選定110℃為燉煮最適宜的溫度。通過圖譜更好地反應出加熱不同溫度下牛肉的品質變化的規律特性。

[1]張曉敏,朱麗敏,張捷,等.采用電子鼻評價肉制品中的香精質量[J].農業工程學報,2008,24(9)：175-178

[2]Chen Xiaoming,Ma Minghui,Li Jingming,et al.Application of electronic nose equipment on identification of natural apple essence[J].Food Science,2007,28(3)：261-265

[3]談國鳳,張根華,沈宗根.電子舌在乳制品質量控制中的應用[J].食品科技,2011,36(2)：280-284

[4]張軍,李小昱,王為,等.基于虛擬儀器的淡水魚鮮度電子鼻測量系統[J].農業工程學報,2009,25(3)：110-113

[5]趙秀杰,吳海倫,屠康.基于電子鼻預測草莓采后品質的研究[J].食品科學,2014,35(18)：105-109

[6]陳麗萍,徐茂琴,何紅萍,等.應用PEN3型電子鼻傳感器快速檢測食源性致病菌[J].食品科學,2014,35(8)：187-192

[7]Delalamo M,Nevares I,Carcel L M.Redox potential evolution during red wine aging in alternative systems[J].Analytica Chimica Acta,2006,563(1/2)：223-228

[8]Anand V,Kataria M,Kukkar V,et al.The latest trends in the taste assessment of pharmaceuticals[J].Drug Discovery Today,2007,12(5/6)：257-265

[9]Winquist F,Krantz-Rülcker C,Lundstr?m I.Electronic tongues[J].MRS Bulletin,2004,29(10)：726-735

[10]周德慶,馬敬軍,徐晶晶.水產品鮮度評價方法研究進展[J].萊陽農學院學報,2004,21(4)：312-316

[11]Tian Shiyi,Deng Shaoping,Chen Zhongxiu.Multifrequency large amplitude pulse voltammetry：A novel electrochemical method for electronic tongue[J].Sensors and Actuators B,2007,123(2)：1049-1056

[12]Piroska Hartyáni,István Dalmadi.Physical-chemical and sensory properties of pulsed electric field and high hydrostatic pressure treated citrus juices[J].Innovative Food Science and Emerging Technologies,2011(8)：16-21

[13]Hans Reinhard,Fritz Sager,Otmar Zoller.Citrus juice classification by SPME-GC-MS and electronic nose measurements[J].LWT-Food Science and Technology,2008,41(10)：1906-1912

[14]Philip E Shaw,Russell L Rouseff,Kevin L Goodner,et al.Comparison of headspace gc and electronic sensor techniques for classification of processed orange juices[J].Lebensm.-Wiss.u.-Technol,2000,33(5)：331-334

[15]Rebecca N Bleibaum,Herbert Stone,Tsung Tan,et al.Comparison of sensory and consumer results with electronic nose and tongue sensors for apple juices[J].Food Quality and Preference,2002,13(6)：409-422

[16]韓劍眾,黃麗娟,顧振宇,等.基于電子舌的魚肉品質及新鮮度評價[J].農業工程學報,2008,24(12)：141-144

Quick Detection of the Quality of Wtewed Beef Using E-nose and E-tongue

WANG Wei-jing1，ZHANG Song-shan1，XIE Peng1，ZHANG Zhi-sheng2，SUN Bao-zhong1，*
（1.Institute of Animal Science，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100193，China；2.College of Food Science and Engineering，Hebei Agriculture University，Baoding 073000，Hebei，China）

Through the e-nose and e-tongue for cold fresh beef'flavor substances about ectoloph and siverside of the different cooking temperature 70，80，90，100，110，120 ℃ for 3 h，further analysis of the characteristics.Various data analysis of Principal Components Analysis PCA，Linear Discriminant Analysis（LDA），Discriminant Factor Analysis （DFA），radar chart.Results showed that：when cooking about different parts of beef will great influence.The analysis of（LDA）and PCA：the analysis of ectoloph and siverside about differenttemperatures of e-nose，LDA is better than PCA that can distinguish change between the flavor.The analysis of DFA and radar chart：the analysis of ectoloph and siverside about different temperatures of e-tongue can get different taste，radar chart can directly show material composition.

e-nose；e-tongue；ectoloph；silverside

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.17.028

2016-12-12

國家現代農業(肉牛牦牛)產業技術體系建設專項（CARS-38）

王偉靜（1989—），女（漢），碩士，研究方向：農產品加工及貯藏工程。

*通信作者：孫寶忠（1964—），研究員，博士生導師，主要從事肉品質量與安全。