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电子鼻在芝麻油及芝麻油香精识别中的应用

来源:六九路网
2012年第5期 总第37卷 CHINA CONDIMENT 中国调味品 试验研究 电子鼻在芝麻油及芝麻油香精识别中的应用 王鑫,贾洪锋,邓红,梁爱华,周凌洁 (四川烹饪高等专科学校食品科学系,成都610100) 摘要:采用电子鼻对芝麻油、芝麻油香精和其他油脂样品进行了分析。对所获得的数据进行主成分分析 (Principal Component Analysis,PCA)、判别因子分析(Discriminant Factor Analysis,DFA)和统计质量控制 分析(Statistical Quality ontCrol,SQC),结果表明:电子鼻能够有效识别芝麻油、芝麻油香精和其他油脂,且 电子鼻对芝麻油和其他油脂的识别比对芝麻油和芝麻油香精的识别效果更好;2号芝麻油香精和芝麻油样 品的香气较为相似,其香气的模拟比较成功;电子鼻能够识别不同储存时间的芝麻油样品,随着储存时间 的延长,样品在PCA图中呈现规律性的变化,这可能与芝麻油在储存过程中发生氧化有关。 关键词:电子鼻;芝麻油;芝麻油香精 中图分类号:TS225.11 文献标识码:B 文章编号:1000—9973(2012)05--0039--05 Recognition of sesame oil and sesame oiI essence by electronic nose WANG Xin,JIA Hong—feng,DENG Hong,LIANG Ai—hua,ZHOU Ling-jie (Department of Food Science,Sichuan Higher Institute of Cuisine,Chengdu 610100,China) Abstract:An electronic nose was used to analyze sesame oil,sesame oil essence and other oils.The re— sponse signals were analyzed by principal component analysis(PCA),discriminant factor analysis (DFA)and statistical quality control(SQC).The results indicated that electronic nose could recog- nize sesame oil,sesame oil essence and other oils.The recognition of sesame oil and other oils was better than sesame oil and sesame oil essence.There were points of similarity between sample 2 and sesame oil;it indicated that sample 2 successfully simulated the flavor of sesame oil.As the preserva— tion time prolonged,a regularly change of samples was found in the PCA chart,this change might be relate to the oxidization of sesame oil in the storage period. Key words:electronic nose;sesame oil;sesame oil essence 芝麻油俗称香油,是由胡麻科植物——芝麻的种 子经压榨而成的。芝麻油的主要成分是油酸、亚油酸、 软脂酸和硬脂酸等脂肪酸汁油酯,此外,还含有维生素 E和芝麻酚等 ]。 目前,芝麻油分析的方法有理化分析(折光率、酸 价、色泽、水分及挥发物、皂化值和碘价等)、威勒迈志 法、波多因法、硫酸显色法Ⅲ、紫外分光光度法 、气相 色谱法[5 ]、气相色谱一质谱法 引、近红外光谱法 等。但这些方法不仅操作复杂,而且耗时,对于芝麻油 的快速检测有一定的局限性,而使用电子鼻可以较好 的避免这些缺陷。 由于芝麻油营养价值高于其它食用植物油,且市 场售价较高,所以通过掺假来谋利的现象时有发生。 掺假芝麻油多是掺入价格较低的大豆油、菜籽油、葵花 籽油等油脂L2],也有用香精加色素的假冒芝麻油。 电子鼻是一种能够感知和识别气味,进行气味检 收稿日期:2011—11—10 基金项目:四川省教育厅重点科研项目(11ZA177,10ZB084) 作者简介:王鑫(1977),女,硕士,讲师,研究方向:食品化学、食品营养与安全。 一39— 2012年第5期 总第37卷 CHINA CoNDlMENT 中国调味品 试验研究 测的智能系统。这是一种通过采集样品挥发性成分整 软件法国Alpha MOS公司;电子天平SHIMADZU, 体信息来评价样品的新方法。电子鼻已经成功用于 虾、猪肉、牛肉、鲢鱼、鸡肉、带鱼等肉类m 的评价中及 芝麻油的掺假识别中n卜¨]。 AUW220D,精度0.1 mg日本岛津公司。 1.3方法 1.3.1样品的储存试验 Z5和Z6两个样品在开瓶取样后,盖紧瓶盖, 关于电子鼻在芝麻油识另q中的应用主要集中 在对芝麻油中掺入其他外来植物油脂的分析上,而 对于芝麻油与芝麻油香精的区分识别及芝麻油储 25℃下储存6个月后进行取样,然后盖紧瓶盖,25℃ 下再储存6个月后取样。 存过程中的识别暂未见报道。本研究采用电子鼻 对芝麻油、芝麻油香精和其他食用油脂进行了分 析,同时对芝麻油在储存过程中的变化进行了识 别,旨在评价电子鼻在芝麻油和芝麻油香精识别中 的应用可行性。 1 材料和方法 1.1 材料 瓶装芝麻油成都超市市售;芝麻油香精成都市 府河市场;瓶装其他油脂成都超市市售。 样品信息见表1。 表1试验样品 Table 1 Samples 1.2仪器 FOX 4000电子鼻(传感器由18个金属氧化物传 感器组成)法国Alpha MOS公司;Alpha SOFTV12 —4O一 1.3.2样品准备和检测参数 称取0.25 g样品,于1O mL顶空瓶中,加盖密封 待检,每个样品重复3次。 样品的检测参数为:载气(合成干燥空气)流速 150 mL/min,顶空产生时间600 S,顶空产生温度 25℃,进样体积2.5 mL,进样速度2.5 mL/s,数据采 集时间120 S,延滞时间300 8。 1.3.3传感器信号分析 电子鼻共有18个传感器,检测每一个样品时共采 集120 S。在进行数据分析与处理时,选择每个传感器 的最大响应强度值进行分析。 1.3.4数据分析方法 根据传感器采集的原始数据进行统计学分析,分 别采用主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)、判别因子分析(Discriminant Factor Analysis, DFA)和统计质量控制分析(Statistical Quality Con— trol,SQC)进行数据处理。 2结果与分析 2.1 芝麻油储存过程中的电子鼻分析 选择Z5和Z6两个芝麻油样品在25℃下进行储 存试验,于储存0个月、6个月和12个月分别取样进 行电子鼻分析,分析结果见图1和图2。 匝耍圆 0.06 ,一 、,÷、 导0.04 、 0.02 /● \ 0.00 f\ =7\. | / \ -0.20 鬻二… 、 、一 ! \  :} \ z - 一0.08 -0_3-o.2_0.1-0.O 0.1 O.2 0_3 0.4 主成分1%~92.794% a.芝麻油储存的电子鼻分析PCA图 2012年第5期 CHINA CoNDlMENT 中国调味吕 试验研究 总第37卷 § 毒 b.芝麻油储存的电子鼻分析PCA三维图 圈1 芝麻油储存的电子鼻分析图 LY2/LG LY2/G 0;6- rM2 IlY2,AA I.Y2 H LY2/gCT1‘ LY2/gCT 咖1 P1 l l耵 LY2/LG LY2/G 0:6 TA/2 —_.一Z6 —_.卜_-Z6 —..卜__Z6 —_. —Z6-l —_.一Z6-1 —_一r_一Z6—1 ——I__Z6I2 —_.卜一Z6—2 —_.一Z6—2 Pl 。I。7W2 P40,1 图2芝麻油储存的电子鼻分析雷达图 由图1(a)和图1(b)可知,随着储存时问地延长, 各样品呈现规律性的分布。两个样品明显地分为3个 不同的聚类区域,反映出不同的样品在储存的过程中 有较为相似的变化。在储存初期,样品之间的差异较 大;储存6个月时,样品之间的聚类分布比较接近,样 品间的差异逐渐缩小;储存12个月的样品与储存6个 月的样品相比,差异略有增加,但是与储存初期相比, 样品间的差异性有缩小的趋势。 芝麻品种和制油工艺(水代法、螺旋压榨法、液 压压榨法等)对芝麻油的理化指标、脂肪酸组成、维 生素E、芝麻素、芝麻酚含量和氧化稳定性存在一 定的影响D4],以及芝麻焙炒温度和焙炒时间对芝 麻油品质存在影响口引,所以在储存初期,由于不同 样品所采用的芝麻原料和加工工艺不同,使得样品 间存在较大差异。 植物油不饱和脂肪酸含量高,在储存的过程中会 发生氧化作用,过氧化值(POV)与酸价(AV)会增 大口 ,样品的气味会发生一定变化,从而与储存初期 的样品形成较大差异。随着储存时间的延长,样品间 的差异(Z5和Z6之间)有减小的趋势,这可能是由于 芝麻油样品发生氧化,生成相似产物的缘故。 由图2可知,样品在传感器上的响应强度随着 储存时间的延长,逐渐增大,说明样品在储存的过 程中,其气味强度有所增加。这可能与芝麻油在储 存过程中的氧化作用有关,有待进一步研究。 2.2芝麻油和芝麻油香精的电子鼻分析 2.2.1 PCA和DFA分析 由于芝麻油香精具有与芝麻油相似的香气,且其价 格相对低廉,所以在某些情况下,被用于代替芝麻油进 行食品加工。 匦巫匦 圆 : 、 整 / 一 ~、… 一’ -  ●/ / ■▲◆●●一+o口v x△◇ ●■▲ 乱& ;s 四珊 mm l3一l2-L1-ID-09瑚埘 -{15414"03412枷4100.1 0.2 03¨Dj 主成分1% 5.472% a.芝麻油和芝麻油香精的电子鼻分析PCA图 2012年第5期 中国调味品 CHINA CoNDIMENT 试验研究 总第37卷 一 —— 1——._-Z6 IJ1 2,LC —_.卜_1— 卜_-Z6 LY2/G LO TM2 —_.卜_1—_.一Z6 —_. 一2—_.卜一Z7 ——.__2—● 一Z7 — 一2— 广__Z7 ——■一3——●一ZB —_.卜_3—-.卜IZ8 — ■一3——卜ZB ——■一4——●一Z9 — ●一4——●一Z9 ——●一4——● —Z9 —— —一Z1——●卜_-Z10 --— 一Z1--- -——-Z10 —_..__Z1—_.|_一Z10 LY ̄sCT —_. 一Z2—_.卜一Z1l —_.一Z2—_. 一Zll —_..__Z2——.--Z1l —_.卜Z3—_.一Z12 例1 ——◆__Z3— 卜-Z12 — 卜_I Z3—_. Z12 ——■r—Z4—— —Z13 —_.._-Z4—— Z13 —_.卜一Z4—_.卜_-Zl3 P10/2 P40/1 170,2 —_.一Z5— 卜ZI4 —_.●一Z5—_. —Zl4 —_.卜Z5—_.一Z14 c.芝麻油和芝麻油香精的电子鼻分析雷达图 ■▲◆●●一+o口v xAov●●▲◆ 气 f 、 …l | \l/ f  。/ 一2oo 一10o O 10o 判别因子l%一88.242% d.芝麻油和芝麻油香精的电子鼻分析DFA图 已芝麻油和芝麻油香精的电子鼻分析DFA三维图 圈3芝麻油和芝麻油香精的电子鼻分析圈 由图3(a)和图3(b)可知,芝麻油香精和芝麻 油之间存在一定的差异性和相似性。在PCA图 中,芝麻油和芝麻油香精样品分别聚类分布在图中 的不同位置,两类样品可以明显地区分为两大类, 说明样品间存在较为明显地差异。但是2号样品 与芝麻油样品之间较为接近,而与其他3个芝麻油 香精样品之间的距离较大,说明2号样品与芝麻油 的香气较为相似,图3(c),在芝麻油香气的模拟上 一42一 较为成功。这主要是由于2号样品的配方中除了 含有香料、植物油等以外,还含有芝麻提取物,从而 使其香气与芝麻油较为相似。 当采用判别因子分析法,图3(d)和图3(e),进 行数据处理时,芝麻油和芝麻油香精样品间的区分 更为明显。说明判别因子分析法比主成分分析法 更为适用。 无论是在PCA图还是DFA图中,同类样品虽然 都有聚类分布,但是在空间分布上,孛 .样品间还是存在一  ∞枣 定的重叠和区分,说明同类样品由于其原料、生产工艺 ●▲◆●●一+o口T×△◇v●●▲◆ 等的差异,导致个体问存在一定的差异,但是这种差异 2,4 勉 ;s砑髓四峦;s 瑚Ⅲmm 瑚川mm 性比不同类样品间的差异性要小。 2.2.2质量控制分析(SQC) SQC的数学解释是在考虑样本的差异性的基础 上,通过计算参考样本得出接受区域和拒绝区域 川。 匦圃圈 IU 4u )U ou 分析号 图4芝麻油和芝麻油香精的电子鼻质量控制分析圈 以芝麻油样品为标准建立统计质量控制分析图, 将芝麻油香精样品与它进行比较,由图4可知,除了2 号样品以外,其他样品都处于可波动范围以外。说明 2号样品与芝麻油的香气质量较为相似,而其他芝麻 油香精样品与芝麻油的香气质量差异较大。 2.3芝麻油香精和油脂的电子鼻分析 匝亟囹 —、~ \ \ \_ \ 熹 、 、 。\ \  :一1.2一1.O_0.8_0.6_0.4-o.2-o0 0,2 0.4 0.6 0 8 主成分1%~99.053% 图5芝麻油香精和油脂的电子鼻分析PCA图 乱 2012年第5期 总第37卷 中国调味品 ㈣啷㈣哪嘶 ㈣眦㈣哪蛐 CHINA CoNDIMENT 参考文献: 试验研究 由图5可知,芝麻油香精和油脂样品分别聚类分 布在PCA图中的不同位置,区分程度较好,说明电子 鼻能够有效地区分芝麻油香精和油脂样品,并且两类 样品之问的区分程度比芝麻油香精和芝麻油之间的区 [1]潘磊庆,唐琳,詹歌,等.电子鼻对芝麻油掺假的检测[J].食 品科学,2010,31(2O):318—321. [2]黎海红,李雪琴,苗笑亮.掺伪芝麻油检测的主成分分析方 分程度更好。 匾厢豳 ●1.  . , 幻 1R 啡: J q , 键  ●l  Lt 鼍 - ● L r{ L:- 嵌。 L ∞ t 鼍 矗 _ 。  :_____强 _x ● ’ 摹 1 2 3 4 5 6 7 8 910l1121314151617l8192021222324252627 分析号 图6 芝麻油香精和油脂的电子鼻质量控制分析图 以油脂样品为标准建立统计质量控制分析图, 将芝麻油香精样品与它进行比较,由图6可知,芝 麻油香精样品都处于可波动范嗣以外。说明通过 建立SQC模型可以有效地区分芝麻油香精和油脂 样品。 3 结论 在储存(25℃)过程 ,芝麻油样品在PCA图 中呈现规律性的聚类分 。在储存初期,样品之间 的差异较大,这与不同的芝麻油样晶采用的芝麻原 料和加工工艺之问的差异有关;随着储存时间地延 长,样品问的差异逐渐缩小,这可能与样品在储存 过程中发生氧化作刚导致样晶的气味发生变化有 关,有待深入研究。 通过PCA分析、DFA分析和sQC分析,电子鼻 能够区分芝麻油和芝麻油香精,2号芝麻油香精和芝 麻油样品的香气较为相似,说明该样品在香气的模拟 上比较成功。 通过PCA分析和sQc分析,电子鼻能够区分芝 麻油和其他油脂,.}1|区分程度比芝麻油香精和芝麻油 之间的区分程度更好 法研究[J].食品工业科技,2008,29(6):297—300. [3]周祥德.掺伪芝麻油中芝麻油含量分析方法的比较[J].粮 食与食品工业,2004,12(2):53—55. [4]张继红,郭华,王燕,等.用二阶导数紫外分光光度法直接测 定芝麻油含量[J].湖南农业大学学报(自然科学版),2004, 30(4):367—370. [5]李雪琴,黎海红,苗笑亮.指纹图谱相似度在芝麻油掺伪检 测中的应用[J].食品科技,2008,34(3):259—264. [6]林丽敏.气相色谱法测定芝麻油掺伪的研究[J].粮食储藏, 2006,35(3):43—45,50. [7]陈俊卿,王锡昌.顶空萃取一气相色谱一质谱法分析芝麻油中 的挥发性成分[j].质谱学报,2005,26(1):13,49—50. 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