CN101382531B - 利用电子鼻检测虾新鲜度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用电子鼻检测虾新鲜度的方法，旨在提供一种快速简便，使用方便，能够减少贮存条件对检测结果的影响，测定结果客观可靠的利用电子鼻检测虾新鲜度的方法。包括下述步骤：将待检测虾样品放入密封容器中，恒温水浴加热；在测试室中通入流速稳定的气体，将加热后的虾样品放入测试室中，使气流携带样品散发出的气味经过由5个不同类型的气体传感器组成的阵列进行检测；收集气体传感器阵列采集的数据，对采集的数据进行数据处理，根据数据处理结果评定虾新鲜度。本发明的检测方法采用由5个不同类型的传感器组成的电子鼻对虾样品进行检测，检测结果客观、准确、快捷，重复性好。

Description

利用电子鼻检测虾新鲜度的方法

技术领域

本发明涉及一种虾新鲜度的检测方法，更具体的说，是涉及一种基于气体传感器阵列对虾新鲜度进行检测的方法。

背景技术

虾肉含有丰富的蛋白质、糖类、钙、钠、磷、铁等矿物质，脂肪含量较低，有补肾、开胃化痰等功效。虾也因其肉质细嫩、味道鲜美，制熟后色彩鲜艳、营养丰富，自古为宴中珍品。海虾口味鲜美、营养丰富、可制多种佳肴的海味，有菜中之＂甘草＂的美称。

在人们在消费海鲜时，海鲜品的品质就显得相当的重要。实践已经证明，决定海鲜品质的好坏，首要因素是鲜度。鲜度是虾类产品的品质和加工适性的一个重要指标，在捕捞、收购、运输、加工和销售过程中常常需要对虾的鲜度质量进行评价。目前，对虾类产品的鲜度评价方法包括感观评价、化学、微生物方法以及其它一些方法。

K值是以核苷酸的分解产物作为指标的鲜度判定方法，它是对ATP降解产物分别进行定量而求得的比值的方法。K值的测量方法有高效液相色谱法、极谱法和柱层析简易测定法等。1986年NaKamura和IahiKawa研究了日本对虾在20℃贮藏时K值与鲜度之间的关系，结果表明，K值似乎可以用作日本对虾鲜度的潜在指标，戚晓玉等对罗氏沼虾在不同温度贮藏期间鲜度的变化研究表明，K值比TVBN值更适合于反映虾在贮藏初期的鲜度变化。

吲哚是虾产品中重要的腐败代谢物，是由蛋白质中色氨酸经细菌脱羧酶的作用分解产生的，虾产品从新鲜到腐败的变化范围内，吲哚含量呈正相关变化，其测定方法有气相色谱法、高效液相色谱法和分光光度法。美国FDA已在实践中应用检测各级虾中吲哚含量作为判别虾产品等级的鲜度指标，对一级虾和三级已腐败虾，判定时不存在分歧。徐春对等采用气相色谱法对舟山口岸出口的冻虾仁产品进行吲哚含量检测，将结果与感官评分和TVBN值进行比较，实验结果表明，吲哚含量与TVBN值有良好的正相关性，相关系数达到0.93以上，应用吲哚含量检测结果来判别虾仁的鲜度是可行的。然而吲哚的检测方法操作比较复杂，操作时间长，再加上吲哚本身具有不温定性，大大影响了检测结果的平行，所以，目前国内距离广泛采用吲哚含量的检测作为虾产品鲜度指标还有一个过程。

肌苷酸(IMP)和次黄嘌呤(Hx)是虾体内ATP降解的中间产物，其测定方法有高效液相色谱法和极谱法。IMP是虾类产品重要的鲜味物质，在虾贮藏的前期随着ATP的分解增加速度较快，到达最高点后其含量逐渐下降，此时Hx的增加速度显著加快，Hx含量不断累积，因此，IMP可在贮藏早期作为虾质量评价指标，而Hx更适合于作为评价虾腐败的化学指标。Shyi-neng Lou研究了草虾在贮藏期间嘌呤化合物含量与鲜度之间的相关性；Mat sumoto和Yamanaka研究了日本对虾死后肌肉组织的生化变化并确定Hx似乎可以作为其腐败的指标；李燕等研究了冰藏条件下的日本沼虾ATP降解产物的含量变化以及对其鲜度的影响，结果表明IMP和Hx的含量与感官评分之间有良好相关性，Hx值的高低可以作为评价沼虾腐败程度的指标。

综上所述，通过上述方法判断虾品质的方法繁琐，费时费力，成本昂贵；有时，检测结果和实际状况并不一致。迫切需要一种客观、快速、有效的方法来测定虾品质。电子鼻是模仿人和动物的鼻子，用于分析、识别、检测复杂气味和挥发性成分的新型仪器。与常用的分析仪器(如色谱仪、光谱仪等)相比，电子鼻具有客观、准确、快捷地评价气味，并且重复性好的特点，其应用越来越广泛。

目前，新闻报道了上海水产大学用电子鼻检测虾新鲜度的方法。根据该新闻报道，该方法包括下述步骤：首先把大虾去头去尾，捣肉成泥，取1克样品放入小瓶密封，用取样探针探入小瓶，吸取虾味源源不断进入集味储存盒，达到检测浓度所需的浓度，不久电子鼻显示屏上出现了虾样品的气味响应曲线综合图。该电子鼻由18个传感器组成，检测方法要一个小时左右。由于检测时需要将虾捣肉成泥，样品制作繁琐。同时，由于探针的直径比较细小，通过的气体比较缓慢，检测需要的时间长。而且，处理过程会对检测结果产生影响。另外，这种电子鼻检测要对18个传感器输出的18个不同响应结果综合分析，分析过程复杂。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不足之处，提供一种快速简便，使用方便，能够减少贮存条件对检测结果的影响，测定结果客观可靠的利用电子鼻检测虾新鲜度的方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种利用电子鼻检测虾新鲜度的方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)将待检测虾样品放入密封容器中，恒温水浴加热，恒温水浴加热的温度为10～50℃，加热时间为5～15min；

(2)在测试室中通入流速稳定的气体，将恒温水浴加热后的虾样品放入测试室中，使气流携带样品散发出的气味经过气体传感器阵列进行检测；所述气体传感器阵列由可燃气体传感器、食品在烹调过程中产生的挥发性气体传感器、硫化氢及挥发性硫化物传感器、氨气和挥发性的氨类或胺类物质传感器、挥发性油类气体传感器组成。所使用的气体传感器为天津费加罗电子有限公司生产经销的TGS系列气体传感器，分别为可燃气体传感器TGS813、食品在烹调过程中产生的挥发性气体传感器TGS880、硫化氢及挥发性硫化物传感器TGS825、氨气和挥发性的氨类或胺类物质传感器TGS824、挥发性油类气体传感器TGS2602组成。

(3)收集气体传感器阵列采集的数据，对采集的数据进行数据处理，根据数据处理结果评定虾新鲜度。

其中，通过测试室的气体为经过净化的纯净空气，通过测试室的气体流量为600～1800ml/min。流量太大，携带挥发性成分的气流很快通过传感器，传感器来不及检测；流量太小，致使检测时间加长。为了降低环境温度对测定结果的影响，在气体通入测试室前最好能对被检测气体进行加热，被检测气体加热的温度一般为20～60℃。

通过对传感器阵列中传感器1(即可燃气体传感器TGS813)、传感器2(即食品在烹调过程中产生的挥发性气体传感器TGS880)、传感器3(即硫化氢及挥发性硫化物传感器TGS825)、传感器4(即氨气和挥发性的氨类或胺类物质传感器TGS824)、传感器5(挥发性油类气体传感器TGS2602)采集数据的分析发现，随着采集时间的延长，传感器阵列中各个传感器的输出信号逐渐增加。各传感器输出信号随采集时间变化而变化的趋势反映的是各传感器对气味的敏感程度，也蕴含了电子鼻测试样品时所获得的总体信息。对电子鼻输出信号与采集时间关系进行分析发现，各个传感器的输出信号y与采集时间t有如下关系：

y＝at+b

式中：y——传感器输出信号，单位—V；

      t——采集时间，单位—s；

      a，b——系数。

输出信号y与采集时间t的线性相关系数在0.96以上。从上式可以看出输出信号y和采集时间t呈正比关系。既然传感器输出信号与采集时间呈线性关系，可选择每个传感器输出信号与采集时间的斜率作为特征值，斜率的大小表示了各传感器对气味的敏感程度。上述公式中的系数a就是输出信号y和采集时间t的斜率，反映了每个传感器对气味变化的敏感程度，系数b是输出信号与采集时间关系的截距，该值反映的是输出信号的初始值，可以理解为环境条件对输出信号的影响，只要环境条件不变，该值近似相等，可以忽略。这样，可以直接使用系数a即输出信号y和采集时间t的斜率作为每个传感器对虾气味响应的特征值。电子鼻由5个传感器组成，这样每个样品共有5x1＝5个特征值，这5个值就是各样品输出信号的特征值，反映了样品的总体信息。对各传感器获得的特征值求积、求和、或者用向量表示作为最终的数据融合结果。

为了使分析过程简化，用5个传感器输出信号特征值之和来表示每个虾样品的特征。因此，上述步骤(3)中对数据进行处理的过程包括下述步骤：

(1)根据每个传感器的输出信号与采集时间的关系，确定每个传感器的输出信号与采集时间之间线性关系直线的斜率作为特征值。

(2)对每个传感器的特征值进行数据融合，用传感器阵列中5个传感器输出信号特征值之和来表示每个虾样品的特征，从而评定虾新鲜度。

本发明的检测原理为：被检测样本散发出的气体与传感器阵列相接触，传感器阵列中每个传感器的导电性能发生变化，该导电性能变化的大小与被测气体的种类、浓度有关，根据每个传感器导电性能与气体种类、浓度之间的相互关系就可测定被检测的样本。具体来说一种气体呈现在一个传感器面前，传感器把气体输入转换成电信号，多个传感器对一种气体的响应便构成了传感器阵列对该气味的响应谱，每种气体都会有它的的特征响应谱，根据该特征响应谱便可区分气体的种类、浓度。在不同试验条件下，虾挥发性成分发生变化，用电子鼻中的多个传感器检测虾挥发性成分的变化程度，从电子鼻输出信号中提取特征，进而用电子鼻技术评价虾新鲜度。本发明的检测方法采用由可燃气体传感器、食品在烹调过程中产生的挥发性气体传感器、硫化氢及挥发性硫化物传感器、氨气和挥发性的氨类或胺类物质传感器、挥发性油类气体传感器组成的传感器阵列对虾样品产生的气体成分进行检测，并以每个传感器的输出信号与采集时间之间线性关系直线的斜率作为特征值，用传感器阵列中5个传感器输出信号特征值之和来表示每个虾样品的特征，通过对气体成分中上述5种气体浓度变化的分析，判断该虾样品的新鲜度。

如果要判断虾样品的新鲜度等级，依据上述原理，在判断虾样品的新鲜度之前，首先，按照本发明的方法对不同的虾样品进行检测，得到不同情况下虾样品的特征值之和，制定评定虾样品新鲜度的标准作为评定虾新鲜度的依据。检测时，按照本发明的方法确定被检测样品的5个传感器输出信号特征值之和，将被检测样品的特征值之和与标准特征值之和进行比较，从而评定虾样品的新鲜度等级。

如果要比较两个不同的虾样品哪个更新鲜时，则可以通过比较两个被检测样品的特征值之和的数值就可以判断，数值大的虾样品新鲜度低。

本发明具有下述技术效果：

(1)本发明的检测方法采用由5个不同类型的传感器组成的电子鼻对虾样品进行检测，检测结果客观、准确、快捷，重复性好。并且，通过对5个传感器类型的选择和特征值的确定，分析过程简单，传感器的用量小，检测方法简单方便，费用低。而且，本发明的检测方法增加了对样品加热的预处理，可以使不同条件下贮存样品的挥发性成分处于同一水平，减少了贮存条件对检测结果的影响。

(2)本发明的检测方法不需要把虾制成肉泥，减化了检测操作过程，而且，减少了虾制成肉泥的处理过程对检测结果的影响。

(3)本发明的检测方法气体直接通过检测的传感器阵列，气体能够充分的与传感器接触，检测时间短，只需5分钟。

(4)被检测前对通过的气体进行加热，降低了环境温度对测定结果的影响。

附图说明

图1为本发明利用电子鼻检测虾新鲜度的方法的流程图；

图2为传感器阵列布置示意图；

图3为图2的侧视图。

图中：1为传感器，2为传感器支架。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明详细说明。

本发明利用电子鼻检测虾新鲜度的方法采用的电子鼻测试系统由气体输送装置、测试室、气体传感器阵列、数据采集和计算机处理部分组成。电子鼻测试系统进行测试时，用气体输送设备输送经过净化的纯净空气。调节流量阀，使气体流速稳定。纯净空气通过测试室，携带样品散发出的挥发性成分经过传感器阵列，最后排放到空气中。传感器响应信号经过数据采集系统进入计算机进行数据处理。本发明所用的传感器阵列布置如图2和图3所示，在传感器支架上沿圆周方向分别布置有本发明检测方法中使用的5个传感器。

本发明利用电子鼻检测虾新鲜度的方法的流程图如图1所示，以下以检测4℃保存1天的虾为例进行说明。

(1)将待检测虾样品放入密封容器中，恒温水浴加热，恒温水浴加热的温度为40℃，加热时间为15min。

(2)在通入测试室前，先将经过净化的纯净空气在30℃加热，加热时间为10min。将上述经过加热和净化的纯净空气通入测试室中，气体流量为800ml/min。从恒温水浴中拿出密封容器，把密封容器放入测试室，使恒温水浴加热后的虾样品置于测试室中，打开密封容器的盖子，使气流携带样品散发出的气味经过测试室内的气体传感器阵列进行检测。

(3)收集气体传感器阵列中传感器1(即可燃气体传感器TGS813)、传感器2(即食品在烹调过程中产生的挥发性气体传感器TGS880)、传感器3(即硫化氢及挥发性硫化物传感器TGS825)、传感器4(即氨气和挥发性的氨类或胺类物质传感器TGS824)、传感器5(挥发性油类气体传感器TGS2602)采集的数据，传感器阵列输出信号与采集时间的关系如表1所示。

表1

根据表1中得到的数据确定每个传感器的输出信号与采集时间之间线性关系直线的斜率作为特征值，如表2所示。

表2单位：mV/s

 

传感器1  传感器2  传感器3  传感器4  传感器5
	1.2      1.0     0.8      1.3      0.3

对每个传感器的特征值进行数据融合，用传感器阵列中5个传感器输出信号特征值之和来表示每个虾样品的特征，则4℃保存1天虾样品的特征为表2中5个传感器特征值之和为：

∑a_i＝1.2+1.0+0.8+1.3+0.3＝4.6

将上述特征值之和4.6与标准特征值之和进行比较，从而可以评定该虾样品的新鲜度等级。

对于未知保存时间和保存温度的虾样品，可以采用同样的方法进行检测。将得到的特征值之和与标准特征值之和进行比较，从而可以评定该虾样品的新鲜度等级。当不需要评定虾样品新鲜度等级，只需要对两种或多种不同虾样品的新鲜度进行比较时，则采用上述同样的方法得到不同虾样品的特征值之和，对不同虾样品的特征值进行比较，特征值之和大的虾样品不新鲜。

利用上述相同的方法得到4℃保存不同时间虾样品的特征值之和，结果如表3所示。

从表3中可以看出，随着保存时间的增加，虾样品的特征值之和增加，虾样品新鲜度降低。

表3

 

保存时间/d	1   2   3   6
		特征值之和/mV/s	4.6 5.5 6.5 13

用同样的方法可得到在-10℃、-15℃保存不同时间虾样品的特征值之和，分别如表4和表5所示。

表4-10℃保存不同时间虾样品的特征值之和

 

保存时间/d	1    3    6    16   26   36
		特征值之和/mV/s	1.16 1.48 1.71 1.81 1.97 2.19

表5-15℃保存不同时间虾样品的特征值之和

 

保存时间/d	1       3        6      16     26     36
		特征值之和/mV/s	0.931   1.252    1.262  1.345  1.701  1.891

Claims (4)

1.一种利用电子鼻检测虾新鲜度的方法，其特征在于，包括下述步骤：

(1)将待检测虾样品放入密封容器中，恒温水浴加热，恒温水浴加热的温度为10～50℃，加热时间为5～15min；

(2)在测试室中通入流速稳定的气体，将恒温水浴加热后的虾样品放入测试室中，使气流携带样品散发出的气味经过气体传感器阵列进行检测；所述气体传感器阵列由可燃气体传感器、食品在烹调过程中产生的挥发性气体传感器、挥发性硫化物传感器、挥发性的氨类或胺类物质传感器、挥发性油类气体传感器组成；

(3)收集气体传感器阵列采集的数据，对采集的数据进行数据处理，根据数据处理结果评定虾新鲜度。

2.根据权利要求1所述的利用电子鼻检测虾新鲜度的方法，其特征在于，通过测试室的气体流量为600～1800ml/min。

3.根据权利要求1所述的利用电子鼻检测虾新鲜度的方法，其特征在于，在气体通入测试室前对被检测气体进行加热，被检测气体加热的温度为20～60℃。

4.根据权利要求1所述的利用电子鼻检测虾新鲜度的方法，其特征在于，步骤(3)中对数据进行处理的过程包括下述步骤：

(1)根据每个传感器的输出信号与采集时间的关系，确定每个传感器的输出信号与采集时间之间线性关系直线的斜率作为特征值；

(2)对每个传感器的特征值进行数据融合，用传感器阵列中5个传感器输出信号特征值之和来表示每个虾样品的特征，从而评定虾新鲜度。

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