CN102636521A

CN102636521A - 一种用于果蔬加热干燥过程中的气味在线监测方法

Info

Publication number: CN102636521A
Application number: CN2012101278496A
Authority: CN
Inventors: 李臻锋
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2012-08-15

Abstract

本发明公开了一种用于果蔬加热干燥过程中的气味在线监测方法。利用石英晶体振荡器电子鼻在线监测气味，确定果蔬干燥的代表性气味；在给定温度下加热干燥试样，用电子鼻实时监测代表性气味信号；由电子鼻系统软件处理气味信号数据，生成对应所述代表性气味信号的频率函数的一阶导数曲线，根据所述曲线峰面积值绘制在不同给定温度下的果蔬干燥过程中代表性气味散发量随时间变化的曲线。本发明首次将石英晶体振荡器电子鼻植入果蔬干燥过程中，实现了散发气味的在线监测，可自动生成并处理数据，能定性、定量地反映不同气味的化学成分，为实现食品加工过程中依据气味变化实行各参数自动化控制，以达到提高最终产品风味的目的奠定了基础。

Description

一种用于果蔬加热干燥过程中的气味在线监测方法

技术领域

本发明属于气味的监测领域，具体涉及采用石英晶体振荡器电子鼻对果蔬加热干燥过程中的气味进行在线监测的方法。

背景技术

水果蔬菜富含维生素、无机盐、纤维素等多种物质，是人体营养成分的重要来源。由于新鲜水果蔬菜所含水分多，不易长期保存。为延长水果蔬菜的货架期，通常采用低温、气调、真空、涂膜等技术，而干燥技术更是被广泛采用，主要包括热风干燥和微波干燥。据统计，全球有20%以上的水果蔬菜通过加热干燥技术来延长货架期。水果蔬菜干燥加工的优点不仅在于延长了货架期，还在于使产品的重量和体积大大缩小，降低了包装和运输成本，增加了产品的附加值。干燥产品的风味是产品质量的重要指标，在加热干燥加工过程中，果蔬的气味会散失、变化、甚至破坏，导致产品质量下降，影响消费者的选择和购买，因此，如何在果蔬加热干燥过程中保留消费者喜欢的风味而抑制不喜欢的风味是一个具有重要意义的研究课题。加热干燥过程中的参数控制是决定干燥效果的重要因素，尤其是温度参数。低温干燥所需时间长，气味流失总量大，表面发生氧化多，最终产品的口味、观感都不好，而且耗时、耗能；高温干燥则容易产生焦糊，产品不能食用；中温干燥的中间阶段气味散失量大，而前、后阶段气味散失量小。快速气味检测技术的建立将为过程参数的在线控制奠定基础。虽然国内外关于食品加工过程中气味监控的研究不少，但均存在不同程度的缺陷，主要表现为以下几个方面：（1）缺乏对气味散发机理的理论研究，对气味散失规律没有充分的认识；（2）由于快速气味检测技术的缺失，使气味在线检测非常困难，由此导致干燥参数无法控制，气味大量散失，焦糊味产生，极大影响最终产品品质；（3）需手工参与，不能应用于生产过程自动控制。迄今为止，还没有任何气味在线检测和控制的报道。美国曾有人用气相色谱仪离线分析抽取自苹果干燥过程的气味，但干燥过程只有4小时，每次气味检测就耗时6小时，根本无法实现气味在线监控。

电子鼻是近几年来发展较快的一种人工嗅觉系统。传感阵列式电子鼻为应用最多的一类电子鼻。李琦等在传感器与微系统，26（9），2007中报道利用电子鼻和人工神经网络技术分析苹果损伤，根据气味信号分辨不同损伤度的苹果。但此类传感器饱和反应时间长，速度慢，检测数据需要人工用数学统计方法统计，无法实现自动化，最后数据是一个模式识别图谱，数据和化学成分脱节。

石英晶体振荡器电子鼻可以在一分钟内检测出挥发物的化学成分。此传感器通电后以极高频率振荡，当被测化合物落在传感器上时其振荡频率发生改变，而频率的变化量与化合物的数量、种类相关。传感器的频率变化量由微处理器检测，最终反映在数轴上成为一个峰，峰面积就代表化合物的数量（Peak Area –PA）。挥发物在到达传感器之前先由一个短的色谱柱分离，其中不同的化合物在色谱柱内的滞留时间不同且唯一（Retention Time - RT)。峰面值PA和滞留时间RT相结合，就可以定量、定性反映挥发物中的不同化合物成分。在取得RA和RT之后，用相应的数学方法进行统计分析，用以分辨不同的气味。本电子鼻的气味分子检测传感器采用石英晶体振荡器，有别于传统的传感阵列式电子鼻和气相色谱仪，具有速度极快的特点，可自动记录并处理数据，因此可以实现果蔬加热干燥过程中气味的在线检测。

发明内容

针对现有技术中的不足之处，本发明采用石英晶体振荡器电子鼻，提供了一种快速、准确、可实现在线监测的用于果蔬加热干燥过程中的气味检测方法。

本发明的技术方案如下:

一种用于果蔬加热干燥过程中的气味在线监测方法，包括具体步骤如下：

（1）准备果蔬试样，对果蔬进行加热干燥，利用石英晶体振荡器电子鼻在线监测气味并生成不同气味频率函数的一阶导数曲线峰图，在所述一阶导数曲线峰图上选择所有峰面积值大于200点的气味作为果蔬加热干燥散发出的代表性气味；

（2）在不同的给定温度下对果蔬进行加热干燥，用石英晶体振荡器电子鼻实时监测果蔬散发出的代表性气味；

（3）由电子鼻系统软件处理得到的代表性气味信号，生成对应所述代表性气味信号的频率函数的一阶导数曲线，根据所述曲线峰面积值绘制在不同给定温度下的果蔬干燥过程中代表性气味散发量随时间变化的曲线。

步骤（1）或（2）中所述加热干燥是通过加热装有干燥的容器来实现的，所述容器盖上有三个孔，一个孔用于插入温度传感器对加热干燥的果蔬测温，另外两个小孔分别用于导入压缩空气以及导出果蔬加热时散发的气体，导出的气体经冷凝器滤去水分，通入电子鼻进行气味检测，得到的气味信号数据输入计算机。

本发明有益的技术效果是：

首次将石英晶体振荡器电子鼻植入食品加工过程中，提供了一种用于果蔬加热干燥过程中的气味在线监测方法。检测速度快，可自动生成并处理数据，能定性、定量地反映不同挥发性气味的化学成分。利用电子鼻检测到的气味，进而控制温度、功率等干燥参数，以达到后期控制气味散发，较多地保留好的风味，避免坏的风味，从而提高终产品品质的目的。

附图说明

图1为本发明实施例中加热干燥的实验装置原理图。

图2为本发明实例中六种代表性气味组分在不同给定温度下散发量随时间变化的曲线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步的描述。以下实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。

实施例1：胡萝卜的微波干燥实验

（1）准备如图1所示实验装置，准备胡萝卜试样。实验装置主要包括压缩空气储气罐、气体流量计、微波炉及特氟龙容器、冷凝器、电子鼻、转换阀、计算机。将胡萝卜去皮，切成大小一致的小立方体（10mm×10mm×10mm），放人封闭的特氟龙容器中；

所述特氟龙容器盖上有三个孔，一个孔用于插入温度传感器对加热干燥的果蔬测温，另外两个小孔分别用于导入压缩空气以及导出果蔬加热时散发的气体，导出的气体经冷凝器滤去水分，通入电子鼻进行气味检测，得到的气味信号数据经RS-232输入计算机。

（2）对胡萝卜进行微波干燥，利用快速电子鼻zNose^TM在线监测气味信号并生成干燥过程中不同气味频率函数的一阶导数曲线峰图，选择所有大于200点的峰值对应的气味作为代表性气味，确定影响胡萝卜正常风味的4种代表性气味和2种代表焦糊味的气味。

（3）在不同给定温度（50℃、60℃、70℃、80℃）下进行干燥实验，用快速电子鼻zNose^TM实时监测6种代表性气味信号，经MicroSense 4.0软件处理数据自动生成不同代表性气味在不同温度下的频率函数的一阶导数曲线，根据所述曲线峰面积值利用Excel电子表格软件绘制出在不同给定温度下的微波干燥中六种代表性气味散发量随时间的变化曲线，分析结果见图2，其中，峰1、峰2、峰3、峰4为表示胡萝卜正常风味的4种代表性气味；峰5、峰6为表示胡萝卜焦糊味的2种气味。

上述电子鼻zNose^TM为一种典型的石英晶体振荡器电子鼻，购自美国Electronic Sensor Technology公司，7100型号。上述MicroSense 4.0软件为该电子鼻自带的软件。

上述胡萝卜微波干燥实验表明，本发明提供的方法可对果蔬微波干燥过程中散发的气味进行快速、灵敏的在线监测，能定性、定量地反映不同挥发性气味的化学成分，为实现食品加工过程中依据气味散发自动控制加工参数，以达到提高终产品风味的目的奠定了基础。

Claims

1.一种用于果蔬加热干燥过程中的气味在线监测方法，其特征在于具体步骤如下：

（3）由石英晶体振荡器电子鼻系统软件处理得到的代表性气味信号，生成对应所述代表性气味信号的频率函数的一阶导数曲线，根据所述曲线峰面积值绘制在不同给定温度下的果蔬干燥过程中代表性气味散发量随时间变化的曲线。

2.根据权利要求1所述的一种用于果蔬加热干燥过程中的气味在线监测方法，其特征在于步骤（1）或（2）中所述加热干燥是通过加热装有干燥的容器来实现的，所述容器盖上有三个孔，一个孔用于插入温度传感器对加热干燥的果蔬测温，另外两个小孔分别用于导入压缩空气以及导出果蔬加热时散发的气体，导出的气体经冷凝器滤去水分，通入电子鼻进行气味检测，得到的气味信号数据输入计算机。