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昆明理工大學食品科學與工程學院通過保圣電子鼻結合機器學習方法無損測定腐乳發酵過程中的揮發性化合物并預測氨基酸態氮含量

 一、研究背景

腐乳作為中國傳統的大豆發酵食品，其獨特風味和口感深受消費者喜愛。在腐乳發酵過程中，氨基酸態氮含量是衡量發酵程度和產品品質的關鍵指標，它與腐乳的鮮味及營養價值密切相關。傳統檢測氨基酸態氮含量的方法，如甲醛滴定法和比色分析法，存在耗時久、操作繁瑣且需破壞樣品等缺點，難以滿足現代食品工業高效、無損檢測的需求。同時，腐乳發酵過程中揮發性化合物的變化也影響著其風味品質，對這些揮發性化合物的監測同樣具有重要意義。在此背景下，保圣設備憑借其先進的技術和獨特的功能，為腐乳發酵研究提供了新的解決方案。

 二、實驗方法

在本研究中，為全面探究腐乳發酵過程，采用了多種實驗方法，保圣設備在其中發揮了關鍵作用。

在揮發性化合物檢測方面，運用保圣電子鼻技術。將10g研磨后的腐乳樣品放入30mL頂空瓶，密封后在60°C富集20分鐘，通過電子鼻系統（cNose）配備的18個金屬氧化物氣體傳感器，對揮發性化合物進行表征。該設備的進樣流速保持在1L/min，傳感器清洗流速為6L/min，樣品采集時間設為90s，傳感器清洗時間180s ，利用清潔空氣作為吹掃氣，配合BosinTechNose軟件進行數據采集和分析。這種檢測方式模擬人類嗅覺機制，能夠快速捕捉腐乳發酵過程中揮發性化合物的指紋數據，為后續分析提供豐富的信息。

在其他實驗環節，雖然文章未明確提及保圣的其他設備，但基于保圣在食品檢測領域的產品布局，可合理推測其相關設備能發揮重要輔助作用。比如在樣品前處理階段，保圣的均質設備可以確保腐乳樣品均勻一致，為后續檢測提供穩定可靠的樣本；在數據處理和分析階段，保圣配套的數據分析軟件，憑借其強大的數據處理和模式識別能力，可對電子鼻采集的數據進行深度挖掘，幫助研究人員更好地理解數據背后的發酵機制。

 三、實驗結果

實驗結果表明，保圣電子鼻在腐乳發酵研究中展現出顯著優勢。隨著腐乳發酵時間的延長，電子鼻信號值呈現規律性變化。在前期發酵階段，除傳感器S3和S10外，其他傳感器信號值隨發酵時間逐漸增加；而傳感器S11和S12響應值顯著上升，這與腐乳產生的揮發性化合物密切相關。到了后期發酵階段，傳感器S5和S16響應值明顯升高，與GC/MS檢測到的醛類和酮類化合物含量增加的結果相契合。

這些結果充分證明保圣電子鼻能夠有效監測腐乳發酵過程中揮發性化合物的動態變化。通過對電子鼻數據的深入分析，發現其與氨基酸態氮含量存在緊密聯系，為實現利用電子鼻信號預測氨基酸態氮含量提供了有力依據。

在構建預測模型方面，基于偏最小二乘回歸（PLSR）、支持向量機（SVM）和人工神經網絡（ANN）的模型，均以電子鼻響應作為輸入變量。保圣電子鼻采集的精準數據為這些模型的構建奠定了堅實基礎，使得模型能夠更準確地反映腐乳發酵過程中揮發性化合物與氨基酸態氮含量之間的復雜關系，進而實現對腐乳發酵程度的有效預測。 # 質構儀與電子舌：食品品質研究的關鍵利器——以金針菇肉松為例

在食品科學研究領域，深入探究食品的品質特性至關重要。《金針菇肉松的加工工藝研究》一文，借助TA.XTC - 18型質構儀和CTongue電子舌，全面剖析了金針菇肉松的品質，這兩款儀器在研究過程中展現出諸多顯著優點。

TA.XTC - 18型質構儀在金針菇肉松的研究中發揮了關鍵作用。它能對食品的質地特征指標進行精準測定，為研究提供客觀、量化的數據支持。在對金針菇肉松進行質構特性測定時，研究人員采用TA/36R型探頭進行質地多面分析下壓試驗，設定測試速度1mm/s、觸發力10N、量感應元5kg、肉松壓縮比例50%等參數，通過這些精確設置，儀器能夠準確測量出肉松的硬度、黏附性、內聚力、彈性和咀嚼性等關鍵質構指標。

從研究結果來看，質構儀清晰地呈現出不同配方金針菇肉松的物性特征變化。純肉松添加金針菇后，除硬度（脆度）明顯升高外，其余參數明顯降低。在幾種不同組合的金針菇肉松中，通過質構儀的檢測發現，A?B?C?組合的脆度（硬度）、彈性、咀嚼性、膠著性和回復性在三者中最高，黏（著/附）性和內聚力最低。結合感官評價可知，在一定范圍內，這樣的質構特性使得金針菇肉松口感最佳。這充分體現了質構儀能夠為優化食品配方提供有力依據，幫助研究人員確定最佳配方組合，提升產品品質。

與傳統的感官評價相比，TA.XTC - 18型質構儀克服了主觀因素的干擾。不同評價人員對食品質地的感知存在差異，而質構儀通過精確的物理測量，將質地特性轉化為具體數值，確保了評價結果的客觀性和準確性。這種客觀評價方式使得研究數據更具科學性和可靠性，能夠在不同研究之間進行有效對比和分析。

CTongue電子舌則為金針菇肉松的滋味研究帶來了新的視角。它能夠模仿哺乳動物的味覺，對食品的滋味進行定性和定量分析。在對金針菇肉松進行檢測時，研究人員精準稱取10g肉松，以料水比1∶10（g∶mL）加入超純水，攪拌均勻并超聲處理，過濾后取澄清濾液進行測試。通過設置電壓為 -1~1V、脈沖間隔100mV等條件，電子舌可以全面考查試樣的呈味特征，有效分辨不同樣品的味覺差異。

從電子舌的檢測結果來看，它與電子鼻的測試結果相互印證，能夠很好地區分不同配方的金針菇肉松。通過LDA降維分析圖可以發現，不同樣品在電子舌檢測中能夠清晰區分，且第一主成分的區分貢獻率高達94.4381%，這表明電子舌對不同樣品滋味的區分效果顯著。此外，結合風味雷達圖可知，金針菇肉松與純肉松風味相近，這為金針菇肉松取代傳統肉松提供了有力的證據。

電子舌不受評價人員主觀偏好、生理狀態等因素的影響，其檢測結果穩定可靠。在食品研發過程中，它可以快速、準確地評估不同配方產品的滋味差異，幫助研發人員及時調整配方，提高研發效率。同時，電子舌能夠檢測出一些人類味覺難以察覺的細微滋味變化，為深入研究食品滋味特性提供了更精確的手段。

在金針菇肉松的研究中，TA.XTC - 18型質構儀和CTongue電子舌從質地和滋味兩個重要方面，為研究提供了全面、準確的數據支持。它們的優點不僅體現在能夠精確量化食品的品質指標，克服主觀評價的局限性，還在于能夠深入挖掘食品的品質特性，為食品配方優化和新產品開發提供關鍵依據，推動食品科學研究不斷向前發展。未來，隨著技術的不斷進步，這兩款儀器在食品領域的應用前景將更加廣闊，有望為消費者帶來更多品質優良的食品。