基于电子鼻和电子舌的羊肉品质检测

摘要

我国已成为羊肉生产和消费大国，于2010年羊肉产量已达到410万吨，占世界羊肉产量的1/3，同时羊肉的消费量年均增长10％。由于产地和消费市场之间的地理差异，羊肉多以冻藏贮藏、运输和分销以调节肉品市场。但冷链条件的不完善造成冻藏肉受到反复解冻和冻结的影响，使其食用品质和经济价值降低。此外，以低价值肉掺入或替代羊肉的现象时有发生，对市场监管问题及消费者的身体健康带来了严重影响，并严重干扰广大穆斯林群众肉类消费和宗教信仰。本文围绕电子鼻和电子舌技术在羊肉品质检测中的应用展开研究。采用电子鼻和电子舌系统检测和识别了羊肉、猪肉、鸡肉、冻融不同次数的羊肉及混入猪肉、鸡肉的掺假羊肉糜样品，实现了电子鼻、电子舌及电子鼻和电子舌联用信号对不同种类样品的区分和识别;建立了羊肉冻融次数和羊肉糜中混入的猪肉、鸡肉含量的有效预测模型。主要结论如下:
　　(1)通过单因素方差分析和主成分分析对样品的分类效果，获得电子鼻的较佳检测条件为:样品量10g、顶空体积250mL、载气流速200mL/min和顶空生成时间30min。电子舌检测羊肉浸提液的较佳试验条件为:以100mL0.1mol/L氯化钾溶液浸提15g羊肉糜样品30min获得的羊肉浸提液进行检测。在上述优化的检测条件下，以羊肉、猪肉和鸡肉为样品进行电子鼻和电子舌检测，主成分分析和判别分析结果表明电子鼻、电子舌均具有区分不同种类生肉（猪肉、鸡肉和羊肉）的能力。
　　(2)采用电子鼻和电子舌对冻融不同次数的羊肉进行了监测，同时检测了其理化指标（挥发性盐基氮、pH、色度L*值、a*值和b*值）的变化情况。不管是电子鼻、电子舌或两者直接联用的信号，主成分分析和典则判别分析都成功的区分了不同冻融次数的羊肉;以电子鼻、电子舌或两者的联用信号为输入，采用偏最小二乘回归分析、主成分回归分析和多元线性回归分析对羊肉冻融次数和理化指标进行预测，三种回归方法建立的定量预测模型均成功预测了羊肉的冻融次数和理化指标（除b*）。电子鼻、电子舌及其联用信号均能实现对冻融不同次数羊肉的快速鉴别，且能成功预测冻融次数和理化指标;且采用联用信号的判别和预测效果均优于单独采用电子鼻、电子舌单独进行分析结果。
　　(3)应用电子鼻、电子舌快速鉴别混入不同比例猪肉、鸡肉的掺假羊肉糜及其浸提溶液。对电子鼻检测信号进行分析时，以判别分析结果的正确率为依据，优化传感器阵列组合方式和特征参数提取（逐步判别分析分析、主成分分析、loading分析）。以优化后参数进行分析时，主成分分析和典则判别分析可成功区分（正确率高达99.17％）不同掺假羊肉样品;采用多元线性回归分析、偏最小二乘回归分析、BP神经网络及主成分回归分析建立掺假羊肉中混入其他成分的含量的定量预测模型时，回归模型的R2＞0.9，预测误差均在10％以内。
　　对掺假羊肉的电子舌信号进行分析时，主成分分析可以基本能实现对混入不同含量猪肉、鸡肉的掺假羊肉实现区分，典则判别分析的判别结果比主成分分析结果略好。建立的混入猪肉、鸡肉的含量定量预测模型的相关系数R2高达0.99，预测值均方根误差均小于3％，成功预测了掺假羊肉中掺杂物的含量。
　　采用电子舌定性判别不同掺假羊肉和定量预测掺假羊肉中混杂其他成分的含量时，其检测效果优于电子鼻。
　　(4)对掺假羊肉的电子鼻和电子舌响应信号，研究了直接联用、逐步判别分析优选参数、主成分特征提取等方法融合电子鼻和电子舌信号，并对比电子鼻、电子舌及其联用信号的判别和预测效果。发现任一融合了气味和滋味信息的电子鼻和电子舌联用信号方法均能提高掺假羊肉的判别正确率和预测的精度，在此基础上建立了基于联用信号的快速鉴别羊肉掺假和定量预测掺假物含量模型，成功预测了掺假羊肉糜中混入猪肉、鸡肉的含量。
　　相比于单一气味或滋味信息的分析，电子鼻和电子舌数据的联用融合了气味和滋味信息，使综合分析的结果更全面，有利于提高区分鉴别的正确率和定量预测模型的有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 立项依据及意义

1．2 肉品品质评价的国内外研究现状

1．2．1 传统肉品品质检测及评定的研究

1．3 电子鼻在肉品品质的检测国内外研究现状

1．3．1 电子鼻在肉与肉制品新鲜度评定中的应用

1．3．2 饲养方式对肉品品质影响的电子鼻监测

1．3．3 电子鼻在肉种类区分和掺假检测中的应用

1．4 电子舌在肉品品质的检测国内外研究现状

1．4．1 电子舌在肉品新鲜度中的应用

1．4．2 肉制品添加成分定量分析

1．4．3 肉品种类和部位的区分与识别

1．4．4 肉品卫生监测

1．5 现有研究存在的问题与不足

1．6 本论文的主要研究内容

1．7 本章小结

第二章 试验材料和方法

2．1 试验材料的来源及时间安排

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验材料预处理方法

2．1．3 样品分装与贮藏

2．2 样品的理化指标分析

2．2．1 挥发性盐基氮(TVB-N值)含量测定

2．2．2 pH测定

2．2．3 色度

2．3 主要仪器与设备

2．3．1 电子鼻系统

2．3．2 羊肉挥发性成分的电子鼻检测

2．3．3 电子舌系统

2．3．4 羊肉呈味物质的电子舌检测

2．4 数据处理方法

2．4．1 主成分分析

2．4．2 判别分析

2．4．3 支持向量机

2．4．4 多元线性回归分析

2．4．5 主成分回归分析

2．4．6 偏最小二乘回归分析

2．4．7 人工神经网络

2．5 本章小结

第三章 羊肉的电子鼻和电子舌检测试验参数优化

3．1 引言

3．2 试验方案

3．2．1 试验样品制备

3．2．2 电子鼻和电子舌检测条件优化

3．2．2 数据处理

3．3 电子鼻响应特性的影响因素研究

3．3．1 电子鼻传感器特征响应曲线

3．3．2 电子鼻检测单因素条件优化

3．3．3 基于电子鼻传感器响应信号的肉种类分类与识别

3．4 电子舌响应特性的影响因素研究

3．4．1 电子舌传感器特征响应曲线

3．4．2 样品量对传感器响应的影响

3．4．3 样品量的主成分分析优化结果

3．4．4 浸提液的主成分分析优化结果

3．4．5 基于电子舌传感器响应信号的肉种类分类与识别

3．5 本章小结

第四章 电子鼻和电子舌在反复冻融羊肉品质快速检测中的应用研究

4．1 试验方法

4．1．1 试验羊肉样品的制备

4．1．2 理化指标检测

4．1．3 电子鼻和电子舌检测

4．1．4 数据处理

4．2 反复冻融对羊肉理化指标的影响规律

4．3 基于电子鼻的冻融羊肉快速识别和预测模型研究

4．3．1 反复冻融羊肉的电子鼻特征响应曲线

4．3．2 基于电子鼻信号的冻融羊肉快速鉴别方法研究

4．3．3 基于电子鼻信号的羊肉冻融次数和理化指标快速预测模型的建立

4．4 基于电子舌的冻融羊肉快速识别和预测模型研究

4．4．1 反复冻融羊肉的电子舌特征响应曲线

4．4．2 基于电子舌信号的冻融羊肉快速鉴别方法研究

4．4．3 基于电子舌信号的羊肉冻融次数和理化指标快速预测模型的建立

4．5 基于电子鼻和电子舌联用信号的冻融羊肉快速识别和预测模型研究

4．5．1 基于电子鼻和电子舌联用信号的冻融羊肉快速鉴别方法研究

4．5．2 基于电子鼻和电子舌联用信号的羊肉冻融次数和理化指标快速预测模型的建立

4．6 本章小结

第五章 电子鼻和电子舌在羊肉掺假检测中的应用

5．1 引言

5．2 试验方法

5．2．1 试验掺假羊肉样的制备

5．2．2 掺假羊肉理化指标的检测

5．2．3 掺假羊肉的电子鼻和电子舌检测

5．2．4 数据处理

5．3 掺假羊肉理化指标的检测

5．4 基于电子鼻的掺假羊肉检测结果与分析

5．4．1 掺假羊肉的电子鼻特征响应曲线

5．4．2 特征值提取与掺假羊肉的鉴别

5．4．3 基于电子鼻信号的羊肉中掺杂物含量快速预测模型的建立

5．5 基于电子舌的掺假羊肉检测结果与分析

5．5．1 掺假羊肉的电子舌特征响应曲线

5．5．2 不同纯度羊肉的电子舌快速鉴别方法研究

5．5．3 基于电子舌信号的羊肉中掺杂物含量快速预测模型的建立

5．6 本章小结

第六章 电子鼻和电子舌数据融合方法探索

6．1 引言

6．2 试验方案

6．3 电子鼻和电子舌联用数据在羊肉掺假检测中的应用

6．3．1 电子鼻和电子舌联用数据在混入猪肉的掺假羊肉鉴别和预测中的应用

6．3．2 电子鼻和电子舌联用数据在混入鸡肉的掺假羊肉鉴别和预测中的应用

6．5 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 主要创新性成果

7．3 进一步的研究方向

参考文献

致谢

研究生期间主要成果

插图清单

表格清单

主要缩略语清单