籼稻储藏品质的电子鼻快速检测方法研究
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电子鼻用于粮食储藏的研究进展周显青;崔丽静;林家永;范维燕;张玉荣【摘要】电子鼻是一种新颖的仿生系统,通过模拟人的嗅觉来分析、识别挥发性气味,具有分析速度快、不破坏样品等特点,在许多领域中的应用越来越受到人们的关注.介绍电子鼻分析技术的原理、特点和分析程序,综述电子鼻在粮食储藏过程中判别品质、霉变、虫蚀等方面的应用进展情况,并展望了电子鼻技术在粮食品质判定方面的发展前景.【期刊名称】《粮油食品科技》【年(卷),期】2010(018)005【总页数】4页(P63-66)【关键词】电子鼻;粮食储藏;霉变;挥发性物质【作者】周显青;崔丽静;林家永;范维燕;张玉荣【作者单位】河南工业大学,粮油食品学院,河南,郑州,450052;河南工业大学,粮油食品学院,河南,郑州,450052;国家粮食局科学研究院,北京,100037;国家粮食局科学研究院,北京,100037;国家粮食局科学研究院,北京,100037;河南工业大学,粮油食品学院,河南,郑州,450052【正文语种】中文【中图分类】S379玉米是世界上三大主要的谷物之一,是人们的重要食粮,也是饲料、食品、化学等工业的主要原料。
由于玉米生产属于季节性,为了满足常年需求,必须进行相当规模的储备。
玉米是一种具有生命的有机体,储藏过程中进行着缓慢的新陈代谢,发生着各种各样的生理、生化变化。
如玉米籽粒储藏过程中在各种酶的作用下,会引起胚活力下降,发芽率降低,碳水化合物、蛋白质、脂肪会发生水解和氧化,产生酸败和不良气味,造成营养品质、食用品质和加工品质下降。
特别是在不适当的储藏条件下,玉米还会发生各种霉变,包括劣变霉变、结露霉变、吸湿霉变等,导致玉米发热、发霉[1]。
据联合国粮农业组织估测,全世界每年大约有 5%~7%的粮食因受到霉菌侵染而损失掉[2]。
因此,我们需要研究快速测定玉米品质的方法,在玉米储藏过程中动态检测其品质变化状况,在玉米品质即将发生劣变之前,及时进行轮换,以避免严重的经济损失。
粮食储藏过程中快速检测技术的应用研究作者:暂无来源:《中国食品》 2021年第18期文王蕾阜新市检验检测认证中心从2012年起,我国每年的粮食产量均保持在六亿吨以上。
随着粮食产量的逐年增高,粮食质量安全受到社会的广泛关注。
对于已经进入到流通环节和已经完成收储入库的粮食,如何在粮食入库和储藏保管时快速且高质量地完成检测,成为粮食承储企业和粮食检验机构的重点研究方向。
快速检测技术具有操作比较容易、消耗时间比较短、可以做到无损检测、检测成本相对较低等优点,适用于大量粮食入库检测和快速筛查,因此在粮食储藏过程中的应用非常广泛。
一、粮食中的水分快速检测技术1.直接干燥法。
直接干燥法是一种测量粮食中有机物和蛋白质含量的常见检测手段,精度高,但耗时相对较长,更适合在实验室中应用,无法满足粮食入库这种大量和紧急的检测,也不能够很好地适应大型企业和高节奏生产的需要。
基于干燥法原理的卤素-水分快检仪,是一种对水分浓度进行检测的快速式检测手段。
大部分粮食企业和国家粮食检验机构比较常用的卤素快速水分测定仪是较为优良和高品质的环形卤素光照灯,这是一种高效的低温烘干式加热器,可以快速而均匀地将样品放入空气中,使得样品中的水分能够不停地被烘干,然后再进行测量。
在整个测量过程中,仪器会完全自动地实时显示各种测量结果,包括样品重量、样品的水分含量等各种信息。
快速水分测定仪充分应用了直接干燥方法的基本原理,测定结果和烘箱法中水分测定的方法具有很强的一致性,测定一个样品只需要几分钟就可以完成,工作效率高,只需要定期与烘箱法进行校准就可以,因而在粮食企业中广受欢迎。
2.水浸悬浮法。
水浸悬浮法是一种利用阿基米德原理,快速准确测定粮食中水分含量的新方法。
具体流程是:将所有待测粮食样品放入容器中,再加入水,使粮食样品充分浸泡,然后将该容器完全浸入水中进行称量。
根据阿基米德原理,样品中水的重量大约等于其在水中的漂浮力,当它在水中称重时,水的漂浮力为零,称量所得质量为样品中干燥物质和测量容器的质量,通过抽样计算就可得到试样的含水率。
快速检测技术在粮食储藏中的应用方法摘要:粮食安全是保障人们健康和生命安全的关键,而粮食储藏安全是其中重要一环。
如何加强监管,确保粮食储藏不受外来污染,不存在毒害性物质,保持营养成分的完整性和新鲜度,广受社会各界关注。
为此,在粮食入库和储藏保管时采取何种技术手段对粮食进行快速且高质量地检测,已成为粮食承储企业和检验机构的重点研究课题。
本文重点介绍针对水分、温度、气体、虫害、重金属以及微生物的快速检测技术应用方法,以供参考。
关键词:快速检查技术;粮食储备;应用方法引言粮食储藏过程中需要对影响粮食安全的项目进行检测以保障粮食品质。
因此,加强对快速检测技术的研究,掌握关键技术操作方法尤为重要。
一、针对水分的快速检测技术(一)微波法微波法是基于微波束向储藏粮食中的水分传播,并由水分对微波束反射和吸收而反映出来的特定信息来实现的。
由于该技术在使用过程中并不需要接触粮食,因此是一种无损检测,此外,其还具有灵敏度高、反应快速、实施灵活等优势,可以进行远距离检测以及动态检测,因此在粮食储存中有广泛的应用。
但是,微波法抗干扰能力差,较易受环境影响,受监测物体的形状、尺寸和重量的影响也较大,加之对应设备较为昂贵,因此有一定的局限性。
(二)干燥法粮食储藏中水分检测最常用的方法是干燥法,它是通过在一定温度和时间内测量干燥的产物的重量来计算出粮食中的水分含量。
干燥法在实际应用中,有较高的准确性和稳定性,可以准确检测出谷物中的水分含量,而且不受外界因素影响,操作简单方便,但操作过程用时较长,因此,在实际生产活动中尚存在一定的局限性。
二、针对温度的快速检测技术(一)红外测温技术红外测温技术的工作原理是通过检测物体表面的红外光来测量物体的表面温度,因此,该技术可以快速准确地测量出粮食储备中的温度。
此外,红外测温技术还具有操作方便、无需接触粮食表面等优势,在快速检查粮食温度中得到广泛应用。
但是,由于其只能测量物体表面的温度,而不能测量物体内部的温度,因此受外界因素影响较大,如环境温度、光照强度等,因此,在实际工作中应结合外界环境合理使用。
粮食储藏过程中快速检测技术的应用我国粮食年产量为5亿吨左右,大部分粮食进入流通环节以及入库储藏。
在粮食储藏过程中,由于储藏的周期较长,做好粮食的水分、温度、虫霉等的检测,及时发现储藏过程中的不利因素并予以消除,是粮食储藏工作的重中之重。
粮食的常规检测方法较为成熟,最终结果准确,但是耗时长;精密检测设备要求工作人员有熟练的操作技能,检测成本高,效率低。
而快速检测克服了常规检测的缺点,具有操作简单、耗时短、可以做无损检测、检测成本低等优点,在粮库中的应用日趋广泛。
现阶段,粮食水分的检测主要依据GB5497—1985《粮食、油脂检验水分测定法》执行,即105 ℃恒质法,该方法的检测精度高,但所需时间较长,适合在试验室中应用。
粮食温度的检测主要依靠测温电缆,该方法可以实现粮温的快速检测,但只能对测温点周围的粮温进行监测,有时难免有不易发现的热点存在。
目前,常用的粮堆中虫害检测方法有直观检查、取样检查和诱集检查。
直接观察法是最直观的检查方法,但结果并不准确;取样检查法的工作量较大,而且最终结果与工作人员的技术水平相关;诱集检查法的工作量较小,但最终结果不稳定,受环境影响较大,无法确定害虫密度。
本文介绍了粮食储藏过程中水分、温度、微生物、虫害、气体成分的快速检测方法,分析了各种方法的优缺点及其在粮库的实际管理中的应用情况,为各级粮食工作者以及相关学者提供参考。
1 粮食水分快速检测方法1.1 干燥法干燥法测量粮食水分含量是常用的检测方法。
目前,水分检测主要依据 GB 5497—1985,这些检测方法准确度高,但耗时较长,只适合试验室应用,无法满足实际生产活动的需要。
针对目前水分测定的现状,纪立波等通过设定高温与短时间的最优条件,实现快速准确检测粮食水分的目的。
最终试验结果表明,160 ℃ /10 min 烘干法与130 ℃定温定时烘干法相比,不论精密度还是准确度在95%的置信区间内均无显著差异。
因此,当粮食的水分含量在安全水分范围内时,可以采用160 ℃条件下加热 10 min 的方法测定水分含量。
舒在习,陈一帆,张威,等. 储藏条件与优质籼稻品质变化关系的研究[J]. 食品工业科技,2022,43(19):393−400. doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022010155SHU Zaixi, CHEN Yifan, ZHANG Wei, et al. Study on the Relationship between Storage Conditions and Quality Changes of High-quality Indica Rice[J]. Science and Technology of Food Industry, 2022, 43(19): 393−400. (in Chinese with English abstract). doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022010155· 贮运保鲜 ·储藏条件与优质籼稻品质变化关系的研究舒在习,陈一帆,张 威,王平坪,戴 煌(武汉轻工大学食品科学与工程学院,湖北武汉 430023)摘 要:为探究储藏条件与优质籼稻品质变化的关系,将优质籼稻“丰优22”样品在4种储藏温度(15、20、25和30 ℃)、3种水分含量(13.5%、14.5%和15.5%)和2种气体成分(氮气、空气)条件下模拟储藏360 d ,定期测定其黄粒米含量、发芽率、电导率、α-淀粉酶活性、脂肪酸值、胶稠度、直链淀粉含量、米汤固形物、碘蓝值和米饭硬度、米饭黏度、米饭平衡度、米饭弹性、外观评分、口感评分、综合评分等指标。
结果表明,储藏温度越高、水分含量越大,品质变化越明显;在储藏温度、水分含量相同的情况下,氮气储藏具有延缓品质变化的作用。
采用主成分分析法对16个指标进行分析,通过降维得到5个累积贡献率达到81.055%的主成分因子,对各主成分中正特征值较大的指标进行筛选,获得发芽率、电导率、碘蓝值和直链淀粉含量等具有代表性的品质特征指标。
试论粮食储藏品质检测方法粮食储藏品质检测方法是确保粮食质量安全的重要手段之一。
本文将从物理、化学和生物学三个方面介绍一些常用的粮食储藏品质检测方法。
物理检测方法主要用于测定粮食的外观特征和物理性质,以判断是否存在变质和污染等问题。
外观检测方法包括颜色、形状、大小、气味等方面的观察和比较。
物理性质检测方法包括测定粮食的湿度、杂质含量、密度等参数。
湿度可以通过仪器测量粮食中的水分含量,杂质含量可以通过筛选方法分离出杂质并计算其质量比例,密度可以通过称量一定体积的粮食得出。
这些物理检测方法简单实用,能够快速获得粮食的基本质量信息。
化学检测方法主要用于测定粮食中的化学成分及污染物的含量。
常用的化学成分检测方法包括测定粮食的水分、蛋白质、油脂、碳水化合物等成分含量。
这些检测可以使用化学试剂进行定性和定量分析,在实验室环境下完成。
粮食中常见的污染物有农药残留、重金属含量等,这些可以使用色谱法、原子吸收光谱等仪器进行检测。
化学检测方法能够提供粮食的详细成分和污染物含量信息,对粮食质量的评估具有重要意义。
生物学检测方法主要用于检测粮食中的微生物污染情况。
粮食中常见的微生物有霉菌、酵母菌等,它们会对粮食产生剧毒物质并导致变质。
常用的生物学检测方法包括菌落总数的计数、霉菌孢子的计数和分离鉴定等。
这些检测方法需要使用培养基和培养条件进行实验,通常需要较长的时间。
生物学检测方法能够标定粮食中的微生物污染程度,为了解粮食的安全性提供参考。
粮食储藏品质检测方法主要包括物理、化学和生物学三个方面的检测。
不同检测方法各有优势,应根据具体需要,选择适用的检测方法进行粮食质量的评估。
这些方法的应用可以提高粮食质量的控制和管理水平,确保人们食用的粮食安全可靠。
试论粮食储藏品质检测方法粮食储藏品质检测是确保粮食质量安全的重要环节,对于保障粮食产业和食品安全具有重要意义。
本文将针对粮食储藏品质检测方法进行论述。
粮食储藏品质检测方法主要包括外观质量检测、物理性状检测、化学成分检测和微生物检测等几个方面。
外观质量检测是对粮食外观形态进行检测,主要包括颗粒大小、颜色、杂质和虫害等方面。
一般采用目视和手工分选的方法进行检测,也可以借助现代图像识别技术进行自动检测。
外观质量检测方法的规范化和自动化程度不断提高,可以提高检测效率和准确性。
物理性状检测是对粮食的密度、含水量、硬度、脆性等物理性质进行检测。
这些物理性状的检测可以反映出粮食的贮藏状态和品质特点。
物理性状检测方法主要包括测定密度的装箱法、测定含水量的干燥法、测定硬度的抗压实验和测定脆性的冲击试验等。
化学成分检测是对粮食的主要成分进行检测,以评估粮食的营养价值、口感和加工性能等方面。
常用的化学成分检测方法包括测定水分、蛋白质、脂肪、纤维和糖类等。
这些检测方法主要利用化学分析技术,如滴定法、色谱法和光谱法等。
化学成分检测方法需要精确的仪器设备和专业的实验操作技能。
微生物检测是对粮食中的微生物污染情况进行检测,如霉菌、酵母菌和细菌等。
微生物检测方法可以采用培养基的平板计数法、生物传感技术和分子生物学技术等。
微生物检测方法的发展使得对粮食储藏品质进行快速、准确和经济的检测成为可能。
粮食储藏品质检测方法是确保粮食质量安全的重要手段,不仅要关注外观质量和物理性状的检测,还需要重点关注化学成分和微生物的检测。
随着科学技术的不断进步,粮食储藏品质检测方法将进一步提高,以满足粮食产业和食品安全的需求。
快速检测技术在粮食储藏中的应用单位省市:宁夏中宁单位邮编:755100摘要:粮食存储中,需做好必要的技术检测,主要包括对水分、气体、温度、微生物、虫害等项目信息数据的收集和检测。本文综合分析了粮食水分快速检测技术、粮食气体快速检测技术、粮食温度快速检测技术、粮食微生物快速检测技术和粮食虫害快速检测技术,以期为相关研究提供参考。关键词:快速检测技术;粮食储藏;具体应用粮食存储中,需要做好粮食检测管理,设置不同的检测项目,提升检测水平,保障粮食存储安全。合理应用不同检测项目的技术手段,做好科学化检测管理,有助于提升检测管理的实际效果。1粮食储藏中水分的检测1.1微波法作为一项无损检测技术,微波检测操作简单,具有较高的测量精度,准确性高,但该方法会受到粮食密度及形状的影响,且检测仪器昂贵。以往学者在研究中利用微波法检测小米、大米中的水分含量,结果显示其测得的水分含量与国际恒重法符合。1.2干燥法粮食储藏中水分检测最常用的方法为干燥法,该检测方法精度高,但用时长,仅适用于实验室操作,在实际生产活动中尚存在一定的局限性。有学者在研究中对粮食作物进行水分检测,即将储藏粮食置于160℃条件下,加热10min,获得的结果具有较高的可信度。日常生活中通常采用干燥法储存粮食,要将需要储存的粮食日晒干燥去潮脱水。不管是水稻、小麦还是其他粮食,收获后含水量非常大,不具备储存条件,必须经过干燥去潮脱水。粮食含水量越高,储存时间越短;含水量越低,储存时间越长。粮食含水量≤14%时,具备储存条件,可以储存半年到1年时间。1.3水浸悬浮法水浸悬浮法检测粮食储藏中水分,首先在容器中加入待测样品,再加入水浸泡样本,然后与容器一同称重,该状态下水分失重为0,所得的重量即为样本干物质与测血皿的质量。此检测方法用时短、准确度高,且耗能少。采用水浸悬浮法对玉米、小麦以及高粱等粮食作物中的水分进行检测,结果发现其误差低于0.5%。但是应用该检测方法检测油料作物时,则存在较大的误差。因此建议在检测谷物类粮食作物时应用该方法。1.4电容法电容法对粮食储藏中水分的检测,主要是利用水介电常数与粮食干物质的不同。与粮食干物质介电常数相比,水介电常数明显较大,因此可以说电容大小直接由粮食的含水量决定。采用电容法水分仪能够快速检出粮食中的水分含量,但准确率还有待进一步证实;另外,周围环境也会对结果的稳定性产生影响。1.5电阻法粮食的含水量会直接影响其电导率,因此可以采用电阻法对粮食电导率变化情况予以检测,由此掌握粮食的含水量情况。该检测方法成本低,但信号弱,粮食含水量过高或过低时不建议使用这种方法。2粮食气体快速检测技术2.1红外吸收法在红外光谱区,所有气体分子都具有特征吸收峰,并且与吸收强度、浓度密切相关。红外辐射源能够穿透被测气体样品,通过对谱线能量衰减量情况信息进行收集和分析,可检测出粮食气体的含量,这种快速检测技术的检测效率高,精确度高、速度快、检测误差的控制能力强。2.2磷化氢气体电子检测仪存储粮库中最常使用的药剂是磷化铝,在潮湿环境下,磷化铝会以气体形式挥发,配合磷化铝气体检测设备,能通过电解池的电极检测效果,提升检测效果。在分析电流情况的前提下,计算出气体密度,具备对气体浓度的持续检测能力,还可以预测气体的浓度趋势,控制周围环境干扰因素。3粮食温度快速检测技术3.1测温电阻技术测温电阻的原理是能通过热敏感电阻元件,对温度变化具备较强的同步反应能力,提升敏感性管控优势,以推断粮食温度数据,具备连续性温度检测能力,检测速度快。同时因为测温热敏感电阻的体积小,灵敏度高,具备良好的温度测量能力,但是只能对测温点周边的粮食温度进行检测。3.2红外测温技术红外测温技术具有直接性、快速性,对物体表面温度的测量能力高,能发挥较高的温度监控能力,可以对粮食温度变化进行实时掌控。通过对红外辐射的强度以及波长进行测量,实现对物体表面温度的精准测量。传统接触式物体表面温度测量技术的测量效率低,操作不方便,温度变化的实时检测能力差。但是红外测温技术容易受到周围环境的干扰影响,在技术应用中,需要提前做好测试,对影响测温技术精确度的参数进行有效调整。3.3声层析成像法声层析成像法属于非接触测温技术,在空气温度的测试中,需要做好科学化控制,以实现温度管理,重视协调相关的测温技术和科学化控制,解决有关测温隐患,提升测温管理控制效果。对周围空气温度的测量,是通过将声波收发器放置在待测区域中发射接受声波,分析声波在传播中的路径、所需时间,以推算出测量温度,其中,储藏测试还需要考虑粮仓跨距和声波速度,并在应用前进行必要调整。4粮食储藏中微生物的检测4.1电子鼻检测电子鼻检测储藏粮食中的微生物主要是通过模仿哺乳动物嗅觉,对储粮环境中各种气味进行鉴别、检测,但目前其检测储粮微生物仅处于试验阶段。通常,粮食储藏周期较长,当储粮发霉后,短时间内气味不会很明显,但随着储藏时间的增加,其散发的挥发性物质气味也会逐渐变浓。采用电子鼻检测则能够有效检测环境中的气体成分,及早发现发霉状况,并发出警报,从而使发霉问题能够得到及时的处理,在保障粮食储藏安全方面发挥着预见性的作用。除此之外,电子鼻检测还具有结果准确、不受人为因素影响等优势。4.2酶活性检测当储藏粮食出现霉菌微生物感染后,会产生蛋白酶、过氧化氢以及生淀粉酶等酶类,研究发现酶活性与微生物数量呈现出明显的正相关关系,对酶活性的变化情况进行检测便于管理人员及早获得微生物数量情况,一般30min便能够完成测试。另外,与电子鼻检测技术相比,酶活性检测的结果不会受到死菌的影响,测定结果准确性高。酶活性检测技术对操作环境及操作技术方面的要求相对宽泛,这在一定程度上简化了操作流程,也无需提前创建无菌环境。该技术在检测领域已经取得了显著的效果,但在微生物种类方面还存在一定的局限性。5粮食虫害快速检测技术5.1图像识别法图像识别法是利用计算机智能分析技术,对图像数字化数据加工分析,经过深入化数据处理,能得出粮食虫害信息,结合高分辨率的图像获取机制智能监测技术掌握虫害信息、虫害类型、分布数量信息,指导虫害控制管理。该法具备高精确分辨监测能力,技术设备的造价较高,具备较高的精确度监测管理效果。5.2电子鼻技术电子鼻技术不仅能监测粮食微生物,在进行检测参数项目的调整改进后,同样能实现对虫害的快速检测,设置特定虫害的活动气味数据指标,以获取对虫害区域空间数量的有效评估,对粮食存储安全情况可靠分析,这种检测技术的应用成本低、耗时短,具备良好的技术广泛推广使用能力,同时兼具对微生物的检测功能优势,设备采购价值高。5.3声检测法声检测法是根据粮食存储中的虫害活动推断粮食存储环境中虫害的密度的方法。这种检测技术对粮食存储环境的要求高,容易受外界干扰影响,一般在虫害活动频繁的时间段检测。有关检测设备需要具备较高的灵敏度,同时无法对死虫以及虫卵进行检测。6结论综上所述,粮食储藏期间为确保达到预期的储藏效益,进行储粮检测是非常必要的。随着现代科学技术的不断发展,粮食储藏检测技术也在不断更新、优化,在粮食水分、温度以及虫害等检测中发挥着极为重要的作用,但每种检测技术各有优势与不足之处,应加强检测技术与实际的结合,保障粮食储藏的有效性与安全性。参考文献[1]郑沫利,赵艳轲,陈思露,等.基于RDPSO-RBF的粮食产后储藏环节损耗评估模型[J].江苏农业科学,2020,48(8):307-311.[2]郑沫利,赵艳轲,闫敏,等.基于RDPSO-SVM的粮食产后储藏环节损耗智能评估方法[J].计算机与现代化,2020,13(3):72-76.[3]张鹏.基于遗传算法的船舱粮食储藏环境参数PID控制[J].电声技术,2019,43(11):59-61.。
优质籼稻储藏品质控制指标的确定朱玫;熊宁;田国军;孙婷琳;吴莉莉;刘利【期刊名称】《中国粮油学报》【年(卷),期】2018(033)002【摘要】研究优质籼稻在高大平房仓中常规储藏条件和准低温储藏条件下储藏品质的变化规律,探讨优质籼稻储藏品质与各项指标之间的关系,筛选出几个能反映储藏优质籼稻品质变化的敏感指标,最终确定优质籼稻储藏品质控制指标为米饭感官评分、脂肪酸值、黄粒米、色泽气味、米饭硬度和最终黏度.将米饭感官评分随储藏时间的变化进行曲线拟合,从而建立储藏期预测模型.对各项控制指标随储藏时间的变化进行曲线拟合,参照阈值确定方法“多数原则法”,得到保质储藏期和安全储藏期内优质籼稻储藏品质控制指标的限定范围:保质储藏期内要求:色泽气味正常、米饭感官评分≥70分、脂肪酸值≤23.1 mgKOH/100 g干基、黄粒米含量≤0.5%、米饭硬度≤3.6、最终黏度≤3 284 cP;安全储藏期内要求:色泽气味正常、米饭感官评分≥60分、脂肪酸值≤26.2mgKOH/100 g干基、黄粒米质量分数≤1.1%、米饭硬度≤3.8、最终黏度≤3 412 cP.【总页数】7页(P60-66)【作者】朱玫;熊宁;田国军;孙婷琳;吴莉莉;刘利【作者单位】湖北省粮油食品质量监督检测中心,武汉430061;湖北省粮油食品质量监督检测中心,武汉430061;湖北省粮油食品质量监督检测中心,武汉430061;湖北省粮油食品质量监督检测中心,武汉430061;湖北省粮油食品质量监督检测中心,武汉430061;湖北省粮油食品质量监督检测中心,武汉430061【正文语种】中文【中图分类】TS210.2【相关文献】1.广东地区早籼稻储藏品质变化规律研究 [J], 杨菲;杨雪花;黄思华2.籼稻储藏品质的电子鼻快速检测方法研究 [J], 邵小龙;张蓝月;宋伟;闵光;鞠兴荣3.对烘干玉米储藏品质控制指标的探讨 [J], 冯锡仲;沈艳红4.优质籼稻品种绿色优质高效技术集成种植示范及优质籼稻新品种示范试验 [J], 董中华;励平5.优质籼稻控温条件下储藏品质变化规律研究 [J], 张自立因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
2014年4月第29卷第4期中国粮油学报Journal of the Chinese Cereals and Oils Association Vol.29,No.4Apr.2014籼稻储藏品质的电子鼻快速检测方法研究邵小龙1,2张蓝月1宋伟1,2闵光3鞠兴荣1,2(南京财经大学食品科学与工程学院1,南京210023)(粮食储运国家工程实验室2,南京210023)(武汉市粮油食品中心检验站3,武汉430021)摘要本研究用国标方法和电子鼻分别检测3种储藏年份2个品种籼稻的含水量、粗脂肪含量、脂肪酸、发芽势、发芽率等理化指标和顶空气体,并采用主成分、相关性和主成分回归进行了数据分析。
结果表明,电子鼻能区分不同储藏年限和品种的籼稻;电子鼻信号和稻谷储藏品质之间有紧密相关性;保温温度是影响各探头辨别能力的测试条件之一,其中8个传感器探头对不同保温温度处理过的籼稻挥发成分具有良好的辨别能力,较高保温处理能增强电子鼻传感器的辨别分组能力;不进行保温处理能真实的反应样品本身的挥发气体组成,不影响电子鼻对籼稻品种和储藏年限的区分能力,并且能准确预测样品中脂肪酸含量和发芽指标。
关键词籼稻谷储藏品质电子鼻主成分分析中图分类号:TS 207.3文献标识码:A 文章编号:1003-0174(2014)04-0104-05基金项目:国家自然科学基金(31201443),“十二五”国家科技支撑计划(2011BAD03B02)收稿日期:2013-06-08作者简介:邵小龙,男,1981年出生,讲师,粮油储运加工、快速无损检测粮食作为我国的大宗储备物质之一,其储藏品质质量向来被科研和粮库工作人员所重视。
但目前大部分检测工作仍依靠感官手段和常规化验,这些方法的准确性和便捷性已不能满足现代粮食储藏和流通的安全需求。
随着现代检测技术的发展,越来越多的新型检测仪器用于食品质量安全的检测研究应用中。
电子鼻基于模仿生物嗅觉系统原理,是最近研究非常热门的快速无损检测技术之一,已用于香精香料、饮料茶酒、谷物油脂、果蔬肉禽等各类食品质量检测和品质控制研究中[1-3]。
近来也出现了很多电子鼻应用于快速判断小麦、稻谷品种及储藏年份[4,5]、检测品质质量[6-7]、是否感染害虫[4,8]、霉变程度[9-11]等方面研究。
但是这些研究仅仅做电子鼻对稻谷品质进行定性判断,没有分析稻谷品质指标(如化学成分、发芽率等)与电子鼻的内在联系,缺乏基于电子鼻检测原理的分析。
因此本研究将结合稻谷储藏品质指标与电子鼻信号,分析其内在联系,找出电子鼻特征传感器信号,建立基于传感器信号的稻谷储藏品质指标预测模型。
1材料与方法1.1试验材料共2个稻谷品种:早籼(编号:H )和中籼(编号:C );3个收获年份:2009、2010和2011年(分别简写成09、10和11)。
样品产地均为湖北武汉,采样后除杂4ħ冷藏状态下密封存放。
1.2试验设备Fox3000型电子鼻:法国Alpha MOS 公司;TP -214分析天平:丹佛仪器(北京)有限公司;HH -4电热恒温水浴锅:常州国华电器有限公司;GNP -9160恒温干燥箱:上海苏进仪器设备厂;新丰牌JLG4.5型检验砻谷机:浙江台州市粮仪制造厂;JXFM110锤式旋风磨:上海嘉定粮油仪器有限公司;THZ -D 恒温振荡器:江苏省太仓市实验仪器厂;RE -52AA 旋转蒸发器:海亚荣生化仪器厂;试剂都为分析纯。
1.3电子鼻试验方法每次将2g 待测样品直接放入10mL 顶空瓶中,采用顶空自动进样法,载气采用零级发生器气体。
测试参数:流速为150mL /min ,抽样体积为1mL ,抽样速度为1mL /s ,采样数据时间为120s ,采样频率1次/s 。
保温箱温度分别为30、50、70和90ħ,保温时间为120s ,震荡参数:500r /min ,开5s 、关2s 。
输出数据为测量过程中各传感器相对初始电阻的变化率,取每个传感器的相对电阻变化率的绝对值最大的作为有效信号强度值,每个测试样品获得12组数据。
第29卷第4期邵小龙等籼稻储藏品质的电子鼻快速检测方法研究1.4相关储藏指标测量方法含水量、粗脂肪含量、脂肪酸、发芽势和发芽率等分别采用国标方法GB5497—1985、GB/T5512—2008、GB/T20569—2006、GB/T5520—2011测量。
1.5数据分析方法数据采用了多重比较(邓肯法)、相关分析、主成分PCA分析和主成分回归等统计方法,使用SAS9.3(Cary,NC,USA.)软件进行分析。
2结果与讨论2.1不同品种和储藏时间的籼稻谷的品质指标表1为与储藏品质密切相关的理化指标含水量、脂肪含量、脂肪酸和发芽等,这些指标通常用来评价粮食储藏过程中粮食新陈程度[12-14]。
早籼稻和中籼稻含水质量分数范围为12.4到13.3%,为安全储藏水分范围。
脂肪质量分数为2%左右,尽管稻谷脂肪含量比淀粉、蛋白质等成分含量低得多,但在储存期间稻谷陈化的主要原因在于脂类物质的氧化。
本试验中不同年份样品的脂肪酸值有显著性差异(P<0.05),而品种之间没有差异(P>0.05)。
随着稻谷储存时间延长,稻谷中脂肪降解生成脂肪酸,还会产生醇、醛、酮类等各种易挥发性的成分[15]。
这些挥发性成分可以被电子鼻检测到[7],因此电子鼻信号和脂肪酸之间有一定关系。
稻谷中脂肪酸值会随储藏时间增加而增加,并且由脂肪氧化造成的挥发成分变化能够被电子鼻检测到[7]。
由于脂肪酸与电子鼻信号存在一定的因果相关关系,文后将继续探讨它们之间的相关性和定量关系。
不同品种和储藏年份之间的籼稻发芽势和发芽率有显著性差异(P<0.05),随储藏时间的增加而降低,这与以前的研究是一致的[12,14]。
表1稻谷的理化指标测量值名称含水量/%粗脂肪质量分数/%脂肪酸/mgKOH/100g发芽势/%发芽率/%早籼H0912.39bc2.04ab39.29a25.67e60.67e 早籼H1012.76b2.06a35.46b31.00d72.33c 早籼H1113.27a2.02ab32.61c55.67a95.33a 中籼C0912.22c2.04ab41.18a4.00f36.33f 中籼C1012.50bc1.97b35.95b36.00c68.33d 中籼C1112.50bc1.83c31.62c48.00b91.33b 注:字母不同代表有显著性差异。
2.2不同测试条件下电子鼻信号主成分分析由于样品保温是电子鼻样品测试的一种重要预处理步骤,本试验也安排了4种不同保温温度的样品测试。
图1是样品经不同温度保温取顶空气体进行测量电子鼻信号主成分散点图。
a30ħb50ħc60ħd90ħ注:各样品点的标识分别为:C09,□;C10,△;C11,◇;H09,■;H10,▲;H11,◆。
图1不同测试温度的电子鼻信号主成分分析图501中国粮油学报2014年第4期根据图1可知,前2个主成分之和都达到92%以上,因此使用这2个主成分可以解释全部传感器信号的特征信息。
通过对每个探头信号的绝对值进行分析,发现保温温度越高,每个探头的信号强度随温度显著性的增加(P<0.01)。
说明稻谷在较高的保温温度下有更多的成分挥发出来,从而被探头检测到。
原因之一是在较高温度下稻谷的挥发出更多的成分造成的。
从图1中前2个主成分的贡献率可知,保温温度越高,主成分1的贡献率有所下降,从74.24%下降到70.19%;主成分2的贡献率从17.86%上升到25.84%,但前2个主成分的整体判别能力有所增强(从92.1%到96.13%)。
从品种上来看,早籼和中籼稻谷被很明显的区分开;从储藏年份上来看,2011年样品也很容易区分,2009年和2010年也仅仅在50ħ恒温条件下只有小部分重合。
因此说明电子鼻对2种籼稻谷品种和3个储藏年份都有很好的区分能力。
但是从散点图的分布来看,不同的保温预处理条件对主成分的区分效果影响不大,即使不使用保温预处理,常温30ħ(即无需加热处理)进样也可以得到很好的区分效果。
2.3电子鼻信号主成分与储藏指标之间的相关性分析由于主成分1和主成分2可以解释大部分电子鼻信号,因此将前2个主成分与储藏指标脂肪酸、发芽势和发芽率进行相关分析,结果见表2。
根据表2可知,2个主成分与脂肪酸、发芽势和发芽率都有显著性的相关性。
这说明电子鼻信号和稻谷储藏品质之间有紧密的相关性,这也是通过电子鼻信号主成分分析结果(图1)能够区分稻谷不同储藏年限的原因。
表2储藏指标与主成分之间的相关性系数表不同恒温温度主成分(PRIN)储藏指标脂肪酸发芽势发芽率30ħPRIN10.443*-0.714**-0.708**PRIN2-0.663**0.682**0.649**50ħPRIN10.510*-0.733**-0.741**PRIN2-0.623**0.628**0.588*70ħPRIN10.511*-0.712**-0.727**PRIN2-0.544*0.548*0.499*90ħPRIN10.594**-0.798**-0.813**PRIN2-0.534*0.524*0.490*注:**和*分别表示为P为0.01和0.05显著性水平。
2.4传感器阵列辨别能力分析及保温温度对测试结果的影响表3为不同温度下,12个探头辨别能力系数表。
对主成分1来说,不同温度下的4个传感器LY2/G、T30/1、T70/2和PA/2的辨别能力系数绝对值都保持的0.3以上,P10/1和P40/1在50ħ以上时辨别能力系数下降到0.3以下,LY2/gCT在90ħ时上升到0.32(绝对值);对主成分2来说,不同温度下,4个传感器LY2/LG、LY2/AA、LY2/GH和LY2/gCTL 的辨别能力系数绝对值在的0.3以上,P10/1、P10/2和P40/1在50ħ以上辨别能力系数都上升到0.3以上。
这些变化表明了传感器阵列的识别能力随着样品保温温度发生改变,说明较高保温条件下,被识别的气味成分组成发生改变。
既可能是原稻谷挥发性成分增加不一致造成的,也可能是稻谷本身发生了反应,产生新的气味成分。
因此在稻谷储藏品质测试试验中,保温温度是一个重要条件,会直接影响各探头的定性辨别能力,也会影响到定量检测结果。
表3不同保温温度的探头判别能力系数传感器主成分1(PRIN1)主成分2(PRIN2)30ħ50ħ70ħ90ħ30ħ50ħ70ħ90ħLY2/LG b0.2490.2480.2050.200-0.353-0.327-0.414-0.403 LY2/G a-0.312-0.317-0.320-0.3210.2010.1900.1910.193 LY2/AA b-0.259-0.259-0.269-0.2790.4170.3960.3620.327 LY2/GH b-0.268-0.262-0.265-0.2760.3860.3880.3690.334 LY2/gCTL b-0.273-0.253-0.261-0.2590.3740.4070.3810.368 LY2/gCT-0.244-0.289-0.291-0.317-0.113-0.052-0.0920.027 T30/1a0.3170.3200.3280.3310.1930.1710.1360.142 P10/10.3020.2910.2880.2690.2880.3120.3180.351 P10/20.2940.2860.2810.2630.2970.3090.3190.357 P40/10.3010.2890.2850.2650.2890.3170.3250.357 T70/2a0.3120.3150.3210.3220.2100.1970.1760.185 PA/2a0.3180.3210.3280.3320.1540.1430.1190.121注:A和B分别表示主成分1和2不同温度下具有较高的辨别能力。