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电子舌用于不同种类果酒的辨别区分
发布时间:2023-12-25 浏览:81

一、实验简述

    本实验通过利用由上海瑞玢国际贸易有限公司提供的SuperTongue电子舌对不同种类果酒样品进行检测,得出各样品间的差异。 

二、SuperTongue电子舌介绍

1. 原理

电子舌是一种主要由交互敏感传感器阵列、信号采集电路、基于模式识别的数据处理方法组成的现代化定性定量分析检测仪器。电子舌基于惰性金属电极构成稳定的传感器阵列,通过伏安电化学脉冲技术激发实现原创的组合脉冲驰豫谱思想,然后经交互感应解析技术来获取测量对象的整体信息,立足于自主开发的电子电路硬件和计算机智能化算法软件,快速、实时、在线实现对产品的整体特征评价及若干成分定性定量的快速检测与分析。

     SuperTongue电子舌含有6个惰性金属传感器(铂、金、钯、钛、钨、银),性能稳定,重现性好,使用寿命长,检测信息量丰富,而且清洗简单,非常适合于多类食品产品的辨别区分,质量评定与真伪辨识等。

2. 数据分析方法

主成分分析法(PCA):将多个变量通过线性变换以选出较少个数重要变量的一种多元统计分析方法。主成分得分图以散点图为基础,每个点代表一个样品的一次检测,点与点之间的距离代表不同检测次数之间特征差异的大小。主要用于样品的区分辨别。

判别函数分析(LDA):是在分类确定的条件下,根据某一研究对象的各种特征值判别其类型归属问题的一种多变量统计分析方法。

簇类独立软模式法(SIMCA):该方法实际上是根据“物以类聚”的原则进行样本的分类。首先需要针对一类样品做主成分分析,建立主成分回归类模型,然后依据该模型对未知样品进行识别,即试探该未知样品与标准库模型进行拟合,以确定其属于同一类,或不属于同一类,常用于真伪样品的鉴别。

判别因子分析法(DFA): 运用DFA算法首先需要对几类标准样品做主成分分析,建立数据库。算法会自动找出不同类别间的边界函数,根据这些边界函数可以将主成分图划分为几块不同的区域。然后再对未知样品做主成分分析,看未知样品的点落在哪个区域,就可以判断未知样品更加取向于哪一类。此种算法可以对2个以上的样品种类进行分类识别,常用于等级区分、产地鉴别等。

偏最小二乘分析(PLS):偏最小二乘法是一种高效的信息抽提方法。PLS需要建立两个矩阵X(传感器响应信号矩阵)和Y(对应实际物理量,如浓度)。目标是寻找输入矩阵X的那些与输入变量尽可能相关的成分,同时与Y矩阵的目标值又要达到最好的相关性。鉴于此PLS算法常用与有趋势化的数据,类似与建立标准曲线后,预测一个未知点的数值。

电子舌.jpg

图1 SmarTongue电子舌

 

三、实验

1. 样品信息

   样品为桂林某学院提供的不同种类果酒,每个样品3个平行,具体样品名称及编号见下表。

样品

平行样编号

银桂酒

1-1


1-2


1-3

柠檬发酵酒

2-1


2-2


2-3

柠檬蒸馏酒

3-1


3-2


3-3

芒果蒸馏酒

4-1


4-2


4-3

种植大果山楂酒

5-1


5-2


5-3

猕猴桃酒

6-1


6-2


6-3

丹桂酒

7-1


7-2


7-3

芒果米酒(不锈钢陈酿)

8-1


8-2


8-3

芒果酒(橡木桶陈酿)

9-1


9-2


9-3

桃金娘花酒

10-1


10-2


10-3

 

2. 样品处理及实验参数

  每个样品量取相同的体积进行检测。样品检测前先进行传感器预热、清洗及参数设置,样品检测参数见表1。

 

表1 样品检测参数表

最大电压

1V

最低电压

-1V

脉冲间隔

100MV

灵敏度

10-4

3. 实验结果

图片1.png


图1 主成分分析结果图(PCA)

图片2.png


图2 判别函数分析结果图(LDA)

1.区分效果

图1为主成分分析(PCA)结果图,图中,各个样品分布在图中的不同区域内,且相互之间没有重叠,重复性较好;DI值为99.43% (DI值反映整体区分效果,数值越接近1说明区分效果越好),说明每个样品可以被区分开,分别就有不同的滋味。

图2为判别函数分析(LDA)结果图中,图中各个样品分布在图中的不同区域内,且相互之间没有重叠,重复性较好;DI值为100.00%,说明每个样品可以被区分开。

从区分效果上看,主成分分析结果与判别函数分析均可以将每个样品区分开。

2.分布情况

图1中,可以看到样品3(柠檬蒸馏酒)和4(芒果蒸馏酒)聚集在一起,样品8芒果米酒(不锈钢陈酿)和9芒果酒(橡木桶陈酿)聚集在一起,其他样品聚集在一起,样品7(丹桂酒)与其他样品相距较远。

图2中,可以看到样品3(柠檬蒸馏酒)和4(芒果蒸馏酒)聚集在一起,样品8芒果米酒(不锈钢陈酿)和9芒果酒(橡木桶陈酿)聚集在一起,样品5(种植大果山楂酒)6(猕猴桃酒)7(丹桂酒)被划分到同一区域中,样品1(银桂酒)2(柠檬发酵酒)10(丹桂酒)则在另一区域中。

从分布情况上看,主成分分析结果与判别函数分析得到的结果具有相似的趋势。

样品4(芒果蒸馏酒)与3(柠檬蒸馏酒)之间的距离小于与同为芒果为原料酿造的样品8芒果米酒(不锈钢陈酿)和9芒果酒(橡木桶陈酿)之间的距离,且也小于与2(柠檬发酵酒)之间的距离。说明酒的制作方式(蒸馏与非蒸馏)对酒的滋味具有一定的影响,不同种类蒸馏酒之间的差异小于同种原料不同制作方式得到的样品。

样品8芒果米酒(不锈钢陈酿)和9芒果酒(橡木桶陈酿)之间虽可以区分开,但是两者之间的距离小于与其他种类原料酿造的酒之间的距离。说明贮藏用的材料对酒的味道会有影响,但是原料种类和酿造方式的影响更显著。

综合上述结果来看,各个种类的果酒在滋味上是有区别的;蒸馏法制得的酒在滋味上相近,说明酒的制作方式(蒸馏与非蒸馏)对酒的滋味具有一定的影响,不同种类蒸馏酒之间的差异小于同种原料不同制作方式得到的样品。