电子鼻能否取代人类嗅觉？—— 电子鼻传感器对酒精饮料中挥发性化合物的响应研究

电子鼻传感器对酒精饮料中挥发性化合物的响应研究

文章以金属氧化物传感器的AIRSENSE电子鼻为工具，探究电子鼻传感器对白酒各类挥发性风味物质的响应规律，并验证电子鼻在白酒识别分类上的应用能力。

试验对象

选取 52 种白酒典型挥发性物质（酯、醇、酸、醛、缩醛、酚类、吡嗪、萜类等）；收集 6 种香型共 26 款市售白酒，同时配制清香、浓香、酱香白酒模拟体系。

实验仪器

AIRSENSE电子鼻系统分为采集单元、检测分析单元、结果分析软件三部分。

前处理优化

对比不同体积顶空容器，确定10 L 聚四氟乙烯气袋为优顶空采样容器，小体积容器会出现挥发物耗尽、信号衰减，大容积可以维持气液平衡，获得稳定传感器信号。

实验设计

分别测定单一风味物质、乙醇、己酸乙酯不同浓度下传感器响应；测试乙醇‑己酸乙酯二元混合体系；测试白酒模拟体系与真实酒样；采用 PCA（主成分分析）、LDA（线性判别分析）、载荷分析开展数据处理。

结果与分析

01

单一挥发性物质的传感器响应

同类化合物传感器响应图谱相近，不同类别化合物响应强度、传感器激活顺序存在差异；S2、S7、S9 是大多数风味物质的高响应传感器。

醇类响应顺序：S2＞S7＞S6≥S9；醛、酯类：S7＞S2≥S9；脂肪酸、缩醛、芳烃、萜烯、吡嗪：S7＞S9≥S2。

酯类、醛类整体响应强度高，醇类响应低；乳酸、β‑大马酮几乎不产生传感器响应，与传感器厂商给出参考并不全一致。

碳链长度会改变传感器响应：随醇碳链增加 S2 响应升高；酯碳链增加 S6、S8 响应降低；醛碳链增加 S7/S9/S6/S8 响应降低。

02

浓度效应：剂量‑响应关系

乙醇：S7、S6、S2、S8、S9 为特征传感器；在一定浓度区间响应与含量呈良好线性（S7 的R2>0.98），超过阈值后响应到达平台。

己酸乙酯（浓香白酒关键物质）：特征传感器 S7、S2、S9；1‑30 μL 范围内 S7 线性度优异（R2>0.99），不同传感器线性区间各不相同。

乙醇‑己酸乙酯混合：乙醇会形成较强信号基底干扰，但结合 PCA 统计方法，电子鼻仍可区分体系内己酸乙酯的微小含量差异。

03

白酒模拟体系：酯类起主导响应

对比真实白酒和人工复配酒模型的 LDA 结果：对应香型的模拟体系和真实酒样聚类接近；以五粮液浓香模型为例，酯类对电子鼻整体信号贡献远高于酸类、醇类，是决定电子鼻响应的核心组分。

04

真实白酒样品分类效果

1. 6 种香型白酒区分（浓香、清香、酱香、米香、老白干、凤香）：LDA 的 LD1+LD2 累计方差＞90%，全部香型实现有效分离；载荷分析表明 S2、S6、S7 是香型区分的关键传感器，S1、S3‑S5、S10 贡献很低。凤香酒样本聚类位置介于清香、浓香之间，和其工艺风味特点相吻合。

2. 浓香白酒不同品牌区分：5 个浓香品牌大体可实现区分；聚类结果反映原料（单粮 / 多粮）、产地带来的差异；S7、S6 为品牌识别的核心传感器，剔除低贡献传感器有望进一步提升识别性能。

研究结论

1、本研究系统揭示电子鼻传感器对白酒各类挥发性组分的响应特征：同类挥发物有相似响应指纹，部分传感器在特定浓度区间具备剂量‑响应关系。

2、脂肪酸酯是驱动电子鼻对白酒产生信号的主要物质。

3、电子鼻结合模式识别算法，可以成功区分中国白酒不同香型，也可对浓香内部不同品牌进行判别。

4、研究结果可为电子鼻传感器阵列优化、白酒快速识别技术开发提供理论依据，助力电子鼻在酒类食品领域实际应用。