基于電子舌技術(shù)的市售蘇打水滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)

楊成聰，蔡宏宇，王玉榮，向茜，王海燕，郭壯（湖北文理學(xué)院化學(xué)工程與食品科學(xué)學(xué)院鄂西北傳統(tǒng)發(fā)酵食品研究所，湖北襄陽441053）

基于電子舌技術(shù)的市售蘇打水滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)

楊成聰，蔡宏宇，王玉榮，向茜，王海燕，郭壯*
（湖北文理學(xué)院化學(xué)工程與食品科學(xué)學(xué)院鄂西北傳統(tǒng)發(fā)酵食品研究所，湖北襄陽441053）

采用電子舌技術(shù)和多變量統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相結(jié)合的手段，對(duì)市售蘇打水的滋味品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。結(jié)果表明，市售蘇打水樣品間基本味覺和回味指標(biāo)差異均非常顯著（P＜0.01），通過主成分分析、非加權(quán)組平均法和多元方差分析發(fā)現(xiàn)黑龍江和河南地區(qū)產(chǎn)的蘇打水滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)存在顯著的差異，冗余分析發(fā)現(xiàn)該差異是由于澀味、后味A（澀味的回味）和豐度（鮮味回味）等3個(gè)指標(biāo)導(dǎo)致的。經(jīng)Mann-Whiney分析發(fā)現(xiàn)，河南地區(qū)產(chǎn)的蘇打水上述3個(gè)指標(biāo)均較之黑龍江地區(qū)高（P＜0.05）。由此可見，不同地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水其滋味品質(zhì)存在較大差異。

蘇打水；電子舌；多變量統(tǒng)計(jì)學(xué)；品質(zhì)評(píng)價(jià)

作為一種健康大眾型的堿性飲料，飲用蘇打水可以有效改善人體酸堿平衡，同時(shí)可以緩解消化不良和便秘癥狀［1］。蘇打水一般可以分為天然和人工合成兩大類，我國(guó)市售的蘇打水多以人工合成為主。人工合成的蘇打水是在碳酸氫鈉水溶液中添加少量食用香精和甜味劑制備而成，為了改善口感一般還會(huì)壓入二氧化碳?xì)怏w。雖然我國(guó)蘇打水產(chǎn)品鮮見相關(guān)國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但以飲用天然礦泉水為參照我們可知，目前多從理化、污染物和微生物指標(biāo)等維度對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，而對(duì)其滋味品質(zhì)的評(píng)價(jià)相對(duì)較少。

目前研究人員多采用感官鑒評(píng)方法對(duì)食品的滋味品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，但該方法具有受主觀因素影響大，在一定程度上較難保證結(jié)果準(zhǔn)確性的缺點(diǎn)［2］。通過采用人工脂膜傳感器技術(shù)，電子舌實(shí)現(xiàn)了味道的數(shù)字化評(píng)價(jià)，具有對(duì)味覺物質(zhì)有高選擇性且對(duì)一類味覺物質(zhì)具有整體選擇性的特點(diǎn)［3］，目前該技術(shù)已經(jīng)在礦泉水［4］、果酒［5］、奶酪［6］、綠茶［7］和咖啡［8］等方面有了廣泛的應(yīng)用。

通過對(duì)襄陽市市售人工合成蘇打水產(chǎn)品采集，本研究首先使用電子舌技術(shù)對(duì)其滋味品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)黑龍江和河南地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水產(chǎn)品滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的差異性進(jìn)行分析，并對(duì)與差異性顯著相關(guān)的滋味指標(biāo)進(jìn)行鑒定。

1　材料、試劑與儀器

1.1材料

分別從襄陽市沃爾瑪、天天福和好鄰居等超市累計(jì)購買了29個(gè)蘇打水產(chǎn)品。因部分產(chǎn)品中添加了水果汁和蕎麥提取液等配料，將該部分樣品予以剔除。最終納入本研究的蘇打水樣品共有16個(gè)，其中7個(gè)蘇打水產(chǎn)品產(chǎn)自黑龍江齊齊哈爾市，其余9個(gè)樣品產(chǎn)自河南省漯河、開封、焦作和安陽等地區(qū)。

1.2試劑

內(nèi)部溶液、參比溶液、陰離子溶液、陽離子溶液、味覺標(biāo)準(zhǔn)溶液和氯化鉀溶液均由日本Insent公司提供。

1.3主要儀器

SA 402B味覺分析系統(tǒng)：日本Insent公司。

2　方法

2.1測(cè)試傳感器和參比傳感器的活化

測(cè)試傳感器中加入200 μL內(nèi)部溶液后，置于參比溶液中活化24 h備用。在參比電極中添加內(nèi)部溶液至距頂端5 mm后，置于3.33 mol/L氯化鉀溶液中活化24 h備用。

2.2電子舌數(shù)據(jù)采集

在電子舌系統(tǒng)進(jìn)行傳感器自檢和診斷后，將100mL未經(jīng)任何處理的蘇打水樣品均勻的倒在兩個(gè)樣品測(cè)試杯中，按照以下的步驟進(jìn)行樣品的測(cè)定［9］：

1）AAE（鮮味）、CTO（咸味）和CAO（酸味）3個(gè)傳感器在陰離子溶液中浸沒90 s，同時(shí)COO（苦味）和AE1（澀味）兩個(gè)傳感器在陽離子溶液中浸沒90 s，以便清洗去除傳感器上的吸附物質(zhì)；

2）所有傳感器在參比溶液1和2中分別洗滌120s；

3）所有傳感器在參比溶液3中浸泡30 s，得到參比溶液電勢(shì)Vr；

4）所有傳感器在蘇打水樣品中浸泡30 s得到電勢(shì)Vs，通過Vs-Vr對(duì)5個(gè)基本味進(jìn)行測(cè)定；

5）所有傳感器在參比溶液4和5中分別洗滌3 s；

6）AE1、AAE和COO傳感器在參比溶液6中浸沒30 s，分別測(cè)得電勢(shì)Vr’，通過Vr’-Vr的電勢(shì)差可檢測(cè)樣品澀味、鮮味或苦味的回味。

每個(gè)蘇打水樣品重復(fù)測(cè)4次，選取后3次測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)分析。

2.3統(tǒng)計(jì)分析

使用方差分析對(duì)蘇打水各滋味指標(biāo)的差異性進(jìn)行分析；使用主成分分析法（principal component analysis，PCA）、非加權(quán)組平均法（unweighted pair-group method with arithmetic means，UPGMA）和多元方差分析法（MANOVA）對(duì)不同地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的差異進(jìn)行分析；使用Mann-Whiney分析和冗余分析對(duì)與不同地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)差異顯著相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行分析。除RDA分析采用canoco 4.5軟件（Microcomputer Power，NY，USA）外，所有分析均采用Matlab 2010b軟件（The MathWorks，Natick，MA，USA）。

3　結(jié)果與分析

3.1蘇打水樣品各滋味差異性分析

蘇打水樣品各滋味差異性分析見表1。

表1　不同蘇打水樣品各滋味指標(biāo)的差異性分析（n=16）Tabel 1　The significance analysis of each taste index of soda water produced from two regions（n=16）

由表1可知，納入本研究的16個(gè)蘇打水樣品其苦味、澀味、酸味、咸味和鮮味等5個(gè)基本味覺指標(biāo)及后味A（澀味回味）、后味B（苦味回味）和豐度等3個(gè)回味指標(biāo)差異均非常顯著（P＜0.01）。由總變異值的大小可知，蘇打水樣品在酸味上的差異最大，其次咸味和澀味的差異也較大。上述8個(gè)指標(biāo)的極差值均大于1，即部分蘇打水樣品在某一個(gè)指標(biāo)上的差異通過感官鑒定是可以區(qū)分出來的。

3.2不同地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的差異性分析

作為無監(jiān)督的多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，主成分分析法根據(jù)各指標(biāo)間的相關(guān)性可將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個(gè)彼此不相關(guān)的綜合指標(biāo)，從而達(dá)到降維的目的［10］。通過主成分分析發(fā)現(xiàn)，第一和第二主成分分別占全部變量53.08%和21.58%的權(quán)重，兩個(gè)地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)的主成分1與主成分2因子得分圖見圖1。

圖1　兩個(gè)地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)的主成分1與主成分2因子得分圖Fig.1　Graphical representation of the principal component analysis of the taste profile characterization of soda water produced from two regions showing PC1 vsPC2：factor scores

由主成分因子得分圖（圖1）可知，黑龍江和河南地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水在空間排布上各自呈現(xiàn)出明顯的聚類趨勢(shì)，因此我們可以定性的認(rèn)為兩個(gè)地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水滋味品質(zhì)存在差異。河南地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水其在X軸和Y軸的分布較之黑龍江地區(qū)要分散，由此可以定性的認(rèn)為河南地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水其組間差異要大于黑龍江地區(qū)。

把多個(gè)響應(yīng)變量看成一個(gè)整體的基礎(chǔ)上，多元方差分析可以分析因變量對(duì)多個(gè)響應(yīng)變量整體的影響，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)不同總體的最大組間差異［11］。本研究進(jìn)一步采用多元方差分析對(duì)第一和第二主成分所代表的變異度進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)以蘇打水的產(chǎn)地為分組依據(jù)時(shí)，MANOVA檢驗(yàn)P值非常顯著（P=0.005 5），這一結(jié)果說明，根據(jù)蘇打水產(chǎn)地劃分的黑龍江地區(qū)/河南地區(qū)的分組確實(shí)是造成因子得分圖中各樣本空間排布呈現(xiàn)明顯區(qū)分的原因。

作為一種常用的聚類方法，非加權(quán)組平均法（unweighted pair-group method with arithmetic means，UPGMA）可以用來解決樣品的分類問題［12］。為了進(jìn)一步驗(yàn)證PCA分析的結(jié)果，我們采用UPGMA對(duì)兩個(gè)地區(qū)產(chǎn)蘇打水的滋味整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，UPGMA結(jié)果與PCA結(jié)果一致，即黑龍江和河南地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水在空間排布上各自呈現(xiàn)出明顯的聚類趨勢(shì)。

兩個(gè)地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)的主成分1與主成分2因子載荷圖見圖3。

圖2 基于UPGMA聚類分析的兩個(gè)地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)Fig.2　The cluster analysis of the taste profile characterization of soda water produced from two regions based on UPGMA

圖3　兩個(gè)地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)的主成分1與主成分2因子載荷圖Fig.3　Graphical representation of the principal component analysis of the taste profile characterization of soda water produced from two regions showing PC1 vs.PC2：factor loading

由因子載荷圖（圖3）可知，第一主成分由回味A（澀的回味）、澀味和豐度（鮮味的回味）等3個(gè)指標(biāo)構(gòu)成，而第二主成分由鮮味、咸味和酸味構(gòu)成。由因子得分圖（圖1）可知，在X軸方向上，河南地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水的排布較之黑龍江地區(qū)整體偏右，因此結(jié)合圖3我們可以定性的認(rèn)為河南地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水其回味A（澀的回味）、澀味和豐度（鮮味的回味）較之黑龍江地區(qū)高。在Y軸方向上，兩類樣品的空間排布沒有呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。

作為一種常用的距離定義方法，通過計(jì)算樣品在m維空間中的真實(shí)聚類，可以采用歐式距離（Euclidean distance）來反應(yīng)兩個(gè)樣品間的親疏程度［13］。本研究采用歐式距離分別計(jì)算了黑龍江地區(qū)（1.62±0.09，±SD）和河南地區(qū)（1.75±0.55，±SD）生產(chǎn)的蘇打水樣品間滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的平均距離，然而經(jīng)Mann-Whiney分析發(fā)現(xiàn)兩組數(shù)據(jù)差異顯著（P=0.289）。

3.3與兩個(gè)地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)差異顯著相關(guān)指標(biāo)的鑒定

作為一種有監(jiān)督的多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，冗余分析（Redundancy analysis，RDA）通過解釋變量的線性組合可以盡最大可能解釋響應(yīng)變量的變異度［14］。本研究進(jìn)一步以不同地區(qū)分組（黑龍江地區(qū)/河南地區(qū)）作為起約束作用的解釋變量，用于預(yù)測(cè)和解釋蘇打水樣品中5個(gè)基本味覺和3個(gè)回味指標(biāo)數(shù)據(jù)組成的響應(yīng)變量。分析結(jié)果表明，有35.4%的變異度能夠被黑龍江地區(qū)/河南地區(qū)這一分組所解釋，而通過蒙特卡羅置換檢驗(yàn)（MonteCarlo permutation test）進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)這一約束因素具有顯著性（P=0.002），RDA雙序圖見圖4。

圖4RDA雙序圖Fig.4　Diplot of the RDA

由圖4可知，澀味、后味A（澀味的回味）和豐度（鮮味回味）等3個(gè)指標(biāo)與RDA排序圖約束軸上的樣本賦值良好相關(guān)，由此可見，正是澀味、后味A（澀味的回味）和豐度（鮮味回味）等3個(gè)指標(biāo)代表了不同地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)總體結(jié)構(gòu)差異顯著相關(guān)的關(guān)鍵滋味。

由圖4亦可知，澀味、后味A（澀味的回味）和豐度（鮮味回味）等3個(gè)指標(biāo)均位于第二三象限，這說明河南地區(qū)產(chǎn)蘇打水的澀味、后味A（澀味的回味）和豐度（鮮味回味）要顯著高于黑龍江地區(qū)，而我們進(jìn)一步采用Mann-Whitney檢驗(yàn)也證實(shí)了這一結(jié)果。Mann-Whitney檢驗(yàn)亦發(fā)現(xiàn)，河南地區(qū)產(chǎn)蘇打水的后味B（苦的回味）和咸味顯著高于黑龍江地區(qū)，而其他指標(biāo)差異不顯著（P＞0.05）。

4　結(jié)論

本研究采用電子舌技術(shù)和多變量統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相結(jié)合的手段，對(duì)市售蘇打水的滋味品質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)河南和黑龍江地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)存在顯著的差異，而這種差異是由于澀味、后味A（澀味的回味）和豐度（鮮味回味）等3個(gè)指標(biāo)導(dǎo)致，且河南地區(qū)澀味、后味A澀味的回味和豐度（鮮味回味）等3個(gè)指標(biāo)的豐度較之黑龍江地區(qū)高。

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Taste Profile Characterization of Commercial Soda Water by Electronic Tongue Analysis

YANG Cheng-cong，CAI Hong-yu，WANG Yu-rong，XIANG Xi，WANG Hai-yan，GUO Zhuang*
（Northwest Hubei Research Institute of Traditional Fermented Food，College of Chemical Engineering and Food Science，Hubei University of Arts and Science，Xiangyang 441053，Hubei，China）

The taste profile characterizations of commercial soda water were studied by electronic tongue and multivariate statistics.The results showed that there were significant difference in basic taste and aftertaste among all these samples（P＜0.01）.All principal component analysis（PCA），unweighted pair-group method with arithmetic means（UPGMA）and MANOVA analysis showed that there were significant differences in the taste profile characterizations of soda water produced from Henan and Heilongjiang regions，astringency，richness and aftertaste-A were identified by redundancy analysis（RDA）as key variables significantly associated with the taste profile difference.Meanwhile，these three indexes were significantly more abundant in the soda water samples produced from Henan（Mann-Whitney test，P＜0.05）.Thus，we could conclude that the original areas have significant effects on the taste profile characterizations of soda water.

soda water；electronic tongue；multivariate statistics；quality evaluation

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.10.034

湖北文理學(xué)院教務(wù)處PRP資助項(xiàng)目（201510519002）；湖北文理學(xué)院食品新型工業(yè)化學(xué)科群建設(shè)項(xiàng)目（2016）

楊成聰（1996—），男（漢），在讀本科生，主要從事食品生物技術(shù)研究。
*

郭壯（1984—），男（漢），講師，博士，主要從事食品生物技術(shù)研究。

2015-05-06