功能飲料滋味電子舌與感官評(píng)價(jià)相關(guān)性分析

王鵬，韓穎

（1.成都工業(yè)學(xué)院，四川成都610000；2.四川旅游學(xué)院，四川成都610100）

隨著社會(huì)生活節(jié)奏的加快，人們面對(duì)更多的生存與競(jìng)爭(zhēng)壓力，以疲勞為代表的亞健康問(wèn)題越來(lái)越突出，具有抗疲勞作用的功能飲料逐漸受到消費(fèi)者的青睞。市售的抗疲勞功能飲料按其功效成分可分為3類：以天然咖啡因、氨基酸為主要功效成分；以維生素、合成咖啡因?yàn)楣δ艹煞郑灰蕴烊货r雞精華為功效成分[1]。目前，關(guān)于功能飲料的研究主要集中在工藝優(yōu)化[2-4]、功能成分檢測(cè)、功能成分生理特性評(píng)價(jià)[5-7]等。功能飲料在被消費(fèi)前，飲料的感官品質(zhì)（外觀、滋味、氣味）是影響消費(fèi)者購(gòu)買欲望的主要因素，其中，以滋味最為重要，而關(guān)于功能飲料滋味品質(zhì)的研究極少。

關(guān)于食品滋味的研究多采用感官評(píng)價(jià)的方法，但感官評(píng)價(jià)受環(huán)境及人為因素影響較大，結(jié)果的重復(fù)性及客觀性較低，逐漸被高效液相色譜（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）、免疫層析（Im－munochromatographic Assay）、電子舌（E-tongue）等新技術(shù)所替代。HPLC常用來(lái)檢測(cè)食品滋味物質(zhì)的差異，主要指小分子肽、氨基酸、糖類、酸類、堿類物質(zhì)等[8]，雖然HPLC在結(jié)果的重復(fù)性及客觀性上具有優(yōu)勢(shì)，但測(cè)定過(guò)程耗時(shí)且需要復(fù)雜的前處理。電子舌是一種模仿動(dòng)物舌頭功能的儀器，以敏感膜作傳感器的材料，當(dāng)傳感器與味覺(jué)物質(zhì)接觸時(shí)，膜材料的電勢(shì)發(fā)生變化并產(chǎn)生響應(yīng)值，根據(jù)響應(yīng)值變化來(lái)檢測(cè)樣品滋味間的差異[9]，而非一一列舉，此外樣品檢測(cè)不必進(jìn)行前處理，簡(jiǎn)化了試驗(yàn)操作過(guò)程，提高了工作效率。目前，電子舌技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到食品領(lǐng)域，包括啤酒[10]、肉類[11]、橄欖油[12]、大米[13]、白酒[14]等，但在功能飲料滋味品質(zhì)的研究中鮮有報(bào)道。

試驗(yàn)以不同品牌功能飲料的滋味品質(zhì)為研究對(duì)象，采用電子舌與感官評(píng)價(jià)，結(jié)合主成分（Principal Component Analysis，PCA）、聚類（Cluster Analysis，CA）及相關(guān)性（Person）分析，探究人工感官評(píng)價(jià)與電子舌間的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

8種功能飲料均為市售，其編號(hào)、品牌、廠家、產(chǎn)地及配方見表1。

FALLC4N型分析天平：常州市衡正電子儀器有限公司；α-ASTREE型電子舌：法國(guó)AlphaMOS公司，該電子舌由7根非專一性傳感器和一個(gè)Ag/AgCl參比電極組成，每根傳感器對(duì)酸、咸、甜、苦和鮮味敏感程度不一樣[15]，其傳感器特性及檢測(cè)限值見表2。

表2 電子舌傳感器性能特性及檢測(cè)限值Table 2 The performance characteristics and detection limits of electronic tongue sensor

1.2 電子舌測(cè)定

準(zhǔn)確量取待測(cè)樣品80 mL于120 mL電子舌專用燒杯中，按設(shè)定的順序放在自動(dòng)進(jìn)樣器上。試驗(yàn)采用清洗溶液和飲料樣本交替檢測(cè)的序列進(jìn)行測(cè)定，清洗溶液為蒸餾水。分析條件：自動(dòng)進(jìn)樣，用穩(wěn)定狀態(tài)下的信號(hào)進(jìn)行分析，每個(gè)樣品用傳感器采集120 s，各測(cè)5次，取后3次采集的數(shù)據(jù)求均值用于分析。

1.3 感官評(píng)價(jià)

食品的感官分為外觀、滋味、香味、特征性4個(gè)方面，試驗(yàn)僅以滋味品質(zhì)為參考，10名以上受過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的感官評(píng)價(jià)人員對(duì)8種功能飲料進(jìn)行評(píng)分，其評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 功能飲料感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 The sensory evaluation of functional beverages

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析采用SPSS 22.0，圖形繪制采用Origin9.1。

2 結(jié)果與分析

2.1 電子舌與感官評(píng)價(jià)測(cè)定結(jié)果

電子舌是一種模仿生物嗅覺(jué)器官的設(shè)備，通過(guò)膜材料電勢(shì)變化產(chǎn)生的響應(yīng)值來(lái)反映樣品滋味變化。8種市售功能飲料在電子舌上產(chǎn)生的響應(yīng)值如圖1所示。

圖1 電子舌雷達(dá)圖Fig.1 The radar map of electronic tongue

飲料在電子舌探頭GA、HA、JB、ZZ上存在差異，其中，探頭GA上差異最大，而該探頭對(duì)酸味比較敏感，探頭HA、JB、ZZ主要對(duì)酸、咸、甜味敏感。因此8種功能飲料滋味的差異主要是由酸味的不同造成的，其次是咸、甜味。8種市售功能飲料感官評(píng)價(jià)結(jié)果如圖2所示。

功能飲料在酸味上差異最大，其次是咸味，最后是甜、苦、鮮味，這與電子舌測(cè)定結(jié)果基本一致。綜上所述，市售功能飲料滋味差異主要表現(xiàn)為酸、甜、咸味不同，可能是因?yàn)轱嬃现谐仕嵛叮幟仕帷⒈姿岬龋⑻鹞叮ㄖ饕獮榘咨疤牵⑾涛段镔|(zhì)的種類及含量不同所致。

2.2 電子舌與感官評(píng)價(jià)PCA分析

主成分分析是一種把多個(gè)指標(biāo)通過(guò)降維轉(zhuǎn)化為幾個(gè)綜合指標(biāo)的方法[16]。8種功能飲料的電子舌主成分分析二維圖見圖3。

主成分1、2的貢獻(xiàn)度分別為51.19%、22.59%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)度為73.78%，兩個(gè)主成分包含了樣品的大部分信息，從二維圖上看，8個(gè)樣品可分為3類：1、2、4 為第一組；3、5、8 為第二組；6、7 為第三組。8 種功能飲料的感官評(píng)價(jià)的主成分分析二維圖見圖4。

圖2 感官評(píng)價(jià)雷達(dá)圖Fig.2 The radar map of sensory evaluation

圖3 電子舌PCA分析二維圖Fig.3 The two-dimensional map of electronic tongue by PCA analysis

圖4 感官評(píng)價(jià)PCA分析二維圖Fig.4 The two-dimensional map of sensory evaluation by PCA analysis

主成分1、2的貢獻(xiàn)度分別為48.29%、28.65%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)度為76.94%，基本上包含了樣品的大部分信息，從其二維圖上看，8個(gè)樣品可分為3類：1、2、4、7、8 為第一組；3、5 為第二組；6 為第三組。綜上所述，8種功能飲料按電子舌與感官評(píng)價(jià)的差異可獲得較為一致的分組效果：1、2、4為第一組；3、5為第二組；6為第三組，但7、8號(hào)樣品的分類存在差異。王俊魁等[17]在采用感官評(píng)價(jià)和電子舌區(qū)分不同品牌韭菜花醬時(shí)，認(rèn)為兩種方法對(duì)韭菜花醬滋味品質(zhì)區(qū)分效果相似，這與本文結(jié)論基本一致。

2.3 感官評(píng)價(jià)與電子舌聚類分析

聚類分析是按研究對(duì)象的個(gè)體特征將特性相近的變量或觀察單位進(jìn)行歸類。8種功能飲料的電子舌和感官評(píng)價(jià)聚類分析見圖5、圖6。

圖5 電子舌的聚類分析Fig.5 Cluster analysis of electronic tongue

圖6 感官評(píng)價(jià)的聚類分析Fig.6 Sensory evaluation cluster analysis

由圖5和圖6可知：若以電子舌指標(biāo)為參考，當(dāng)距離為1.28時(shí)，可將8種功能飲料分為3類，分組情況如下：1、2、4、6 為第一組，3、5、8 為第二組，7 為第三組，這與主成分分析結(jié)果基本一致，僅6號(hào)樣品分組情況無(wú)法確定。若以感官指標(biāo)為參考，距離為2時(shí)，可將8 種功能飲料分為 3 類，則分組情況如下：1、2、4、7、8為第一組，3、5為第二組，6為第三組，這與感官評(píng)價(jià)主成分分析結(jié)果一致。綜上所述，采用聚類分析，8種功能飲料按電子舌與感官評(píng)價(jià)差異可獲得較為一致的分組：1、2、4 為第一組，3、5 為第二組，但 6、7、8 號(hào)樣品分組情況有差異。

表4 電子舌探頭與感官評(píng)價(jià)Person相關(guān)系數(shù)分析Table 4 The Person correlation coefficient analysis of electronic tongue probes and sensory evaluation

2.4 感官評(píng)價(jià)與電子舌相關(guān)性分析

通過(guò)對(duì)8種功能飲料的感官與電子舌進(jìn)行主成分與聚類分析，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)感官與電子舌測(cè)定可對(duì)大部分樣品（1、2、3、4、5號(hào)）進(jìn)行分組，但部分樣品（6、7、8號(hào)）分組存在差異。為進(jìn)一步探究導(dǎo)致這種差異的原因，試驗(yàn)對(duì)感官評(píng)價(jià)與電子舌七個(gè)探頭進(jìn)行Person相關(guān)系數(shù)分析，結(jié)果見表4。

由表4可知：探頭ZZ與咸味極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.860；探頭BB與鮮味極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.851；探頭HA與甜味顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.709；探頭JB與苦味顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.720。電子舌7個(gè)探頭與酸味品質(zhì)的相關(guān)性不顯著，但酸味是影響功能飲料滋味品質(zhì)差異的一個(gè)重要指標(biāo)，這可能導(dǎo)致人工感官與電子舌測(cè)定對(duì)樣品的分組存在差異。

Kang B S等采用非專一性電子舌區(qū)分幾種韓國(guó)米酒時(shí)，認(rèn)為酸味、咸味、鮮味、甜味與電子舌測(cè)定結(jié)果顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.75、0.80、0.70、0.73，這與本文結(jié)論基本一致[18]。但牛云蔚等[19]對(duì)5種櫻桃酒進(jìn)行了感官評(píng)價(jià)和電子舌分析，認(rèn)為傳感器ZZ與澀、苦味的相關(guān)性較好，傳感器JB與酸味相關(guān)性較強(qiáng)，而傳感器HA、CA與甜味的相關(guān)性較好，這與本研究中不同傳感器與不同滋味品質(zhì)的相關(guān)性存在差異，可能與電子舌探頭的非專一性及不同食品呈味物質(zhì)的復(fù)雜作用機(jī)制有關(guān)。

3 討論

研究對(duì)8種不同品牌功能飲料的滋味品質(zhì)進(jìn)行感官評(píng)價(jià)及電子舌檢測(cè)，結(jié)合主成分、聚類及Person相關(guān)系數(shù)分析，探究人工感官評(píng)價(jià)與電子舌測(cè)定間的相關(guān)性。結(jié)果表明：采用主成分、聚類分析，電子舌與感官評(píng)價(jià)對(duì)8種品牌功能飲料具有較為一致的分組效果。采用Person相關(guān)系數(shù)分析，電子舌探頭ZZ、BB與咸、鮮味極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.860、0.851；探頭HA、JB與甜、苦味顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.709、0.720。

在本研究中，感官評(píng)價(jià)及電子舌對(duì)6、7、8號(hào)樣品的分組存在差異，并且電子舌不存在與酸味品質(zhì)顯著相關(guān)的探頭。針對(duì)上述問(wèn)題，可能原因是：1）相對(duì)于電子舌，感官評(píng)價(jià)受環(huán)境及人為因素影響較大，其結(jié)果存在較大的波動(dòng)；2）食品中滋味的形成不僅與呈味物質(zhì)種類（氨基酸、多肽類、核苷酸、還原糖等）有關(guān)，還受呈味機(jī)制（相乘作用、掩蔽作用、消殺作用等）的影響。試驗(yàn)采用非專一性的電子舌探頭，該類探頭是根據(jù)呈味物質(zhì)建立的模型來(lái)預(yù)測(cè)樣品滋味相對(duì)強(qiáng)度，但對(duì)于單一滋味，其預(yù)測(cè)效果可能不太理想，使探頭與某些重要的滋味品質(zhì)的相關(guān)性不顯著。

通過(guò)本研究證明：電子舌與人工感官評(píng)價(jià)在區(qū)分不同品牌功能飲料方面具有較好的一致性。電子舌是一種可快速區(qū)分食品滋味品質(zhì)的儀器，其檢測(cè)方法快捷、簡(jiǎn)便，提高了感官評(píng)價(jià)的效率，避免了人工感官造成的誤差，是一種可替代人工感官評(píng)價(jià)的理想設(shè)備。黃星奕等[20]以20種品牌橙汁為研究對(duì)象，采用電子舌技術(shù)對(duì)橙汁感官品質(zhì)進(jìn)行快速定量評(píng)價(jià)，認(rèn)為通過(guò)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，可實(shí)現(xiàn)電子舌對(duì)感官評(píng)價(jià)的定量預(yù)測(cè)。肖立中等[21]利用改進(jìn)的BP算法建立人工感官評(píng)價(jià)與電子舌評(píng)價(jià)的映射模型。今后的研究將圍繞電子舌與人工感官評(píng)價(jià)映射模型的建立開展，以實(shí)現(xiàn)電子舌對(duì)功能飲料滋味品質(zhì)的智能化預(yù)測(cè)。

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