基于電子舌評(píng)價(jià)不同品種番茄制備番茄醬的滋味品質(zhì)

李文欣1,2,3,4,趙文婷2,3,4,王宇濱2,3,4,張 敏5,趙煜煒5,趙曉燕2,3,4,趙春燕

(1.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,遼寧沈陽(yáng) 110866;2.北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心,北京 100097;3.果蔬農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100080;4.農(nóng)業(yè)部蔬菜產(chǎn)后處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100097;5.龍大食品集團(tuán)有限公司,山東萊陽(yáng) 265231)

番茄醬是深受人們喜愛(ài)的調(diào)味品,具有獨(dú)特的風(fēng)味,含有多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和功能活性成分,如蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、番茄紅素、維生素B等。

表1 加工番茄品種名稱(chēng)和來(lái)源Table 1 Variety name and source of processing tomato

和新鮮番茄相比,其營(yíng)養(yǎng)成分更易被人體吸收[1]。番茄醬是我國(guó)重要的出口優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品[2],2010年番茄醬出口量為102.8萬(wàn)噸,占世界番茄醬出口總量的35%,遠(yuǎn)高于其他番茄加工制品[3]。滋味是評(píng)價(jià)番茄醬品質(zhì)的重要指標(biāo),也是影響消費(fèi)者選擇的重要因素。番茄的品種特性決定了其加工品質(zhì),是食品領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)番茄醬品質(zhì)的研究,主要集中于番茄紅素[4]、色澤[5]、黏度和流變性[6]等,對(duì)番茄醬的滋味品質(zhì)研究較少,尤其缺少對(duì)不同蕃茄品種制備番茄醬的滋味差異性研究。由此可見(jiàn),篩選出具有較好滋味的番茄品種對(duì)番茄加工企業(yè)具有重要的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值[7]。

滋味品質(zhì)一般通過(guò)專(zhuān)業(yè)感官品評(píng)人員進(jìn)行評(píng)價(jià),然而該方法受主觀因素和外界環(huán)境影響較大,在一定程度上難以保證結(jié)果的準(zhǔn)確性和客觀性。電子舌(electronic tongue,ET)是模擬人體味覺(jué)機(jī)理開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種智能識(shí)別電子系統(tǒng),通過(guò)不同種類(lèi)的傳感器,將酸味、甜味、苦味、咸味、鮮味及各種回味的味覺(jué)指標(biāo)進(jìn)行客觀數(shù)字化評(píng)價(jià)[8]。目前,電子舌在乳品[9-10]、酒精飲料[11-12]、茶飲料[13-14]以及調(diào)味品[15-16]等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,在番茄醬中應(yīng)用的研究較少。劉夢(mèng)婷等[17]采用電子舌對(duì)番茄調(diào)味醬的滋味品質(zhì)進(jìn)行了分析,將不同品牌的樣品分為兩類(lèi),確定了酸味是不同品牌間差異最大的滋味指標(biāo)。電子舌能否用于區(qū)分不同品種制備番茄醬的滋味差異目前未見(jiàn)研究。

本研究以不同品種番茄為原料制備番茄醬,采用電子舌模擬天然味覺(jué)識(shí)別系統(tǒng),并結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)不同番茄醬樣品的整體滋味進(jìn)行差異性分析,以期為番茄醬的滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)提供一種高效、靈敏、便捷的方法,為番茄醬加工業(yè)的發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持和參考[18-19]。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

所有加工番茄品種 于2017年3～9月在新疆農(nóng)科院安寧渠良種場(chǎng)試驗(yàn)基地統(tǒng)一種植,所用加工原料品種包括里格爾87-5、新番39號(hào)、H8504等早熟和晚熟加工番茄品種,共20個(gè),品種名稱(chēng)、熟性和來(lái)源見(jiàn)表1,每個(gè)品種采集5 kg果實(shí),用于試驗(yàn)測(cè)定;電子舌試驗(yàn)所用參比溶液、陰離子溶液和陽(yáng)離子溶液 日本 Insent 公司。

PAL-1手持糖度計(jì) 日本ATAGO公司;HR 2377/E全破碎打漿機(jī) 荷蘭Philips公司;R-205專(zhuān)業(yè)型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 瑞士Buchi公司;W201恒溫水浴鍋 上海申生科技有限公司;LYNX 400冷凍離心機(jī) 美國(guó)Thermo公司;SA-402B味覺(jué)分析系統(tǒng) 日本Insent公司;DZQ-500真空包裝機(jī) 北京日上公司。

表2 電子舌味覺(jué)傳感器特點(diǎn)及性能Table 2 Characteristics and performance of electronic tongue sensors

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 番茄醬的制備 以20種不同品種番茄為原料,選擇形態(tài)良好、無(wú)病蟲(chóng)害的成熟果實(shí),先用去離子水清洗一遍,再用100 mg/L次氯酸鈉清洗一遍,最后用去離子水清洗兩遍,瀝干,去蒂切塊,用打漿機(jī)打漿均質(zhì),再用20目的單層紗布過(guò)濾,將過(guò)濾后番茄汁經(jīng)100 ℃水浴加熱到中心溫度達(dá)70 ℃后持續(xù)滅酶5 min,以確保番茄汁內(nèi)的果膠甲酯酶(PME)和半乳糖醛酸酶(PG)失活[20-21]。滅酶后的番茄汁迅速冷卻至室溫,并使用Buchi R-205旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,于真空度0.09 MPa、60 ℃下,將番茄汁旋蒸到28 °Brix(使用手持糖度計(jì)測(cè)定)。將旋蒸后的番茄醬裝到鋁箔袋中熱封機(jī)封口,放到100 ℃沸水中加熱20 min滅菌后取出,立即冷卻,備用。

1.2.2 樣品前處理 分別從20種番茄醬樣品取樣22 g,用去離子水將番茄醬稀釋至5 °Brix后,置于離心機(jī)中以8000 r/min離心20 min,所得上清液供電子舌進(jìn)行分析與數(shù)據(jù)采集。

1.2.3 電子舌儀器參數(shù)與檢測(cè) SA-402B味覺(jué)分析系統(tǒng)的傳感器由味覺(jué)傳感器、陶瓷參比電極和溫度傳感器組成,味覺(jué)傳感器薄膜的電勢(shì)是根據(jù)與參比電極的變化檢測(cè)而得出[22]。參比溶液為氯化鉀和酒石酸的混合溶液,用來(lái)模擬人體口腔中只有唾液時(shí)的狀態(tài),所有樣品均以參比溶液作為對(duì)照。通過(guò)檢測(cè)各種滋味物質(zhì)和人工脂膜之間的靜電作用或疏水性相互作用產(chǎn)生的膜電勢(shì)的變化,實(shí)現(xiàn)對(duì)6種基本味(酸、澀、苦、咸、鮮、甜)以及其回味的定性定量[23]。電子舌味覺(jué)傳感器特點(diǎn)及性能如表2所示。

檢測(cè)條件為清洗時(shí)間5.6 min,樣品測(cè)試時(shí)間30 s,測(cè)量回味30 s[24]。傳感器在剛開(kāi)始測(cè)定時(shí),感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)上下波動(dòng),測(cè)定1～2次后,傳感器響應(yīng)強(qiáng)度趨于穩(wěn)定,因此每個(gè)樣品平行測(cè)定5次,選取后3次的響應(yīng)強(qiáng)度數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

將電子舌檢測(cè)獲得的20種番茄醬樣品的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理,使用Pearson相關(guān)性分析不同品種番茄制備番茄醬各滋味間的相關(guān)性,使用主成分分析(Principal component analysis,PCA)和聚類(lèi)分析(Cluster analysis,CA)對(duì)不同品種番茄制備番茄醬的滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的差異性進(jìn)行分析,使用判別因子分析(Discriminant factor analysis,DFA)對(duì)不同來(lái)源的番茄醬品種進(jìn)行定性判別。數(shù)據(jù)采用SPSS 23.0與Excel 2010軟件完成,作圖使用Origin 9.0軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種番茄制備番茄醬的各滋味間相關(guān)性分析

電子舌的檢測(cè)通過(guò)6個(gè)傳感器獲得了20個(gè)不同品種番茄制備番茄醬的酸味、苦味、澀味、咸味、鮮味、甜味、鮮味豐富度等7組滋味指標(biāo)的響應(yīng)強(qiáng)度值(表3)。對(duì)各滋味指標(biāo)的響應(yīng)值進(jìn)行相關(guān)性分析(表4),發(fā)現(xiàn)番茄醬樣品不同滋味指標(biāo)之間呈現(xiàn)出一定的相關(guān)性,其中酸味與鮮味、鮮味豐富度均呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01);澀味與苦味呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),與咸味呈顯著正相關(guān)(P<0.05);鮮味與鮮味豐富度呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),鮮味豐富度與甜味顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。由此可見(jiàn),隨著番茄醬樣品中澀味的增加,苦味和咸味增強(qiáng);隨著番茄醬樣品中鮮味豐富度的增加,其鮮味也隨之增加,但甜味卻隨之減少;番茄醬樣品的鮮味豐富度和鮮味隨著酸味的增加而減少。

表3 不同品種番茄制備番茄醬的各滋味響應(yīng)強(qiáng)度值Table 3 Flavor response intensity values of tomato paste prepared from different varieties

表4 不同品種番茄制備番茄醬的滋味間相關(guān)性分析(n=20)Table 4 Correlation analysis between different tastes of tomato paste prepared from different tomato varieties(n=20)

注:**表示極顯著相關(guān)(P<0.01);*表示顯著相關(guān)(P<0.05)。

2.2 不同品種番茄制備番茄醬的電子舌滋味特征雷達(dá)圖

雷達(dá)圖可以客觀、具體地反映各個(gè)樣品之間的滋味特征差異大小,不同品種番茄制備番茄醬的滋味特征雷達(dá)如圖1所示。由圖1可知,6個(gè)滋味傳感器對(duì)不同品種番茄制備番茄醬的滋味均有響應(yīng),但敏感度有差異,番茄醬的咸味、苦味、澀味、鮮味的數(shù)值均高于參比溶液,而酸味值低于參比溶液。不同品種番茄制備的番茄醬之間整體滋味特征存在明顯差異,其中甜味、咸味、酸味和苦味差異較顯著,新番40號(hào)番茄醬的甜味值顯著高于其他品種(P<0.05)。

圖1(A)為來(lái)自新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所的5個(gè)品種,不同樣品在甜味上差異較大,新番40號(hào)番茄醬甜味值最高,新番36號(hào)番茄醬甜味值最低;由圖1(B)可以看出,來(lái)自美國(guó)亨氏公司的5個(gè)不同品種番茄也在甜味指標(biāo)上差異較大,H9888甜味值相對(duì)較高,H8504甜味值相對(duì)較低;圖1(C)表明,不同來(lái)源不同品種的番茄制備的番茄醬在甜味和酸味上差異較大,這5個(gè)品種中,里格爾87-5的甜味值最高,IVF5256的甜味值最低,IVF5306酸味值最高,金番7號(hào)酸味值最低;由圖1(D)可以發(fā)現(xiàn),這5個(gè)品種的番茄制備的番茄醬在酸味上差異較大,其中石番29號(hào)酸味值最高,屯河33號(hào)酸味值最低。

圖1 番茄醬滋味屬性雷達(dá)圖Fig.1 Radar chart of taste attributes of tomato paste

2.3 不同品種番茄制備番茄醬各滋味指標(biāo)的差異性分析

箱形圖可以直觀明了地識(shí)別數(shù)據(jù)集中的異常值,判斷數(shù)據(jù)集的偏態(tài)和尾重,被廣泛地應(yīng)用在產(chǎn)品品質(zhì)管理和評(píng)價(jià)研究中。使用電子舌對(duì)食品的滋味品質(zhì)進(jìn)行測(cè)定時(shí),若2個(gè)樣品在某一個(gè)滋味指標(biāo)上的極差值大于1,則該差異可以通過(guò)感官鑒評(píng)的方法區(qū)分開(kāi)來(lái)[25]。納入本研究的20種番茄醬樣品各滋味指標(biāo)相對(duì)強(qiáng)度值的箱形圖如圖2所示,20種番茄醬樣品在甜味指標(biāo)上的差異最大,不同樣品間甜味強(qiáng)度的極差值為10.95,其次為酸味、咸味、苦味、鮮味、鮮味豐富度和澀味,其極差值分別為4.69、3.52、3.00、2.36、1.76和1.54。

對(duì)5個(gè)不同熟性來(lái)源的番茄制備番茄醬(新番、石番、金番、亨氏和IVF)各滋味指標(biāo)進(jìn)行差異性分析(見(jiàn)表5),因?yàn)槠渌麃?lái)源(如新紅)只有1個(gè)品種,不具有代表性,不能說(shuō)明所屬來(lái)源的整體滋味特征情況,所以未列出。由表5可以看出,晚熟品種的苦味、澀味和咸味顯著大于早熟品種(P<0.05),而酸味、鮮味、鮮味豐富度、甜味之間無(wú)顯著性差異(P>0.05)。不同來(lái)源的番茄制備的番茄醬,在酸味和苦味上差異較大,其中石番的酸味、鮮味、咸味和鮮味豐富度明顯低于其他四個(gè)品種,亨氏的苦味和澀味相比于其他品種較低,而IVF的甜味與其他品種相比較低。

圖2 不同品種番茄制備番茄醬各滋味指標(biāo)相對(duì)強(qiáng)度的箱型圖(n=20)Fig.2 Box plot of relative intensity of each taste index in tomato paste prepared from different tomato varieties(n=20)

2.4 不同品種番茄制備番茄醬的滋味品質(zhì)主成分分析

在對(duì)20個(gè)不同品種番茄制備的番茄醬樣品各滋味指標(biāo)進(jìn)行比較分析的基礎(chǔ)上,使用主成分分析(PCA)對(duì)不同品種番茄制備的番茄醬整體滋味品質(zhì)的差異性進(jìn)行了分析,主成分1與主成分2的因子載荷圖如圖3所示。經(jīng)PCA發(fā)現(xiàn),不同品種番茄制備番茄醬的滋味品質(zhì)信息主要集中在前2個(gè)主成分,其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為75.56%。主成分1的貢獻(xiàn)率為43.52%,包括鮮味、鮮味豐富度和酸味信息;主成分2的貢獻(xiàn)率為32.04%,包含苦味、澀味和咸味信息。由此可見(jiàn),第一主成分主要由番茄醬的特征性滋味指標(biāo)構(gòu)成,第二主成分主要由番茄醬的缺陷性滋味指標(biāo)構(gòu)成。

表5 不同熟性和不同來(lái)源的番茄制備番茄醬各滋味指標(biāo)的差異性分析Table 5 Significance analysis of taste index in tomato paste prepared from different tomato varieties

注:含有不同字母的同一行數(shù)據(jù)間差異顯著(P<0.05)。表7同。

表6 不同品種番茄制備番茄醬滋味品質(zhì)成分矩陣表Table 6 Component matrix table of taste indexes in tomato paste prepared from different tomato varieties

圖3 不同品種番茄制備番茄醬滋味品質(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 of tomato paste from different varieties showing PC1 and PC2 factor loading

2.5 不同品種番茄制備番茄醬整體滋味品質(zhì)的差異性分析

由于各傳感器對(duì)不同品種番茄制備番茄醬區(qū)分的貢獻(xiàn)率可能不同,因此采用主成分分析區(qū)分20種番茄醬,其結(jié)果見(jiàn)圖4。每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)樣品,點(diǎn)之間的距離代表樣品之間差異大小。由圖4可以看出,主成分1和主成分2的累積貢獻(xiàn)率為99.28%,分別為97.36%和1.92%,取前2個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的特征向量所決定的兩維子空間就可充分保存原始數(shù)據(jù)的信息。新番40較其他品種番茄醬的分布區(qū)域明顯偏左,差異顯著,結(jié)合圖3,可以認(rèn)為新番40的酸味、甜味和咸味可能較其他樣品偏高,與圖1觀察結(jié)果一致。新番45號(hào)、H2401和新番39號(hào)三個(gè)品種間,石番29號(hào)和金番1605兩個(gè)品種間,H9780、金番7號(hào)和屯河33號(hào)三個(gè)品種間、H8504和H3402兩個(gè)品種間發(fā)生重疊,說(shuō)明利用主成分分析不能有效區(qū)分這些品種,其他品種沒(méi)有互相干擾,存在一定的差異,可以很好地區(qū)分。其中新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝作物研究所的新番41號(hào)、新番45號(hào)和新番39號(hào),美國(guó)亨氏加工番茄品種H9780、H8504和H3402,中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所IVF5306、IVF5256有聚類(lèi)趨勢(shì)。

圖4 不同品種番茄制備番茄醬的滋味品質(zhì)的主成分分析圖(n=20)Fig.4 Principal component analysis of tomato paste prepared from different varieties(n=20)

對(duì)滋味品質(zhì)進(jìn)行判別分析,結(jié)果如圖5所示,2個(gè)判別因子的總貢獻(xiàn)率為96.1%(函數(shù)1為83.6%,函數(shù)2為12.5%),樣品組內(nèi)離散度小,組間空間距離大,即判別因子分析可以將不同來(lái)源的品種(石番、亨氏、新番、IVF)完全區(qū)分開(kāi)。說(shuō)明DFA法在不同品種番茄制備番茄醬的區(qū)分上優(yōu)于PCA法,能夠?qū)Σ煌瑏?lái)源的番茄品種制備的番茄醬進(jìn)行區(qū)分。

圖5 不同品種番茄制備番茄醬的判別因子分析結(jié)果Fig.5 Discriminant factor analysis of tomato paste prepared from different tomato varieties

2.6 不同品種番茄制備番茄醬整體滋味品質(zhì)的聚類(lèi)分析

對(duì)電子舌檢測(cè)所得值進(jìn)行聚類(lèi)分析,采用最短距離聚類(lèi)法,度量標(biāo)準(zhǔn)采用Euclidean距離,得到聚類(lèi)分析樹(shù)狀圖(如圖6所示)。由圖6可知,可將番茄醬樣品簡(jiǎn)單地分為4類(lèi),第一類(lèi)包括H8504、H3402、屯河33號(hào)、金番7號(hào)、IVF5256、新番36號(hào)、新番45號(hào)、里格爾87-5、H9780、H2401、新番39號(hào)、深紅、新番41號(hào)、金番1605、石番36號(hào),第二類(lèi)包括H9888,第三類(lèi)包括新紅49號(hào)、IVF5306、石番29號(hào),第四類(lèi)包括新番40號(hào)。所有早熟品種(屯河33號(hào)、新番36號(hào)、新番45號(hào)、里格爾87-5)都在第一類(lèi),新番40號(hào)和H9888顯著區(qū)別于其他品種。

圖6 不同品種番茄制備番茄醬整體滋味品質(zhì)的聚類(lèi)分析Fig.6 Cluster analysis of taste profile of tomato paste prepared from different tomato varieties

不同品種番茄制備番茄醬聚類(lèi)特性分析結(jié)果如表7所示,各類(lèi)番茄醬的澀味品質(zhì)沒(méi)有顯著性差異(P>0.05),第四類(lèi)即新番40號(hào)的鮮味豐富度顯著低于其他各類(lèi)(P<0.05),且甜度顯著高于其他各類(lèi)樣品(P<0.05)。但前期研究發(fā)現(xiàn),新番40的總糖含量并未顯著高于其他品種(P>0.05)。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,甜味不僅與含糖量有關(guān),還與糖類(lèi)組成、溶液pH及果膠含量等因素有關(guān)[25]。影響鮮味的指標(biāo)有游離氨基酸,如丙氨酸、谷氨酸和肌氨酸的含量[26]。后續(xù)將進(jìn)一步系統(tǒng)研究不同品種糖類(lèi)和呈味氨基酸組成、含量及果膠含量等與滋味相關(guān)的性質(zhì)指標(biāo),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析,闡明新番40號(hào)甜度和鮮味豐富度顯著區(qū)別于其他品種的原因。

另外,由聚類(lèi)特性可以看出,第一類(lèi)的酸味顯著高于第三類(lèi)和第四類(lèi)(P<0.05),第四類(lèi)的苦味與第一類(lèi)和第三類(lèi)沒(méi)有顯著差別(P>0.05),但顯著高于第二類(lèi)(P<0.05),第三類(lèi)和第四類(lèi)的鮮味沒(méi)有顯著差別(P>0.05),均顯著低于第一類(lèi)(P<0.05),第四類(lèi)的咸味與第三類(lèi)沒(méi)有顯著差異(P>0.05),但顯著高于第一類(lèi)和第二類(lèi)(P<0.05)。

表7 不同品種番茄制備番茄醬滋味品質(zhì)的聚類(lèi)分析Table 7 Cluster analysis of taste profile of tomato paste prepared from different tomato varieties

3 結(jié)論

利用電子舌味覺(jué)智能識(shí)別系統(tǒng)和多變量統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相結(jié)合的手段,發(fā)現(xiàn)20個(gè)不同品種番茄制備番茄醬的滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)存在明顯差異,且各滋味指標(biāo)中甜味差異較大,新番40號(hào)番茄醬的甜味值顯著高于其他品種(P<0.05)。晚熟品種的苦味、澀味和咸味顯著大于早熟品種(P<0.05)。不同來(lái)源的番茄制備的番茄醬在酸味和苦味上差異較大。通過(guò)判別因子分析,可以將不同來(lái)源的品種(石番、亨氏、新番、IVF)完全區(qū)分開(kāi),2個(gè)判別因子的總貢獻(xiàn)率達(dá)到96.1%,判別因子分析對(duì)不同來(lái)源的番茄品種制備的番茄醬的區(qū)分能力顯著優(yōu)于PCA法。由此可見(jiàn),電子舌在不同品種番茄制備番茄醬的來(lái)源及熟性類(lèi)別的區(qū)分上具有較大的應(yīng)用潛力。