電子鼻電子舌對不同規格番茄醬風味的分析

王 婧

（中糧新疆屯河加工番茄技術研究中心（有限公司），新疆昌吉 831100）

0 引言

不同的生產工藝條件可制成不同規格的番茄醬產品。不同的破碎溫度、蒸發溫度對番茄中的酶等物質的影響不同，會造成不同的理化性質和風味特征[1]。破碎過程主要分成冷破碎和熱破碎，冷破碎是在60 ℃左右的溫度對番茄進行預熱，熱破碎的預熱溫度一般都能達到90 ℃左右[2]。根據蒸發濃縮倍數不同，分為28%～30%，30%～32%，36%～38% Brix的番茄醬。

目前，國內對于番茄醬的風味研究主要集中在番茄醬品質變化及風味番茄醬的工藝探究，如番茄醬風味隨貯藏溫度、時間變化研究、番茄制品風味研究等[3]。國外對番茄醬的相關研究較多，其中少部分的研究涉及到番茄醬的風味分析，主要針對國外特定地區的特定番茄品種加工生產的番茄醬[4]，由于生產設備、加工參數、原料品種的不同，國外的研究具有一定的參考和借鑒價值，但不能完全效仿與應用。

國內風味的評價大多靠人工嗅聞、品嘗來判斷，此方法主觀性強、誤差較大，容易使人疲勞[5]。電子鼻和電子舌是模擬人的鼻和舌功能而設計的傳感器陣列技術，其傳感器不是單獨地分析部分氣、味信息，而是分析其綜合的整體信息，可以敏感地識別氣、味指紋，即能檢測四氣五味[6]。電子鼻僅評價易揮發性成分，快速提供揮發性的信息，而電子舌可評價范圍很廣，包括液體和固體樣品，電子舌的應用包括模型分析、食品和飲料分析、水監控[7]。

近年來，電子鼻和電子舌技術在食品方面的應用非常廣泛，包括水果、葡萄酒、牛奶、食用油、肉等[8]。王俊等人[9]用電子舌對不同的葡萄酒進行分析，區分了不同產地的葡萄酒，同時對不同品種的葡萄酒也做出了較好的判別。Bleibaum R N 等人[10]用電子鼻、電子舌比較蘋果汁感官和消費者評價的結果。目前，國內沒有利用電子鼻和電子舌技術對不同規格番茄醬風味進行分析和研究。因此，采用電子鼻和電子舌檢測分析5 種不同規格的番茄醬，以辨別不同規格番茄醬之間的風味差異。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用5 種不同規格的番茄醬由中糧屯河昌吉番茄分公司、 中糧屯河吉木薩爾番茄分公司生產。根據Brix（可溶性固形物含量） 和生產工藝（冷破碎和熱破碎） 不同進行分類。

番茄醬樣品信息見表1。

表1 番茄醬樣品信息

1.2 電子鼻系統和電子舌系統

采用德國Airsense 公司的PEN3 型便攜式電子鼻系統，由10 個金屬氧化物傳感器系統和識別軟件組成，每個不同傳感器的性能分析見表2。當樣品密封一定時間后，頂空揮發氣體通過內置泵從入口吸附到傳感器通道，通過傳感器陣列從出口排出。數據處理和模式識別根據樣品頂空揮發物通過傳感器的電阻值G 與基準氣體通過傳感器的電阻值G0的比值進行。

PEN3 傳感器性能描述見表2。

表2 PEN3 傳感器性能描述

試驗用電子舌系統采用日本INSENT 公司的TS-5000Z 味覺分析系統，此系統具有特異性選擇的人工脂膜傳感器，每個傳感器的性能見表3。根據各種味物質和人工脂膜之間的靜電作用或疏水作用產生的電勢的變化對樣品進行檢測，對基本味覺（酸味、甜味、苦味、咸味、鮮味） 和澀味的評價。

TS-5000Z 型傳感器性能描述見表3。

表3 TS-5000Z 型傳感器性能描述

1.3 試驗方法

1.3.1 電子鼻樣品的準備

分別稱取不同規格的番茄醬5 g 置于125 mL 的一次性樣品杯中，雙層保鮮膜封口，放置10 min 后測試。采用直接頂空吸氣法：將進樣針頭插入含樣品的密封樣品杯中進行測定。測定條件：1 s /組的采樣時間；自清洗傳感器100 s；樣品制備時間為5 s；80 s 樣品分析時間。

1.3.2 電子舌樣品的準備

番茄醬稀釋至Brix5±0.5%，以轉速4 500 r/min離心5 min，取上清液80 mL 倒入120 mL 電子舌專用燒杯中，根據序列設置放置在電子舌自動進樣器上。試驗采用清洗溶液和上清液樣本交替檢測序列進行檢測，清洗溶液為KCl +水+乙醇+ KOH。

1.4 數據分析方法

主成分分析（Principal component analysis，PCA）是一種包含了一個向量數據分析和相關矩陣的分類信息技術，采取降維的方法可以找出幾個綜合因子來代表原來眾多的變量，使得這些綜合因子盡可能地反映原來變量的信息量[11]。

線性判別分析（Linear discriminant analysis，LDA）是一種統計分析方法，將高維的模式研究樣本進行投影，達到抽取分類信息和降低空間維數的效果[12]。LDA 也是一種聚類分析的方法，在識別因子方法中，LDA 是第一步，LDA 分析側重于分類和組間距離分析，在分析中的應用不如PCA 主成分分析廣泛，當組內的差異較大，導致樣品間的差異不明顯時可選用LDA 分析[13]。

2 結果與分析

2.1 主成分分析（PCA）

番茄醬的主成分分析（PCA） 見圖1。

圖1 番茄醬的主成分分析（PCA）

由圖1 可見，2 個冷破番茄醬在第一主成分上的投影接近，2 個熱破番茄醬同樣如此；比較2 個熱破番茄醬和2 個冷破番茄醬，可見濃縮的倍數越高的產品在第2 主成分上投影數值越大。結合傳感器響應圖譜可見熱破番茄醬的揮發性氣味要強于冷破番茄醬，超熱番茄醬揮發性氣味反而會降低。

2.2 線性判別分析（Linear discriminant analysis，LDA）

冷破與熱破番茄醬之間的差異主要來自于6，8，9 號傳感器對應的短鏈烷烴類、醇醛醚酮等類和芳香成分、有機硫化物類物質上。相同處理下，濃縮倍數對樣品氣味的影響則主要表現在6 號和8 號傳感器對應的短鏈烷烴類、醇醛醚酮等類物質上。結合傳感器響應圖譜可推測濃縮倍數越大短鏈烷烴類、醇醛醚酮等類物質的揮發強度越大。

番茄醬的LDA 分析圖見圖2，番茄醬樣品的電子舌試驗數據見表4，番茄醬味覺指標雷達圖見圖3。

圖2 番茄醬的LDA 分析圖

圖3 番茄醬味覺指標雷達圖

結合表4 的試驗數據和圖3，可見番茄醬的味道豐富，番茄醬的甜味值低于參比溶液，均為負值；酸味值有的接近于參比溶液，有的低于參比溶液，苦味、鮮味和咸味遠高于參比溶液；澀味、苦味回味、澀味回味和豐富性數值略高于參比溶液。

在酸味、苦味、咸味和鮮味方面5 個樣品均存在一定差異，5 號即超熱番茄醬澀味值明顯高于其他4 個產品，苦味回味方面冷破番茄醬的苦味回味均高于熱破番茄醬。

番茄醬酸味和甜味散點圖見圖4。

圖4 番茄醬酸味和甜味散點圖

電子舌測試的番茄醬甜味值均小于0，樣品口嘗時感覺也察覺不明顯，更多的是明顯的酸味。但是數值的大小也可以反映樣品之間的差異，且不同處理在酸味和甜味上也具有一定的規律性。從圖4 中可見冷破番茄醬酸味明顯高于熱破番茄醬（數值上的差異大于1 個刻度差異顯著），甜味值（數值上的差異不大） 也略低于熱破番茄醬。超熱番茄醬酸味和甜味均低于常規熱破番茄醬。

番茄醬咸味、鮮味和苦味氣泡圖見圖5。

圖5 番茄醬咸味、鮮味和苦味氣泡圖

水果、蔬菜中的咸味是咸味傳感器對有機酸鹽的響應。鮮味是鮮味傳感器對樣品中氨基酸、核酸類物質的響應，苦味是傳感器對樣品中的礦物質等成分的應答，這與番茄生長環境、水質、土壤等均有關系[14]。

從圖5 中可見，冷破番茄醬咸味值高于熱破番茄醬，苦味和鮮味均低于熱破番茄醬。可能是由于溫度過高產生了苦味物質，冷破處理可使番茄保留更多的有機酸鹽類成分，而呈苦味的物質也會降低，熱破會造成有機酸鹽類物質的流失，使咸味變淡。超熱番茄醬與熱破番茄醬在苦味、咸味和鮮味上更接近。

番茄醬澀味、澀味回味和苦味回味氣泡圖見圖6。

圖6 番茄醬澀味、澀味回味和苦味回味氣泡圖

澀味、澀味回味和苦味回味這些指標的數值較小，略高于無味點。從圖6 中可見，5 號超熱番茄醬會有明顯的澀味，澀味值高于其他樣品0.5 個刻度以上，其他4 個樣品的澀味值接近，均在0.8～0.9。5 個樣品的澀味回味值差異不明顯。從氣泡的大小可見，冷破番茄醬苦味回味要稍大，但樣品之間差異不明顯，味覺上的差異較小。

3 結論

3.1 不同規格番茄醬電子鼻分析結論

電子鼻采集樣品的氣味信息，通過PCA，LDA分析樣品之間的氣味是否存在差異，且判定氣味的差異主要來源于哪類氣味成分[15-16]。

熱破番茄醬揮發性氣味強于冷破番茄醬；濃縮倍數越大，揮發性氣味越強；超熱番茄醬與熱破番茄醬氣味差異很大，經過高溫處理的番茄醬的揮發性氣味降低很多；熱破番茄醬在短鏈烷烴類、醇醛醚酮等類和芳香成分、有機硫化物類物質這些成分上要高于冷破番茄醬；結合傳感器響應圖譜可知濃縮倍數越大，短鏈烷烴類、醇醛醚酮等類物質的揮發強度越大。

3.2 不同規格番茄醬電子舌分析結論

番茄醬樣品味覺指標豐富，在酸味、苦味、咸味和鮮味指標上差異較大。冷破番茄醬酸味強于熱破番茄醬，甜味差異較小；不論是冷熱處理，濃縮倍數越大，酸味越小甜味越大；冷破番茄醬咸味值高于熱破番茄醬，可見熱處理會造成有機酸鹽的流失；熱破番茄醬苦味和鮮味均高于冷破番茄醬，可能是溫度太高產生了苦味物質；不論冷熱處理，濃縮倍數越大，咸味越小苦味越大；超熱番茄醬澀味明顯強于其他產品；冷熱和濃縮倍數對番茄醬的苦味回味、澀味回味基本沒有影響。