電子鼻及QDA法分析 在膠原蛋白肽固體飲料感官品質中的應用

高曉雪，宮建輝，徐熙明，王勝男，董彥博，徐宇明

（北京姿美堂生物技術有限公司，北京 100041）

膠原蛋白是一種高分子功能性蛋白質，具有多種生物活性、高生物利用度和良好的生物相容性，因此常被用作重要的活性成分添加于食品中[1-2]。口服膠原蛋白類的產品對保持皮膚濕潤、減少皮膚皺紋、改善面部皮膚彈性等具有明顯作用，這已被很多研究證明[3-4]。目前，由于鱈魚魚皮中分離的膠原蛋白易被人體吸收，且利用率較高，其生物安全性方面也表現得比較優異，因此市售的膠原蛋白多來源于深海鱈魚，且已被廣泛應用于保健食品、美容護膚、生物醫學等各個領域[2-4]。

固體飲料是指以食品或植物提取物為原料，通過添加合適的食品輔料或添加劑制成的粉末狀、顆粒狀的固態產品，具有風味獨特、貯存期長、易攜帶等特點[5-6]。相比于普通飲料，固體飲料中固形物質量分數更高，營養更豐富，更易包裝，風味保持更久，且不易腐敗變質[7-8]。近年來，膠原蛋白肽類相關功能性食品深得消費者的厚愛，而果汁產品由于其營養和工藝特性而適合于功能性食品的生產，因此膠原蛋白類的果味固體飲料產品在市場中一直占據著強勢地位[9]。

通常采用人工感官來評價食品品質，而人工感官常伴有心理和生理狀況的影響，造成主觀性誤差的感官評價[10]。相較于人工感官，電子鼻技術是檢測揮發性風味領域的新興技術，其是一種由氣敏傳感器陣列和模式識別系統組成的智能識別氣體的儀器,具有客觀性[11]。目前，電子鼻技術已成功地應用于茶[12]、果汁[13]、肉制品[14]等其他食品的風味分析中，電子鼻彌補了感官評價的局限性[10]。目前，關于QDA聯合消費者口味測試和電子鼻技術在固體飲料感官評定方面的應用，國內鮮有報道。果味的膠原蛋白肽固體飲料，也成為各飲料生產商爭相推出的功能性產品。風味作為固體飲料感官屬性中最重要的組成部分，主要指沖調后的固體飲料入口后隨著咀嚼和吞咽，所感受到的氣味、滋味和視覺的綜合感覺。本文采用QDA及電子鼻技術對5款不同果味配方的膠原蛋白肽固體飲料風味進行感官分析，并結合消費者感官測試結果，為膠原蛋白肽選擇合適配料，提高產品質量及新產品開發提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

純凈水；5種不同果味配方的膠原蛋白肽固體飲料，其主要原料由膠原蛋白肽、柳橙粉、蔓越莓粉和草莓粉等成分組成。本實驗樣品由北京姿美堂生物技術有限公司提供，固體飲料樣品為純膠原蛋白肽、柳橙味膠原蛋白肽、蔓越莓味膠原蛋白肽和兩款草莓味膠原蛋白肽的產品作為樣品分別標記為樣品A、B、C、D和E。

1.2 儀器與設備

PEN3電子鼻，德國AIRSENSE；感官審評設備：樣品盤；審評碗；審評杯；天平；計時器；攪拌匙；廢液桶；燒水壺。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備

將5款不同果味配方的膠原蛋白肽分別稱取6 g，使用100 mL、40 ℃左右的水沖調，攪拌均勻至溶解完全后分發給每個人一份。

1.3.2 感官評價方法

參照金婷等[15]方法，采用QDA法對樣品進行人工感官評價。招募100人作為感官評價候選成員，通過問卷調查篩選，參照《感官分析 選拔、培訓與管理評價員一般導則 第1部；優選評價員》 (GB/T 16291.1—2012)，對招募的人員進行感官辨別能力、靈敏性及描述能力等方面的測試，最終挑選12人組成感官評價小組并進行培訓。將樣品沖調后置于透明玻璃杯中，在9:00開始本實驗。參照《感官分析 通過多元分析方法鑒定和選擇用于建立感官的描述詞》（GB/T 16861—1997），感官人員進行討論并確定樣品描述詞及其定義，使用9點標度來表示樣品強度，1表示強度最弱，9則表示極強。感官實驗結束后，統計得分[15]。

1.3.3 電子鼻檢測

取3 g不同口味的膠原蛋白粉置于100 mL燒杯中，并加入50 mL水沖調混勻穩定后，使用雙層保鮮膜封口，每個樣品做3組平行，利用頂空吸氣法進行電子鼻測定。電子鼻測樣條件：傳感器歸零時間為5 s；樣品進樣流量為400 mL/min；測量時間為80 s；空氣為載氣；穩定時間為5 s；清洗時間為 100 s[16]。電子鼻性能描述見表1。

表1 電子鼻傳感器性能描述

1.3.4 數據處理

利用軟件WinMuster對電子鼻數據進行分析，利用IBM SPSS Statistics 26軟件對不同果味膠原蛋白肽固體飲料的感官特征進行方差分析，采用origin2019b32Bit軟件對不同口味膠原蛋白肽固體飲料的感官特征進行主成分分析和雷達圖分析。利用TBtools軟件進行熱圖分析及聚類分析。

2 結果與分析

2.1 不同膠原蛋白肽固體飲料的感官描述詞匯表的建立

感官人員通過重復觀察及品嘗3～4輪，讓其熟悉膠原蛋白肽固體飲料產品的感官特性，提倡感官品評人員選擇自己理解和表述清晰、恰當的詞語來評價產品，感官評價小組對樣品的感官描述詞進行討論，然后確定描述產品的關鍵感官形容詞[17]。最終建立11個描述詞用以描述不同果味膠原蛋白肽固體飲料的外觀、氣味和滋味的感官特征指標（表2）。

表2 不同口味膠原蛋白固體飲料的感官描述詞匯表

2.2 定量描述分析結果

由品評員依據建立的詞匯表對樣品各感官特征指標進行打分，收集3輪評分數據，并進行ANOVA分析，結果如表3所示，根據感官強度平均分繪制的雷達圖，見圖1。

圖1 感官評分雷達圖

這5款膠原蛋白肽固體飲料在風味特征上主要歸納為以下4類屬性，即口感、果味、外觀及整體強度，其中口感具體表現為酸、甜、澀、鮮和腥，氣味具體表現為草莓味、柳橙味、蔓越莓味等。由表3、圖1可知，這5款樣品在上述屬性上各有特點。①口感：E和D樣品的酸甜味最強，腥味最弱；C樣品酸甜味適中，澀味最強；A樣品腥味最強，甜酸澀味最弱；B樣品的腥味適中，其他味較弱。②果味：B樣品表現出明顯的柳橙味，蔓越莓味和草莓味稍帶適中；C樣品則表現出明顯的蔓越莓味，柳橙味和草莓味稍帶適中；D和E樣品表現出明顯的草莓味，柳橙味和蔓越莓味稍帶適中；A樣品相比較于其他膠原蛋白固體飲料，帶有的果味最弱。③外觀：A樣品的透明度最強，色澤最弱；B樣品的透明度最弱，色澤較弱；C、D和E的色澤相近，透明度適中。④整體強度：D和E樣品的整體口感和風味度最強，其次是B和C樣品，最弱是A樣品。說明添加了果粉的膠原蛋白肽固體飲料在色澤、滋味和氣味方面更豐富。

表3 膠原蛋白肽固體飲料的主要感官屬性強度評分的方差分析

2.3 不同膠原蛋白肽固體飲料的感官屬性的PCA分析

主成分分析法對數據進行降維，排除眾多信息中互相重疊部分，在主成分分析的分圖上可以對不同被測樣品進行區分[18]。本研究對不同果味的膠原蛋白肽固體飲料的透明度、色澤、甜味、酸味、澀味、鮮味、腥味、蔓越莓味、柳橙味、草莓味和整體強度進行了主成分分析，當提取到2個主成分，累積的方差貢獻率達到91.77%，說明這2個主成分可以涵蓋不同果味膠原蛋白固體飲料的大部分信息。如圖2所示，不同果味膠原蛋白固體飲料分散在各個區域，兩點之間距離越長，說明兩個樣品的整體感官品質差異越大；同時兩點距離越短，說明兩個樣品間感官品質含量差異越小，感官品質較為相近。從PCA圖中，可以直觀地看到5款樣品的感官屬性各具特點。其中A樣品與其他樣品差異最大，故分布于F1的負半軸，風味特征主要表現為腥味強、透明度高，其他感官屬性不明顯。這是由于膠原蛋白肽來源于鱈魚，所以帶有濃郁的腥味。純膠原蛋白肽的固體飲料透明度高是由于膠原蛋白的分子是兩性的，即有帶正、負電荷的區域，表現出良好的相容性，因此膠原蛋白作為澄清劑在果汁、飲料中應用[19]。B樣品的風味特點主要為柳橙味比較強，故分布在F2的負半軸；C、D和E樣品分布距離比較近，其特征表現為透明度、色澤和甜度等感官屬性比較接近。

圖2 膠原蛋白肽固體飲料感官屬性的主成分分析

2.4 不同膠原蛋白肽固體飲料的感官屬性熱圖聚類分析

對不同果味膠原蛋白肽固體飲料的感官屬性強度進行熱圖聚類分析的結果見圖3。5種樣品大致可分為3類，即C、D和E最先聚為一類，其透明度、色澤和甜味等方面的感官性質較為相似，說明蔓越莓味和草莓味在感官上整體相似；第二類為B樣品，其柳橙味和色澤較為突出；第三類為A樣品，其在透明度表現最突出，這與主成分分析呈現了相同結果。同時發現A樣品為純膠原蛋白肽粉呈現出的腥味較濃，而B、C、D、E這4款膠原蛋白肽固體飲料樣品腥味較淡，這4款產品配方中添加了果粉，說明果粉有效掩蓋了膠原蛋白肽的腥味。目前掩腥原料多用果粉或乳粉等物質，也有研究采用果味香精復配姜汁去腥，為改良腥味產品提供了參考[20]。B、C、D、E樣品帶有的果香味多來源于果粉中醛類化合物和酯類物質的存在[21]。果粉添加對改善膠原蛋白肽固體飲料色澤和口感具有重要作用。

圖3 膠原蛋白肽固體飲料感官屬性的熱圖聚類分析

2.5 電子鼻分析結果

電子鼻中的傳感器能針對食品揮發性成分產生不同信號響應并進行區分，利用電子鼻對5種不同果味膠原蛋白肽固體飲料的揮發性成分進行測定后，將采集得到的數據進行主成分分析，分析結果如圖4所示。第1和第2主成分的累積貢獻率達到99.99%，說明電子鼻的10個傳感器對其揮發性成分表現出較高的識別度和靈敏度。總體看，各樣品的揮發性成分有各自的分布位置，基本沒有重合，說明電子鼻對于5種樣品氣味的區分度總體較好，所有樣品的風味相對獨立，原因可能是因為不同果味膠原蛋白肽固體飲料的配方組成存在一定差異，所以在不同果味膠原蛋白肽固體飲料形成的揮發性成分亦有所不同。C、D和E樣品在第1主成分上的相距較近，但在第2主成分上能完全區分開，說明草莓味和蔓越莓味的膠原蛋白肽固體飲料的氣味上略有相似，而B樣品在第1主成分上與其他樣品相聚甚遠，說明柳橙味的膠原蛋白肽固體飲料氣味與其他樣品差異最為明顯。根據感官結果發現A樣品在氣味上主要呈現腥味，B樣品為柳橙味的膠原蛋白肽固體飲料與A樣品在氣味上相差甚遠，從電子鼻分析結果得出，柳橙味的果粉相比較蔓越莓和草莓味的果粉的掩腥效果更好，這也為后期產品開發提供了參考。

圖4 電子鼻主成分分析圖

3 結論

本研究利用QDA及電子鼻對不同果味膠原蛋白固體飲料進行感官品質分析，建立了感官描述詞匯表及感官評價標尺，通過采用雷達圖、PCA和熱圖聚類分析技術全面且直觀地展示5款膠原蛋白固體飲料的風味特點及它們之間的區別和聯系。發現膠原蛋白肽類的產品從鱈魚中提取，本身具有腥味，而果味配料的加入明顯掩蓋了膠原蛋白不良感官的腥味，同時給膠原蛋白固體飲料整體感官帶來豐富的色澤、氣味和滋味，而柳橙果粉在氣味上的掩腥效果優于蔓越莓和草莓的果粉。

從電子鼻結果可知，5款不同果味膠原蛋白肽樣品的揮發性物質存在明顯的差異，其中B樣品在第1主成分上區分明顯，C、D和E樣品間的差異較小。電子鼻分析產品氣味相對人工感官評價更客觀，而人工感官對產品整體風味識別綜合且貼近于生活，兩者結合能夠更加全面地研究膠原蛋白固體飲料的感官品質，對于具體風味物質的分析則可在后期通過GC-MS、氨基酸自動分析儀等儀器方法進行深入研究，以期為該類固體飲料開發提供參考。