黃孝闖,張雅瑋,任曉鏷,朱玉霞,劉世欣,鮑英杰,劉成花,李 順,彭增起

(南京農業(yè)大學食品科技學院,江蘇南京 210095)

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電子舌與感官評定對咸度評價的比較

黃孝闖,張雅瑋,任曉鏷,朱玉霞,劉世欣,鮑英杰,劉成花,李 順,彭增起*

(南京農業(yè)大學食品科技學院,江蘇南京 210095)

本文以氨基酸、有機酸與氯化鈉的混合溶液為研究對象,利用電子舌和感官評定方法對該混合溶液的咸度等味道進行評定。電子舌同時對溶液的咸、酸、苦、澀、甜五種味道進行評定,感官方法只對溶液的咸度進行評定。通過對電子舌評定結果和感官評定結果進行主成分分析和相關性分析,發(fā)現(xiàn)兩者呈現(xiàn)顯著正相關(r=0.969,p<0.01)。由此可知,電子舌可以對溶液的咸度進行客觀準確地評定。

電子舌,感官評定,咸度,相關性分析

食鹽是人們日常生活所必需的調味品,氯化鈉是其主要成分。氯化鈉具有維持細胞外液滲透壓和調節(jié)體內酸堿平衡的作用,是人體必不可少的重要物質。然而食鹽的過量攝入會誘發(fā)一系列疾病,如高血壓和心血管疾病等[1-3],嚴重威脅人們的身體健康。為了減少氯化鈉的攝入量,關于食鹽替代物的研究越來越多。為了開發(fā)新型的食鹽替代物,國內外有許多關于酸、甜、苦等其他味道對氯化鈉咸度的影響的研究[4]。Prescott等研究發(fā)現(xiàn)0～18 mmol/L檸檬酸對0.15 mol/L和0.3 mol/L氯化鈉溶液的咸度有增強作用[5],而0～19 mg/mL蔗糖對1.5～40 mg/mL氯化鈉溶液的咸度卻沒有影響[6],鮮味物質谷氨酸鈉(MSG)也可以增強食物的咸度[7]。在食鹽替代物的研究過程中必不可少的就是對咸度的評定,通過反復的評定最終篩選出咸度適宜的最佳低鈉鹽配比。目前檢測食品質量和味道的方法主要有感官評定法和電子舌評定法。上述研究中均是采用感官評定方法,由專業(yè)的感官評定人員對樣品的咸度進行評定。感官評定需要經過長期訓練、擁有特殊味覺判別能力的專業(yè)人士來進行判斷。此外，人的感覺器官在分辨力、敏感度、穩(wěn)定性等方面存在個體差異,并且很容易受外界因素的干擾[8]。而電子舌是模仿人體味覺機理研制出來的一種智能識別電子系統(tǒng),是近年來發(fā)展起來的一種分析、識別液體味道的新型檢測手段[9-10]。相比之下,電子舌檢測技術的結果輸出比傳統(tǒng)感官評定結果輸出更加快速、穩(wěn)定和標準。電子舌檢測技術在飲料鑒別與區(qū)分[11]、酒類產品(啤酒、清酒、白酒和紅酒)[12-15]區(qū)分與品質檢測、農產品識別與分級[16-17]、航天醫(yī)學檢測[18]、制藥工藝研究[19-20]、環(huán)境監(jiān)測[21]等中有較多應用。牛云蔚[22]等對五種不同櫻桃酒的屬性(酸、甜、苦、澀)進行感官評價和電子舌分析,利用主成分分析對電子舌區(qū)分櫻桃酒的能力進行了評價,發(fā)現(xiàn)感官評價結果與電子舌分析結果之間具有較高的相關性。

表1 氯化鈉和氨基酸、有機酸的濃度(mg/mL)Table 1 Levels of sodium chloride,amino acid and organic acid(mg/mL)

然而,關于電子舌在食鹽替代物研究中對咸度的評定卻鮮有報道。因此,本實驗采用日本INSENT公司的SA402B電子舌,以添加氨基酸、有機酸的氯化鈉混合溶液為研究對象,對其咸度進行評定,并與感官評定結果進行比較,探究電子舌在咸度評定上的適用性以及在食鹽替代物研究中的應用前景。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

氯化鈉、氨基酸,有機酸均為食品級 購買于Sigma公司。

電子舌(型號:SA402B) 日本INSENT公司。

AL104型電子天平 上海Mettler Toledo公司。

1.2 氯化鈉混合溶液的配制

本文選取L-谷氨酸(L-Glu)、L-賴氨酸(L-Lys)、L-檸檬酸(L-Citric)、L-蘋果酸(L-Malic)為研究對象,以0.03125、0.0625、0.125、0.25、0.50 mol/L(即1.83、3.66、7.31、14.63、29.25 mg/mL)的氯化鈉作為反應濃度[23-24]。將不同濃度的谷氨酸、賴氨酸、檸檬酸、蘋果酸(表1所示)分別添加至1.83、3.66、7.31、14.63、29.25 mg/mL的氯化鈉溶液當中,配制成4組不同的溶液。

1.3 感官評定

溶液咸度的感官評價采用9分制定量描述性評分法(9=非常強烈,7=強烈,5=適中,3=微弱,1=幾乎感覺不到)。以純凈水(咸度分數(shù)為1)和0.625 mol/L氯化鈉溶液(咸度分數(shù)為9)為參比液[6,23]。在參加正式實驗之前,感官評定人員先對0.2%、0.4%、0.8%、1.0%和1.5%(w/v)NaCl溶液的咸度進行評定并按照咸度依次增加的順序進行排列。最終篩選出15名排列正確的人員,其中8名女生,年齡在20～30歲之間[25]。在進行感官評定實驗之前至少1 h之內,除純凈水外,感官評定人員不得進食其他食物和飲料。所有評定人員只對溶液的咸度進行評分,不考慮其他的味道。每次品嘗量為5 mL,每次評定結束后用去離子水漱口,且兩次評定之間間隔60 s。混合溶液在評定前24 h完成配制,放置在4 ℃條件下[26-27],于感官評定之前取出,待溶液溫度至室溫后再進行感官評定。

1.4 電子舌評定

味覺信號采用日本INSENT公司的SA402B電子舌系統(tǒng)進行檢測。采用同人舌頭味覺細胞工作原理相類似的人工脂膜傳感器技術,選用CAO、COO、AE1、AAE、CTO 5個傳感器陣列和一個參比電極(Ag/AgCl),可以將電信號強度轉換為對應的味覺信號強度,從而能夠數(shù)字化的評價樣品的酸味、苦味、澀味、鮮味、咸味5個基本味覺感官指標,同時分析出苦的回味、澀的回味和鮮的回味(豐富度)[28-29]。CAO獲取的電信號強度對應轉換為樣品的酸味強度,COO反映樣品的苦味強度,AE1反映樣品的澀味強度,AAE反映樣品的鮮味強度,CTO反映樣品的咸味強度。在正式測定前傳感器和參比電極需要進行前處理、校準、初始化過程,以此確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。每個樣品均采集4次,采用最后三次的數(shù)據(jù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

將電子舌所測得的咸、酸、苦、澀、鮮五組數(shù)據(jù)和感官咸度評定數(shù)據(jù)進行主成分分析(PCA),采用Pearson相關性分析對電子舌咸度評分和感官咸度評分進行相關性分析,用鄧肯多重比較法(Duncan’s Multiple-rang test)進行差異顯著性分析。

2 結果與討論

2.1 氨基酸與氯化鈉混合溶液咸度的評定

2.1.1L-谷氨酸與氯化鈉混合溶液咸度的評定 電子舌除了對溶液的咸度進行評定以外,還對溶液的酸、苦、澀、鮮四種味道進行評定。將電子舌所測得的咸、酸、苦、澀、鮮五組數(shù)據(jù)和感官咸度評分共六個因素進行主成分分析(PCA)得到主成分載荷圖[18](圖1)。由圖1可以看出,PC1和PC2累積方差貢獻率為80.644%,反映了樣品的大部分信息。在圖上距離越近,因素間的相關性越強。如圖1所示,“感官咸度評分”與電子舌輸出數(shù)據(jù)“咸”距離最近,而與電子舌其他數(shù)據(jù)“酸”、“苦”、“澀”、“鮮”距離很遠,說明電子舌對溶液咸度的評分“咸”與感官咸度評分相關性較高。

圖1 L-Glu與NaCl混合溶液電子舌評定與感官評定結果相關性PCA分析圖Fig.1 PCA plot of correlation between electronic tongue and sensory evaluation in L-Glu and NaCl mixtures

圖2是L-谷氨酸與氯化鈉混合溶液咸度的感官評定結果,可以看出在相同的氯化鈉濃度水平下,混合溶液與氯化鈉溶液的咸度差異不顯著(p>0.05);圖3是電子舌對溶液咸度的評定結果,混合溶液與氯化鈉溶液的咸度有顯著性差異(p<0.05),在1.83、7.31 mg/mL氯化鈉水平下,混合溶液的咸度低于氯化鈉溶液的咸度,而在3.66、14.63、29.25 mg/mL氯化鈉水平下,混合溶液的咸度高于氯化鈉溶液的咸度。低濃度氯化鈉水平下,谷氨酸對其咸度有抑制效果,但在3.66 mg/mL氯化鈉水平下,谷氨酸對其咸度卻有增強作用,而在高濃度氯化鈉水平下,谷氨酸對其咸度有增強作用。谷氨酸對氯化鈉咸度的作用效果受物質濃度的影響,Kemp[30]等研究發(fā)現(xiàn)低濃度的谷氨酸鈉對氯化鈉咸度無影響,高濃度的谷氨酸鈉則對氯化鈉的咸度有增強作用。將L-谷氨酸與氯化鈉混合溶液咸度的感官評定結果和電子舌評定結果進行相關性分析,發(fā)現(xiàn)其相關性系數(shù)r=0.993(p<0.01)。

圖2 L-Glu與NaCl混合溶液咸度感官評分Fig.2 The saltiness of L-Glu and NaCl mixtures by sensory evaluation注:a～d:不同字母表示相同氯化鈉濃度水平下各組數(shù)據(jù)差異顯著(p<0.05)，圖3、圖5、圖6、圖8、圖9、圖11、圖12同。

圖3 L-Glu與NaCl混合溶液咸度電子舌評分Fig.3 The saltiness of L-Glu and NaCl mixtures by electronic tongue

2.1.2L-賴氨酸與氯化鈉混合溶液咸度的評定 對L-Lys與NaCl混合溶液的感官咸度評分和電子舌所測得的咸、酸、苦、澀、鮮五組數(shù)據(jù)進行主成分分析,如圖4所示,PC1和PC2累積方差貢獻率為81.219%,“感官咸度評分”和電子舌數(shù)據(jù)“咸”在圖上位置重合,而與電子舌其他數(shù)據(jù)“酸”、“苦”、“澀”、“鮮”距離很遠,說明電子舌對溶液咸度的評分“咸”與感官咸度評分相關性較高。

圖4 L-Lys與NaCl混合溶液電子舌評定與感官評定結果相關性PCA分析圖Fig.4 PCA plot of correlation between electronic tongue and sensory evaluation in L-Lys and NaCl mixtures

圖5是L-Lys與NaCl混合溶液咸度的感官評定結果,可以看出在相同的氯化鈉濃度水平下,整體上混合溶液與氯化鈉溶液的咸度差異不顯著(p>0.05);圖6是電子舌對溶液咸度的評定結果,在相同的氯化鈉濃度水平下,混合溶液的咸度顯著高于氯化鈉溶液的咸度(p<0.05)。將L-賴氨酸與氯化鈉混合溶液咸度的感官評定結果和電子舌評定結果進行相關性分析,發(fā)現(xiàn)其相關性系數(shù)r=0.989(p<0.01)。

圖5 L-Lys與NaCl混合溶液咸度感官評分Fig.5 The saltiness of L-Lys and NaCl mixtures by sensory evaluation

圖6 L-Lys與NaCl混合溶液咸度電子舌評分Fig.6 The saltiness of L-Lys and NaCl mixtures by electronic tongue

2.2 有機酸與氯化鈉混合溶液咸度的評定

2.2.1L-Citric與NaCl混合溶液咸度的評定 對L-Citric與NaCl混合溶液的感官咸度評分和電子舌所測得的咸、酸、苦、澀、鮮五組數(shù)據(jù)進行主成分分析。如圖7所示,PC1和PC2累積方差貢獻率為97.981%,“感官咸度評分”和電子舌數(shù)據(jù)“咸”在圖上位置相近,說明電子舌對溶液咸度的評分“咸”與感官咸度評分相關性較高。在PCA分析圖上,“感官咸度評分”除了與電子舌數(shù)據(jù)“咸”在圖上位置相近之外,還與電子舌數(shù)據(jù)“苦”有著非常近的距離。文中主要研究的是兩種方式對溶液咸度的評定,而沒有將苦味的感官評定和電子舌評定進行比較。在L-Citric與NaCl混合溶液味道的電子舌評定中,“苦”味可能受到其他味道的干擾而判斷有誤,導致其在PCA圖上與“感官咸度評分”相距很近,但不影響對“感官咸度評分”和 “咸”之間相關性的分析。

圖7 L-Citric與NaCl混合溶液電子舌評定與感官評定結果相關性PCA分析圖Fig.7 PCA plot of correlation between electronic tongue and sensory evaluation in L-Citric and NaCl mixtures

圖8是L-Citric與NaCl混合溶液咸度的感官評定結果。在相同的氯化鈉濃度水平下,添加0.26 mg/mLL-檸檬酸的混合溶液與氯化鈉溶液的咸度沒有顯著差異(p>0.05),添加1.03、4.14 mg/mLL-檸檬酸的混合溶液的咸度則顯著高于氯化鈉溶液的咸度(p<0.05);但是在29.25 mg/mL氯化鈉濃度下添加4.14 mg/mLL-檸檬酸時,混合溶液的咸度則受到抑制,不同的味道在口中具有不同的傳導途徑,當氯化鈉和檸檬酸的濃度過高時,檸檬酸會對氯化鈉的味覺傳導途徑產生影響,阻礙了氯化鈉咸度的感知[31]。

圖9是電子舌對溶液咸度的評定結果。在1.83、3.66 mg/mL的氯化鈉濃度下,混合溶液的咸度顯著高于氯化鈉溶液(p<0.05),但隨著氯化鈉濃度的升高,混合溶液的咸度有所下降。感官評定和電子舌評定均表明添加1.03、4.14 mg/mL的L-檸檬酸對1.83、3.66 mg/mL氯化鈉溶液的咸度有增強作用,隨著氯化鈉濃度的升高,檸檬酸對咸度的增強作用逐漸減弱并轉變成對咸度的抑制作用。將L-檸檬酸與氯化鈉混合溶液咸度的感官評定結果和電子舌評定結果進行相關性分析,發(fā)現(xiàn)其相關性系數(shù)r=0.966(p<0.01)。

圖8 L-Citric與NaCl混合溶液咸度感官評分Fig.8 The saltiness of L-Citric and NaCl mixtures by sensory evaluation

圖9 L-Citric與NaCl混合溶液咸度電子舌評分Fig.9 The saltiness of L-Citric and NaCl mixtures by electronic tongue

2.2.2L- Malic與NaCl混合溶液咸度的評定 對L-Malic與NaCl混合溶液的感官咸度評分和電子舌所測得的咸、酸、苦、澀、鮮五組數(shù)據(jù)進行主成分分析(如圖10所示)。PC1和PC2累積方差貢獻率為81.818%,“感官咸度評分”和電子舌數(shù)據(jù)“咸”在圖上位置相近,表明電子舌對溶液咸度的評分“咸”與感官咸度評分相關性較高。

圖10 L-Malic與NaCl混合溶液電子舌評定與感官評定結果相關性PCA分析圖Fig.10 PCA plot of correlation between electronic tongue and sensory evaluation in L-Malic and NaCl mixtures

圖11是L- Malic與NaCl混合溶液咸度的感官評定結果。在1.83、3.66 mg/mL的氯化鈉濃度下,添加0.76、3.02 mg/mLL-蘋果酸的混合溶液的咸度顯著高于氯化鈉溶液(p<0.05);在29.25 mg/mL氯化鈉濃度下,添加3.02 mg/mLL-蘋果酸的混合溶液的咸度顯著低于氯化鈉溶液(p<0.05)。圖12是電子舌對溶液咸度的評定結果。在1.83,3.66 mg/mL的氯化鈉濃度下,混合溶液的咸度顯著高于氯化鈉溶液(p<0.05);而在其他氯化鈉濃度下,混合溶液的咸度顯著低于氯化鈉溶液(p<0.05),其中在7.31 mg/mL的氯化鈉濃度下,添加3.02 mg/mLL-蘋果酸的混合溶液的咸度顯著高于其他兩組混合溶液,但仍顯著低于氯化鈉溶液(p<0.05)。將L-蘋果酸與氯化鈉混合溶液咸度的感官評定結果和電子舌評定結果進行相關性分析,發(fā)現(xiàn)其相關性系數(shù)r=0.984(p<0.01)。

圖11 L- Malic與NaCl混合溶液咸度感官評分Fig.11 The saltiness of L-Malic and NaCl mixtures by sensory evaluation

圖12 L- Malic與NaCl混合溶液咸度電子舌評分Fig.12 The saltiness of L-Malic and NaCl mixtures by electronic tongue

在氨基酸與氯化鈉混合溶液咸度的評定中,感官評定結果表明L-谷氨酸和L-賴氨酸的添加整體上對氯化鈉的咸度無顯著影響;而在電子舌評定結果中可知,L-谷氨酸對低濃度氯化鈉的咸度有抑制效果而對高濃度氯化鈉的咸度有增強作用,但是在3.66 mg/mL的低氯化鈉水平下,谷氨酸對其咸度卻有增強作用;L-賴氨酸對氯化鈉溶液的咸度有增強作用。感官評定結果和電子舌評定結果存在一定的差異。因為感官評定是符合韋伯-費希納定律的,一般情況下當物理刺激量呈幾何級增長時才會引起味覺感知量的數(shù)學級增長,即感知量的增加小于物理量的增加;而電子舌捕獲的僅僅是物理量的改變,這種改變程度與感官評定中味覺感知量的改變是不一樣的。在L-檸檬酸與氯化鈉混合溶液咸度的評定中,電子舌與感官評定結果均表明添加1.03、4.14 mg/mLL-檸檬酸對1.83、3.66 mg/mL氯化鈉溶液的咸度有增強作用;在L-蘋果酸與氯化鈉混合溶液咸度的評定中,電子舌與感官評定結果均表明添加0.76、3.02 mg/mLL-蘋果酸對1.83、3.66 mg/mL氯化鈉溶液的咸度有增強作用。L-檸檬酸與L-蘋果酸本身沒有咸味,但它們的添加對氯化鈉溶液的咸度有增強作用,這與Prescott和王仕鈺等人的研究結果一致。Prescott[20]等研究發(fā)現(xiàn)0～18 mmol/L檸檬酸對0.15 mol/L和0.3 mol/L氯化鈉溶液的咸度有增強作用,王仕鈺[32]等通過研究L-蘋果酸、琥珀酸、檸檬酸、富馬酸等有機酸味劑與低鈉鹽的復配效果,發(fā)現(xiàn)添加1.6%L-蘋果酸的復配溶液咸味純正,增咸效果可達 1.33倍。因此可以推測L-檸檬酸、L-蘋果酸與氯化鈉之間存在交互作用,該作用增強了氯化鈉溶液的咸度。

對以上四組混合溶液的咸度電子舌評定結果和感官評定結果進行相關性分析,得到相關性系數(shù)r=0.969(p<0.01)。根據(jù)主成分分析和相關性分析結果,可知電子舌對溶液咸度的評定結果與感官評定結果有著顯著的正相關。

3 結論

本文以氨基酸、有機酸與氯化鈉混合溶液為研究對象,利用電子舌和感官評定方法對混合溶液的咸度進行評價。在對L-檸檬酸與氯化鈉、L-蘋果酸與氯化鈉的混合溶液咸度的評定中,電子舌和感官評定結果均發(fā)現(xiàn)L-檸檬酸、L-蘋果酸的添加對1.83、3.66 mg/mL氯化鈉溶液的咸度有增強作用。研究結果發(fā)現(xiàn)電子舌系統(tǒng)對溶液咸度的評定結果與感官評定結果呈現(xiàn)顯著正相關(r=0.969,p<0.01)。本文為今后電子舌在食鹽替代物研制中關于咸度評定提供了理論依據(jù),電子舌可以實現(xiàn)對咸度的快速有效的評定。

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Comparison of electronic tongue and sensory on evaluation of saltiness

HUANG Xiao-chuang,ZHANG Ya-wei,REN Xiao-pu,ZHU Yu-xia, LIU Shi-xin,BAO Ying-jie,LIU Cheng-hua,LI Shun,PENG Zeng-qi*

(College of Food Science and Technology,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China)

The saltiness of the mixtures of amino acid,organic acid and sodium chloride was evaluated by electronic tongue system and sensory evaluation method. The saltiness,sourness,bitterness,astringent and sweetness of the solution were evaluated by electronic tongue system but only the saltiness was evaluated by sensory evaluation method. Based on Principal component analysis and Pearson correlation analysis,it was found that the results evaluated by electronic tongue were almost similar to the results by sensory evaluation. There were significant positive correlation(r=0.969,p<0.01)between the saltiness results of electronic tongue and sensory evaluation. Accordingly,electronic tongue system could evaluate the saltiness of solutions accurately and objectively.

electronic tongue;sensory evaluation;saltiness;correlation analysis

2016-12-27

黃孝闖(1991-)，男，碩士研究生，研究方向：畜產品加工與質量控制，E-mail:2014108047@njau.edu.cn。

*通訊作者:彭增起(1956-)，男，博士，教授，研究方向：畜產品加工與質量控制，E-mail:zqpeng@njau.edu.cn。

國家自然科學基金(31601491)。

TS201.1

A

1002-0306(2017)11-0285-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.11.046