楊小麗，鄒金，張振東，張毅，王想，郭壯

（湖北文理學(xué)院化學(xué)工程與食品科學(xué)學(xué)院鄂西北傳統(tǒng)發(fā)酵食品研究所，湖北襄陽(yáng)441053）

基于電子舌技術(shù)常用酸味劑滋味品質(zhì)的評(píng)價(jià)

楊小麗，鄒金，張振東，張毅，王想，郭壯*

（湖北文理學(xué)院化學(xué)工程與食品科學(xué)學(xué)院鄂西北傳統(tǒng)發(fā)酵食品研究所，湖北襄陽(yáng)441053）

采用電子舌技術(shù)和多變量統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相結(jié)合的手段，對(duì)11種常用酸味劑的滋味品質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析。研究表明，常用酸味劑在基本味滋味指標(biāo)上的差異較大，而在回味指標(biāo)上的差異較小。通過(guò)方差分析發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于其他常用酸味劑，富馬酸具有較強(qiáng)的咸味、鮮味和后味A（澀的回味）。通過(guò)主成分分析、典范對(duì)應(yīng)分析和多元方差分析發(fā)現(xiàn)不同酸味劑的整體滋味品質(zhì)存在顯著差異。由此可見(jiàn)，電子舌作為一種新型的現(xiàn)代化智能感官儀器，在酸味劑的滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)中具有巨大應(yīng)用潛力。

酸味劑；電子舌；滋味；品質(zhì)評(píng)價(jià)

酸味劑是指以賦予食品酸味為主要目的食品添加劑[1]。在食品加工中，酸味劑除了可以控制食品體系的酸堿性外，還可以作為香味輔助劑、鰲合劑和緩沖劑[2]。由于酸味劑分子所帶羥基、羧基和氨基的數(shù)量及其在分子結(jié)構(gòu)中位置不同，因而酸味劑不僅有酸味，同時(shí)還可能帶有苦味、澀味和鮮味等滋味[3]。然而令人遺憾的是，目前關(guān)于酸味劑滋味品質(zhì)研究的報(bào)道尚少。

研究人員可以采用感官鑒評(píng)和電子舌系統(tǒng)對(duì)食品的滋味品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，雖然感官鑒評(píng)具有快捷、迅速、靈敏度高和綜合性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，然而其亦存在受主觀因素影響大和所表達(dá)內(nèi)容籠統(tǒng)模糊的缺點(diǎn)[4]。電子舌采用人工脂膜技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了酸、苦、澀、咸和鮮等基本味及苦、澀和鮮味3個(gè)基本味指標(biāo)回味的數(shù)字化評(píng)價(jià)，具有結(jié)果準(zhǔn)確和感受閾值及強(qiáng)度與人保持一致的優(yōu)點(diǎn)[5]，目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于啤酒[6]、調(diào)味品[7]、紅酒[8]、茶飲料[9]、水產(chǎn)品[10]和甜面醬[11]等食品的滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)中，然而在酸味劑滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用報(bào)道尚少。

本研究采集了11種常見(jiàn)的酸味劑，通過(guò)采用電子舌和多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相結(jié)合的手段，對(duì)各酸味劑1 g/L水溶液的滋味品質(zhì)進(jìn)行了比較研究，對(duì)電子舌在酸味劑滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)中應(yīng)用的可行性進(jìn)行了探討。

1 材料、試劑與儀器

1.1 材料與試劑

磷酸和乙酸（均為食品級(jí)）：購(gòu)于濟(jì)南鑫龍海工貿(mào)有限公司；乳酸、酒石酸、DL-蘋(píng)果酸、L-蘋(píng)果酸、馬來(lái)酸、富馬酸和檸檬酸（均為食品級(jí)）：購(gòu)于河南明瑞食品添加劑有限公司；琥珀酸和抗壞血酸（均為食品級(jí)）：購(gòu)于山東濰坊英軒實(shí)業(yè)有限公司；內(nèi)部溶液、參比溶液、陰離子溶液和陽(yáng)離子溶液：均由日本Insent公司提供。

1.2 主要儀器

SA402B 電子舌（配備CA0、C00、AE1、CT0和AAE測(cè)試傳感器各1個(gè)，參比電極2個(gè)）：日本Insent公司；AG-BS2245分析天平：北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司。

2 試驗(yàn)方法

2.1 溶液的配制

稱(chēng)取磷酸、檸檬酸、乳酸、酒石酸、L-蘋(píng)果酸、馬來(lái)酸、富馬酸、抗壞血酸、乙酸、琥珀酸和DL-蘋(píng)果酸各0.25 g，使用容量瓶分別定容至250 mL，配制成1 g/L的溶液備用。

2.2 傳感器的活化

向 CA0、C00、AE1、CT0 和 AAE5 個(gè)測(cè)試傳感器中分別加入200 μL內(nèi)部溶液，并置于參比溶液中活化24 h備用。向2個(gè)參比電極中加內(nèi)部溶液至液面距離玻璃管頂部約5 mm位置后，置于3.3 mol/L氯化鉀溶液中活化24 h備用。

2.3 常用酸味劑各滋味指標(biāo)相對(duì)強(qiáng)度的測(cè)定

參照文獻(xiàn)[12]中方法進(jìn)行測(cè)定，即：

1）傳感器在陰離子或陽(yáng)離子溶液中洗滌90 s后，于參比溶液1和2中分別洗滌120 s。

2）洗滌后的傳感器在參比溶液3中浸泡30 s，測(cè)得參比溶液的電勢(shì)值Vr。

3）傳感器在樣品中浸泡30 s，測(cè)得電勢(shì)值Vs，Vs-Vr值即為各個(gè)基本味的相對(duì)強(qiáng)度值，其中CA0、C00、AE1、CT0和AAE傳感器分別完成樣品酸、苦、澀、咸和鮮味的評(píng)價(jià)。

4）C00、AE1和AAE3個(gè)傳感器在參比溶液4和5中分別洗滌3 s后于參比溶液6中浸泡30 s，測(cè)得參比溶液電勢(shì)值Vr'，上述3個(gè)傳感器所對(duì)應(yīng)的Vr'-Vr的值即為樣品苦、澀和鮮味的回味。

其中，參比溶液1-6組分相同。

SA402B電子舌系統(tǒng)每個(gè)循環(huán)僅能完成10個(gè)樣品的測(cè)定，故納入本研究的11個(gè)樣品共分2個(gè)循環(huán)完成測(cè)定，為減少系統(tǒng)誤差，每個(gè)循環(huán)測(cè)定時(shí)均設(shè)置檸檬酸樣品為內(nèi)參樣品，并將其各滋味指標(biāo)的值設(shè)置為0。

2.4 統(tǒng)計(jì)分析

每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定4次，為減少系統(tǒng)誤差，僅選取后3次測(cè)量數(shù)據(jù)作為本研究分析的原始數(shù)據(jù)。通過(guò)單因素方差分析（analysis of variance，ANOVA）對(duì)不同酸味劑各滋味指標(biāo)的差異性進(jìn)行分析，使用主成分分析（principal component analysis，PCA）、典范對(duì)應(yīng)分析（canonical correspondence analysis，CCA）、聚類(lèi)分析（cluster analysis，CA） 和多元方差分析（multivariate analysis of variance，MANOVA）對(duì)不同酸味劑滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的差異進(jìn)行分析。使用Matlab 2010b軟件（The MathWorks，Natick，MA，USA） 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，使用 Origin 8.5軟件（OriginLab，MA，USA）作圖。

3 結(jié)果與討論

3.1 常用酸味劑各滋味指標(biāo)的差異性分析

本研究使用電子舌系統(tǒng)對(duì)常用酸味劑的酸味、苦味、澀味、鮮味、咸味、后味A（澀的回味）、后味B（苦的回味）和豐度（鮮的回味）8個(gè)滋味指標(biāo)進(jìn)行了數(shù)字化評(píng)價(jià)，常用酸味劑各滋味指標(biāo)的相對(duì)強(qiáng)度值如圖1所示。

圖1 常用酸味劑各滋味指標(biāo)相對(duì)強(qiáng)度值的箱形圖（n=11）Fig.1 The box plot of relative intensity of each taste index incommonly acidulant samples（n=11）

由圖1可知，納入本研究的11種酸味劑樣品在咸味和酸味2個(gè)指標(biāo)上的差異性較大，其極差值分別為42.94和21.03，其次為苦味、鮮味和澀味，其極差值分別為10.51、9.79和8.52，而在后味A（澀的回味）、豐度和后味B（苦的回味）3個(gè)指標(biāo)上的差異較小，僅為2.83、1.91和1.13。使用SA402B電子舌系統(tǒng)對(duì)食品的滋味品質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，若兩個(gè)樣品在某一個(gè)滋味指標(biāo)上的強(qiáng)度值之差大于1，則該差異即使通過(guò)感官鑒評(píng)的方法也可以區(qū)分開(kāi)來(lái)[5]。由此可見(jiàn)，當(dāng)將常用酸味劑配制成1 g/L濃度時(shí)，部分酸味劑之間在除酸味以外其他滋味指標(biāo)上的差異，即使通過(guò)感官鑒評(píng)的方法亦能予以區(qū)分開(kāi)。常用酸味劑各滋味指標(biāo)的差異性分析如表1所示。

由表1可知，通過(guò)使用SA402B電子舌系統(tǒng)對(duì)1 g/L的常用酸味劑各滋味指標(biāo)進(jìn)行數(shù)字化評(píng)價(jià)時(shí)發(fā)現(xiàn)，馬來(lái)酸、磷酸、酒石酸和乳酸4種酸味劑其酸味強(qiáng)度值顯著高于檸檬酸（P＜0.05），而其他酸味劑呈現(xiàn)出相反的趨勢(shì)（P＜0.05）。有文獻(xiàn)報(bào)道稱(chēng)酒石酸、乳酸和磷酸的酸度均強(qiáng)于檸檬酸，而抗壞血酸酸度低于檸檬酸，若將檸檬酸的酸味強(qiáng)度定義為100，則酒石酸和乳酸為120～130，磷酸為 200～300，抗壞血酸為 50[4]，由此可見(jiàn)該研究結(jié)果與本研究一致。由表1亦可知，相對(duì)于檸檬酸而言，磷酸、乳酸、酒石酸、富馬酸、抗壞血酸、乙酸、琥珀酸和蘋(píng)果酸等均兼有苦味或者澀味。值得一提的是，相對(duì)于其他常用酸味劑，富馬酸具有較強(qiáng)的咸味、鮮味和后味A（澀的回味）。

表1 常用酸味劑各滋味指標(biāo)的差異性分析Table 1 Significance analysis of each taster index in commonly acidulant samples

3.2 基于PCA常用酸味劑滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的差異性分析

本研究使用電子舌系統(tǒng)對(duì)11個(gè)樣品的8個(gè)滋味指標(biāo)進(jìn)行了數(shù)字化評(píng)價(jià)，在構(gòu)建11行×8列矩陣的基礎(chǔ)上，使用PCA、CCA、CA和MANOVA對(duì)常用酸味劑滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的差異性進(jìn)行了分析。經(jīng)PCA發(fā)現(xiàn)，常用酸味劑滋味品質(zhì)的信息主要集中在前3個(gè)主成分，其累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為90.52%。常用酸味劑滋味品質(zhì)的主成分1與主成分2因子載荷圖如圖2所示。

由圖2可知，第一主成分的貢獻(xiàn)率為50.02%，由豐度（鮮的回味）、后味A（澀的回味）和咸味3個(gè)指標(biāo)構(gòu)成，第二主成分的貢獻(xiàn)率為28.96%，由酸味、后味B（苦的回味）和鮮味3個(gè)指標(biāo)構(gòu)成。常用酸味劑滋味品質(zhì)的主成分1與主成分2因子得分圖如圖3所示。

圖2 常用酸味劑滋味品質(zhì)的主成分1與主成分2因子載荷圖Fig.2 Graphical representation of the principal component analysis of the taste profile characterization in commonly acidulant samples showing PC1 vs.PC2：factor loading

圖3 常用酸味劑滋味品質(zhì)的主成分1與主成分2因子得分圖Fig.3 Graphical representation of the principal component analysis of the taste profile characterization in commonly acidulant samples showing PC1 vs.PC2：factor scores

由圖3可知，在以?xún)蓚€(gè)權(quán)重最高的主成分PC1和PC2作圖時(shí)，納入本研究的11個(gè)常用酸味劑樣品在空間排布上呈現(xiàn)出明顯的分離趨勢(shì)：富馬酸主要分布在第一象限，較之其他酸味劑樣品排布明顯偏右；抗壞血酸、乙酸和琥珀酸主要分布在Y軸反方向和第三象限，較之其他酸味劑樣品明顯偏下方；磷酸樣品主要分布在第二象限，較之其他樣品明顯偏左上方；而酒石酸、檸檬酸、L-蘋(píng)果酸、DL-蘋(píng)果酸、乳酸和馬來(lái)酸主要集中在原點(diǎn)附近。由此可見(jiàn)，不同酸味劑樣品其滋味品質(zhì)可能存在一定的差異性。

結(jié)合因子載荷圖（圖2）和因子得分圖（圖3）我們可以定性的認(rèn)為，富馬酸的后味A（澀的回味）和咸味強(qiáng)度、磷酸的酸味和后味B（苦的回味）強(qiáng)度及抗壞血酸、乙酸和琥珀酸的豐度（鮮的回味）強(qiáng)度要明顯高于其他常用酸味劑樣品，該結(jié)果與常用酸味劑各滋味指標(biāo)的差異性分析結(jié)果相同。

3.3 基于CCA常用酸味劑滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的差異性分析

相對(duì)于PCA這一無(wú)監(jiān)督的空間排布方法而言，CCA作為有監(jiān)督的空間排布方法不僅考慮了各指標(biāo)的數(shù)值同時(shí)還考慮了環(huán)境因子，有效彌補(bǔ)了PCA的局限性?；贑CA的常用酸味劑滋味品質(zhì)的評(píng)價(jià)如圖4所示。

圖4 基于典范對(duì)應(yīng)分析的常用酸味劑滋味品質(zhì)的評(píng)價(jià)Fig.4 Canonical correspondence analysis of profile characterization in commonly acidulant samples

由圖4可知，通過(guò)CCA發(fā)現(xiàn)，納入本研究的11個(gè)常用酸味劑樣品在空間排布上亦呈現(xiàn)出明顯的分離趨勢(shì)，其中酒石酸、檸檬酸、L-蘋(píng)果酸、DL-蘋(píng)果酸、乳酸和馬來(lái)酸亦主要集中在原點(diǎn)附近，而富馬酸較之其他酸味劑樣品排布明顯偏右，抗壞血酸、乙酸和琥珀酸主要分布在第三象限，磷酸較之其他酸味劑樣品明顯偏上方。由此可見(jiàn)，CCA結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了PCA結(jié)果，即不同酸味劑樣品其滋味品質(zhì)存在一定的差異性。

3.4 基于CA常用酸味劑滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的差異性分析

馬氏距離在考慮各種數(shù)據(jù)之間關(guān)聯(lián)性的基礎(chǔ)上，可以對(duì)兩個(gè)未知樣本集的相似度進(jìn)行計(jì)算[13]。本研究進(jìn)一步采用基于馬氏距離的聚類(lèi)分析，對(duì)常用酸味劑滋味品質(zhì)的相似性進(jìn)行了評(píng)價(jià)?；隈R氏距離聚類(lèi)的常用酸味劑滋味品質(zhì)的評(píng)價(jià)如圖5所示。

圖5 基于馬氏距離聚類(lèi)的常用酸味劑滋味品質(zhì)的評(píng)價(jià)Fig.5 The evaluation of the characterization profile characterization in commonly acidulant samples based on the Mahalanobis distance analysis

由圖5可知，L-蘋(píng)果酸、DL-蘋(píng)果酸、檸檬酸、乳酸和酒石酸5種酸味劑整體滋味品質(zhì)較為相似，其中酒石酸和乳酸分別與其他4種酸味劑差異均極為顯著（P＜0.001），而 L-蘋(píng)果酸、DL-蘋(píng)果酸和檸檬酸 3種酸味劑間整體滋味品質(zhì)差異不顯著（P＞0.05）?？箟难?、乙酸和琥珀酸3種酸味劑整體滋味品質(zhì)較為相似，其中琥珀酸與其他2種酸味劑差異均極為顯著（P＜0.001），而抗壞血酸和乙酸差異不顯著（P＞0.05）。值得一提的是，富馬酸、磷酸和馬來(lái)酸滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)與其他樣品差異均顯著（P＜0.001）。

4 結(jié)論

本研究采用電子舌和多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相結(jié)合的手段，對(duì)11種常用酸味劑的滋味品質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同酸味劑的整體滋味品質(zhì)差異顯著，且不同酸味劑在咸味、酸味、苦味、鮮味和澀味等基本味指標(biāo)上的差異較大，而在后味A、豐度和后味B等回味指標(biāo)上的差異較小。

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Taste Profile Characterization of Commonly Acidulant by Electronic Tongue Analysis

YANG Xiao-li，ZOU Jin，ZHANG Zhen-dong，ZHANG Yi，WANG Xiang，GUO Zhuang*
（Northwest Hubei Research Institute of Traditional Fermented Food，College of Chemical Engineering and Food Science，Hu Bei University of Arts and Science，Xiangyang 441053，Hubei，China）

The taste profile characterizations of 11 commonly acidulant samples were studied by electronic tongue and multivariate statistics.Although the results showed that there were great differences in basic taste indexes，aftertaste indexes showed opposite trends.The results of analysis of variance indicated that the relative abundance of saltiness，richness，and aftertaste-A were significantly higher in fumaric acid.Through principal coordinate analysis（PCA），canonical correspondence analysis（CCA），and multivariate analysis of variance（MANOVA）showed that there were significant difference in taste profile characterization of different acidulant samples.Thus，the electronic tongue as a kind of modern intelligent sensory instrument shows a great potential in the evaluation of quality for acidulant.

acidulant；electronic tongue；taste；quality evaluation

2016-09-15

10.3969/j.issn.1005-6521.2017.11.031

湖北文理學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（2017）；湖北文理學(xué)院食品新型工業(yè)化學(xué)科群建設(shè)項(xiàng)目（2016）

楊小麗（1996—），女（漢），本科，研究方向：食品生物技術(shù)。

*通信作者：郭壯（1984—），男，講師，博士，研究方向：食品生物技術(shù)。