基于電子舌的溫州蜜柑復(fù)合汁品質(zhì)擬合與預(yù)測(cè)

趙 娜,許 琦,潘思軼,徐曉云,王魯峰

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,湖北武漢 430070)

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基于電子舌的溫州蜜柑復(fù)合汁品質(zhì)擬合與預(yù)測(cè)

趙 娜,許 琦,潘思軼,徐曉云,王魯峰*

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院,湖北武漢 430070)

為改善溫州蜜柑汁的風(fēng)味,本研究使用橙汁和杏汁對(duì)溫州蜜柑汁進(jìn)行調(diào)配,并對(duì)調(diào)配的復(fù)合果汁進(jìn)行理化指標(biāo)檢測(cè)和電子舌檢測(cè)。通過建立電子舌7個(gè)傳感器的響應(yīng)值與復(fù)合果汁固酸比、檸檬酸、感官滋味得分的PLS模型,實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫州蜜柑復(fù)合果汁的典型品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行擬合與預(yù)測(cè)。結(jié)果表明:電子舌對(duì)固酸比、檸檬酸、感官滋味的擬合效果較好,擬合相關(guān)系數(shù)分別為0.87、0.90、0.85,均有較好的擬合效果;而電子舌的預(yù)測(cè)效果不理想,擬合結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差大,需要增加更多的樣本來提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。

電子舌,復(fù)合果汁,品質(zhì),擬合,預(yù)測(cè)

溫州蜜柑是寬皮柑橘的主栽品種,約占全國(guó)柑橘總栽植面積的50%[1]。然而我國(guó)溫州蜜柑的加工業(yè)十分滯后,2005年前后鮮銷占柑橘總產(chǎn)量的比例高達(dá)95%,加工用果僅占5%,近些年加工比例有所提高但仍然遠(yuǎn)小于鮮食比例[2]。溫州蜜柑汁因其風(fēng)味寡淡、酸甜不適口而不易被廣大消費(fèi)者接受,在中國(guó)的發(fā)展受阻,因此考慮采用其他果汁進(jìn)行調(diào)配,改善溫州蜜柑汁的風(fēng)味,提高鮮果的利用率。

果汁復(fù)配在歐美等國(guó)家已經(jīng)有大量的研究基礎(chǔ)[3-5],國(guó)內(nèi)也有不同品種如蘋果、草莓、葡萄、西瓜等的復(fù)合果汁投入生產(chǎn)[6-7],果汁正向著品種多樣化的方向發(fā)展。甜橙是最重要的柑橘汁生產(chǎn)原料,約占據(jù)全球柑橘汁市場(chǎng)的95%左右,為消費(fèi)者廣泛接受和喜愛;杏酸甜可口、芳香濃郁,與其它果蔬汁復(fù)配的研究也已見報(bào)道[8-9]。溫州蜜柑復(fù)合汁在日本和韓國(guó)等國(guó)發(fā)展較成熟,早已大量投入生產(chǎn)[10],而我國(guó)關(guān)于電子舌對(duì)溫州蜜柑復(fù)合汁的研究還未見報(bào)道,電子舌在果汁飲料等方面的應(yīng)用也多集中在對(duì)不同品質(zhì)的識(shí)別方面。電子舌對(duì)酒類的品質(zhì)擬合與預(yù)測(cè)已見報(bào)道[11-12],但對(duì)果汁類的研究較少,尤其是溫州蜜柑類。本文以2種溫州蜜柑汁為主料,以錦橙汁和杏汁為輔料進(jìn)行調(diào)配,并以錦橙汁為對(duì)比,利用電子舌對(duì)溫州蜜柑汁的品質(zhì)進(jìn)行分析和預(yù)測(cè),為溫州蜜柑復(fù)合果汁的研究提供一定的方法和理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

浙江宮川溫州蜜柑 華東柑橘實(shí)驗(yàn)站;松滋大葉尾張溫州蜜柑 湖北松滋望春花果汁有限公司柑橘園;重慶錦橙 長(zhǎng)江中游柑橘綜合實(shí)驗(yàn)站;杏 購(gòu)于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)集貿(mào)市場(chǎng);檸檬酸、磷酸 市售分析純;色譜純甲醇 Fisher公司。

Φ660酸度計(jì) 美國(guó)BACKMAN公司;WZ109手持糖量計(jì) 陽(yáng)光億事達(dá)貿(mào)易有限公司;Waters e2695高效液相色譜儀 美國(guó)Waters公司;KQ-300DA數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;JYZ-B530九陽(yáng)榨汁機(jī) 九陽(yáng)股份有限公司;ASTREE味覺指紋分析儀(電子舌) 法國(guó)Alpha MOS 公司,味覺傳感器由ZZ、JE、BB、CA、GA、HA、JB七個(gè)傳感器陣列和一個(gè)Ag/AgCl參比電極組成。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 樣品的制備 兩種溫州蜜柑和錦橙采收洗凈后去皮,采用九陽(yáng)榨汁機(jī)進(jìn)行制汁,果汁榨好后用200目紗布過濾,分裝在玻璃瓶中備用。新鮮杏采購(gòu)后洗凈去皮,利用榨汁機(jī)制汁后用100目紗布過濾,備用。

以溫州蜜柑汁為主料,輔以錦橙汁和杏汁,利用minitab對(duì)兩種果汁進(jìn)行混料設(shè)計(jì)。本研究利用錦橙汁和杏汁對(duì)溫州蜜柑汁進(jìn)行復(fù)配,以溫州蜜柑汁的風(fēng)味改善為主,因此設(shè)計(jì)溫州蜜柑汁的復(fù)配比例為0.4～1.0,錦橙汁的風(fēng)味已被廣大消費(fèi)者接受和喜愛,設(shè)計(jì)其復(fù)配比例為0～0.4,杏汁風(fēng)味濃郁獨(dú)特,為了避免過多掩蓋柑橘汁的風(fēng)味,設(shè)計(jì)其復(fù)配比例為0～0.2。利用Minitab按照設(shè)定的比例范圍進(jìn)行混料設(shè)計(jì),結(jié)果如表1。

表1 混料設(shè)計(jì)結(jié)果Table 1 The results of mixture design

分別對(duì)浙江宮川和松滋尾張兩種蜜柑汁按照表1的比例進(jìn)行調(diào)配,分別記為浙江宮川組A(A1～A9)、松滋尾張組B(B1～B9)。

1.2.2 果汁品質(zhì)的檢測(cè)

1.2.2.1 固酸比 固酸比為可溶性固形物與可滴定酸的比值。可溶性固形物的測(cè)定:手持糖量計(jì)。可滴定酸的測(cè)定:酸堿滴定法。

1.2.2.2 檸檬酸 取檸檬酸0.500g,用流動(dòng)相溶解并定容至100mL以此為母液分別吸取40、16、4、0.8mL定容至100mL,用0.45μm的濾膜過濾后,置于超聲波清洗器中脫氣15min,利用HPLC繪制檸檬酸的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

分別準(zhǔn)確量取解凍過濾后的溫州蜜柑汁和錦橙汁2.5mL,用流動(dòng)相定容至25mL,用0.45μm濾膜過濾后,置于超聲波清洗器中脫氣15min,利用HPLC繪制樣品中檸檬酸的曲線。

色譜條件:流動(dòng)相:pH2.6水(超純水用磷酸調(diào)至2.6)∶甲醇=97∶3;色譜柱:Agilent TC-C18(4.6mm×250mm,5μm);進(jìn)樣體積:10μL;流速:0.5mL/min-C18(4.6mm×250mm,5μm);檢測(cè)波長(zhǎng):210nm;柱溫:25℃;保留時(shí)間:20min。

1.2.2.3 感官評(píng)定 選取10名專業(yè)的感官評(píng)定員,采用類別標(biāo)示法中的5點(diǎn)類別法,分別對(duì)兩組共18個(gè)復(fù)合果汁進(jìn)行色澤、香氣和滋味的評(píng)定。感官評(píng)定總分按照色澤20%、香氣30%、滋味50%的權(quán)重進(jìn)行換算。評(píng)定尺度如表2。

表2 感官評(píng)定尺度Table 2 The evaluation scale of sensory

1.2.3 電子舌檢測(cè)與分析 分別取18種調(diào)配好的溫州蜜柑汁各80mL分別裝入電子舌專用燒杯中,置于自動(dòng)進(jìn)樣裝置上分析,每個(gè)樣品重復(fù)7次,取后6次數(shù)據(jù)分析,測(cè)量時(shí)間為120s,取傳感器在第90s到第120s輸出的數(shù)據(jù),每個(gè)樣品的7個(gè)傳感器響應(yīng)值取6次測(cè)試的平均值。

利用PLS建立模型對(duì)固酸比和檸檬酸以及感官評(píng)定結(jié)果進(jìn)行擬合與預(yù)測(cè),探討電子舌在溫州蜜柑復(fù)合汁風(fēng)味研究上的應(yīng)用。選取A-浙江宮川組和B-松滋尾張組每組的前6組數(shù)據(jù)共12組數(shù)據(jù)用于訓(xùn)練,每組的后3組數(shù)據(jù)共6組數(shù)據(jù)用于預(yù)測(cè),檢測(cè)建立的模型的有效性。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

利用SPSS16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析;運(yùn)用minitab統(tǒng)計(jì)軟件分別對(duì)固酸比、檸檬酸和感官滋味評(píng)分與電子舌傳感器響應(yīng)值建立偏最小二乘回歸方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫州蜜柑復(fù)合汁的品質(zhì)檢測(cè)

分別對(duì)溫州蜜柑復(fù)合汁進(jìn)行固酸比、檸檬酸、感官評(píng)定及電子舌的檢測(cè),各理化指標(biāo)及電子舌傳感器響應(yīng)值如表3。

表3 溫州蜜柑復(fù)合汁理化指標(biāo)及電子舌傳感器響應(yīng)值Table 3 The results of physical and chemical indices and response value of electric tongue of satsuma mandarin

注:X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7分別表示ZZ、JE、BB、CA、GA、HA、JB七個(gè)傳感器響應(yīng)值。2.2 電子舌對(duì)溫州蜜柑復(fù)合汁的擬合與預(yù)測(cè)

溫州蜜柑復(fù)合汁的理化和感官品質(zhì)與傳感器響應(yīng)值建立的PLS模型對(duì)溫州蜜柑汁品質(zhì)進(jìn)行擬合與預(yù)測(cè),對(duì)電子舌評(píng)價(jià)溫州蜜柑汁的品質(zhì)具有重要意義。

2.2.1 電子舌對(duì)溫州蜜柑復(fù)合汁固酸比的擬合與預(yù)測(cè) 對(duì)選定的12組數(shù)據(jù)進(jìn)行偏最小二乘法統(tǒng)計(jì)分析,固酸比與7個(gè)傳感器(X1～X7)響應(yīng)值的擬合結(jié)果如圖1和表4:

p值為0.003,小于顯著水平0.01,表明回歸方程有顯著意義,圖1為建立的固酸比的PLS模型效果圖,相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.8以上,PLS模型有效。可以看出固酸比與電子舌的檢測(cè)結(jié)果有很好的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.8704,建立的PLS模型對(duì)固酸比進(jìn)行預(yù)測(cè)是可行的。溫州蜜柑復(fù)合汁固酸比與電子舌7個(gè)傳感器響應(yīng)值的偏最小二乘回歸方程為:

表4 對(duì)于固酸比的方差分析Table 4 The variance analysis of solid acid ratio

Y1=0.04358×X1+0.00486×X2+0.00342×X3-0.01158×X4+0.00113×X5+0.05029×X6-0.03200×X7-67.168

圖1 固酸比的PLS模型Fig.1 The PLS model of solid acid ratio

利用建立的PLS模型對(duì)剩余的6組電子舌數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)樣品的固酸比,擬合結(jié)果和預(yù)測(cè)結(jié)果如圖2,訓(xùn)練樣本的擬合數(shù)據(jù)點(diǎn)都相對(duì)集中地分布在y=x兩側(cè),擬合效果良好,對(duì)未知樣本的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都分布在y=x的右側(cè),預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)比實(shí)際數(shù)據(jù)偏小。對(duì)訓(xùn)練樣本進(jìn)行擬合的樣本標(biāo)準(zhǔn)差為0.6587,對(duì)未知樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)的樣本標(biāo)準(zhǔn)差為1.2976,擬合效果好于預(yù)測(cè)效果。

圖2 固酸比的擬合與預(yù)測(cè)結(jié)果圖Fig.2 The result of fitting and predict of solid acid ratio

2.2.2 電子舌對(duì)溫州蜜柑復(fù)合汁檸檬酸的擬合與預(yù)測(cè) 對(duì)選定的12組數(shù)據(jù)進(jìn)行偏最小二乘法統(tǒng)計(jì)分析,檸檬酸與7個(gè)傳感器(X1～X7)響應(yīng)值的擬合結(jié)果如圖3和表5。

表5 對(duì)于檸檬酸的方差分析Table 5 The variance analysis of citric acid

p值為0.000,小于顯著水平0.01,表明回歸方程有顯著意義,圖3為建立的PLS模型效果圖,可以看出檸檬酸與電子舌的檢測(cè)結(jié)果有很好的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9038,建立的PLS模型對(duì)固酸比進(jìn)行預(yù)測(cè)是可行的。溫州蜜柑復(fù)合汁檸檬酸與電子舌7個(gè)傳感器響應(yīng)值的偏最小二乘回歸方程為:

Y2=-0.01741×X1+0.00235×X2+0.00025×X3+0.01855×X4+0.00009×X5+0.00654×X6+0.00814×X7-15.236

圖3 檸檬酸的PLS模型Fig.3 The PLS model of citric acid

利用建立的PLS模型對(duì)剩余的6組電子舌數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)樣品的檸檬酸含量,擬合結(jié)果和預(yù)測(cè)結(jié)果如圖4,訓(xùn)練樣本的擬合數(shù)據(jù)點(diǎn)都相對(duì)集中地分布在y=x兩側(cè),擬合效果良好,對(duì)未知樣本的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都分布在y=x的兩側(cè),有兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)遠(yuǎn)離y=x,另外4個(gè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)效果良好。對(duì)訓(xùn)練樣本進(jìn)行擬合的樣本標(biāo)準(zhǔn)差為0.4344,對(duì)未知樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)的樣本標(biāo)準(zhǔn)差為1.7480,擬合效果優(yōu)于預(yù)測(cè)效果。

圖4 檸檬酸的擬合與預(yù)測(cè)結(jié)果圖Fig. 4 The result of fitting and predict of citric acid

2.2.3 電子舌對(duì)溫州蜜柑復(fù)合汁感官滋味的擬合與預(yù)測(cè) 對(duì)選定的12組數(shù)據(jù)進(jìn)行偏最小二乘法統(tǒng)計(jì)分析,感官滋味與7個(gè)傳感器(X1～X7)響應(yīng)值的擬合結(jié)果如圖5和表6。

表6 對(duì)于感官滋味評(píng)分的方差分析Table 6 The variance analysis of the score of taste

p值為0.000,小于顯著水平0.01,表明回歸方程有顯著意義,圖4為建立的PLS模型效果圖,可以看出檸檬酸與電子舌的檢測(cè)結(jié)果有很好的相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)為0.8497,因此,建立的PLS模型對(duì)感官滋味進(jìn)行預(yù)測(cè)是可行的。溫州蜜柑復(fù)合汁感官滋味值與電子舌7個(gè)傳感器響應(yīng)值的偏最小二乘回歸方程為:

Y3=0.00518×X1+0.00009×X2-0.00008×X3+0.03560×X4-0.00018×X5-0.00165×X6-0.02825×X7-6.314

圖5 感官滋味評(píng)分的PLS模型Fig.5 The PLS model of score of taste

利用建立的PLS模型對(duì)剩余的6組電子舌數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)樣品的感官滋味評(píng)分,擬合結(jié)果和預(yù)測(cè)結(jié)果如圖6,訓(xùn)練樣本的擬合數(shù)據(jù)點(diǎn)大都相對(duì)集中地分布在y=x兩側(cè),擬合效果良好,對(duì)未知樣本的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)分布在y=x的兩側(cè),有兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)遠(yuǎn)離y=x,預(yù)測(cè)效果不好,另外4個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)緊挨y=x,預(yù)測(cè)效果良好。對(duì)訓(xùn)練樣本進(jìn)行擬合的樣本標(biāo)準(zhǔn)差為0.4279,對(duì)未知樣本進(jìn)行預(yù)測(cè)的樣本標(biāo)準(zhǔn)差為0.8899,擬合效果優(yōu)于預(yù)測(cè)效果。

圖6 感官滋味評(píng)分的擬合與預(yù)測(cè)結(jié)果圖Fig.6 The result of fitting and predict of score of taste

對(duì)兩組溫州蜜柑復(fù)合果汁的固酸比和檸檬酸含量以及感官滋味評(píng)分與電子舌傳感器響應(yīng)信號(hào)建立偏最小二乘回歸模型,討論電子舌傳感器響應(yīng)值與

固酸比、檸檬酸和感官滋味評(píng)分的相關(guān)性,并利用電子舌對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行了擬合與預(yù)測(cè),結(jié)果表明:電子舌對(duì)固酸比、檸檬酸和感官滋味評(píng)分三個(gè)指標(biāo)的擬合效果良好,對(duì)這三個(gè)指標(biāo)的預(yù)測(cè)效果穩(wěn)定性不高,部分樣本的預(yù)測(cè)效果較差,總體來看,擬合效果優(yōu)于預(yù)測(cè)效果。

3 結(jié)論

為改善溫州蜜柑汁的口感與風(fēng)味,本研究使用橙汁和杏汁對(duì)溫州蜜柑汁進(jìn)行調(diào)配。研究建立了電子舌傳感器響應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度與固酸比值、檸檬酸含量和感官滋味評(píng)分偏最小二乘回歸模型,并利用該模型對(duì)固酸比、檸檬酸和感官滋味結(jié)果進(jìn)行擬合與預(yù)測(cè)。結(jié)果顯示:電子舌對(duì)這三個(gè)指標(biāo)的擬合效果良好,預(yù)測(cè)效果不穩(wěn)定,在檸檬酸濃度為9～12mg/mL范圍內(nèi),電子舌的預(yù)測(cè)效果較好;在滋味評(píng)分6～7分范圍內(nèi),電子舌的預(yù)測(cè)效果較好;而電子舌對(duì)固酸比的預(yù)測(cè)則整體偏低,需增加更多的參考樣本來增加模型的有效預(yù)測(cè)功能。總體來看,利用電子舌建立溫州蜜柑復(fù)合汁風(fēng)味的快速檢測(cè)、預(yù)測(cè)是可行的。

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Fitting and prediction of the quality of compounded satsumamandarin juice based on electric tongue

ZHAO Na,XU Qi,PAN Si-yi,XU Xiao-yun,WANG Lu-feng*

(College of Food Science & Technology,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China)

To improve the flavor of satsuma mandarin,compounded mandarin juice which was mixed with orange juice and apricot juice had been studied. This article focused on the testing of physical and chemical index and electric tongue to the compounded juice. By establishing the PLS model between response value of seven sensor of electric tongue and the score of compounded juice’s soluble solids to acidity ratio,citric acid and sensory taste,the fitting and prediction of typical indices of compounded satsuma mandarin juice had been accomplished by this article. The results showed that the better fitting correlations were 0.87,0.90,0.85 respectively to solid acid ratio,citric acid and sensory taste by electric tongue,however,the prediction effects were not ideal,more samples need to be added to reduce the standard deviation and improve the prediction accurancy.

electric tongue;compounded juice;quality;fitting;predict

2014-05-14

趙娜(1987-),女,碩士研究生,研究方向:果蔬加工。

*通訊作者:王魯峰(1983-),男,博士,講師,研究方向:果蔬加工。

TS255

A

1002-0306(2015)05-0296-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.05.054