基于電子舌技術(shù)的襄陽(yáng)市售米酒滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)

郭 壯,湯尚文,王玉榮,吳 夢(mèng),蔡宏宇,李云捷

(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)的襄陽(yáng)市售米酒滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)

郭 壯,湯尚文,王玉榮,吳 夢(mèng),蔡宏宇,李云捷

(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)

本研究采用電子舌技術(shù)和多變量統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相結(jié)合的手段,對(duì)湖北襄陽(yáng)市市售米酒的滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)分析。結(jié)果表明,41個(gè)市售米酒樣品間基本味覺(jué)和回味指標(biāo)差異均非常顯著(p<0.01),通過(guò)主成分和圍繞中心點(diǎn)的分割算法分析均發(fā)現(xiàn)市售米酒樣品依據(jù)其滋味品質(zhì)均可劃分為兩個(gè)聚類,由冗余分析發(fā)現(xiàn)兩個(gè)聚類間的差異是由于澀味、苦味以及后味A(澀味的回味)等三個(gè)指標(biāo)導(dǎo)致的。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,在米酒的滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)中具有巨大應(yīng)用潛力。

米酒,電子舌,多變量統(tǒng)計(jì)學(xué),品質(zhì)評(píng)價(jià)

食品的滋味品質(zhì)影響消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的接受性和喜好程度,米酒作為發(fā)酵類含酒精飲料而深受消費(fèi)者的喜愛(ài)[1],然而目前國(guó)內(nèi)關(guān)于市售米酒滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)的研究尚少。雖然有學(xué)者采用感官鑒評(píng)的方法對(duì)韓國(guó)市售米酒的滋味品質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)[2-3],然而感官鑒評(píng)受主觀因素影響大,有所表達(dá)的內(nèi)容籠統(tǒng)模糊等不足之處[4],在一定程度上較難保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

智能味覺(jué)分析系統(tǒng),即電子舌,采用了同人舌頭味覺(jué)細(xì)胞工作原理相類似的人工脂膜傳感器技術(shù),可以客觀數(shù)字化的評(píng)價(jià)食品或藥品等樣品的苦味(Bitterness)、澀味(Astringency)、酸味(Sourness)、咸味(Saltiness)和鮮味(Umami)等基本味覺(jué)感官指標(biāo),同時(shí)還可以對(duì)苦的回味(Aftertaste-B)、澀的回味(Aftertaste-A)和豐富度(鮮的回味,Richness)進(jìn)行評(píng)價(jià),具有感受閾值和感知味強(qiáng)度與人保持一致、對(duì)味覺(jué)物質(zhì)有高選擇性且對(duì)一類味覺(jué)物質(zhì)具有整體選擇性、能夠體現(xiàn)味覺(jué)物質(zhì)間的相互作用的特性和建立味覺(jué)標(biāo)尺的特點(diǎn)[5]。目前智能味覺(jué)分析系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于茶飲料[6-7]、魚(yú)肉[8]、葡萄酒[9]、高湯[10]以及啤酒[11]等食品的滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)中,但其在米酒中的應(yīng)用還尚未見(jiàn)報(bào)道。

使用電子舌對(duì)食品的滋味進(jìn)行數(shù)字化評(píng)價(jià)會(huì)得到8個(gè)變量的數(shù)據(jù),為了從這些數(shù)據(jù)中有效挖掘出足夠的信息,引入了各種多變量統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來(lái)研究各滋味指標(biāo)與各樣品之間的關(guān)系是極為必要的。本研究在湖北襄陽(yáng)市采集了41個(gè)市售米酒樣品,擬采用電子舌技術(shù)和多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相結(jié)合的手段,對(duì)襄陽(yáng)市售米酒的滋味進(jìn)行了評(píng)價(jià)和分析。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

分別從襄陽(yáng)市沃爾瑪購(gòu)物廣場(chǎng)、武商購(gòu)物中心、美聯(lián)超市及各早餐攤點(diǎn)購(gòu)買米酒樣品41個(gè)。其中1-25號(hào)、34-36號(hào)、38號(hào)、40號(hào)和41號(hào)等31個(gè)樣品產(chǎn)地為湖北省孝感市,26-28號(hào)、33號(hào)、37號(hào)和39號(hào)等6個(gè)樣品產(chǎn)地為湖北省武漢市,29-32號(hào)等4個(gè)樣品產(chǎn)地為四川省成都市。所有樣品配料均為水、糯米和酒曲,7號(hào)、12號(hào)、24號(hào)、29號(hào)、34號(hào)和37號(hào)樣品亦添加了白砂糖。除此以外,1號(hào)樣品還添加了枸杞(含量>8%)、15號(hào)、35號(hào)和41號(hào)樣品添加了明列子(含量不明)、19號(hào)和21號(hào)樣品添加了桂花(含量不明)。

咸、酸、鮮、苦(+)、苦(-)和澀味的味覺(jué)標(biāo)準(zhǔn)溶液 均由Insent公司提供;氯化鉀、氯化銀、酒石酸和氫氧化鉀 均購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;濃鹽酸和無(wú)水乙醇 分別由西隴化工有限公司和洛陽(yáng)化學(xué)試劑廠提供;農(nóng)藥速測(cè)卡 由廣州綠洲生化科技股份有限公司提供。

SA 402B味覺(jué)分析系統(tǒng) 日本Insent公司,該系統(tǒng)配備5個(gè)測(cè)試傳感器(taste sensor)和2個(gè)參比傳感器(reference sensor),其中AAE、CT0、CA0、AE1和C00測(cè)試傳感器分別用于測(cè)試鮮味、咸味、酸味、澀味還有苦味;SHZ-D水循環(huán)多用真空泵 鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司;LXJ-IIB低速大容量多管離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 米酒樣品的預(yù)處理 稱取200 g米酒樣品,常溫下3000×g離心10 min后,使用快速濾紙對(duì)上清液進(jìn)行過(guò)濾,濾液備用。

1.2.2 電子舌用溶液的配制 將248.2 g氯化鉀溶解于蒸餾水定容至1 L后,加入10 mg氯化銀并攪拌8 h,制得內(nèi)部溶液(internal solution);將2.2365 g氯化鉀和0.045 g酒石酸溶解于蒸餾水后定容至1 L,制得參比溶液(reference solution);將300 mL乙醇和8.3 mL濃鹽酸加水定容至1 L,制得陰離子溶液(Negatively solution);將7.46 g氯化鉀、300 mL乙醇和0.56 g氫氧化鉀加水定容至1 L,制得陽(yáng)離子溶液(Positively solution)。

1.2.3 電子舌傳感器的活化 測(cè)試傳感器的活化:按照電子舌操作說(shuō)明書(shū),從傳感器中取出Ag/AgCl電極后,加入200 μL內(nèi)部溶液,在確定沒(méi)有氣泡后重新組裝傳感器,并置于參比溶液中活化24 h備用。

參比傳感器的活化:從傳感器中取出參比電極后加入內(nèi)部溶液,在確定沒(méi)有氣泡后重新組裝傳感器,并置于3.33 mol/L的KCl溶液中活化24 h備用。

1.2.4 使用電子舌對(duì)米酒樣品進(jìn)行測(cè)定 為保證傳感器相應(yīng)信號(hào)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性,在數(shù)據(jù)采集前味覺(jué)分析系統(tǒng)需進(jìn)行自檢和診斷。為了減少不同批次的米酒樣品測(cè)定過(guò)程中存在的系統(tǒng)誤差,每次進(jìn)行測(cè)定時(shí)均會(huì)添加一個(gè)內(nèi)標(biāo)樣品。按照電子舌操作說(shuō)明書(shū),將100 mL米酒濾液均勻倒在兩個(gè)樣品杯中,傳感器在含有酒精的陰離子或陽(yáng)離子溶液中浸沒(méi)90 s,以便清洗去除傳感器上的吸附物質(zhì)后,在參比溶液1和2中分別洗滌120 s,繼而在參比溶液3中浸泡30 s得到參比溶液電勢(shì)Vr,隨后在待測(cè)樣品中浸泡30 s得到樣品溶液電勢(shì)Vs,通過(guò)不同傳感器Vs-Vr的電勢(shì)差值可對(duì)鮮味、酸味、咸味、苦味、澀味等基本值進(jìn)行評(píng)價(jià);參比溶液4和5中分別洗滌3 s后于參比溶液6中浸沒(méi)30 s,檢測(cè)到電勢(shì)Vr′,通過(guò)Vr′-Vr的電勢(shì)差可檢測(cè)樣品苦味、鮮味或澀味的回味,其中1～6號(hào)參比溶液組分完全相同。每個(gè)米酒樣品重復(fù)測(cè)4次,選取后3次測(cè)量的數(shù)據(jù)作為本研究分析的原始數(shù)據(jù)。

1.2.5 市售米酒部分理化性質(zhì)的測(cè)定 可溶性固形物:采用GB/T12295-90《可溶性固形物含量的測(cè)定—折射儀法》中的折射儀法進(jìn)行測(cè)定。酒精度:采用GB/T 15038-2006《葡萄酒、果酒通用分析方法》中的酒精計(jì)法進(jìn)行測(cè)定。使用農(nóng)藥速測(cè)卡對(duì)米酒中的農(nóng)藥殘留情況進(jìn)行定性分析。

1.2.6 統(tǒng)計(jì)分析 在使用電子舌對(duì)米酒樣品進(jìn)行測(cè)定的基礎(chǔ)上,以41個(gè)樣品的鮮味、酸味、咸味、苦味、澀味、后味-A、后味-B和豐度的測(cè)量數(shù)據(jù)為評(píng)價(jià)指標(biāo),構(gòu)建41行×8列的矩陣進(jìn)而進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。RDA分析采用canoco4.5軟件(Microcomputer Power,NY,USA);通過(guò)調(diào)用R軟件(http://www.r-project.org/)下的‘a(chǎn)de4’包計(jì)算各米酒樣品滋味間的延森-香農(nóng)分歧距離(Jensen-Shannon divergence distances,JSDs),通過(guò)圍繞中心點(diǎn)的分割算法(Partitioning Around Medoids,PAM)對(duì)米酒樣品進(jìn)行聚類分析,并通過(guò)Calinski-Harabasz 指數(shù)(CH Index)確定最佳的聚類數(shù)量;其他分析均采用Matlab 2010b軟件(The MathWorks,Natick,MA,USA)。

2 結(jié)果與討論

2.1 市售米酒各滋味差異性分析

由表1可知,襄陽(yáng)市售41個(gè)米酒樣品其苦味、澀味、酸味、咸味和鮮味等5個(gè)基本味覺(jué)指標(biāo),后味A(澀味的回味)、后味B(苦味的回味)和豐度(鮮味的回味)等3個(gè)基本味的回味指標(biāo)差異均非常顯著(p<0.01)。由總變異值的大小可知,米酒樣品在咸味、苦味和澀味等3個(gè)基本味指標(biāo)上的差異性較大,遠(yuǎn)大于酸味、澀味的回味、鮮味和鮮味的回味。使用電子舌對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)時(shí),只要兩個(gè)樣品在同一指標(biāo)上的差值大于1,則其差異通過(guò)感官鑒評(píng)亦可以區(qū)分出來(lái)。由此可見(jiàn),雖然41個(gè)米酒樣品在苦的回味上差異較小,但是部分樣品間的差異通過(guò)感官鑒評(píng)亦可以區(qū)分出?？辔蹲鳛槊拙谱涛对u(píng)價(jià)的一個(gè)缺陷型指標(biāo),其通常由米酒樣品中的多酚類物質(zhì)、單寧酸、酪胺和酪醇等物質(zhì)引起[12],而澀味作為另外一個(gè)缺陷型指標(biāo),其通常是由于米酒制作過(guò)程中產(chǎn)生的多酚類物質(zhì)等收斂劑與唾液中富含脯氨酸的蛋白質(zhì)結(jié)合而產(chǎn)生[13]。經(jīng)person相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),米酒樣品的苦味與澀味呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)(R=0.953,p<0.001),而與酸味呈顯著負(fù)相關(guān)(R=-0.343,p<0.05)。

表1 基于電子舌技術(shù)的市售米酒樣品各滋味指標(biāo)的差異性分析(n=41)

注:
注:F0.05=1.54,F0.01=1.85。2.2 基于主成分分析的市售米酒滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)

主成分分析法(principal component analysis,PCA)作為一種常用的多元統(tǒng)計(jì)分析方法,其利用降維的思想,根據(jù)各指標(biāo)之間的相關(guān)性,將多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)彼此不相關(guān)的綜合指標(biāo),從而具有減少變量而又盡可能多的捕獲數(shù)據(jù)信息量的作用,該方法在食品尤其是基于電子舌技術(shù)的食品滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)中有廣泛的應(yīng)用[14-15]。因此本研究使用主成分分析法,對(duì)基于電子舌技術(shù)的襄陽(yáng)市售米酒滋味品質(zhì)進(jìn)行整體評(píng)價(jià)分析。

由因子載荷圖(圖1)可知,第一主成分的貢獻(xiàn)率為78.1%,由苦味,豐度(鮮味回味)、后味A(澀味回味)、咸味等4個(gè)指標(biāo)構(gòu)成。第二主成分的貢獻(xiàn)率為18.6%,由酸味、鮮味、后味B(苦味回味)和澀味等4個(gè)指標(biāo)構(gòu)成。

圖1 基于電子舌技術(shù)的市售米酒滋味品質(zhì)的主成分1與主成分2因子載荷圖Fig.1 Graphical representation of theprincipal component analysis of thetaste profile characterization of commercial rice wine byelectronic tongue showing PC1 vs.PC2:Factor loading

由因子得分圖(圖2)可知,41個(gè)米酒樣品的分布呈現(xiàn)出明顯的聚類趨勢(shì),其中7個(gè)樣品的空間排布與其余樣品明顯分離,在因子得分圖上的分布整體偏右,即該7個(gè)米酒樣品的苦味,豐度(鮮味回味)、后味A(澀味回味)和咸味較之其他樣品明顯偏重。值得一提的是,6個(gè)武漢市和4個(gè)成都市生產(chǎn)的米酒樣品其空間排布與多數(shù)孝感樣品具有較大的重疊,沒(méi)有明顯的聚類趨勢(shì),這在一定程度上說(shuō)明納入本研究的不同地域工業(yè)化生產(chǎn)的米酒其整體滋味品質(zhì)差異不大。究其原因可能在于米酒在工業(yè)化生產(chǎn)過(guò)程中所使用的多為商業(yè)化的酒曲,同時(shí)發(fā)酵過(guò)程中溫度更易于控制,在一定程度上減少了微生物的多樣性,從而使得不同產(chǎn)品間的差異較小。此外,部分米酒生產(chǎn)企業(yè)為了保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和使產(chǎn)品具有較好的口感,在產(chǎn)品生產(chǎn)后期使用了檸檬酸等酸味劑,這也在一定程度上減少了產(chǎn)品滋味的差異性。值得一提的是,由于本研究所采集的商業(yè)化米酒樣品多為孝感地區(qū)生產(chǎn),不同區(qū)域生產(chǎn)的樣品其采集數(shù)量的不平衡性可能會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

圖2 基于電子舌技術(shù)的市售米酒滋味品質(zhì)的主成分1與主成分2因子得分圖Fig.2 Graphical representation of theprincipal component analysis of thetaste profile characterization of commercial rice wineby electronic tongue showing PC1 vs.PC2:Factor scores

因?yàn)橹鞒煞址治鲋皇嵌ㄐ缘膶?duì)樣品進(jìn)行空間排布,為了進(jìn)一步判定41個(gè)米酒樣品是否存聚類及存在聚類的數(shù)量,在計(jì)算各米酒樣品滋味間JSDs的基礎(chǔ)上,我們將通過(guò)PAM分析對(duì)米酒樣品進(jìn)行聚類分析,并通過(guò)Calinski-Harabasz(CH)指數(shù)確定其最佳的聚類數(shù)量。

2.3 基于PAM分析的市售米酒滋味品質(zhì)評(píng)價(jià)

由圖3可知,41個(gè)米酒樣品分成2個(gè)聚類時(shí)其CH指數(shù)最高(為68.4),CH指數(shù)通常用來(lái)評(píng)價(jià)聚類分析結(jié)果的可靠性,只有該指數(shù)大于50時(shí)其結(jié)果可具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[16],由此可知,襄陽(yáng)市售米酒樣品依據(jù)整體滋味品質(zhì)可以劃分為兩個(gè)大類。由圖4可知,PAM分析進(jìn)一步證實(shí)納入本研究的不同地域工業(yè)化生產(chǎn)的米酒其整體滋味品質(zhì)差異不大,該結(jié)論與主成分分析結(jié)果相同。為進(jìn)一步研究?jī)蓚€(gè)聚類樣品間的差異,本研究將采用冗余分析(Redundancy analysis,RDA)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

圖3 基于延森-香農(nóng)分歧距離的市售米酒最佳聚類數(shù)分析Fig.3 The optimal cluster number of commercial ricewine using the Jensen-Shannon divergence distances

圖4 基于PAM分析的市售米酒聚類分析Fig.4 The cluster analysis ofcommercial rice wine using the PAM analysis

2.4 不同聚類間的市售米酒樣品滋味差異性分析

冗余分析主要作用是通過(guò)解釋變量的線性組合來(lái)盡最大可能解釋響應(yīng)變量的變異度[17]。根據(jù)PAM分析結(jié)果可知市售的41個(gè)米酒樣品可以分成2個(gè)聚類,因此在RDA分析中以聚類1(Type1)/聚類2(Type2)分組作為起約束作用的解釋變量,用于預(yù)測(cè)和解釋全部8個(gè)滋味指標(biāo)數(shù)據(jù)組成的響應(yīng)變量。分析結(jié)果表明,數(shù)據(jù)中有98.5%的變異度能夠被Type1/Type2分組所解釋。同時(shí)蒙特卡羅置換檢驗(yàn)(MonteCarlo permutation test)表明Type1/Type2分組這一約束因素具有顯著性(p=0.002)。由圖5可知,在全部的8個(gè)滋味指標(biāo)中澀味、苦味以及后味A(澀的回味)等三個(gè)指標(biāo)與RDA排序圖約束軸上的樣本賦值良好相關(guān),因而我們認(rèn)為正是這3個(gè)指標(biāo)的不同導(dǎo)致了聚類1和聚類2兩類米酒樣品整體滋味品質(zhì)存在較大差異。在RDA排序圖中可以看到,澀味、苦味以及后味A(澀的回味)等3個(gè)指標(biāo)均位于圖的右邊(即type2類米酒),這說(shuō)明聚類2中的米酒樣品其澀味、苦味以及澀味的回味均強(qiáng)于聚類1。

圖5 RDA雙序圖Fig.5 Biplot of the RDA注:解釋變量(聚類1/聚類2)由三角表示,左上角顯示蒙特卡羅置換檢驗(yàn)的p值。

3 結(jié)論

本研究表明市售米酒樣品間基本味覺(jué)指標(biāo)和回味指標(biāo)差異均非常顯著,且納入本研究的市售米酒樣品依據(jù)其滋味品質(zhì)可劃分為兩個(gè)聚類,兩個(gè)聚類間的差異是由于澀味、苦味以及后味A(澀味的回味)等三個(gè)指標(biāo)導(dǎo)致的。

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Taste profile characterization of commercial rice wine in Xiangyang by electronic tongue analysis

GUO Zhuang,TANG Shang-wen,WANG Yu-rong,WU Meng,CAI Hong-yu,LI Yun-jie

(Northwest Hubei Research Institute of Traditional Fermented Food,College of Chemical Engineering and Food Science,Hu Bei University of Arts and Science,Xiangyang 441053,China)

In this paper,the taste profile characterizations of commercial rice wine in Xiangyang were studied by electronic tongue and multivariate statistics. The results showed that there were significant difference in basic taste and aftertaste among 41 commercial rice wines. Both principal component analysis(PCA)and partitioning around medoids(PAM)showed all commercial rice wine samples could be divided into two clusters based on taste profile. Meanwhile,astringency,bitterness and aftertaste-A were identified by redundancy analysis(RDA)as key variables significantly associated with the taste profile difference. Thus,the electronic tongue as a kind of modern intelligent sensory instrument shows a great potential in the evaluation of quality for commercial rice wine.

rice wine;electronic tongue;multivariate statistics;quality evaluation

2014-10-27

郭壯(1984-)，男，博士，研究方向：食品生物技術(shù)，E-mail:guozhuang1984@163.com。

湖北文理學(xué)院科研啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)資助項(xiàng)目；湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究計(jì)劃青年人才項(xiàng)目。

TS201.7

A

1002-0306(2015)15-0289-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.15.052