基于電子舌的果汁飲料貨架期品質(zhì)研究

趙蕓，劉雄飛，吳偉莉，黃一珍，房子舒

（中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院有限公司品牌食品研發(fā)中心，北京102209）

基于電子舌的果汁飲料貨架期品質(zhì)研究

趙蕓，劉雄飛，吳偉莉，黃一珍，房子舒

（中糧營(yíng)養(yǎng)健康研究院有限公司品牌食品研發(fā)中心，北京102209）

利用儀器快速并且準(zhǔn)確評(píng)價(jià)果汁飲料產(chǎn)品的貨架期品質(zhì)一直都是相關(guān)研究的熱點(diǎn)問題。本文利用電子舌設(shè)備對(duì)果汁飲料產(chǎn)品進(jìn)行了貨架期評(píng)價(jià)試驗(yàn)，采用主成分分析法（PCA）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，結(jié)合理化指標(biāo)，并通過感官評(píng)價(jià)小組評(píng)價(jià)對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果表明，電子舌可以很好地依據(jù)不同儲(chǔ)存時(shí)間及條件下的果汁飲料產(chǎn)品特征進(jìn)行分類。電子舌作為一種新型的現(xiàn)代智能感官儀器，在果汁飲料產(chǎn)品貨架期評(píng)價(jià)中有較大的潛力。

果汁飲料；電子舌；貨架期；感官評(píng)定

0　引言

在飲料行業(yè)中產(chǎn)品的貨架期是重要的品質(zhì)指標(biāo)之一，產(chǎn)品貨架期是一個(gè)講時(shí)間長(zhǎng)度的概念，在這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度范圍，食品品質(zhì)得到消費(fèi)者認(rèn)可；如果超過這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度范圍，會(huì)大大增加食品品質(zhì)被認(rèn)可的風(fēng)險(xiǎn)。保質(zhì)期是指預(yù)包裝食品在標(biāo)簽指明的貯存條件下，保持品質(zhì)的期限。保質(zhì)期其實(shí)是一種提法，因?yàn)槭称窂脑牧系恼?，到加工過程中一直在發(fā)生著物理、化學(xué)、微生物上的變化，并不能保證這個(gè)過程的品質(zhì)是一致的。所以，從這個(gè)角度去理解，貨架期是一個(gè)講時(shí)間長(zhǎng)度，這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度是通過對(duì)所采用工藝、儲(chǔ)存方式等因素影響下的一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

依據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道，果汁飲料產(chǎn)品的口感特征分析主要是指人工感官評(píng)價(jià)和理化指標(biāo)這2個(gè)方面[1-2]。傳統(tǒng)的感官測(cè)評(píng)依據(jù)個(gè)人的主觀感覺和經(jīng)驗(yàn)，人為因素較大，這些專家必須擁有特殊的味覺判別能力，在品評(píng)時(shí)能夠比較準(zhǔn)確地給出產(chǎn)品的品質(zhì)等級(jí)。然而，培養(yǎng)專業(yè)的鑒別人員需要經(jīng)過精心挑選，需要投入大量的費(fèi)用和長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn)，才能獲得到可靠的結(jié)果。如何利用電子舌對(duì)果汁飲料進(jìn)行貨架期的有效監(jiān)控，不僅是各個(gè)生產(chǎn)企業(yè)保持和穩(wěn)定其品質(zhì)的客觀要求，也是產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管的迫切需求[3-4]。

本研究主要利用了Smar Tongue公司制造的電子舌技術(shù)，以不同儲(chǔ)存溫度和時(shí)間下的果汁飲料為研究對(duì)象，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行貨架期品質(zhì)評(píng)價(jià)并通過人工感官評(píng)價(jià)加以對(duì)比，同時(shí)結(jié)合理化指標(biāo)測(cè)定，采用主成分分析法（PCA）對(duì)數(shù)據(jù)處理，對(duì)不同儲(chǔ)存條件下的果汁飲料進(jìn)行區(qū)分，為電子舌在果汁飲料貨架期中的品質(zhì)控制提供試驗(yàn)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與設(shè)備

白砂糖，太古股份有限公司提供；檸檬濃縮漿，連豐食品有限公司提供；檸檬香精，芬美意香料（中國(guó)）有限公司提供；果膠，丹尼斯克（中國(guó)）有限公司提供；檸檬酸、檸檬酸鈉，安徽豐原生物化學(xué)股份有限公司提供。

APV-1000型高壓均質(zhì)機(jī)，APV有限公司產(chǎn)品；T-18型分散器，德國(guó)IKA有限公司產(chǎn)品；Tm5型料理機(jī)，美善品多功能食品料理機(jī)公司產(chǎn)品；純水儀，密理博儀器公司產(chǎn)品；bsa2202s-cw/bsa323s-cw型天平，德國(guó)賽多利斯儀器公司產(chǎn)品；色差儀，美國(guó)Hunterlab儀器制造公司產(chǎn)品；電子舌，Smar Tongue公司產(chǎn)品。

1.2試驗(yàn)方法

產(chǎn)品貨架期預(yù)測(cè)方法主要有品質(zhì)損失模型、產(chǎn)品貨架期預(yù)測(cè)模型等。品質(zhì)損失模型主要是描述食品品質(zhì)衰敗速度和多種混合因素共同的作用結(jié)果，產(chǎn)品貨架期預(yù)測(cè)模型是將產(chǎn)品自身的品質(zhì)損失和包裝材料影響相結(jié)合起來[5]。但是，以上2種方法對(duì)產(chǎn)品貨架期預(yù)測(cè)的時(shí)間較長(zhǎng)、效率低、投入大等，為了增加銷售效益，生產(chǎn)廠家都在致力于研究延長(zhǎng)貨架期，而加速破壞性試驗(yàn)（ASLT），食品貨架期加速測(cè)試因此產(chǎn)生了[6]。把最終的產(chǎn)品儲(chǔ)存在比較惡劣的環(huán)境下，通過定期檢驗(yàn)來確定產(chǎn)品保質(zhì)期。在食品加速試驗(yàn)上的手段主要有提高溫度、增加濕度、采用光照等，其中用提高溫度進(jìn)行加速試驗(yàn)的方法是目前使用最為廣泛的方法。將產(chǎn)品選擇放置在不同溫度條件下：4℃冷藏（標(biāo)準(zhǔn)樣品）、38℃下儲(chǔ)存1個(gè)月、38℃下儲(chǔ)存2個(gè)月，放置1～8周來模擬產(chǎn)品貨架期試驗(yàn)。

1.2.1果汁飲料的工藝流程

白砂糖、檸檬濃縮漿等主料溶解→果膠穩(wěn)定劑熱溶解（70～80℃）→檸檬酸、檸檬酸鈉、香精等輔料溶解→定容→預(yù)熱（60～70℃）→均質(zhì)（18～20 MPa）→殺菌（105℃，30 s）→灌裝、冷卻。

1.2.2可溶性固形物含量測(cè)定

通過糖度計(jì)測(cè)定。

1.2.3酸度測(cè)定

稱取5.00 g飲料樣品，置于150 mL三角瓶中，加入100 mL蒸餾水，加入3滴0.5%酚酞指示劑，混勻后用0.100 1 mol/L的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至粉紅色，并且在30 s內(nèi)顏色不退后，記錄消耗的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，代入計(jì)算公式[7]。

計(jì)算飲料的酸度含量：

式中：X——果汁中總酸含量，g/100 g（或g/100 mL）；V1——樣品滴定耗用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；

V0——空白試驗(yàn)耗用NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積，mL；

C——NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；

m——樣品的質(zhì)量，g；

K——換算果汁中適當(dāng)酸的系數(shù)，以檸檬酸計(jì)0.07。

1.2.4pH值測(cè)定

用pH計(jì)測(cè)定。

1.2.5顏色穩(wěn)定性測(cè)定

用色差儀測(cè)定顏色的變化。對(duì)于許多液體來說，顏色都是一個(gè)重要指標(biāo)，是新鮮度和純度的指標(biāo)，包括L值（明亮度）、a值（紅綠值，正值為紅色，負(fù)值為綠色）和b值（黃藍(lán)值，正值為黃色，負(fù)值為藍(lán)色）。

1.2.6電子舌測(cè)定

電子舌是現(xiàn)代化定性定量分析檢測(cè)儀器，利用味覺傳感器或味覺指紋分析儀，由交互敏感傳感器陣列、信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)、測(cè)試平臺(tái)和應(yīng)用軟件4個(gè)部分組成[8]。傳感器陣列由6個(gè)電極（鉑電極、金電極、鈀電極、鎢電極、鈦電極、銀電極）和1個(gè)輔助電極組成一個(gè)獨(dú)立單元機(jī)構(gòu)，再與一個(gè)參比電極共同組成一個(gè)完整的傳感器陣列；信號(hào)調(diào)理系統(tǒng)由信號(hào)激發(fā)單元、信號(hào)調(diào)理單元以及數(shù)據(jù)采集單元組成；測(cè)試平臺(tái)為樣品安置、檢測(cè)提供嚴(yán)格的工作環(huán)境；應(yīng)用軟件是在電腦上運(yùn)行的用于控制電子舌檢測(cè)、分析數(shù)據(jù)、輸出結(jié)果的應(yīng)用程序[9]。

電子舌激發(fā)電勢(shì)和電流響應(yīng)信號(hào)見圖1。

圖1　電子舌激發(fā)電勢(shì)和電流響應(yīng)信號(hào)

通過電子舌對(duì)3款不同儲(chǔ)存條件的產(chǎn)品電信號(hào)圖進(jìn)行分析，比較產(chǎn)品之間的差異。樣品直接倒入電子舌專用燒杯中，在室溫條件下進(jìn)行測(cè)定，每杯樣品15 mL，每個(gè)樣品設(shè)定5個(gè)重復(fù)。

1.2.7消費(fèi)者對(duì)貨架期間產(chǎn)品的喜好度和接受度影響

通過對(duì)感官評(píng)價(jià)員測(cè)試，了解對(duì)貨架期間產(chǎn)品的接受程度及產(chǎn)品在不同儲(chǔ)存時(shí)間和不同儲(chǔ)存溫度時(shí)各屬性的變化區(qū)分情況，并與電子舌結(jié)果進(jìn)行比較，為電子舌在果汁飲料貨架期中的品質(zhì)控制提供試驗(yàn)依據(jù)。

評(píng)價(jià)員是感官評(píng)價(jià)小組成員，并且在過去3個(gè)月內(nèi)喝過且購(gòu)買過果汁飲料產(chǎn)品，飲用頻率在每月1次及以上的；測(cè)試基數(shù)為42人；樣本量設(shè)計(jì)：評(píng)價(jià)員測(cè)試3個(gè)產(chǎn)品；3個(gè)產(chǎn)品采用循環(huán)測(cè)試的順序，可以避免因測(cè)試順序帶來的偏頗。

樣本量設(shè)計(jì)見表1，產(chǎn)品測(cè)試具體評(píng)價(jià)指標(biāo)見表2。

表1　樣本量設(shè)計(jì)

表2　產(chǎn)品測(cè)試具體評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.2.8感官評(píng)定小組人員組成

感官評(píng)定小組成員，通過基本味覺識(shí)別對(duì)甜味的區(qū)別能力來進(jìn)行篩選確定。感官評(píng)定小組由50位公司員工擔(dān)任評(píng)定員（30位女生和20位男生），年齡在25～40歲，都有感官評(píng)定經(jīng)驗(yàn)。過去3個(gè)月內(nèi)喝過且購(gòu)買過果汁、果汁飲料產(chǎn)品，飲用頻率在每月1次及以上。

1.2.9感官評(píng)定樣品準(zhǔn)備

配制樣品使用二級(jí)純水，配制所有的溶液在感官測(cè)定前2 h配好，常溫放置。配制的樣品溶液放在50 mL的一次性小杯，每次提供30～40 mL，并用隨機(jī)3位數(shù)字進(jìn)行編碼，如585，348等。采用隨機(jī)順序上樣。評(píng)價(jià)員在評(píng)定樣品后可以將樣品吐出在水槽內(nèi)，在品嘗每個(gè)樣品間隙休息大約1 min，每組樣品間休息10 min左右，以此來減少上次品嘗樣品余味的影響。評(píng)定時(shí)，使用純凈水或蘇打餅干來去除樣品殘留味道。

感官評(píng)定在公司的感官測(cè)評(píng)室內(nèi)進(jìn)行，測(cè)評(píng)室的溫度恒定在25℃。

1.3數(shù)據(jù)處理與分析

采用主成分分析法進(jìn)行研究。主成分分析（Principal component analysis，PCA）是一種多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，是以排除眾多化學(xué)信息共存中互相重疊的信息，將原變量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使少數(shù)幾個(gè)新變量是原變量的線性組合，同時(shí)這些變量要盡可能多地表征原變量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征而不丟失信息[10]。通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析，從中得到不同貨架期產(chǎn)品之間的差異，作為進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)。

2　結(jié)果與討論

2.1貨架期期間產(chǎn)品的品質(zhì)變化

果汁飲料產(chǎn)品貨架期儲(chǔ)存期間的品質(zhì)變化見表3。

定期測(cè)得其可溶性固形物、酸度、pH值等理化指標(biāo)?？扇苄怨绦挝锖吭谪浖芷趦?nèi)約為9.37，酸度為0.26%～0.28%，pH值為3.56～3.59，沒有明顯變化。

表3　果汁飲料產(chǎn)品貨架期儲(chǔ)存期間的品質(zhì)變化

產(chǎn)品在儲(chǔ)存期間L值的變化見圖2，產(chǎn)品在儲(chǔ)存期間△DE值變化情況見圖3。

圖2　產(chǎn)品在儲(chǔ)存期間L值的變化

圖3　產(chǎn)品在儲(chǔ)存期間△DE值變化情況

果汁飲料產(chǎn)品的顏色在貨架期內(nèi)一直有變化著。由圖2可知，在4℃，38℃下存儲(chǔ)1個(gè)月，38℃下存儲(chǔ)2個(gè)月條件下，L值（明亮度）一直在變化并下降著，樣品顏色由淡黃色慢慢變化顏色加深呈下降趨勢(shì)，顏色變化較明顯。圖3中DE（總色差）是基于L值，a值，b值色差，并作為一個(gè)單獨(dú)的指標(biāo)來表示產(chǎn)品在儲(chǔ)存期間色差變化情況，可看出產(chǎn)品在不同儲(chǔ)存溫度的貨架期間顏色變化差異明顯。

2.2基于電子舌區(qū)分果汁飲料產(chǎn)品貨架期

電子舌數(shù)據(jù)結(jié)果見表4，不同貨架期果汁飲料產(chǎn)品電子舌數(shù)據(jù)主成分分析見圖4。

表4　電子舌數(shù)據(jù)結(jié)果

表4中的特征值為6個(gè)電極值，數(shù)據(jù)為5次重復(fù)測(cè)試樣品的測(cè)量平均值；圖4中6個(gè)記號(hào)點(diǎn)連成的圖形代表此樣品的整體特征，不同樣品的類別間品質(zhì)的不同點(diǎn)、差異可以通過主成分得分的距離表征，樣品距離越近說明樣品品質(zhì)特征越近似。

圖4　不同貨架期果汁飲料產(chǎn)品電子舌數(shù)據(jù)主成分分析

圖4中橫坐標(biāo)主成分1貢獻(xiàn)率為54.4%，縱坐標(biāo)主成分2貢獻(xiàn)率為36.6%，累計(jì)2個(gè)成分的貢獻(xiàn)率為91.0%。當(dāng)貢獻(xiàn)率累計(jì)達(dá)到85%以上時(shí)，就認(rèn)為基本上能用這2個(gè)主成分組成的二維圖來表示整體的信息情況。

從圖4中可以看出，3款不同貨架期產(chǎn)品間PCA分析（主成分分析）中能很好地落在各自的范圍內(nèi)而互不干擾；并且各個(gè)區(qū)域內(nèi)點(diǎn)的離散度比較小，不同儲(chǔ)存條件下的產(chǎn)品之間沒有重合區(qū)域，存在一定的差異，說明電子舌系統(tǒng)可以很好地區(qū)分3種不同儲(chǔ)存條件下貨架期的樣品。

2.3對(duì)果汁飲料產(chǎn)品貨架期喜好度及接受度的評(píng)價(jià)

果汁飲料產(chǎn)品的總體喜好度及接受度情況見表5，果汁飲料產(chǎn)品在儲(chǔ)存期間各屬性變化情況見圖5。

表5　果汁飲料產(chǎn)品的總體喜好度及接受度情況

圖5　果汁飲料產(chǎn)品在儲(chǔ)存期間各屬性變化情況

通過對(duì)評(píng)價(jià)員測(cè)試，樣品選擇在避光的環(huán)境下測(cè)試，避免由于顏色對(duì)評(píng)價(jià)員造成的干擾，評(píng)價(jià)員對(duì)不同儲(chǔ)存條件下的果汁飲料產(chǎn)品進(jìn)行喜好度和接受度評(píng)價(jià)，并與電子舌結(jié)果進(jìn)行比較。得出3個(gè)樣品的喜好度得分介于一般和有點(diǎn)喜歡之間且在95%置信度下有顯著性差異，接受度得分均介于一般和有點(diǎn)接受之間且在95%置信度下有顯著性差異。產(chǎn)品在4℃，38℃下儲(chǔ)存1個(gè)月、38℃下儲(chǔ)存2個(gè)月條件下，花香氣味上有明顯差異。

3　結(jié)論

電子舌設(shè)備作為一種新的現(xiàn)代化智能仿生系統(tǒng)，具有很大的靈活性和可擴(kuò)展性，高靈敏性和信息量豐富，在很多領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。利用電子舌對(duì)果汁飲料產(chǎn)品進(jìn)行貨架期品質(zhì)評(píng)價(jià)，并通過人工感官評(píng)價(jià)加以對(duì)比，同時(shí)進(jìn)行理化指標(biāo)測(cè)定。3款不同貨架期的果汁飲料產(chǎn)品在感官評(píng)價(jià)分析得出具有不同的感官屬性且具有顯著性差異。數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析法（PCA）處理，通過果汁飲料味覺和口感特征的模式識(shí)別分析，電子舌可以對(duì)不同儲(chǔ)存條件下的果汁飲料進(jìn)行完全區(qū)分，并與人工感官評(píng)價(jià)相結(jié)合對(duì)比。通過以上2個(gè)方面的數(shù)據(jù)可以更全面合理地分析不同貨架期果汁飲料產(chǎn)品的口感特點(diǎn)，說明電子舌設(shè)備具有辨別不同果汁飲料貨架期區(qū)分的能力，為電子舌在果汁飲料貨架期中的品質(zhì)控制提供試驗(yàn)依據(jù)，也為食品感官評(píng)價(jià)方法提供了新的研究思路。

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Classification of Shelf Life Quality of Fruit Juice Usin an Electronic Tongue

ZHAO Yun，LIU Xiongfei，WU Weili，HUANG Yizhen，F(xiàn)ANG Zishu
（Brand Food R&D Center，COFCO Nutrition&Health.，Beijing 102209，China）

Use the instrument to fast and accurately evaluate the shelf life of fruit juice drinks products has always been the hot issues in the research.Shelf life of fruit juice beverage products is evalued by using an electronic tongue，the acquired data are analyzed by principal component analysis（PCA），with the physical and chemical index and by sensory panel evaluation results are compared.Results from these analyses demonstrate that electronic tongue technique can be used to distinguish different shelf life of fruit juice from products feature.Electronic tongue as a new type of modern intelligent sensory instrument，has great potential in the fruit juice drinks products shelf life evaluation.

fruit juice drinks；electronic tongue；shelf life；sensory evaluation

TS255.4

A

10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2016.10.032

2016-08-26

趙蕓（1987—），女，在讀碩士，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)與工程。

1671-9646（2016）10b-0012-05