基于電子舌技術的農家自釀葡萄酒滋味品質的比較研究

孫永林，李運書，徐 馨，柯亞捷，魏 冬，王啟會

基于電子舌技術的農家自釀葡萄酒滋味品質的比較研究

孫永林1，李運書2，徐 馨1，柯亞捷1，魏 冬1，王啟會1

（1．湖北文理學院 化學工程與食品科學學院，湖北 襄陽 441053；2．湖北文理學院附屬中學，湖北 襄陽 441053）

通過電子舌技術對農家自釀葡萄酒的滋味品質進行了比較研究，利用主成分分析、非加權組平均法和多元方差分析方法對電子舌傳感電極陣列捕捉到的信號進行分析和識別．結果表明，6組自釀的葡萄酒樣品在滋味品質的整體結構上存在差異，尤其在酸味、苦味、鮮味和豐度上的差異較大．葡萄產地、成熟度、釀造方法和發(fā)酵環(huán)境的不同可能是自釀葡萄酒在滋味上存在差異的原因．

電子舌；多元統(tǒng)計；農家自釀葡萄酒；滋味；品質

葡萄酒是以新鮮葡萄或葡萄汁為原料，經(jīng)全部或部分發(fā)酵釀制而成的酒精飲品，含有多酚、氨基酸、礦物質和維生素等，能直接被人體吸收，具有抗氧化、助消化、促進血液循環(huán)等功效，深受大眾喜愛．隨著人們生活水平的提高和對生活品質的追求，對葡萄酒的消費需求日益增大，越來越多的人更愿意親自動手釀造葡萄酒，并且已經(jīng)逐漸成為一種時尚．與商業(yè)葡萄酒相比，農家自釀葡萄酒因葡萄品種、產地、成熟度、發(fā)酵溫度、發(fā)酵環(huán)境、釀造方法等因素，往往造成釀出的葡萄酒在滋味和品質方面存在差異．

電子舌是近年來模仿哺乳動物的味覺機理發(fā)展起來的一種味覺傳感器技術，主要由味覺傳感器陣列、信號采集器和模式識別系統(tǒng)組成，其工作原理為傳感器中的陣列感受不同的化學物質，將采集到的信號輸入電腦，通過軟件對檢測信號進行分析處理，從而對不同的物質進行識別，以獲得各物質的感官信息［1］．與傳統(tǒng)的人工感官法、化學檢測法相比，電子舌具有客觀性、快捷無損、準確、重復性好等優(yōu)點，已成功應用于白酒［2－3］、黃酒［4－5］、葡萄酒［6－8］、果酒［9］以及飲料［10－11］等產品的質量檢測中．農家自釀葡萄酒因原料來源、加工方式等因素，與商業(yè)葡萄酒在滋味和品質上存在明顯差異．本研究從湖北襄陽地區(qū)采集了6組農家自釀的葡萄酒樣品，結合電子舌和多元統(tǒng)計方法對農家自釀葡萄酒在滋味和品質上的差異進行了檢測，為智能感官技術在食品中的應用提供理論依據(jù)．

1 材料與方法

1．1 材料與儀器

分別從襄陽市所轄的棗陽、宜城、老河口、南漳、保康、?？?個縣采集農家自釀的葡萄酒樣品6組，每組6個重復．6組樣品的葡萄品種要求均為完全成熟的巨峰葡萄（產地為山東省沂水縣），果穗上果粒大小一致，果皮紫黑色，無病蟲害、無破損．利用附著在葡萄表皮上的酵母進行自然發(fā)酵，葡萄破碎后按照1L葡萄汁添加80g蔗糖的比例添加蔗糖，分兩次添加，主發(fā)酵前添加一半，后期發(fā)酵時再添加一半．溫度控制在20－25℃，相對濕度控制在85%左右，經(jīng)80d發(fā)酵結束．同時購買一款市售的干紅葡萄酒（瑞貝卡，葡萄品種：梅洛、赤霞珠，酒精度：12%vol）作為對照．

SA402B電子舌（Electronic tongue，E－tonggue）：日本Insent公司，主要由味覺傳感器、Ag／AgCl參比電極，分析軟件和進樣裝置組成．可檢測待測樣品的酸、甜、咸、苦、澀、鮮味，同時還可以對鮮、苦和澀的回味進行檢測．

1．2 實驗方法

1．2．1葡萄酒的檢測 分別對市售和自釀葡萄酒樣品進行取樣，每組樣品取80 mL倒入燒杯，靜置20 min，

每組樣品重復測定6次．同時將市售的干紅葡萄酒作為對照溶液．

1．2．2數(shù)據(jù)采集 采用SA402B電子舌檢測系統(tǒng)對葡萄酒樣品進行測定．傳感器經(jīng)活化和自平衡后，參照Kobayashi［12］和郭壯等［13］的方法對樣品進行測定．即：傳感器在陽離子和陰離子溶液中洗滌90 s后，在參比溶液中浸泡30s，讀取電勢值Vr；再將傳感器在待測樣品溶液中浸泡30 s，讀取樣品電勢值Vs，Vs與Vr的差值即為鮮、酸、咸、苦和澀味等5個基本味相對強度值；然后將傳感器在參比溶液中洗滌3s．再將傳感器在參比溶液中浸泡30 s，讀取電勢值Vr’，Vr’與Vr的差值即為苦、鮮和澀味等3個基本味的回味相對強度值．

1．2．3統(tǒng)計分析 使用方差分析（analysis of variance，ANOVA）對各滋味指標的差異性進行分析；使用主成分分析（principal component analysis，PCA）、聚類分析（cluster analysis，CA）和多元方差分析（multivariate analysis of variance，MANOVA）對葡萄酒樣品滋味品質整體結構的差異進行分析；分析均采用Matlab 2010b軟件（The MathWorks，Natick，MA，USA）．使用Origin 8．5軟件（OriginLab Corp，MA，USA）畫圖．

2 結果與討論

2．1 農家自釀葡萄酒樣品各滋味差異性分析

由表1可知，納入本研究的6組農家自釀葡萄酒樣品其酸味、苦味、澀味、咸味和鮮味等5個基本味覺指標及后味A（澀味回味）、后味B（苦味回味）和豐度等三個回味指標差異顯著（P＜0．05）．其中，樣品A的后味A較強，樣品B和樣品F具有較強的酸味，酸味強度分別達2．97和3．38．而樣品C的豐度則比較突出，豐度為0．55．可見這6組自釀葡萄酒在滋味上存在明顯差異，經(jīng)調查可知，農家所采購的葡萄在成熟度、產地及釀造方法等方面存在一定的差異，可能造成了自釀葡萄酒在滋味上的不同．

表1 不同葡萄酒樣品各滋味指標的相對強度分析

2．2 市售和農家自釀葡萄酒滋味品質差異性分析

主成分分析法（principal component analysis，PCA）即主分量分析法，是電子舌模式識別算法中最基本的多元統(tǒng)計方法．其實質是從多個變量之間的相互關系入手，將原來多個指標利用降維和簡化的處理技術轉化為少數(shù)幾個綜合指標，從而減少信息維數(shù)．將原始變量轉換到新的坐標系統(tǒng)得到新的變量即為主成分，可用得分圖和載荷因子圖表示主成分分析的結果，在分析過程中，第一主成分是將數(shù)據(jù)的最大方差投影到第一個坐標軸上，第二主成分是將數(shù)據(jù)的次大方差投影到第二個坐標軸上，以此類推［14－16］．本試驗以兩個權重最高的主成分PC1和PC2作圖可得主成分因子得分圖（圖1），從圖1中可以看出，前2維主成分即第一主成分（PC1）和第二主成分（PC2）總貢獻率達91．71%，較好地反映了葡萄酒樣品的絕大部分信息，其中PC1和PC2的貢獻率分別為56．37%和35．34%，且6組自釀的葡萄酒樣品（A－F）在PCA區(qū)分圖中呈現(xiàn)出明顯的聚類趨勢，可能因為各農家在進行葡萄酒釀造時所購買的葡萄產地及釀造方法不同，從而導致6組自釀的葡萄酒樣品在滋味品質上存在一定的差異．

非加權組平均法（unweighted pair－group method with arithmetic means，UPGMA）即距離矩陣法，是一種典型的聚類分析方法，主要用于解決樣品間的分類問題［17］．為進一步驗證PCA分析的結果，我們用UPGMA對農家自釀葡萄酒的滋味整體結構進行了評價（圖2）．由圖可知，6組樣品可分成3個聚類，其中，B樣品和F樣品為第一聚類，A樣品和C樣品為第二聚類，D樣品和E樣品為第三聚類．由此可見，UPGMA結果與PCA結果一致，即農家自釀葡萄酒樣品各自呈現(xiàn)出明顯的聚類趨勢，說明這6組葡萄酒樣品可能具有各自獨特的滋味特征．

圖1 農家自釀葡萄酒滋味品質的主成分1與主成分2因子得分

圖2 基于UPGMA聚類分析的農家自釀葡萄酒滋味品質評價

為進一步驗證通過PCA和UPGMA聚類分析得出的農家自釀葡萄酒滋味品質整體結構存在的差異性，我們采用多元方差分析對PC1和PC2所代表的變異度進行了檢驗，發(fā)現(xiàn)當6組葡萄酒樣品以其釀造方式為分組依據(jù)時，ANOVA檢驗p值顯著（P＜0．001）．這說明，葡萄酒樣品滋味品質的不同是造成因子得分圖中各樣本空間排布呈現(xiàn)明顯區(qū)分的原因．

2．3 農家自釀葡萄酒滋味品質整體結構差異顯著相關指標的鑒定

由因子載荷圖（圖3）可知，第一主成分的貢獻率為56．37%，由后味B、苦味、豐度、鮮味和酸味五個指標構成．第二主成分的貢獻率為35．34%，由后味、澀味、咸味和鮮味三個指標構成．由因子得分圖（圖1）可知，農家自釀葡萄酒中的D和E樣品的空間排布較之其他樣品整體偏右，結合因子載荷圖（圖3）我們可以定性的認為這兩組樣品的后味B、苦味、豐度和鮮味大，而酸味較?。鳤、B和F樣品整體偏左，說明這三組樣品的后味B、苦味、豐度和鮮味小，而酸味較大．C樣品居中且在Y軸方向上偏下，說明后味A、澀味和咸味?。?/p>

圖3 農家自釀葡萄酒滋味品質的主成分1與主成分2因子載荷

圖4 樣品各滋味指標相對強度的箱形圖

對6組樣品各滋味進行相對強度分析可得相對豐度的箱形圖（圖4），由圖可知，農家自釀葡萄酒樣品在酸味、苦味、鮮味和豐度上的差異較大．在澀味、咸味和后味A等3個滋味指標上的差異性較小，極差值均小于1．使用電子舌對食品滋味品質進行評價時，當兩個樣品在某一滋味指標上的差值小于1時，則其差異通過感官鑒評亦不可以區(qū)分出來．說明電子舌同感官一樣對農家自釀葡萄酒具有很好的判別能力，可區(qū)分出各組樣品在酸味、苦味、鮮味和豐度上的差異．

3 結語

本研究結合電子舌技術和多元統(tǒng)計學方法，首次對農家自釀葡萄酒的滋味品質進行了研究，結果發(fā)現(xiàn)，電子舌能夠對農家自釀的葡萄酒樣品進行區(qū)分，并對相同或相似滋味的葡萄酒進行聚類，給出了樣品的總體屬性指標，也能按照酸、苦、澀、咸和鮮的規(guī)律給出辨識結果．6組葡萄酒樣品具有不同的風味，尤其在酸味、苦味、鮮味和豐度上的差異較大，葡萄產地、成熟度、釀造方法和發(fā)酵環(huán)境的不同可能是自釀葡萄酒在滋味上存在差異的原因．

致謝：感謝化學工程與食品科學學院郭壯老師給予的指導．

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A Comparative Study on the Taste Profile Characterization of Home－brewed Grape Wine Based on the E－tongue Technology

SUN Yonglin1，LI Yunshu2，XU Xin1，KE Yajie1，WEI Dong1，WANG QiHui1
（1．School of Chemical Engineering and Food Science，Hubei University of Arts and Science，Xiangyang 441053，China；2．High School Affiliated to Hubei University of Arts and Science，Xiangyang 441053，China）

The taste profile characterizations of home－brewed grape wine were studied via e－tongue technology．The signals captured by sensing electrode array of electronic tongue were analyzed and identified by principal com?ponent analysis（PCA），unweighted pair－group method with arithmetic means（UPGMA）and MANOVA analy?sis．The results showed that there were significant differences in the overall structure of the taste quality between the 6 home－brewed grape wines，particularly sourness，bitterness，freshness and richness．Grape sources，maturity，brewing method and fermentation conditions could be responsible for the difference in taste between home－brewed grape wine samples．

e－tongue；multivariate statistics；home－brewed grape wine；taste；quality

TS261

A

2095－4476（2017）05－0020－04

（責任編輯：徐 杰）

2016－11－21；

2017－02－22

湖北文理學院教師科研能力培育基金（2016zk017）

孫永林（1973— ），女，湖北襄陽人，湖北文理學院化學工程與食品科學學院副教授．