宜賓芽菜風(fēng)味的感官鑒定與電子鼻分析的相關(guān)性研究

楊長平，顧思遠(yuǎn)，孫俊秀，范文教*，羅素琴

（1.四川旅游學(xué)院烹飪與食品實(shí)驗(yàn)管理中心，四川成都610100；2.四川旅游學(xué)院食品學(xué)院，四川成都610100；3.四川宜賓碎米芽菜有限公司，四川宜賓44002）

宜賓芽菜風(fēng)味的感官鑒定與電子鼻分析的相關(guān)性研究

楊長平1，顧思遠(yuǎn)1，孫俊秀2，范文教2*，羅素琴3

（1.四川旅游學(xué)院烹飪與食品實(shí)驗(yàn)管理中心，四川成都610100；2.四川旅游學(xué)院食品學(xué)院，四川成都610100；3.四川宜賓碎米芽菜有限公司，四川宜賓44002）

以宜賓芽菜為研究對(duì)象，利用人工感官鑒定對(duì)不同發(fā)酵時(shí)期的芽菜風(fēng)味屬性進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用主成分分析法（PCA）和判別因子分析法（DFA）研究電子鼻技術(shù)區(qū)分辨別不同發(fā)酵期芽菜風(fēng)味的能力；同時(shí)采用偏最小二乘法（PLSR）將芽菜風(fēng)味的感官鑒定結(jié)果與電子鼻傳感器進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果表明，電子鼻能夠有效區(qū)分不同發(fā)酵時(shí)期的芽菜風(fēng)味，傳感器LY2/gCT、LY2/gCT1、LY2/LG、LY2/G、T30/1和P30/2與芽菜醬腌味相關(guān)性較好，傳感器P10/2、P40/2、A2和P30/1與芽菜鮮味相關(guān)性良好，傳感器T70/2和TA2與芽菜酸味相關(guān)性高度一致，傳感器P10/1、T40/1、T40/2、LY2/Gh和P40/1與余味殘留、整體風(fēng)味這兩個(gè)芽菜感官屬性指標(biāo)相關(guān)性較為一致。研究結(jié)果可為宜賓芽菜在生產(chǎn)過程中的風(fēng)味監(jiān)控提供新的技術(shù)途徑。

宜賓芽菜；風(fēng)味；感官鑒定；電子鼻；相關(guān)性

宜賓芽菜是蔬菜發(fā)酵制品，以香、甜、嫩、鮮等獨(dú)特風(fēng)味而聞名，為宜賓傳統(tǒng)名特產(chǎn)，是四川主要腌菜產(chǎn)品之一[1]。宜賓芽菜生產(chǎn)工藝主要是采用傳統(tǒng)的固態(tài)發(fā)酵醬腌菜工藝，由葉用芥菜（二平樁）的葉柄為原料，經(jīng)劃條、鹽腌再加紅糖、香辛料等物質(zhì)，然后進(jìn)行二次腌漬等工藝流程加工而成[2]?？诟泻惋L(fēng)味是芽菜最為關(guān)鍵的品質(zhì)屬性。固態(tài)發(fā)酵芽菜生產(chǎn)工藝中，芽菜的風(fēng)味與腌漬發(fā)酵過程中優(yōu)勢(shì)發(fā)酵菌群的生長情況息息相關(guān)，易受影響而發(fā)生起伏波動(dòng)[3]。目前，對(duì)芽菜發(fā)酵風(fēng)味形成的監(jiān)控主要依靠人工感官鑒定和理化指標(biāo)進(jìn)行。而感官鑒定不僅要求鑒定認(rèn)為對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)味屬性具有一定的認(rèn)知，還存在很強(qiáng)的主觀隨意性，極易受心理因素、身體情況、評(píng)鑒次序等因素影響；理化指標(biāo)的檢測(cè)不僅費(fèi)時(shí)，且因芽菜發(fā)酵環(huán)境復(fù)雜，易影響其與芽菜風(fēng)味屬性的相關(guān)性。

隨著現(xiàn)代仿生科技的進(jìn)步，特別是智能感官技術(shù)的發(fā)展，逐步開發(fā)出模擬人類的視覺、嗅覺、味覺、聽覺、觸覺等感官仿生儀器，克服感官鑒定帶來差異性、疲勞性、主觀性及不能量化等問題的影響。電子鼻（electronic nose，EN）是20世紀(jì)90年代快速發(fā)展的模仿人體味覺感官、識(shí)別物質(zhì)風(fēng)味的電子設(shè)備儀器[4]。具體的說，電子鼻是利用氣體傳感器陣列的響應(yīng)曲線來識(shí)別氣味的電子系統(tǒng)，是一種通過采集樣品揮發(fā)性成分整體信息來評(píng)價(jià)樣品的新技術(shù)[5]。電子鼻技術(shù)具有客觀、準(zhǔn)確快捷和和重現(xiàn)性好等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于白酒[6]、食醋[7]、人參[8]、食用油[9]、牛奶[10]等食品的氣味識(shí)別，但對(duì)食品風(fēng)味屬性的電子鼻分析與人工感官鑒定結(jié)果的相關(guān)性研究目前還十分缺乏。本研究將電子鼻技術(shù)應(yīng)用于四川宜賓芽菜不同發(fā)酵時(shí)期的風(fēng)味變化識(shí)別，并結(jié)合偏最小二乘法研究芽菜風(fēng)味的感官鑒定結(jié)果與電子鼻傳感器分析結(jié)果的相關(guān)性，旨在建立一種快速、簡(jiǎn)便、實(shí)用的芽菜風(fēng)味屬性的電子鼻識(shí)別分析方法，為相關(guān)企業(yè)控制芽菜風(fēng)味提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

不同芽菜發(fā)酵期（60 d（樣品1號(hào)）、105 d（樣品2號(hào)）、150 d（樣品3號(hào)）、195 d（樣品4號(hào)）、240 d（樣品5號(hào)））樣品：四川宜賓碎米芽菜有限公司提供；試驗(yàn)所用試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

FOX4000系統(tǒng)電子鼻：法國AlphaM.O.S公司；FALLC4N分析天平：常州市衡正電子儀器有限公司；HWS-250恒溫恒濕箱、HWS-12電熱恒溫水浴鍋：寧波江甫儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 芽菜風(fēng)味屬性的感官鑒定

感官評(píng)定試驗(yàn)參考美國化學(xué)協(xié)會(huì)（associationofofficial analyticalchemists，AOAC）規(guī)定的方法進(jìn)行[11]。規(guī)定感官最高分值為10分。由學(xué)校12名烹飪專業(yè)學(xué)生組成感官鑒定小組進(jìn)行評(píng)定，參照農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 872—2004《芽菜》[12]。以10分制對(duì)醬腌味、芽鮮味、芽酸味三個(gè)風(fēng)味屬性和余味殘留、整體風(fēng)味兩個(gè)指標(biāo)打分，其中打分標(biāo)準(zhǔn)如下：0～2分—可無可有；2～4分—風(fēng)味較弱；4～6分—風(fēng)味中等；6～8分—風(fēng)味較強(qiáng)；9～10分—風(fēng)味突出。

1.3.2 電子鼻檢測(cè)參數(shù)

芽菜樣品經(jīng)切碎研磨、攪拌均勻后，稱取5 g樣品，于10 mL頂空瓶中，加蓋密封。檢測(cè)參數(shù)為：載氣（合成干燥空氣）流速150 mL/min，頂空產(chǎn)生時(shí)間900 s，頂空產(chǎn)生溫度60℃，攪拌速度600 r/min，進(jìn)樣體積3 mL，數(shù)據(jù)采集時(shí)間120 s，延滯時(shí)間360 s，每個(gè)樣子重復(fù)采集6次，取較穩(wěn)定的3次數(shù)據(jù)。

1.3.3 電子鼻數(shù)據(jù)處理

樣品數(shù)據(jù)經(jīng)Alphasoft11.0統(tǒng)計(jì)分析軟件導(dǎo)出，采用主成分分析[13]、判別因子分析[14]，偏最小二乘法[15]進(jìn)行分析，由Origin軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 芽菜不同發(fā)酵期風(fēng)味的感官評(píng)鑒

目前人工感官鑒定的指標(biāo)雖不能完全量化，且容易受評(píng)定者感覺差異、味覺疲勞等主觀因素的干擾，但此法操作簡(jiǎn)單，直觀性強(qiáng)，能快速評(píng)價(jià)出產(chǎn)品的優(yōu)劣，適合對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的初步評(píng)價(jià)評(píng)定，目前仍然是世界各國廣泛采用和承認(rèn)的方法[16-17]。通過對(duì)芽菜不同發(fā)酵期的醬腌味、鮮味、酸味三個(gè)風(fēng)味屬性和余味殘留、整體風(fēng)味兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行人工感官評(píng)鑒，通過方差統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如表1所示。

表1 芽菜不同發(fā)酵期風(fēng)味的感官評(píng)鑒結(jié)果Table 1 Sensory evaluation results of Yacai flavor with different fermentation periods

由表1可知，芽菜不同發(fā)酵時(shí)期的風(fēng)味屬性中，醬腌味、芽鮮味余味殘留、整體風(fēng)味這四個(gè)指標(biāo)之間具有顯著性差異（P＜0.05），且數(shù)值都呈遞增的趨勢(shì)，說明芽菜風(fēng)味在發(fā)酵過程中逐漸形成，同時(shí)也表明人工感官評(píng)鑒性能夠較好的區(qū)分不同發(fā)酵期芽菜的風(fēng)味。在整體風(fēng)味上，芽菜發(fā)酵105 d、150 d和195 d、240 d這兩組數(shù)據(jù)差異并不顯著，說明芽菜發(fā)酵到中后期時(shí)，人工感官評(píng)鑒對(duì)整體風(fēng)味的區(qū)分力有所減弱。在芽菜酸味上，整個(gè)發(fā)酵中期變化差異不大，處于較弱風(fēng)味。這一結(jié)論與鄧靜等[18]在對(duì)宜賓芽菜發(fā)酵過程中風(fēng)味物質(zhì)動(dòng)態(tài)變化研究中發(fā)現(xiàn)，芽菜在整個(gè)發(fā)酵周期中有機(jī)酸總的含量變化不大，但賦予芽菜鮮味的有機(jī)酸含量增加的研究結(jié)果一致。

2.2 芽菜不同發(fā)酵期的電子鼻分析

2.2.1 基于主成分分析法的分析效果

主成分分析（principle component analysis，PCA）是一種將多個(gè)變量通過線性變換以選出較少個(gè)數(shù)重要變量的多元統(tǒng)計(jì)分析方法[19]。芽菜不同發(fā)酵期的主成分分析就是對(duì)電子鼻傳感器收集到的多指標(biāo)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和降維，并對(duì)降維后的有效特征向量進(jìn)行線性分類，最后在PCA圖上形成兩維圖。一般認(rèn)為，降維后的主成分貢獻(xiàn)率越大，說明越好地反映原來多指標(biāo)的信息，當(dāng)累計(jì)貢獻(xiàn)率超過70%時(shí)，所選用的主成分就可以反映原來所有變量的整體特征信息值[20]。芽菜不同發(fā)酵期的PCA分析圖見圖1。

圖1 不同芽菜發(fā)酵期的PCA分析圖Fig.1 PCA analysis chart of Yacai sample during different fermentation periods

由圖1可知，主成分1和主成分2的貢獻(xiàn)率分別為97.129%和2.303%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為99.432%，表明所選取的前2個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的有效特征向量能夠充分反映所測(cè)樣品的整體指標(biāo)信息。從聚類效果來看，不同發(fā)酵期的芽菜分別聚類在PCA圖中的不同區(qū)域，且沒有重疊區(qū)域，說明區(qū)分效果顯著；從聚類區(qū)域分布趨勢(shì)曲線分析來看，隨著芽菜發(fā)酵時(shí)間的增加，PCA分析聚類在主成分1方向先呈遞增趨勢(shì)而后遞減，在主成分2方向呈遞降趨勢(shì)。

2.2.2 基于判別因子分析法的分析效果

判別因子分析（discriminant factorial analysis，DFA）是通過已知樣本數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫后對(duì)未知樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行定性判別的統(tǒng)計(jì)分析方法[20]。利用該方法可以重新組合電子鼻傳感器數(shù)據(jù)將同組間樣品變量差距盡最大可能縮小，而使不同組間的樣品變量差距盡可能擴(kuò)大，從而得到區(qū)分各類樣品的效果[21]。不同芽菜發(fā)酵期樣品的DFA分析圖見圖2。

圖2 不同芽菜發(fā)酵期的DFA分析圖Fig.2 DFA analysis chart of Yacai sample during different fermentation periods

由圖2可知，前2個(gè)判別因子的貢獻(xiàn)率分別為95.927%、4.062%，累計(jì)貢獻(xiàn)率99.989%，可見用DFA分析方法可以將不同發(fā)酵期的芽菜樣品區(qū)分開來，而且區(qū)分度良好。

2.2.3 芽菜不同發(fā)酵期的指紋分辨指數(shù)

為了更好的量化電子鼻對(duì)不同發(fā)酵期芽菜樣品的區(qū)分效果，對(duì)不同樣品的電子鼻傳感信號(hào)分散百分比與圖譜峰面積的比例進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，形成指紋分辨指數(shù)，主要用于明確地比較樣品間區(qū)分度[22]。不同發(fā)酵期芽菜樣品間的指紋分辨指數(shù)如表2所示。

表2 芽菜不同發(fā)酵期樣品的分辨指數(shù)Table 2 Fingerprint distinguish indexes of Yacai sample

由表2可知，樣品1與3、4、5，樣品2與4、5的分辨指數(shù)均超過90%，區(qū)分度顯著；除樣品4與5的分辨指數(shù)為78.65%，區(qū)分度較為不理想外，其余樣品間的分別指數(shù)均在85%以上，結(jié)果與PCA和DFA的分析結(jié)果一致。結(jié)果表明，芽菜不同發(fā)酵期樣品的電子鼻識(shí)別度非常高。

2.3 芽菜感官屬性與電子鼻傳感器響應(yīng)的相關(guān)性分析

偏最小二乘法是集主成分分析、典型相關(guān)分析和多元線性回歸分析3種分析方法的優(yōu)點(diǎn)于一身。它原理與主成分分析法一致，都是以提取出反映數(shù)據(jù)變異的最大信息，不同的是主成分分析法只考慮一個(gè)自變量矩陣，而偏最小二乘法是多變量[23]。為實(shí)現(xiàn)對(duì)芽菜感官屬性與電子鼻傳感器響應(yīng)的相關(guān)性分析，實(shí)驗(yàn)采用偏最小二乘回歸法，以電子鼻的18根傳感器響應(yīng)值為自變量X，以芽菜的醬腌味、鮮味、酸味、余味殘留和整體風(fēng)味五個(gè)感官屬性指標(biāo)為自變量Y，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，偏最小二乘法（partial least squares regression，PLSR）載荷圖如圖3所示。

圖3 感官屬性與電子鼻傳感器相關(guān)性PLSR分析圖Fig.3 PLSR analysis plot of correlation between sensory attributes and electronic nose sensors

由圖3可知，芽菜感官屬性與電子鼻傳感器的PLSR相關(guān)性模型方差貢獻(xiàn)率分別為12.927%、81.291%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為94.218%。說明模型的自變量X和Y已經(jīng)能夠較為有效反映出樣品的信息特征，可以體現(xiàn)芽菜樣品的整體信息；同時(shí)，電子鼻18根傳感器和芽菜5個(gè)感官屬性指標(biāo)全部落在兩個(gè)橢圓（大的橢圓表示100%的方差貢獻(xiàn)率，小的橢圓表示50%的方差貢獻(xiàn)率）之間，說明所建模型對(duì)這兩自變量具有很好的解釋能力；此外，在電子鼻傳感器和芽菜感官屬性指標(biāo)的相關(guān)性上，傳感器LY2/gCT、LY2/gCT1、LY2/LG、LY2/G、T30/1和P30/2與醬腌味相關(guān)性較好，傳感器P10/2、P40/2、A2和P30/1與鮮味相關(guān)性良好，傳感器T70/2和TA2與酸味相關(guān)性較好，傳感器P10/1、T40/1、T40/2、LY2/Gh和P40/1與余味殘留、整體風(fēng)味這兩個(gè)感官屬性指標(biāo)相關(guān)性較為一致。3結(jié)論

利用電子鼻對(duì)不同芽菜發(fā)酵期樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)，并與人工感官鑒定結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析。人工感官鑒定結(jié)果表明，芽菜不同發(fā)酵時(shí)期的風(fēng)味屬性中，醬腌味、鮮味余味殘留、整體風(fēng)味這四個(gè)指標(biāo)之間具有顯著性差異（P＜0.05），說明人工感官評(píng)鑒性能夠較好的區(qū)分不同發(fā)酵期芽菜的風(fēng)味；通過對(duì)獲得的電子鼻傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析和判別因子分析，結(jié)果表明電子鼻都能有效區(qū)分不同芽菜發(fā)酵期樣品，區(qū)分效果良好，樣品間最高指紋分辨指數(shù)可達(dá)96.32%；采用偏最小二乘法可較好得到芽菜風(fēng)味感官屬性指標(biāo)與電子鼻傳感器的相關(guān)性。研究結(jié)果可為宜賓芽菜在生產(chǎn)過程中的風(fēng)味監(jiān)控提供新的技術(shù)途徑。

[1]左勇，王小龍，葉碧霞，等.基于高通量測(cè)序?qū)σ速e芽菜中細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)分析[J].食品工業(yè)科技，2016，37（10）：242-245，250.

[2]徐坤，雷激，李博，等.芽菜腌制過程中理化指標(biāo)的動(dòng)態(tài)研究[J].中國釀造，2010，29（1）：29-32.

[3]尹曦，蒲彪，陳安均，等.四川宜賓芽菜中乳酸菌分離篩選及菌相分析[J].食品科學(xué)，2013，34（3）：163-168.

[4]GHASEMI-VARNAMKHASTI M,LOZANO J.Electronic nose as an innovative measurement system for the quality assurance and control of bakery products:A review[J].Eng Agr Environ Food,2016,9(4):365-374.

[5]者為，王明鋒，朱保昆，等.電子鼻在煙用香精香料檢測(cè)中的應(yīng)用[J].食品工業(yè)，2010（1）：93-95.

[6]徐晚秀，李臻峰，張振，等.基于電子鼻的中國白酒酒齡檢測(cè)[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2016，42（2）：144-149.

[7]JO Y H,CHUNG N H,PARK S W,et al.Application of E-tongue, E-nose,and MS-E-nose for discriminating aged vinegars based on taste and aroma profiles[J].Food Sci Biotechnol,2016,25(5):1313-1318.

[8]CUI S,WU J,WANG J,et al.Discrimination of American ginseng and Asian ginseng using electronic nose and gas chromatography-mass spectrometry coupled with chemometrics[J].J Ginseng Res,2017,41(1): 85-95.

[9]胡國梁，徐立榮，許生陸，等.基于電子鼻的食用油氧化判別分析[J].食品科學(xué)，2016，37（20）：141-145.

[10]宋慧敏，蘆晶，呂加平，等.基于電子鼻和電子舌對(duì)牛奶加熱程度及風(fēng)味變化的評(píng)價(jià)[J].中國乳品工業(yè)，2016（2）：12-15.

[11]AOOA Chemists.Journal of the association of official analytical chemists[J].Ass Off Anal Chem,1990,190(5):9-12.

[12]中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.NY/T 872—2004芽菜[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[13]中華人民共和國衛(wèi)生部.GB 4789.2—2010菌落總數(shù)測(cè)定[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[14]LI Q,YU X,XU L,et al.Novel method for the producing area identification of Zhongning Goji berries by electronic nose[J].Food Chem, 2017,221:1113-1119.

[15]AMPUERO S,BOSSET J O.The electronic nose applied to dairy products:a review[J].Sensor Actuat B:Chem,2003,94(1):1-12.

[16]VESTERGAARD J S,HAUGEN J E,BYRNE D V.Application of an electronic nose for measurements of boar taint in entire male pigs[J]. Meat Sci,2006,74(3):564-577.

[17]汪浩明.食品檢驗(yàn)技術(shù)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2009：25-37.

[18]鄧靜，張良，楊志榮.宜賓芽菜發(fā)酵過程中風(fēng)味物質(zhì)動(dòng)態(tài)變化[J].食品科學(xué)，2013，34（16）：243-246.

[19]范文教，易宇文，賈洪鋒，等.川味發(fā)酵香腸的電子舌識(shí)別研究[J].中國釀造，2013，32（2）：144-147.

[20]ZHANG X,WEI W,HU W,et al.Accelerated chemotaxonomic discrimination of marine fish surimi based on Tri-step FT-IR spectroscopy and electronic sensory[J].Food Control,2017,73:1124-1133.

[21]PERIS M,ESCUDER-GILABERT L.Electronic noses and tongues to assess food authenticity and adulteration[J].Trends Food Sci Technol, 2016,58:40-54.

[22]范文教，孫俊秀，徐坤，等.宜賓芽菜發(fā)酵后熟期的電子鼻識(shí)別研究[J].中國釀造，2013，32（6）：72-72.

[23]秦藍(lán)，李鳳華，田懷香，等.雞精調(diào)味料人工感官評(píng)價(jià)與電子鼻感官分析的相關(guān)性研究[J].食品與機(jī)械，2014，30（4）：11-13，42.

Correlation between sensory evaluation and electronic nose sensors analysis of Yibin Yacai flavor

YANG Changping1,GU Siyuan1,SUN Junxiu2,FAN Wenjiao2*,LUO Suqin3
(1.Cuisine and Food Experiment Management Center,Sichuan Tourism University,Chengdu 610100,China; 2.College of Food Science and Technology,Sichuan Tourism University,Chengdu 610100,China; 3.Sichuan Yibin Suimi-yacai Co.,Ltd.,Yibin 644002,China)

The flavor of Yibin Yacai with different fermentation periods were evaluated by sensory evaluation and analyzed by electronic nose sensor, respectively.The distinguish ability was analyzed by principal component analysis(PCA)and discrimination factor analysis(DFA).The correlation of the sensory evaluation and electronic nose sensor test was analyzed by partial least squares regression(PLSR).Results showed that electronic nose can effectively recognize Yacai flavor with different fermentation periods,and there were better correlation between sensors LY2/gCT,LY2/gCT1, LY2/LG,LY2/G,T30/1,P30/2 and sauce pickled flavor of Yacai;sensors P10/2,P40/2,A2,P30/1 and umami flavor,sensors T70/2,TA2 and sour flavor;sensors P10/1,T40/1,T40/2,LY2/Gh,P40/1 and retention flavor and overall flavor.The results could provide a new technology for the detection of Yibin Yacai flavor with different fermentation time.

Yibin Yacai;flavor;sensory evaluation;electronic nose;correlation

TP29；TS209

0254-5071（2017）06-0059-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.06.012

2017-02-06

四川省科技廳富民強(qiáng)縣項(xiàng)目（2015）；四川省教育廳科研創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（15TD0033）

楊長平（1977-），男，副教授，碩士，主要從事食品化學(xué)、食品營養(yǎng)方面的研究工作。

*通訊作者：范文教（1980-），男，講師，博士，主要從事食品化學(xué)、食品保鮮方面的研究工作。