電子舌對果醬的區(qū)分識別研究

楊天意，蔣云升，吳鵬，吳丹楓，謝靜，王恒鵬，夏育成

(揚州大學(xué) 旅游烹飪(食品科學(xué)與工程)學(xué)院，江蘇 揚州 225000)

果醬的制成主要是以新鮮果蔬為原料，其中加入糖、酸、增稠劑等輔料，經(jīng)軟化、去皮、打漿、濃縮等一系列工藝流程加工而成的凝膠狀食品，因果醬中含有天然的果酸，有著增強(qiáng)食欲、幫助消化、促進(jìn)消化液分泌之功效，所以深受大眾消費者的喜愛。除此之外，果醬還有增加血色素，對缺鐵性貧血有輔助治療的功效[1]。

電子舌作為新興的現(xiàn)代化分析儀器，憑借其靈敏度高、可靠性、重復(fù)性逐漸引起了國內(nèi)外科研人員的重視，餐飲市場急需新技術(shù)、新設(shè)備及新方法來對食品進(jìn)行檢測和改良，從而電子舌被運用到烹飪生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中。經(jīng)過一系列的發(fā)展應(yīng)用，電子舌已能用于區(qū)分和識別多種可用于烹飪的原料，如食用油、食醋、豆瓣、醋豆等[2]。在烹飪原料的安全檢測中，電子舌可用于檢測農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬污染和農(nóng)藥殘留情況。在菜肴品質(zhì)安全問題上發(fā)揮著重要作用[3-5]。

本文介紹了電子舌在烹飪基礎(chǔ)上的應(yīng)用，以果醬為例，分析了電子舌在區(qū)分和識別同種品牌不同口味果醬和同種口味不同品牌果醬方面的結(jié)果，并對電子舌技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了展望，以期為電子舌在調(diào)味料的檢測方面提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)備

試驗所使用的系統(tǒng)為上?？档掠邢薰镜闹巧嘞到y(tǒng)(見圖1)，作者將其應(yīng)用于不同種類果醬之間的區(qū)分識別，取得良好效果。Android微型電子秤：珠海云麥科技有限公司；SDHCB-210電磁爐：紹興蘇泊爾生活電器有限公司；燒杯等實驗設(shè)備。

圖1 智舌系統(tǒng)

1.2 試驗材料

試驗所選取的果醬在國內(nèi)市場的占有率均較高,是當(dāng)今市場上具有一定代表性的產(chǎn)品，規(guī)格及種類見表1。

表1 產(chǎn)品規(guī)格與種類

1.3 試驗方法與步驟

取電子舌專用量杯若干，洗凈后在其表面分別貼上標(biāo)簽紙并標(biāo)注①，②，③，④，⑤，⑥待用。用微型電子秤分別稱?、偬柷鸨群诩觼龉u、②號味好美黑加侖果醬、③號丘比藍(lán)莓果醬、④號丘比藍(lán)莓蘋果果醬、⑤號味好美藍(lán)莓果醬、⑥號丘比桑葚果醬各5 g至相對應(yīng)序號的燒杯中并用純凈水定容至50 mL，然后用玻璃棒充分均勻攪拌后靜置5 min待用。并用濾紙將充分溶解的樣品溶液過濾至相對應(yīng)的電子舌專用量杯中，并取相同的量均為10 mL。每個樣本測3次，共測量6組，一共得到18個數(shù)據(jù)點，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和保存，利用主成分分析(PCA)和判別函數(shù)分析(DFA)對結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 數(shù)據(jù)處理與分析

2.1 主成分分析(PCA)

主成分分析中主成分的貢獻(xiàn)率代表主成分所包含的原始信息量，貢獻(xiàn)率越大，說明主成分可以越充分地反映原來多指標(biāo)的信息。而后續(xù)生成的圖中每1個點代表1個檢測的樣品，每3個點代表此樣品的3個重復(fù)樣品，同種檢測樣品用同種顏色標(biāo)出。點之間的距離表示不同樣品之間的特征差異，點越靠近則表示越相似，點分布越散則表示差異越大[6-9]。

2.2 判別函數(shù)分析(DFA)

判別函數(shù)分析(DFA)是通過多種因素對事物的影響，來判斷其類型歸屬，通過分析可以建立判別模型，見圖2。

圖2 判別模型

DI即辨別值，它是辨識程度的一個標(biāo)志。一般用于主成分分析圖。DI的計算情況一般有2種：

其中，S1，S2分別表示各自封閉區(qū)域的面積，S3表示區(qū)域的總面積。從而得到：DI值為正數(shù)，則表示樣品能良好區(qū)分，且DI值越大表示區(qū)分的效果越理想，2種樣品之間的距離越遠(yuǎn)；DI值為負(fù)數(shù)，表示2種樣品區(qū)分不開。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同種類果醬主成分信息判別值

圖3 不同種類果醬主成分得分圖(主成分得分95.8%)

由圖3可知，區(qū)域的不同代表著樣品的不同，每3個記號點代表此樣品的3個重復(fù)樣品，區(qū)域面積的大小反映電子舌對該種果醬的區(qū)分識別能力。面積越大說明誤差越明顯，面積越小則反映電子舌對該樣品的識別越穩(wěn)定。每一類樣品在各自所在區(qū)域中未發(fā)生重疊，則說明電子舌能較好地區(qū)分不同類型的果醬[10]。同時，經(jīng)分析軟件處理所得到的果醬的主成分判別值DI=95.8%，其結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于80% ，由此可見，對果醬來說，電子舌可以清晰地識別不同種類果醬之間的差異。

3.2 果醬的主成分分析(PCA)

圖4 果醬主成分得分圖(主成分得分95.8%)

由圖4可知，各個樣品之間都能較為明顯地被區(qū)分開，不同點間的距離反映著差異的情況，距離越近則代表其差異性越?。痪嚯x越遠(yuǎn)，則差異性越大。電子舌可以很好地將其分類，其中樣品1、樣品3、樣品6都是丘比品牌的果醬，而樣品2、樣品4、樣品5則為味好美品牌的果醬，電子舌對其分析識別的結(jié)果顯示，同品牌之間更趨向在一起，這說明不同品牌的果醬制作工藝存在差異，相同品牌不同口味的果醬主要制作工藝流程較為相同，但口味添加成分不同，樣品4和樣品5都含有藍(lán)莓口味成分，其中樣品4為復(fù)合型果醬，它們相似度較高。

圖5 丘比黑加侖與桑葚主成分對比分析

由圖5可知，利用電子舌單獨對同種品牌不同口味的樣品進(jìn)行成分對比分析，主成分DI=71.1%+11.5%=82.6%>80%，可見對于同種品牌的果醬，電子舌對其識別能力較好，同時發(fā)現(xiàn)有部分重合，說明同種品牌果醬之間存在相似之處，通過查詢丘比同一品牌不同種類配料表我們不難發(fā)現(xiàn)，該公司在不同種類果醬上，除了主料的不同外，其他添加料基本相同，這說明電子舌能夠很好地對同品牌不同種類果醬進(jìn)行區(qū)分和識別。

3.3 不同果醬的判別函數(shù)分析(DFA)

圖6 不同果醬的判別函數(shù)分析(DFA)

我們在PCA分析結(jié)果的基礎(chǔ)上對試驗樣品進(jìn)行DFA分析，由圖6可知，在電子舌傳感器(DFA)響應(yīng)數(shù)據(jù)的各區(qū)域內(nèi)，點離散度較小，這一點與PCA圖所反映的結(jié)果相似[11-13]。這說明判別函數(shù)分析法可以更好地區(qū)分同一品牌不同口味的果醬，加大了對樣品鑒定的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

本試驗采用電子舌系統(tǒng)對不同果醬，共計6組樣本進(jìn)行了檢測試驗，試驗研究表明該電子舌對于果醬具有較高的識別精確度，取得了較為理想的識別效果。試驗數(shù)據(jù)經(jīng)過提取后，采用了2種不同的方法進(jìn)行分析，主成分分析在選取2個主成分繪制成得分圖時，能夠取得較好的區(qū)分，而判別函數(shù)分析加大了對樣品分析的準(zhǔn)確性。進(jìn)一步說明了電子舌能夠較好地區(qū)分不同類型的果醬，在調(diào)味料檢測方面有著較為廣闊的應(yīng)用前景，對烹飪中起關(guān)鍵因素的調(diào)味有著十分重要的指導(dǎo)意義。