基于電子鼻和電子舌分析不同釀造階段檸檬果醋氣、味差異

賀羽，王帥*，姚俊勝，馮小剛，商學(xué)兵

(1.徐州工程學(xué)院 食品(生物)工程學(xué)院，江蘇 徐州 221018；2.徐州工程學(xué)院江蘇省食品資源開發(fā)與質(zhì)量安全重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州 221018)

果醋主要是以果蔬或果蔬下腳料為原料，經(jīng)酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵釀制而形成的一種口味獨(dú)特、營養(yǎng)豐富的調(diào)味品[1]。其含有豐富的活性保健成分，同時(shí)也兼有食醋的獨(dú)特口感，是一種新型的保健食品[2,3]。檸檬(citrus limon)是一種營養(yǎng)價(jià)值很高，且具有一定藥用價(jià)值的營養(yǎng)保健型水果，具有降血壓、降血脂、抗氧化、抗癌、抗腫瘤、抗過敏、抗病毒、消炎和殺菌等生理功能[4,5]。檸檬果醋因富含維生素，保健腸胃，促進(jìn)尿酸代謝等功效而越來越受到消費(fèi)者的喜愛。然而在發(fā)酵過程中，檸檬果醋的氣、味處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，隨著貯藏時(shí)間的推移，檸檬在醋酸的作用下，其自身的酸度、色度等指標(biāo)也發(fā)生著一系列的變化。本研究以市售檸檬果醋成熟周期為基礎(chǔ)，選取本課題組研制的檸檬果醋為原料，輔以電子鼻、電子舌技術(shù)探究不同釀造階段檸檬果醋氣、味差異，揭示檸檬果醋儲(chǔ)藏過程中各項(xiàng)指標(biāo)的變化規(guī)律。在更加科學(xué)地把控檸檬果醋的儲(chǔ)藏過程的基礎(chǔ)上，用以提高檸檬果醋的各項(xiàng)品質(zhì)，進(jìn)而促進(jìn)檸檬果醋產(chǎn)品的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料、試劑

新奇士檸檬醋：本實(shí)驗(yàn)室研制并保存；氫氧化鈉、鹽酸、抗壞血酸、溴代萘、無水乙醇、酚酞：購自北京化工廠；丙酮：購自安徽合肥科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

電子天平、紫外分光光度計(jì)、酸度計(jì)、便攜色差儀、阿貝折射儀、電子鼻、電子舌。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 感官評(píng)定

由10名具有食品感官經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)人員組成評(píng)估小組，以產(chǎn)品的色澤、香味、滋味和澄清度作為手工自制檸檬果醋的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)(見表1)并參考有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)，綜合檸檬果醋的感官結(jié)果稍微糾正[6]。

表1 不同釀造階段檸檬醋感官品質(zhì)評(píng)價(jià)表Table 1 Sensory quality evaluation table of lemonvinegar during brewing stages

1.3.2 pH值測定

pH值采用PHS-25型酸度計(jì)測定[7]，分別取適量3個(gè)時(shí)段檸檬果醋于燒杯中，用酸度計(jì)測定該樣品的pH值，并做出對(duì)比，繪制折線圖。

1.3.3 總酸含量的測定

分別稱取0.500 g檸檬果醋試液，置于250 mL三角瓶中。加50 mL左右的水，并滴加2滴1%酚酞指示劑，用0.1 mol/L氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液，滴定至微紅色30 s不褪色。記下滴定管上的數(shù)據(jù)，讀數(shù)時(shí)應(yīng)將視線與頁面最低處相平，將此時(shí)的數(shù)值標(biāo)位(V1)進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，同時(shí)做空白試驗(yàn)V2[8]，計(jì)算方法見式(1)。

食品中總酸的含量以質(zhì)最分?jǐn)?shù)X計(jì)，數(shù)值以g/100 g表示：

X=[(V1-V2)×C×0.06]×100/0.500。

式(1)

式中：C為NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度(mol/L)；V1為滴定試液時(shí)NaOH消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積(mL)；V2為空白試驗(yàn)時(shí)NaOH消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積(mL)；0.06為酸的換算系數(shù)，以醋酸計(jì)；0.500為取樣的重量(g)。

1.3.4 色度測定

使用便攜式色差儀分別對(duì)3個(gè)時(shí)段的檸檬果醋進(jìn)行色度測定，觀察儲(chǔ)藏時(shí)間對(duì)色度的影響，并做出對(duì)比及結(jié)論[9]。

檸檬果醋的L值、a值和b值使用色差計(jì)進(jìn)行測定。色差計(jì)使用前需要用較厚的白紙進(jìn)行校準(zhǔn)。ΔL值表示亮度；Δa值正值偏向紅色，負(fù)值偏向綠色；Δb值正值偏向黃色，負(fù)值偏向藍(lán)色。通過公式ΔE=(ΔL2+Δa2+Δb2)1/2來計(jì)算總色差。ΔE在0～0.5時(shí)，色差可以忽略，肉眼很難辨認(rèn)；ΔE在0.5～1.0時(shí)，色差值很低，只有長期訓(xùn)練的人才能觀察出；ΔE在1.0～1.5時(shí)，色差值屬于中等；ΔE>1.5時(shí)，色差嚴(yán)重。

1.3.5 可溶性固形物的測定

使用阿貝折射儀按照說明書進(jìn)行測定[10]，每個(gè)樣品測定3次，取平均值，并對(duì)比不同時(shí)段檸檬果醋可溶性固形物的差異，并做出相應(yīng)的分析。

1.3.6 Vc含量的測定

配制100 μg/mL Vc標(biāo)準(zhǔn)溶液[11]：稱取標(biāo)準(zhǔn)Vc粉末10 mg(準(zhǔn)確至0.1 mg)，用蒸餾水進(jìn)行溶解，轉(zhuǎn)移到100 mL容量瓶中，并加蒸餾水稀釋到刻度，混勻，此Vc溶液的濃度為100 μg/mL。

Vc吸光度為A，試劑空白吸光度為A0，計(jì)算吸光度差ΔA=A-A0的值。以吸光度差值ΔA對(duì)Vc濃度C繪制校準(zhǔn)曲線，見圖1[12]。

圖1 Vc標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Vc standard curve

由圖1得出方程 y=0.0873x+0.0374，R2=0.9981，Vc濃度和吸光度線性關(guān)系良好。

取5.00 mL提取液，放入盛有1.00 mL 10%鹽酸的25 mL容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度后搖勻。以蒸餾水為空白，在265 nm處測定吸光值。

1.3.7 電子舌、電子鼻分析樣品

1.3.7.1 電子鼻測定

將樣品進(jìn)行包裝分類，并添加標(biāo)記，檸檬原液為標(biāo)位A0，釀造1個(gè)月的樣品標(biāo)為A1，釀造2個(gè)月的樣品標(biāo)為A2，釀造3個(gè)月的樣品標(biāo)為A3。將整理好的樣品送于上海海洋大學(xué)進(jìn)行電子舌電子舌分析。

采用Fox 4000對(duì)檸檬果醋的整體氣味進(jìn)行區(qū)分，該電子鼻系統(tǒng)包括18根傳感器[13]，包括A組：T30/1，P10/1，P10/2，P40/1，T70/2，PA/2；B組：P30/1，P40/2，P30/2，T40/2，T40/1，TA/2；C組：LY2/LG，LY2/G，LY2/AA，LY2/GH，LY2/gCTL，LY2/gCT。

取(2.00±0.01) g樣品于15 mL頂空瓶中，置于自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)的低溫托盤中(防止測定時(shí)間較長引起的變質(zhì)，溫度控制在4 ℃左右)。測定前在50 ℃金屬浴中震搖600 s(保證樣品的中心溫度穩(wěn)定在50 ℃)，進(jìn)樣器溫度設(shè)置為60 ℃，進(jìn)樣體積2500 mL，1 s內(nèi)注射到進(jìn)樣管路中，進(jìn)樣載氣為干凈的空氣，流速150 mL/min，記錄18根傳感器在120 s內(nèi)的最高響應(yīng)值，用于后續(xù)分析。單個(gè)樣品進(jìn)樣完畢后以干凈空氣吹掃10 min，防止上一個(gè)樣品氣味的殘留，而后自動(dòng)進(jìn)行下一個(gè)樣品的分析[14]。

1.3.7.2 電子舌測定

準(zhǔn)確稱取(5.00±0.01) g待測樣品，加入50 mL超純水，勻漿均質(zhì)2 min，超聲5 min，室溫下靜置30 min。取均質(zhì)液于12000 r/min下4 ℃離心15 min，吸取上層清液，沉淀，再次用30 mL超純水溶解，重復(fù)上述步驟，合并上清液。靜置后取下層水溶液50 mL定容至100 mL待測。

該Astree電子舌系統(tǒng)配備了UMS、GPS、SWS、SRS、STS、SPS和BRS7根傳感器，其中UMS、SRS和STS為3根專一性傳感器，分別對(duì)鮮味、酸味和咸味具有專一相應(yīng)，其余4根為特異性傳感器，采用Ag/AgCl作為參比電極[15-17]。測定時(shí)每個(gè)樣品的數(shù)據(jù)采集時(shí)間為120 s，記錄第120 s時(shí)傳感器的響應(yīng)值，用于后續(xù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官評(píng)定結(jié)果及分析

圖2 不同時(shí)段檸檬果醋感官評(píng)定得分Fig.2 Sensory evaluation scores of lemona vinegar at different periods of time

由圖2可知，隨著時(shí)間的推移，檸檬果醋的感官評(píng)定得分呈上升趨勢，且三月的檸檬果醋樣品得分最高。隨著發(fā)酵時(shí)間的加長，檸檬果醋的滋味逐漸變得柔和，由最初的難以接受到酸味調(diào)和；顏色更加鮮艷，且亮度有所提高；氣味也變得醇厚起來，香味更加誘人；澄清度有所提升，果醋更加清澈?？紤]到隨著貯藏時(shí)間的推移，檸檬中的芳香性物質(zhì)逐漸萃出，且果醋進(jìn)行著一系列緩慢的反應(yīng)，萃出的物質(zhì)被逐漸溶解于果醋中，從而使果醋更為清澈且香味風(fēng)味濃郁。

2.2 pH的變化

圖3 pH值的變化Fig.3 The changes of pH values

pH值作為衡量果醋飲品的一個(gè)重要指標(biāo)，本文采用PHS-25酸度計(jì)對(duì)不同時(shí)段的檸檬果醋進(jìn)行測量，并做出比較。由圖3可知，檸檬果醋的pH值在釀造不同階段的樣品中并未產(chǎn)生過大的變化，由最初的2.77下降到2.66，而后緩慢下降到2.63。表明其pH值的隨儲(chǔ)藏時(shí)間的推移而增大，酸性增強(qiáng)，表明檸檬果醋的口感逐漸變得醇厚起來。

2.3 總酸含量的變化

取0.500 g檸檬果醋試液加適量蒸餾水混勻，用酸堿滴定法測定檸檬果醋試液中的總酸含量，結(jié)果見表2。

表2 檸檬果醋中的總酸含量Table 2 Total acid content in lemon fruit vinegar

總酸含量作為衡量果醋飲品的另一個(gè)重要指標(biāo)，本文采用酸堿滴定法測定不同時(shí)段的檸檬果醋的總酸度，并做出比較。由表2可知，本文中手工自制檸檬果醋的總酸含量總體較為穩(wěn)定，隨發(fā)酵時(shí)間的推移而逐漸有所升高，但幅度較小，并趨于穩(wěn)定，可推斷是由于檸檬中的有機(jī)酸被逐漸萃出導(dǎo)致。

2.4 色度的變化

表3 檸檬果醋的色度Table 3 The chrominance of lemon fruit vinegar

色度作為檸檬果醋的外在因素，很大一部分影響著檸檬果醋的售賣。對(duì)表3進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，計(jì)算得出ΔE21=2.01，ΔE32=0.22?？芍勗?個(gè)月的檸檬果醋較1個(gè)月的檸檬果醋的色差嚴(yán)重，而釀造3個(gè)月的樣品較2個(gè)月的樣品的色差可忽略不計(jì)。由此可推斷出釀造時(shí)間超過3個(gè)月后，檸檬果醋的色度將不再有大幅度改變。可得檸檬果醋的L值隨發(fā)酵時(shí)間的增加有遞增趨勢且趨于平穩(wěn)，即亮度值不斷增加，產(chǎn)品更加鮮艷。

2.5 可溶性固形物的測定

表4 檸檬果醋的可溶性固形物(20 ℃)Table 4 Soluble solids of lemon fruit vinegar (20 ℃)

由表4可知，隨著檸檬果醋貯藏時(shí)間的推移，檸檬果醋的可溶性固形物含量不斷增加，但到3個(gè)月時(shí)又有所下降。這是因?yàn)闄幟试谫A藏過程中，檸檬中的有機(jī)物被部分萃取出來，但進(jìn)入貯藏后期可溶性固形物又有所下降，可能是萃取出的部分有機(jī)物質(zhì)被罐內(nèi)的氣體與醋酸所氧化，也可能是受到外界環(huán)境條件如光照的影響。

2.6 Vc含量的測定

表5 檸檬果醋中Vc含量的變化Table 5 Changes of Vc content in lemon fruit vinegar

Vc含量作為衡量檸檬果醋品質(zhì)的又一重要指標(biāo)，表明檸檬果醋的保健價(jià)值，本文通過紫外分光光度法測量檸檬果醋的Vc含量。由表5可知，檸檬果醋的Vc含量隨發(fā)酵時(shí)間的推移而逐漸降低，但基本保持不變。推斷可能是由于外界因素導(dǎo)致Vc含量的降低，如光照、溫度等。

2.7 電子鼻、電子舌分析結(jié)果

2.7.1 電子鼻分析結(jié)果

圖4 不同成熟度檸檬果醋氣味的PCA圖Fig.4 PCA charts of different ripeness degrees of lemonfruit vinegar with different flavors

注：A0為檸檬原液；A1為檸檬果醋釀造1個(gè)月的樣品；A2為檸檬果醋釀造2個(gè)月的樣品；A3為檸檬果醋釀造3個(gè)月的樣品。

PCA是將電子鼻傳感器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及降維，并對(duì)降維后的特征向量進(jìn)行線性分類，從而最大程度體現(xiàn)不同樣品之間的差異。判別指數(shù)(discrimination index，DI)是指進(jìn)行PCA時(shí)樣品區(qū)分程度的表征值，當(dāng)DI在 80%～100%之間時(shí)說明區(qū)分有效。

DI值=100×[1-(面積A0+面積A1+面積A2+面積A3)/總面積]。

由圖4可知，在不同成熟度檸檬果醋氣味的PCA圖中 ，第一主成分(PC1)的貢獻(xiàn)率為80.121%，第二主成分(PC2)的貢獻(xiàn)率為17.569%，兩者之和高達(dá)97.69%，表明PC1和PC2的總貢獻(xiàn)率幾乎包含了樣品的所有信息。DI值為94.3%，這表明不同成熟度的檸檬果醋可以用電子鼻區(qū)分，不同樣品間的差異明顯。檸檬原液落于第二象限，與不同時(shí)段檸檬果醋的中心相距較遠(yuǎn)，表明檸檬果醋與原液的芳香性物質(zhì)已經(jīng)有了很大變化。釀造1個(gè)月的樣品位于第三象限，與釀造2個(gè)月、3個(gè)月的樣品相距較遠(yuǎn)，能夠明顯區(qū)分開。釀造2個(gè)月與3個(gè)月的檸檬果醋都位于第四象限，且相距較近，說明它們的揮發(fā)性物質(zhì)差距不大。

2.7.2 電子舌分析結(jié)果

圖5 不同成熟度檸檬果醋滋味的PCA圖Fig.5 PCA charts of different ripeness degrees of ripe lemon and fruit vinegar with different taste

由圖5可知，在不同成熟度檸檬果醋滋味的PCA圖中 ，第一主成分(PC1)的貢獻(xiàn)率為96.219%，第二主成分(PC2)的貢獻(xiàn)率為2.157%，兩者之和高達(dá)98.376%，表明PC1和PC2的總貢獻(xiàn)率幾乎包含了樣品的所有信息。DI值為89.6%，這表明不同成熟度的檸檬果醋可以用電子舌區(qū)分，彼此之間互不干擾。檸檬原液落于第一象限，與不同時(shí)段檸檬果醋的中心相距較遠(yuǎn)，表明檸檬果醋與原液的芳香性物質(zhì)已經(jīng)有了很大變化。釀造1個(gè)月的樣品位于第二象限，與釀造2個(gè)月、3個(gè)月的樣品相距較遠(yuǎn)，能夠明顯區(qū)分開。釀造2個(gè)月與3個(gè)月的檸檬果醋都位于第四象限，且相距較近，說明它們的滋味的相似性很高。

3 結(jié)論與展望

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著時(shí)間的推移，檸檬果醋的氣、味存在著一系列的變化。通過感官評(píng)定可知，檸檬果醋隨時(shí)間的推移，氣、味都有著正向的改變，且逐漸趨于穩(wěn)定，更容易為消費(fèi)者們所接受。在指標(biāo)方面，檸檬果醋的pH逐漸降低,且趨于穩(wěn)定，表明檸檬果醋的酸味更為柔和；總酸含量逐漸增加，表明檸檬中的有機(jī)酸被逐漸萃出，且逐漸趨于穩(wěn)定；可溶性固形物，呈現(xiàn)先上升后下降，并趨于穩(wěn)定，考慮是由于檸檬中的萃出物質(zhì)逐漸增多后與產(chǎn)生的醋酸反應(yīng)而溶于果醋之中；色度方面，釀造1個(gè)月的樣品較之后樣品差距較大，可直接分辨出，釀造2個(gè)月、3個(gè)月的樣品差距不大，表明檸檬果醋的色度也趨于穩(wěn)定；Vc含量有所下降，考慮是由于光照或溫度等因素導(dǎo)致。通過結(jié)合電子鼻與電子舌技術(shù)，可知檸檬果醋較檸檬原液的氣、味已有了很大的變化，且隨著時(shí)間的推移，檸檬果醋的氣、味也處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過程，釀造1個(gè)月的樣品與釀造2個(gè)月、3個(gè)月的樣品的氣、味差異較大，容易區(qū)分，釀造2個(gè)月、3個(gè)月的樣品的氣味差異較小，趨于穩(wěn)定。這一結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著相當(dāng)程度的匹配性，可以表明本文有著很高的正確性。

通過以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可推斷手工自制檸檬果醋的成品時(shí)間為3個(gè)月前后，此時(shí)的產(chǎn)品氣、味達(dá)到一個(gè)高值，且色澤、澄清度等屬性也較好，最容易被顧客接受。這表明電子舌、電子鼻能夠不同成熟度檸檬果醋的風(fēng)味物質(zhì)是否存在差異，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以為評(píng)價(jià)檸檬果醋的品質(zhì)提供依據(jù)，有利于推進(jìn)果醋產(chǎn)業(yè)進(jìn)程。