采用電子舌對(duì)不同品種酒花釀造葡萄酒滋味的分析※

戢得蓉 段麗麗 易宇文 趙佳佳 楊曉儀

(四川旅游學(xué)院，四川 成都 610100)

葡萄酒是以葡萄為原料，經(jīng)原料處理、添加SO2、微生物發(fā)酵等步驟所釀造的一種果酒，其營(yíng)養(yǎng)豐富，保健作用明顯，能調(diào)整細(xì)胞新陳代謝的性能，促進(jìn)血液循環(huán)，防止膽固醇增加，還具有利尿、激發(fā)肝功能和防止衰老的功效。酒花，也稱啤酒花，常用于啤酒的釀造，酒花不僅能賦予啤酒爽口的苦味，還能賦予啤酒清新的酒花香氣，且酒花具有一定的防腐和澄清麥汁的作用。在傳統(tǒng)葡萄酒釀造工藝基礎(chǔ)上，引入酒花，通過二者結(jié)合，開發(fā)出以葡萄酒酒體為主，兼顧酒花特有風(fēng)味的新型葡萄酒產(chǎn)品，所得產(chǎn)品口感風(fēng)味與所加入酒花的品種及濃度有關(guān)[1]。將酒花用于葡萄酒的釀造，可以賦予葡萄酒特殊風(fēng)味，豐富葡萄酒的口味品種，適應(yīng)消費(fèi)者對(duì)多元化、本土化特色葡萄酒品種的需求。

滋味是葡萄酒重要的質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，傳統(tǒng)上可依據(jù)感官品鑒評(píng)判出產(chǎn)品等級(jí)。感官評(píng)價(jià)帶有主觀因素，會(huì)因鑒評(píng)者的情緒變化、身體狀況、分辨能力等因素而產(chǎn)生不同的結(jié)果，具有一定的不確定性，同時(shí)結(jié)果難以用客觀的數(shù)據(jù)分析及表達(dá)[2]。快速、低成本的果酒質(zhì)量評(píng)價(jià)方法已受到廣泛關(guān)注，其中電子舌檢測(cè)為常用檢測(cè)方法之一。電子舌是由化學(xué)傳感器和適宜的模式識(shí)別系統(tǒng)構(gòu)成,能從樣品的響應(yīng)信號(hào)得到樣品的綜合評(píng)價(jià)信息，也就是“指紋數(shù)據(jù)”[3]。目前，電子舌技術(shù)被廣泛運(yùn)用于食品生產(chǎn)地的溯源、新鮮度的檢測(cè)[3]、摻假檢測(cè)[4-6]、酒類的酒齡鑒別[7]、風(fēng)味分析[8-9]以及茶葉類別辨識(shí)[10-11]、滋味特征[12]的區(qū)分及農(nóng)產(chǎn)品識(shí)別與分級(jí)[13]、醫(yī)療[14]等領(lǐng)域也有所應(yīng)用。

本文擬采用電子舌系統(tǒng)采集不同種類以及不同濃度酒花釀造葡萄酒樣品的味覺指紋信息，運(yùn)用主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)和判別因子分析法(Discriminant Factor Analysis, DFA)討論電子舌對(duì)不同種類以及不同濃度酒花釀造葡萄酒的區(qū)分效果，為口感感官質(zhì)量評(píng)價(jià)體系的建立提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

6種酒花——捷克薩茲(JKA)、哈拉道(HLA)、法格(FGA)、西姆科(XMA)、西楚(XCA)、卡斯卡特(KSTA)：市售(樣品編號(hào)見表1)；玫瑰香葡萄：成都金滿堂農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司；安琪活性干酵母：市售；白砂糖：市售；殼聚糖(粒度120目)：深圳天揚(yáng)生物科技有限公司。

表1 樣品信息及編號(hào)

1.2 儀器設(shè)備

ASTRSSII電子舌:法國(guó)AlphaMOS公司；FALLC4N電子天平：常州市衡正電子儀器有限公司；WK2102電磁爐：美的集團(tuán)有限公司；MY-50粉碎機(jī)：廣州市揚(yáng)鷹醫(yī)療器械有限公司；HHS-8S電子恒溫不銹鋼水浴鍋：上海廣地儀器設(shè)備有限公司。

1.3 方法

1.3.1 酒花葡萄酒樣品制備

酒花溶液：稱量酒花，配置不同濃度的酒花溶液。取蒸餾水，煮沸2min，加入酒花后熬煮4min后冷卻至25℃進(jìn)行過濾，去濾渣后得到酒花溶液。加入不同品種不同濃度梯度酒花進(jìn)行葡萄酒釀造所得酒樣編號(hào)如表1。

葡萄酒釀造[1]：選擇成熟、新鮮、無破損的玫瑰香葡萄，清洗干凈后將葡萄的果梗去掉，再將清洗晾干的果粒進(jìn)行破碎處理，保證葡萄破碎但果核完整。將處理好的葡萄與酒花溶液按質(zhì)量比為5∶1的比例混合后，放入消毒后的發(fā)酵瓶中，接入活化后的活性干酵母，調(diào)整加糖量，使得樣品的總糖度為22°，在20℃～25℃之間控溫發(fā)酵[15]。當(dāng)出現(xiàn)皮渣下沉，氣泡大幅減少或消失，能聞到很濃的酒味，品嘗酒液基本沒有甜味時(shí)，則一次發(fā)酵結(jié)束。用虹吸法取中層酒液，上層皮渣用紗布過濾。調(diào)整發(fā)酵溫度為15℃進(jìn)行二次發(fā)酵，當(dāng)酒液變得澄清起來，則發(fā)酵完成。于(2±2)℃下貯藏7天左右，取出低溫貯藏后的葡萄酒，加入0.05%的殼聚糖，進(jìn)行澄清，再取上層清液用食物紗布進(jìn)行過濾，得到酒液。澄清過濾后獲得的酒液在5℃條件下進(jìn)行陳釀3個(gè)月后，放置于陰涼通風(fēng)環(huán)境下進(jìn)行保藏，即制得酒花葡萄酒。

1.3.2 電子舌檢測(cè)

取20mL酒樣于200mL容量瓶中進(jìn)行定容，過濾后取80mL進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)采用ASTREE電子舌系統(tǒng)，該裝置配有7根非專一性傳感器，以Ag/AgCl作為參比電極，在室溫下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。電子舌的每根傳感器對(duì)酸、咸、甜、苦和鮮味敏感，但程度不一，其傳感器特性見表2。

表2 電子舌傳感器性能特性及檢測(cè)限值比較

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用軟件SPSS 21.0對(duì)電子舌感應(yīng)器收集到的響應(yīng)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析(Principal Component Analysis, PCA)、判別因子分析(Discriminant Factor Analysis,DFA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 電子舌對(duì)不同酒花葡萄酒檢測(cè)結(jié)果分析

2.1.1 同類酒花各濃度釀造葡萄酒數(shù)據(jù)分析

電子舌對(duì)6種酒花葡萄酒的傳感信號(hào)曲線圖譜如圖1所示，結(jié)果顯示，空白酒樣與添加酒花后釀造的葡萄酒的電子舌結(jié)果差異明顯。捷克薩茲酒花葡萄酒在ZZ、CA、GA、JB傳感器上的響應(yīng)強(qiáng)度存在顯著差異；哈拉道酒花葡萄酒在ZZ、CA、HA、JB傳感器上的響應(yīng)強(qiáng)度存在顯著差異；西姆科酒花葡萄酒在BB、CA、HA傳感器上的響應(yīng)強(qiáng)度存在顯著差異；卡斯卡特酒花葡萄酒在ZZ、BB、CA、GA、JB傳感器上的響應(yīng)強(qiáng)度存在顯著差異。說明JKA酒花葡萄酒、HLA酒花葡萄酒、XMA酒花葡萄酒及KSTA酒花葡萄酒在5種味覺屬性(鮮味、咸味、酸味、甜味、苦味)上均有較明顯的差異，但各類酒花的差異性表現(xiàn)在不同方面。FGA酒花葡萄酒只在CA、GA傳感器上有微小差異，說明不同濃度的法格酒花溶液葡萄酒的電子舌測(cè)試結(jié)果接近，差異不明顯。西楚酒花葡萄酒在BB、CA、GA、HA傳感器上的響應(yīng)強(qiáng)度存在顯著差異，F(xiàn)4與其他樣品組差異最大，F(xiàn)1、F2、F3的圖像重合度較高，初步判斷酒花濃度為0.5g/L、0.8g/L、1.0g/L XCA酒花葡萄酒的滋味口感差異不大。

圖1 同類酒花葡萄酒的電子舌傳感信號(hào)曲線圖譜

由以上結(jié)果可知，釀造過程中酒花的加入對(duì)葡萄酒的5種測(cè)定味覺屬性影響明顯，不同種類酒花對(duì)葡萄酒的影響不同。同時(shí)，所考察的6種酒花中，除法格酒花、西楚酒花外，其余同一種酒花的不同濃度添加對(duì)葡萄酒的滋味影響也存在明顯差異。

2.1.2 同濃度不同酒花釀造葡萄酒數(shù)據(jù)分析

同濃度不同酒花釀造葡萄酒樣品的電子舌傳感信號(hào)雷達(dá)圖譜如圖2所示。傳感器對(duì)同濃度酒花釀造的葡萄酒的響應(yīng)值均有差異。酒花濃度為0.5g/L時(shí)，6種酒花在CA、GA傳感器上區(qū)別明顯，E1與D1、F1在HA傳感器差距最大，其他品種酒花葡萄酒在此傳感器上無較大區(qū)異。酒花濃度為0.8g/L時(shí)，6種酒花在CA、GA傳感器上區(qū)別明顯，F(xiàn)2與其他樣品在HA傳感器差距最大，其他品種酒花在此傳感器上無較大差異。酒花濃度為1.0g/L時(shí)，6種酒花在CA、GA傳感器上區(qū)別明顯，F(xiàn)3與其他樣品在HA傳感器差距最大，其他品種酒花在此傳感器上無較大差異。酒花濃度為1.3g/L時(shí)，F(xiàn)4和D4與其他品種酒花整體差異較大，主要表現(xiàn)在BB、CA、GA、HA 4個(gè)傳感器上。整體看來，當(dāng)濃度為0.5g/L、0.8g/L、1.0g/L時(shí)，JKA、HLA、XMA、KSTA、FGA酒花葡萄酒在ZZ、BA、BB、CA與JB的響應(yīng)值分布趨勢(shì)相同，其主要差異體現(xiàn)在GA、HA傳感器上。XCA酒花葡萄酒在4個(gè)濃度梯度下與其他酒花葡萄酒在HA傳感器上差異顯著。

圖2同濃度不同酒花葡萄酒的電子舌傳感信號(hào)曲線圖譜

2.2 電子舌對(duì)不同酒花葡萄酒檢測(cè)結(jié)果的PCA分析

對(duì)不同種酒花葡萄酒電子舌響應(yīng)值進(jìn)一步分析，酒樣中的電子舌檢測(cè)響應(yīng)值的主成分的特征值及貢獻(xiàn)率見表3。將各酒花葡萄酒的5種濃度酒樣對(duì)7個(gè)傳感器的電子舌響應(yīng)值進(jìn)行降維處理后，均得到3個(gè)主成分，各成分的方差貢獻(xiàn)率及主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率如表3所示，不同酒花葡萄酒的3個(gè)主成分均足以代表樣品的絕大部分信息。

對(duì)添加不同濃度的酒花釀造葡萄酒的電子舌作PCA分析二維圖，如圖3所示，圖中所示的圓圈代表單一樣品的整體信息特征，圓圈內(nèi)的3個(gè)點(diǎn)代表了3個(gè)重復(fù)樣品。由圖3可知，所有添加酒花后的葡萄酒，與未添加酒花的葡萄酒相比，酒樣分布位置不同且無交叉。由此可見，添加酒花后的葡萄酒較未添加酒花的葡萄酒有明顯不同的滋味。由圖3可知，捷克薩茲酒花葡萄酒及法格酒花葡萄酒，添加不同濃度的酒花葡萄酒樣品間無交叉，說明添加此兩種酒花的濃度不同，口感有明顯差異。對(duì)于哈拉道酒花葡萄酒，C1與C2酒樣分布較接近無交叉，C3與C4有部分重合，前兩者與后兩者間位置區(qū)別明顯，說明不同濃度的哈拉道酒花葡萄酒存在差異，其中1.0g/L與1.3g/L添加量的哈拉道酒花葡萄酒在滋味上有相似之處，相互間差異不如其他組明顯。不同濃度的卡斯卡特酒花的添加對(duì)葡萄酒的影響與哈拉道酒花相似，其G1和G2有部分重合，G3與G4樣品分布較接近無交叉，不同濃度間不完全重合，存在一定差異。添加不同濃度的西姆科酒花和西楚酒花葡萄酒的分析結(jié)果相似，均有一種濃度酒花酒樣的滋味與其他濃度具有明顯區(qū)別，其他三種濃度結(jié)果較接近甚至有重疊。整體結(jié)果來看，在釀造工藝中添加酒花，對(duì)葡萄酒的滋味影響明顯，不同酒花之間有差別，不同濃度的各酒花之間也有差異。

表3 主成分特征值及貢獻(xiàn)率

圖3 不同濃度的各酒花葡萄酒電子舌PCA分析二維圖

2.3 電子舌對(duì)不同酒花葡萄酒檢測(cè)結(jié)果的判別因子分析(DFA)

將電子舌采集得到的響應(yīng)值數(shù)據(jù)進(jìn)一步進(jìn)行DFA分析，酒樣中的電子舌檢測(cè)響應(yīng)值的判別因子分析的特征值及貢獻(xiàn)率見表4。其中捷克薩茲與卡斯卡特酒花葡萄酒可以提取3個(gè)主成分，哈拉道、西姆科及西楚酒花葡萄酒可以提取2個(gè)主成分，法格酒花葡萄酒為1個(gè)主成分。所提取主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率均達(dá)到100%，可代表樣品的絕大部分的信息。

不同濃度各酒花葡萄酒對(duì)電子舌響應(yīng)值的判別因子分析二維圖見圖4。整體來講，樣品的重復(fù)性較好，較為集中。DFA法能夠?qū)悠烽g的差異有更好的區(qū)分度，并且同一樣品組內(nèi)的離散度也比PCA法的小。所有添加酒花后的葡萄酒，與未添加酒花的葡萄酒相比，位置均相離較遠(yuǎn)，添加酒花后的葡萄酒明顯具有不同的滋味，結(jié)果與PCA法分析結(jié)果基本一致。捷克薩茲酒花葡萄酒、哈拉道酒花葡萄酒、法格酒花葡萄酒與卡斯卡特酒花葡萄酒樣品間的區(qū)分度較好，樣品間無交叉現(xiàn)象，說明添加此4種酒花的濃度不同，口感有明顯差異。C1與C2，D1與D2，G1與G2酒樣分布接近無交叉，說明濃度為0.5g/L與0.8g/L添加量的哈拉道、法格與卡斯卡特酒花葡萄酒在滋味上有相似之處，相互間差異不如其他組明顯。1.0g/L與1.3g/L的哈拉道酒花、卡斯卡特酒花的DFA分析結(jié)果與PCA分析結(jié)果一致。西姆科葡萄酒和西楚酒花葡萄酒的樣品分散度接近于零、E2、E3與E4樣品間距較小，F(xiàn)1、F2、與F3樣品間距直接為零，說明濃度為0.5g/L、0.8g/L、1.0g/L的西姆科酒花葡萄酒，濃度為0.8g/L、1.0g/L、1.3g/L的西楚酒花葡萄酒的滋味基本無差別。整體結(jié)果來看，在釀造工藝中添加酒花，對(duì)葡萄酒的滋味有較明顯影響，除西楚酒花和西姆科酒花之外其他酒花均有差別，不同濃度的各酒花之間也有差異。

表4 判別因子分析特征值及貢獻(xiàn)率

圖4 不同濃度各酒花葡萄酒電子舌DFA分析二維圖

3 結(jié)論

本試驗(yàn)通過電子舌對(duì)于不同品種以及不同濃度的酒花所釀造的葡萄酒進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果顯示電子舌是辨別不同濃度各類酒花葡萄酒的有效工具，添加6種酒花后釀造的葡萄酒與空白樣品相比較均在電子舌測(cè)試結(jié)果上有較明顯的差異。添加了捷克薩茲、哈拉道、西姆科及卡斯卡特酒花的葡萄酒不同濃度之間均有較明顯的差異，但各類酒花葡萄酒的差異性方向不同。不同濃度的法格酒花溶液葡萄酒之間的電子舌測(cè)試結(jié)果接近，而西楚酒花葡萄酒的部分濃度間的電子舌數(shù)據(jù)差異不明顯，其中F4組的酒花葡萄酒與同組其他相比在BB、CA、GA、HA 4個(gè)傳感器上相應(yīng)強(qiáng)度存在顯著差異。西楚酒花葡萄酒在4個(gè)濃度梯度下與其他酒花葡萄酒在HA傳感器上差異顯著。對(duì)儀器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA和DFA分析，發(fā)現(xiàn)不同品種以及不同濃度的酒花所釀造的葡萄酒均能有效地被識(shí)別。添加了酒花的樣品在電子舌PCA與DFA分析上明顯與空白樣的分布不同，說明添加了酒花的葡萄酒產(chǎn)生了不同于空白樣品的風(fēng)味。比較而言，采用DFA方法，其區(qū)分度更高，僅前兩個(gè)判別因子的累計(jì)貢獻(xiàn)率就達(dá)到100%，識(shí)別效果顯著。本研究結(jié)果對(duì)酒花葡萄酒的生產(chǎn)具有一定的理論指導(dǎo)意義。