基于灰色關(guān)聯(lián)度法構(gòu)建西式香腸鈉鹽含量與電子舌的相關(guān)性

肖 康，馬陽陽，趙春波，朱瑤迪，趙莉君，李苗云，趙改名

（河南農(nóng)業(yè)大學食品科學技術(shù)學院，河南鄭州 450000）

西式香腸品種多、營養(yǎng)豐富、風味獨特、安全衛(wèi)生、攜帶食用方便，深受廣大消費者的喜愛。其生產(chǎn)工藝流程主要包括：原料修整、腌制、絞肉、斬拌、灌腸、烘烤、蒸煮等，適合于規(guī)?；?、工廠化大批量生產(chǎn)[1]。食鹽是西式香腸制作工藝中不可缺少的調(diào)味料之一，成分主要以氯化鈉為主，對肉制品具有增強風味、提高保水性、降低水分活度、防腐抑菌等重要作用。然而，據(jù)統(tǒng)計全球每年有700 多萬人死于因高血壓引發(fā)的疾病，過量的鈉鹽攝入已被證實是引發(fā)高血壓及腦卒中等疾病的主要誘因[2?3]，而通過肉制品攝入的鈉鹽含量占據(jù)人體膳食鈉鹽總攝入量的20%左右[4]，開發(fā)高品質(zhì)低鈉肉制品，實現(xiàn)有效降低鈉鹽對保障人體營養(yǎng)健康至關(guān)重要。研究指出不同鈉鹽含量，對肉制品的口感、風味、品質(zhì)、保質(zhì)期等均具有顯著影響[5?7]，單純降低鈉鹽含量會引起肉制品產(chǎn)生口感、風味、質(zhì)構(gòu)等品質(zhì)下降問題[8?9]；如何保證低鈉產(chǎn)品的品質(zhì)是目前低鈉肉制品加工亟需解決的重點和難點。目前肉制品加工過程中降低鈉鹽的途徑主要為鈉鹽替代，但鈉鹽替代物添加過量時已被證明會造成肉制品品質(zhì)和風味降低[10?12]，因此保障肉制產(chǎn)品品質(zhì)的同時，進行有效性、針對性、目的性的降鹽，對低鈉肉制品的開發(fā)具有重要推動意義。

電子舌技術(shù)靈敏、耗時短、無損耗、簡便，可實現(xiàn)樣品滋味的定性與定量分析，在食品中的技術(shù)應(yīng)用范圍其中包括：滋味的定量分析、品質(zhì)分級[13]，貨架期的評估、真?zhèn)涡缘淖R別與加工過程的監(jiān)控[14]等?；疑P(guān)聯(lián)度分析法可通過灰色系統(tǒng)得出各因子不同的關(guān)聯(lián)程度，以此來決定主次因素，在農(nóng)作物的產(chǎn)量[15?16]與品質(zhì)評估[17]、中藥質(zhì)量的評價[18?19]、工業(yè)化生產(chǎn)等多個研究領(lǐng)域都有所涉及。

本文借助電子舌技術(shù)，基于灰色關(guān)聯(lián)度法初步探究了西式香腸鈉鹽含量與電子舌味覺特征之間的相關(guān)性，并進一步構(gòu)建二者之間的相關(guān)性模型，得到了鈉鹽含量與電子舌相關(guān)性較高的味覺指標；為更深層次研究加工肉制品中鈉鹽含量對味覺值的可能影響提供了理論性依據(jù)，也為電子舌技術(shù)實現(xiàn)對肉制品鈉含量的客觀評價給予了參考基礎(chǔ)，以期通過鈉鹽含量影響的關(guān)鍵味覺值為低鈉肉制品的減鹽技術(shù)開發(fā)與生產(chǎn)工藝優(yōu)化提供指導與幫助，從而促進低鈉產(chǎn)品的開發(fā)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

將樣品進行編號，具體信息如表1 所示，編號1～9 號樣品為市售西式香腸購于鄭州市麥德龍商場；編號10～15 號樣品為實驗室自制的不同鈉鹽含量香腸；原料肉與調(diào)味料均為市場銷售。

表1 不同種類西式香腸樣品信息Table 1 Sample information of different kinds of western sausage

Insent SA402B 電子舌 日本Insent 公司；iCE3300 原子吸收光譜儀 德國Thermo Fisher 公司；MM12B 型絞肉機 廣東省韶關(guān)市大金食品機械廠；VF608Plus 真空灌腸機 百誠潤和機械有限公司；BYXX-50 型煙熏箱 中國艾博公司；Allegra64R 高速冷凍離心機 山東博科科學儀器有限公司；CU-420 型電熱恒溫水槽 上海一恒科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備

1.2.1.1 基礎(chǔ)配方 經(jīng)市場調(diào)研，目前大多數(shù)西式香腸的配方類似，多以原料肉、腌制劑（食用鹽、三聚磷酸鈉、焦磷酸鈉、六偏磷酸鈉、D-異抗壞血酸鈉、亞硝酸鈉）、輔料（水、大豆蛋白、淀粉、白砂糖、香辛料等）為主。本實驗參考市場配方確定自制樣品基礎(chǔ)配方為：每千克肉抗壞血酸鈉0.6 g、復合磷酸鹽3 g（焦磷酸鈉30%，三聚磷酸鈉40%，六偏磷酸鈉30%）、亞硝酸鈉0.15 g、無水葡萄糖5 g、冰水400 g（分三次加入）、白砂糖15 g、白胡椒粉1.5 g、淀粉60 g、大蒜粉2 g、味精2 g、生姜粉1.5 g、雞精2 g、小茴香粉1 g、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶1.5 g、大豆分離蛋白20 g。

1.2.1.2 實驗室自制樣品信息 樣品10～15 參照基礎(chǔ)配方，食鹽添加量參考Xiong 等[20]的方法，主要材料依次為：豬肉+腌制劑（2.5%食鹽）+輔料；豬肉+腌制劑（不加食鹽）+輔料；豬肉；牛肉+腌制劑（2.2%食鹽）+輔料；牛肉+腌制劑（不加食鹽）+輔料；牛肉。以檢測原料肉、腌制劑（不加食鹽）及輔料所占西式香腸鈉鹽含量的比重，基于本底值探究鈉鹽含量對味覺值的影響。

1.2.1.3 工藝流程 原料處理（選用新鮮牛后腿/豬后腿作為原料肉）→去膜筋→絞肉→腌制（24 h）→斬拌（9 min）→灌制→煙熏（1 h）→蒸煮（40 min）→冷卻成品

1.2.2 鈉鹽含量測定 測定方法參照國標GB 5009.91-2017 中第一法（火焰原子吸收光譜法）進行檢測，每個樣品測定三個平行，以平均值作為最終測定值。

1.2.3 電子舌測定 樣品前處理：將樣品編號后分別攪碎至肉沫，每個樣品取15 g 置于250 mL 錐形瓶內(nèi)，加入150 mL 蒸餾水，50 ℃水浴加熱20 min，然后4 ℃、5000 r/min 離心15 min 經(jīng)濾紙過濾除雜即可，濾液為電子舌待測樣液。

檢測條件：檢測前電子舌傳感器需活化、校準、診斷以保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定性與準確性[21]。樣品采集時間120 s，1 s 采集1 次數(shù)據(jù)，采集完畢清洗時間300 s，以采集時間后30 s 的數(shù)據(jù)作為采集一次樣品的數(shù)據(jù)，每個樣品重復4 次，為確保傳感器的穩(wěn)定性與數(shù)據(jù)采集的準確性，采取后三次數(shù)據(jù)為測試結(jié)果[22]。電子舌的參比溶液由KCl 和酒石酸組成，其中酸味的無味點為?13，咸味的無味點為?6，其它味覺值的無味點均為0。本實驗共采用了CA0、C00、AE1、AAE 和CT0 五種傳感器，其響應(yīng)特性分別代表酸味、苦味、澀味、鮮味和咸味五種味覺，電子舌傳感器響應(yīng)值均是以測量值與參比溶液無味點的相對值作為基準。

1.2.4 灰色關(guān)聯(lián)分析

1.2.4.1 確定分析數(shù)列 基于灰色系統(tǒng)理論及分析方法的要求，本研究將15 種樣品作為一個整體，即灰色系統(tǒng)[23]，電子舌不同傳感器為灰色系統(tǒng)的子系統(tǒng)，每個傳感器的響應(yīng)值作為一個因素進行分析計算[24]。

首先選擇參考數(shù)列，記為Y0，Y0(x)=[Y0(1)，Y0(2)，Y0(3)，···Y0(x)]，x 為腸樣品，x=1，2，3，···15。

其次選擇比較數(shù)列，記為Yi(x)，Yi(x)=[Yi(1)，Yi(2)，Yi(3)，···Yi(x)]，Yi為樣品的電子舌傳感器響應(yīng)值，Yi=1，2，3，···10，x=1，2，3，···15。

1.2.4.2 計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù) 灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)按照公式（1）計算。

式中：x 為不同種類香腸樣品序號；Yi為不同種類腸的電子舌傳感器響應(yīng)值；εi（x）為第x 種香腸的子序列Yi與母序列Y0的關(guān)聯(lián)系數(shù)；minimink|Y0（x）?Yi（x）|為兩級最小差值，又記為Δmin；maximaxk|Y0（x）?Yi（x）|為兩級最大差值，又記為Δmax；|Y0（x）?Yi（x）|為母序列與子序列的絕對差值，又記為Δ（k）；ρ 為分辨系數(shù)。

為了減小Δ（k）太大而引起的失真，引入分辨系數(shù)ρ[25]，ρ 的取值范圍為0～1，本研究中將ρ 取值為0.5[26]。

1.2.4.3 灰色關(guān)聯(lián)度的計算方法 關(guān)聯(lián)系數(shù)的算術(shù)平均數(shù)為關(guān)聯(lián)度，按照公式（2）計算。

式中：ri為母序列Y0與子序列Yi之間的關(guān)聯(lián)度；N 為子序列的數(shù)據(jù)個數(shù)。

1.2.4.4 數(shù)據(jù)來源 以電子舌傳感器中的CT0（咸味傳感器）響應(yīng)值作為參照數(shù)列，分別計算不同樣品的相對傳感器響應(yīng)值，按照公式（3）計算，并將此作為電子舌傳感器響應(yīng)值來源。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 22.0、Origin2017 軟件對原始數(shù)據(jù)進行方差分析、主成分分析和繪圖，Microsoft Office Excel 2007 軟件對灰色關(guān)聯(lián)進行函數(shù)和數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種類西式香腸鈉鹽含量分析

15 種樣品鈉鹽含量，如表2 所示。由表可看出，宜客品牌牛肉香腸鈉鹽含量在市售樣品中最高，Smith field 品牌香腸鈉鹽含量在市售樣品中最低，在實驗室自制樣品中樣品10 鈉鹽含量最高，樣品15 鈉鹽含量最低；與市售樣品相比，由實驗室自制的樣品10 和樣品13 的鈉鹽含量處于較低水平，根據(jù)目前英國食品標準局的建議，將食品的鈉鹽含量降至為650 mg/100 g[27]，大多數(shù)市售樣品規(guī)格均超出標準，實驗室自制樣品牛肉香腸成品1 號（樣品13）更為符合低鈉食品的標準；同時，從表2 的鈉鹽含量檢測結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)西式香腸配方中除食鹽外，其它輔料（原料肉、腌制劑、調(diào)味料）含有的鈉鹽成分較少，說明食鹽的添加量是造成樣品之間鈉鹽含量差異性的主要因素[28?29]。

表2 西式香腸鈉鹽含量分布表Table 2 Sodium content distribution of western sausages

2.2 電子舌傳感器響應(yīng)值分析結(jié)果

表3 的西式香腸電子舌傳感器響應(yīng)值結(jié)果表明15 種樣品電子舌傳感器之間的味覺值存在不同的差異性（P<0.05），其中15 種樣品咸味味覺值均存在顯著性差異性（P<0.05），樣品鈉鹽含量越高，咸味值越大，兩者呈正比關(guān)系。鈉鹽的咸味主要來源于解離后的Cl-離子與Na+離子共同作用，鈉鹽含量的增加會引起咸味值的升高；除此之外，不同鈉鹽樣品的酸味值、苦味值、澀味值、鮮味值也都存在差異性（P<0.05），但味覺值變化規(guī)律性不明顯，鈉鹽含量的增加在提高咸味的同時也會引起其它的味覺特性發(fā)生變化，同時可能也會造成不同味覺之間產(chǎn)生相互作用[30]，從而造成味覺值之間的差異性。根據(jù)市場調(diào)研結(jié)果，西式香腸之間的主要配方相似、原輔料鈉含量占據(jù)比重小，故鈉鹽（食鹽）含量不同可能會對樣品間電子舌味覺值的差異造成影響，需進一步探討與研究。

2.3 電子舌主成分分析結(jié)果

為進一步探究電子舌傳感器響應(yīng)值與樣品鈉鹽含量的關(guān)系，本研究采用了主成分分析法對其進行分析與驗證。圖1 為15 種西式香腸的電子舌主成分（PCA）分析結(jié)果，主成分1 為橫坐標，主成分2 為縱坐標，由圖可看出，主成分1（PC1）貢獻率為56.18%，主成分2（PC2）貢獻率為25.38%，累計貢獻率為81.56%，表明這兩種主成分能夠表明傳感器原始數(shù)據(jù)的主要信息，反映樣品間滋味的差異性。在圖中可看到15 種樣品之間的劃分區(qū)域未出現(xiàn)重疊或交叉，表明15 種樣品的滋味特性具有一定的差異性。其中鈉鹽含量分布比較接近的樣品所在區(qū)域較為集中，鈉鹽含量差異性較大的樣品相隔距離較遠，而樣品1 與其它鈉鹽含量相近的樣品坐標軸距離較遠可能是由于它的酸味值（約?17）顯著不同于其他樣品（約?26～?32 之間），引起了味覺值之間的差異性。結(jié)合表3 的電子舌響應(yīng)值分析結(jié)果，不同鈉鹽含量的五種味覺值均存在顯著性差異（P<0.05），說明樣品的鈉鹽含量對電子舌傳感器味覺特性有一定的影響，可進一步研究鈉鹽與電子舌味覺值之間的相關(guān)性。

表3 西式香腸電子舌傳感器響應(yīng)值Table 3 Value of electronic tongue sensor response of western sausage

圖1 電子舌主成分分析圖Fig.1 Principal component analysis diagram of electronic tongue response

2.4 西式香腸鈉鹽含量與電子舌傳感器響應(yīng)值的灰色關(guān)聯(lián)度分析

2.4.1 不同樣品的相對傳感器響應(yīng)值 根據(jù)公式（3）得出15 種樣品不同電子舌傳感器相對響應(yīng)值，計算結(jié)果如表4 所示。

2.4.2 無量綱化處理 將15 個樣品的鈉鹽含量數(shù)值設(shè)為參考數(shù)列，比較數(shù)列為電子舌的5 個傳感器響應(yīng)值，將母序列與子序列進行灰色關(guān)聯(lián)度分析。首先采用均值化變換的方法對每個數(shù)列進行無量綱化處理，結(jié)果如表5 所示。

2.4.3 電子舌傳感器響應(yīng)值與鈉鹽含量的關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度 計算15 種西式香腸的鈉鹽含量參考數(shù)列與表5 比較數(shù)列（電子舌傳感器的響應(yīng)值）的絕對差值，得到兩級最大差值Δmax（鈉鹽含量）=17.1880，兩級最小差值Δmin（鈉鹽含量）=0.0274，將其分別帶入公式（1）即可得到電子舌傳感器響應(yīng)值與鈉鹽含量的關(guān)聯(lián)系數(shù)，再將灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)帶入公式（2）即可得到傳感器響應(yīng)值與鈉鹽含量的關(guān)聯(lián)度，從而對其進行排序。

由表6 可知，鈉鹽含量與五種電子舌傳感器關(guān)聯(lián)度大小為CT0（咸味）>CA0（酸味）>AAE（鮮味）>AE1（澀味）>C00（苦味），傳感器CT0、CA0、AAE 的響應(yīng)值與15 種樣品鈉鹽含量的關(guān)聯(lián)度較高[31]，其中CT0（咸味傳感器）關(guān)聯(lián)度最高，達到0.9511，這一結(jié)論與上述電子舌傳感器響應(yīng)值分析結(jié)果一致。由該結(jié)果推測鈉鹽含量對樣品味覺特征中的咸味、鮮味、酸味影響相對較大，與蘇智敏等[32]的電子舌主成分分析結(jié)果相似，鈉鹽對鮮味與咸味響應(yīng)值影響力較大；而鈉鹽含量造成酸味響應(yīng)值差異性大的原因可能是由于滋味物質(zhì)間的相互作用引起[33]。

2.4.4 鈉鹽含量與電子舌傳感器響應(yīng)值的回歸模型 灰色關(guān)聯(lián)度排序可用于描述各因子的重要性，魏常敏等[15]、稅紅霞等[16]、肖軻等[25]均以灰色關(guān)聯(lián)度排序作為各因子影響程度的評價依據(jù)。根據(jù)關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果，樣品鈉鹽含量與電子舌傳感器CT0（咸味）、CA0（酸味）、AAE（鮮味）的響應(yīng)值之間關(guān)聯(lián)度較高，將鈉鹽含量與傳感器CT0、CA0、AAE 響應(yīng)值進行回歸分析，回歸模型參數(shù)見表7，其中y 表示樣品鈉鹽含量（mg/100 g），x1表示傳感器CA0 的響應(yīng)值，x2表示傳感器AAE 的響應(yīng)值，x3表示傳感器CT0 的響應(yīng)值。R 表示擬合優(yōu)度，衡量模型對觀測值的擬合程度，數(shù)值越接近1，說明該模型擬合度越高，R2值一般選用調(diào)整后的，其更具有準確性。根據(jù)研究結(jié)果得出回歸方程中的R2為0.936，調(diào)整后的R2為0.918；而且所得回歸方程擬合精度較高，表明鈉鹽含量與CT0、CA0、AAE 三種傳感器的相關(guān)性較好。

表4 電子舌傳感器的相對響應(yīng)值Table 4 Relative response values of electronic tongue sensors

表6 傳感器響應(yīng)值與鈉鹽含量的關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度Table 6 Correlation coefficient and correlation degree between sensor response value and sodium content

表7 鈉鹽含量與電子舌傳感器響應(yīng)值的回歸模型Table 7 Regression model of sodium content and response value of electronic tongue sensor

3 結(jié)論

電子舌傳感器響應(yīng)值及主成分分析結(jié)果表明，不同鈉鹽含量的味覺值具有一定的差異性（P<0.05），其中鈉鹽含量對CT0（咸味）傳感器響應(yīng)值影響顯著，不同鈉鹽含量的咸味值均存在顯著差異性（P<0.05）。經(jīng)灰色關(guān)聯(lián)分析法得出鈉鹽含量與五種電子舌傳感器關(guān)聯(lián)度大小依次為：CT0（咸味）>CA0（酸味）>AAE（鮮味）>AE1（澀味）>C00（苦味）；同時構(gòu)建了鈉鹽含量與CT0（咸味）、CA0（酸味）、AAE（鮮味）的回歸模型，模型R2為0.918，具有較好的擬合精度。該研究可為進一步研究加工肉制品中鈉鹽對味覺值的可能影響提供理論基礎(chǔ)與研究思路，下一步將針對鈉鹽含量對味覺值的具體影響進行探究，驗證及優(yōu)化鈉鹽含量與關(guān)鍵味覺值的相關(guān)模型，為低鈉肉制品及減鹽技術(shù)的開發(fā)提供一定的參考基礎(chǔ)。