基于電子舌技術(shù)的食用檳榔滋味分析

巢雨舟 柳 毅 趙志友 夏延斌

(1. 湖南賓之郎食品科技有限公司工程技術(shù)研究中心，湖南 湘潭 411201；2. 湖南省檳榔加工與食用安全工程技術(shù)研究中心，湖南 湘潭 411201；3. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128)

檳榔是一種熱帶經(jīng)濟(jì)作物，含有多種營(yíng)養(yǎng)和活性物質(zhì)，具有多種生理活性功能[1-3]，在中國(guó)，有95%的檳榔被加工成食用檳榔，湖南檳榔產(chǎn)業(yè)近30年發(fā)展迅速，已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、規(guī)?；同F(xiàn)代化生產(chǎn)[4-5]。對(duì)于湖南這種特定的食用干檳榔而言，滋味是影響其品質(zhì)的最關(guān)鍵因素，目前國(guó)內(nèi)外沒有對(duì)食用檳榔滋味的評(píng)價(jià)研究，而行業(yè)內(nèi)檳榔滋味的評(píng)價(jià)方法僅為感官評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)較籠統(tǒng)，又易受評(píng)價(jià)者主觀影響，其結(jié)果有失準(zhǔn)確性、客觀性和重復(fù)性。

電子舌利用仿生原理，使用人工脂質(zhì)膜傳感器技術(shù)可以檢測(cè)食品的各種味覺指標(biāo)，并將測(cè)試結(jié)果輸送至電腦中[6-8]。儀器評(píng)價(jià)技術(shù)比傳統(tǒng)評(píng)價(jià)技術(shù)更快速、客觀和準(zhǔn)確[9-11]，此外，多元統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法近幾年被廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域，對(duì)于分析多變量的電子舌味覺指標(biāo)有較大幫助[12-15]。研究擬利用電子舌和感官評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)8個(gè)檳榔強(qiáng)勢(shì)企業(yè)共12個(gè)優(yōu)勢(shì)品牌進(jìn)行檢測(cè)，并結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析結(jié)果，探討檳榔產(chǎn)品滋味的差異性，為分析檳榔產(chǎn)品的滋味提供一種更為科學(xué)、客觀和準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

食用檳榔：市售；

電子舌專用內(nèi)部液、參比電極液、陽離子溶液和陰離子溶液：日本Insent公司。

1.2 主要儀器設(shè)備

味覺分析系統(tǒng)：TS-SA402B型，日本Insent公司；

超純水機(jī)：ZWM-HLBA1-10型，湖南中沃水務(wù)環(huán)?？萍加邢薰?；

手提式粉碎機(jī)：XL-06A型，廣州市旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司；

數(shù)控超聲波清洗器：KQ-700DE型，昆山市超聲儀器有限公司；

水浴恒溫振蕩器：SHY-2A型，常州上特儀器制造有限公司；

臺(tái)式低速離心機(jī)：TDZ4A-WS型，湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司；

高效液相色譜儀：1260infinity型，美國(guó)安捷倫科技公司。

1.3 電子舌檢測(cè)方法

1.3.1 樣品采集 從超市購(gòu)買12種品牌的檳榔產(chǎn)品，來源于8個(gè)不同企業(yè)，考慮到商業(yè)機(jī)密，不公開企業(yè)名和品牌名，只對(duì)樣品進(jìn)行編號(hào)，具體情況見表1。

表1 12種檳榔樣品情況表

1.3.2 電子舌樣品預(yù)處理 將檳榔鹵水刮下，備用。將去鹵水后的檳榔進(jìn)行粉碎，稱取5.00 g粉碎檳榔和3.00 g鹵水于錐形瓶中，加入250 mL超純水，保鮮膜封口，25 ℃ 水浴40 min，50 ℃超聲20 min，4 000 r/min離心10 min，取上層清液備用。

1.3.3 電子舌檢測(cè)方法

(1) 稱取80 mL上清液樣品于電子舌專用燒杯中。

(2) 將味覺傳感器浸沒于參比溶液中，得到參比溶液電勢(shì)Vr。

(3) 將味覺傳感器浸沒于樣品溶液中，得到樣品電勢(shì)Vs，樣品與參比液的電勢(shì)差Vs—Vr可以評(píng)價(jià)甜、酸、咸、苦、澀、鮮。

(4) 將味覺傳感器浸沒于參比溶液清洗后再測(cè)試樣品，得到電勢(shì)Vr1，電勢(shì)差Vr1—Vr可以評(píng)價(jià)苦、澀、鮮的回味指標(biāo)。

(5) 為使結(jié)果更加準(zhǔn)確，減少儀器首次因平衡帶來的測(cè)量誤差，酸、咸、苦、澀、鮮、苦味回味、澀味回味和鮮味回味測(cè)定4次，取后3次結(jié)果，因儀器對(duì)甜味的平衡較弱，甜味測(cè)定5次，取后3次結(jié)果。

1.4 感官評(píng)價(jià)方法

由技術(shù)中心10名檳榔專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行感官評(píng)分，對(duì)12個(gè)檳榔產(chǎn)品的甜味、酸味、咸味、苦味、澀味、鮮味、苦味回味、澀味回味和鮮味回味進(jìn)行評(píng)分；分3個(gè)檔次：味感強(qiáng)烈21～30分，味感一般11～20分，味感較弱1～10分；6個(gè)基本味覺指標(biāo)在口腔中咀嚼3～5 min后評(píng)價(jià)，3個(gè)回味指標(biāo)咀嚼≥8 min后評(píng)價(jià)。

1.5 甜味劑測(cè)定方法

1.5.1 甜蜜素 參照GB 5009.97—2016。

1.5.2 糖精鈉 參照GB 5009.28—2016。

1.5.3 三氯蔗糖 參照GB 22255—2014。

1.5.4 安賽蜜 參照DBS 13/006—2016。

1.6 數(shù)據(jù)分析與處理

對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析、主成分分析、因子分析、系統(tǒng)聚類法分類和單因素方差分析。數(shù)據(jù)分析使用SPSS 19.0軟件，圖形處理使用Origin 9.5軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 各滋味指標(biāo)的差異性分析

由表2可知，每個(gè)指標(biāo)的組間均方根誤差遠(yuǎn)大于組內(nèi)，說明檳榔味覺指標(biāo)的差異主要來自于不同的樣品，而并非樣品本身檢測(cè)時(shí)的誤差。從顯著性分析可知，不同樣品的各項(xiàng)味覺指標(biāo)差異顯著(P<0.01)，說明不同品牌的檳榔產(chǎn)品對(duì)電子舌各傳感器響應(yīng)信號(hào)值有極顯著影響(P<0.01)，電子舌可以區(qū)別不同檳榔樣品，與王銀誠(chéng)等[14]的結(jié)果一致。從味覺指標(biāo)的極差可知，甜味(5.17)、酸味(6.44)、咸味(4.10)、苦味(4.88)和澀味(4.38)比較大，而鮮味(1.68)、苦味回味(2.84)、澀味回味(2.30)和鮮味回味(0.83)相對(duì)較小。檳榔滋味中，甜、酸、咸、苦、澀均是比較重要的指標(biāo)，對(duì)產(chǎn)品口感有較大影響，其余的指標(biāo)影響較小。

表2 檳榔產(chǎn)品各滋味指標(biāo)差異性分析

2.2 各滋味指標(biāo)的主成分分析

對(duì)12個(gè)檳榔產(chǎn)品進(jìn)行主成分分析，提取特征值λ>1以上的主成分有3個(gè)，前3個(gè)主成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)85.30%，可以反映樣本的真實(shí)情況。由表3可知，成分1主要包含了甜味、苦味、澀味和澀味回味的信息，成分2主要包含了酸味、鮮味和鮮味回味的信息，成分3主要包含了咸味和苦味回味的信息。由圖1可知，12個(gè)檳榔產(chǎn)品可以得到很好地區(qū)分。從各產(chǎn)品的位置來看，F(xiàn)1、H1呈聚類趨勢(shì)，D1、E1、G1、A2、A3和B2呈聚類趨勢(shì)，C2、B1、A1、C1相距較遠(yuǎn)，區(qū)別明顯，說明PCA能在空間排布上進(jìn)行一定的分析，與吳進(jìn)菊等[16]的結(jié)果一致，為進(jìn)一步探討12個(gè)產(chǎn)品的聚類關(guān)系，采用系統(tǒng)聚類法進(jìn)行分析。

圖1 主成分因子得分圖Figure 1 The factor score picture of principalcomponent

表3 成分矩陣表

2.3 各滋味指標(biāo)的聚類分析

對(duì)12個(gè)檳榔產(chǎn)品進(jìn)行聚類分析，采用平方Euclidean距離的度量標(biāo)準(zhǔn)得到如圖2所示的樹狀圖，當(dāng)距離取3時(shí)可以分為三大類。A1、B1和C2為第一類，A2、D1、G1、E1、A3、B2和C1為第二類，F(xiàn)1和H1為第三類，說明電子舌可以對(duì)相似滋味的檳榔產(chǎn)品進(jìn)行聚類，檳榔滋味的分類與檳榔種類、生產(chǎn)企業(yè)并沒有直接關(guān)系，煙果、青果檳榔以及同一企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，滋味上并沒有呈聚類關(guān)系，決定檳榔滋味差異的主要原因是配方的不同。這與吳進(jìn)菊等[17]的結(jié)論一致。

圖2 各檳榔產(chǎn)品的聚類分析圖Figure 2 The cluster analysis of areca products

2.4 不同聚類檳榔產(chǎn)品的滋味指標(biāo)方差分析

為進(jìn)一步分析3個(gè)聚類的檳榔產(chǎn)品滋味差異，對(duì)3個(gè)聚類的檳榔產(chǎn)品進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果見表4。由表4可知，聚類1的鮮味和鮮味回味顯著高于其他兩個(gè)類別；聚類2的咸味和苦味顯著低于其他兩個(gè)類別；聚類3的甜味顯著高于其他兩個(gè)類別，但澀味和澀味回味顯著低于其他兩個(gè)類別。3個(gè)不同聚類的產(chǎn)品均有其獨(dú)特的滋味優(yōu)勢(shì)，與李建美等[13]的結(jié)果一致。

表4 不同聚類檳榔產(chǎn)品的滋味指標(biāo)方差分析?

2.5 電子舌和感官指標(biāo)對(duì)比分析

由表5可知，線性回歸中，甜味的R2值最小，鮮味回味的R2值為0.872，其余指標(biāo)的R2值均在0.9以上，說明在甜味分析上，電子舌和感官評(píng)價(jià)差異較大，鮮味回味的差異一般，其余指標(biāo)的差異較?。辉赑earson相關(guān)性分析中，只有甜味的相關(guān)性不顯著，其余指標(biāo)均顯著，進(jìn)一步說明電子舌和感官評(píng)價(jià)分析上甜味差異較大。

表5 相關(guān)性分析?

由表6可知，聚類1的鮮味和鮮味回味顯著高于其他兩個(gè)類別；聚類2的咸味和苦味顯著低于其他兩個(gè)類別；聚類3的澀味和澀味回味顯著低于其他兩個(gè)類別。除甜味指標(biāo)外，感官評(píng)價(jià)與電子舌的味覺指標(biāo)差異性一致。檳榔的主要優(yōu)勢(shì)味覺指標(biāo)為甜味，各生產(chǎn)企業(yè)的不同產(chǎn)品，甜味劑的選擇和配比均不相同，對(duì)甜味影響較為復(fù)雜，可能是造成電子舌和感官分析結(jié)果不一致的主要原因。

表6 不同聚類檳榔產(chǎn)品的感官指標(biāo)方差分析?

2.6 不同聚類檳榔產(chǎn)品的甜味劑差異性分析

采用HPLC法測(cè)定檳榔產(chǎn)品中主要的甜味劑含量，結(jié)果如表7所示。由表7可知，4種甜味劑的質(zhì)量濃度與其峰面積呈良好的線性相關(guān)性，與董蘊(yùn)等[18]研究的有機(jī)酸結(jié)果一致，其回歸方程的相關(guān)系數(shù)R2值均>0.999。聚類3的4種甜味劑含量均最高，且除糖精鈉外，其余3種甜味劑含量均顯著高于其他兩類，這可能是電子舌和感官評(píng)價(jià)的結(jié)果均顯示聚類3的甜味是最高的原因。聚類1的甜蜜素和糖精鈉含量顯著高于聚類2的，聚類1的三氯蔗糖則顯著低于聚類2的，安賽蜜含量?jī)烧卟町惒伙@著。甜蜜素和糖精鈉是檳榔行業(yè)使用時(shí)間最長(zhǎng)、最有經(jīng)驗(yàn)的兩種甜味劑，而三氯蔗糖的甜味最純正，甜度倍數(shù)高，但其用量較低，這可能是聚類1與聚類2的電子舌與感官評(píng)價(jià)分析存在差異的原因。

表7 不同聚類檳榔產(chǎn)品的甜味劑含量差異分析?

3 結(jié)論

試驗(yàn)表明，電子舌可以很好地區(qū)分各檳榔產(chǎn)品，不同檳榔產(chǎn)品中，對(duì)口感影響大的味覺指標(biāo)差異也大；電子舌可以聚類有相似味覺特征的檳榔產(chǎn)品，各聚類產(chǎn)品有其特有的滋味優(yōu)勢(shì)；除甜味以外，電子舌和感官評(píng)價(jià)的味覺指標(biāo)差異性均一致，但造成甜味差異的具體原因尚未明確。后續(xù)可根據(jù)電子舌的測(cè)定結(jié)果與市場(chǎng)強(qiáng)勢(shì)檳榔產(chǎn)品品質(zhì)建立聯(lián)系，為改進(jìn)檳榔配方提供參考。