人工與智能儀器對不同番茄品種感官評價(jià)對比分析

王仁杰，蔡紅明，徐蓓蓓，郭 瑩，李 尚，王興翠，高玨曉*，李美芹*

（1.全國蔬菜質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中心，山東 濰坊 262700；2.壽光市文家街道農(nóng)業(yè)農(nóng)村服務(wù)中心，山東 濰坊 262700；3.阿默思（上海）儀器貿(mào)易有限公司，上海 200040；4.濰坊科技學(xué)院，山東 濰坊 262700）

番茄是目前設(shè)施栽培最廣泛的園藝作物之一，其既可作為蔬菜又可作為高檔水果，因其具有較高的營養(yǎng)價(jià)值和獨(dú)特的風(fēng)味而深受消費(fèi)者喜愛。隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，消費(fèi)者對番茄的需求開始由數(shù)量型向質(zhì)量型轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)高品質(zhì)番茄已經(jīng)成為國內(nèi)外研究者關(guān)注的課題。

消費(fèi)者所關(guān)注的番茄的品質(zhì)往往是通過測定其養(yǎng)分含量進(jìn)行確定的，然而對于消費(fèi)者來說，測定養(yǎng)分含量無法實(shí)現(xiàn)，感官評價(jià)就成為了解食品品質(zhì)和特性的重要工具。感官評價(jià)是用于喚起、測量、分析和解釋通過視覺、嗅覺、味覺、觸覺和聽覺等感受到的食品及其材料的特性所引起的反應(yīng)的一種科學(xué)方法。近年來，感官評價(jià)中的描述性分析檢驗(yàn)和情感檢驗(yàn)2類檢驗(yàn)方法逐步應(yīng)用于蔬菜育種工作。借助感官評價(jià)，可以幫助蔬菜育種工作者篩選出具有優(yōu)良感官特性、受市場歡迎的蔬菜品種。然而，感官評價(jià)中評價(jià)時(shí)間及疲勞效應(yīng)會影響感官評價(jià)試驗(yàn)的重現(xiàn)性，感官人員的生理及心理狀況也會對產(chǎn)品評價(jià)結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，智能感官系統(tǒng)（電子舌、電子鼻和電子眼）在近幾年興起并廣泛應(yīng)用于品味分析領(lǐng)域，在品質(zhì)評價(jià)上具有無可比擬的作用。比如電子鼻可以讓感官評估更加可靠、確保產(chǎn)品的一致性、快速識別構(gòu)成氣味的化合物并對氣味化合物進(jìn)行定量；電子舌通過自動、客觀可重復(fù)的測量和對味覺屬性的詳細(xì)了解，可以控制產(chǎn)品的感官特征，確保評估人員的安全；電子眼對顏色差異有高度的敏感性，可以同時(shí)分析消費(fèi)者感知的顏色和形狀，使顏色和形狀數(shù)字化，并進(jìn)行記錄和比較。

目前，關(guān)于番茄的研究主要集中在不同條件對番茄生長的影響，利用感官評價(jià)方法對番茄進(jìn)行分析研究的還相對較少，食品感官評價(jià)研究與智能儀器分析相結(jié)合對番茄品質(zhì)的研究更是少見。本文通過人工感官評價(jià)研究不同番茄品種的消費(fèi)者喜好度差異，結(jié)合智能感官儀器（電子鼻、電子舌和電子眼）分析探究影響喜好度因素的變量；通過全面分析不同品種番茄感官品質(zhì)的差異，為番茄感官品質(zhì)分析研究和品種選育提供技術(shù)參考。

1 材料和方法

1.1 材料與儀器

試驗(yàn)選取的8個(gè)番茄品種分別為大粉916、黃金果、夢想金豆、紫貝貝、紫蜜桃、美味1號、夢想迷戀、美味千禧，均采自全國蔬菜質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中心試驗(yàn)示范基地同一溫室大棚，均達(dá)到食用成熟度。

試驗(yàn)所用儀器為Alpha MOS公司生產(chǎn)的Heracles NEO快速氣相色譜電子鼻，Astree電子舌，Iris電子眼。

1.2 人工感官評價(jià)

為了對番茄樣品感官品質(zhì)開展人工評價(jià)，篩選14位無色盲和色弱、無味覺和嗅覺減退或喪失癥狀、經(jīng)?；蚺紶柹撤训南M(fèi)者（男女比例3∶4，年齡在19～60歲），進(jìn)行消費(fèi)者感官評價(jià)。每個(gè)品種番茄會提供3個(gè)樣品，并于3 min內(nèi)完成感官評價(jià)，有2 min休息時(shí)間緩解感官疲勞。

為避免品種名稱對評價(jià)產(chǎn)生影響，對8種番茄進(jìn)行3位數(shù)隨機(jī)編號，具體編號及果實(shí)特性見表1。消費(fèi)者喜好度測試采用5點(diǎn)標(biāo)度法：1分為差，2為較差，3為中等，4為較好，5為好。分別對番茄的外形、色澤、整體風(fēng)味、果皮厚度、入口軟硬度、果肉質(zhì)地、果汁多少、果實(shí)酸甜度和總體喜好度進(jìn)行評價(jià)，并根據(jù)評價(jià)結(jié)果分析消費(fèi)者喜好度。為了更客觀地分析人工品評的可靠程度，采用硬度計(jì)對果實(shí)硬度進(jìn)行測定，并與人工感官評價(jià)進(jìn)行比較。

表1 參試番茄品種編號及果實(shí)特性

1.3 智能感官評價(jià)

各品種番茄采摘第2天寄至阿默思（上海）儀器貿(mào)易有限公司進(jìn)行智能感官測定。

電子鼻：每個(gè)番茄品種稱取45 g，加入90 mL純水，勻漿5～10 min，取2 g汁液于20 mL頂空瓶中，頂空進(jìn)樣。樣品在超快速氣相色譜電子鼻上進(jìn)行測定分析。采用正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)溶液（nC5～nC16）進(jìn)行校準(zhǔn)，將保留時(shí)間轉(zhuǎn)化為保留指數(shù)，然后通過Aro Chem Base數(shù)據(jù)庫對化合物進(jìn)行定性分析，從而找出樣品之間的差異性化合物。

when searching the concordances and the contexts of language,it is found that women tend to speak less directly and with“softer”intonation.

電子舌：每個(gè)番茄品種稱取45 g，加入90 mL純水，勻漿5～10 min，過濾取清液25 mL進(jìn)行檢測。使用矩陣式液體傳感器總體檢測樣品的滋味屬性。

電子眼：每個(gè)番茄品種各取1個(gè)，使用高清CMOS攝像頭在穩(wěn)定的室內(nèi)光對樣本的外觀（形狀及顏色）進(jìn)行采樣。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用儀器自帶軟件Alpha Soft進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。采用PCA（主成分分析）和DFA（判別因子分析）對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。通過PCA對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，在一定的視角來尋找樣品間的差異；DFA對數(shù)據(jù)向量進(jìn)行線性變換，使得各類樣品能夠更好地區(qū)分。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工感官評價(jià)

由表2結(jié)果知，美味1號、夢想金豆、大粉916和夢想迷戀果形最受消費(fèi)者喜歡，評分在4分及以上，而紫貝貝和黃金果形評分則較低；對于果實(shí)色澤而言，評分較高的為美味1號、美味千禧、黃金果和大粉916，評分較低的為紫貝貝和紫蜜桃；果皮厚度、軟硬度和果肉質(zhì)地評分結(jié)果類似，得分最高的均為夢想金豆，得分較低的為紫蜜桃和紫貝貝；番茄軟硬度得分和硬度計(jì)測定結(jié)果存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明在2.48～5.83 kg/cm硬度范圍內(nèi)，消費(fèi)者對硬度較低的番茄品種喜好度更高；果實(shí)酸甜度得分較高的是夢想迷戀和夢想金豆，得分較低的為紫貝貝和大粉916，均低于3分；對于整體喜好度而言，較受消費(fèi)者喜歡的番茄為夢想金豆和夢想迷戀，喜好最低的為紫貝貝。

表2 人工品評對不同品種番茄感官評價(jià)喜好度得分 分

2.2 智能感官評價(jià)

2.2.1 電子眼數(shù)據(jù)分析

2.2.1.1 果形分析 由圖1可知，主成分1和主成分2累計(jì)貢獻(xiàn)度達(dá)73.35%，包含了原始數(shù)據(jù)大部分有效信息，表明數(shù)據(jù)有效，可進(jìn)一步分析。結(jié)合人工品評對果形的評測結(jié)果，將得分≥4分的夢想金豆、夢想迷戀、美味1號、大粉916分為一組，其余樣本分為另一組，由電子眼聚類分析結(jié)果（圖2）可知，組1和組2聚類結(jié)果明顯，表明電子眼在果形分析方面和人工感官分析結(jié)果較為一致。

圖1 電子眼形狀主成分分析

圖2 電子眼聚類分析結(jié)果（得分分組）

圖3 電子眼顏色主成分分析

圖4 電子眼顏色主成分分析（得分分組）

2.2.2 電子舌數(shù)據(jù)分析

由電子舌主成分分析結(jié)果（圖5）可知，主成分1（PC1）和主成分2（PC2）累計(jì)貢獻(xiàn)度達(dá)91.20%，雖然涵蓋了原始數(shù)據(jù)的大部分信息，但是各個(gè)品種之間較為分散。按照人工感官測評得分的酸甜度屬性喜好度得分，將喜好度得分高于3.5分的紫蜜桃、夢想金豆、夢想迷戀分為高分組，3.0～3.5分的美味千禧、美味1號、黃金果為中等組，低于3分的紫貝貝和大粉916為低分組，分組后運(yùn)行PCA，得到由得分分組的電子舌主成分分析結(jié)果（圖6），其分布規(guī)律較雜亂，不能很好聚類。

圖5 電子舌主成分分析

圖6 電子舌結(jié)果主成分分析（得分分組）

圖7為電子舌電子軟件算法基于傳感器相應(yīng)原理給出的酸味對比結(jié)果，可以看出酸味的相對強(qiáng)弱，結(jié)合酸味對比數(shù)值可以看出，黃金果番茄酸味最強(qiáng)，其次是夢想迷戀，美味1號和夢想金豆酸度接近，酸味最低的為紫蜜桃。與人工感官評價(jià)的果實(shí)酸甜度得分有所差異，這與酸甜度屬性的喜好度會受到酸和甜分別的影響以及兩種滋味交叉的影響有關(guān)。

圖7 算法預(yù)測酸味對比

2.2.3 電子鼻數(shù)據(jù)分析

電子鼻分析結(jié)果表明，不同番茄品種風(fēng)味組分中有較大的相似性，其中相應(yīng)較高的風(fēng)味物質(zhì)主要有3個(gè)。針對3種相應(yīng)最高組分進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的定性查找，可以查到其組分可能的分子式，氣味描述與閾值等。經(jīng)數(shù)據(jù)庫查找（表3），此3種組分都具有類似草本的青香、水果香氣的描述，且在揮發(fā)組分中的占比較大，基本可以肯定這3種組分在氣味中具有較大的貢獻(xiàn)。

表3 測定數(shù)據(jù)中含量占比最高的3種組分定性結(jié)果

電子鼻檢測到的揮發(fā)組分較多，若每一個(gè)組分都定性分析極為耗時(shí)，可采用軟件篩選加鎖定的方式篩選感興趣的組分變量。圖8為統(tǒng)計(jì)整合后的主成分分析圖，可以看出2個(gè)紫色品種（紫貝貝和紫蜜桃）在揮發(fā)組分上與其他樣本差異明顯，主成分1（PC1）和主成分2（PC2）累計(jì)貢獻(xiàn)度不到50%，說明樣品間的差異性非常復(fù)雜。

圖8 電子鼻數(shù)據(jù)主成分分析和載荷

通過電子鼻數(shù)據(jù)主成分分析載荷圖（圖8）可知，紫色品種番茄中很大一部分揮發(fā)組分含量要高于其他品種。排除掉紫色品種番茄后研究剩余2種顏色番茄樣本，發(fā)現(xiàn)不同色品種間依然存在差別，不同顏色的品種天然存在較大的揮發(fā)性組分的差異。這可能意味著品評這8種番茄時(shí)，影響品評風(fēng)味喜好的變量都是不同的，即導(dǎo)致喜好度高的因素可能有很多，卻在每個(gè)樣本中的影響程度不一樣。對于復(fù)雜的數(shù)據(jù)分析，可以從簡單處入手，分析相同顏色品種間的好壞差異，盡可能過濾掉大多數(shù)品種間帶入的差異性因素。

黃色樣本夢想迷戀、夢想金豆、黃金果中，將評分較高的夢想迷戀和夢想金豆分為一組，使用軟件尋找關(guān)鍵變量進(jìn)行PCA分析，得到圖9。對于其中關(guān)鍵變量可進(jìn)行數(shù)據(jù)庫檢索，得出黃色番茄樣本可能化合物及氣味描述（表4）。發(fā)現(xiàn)評分較高的夢想金豆和夢想迷戀其中有5種化合物高于評分較低的黃金果番茄，這些化合物分別為3-甲基丁醛、正丁醇、3-甲基-1-丁醇、(Z)-3-己烯-1-醇和3-甲硫基丙醛，這些化合物氣味主要為果香、草本香、花香和奶香等。

圖9 黃色番茄樣本主成分分析和載荷（得分分組）

表4 黃色番茄樣本差異組分定性結(jié)果

與黃色番茄樣本處理一樣，將3個(gè)紅色樣本美味1號、美味千禧和大粉916中評分較高的美味1號和美味千禧分為一組，同樣使用軟件尋找關(guān)鍵變量，得到主成分分析PCA圖（圖10），發(fā)現(xiàn)評分較高的美味1號和美味千禧中有化合物明顯高于大粉916，然而大粉916號番茄中也有一些化合物要明顯高于評分較高的小組。進(jìn)一步篩選出不同番茄樣本中化合物含量差異較大的種類，使用數(shù)據(jù)庫檢索揮發(fā)組分變量，結(jié)果如表5。篩選出的與黃色番茄品種相同化合物為3-甲基丁醛，3-甲基-1-丁醇和3-甲硫基丙醛，這3種化合物都是在風(fēng)味評分較低的大粉916號番茄中的含量相比評分較高的美味1號、美味千禧中含量更高，產(chǎn)生這一結(jié)果的原因一方面可能是這3種化合物在2組顏色番茄中含量不同，起到的作用不同，另外有可能的原因是戊醛在提高美味1號和美味千禧風(fēng)味上起到較大作用，可能還與本次參與人工感官評價(jià)人數(shù)較少，代表性相對較差有關(guān)。

圖10 紅色番茄樣本主成分分析和載荷（得分分組）

本次試驗(yàn)由于人工感官評測員人數(shù)少，結(jié)果只有一定的代表性，在未來研究中可以增加評測人員的數(shù)量，或引入經(jīng)培訓(xùn)的專家評測小組，更好地與智能感官評測結(jié)果相結(jié)合；但是此次嘗試為感官評價(jià)與智能儀器相結(jié)合、科學(xué)評價(jià)果蔬提供了新的分析方法，也為未來培育出更受消費(fèi)者喜愛的蔬菜品種提供了理論依據(jù)。

表5 紅色番茄樣本差異組分定性結(jié)果

同樣將2個(gè)紫色品種進(jìn)行主成分分析，發(fā)現(xiàn)2種番茄風(fēng)味組成差異明顯。將差異較大的風(fēng)味組定性檢索，得出有4種化合物在人工感官評價(jià)評分較高的紫蜜桃中的含量顯著高于紫貝貝，4種化合物分別為3-甲基丁醛、3-甲基-1-丁醇、2-甲基丁酸甲酯和3-甲硫基丙醛（表6）。對4種化合物的氣味分析可以看出，影響紫色番茄風(fēng)味的化合物仍然主要是一些果味、綠色草本植物味和具有奶酪風(fēng)味的化合物，而這些化合物在紫蜜桃中的含量相對較高，這可能是紫蜜桃風(fēng)味評分較高的原因。

表6 紫色番茄樣本差異組分定性結(jié)果

3 結(jié)論與討論

通過對8個(gè)番茄品種人工和智能感官評價(jià)結(jié)果相結(jié)合分析，發(fā)現(xiàn)最受喜愛的是紅色番茄，消費(fèi)者對硬度較小的品種喜愛度更高；番茄酸甜度喜好性會受到酸和甜分別的影響以及兩種滋味交叉的影響，且隨評測人員不同會展示出較大差異；而影響番茄風(fēng)味差異的因素主要是一些青草味、果香味、奶酪味的一些化合物。另外，不同顏色或形狀是影響消費(fèi)者喜好的次要因素，滋味和風(fēng)味的不同是影響消費(fèi)者喜好的主要因素，在下一步設(shè)計(jì)試驗(yàn)和分析結(jié)果時(shí)，將更加注重電子舌的應(yīng)用；在綜合分析不同品種風(fēng)味評分差異的內(nèi)在化合物后得出，以后組織番茄人工評價(jià)和智能儀器分析時(shí)應(yīng)盡量保證樣品的顏色或形狀保持一致，減少因變量。