楊成聰，蔡宏宇，王玉榮，向茜，王海燕，郭壯（湖北文理學(xué)院化學(xué)工程與食品科學(xué)學(xué)院鄂西北傳統(tǒng)發(fā)酵食品研究所，湖北襄陽441053）

基于電子舌技術(shù)的市售蘇打水滋味品質(zhì)評價

楊成聰，蔡宏宇，王玉榮，向茜，王海燕，郭壯*
（湖北文理學(xué)院化學(xué)工程與食品科學(xué)學(xué)院鄂西北傳統(tǒng)發(fā)酵食品研究所，湖北襄陽441053）

采用電子舌技術(shù)和多變量統(tǒng)計學(xué)方法相結(jié)合的手段，對市售蘇打水的滋味品質(zhì)進行評價分析。結(jié)果表明，市售蘇打水樣品間基本味覺和回味指標差異均非常顯著（P＜0.01），通過主成分分析、非加權(quán)組平均法和多元方差分析發(fā)現(xiàn)黑龍江和河南地區(qū)產(chǎn)的蘇打水滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)存在顯著的差異，冗余分析發(fā)現(xiàn)該差異是由于澀味、后味A（澀味的回味）和豐度（鮮味回味）等3個指標導(dǎo)致的。經(jīng)Mann-Whiney分析發(fā)現(xiàn)，河南地區(qū)產(chǎn)的蘇打水上述3個指標均較之黑龍江地區(qū)高（P＜0.05）。由此可見，不同地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水其滋味品質(zhì)存在較大差異。

蘇打水；電子舌；多變量統(tǒng)計學(xué)；品質(zhì)評價

作為一種健康大眾型的堿性飲料，飲用蘇打水可以有效改善人體酸堿平衡，同時可以緩解消化不良和便秘癥狀［1］。蘇打水一般可以分為天然和人工合成兩大類，我國市售的蘇打水多以人工合成為主。人工合成的蘇打水是在碳酸氫鈉水溶液中添加少量食用香精和甜味劑制備而成，為了改善口感一般還會壓入二氧化碳氣體。雖然我國蘇打水產(chǎn)品鮮見相關(guān)國家及行業(yè)標準，但以飲用天然礦泉水為參照我們可知，目前多從理化、污染物和微生物指標等維度對產(chǎn)品的品質(zhì)進行評價，而對其滋味品質(zhì)的評價相對較少。

目前研究人員多采用感官鑒評方法對食品的滋味品質(zhì)進行評價，但該方法具有受主觀因素影響大，在一定程度上較難保證結(jié)果準確性的缺點［2］。通過采用人工脂膜傳感器技術(shù)，電子舌實現(xiàn)了味道的數(shù)字化評價，具有對味覺物質(zhì)有高選擇性且對一類味覺物質(zhì)具有整體選擇性的特點［3］，目前該技術(shù)已經(jīng)在礦泉水［4］、果酒［5］、奶酪［6］、綠茶［7］和咖啡［8］等方面有了廣泛的應(yīng)用。

通過對襄陽市市售人工合成蘇打水產(chǎn)品采集，本研究首先使用電子舌技術(shù)對其滋味品質(zhì)進行評價，同時結(jié)合多元統(tǒng)計學(xué)方法對黑龍江和河南地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水產(chǎn)品滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的差異性進行分析，并對與差異性顯著相關(guān)的滋味指標進行鑒定。

1　材料、試劑與儀器

1.1材料

分別從襄陽市沃爾瑪、天天福和好鄰居等超市累計購買了29個蘇打水產(chǎn)品。因部分產(chǎn)品中添加了水果汁和蕎麥提取液等配料，將該部分樣品予以剔除。最終納入本研究的蘇打水樣品共有16個，其中7個蘇打水產(chǎn)品產(chǎn)自黑龍江齊齊哈爾市，其余9個樣品產(chǎn)自河南省漯河、開封、焦作和安陽等地區(qū)。

1.2試劑

內(nèi)部溶液、參比溶液、陰離子溶液、陽離子溶液、味覺標準溶液和氯化鉀溶液均由日本Insent公司提供。

1.3主要儀器

SA 402B味覺分析系統(tǒng)：日本Insent公司。

2　方法

2.1測試傳感器和參比傳感器的活化

測試傳感器中加入200 μL內(nèi)部溶液后，置于參比溶液中活化24 h備用。在參比電極中添加內(nèi)部溶液至距頂端5 mm后，置于3.33 mol/L氯化鉀溶液中活化24 h備用。

2.2電子舌數(shù)據(jù)采集

在電子舌系統(tǒng)進行傳感器自檢和診斷后，將100mL未經(jīng)任何處理的蘇打水樣品均勻的倒在兩個樣品測試杯中，按照以下的步驟進行樣品的測定［9］：

1）AAE（鮮味）、CTO（咸味）和CAO（酸味）3個傳感器在陰離子溶液中浸沒90 s，同時COO（苦味）和AE1（澀味）兩個傳感器在陽離子溶液中浸沒90 s，以便清洗去除傳感器上的吸附物質(zhì)；

2）所有傳感器在參比溶液1和2中分別洗滌120s；

3）所有傳感器在參比溶液3中浸泡30 s，得到參比溶液電勢Vr；

4）所有傳感器在蘇打水樣品中浸泡30 s得到電勢Vs，通過Vs-Vr對5個基本味進行測定；

5）所有傳感器在參比溶液4和5中分別洗滌3 s；

6）AE1、AAE和COO傳感器在參比溶液6中浸沒30 s，分別測得電勢Vr’，通過Vr’-Vr的電勢差可檢測樣品澀味、鮮味或苦味的回味。

每個蘇打水樣品重復(fù)測4次，選取后3次測量的數(shù)據(jù)進行后續(xù)分析。

2.3統(tǒng)計分析

使用方差分析對蘇打水各滋味指標的差異性進行分析；使用主成分分析法（principal component analysis，PCA）、非加權(quán)組平均法（unweighted pair-group method with arithmetic means，UPGMA）和多元方差分析法（MANOVA）對不同地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的差異進行分析；使用Mann-Whiney分析和冗余分析對與不同地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)差異顯著相關(guān)的指標進行分析。除RDA分析采用canoco 4.5軟件（Microcomputer Power，NY，USA）外，所有分析均采用Matlab 2010b軟件（The MathWorks，Natick，MA，USA）。

3　結(jié)果與分析

3.1蘇打水樣品各滋味差異性分析

蘇打水樣品各滋味差異性分析見表1。

表1　不同蘇打水樣品各滋味指標的差異性分析（n=16）Tabel 1　The significance analysis of each taste index of soda water produced from two regions（n=16）

由表1可知，納入本研究的16個蘇打水樣品其苦味、澀味、酸味、咸味和鮮味等5個基本味覺指標及后味A（澀味回味）、后味B（苦味回味）和豐度等3個回味指標差異均非常顯著（P＜0.01）。由總變異值的大小可知，蘇打水樣品在酸味上的差異最大，其次咸味和澀味的差異也較大。上述8個指標的極差值均大于1，即部分蘇打水樣品在某一個指標上的差異通過感官鑒定是可以區(qū)分出來的。

3.2不同地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的差異性分析

作為無監(jiān)督的多元統(tǒng)計學(xué)方法，主成分分析法根據(jù)各指標間的相關(guān)性可將多個指標轉(zhuǎn)化為幾個彼此不相關(guān)的綜合指標，從而達到降維的目的［10］。通過主成分分析發(fā)現(xiàn)，第一和第二主成分分別占全部變量53.08%和21.58%的權(quán)重，兩個地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)的主成分1與主成分2因子得分圖見圖1。

圖1　兩個地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)的主成分1與主成分2因子得分圖Fig.1　Graphical representation of the principal component analysis of the taste profile characterization of soda water produced from two regions showing PC1 vsPC2：factor scores

由主成分因子得分圖（圖1）可知，黑龍江和河南地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水在空間排布上各自呈現(xiàn)出明顯的聚類趨勢，因此我們可以定性的認為兩個地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水滋味品質(zhì)存在差異。河南地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水其在X軸和Y軸的分布較之黑龍江地區(qū)要分散，由此可以定性的認為河南地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水其組間差異要大于黑龍江地區(qū)。

把多個響應(yīng)變量看成一個整體的基礎(chǔ)上，多元方差分析可以分析因變量對多個響應(yīng)變量整體的影響，進而發(fā)現(xiàn)不同總體的最大組間差異［11］。本研究進一步采用多元方差分析對第一和第二主成分所代表的變異度進行了檢驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當以蘇打水的產(chǎn)地為分組依據(jù)時，MANOVA檢驗P值非常顯著（P=0.005 5），這一結(jié)果說明，根據(jù)蘇打水產(chǎn)地劃分的黑龍江地區(qū)/河南地區(qū)的分組確實是造成因子得分圖中各樣本空間排布呈現(xiàn)明顯區(qū)分的原因。

作為一種常用的聚類方法，非加權(quán)組平均法（unweighted pair-group method with arithmetic means，UPGMA）可以用來解決樣品的分類問題［12］。為了進一步驗證PCA分析的結(jié)果，我們采用UPGMA對兩個地區(qū)產(chǎn)蘇打水的滋味整體結(jié)構(gòu)進行了分析，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，UPGMA結(jié)果與PCA結(jié)果一致，即黑龍江和河南地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水在空間排布上各自呈現(xiàn)出明顯的聚類趨勢。

兩個地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)的主成分1與主成分2因子載荷圖見圖3。

圖2 基于UPGMA聚類分析的兩個地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)評價Fig.2　The cluster analysis of the taste profile characterization of soda water produced from two regions based on UPGMA

圖3　兩個地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)的主成分1與主成分2因子載荷圖Fig.3　Graphical representation of the principal component analysis of the taste profile characterization of soda water produced from two regions showing PC1 vs.PC2：factor loading

由因子載荷圖（圖3）可知，第一主成分由回味A（澀的回味）、澀味和豐度（鮮味的回味）等3個指標構(gòu)成，而第二主成分由鮮味、咸味和酸味構(gòu)成。由因子得分圖（圖1）可知，在X軸方向上，河南地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水的排布較之黑龍江地區(qū)整體偏右，因此結(jié)合圖3我們可以定性的認為河南地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水其回味A（澀的回味）、澀味和豐度（鮮味的回味）較之黑龍江地區(qū)高。在Y軸方向上，兩類樣品的空間排布沒有呈現(xiàn)出一定的規(guī)律。

作為一種常用的距離定義方法，通過計算樣品在m維空間中的真實聚類，可以采用歐式距離（Euclidean distance）來反應(yīng)兩個樣品間的親疏程度［13］。本研究采用歐式距離分別計算了黑龍江地區(qū)（1.62±0.09，±SD）和河南地區(qū)（1.75±0.55，±SD）生產(chǎn)的蘇打水樣品間滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)的平均距離，然而經(jīng)Mann-Whiney分析發(fā)現(xiàn)兩組數(shù)據(jù)差異顯著（P=0.289）。

3.3與兩個地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)差異顯著相關(guān)指標的鑒定

作為一種有監(jiān)督的多元統(tǒng)計學(xué)方法，冗余分析（Redundancy analysis，RDA）通過解釋變量的線性組合可以盡最大可能解釋響應(yīng)變量的變異度［14］。本研究進一步以不同地區(qū)分組（黑龍江地區(qū)/河南地區(qū)）作為起約束作用的解釋變量，用于預(yù)測和解釋蘇打水樣品中5個基本味覺和3個回味指標數(shù)據(jù)組成的響應(yīng)變量。分析結(jié)果表明，有35.4%的變異度能夠被黑龍江地區(qū)/河南地區(qū)這一分組所解釋，而通過蒙特卡羅置換檢驗（MonteCarlo permutation test）進一步分析發(fā)現(xiàn)這一約束因素具有顯著性（P=0.002），RDA雙序圖見圖4。

圖4RDA雙序圖Fig.4　Diplot of the RDA

由圖4可知，澀味、后味A（澀味的回味）和豐度（鮮味回味）等3個指標與RDA排序圖約束軸上的樣本賦值良好相關(guān)，由此可見，正是澀味、后味A（澀味的回味）和豐度（鮮味回味）等3個指標代表了不同地區(qū)產(chǎn)蘇打水滋味品質(zhì)總體結(jié)構(gòu)差異顯著相關(guān)的關(guān)鍵滋味。

由圖4亦可知，澀味、后味A（澀味的回味）和豐度（鮮味回味）等3個指標均位于第二三象限，這說明河南地區(qū)產(chǎn)蘇打水的澀味、后味A（澀味的回味）和豐度（鮮味回味）要顯著高于黑龍江地區(qū)，而我們進一步采用Mann-Whitney檢驗也證實了這一結(jié)果。Mann-Whitney檢驗亦發(fā)現(xiàn)，河南地區(qū)產(chǎn)蘇打水的后味B（苦的回味）和咸味顯著高于黑龍江地區(qū)，而其他指標差異不顯著（P＞0.05）。

4　結(jié)論

本研究采用電子舌技術(shù)和多變量統(tǒng)計學(xué)方法相結(jié)合的手段，對市售蘇打水的滋味品質(zhì)進行了評價，結(jié)果發(fā)現(xiàn)河南和黑龍江地區(qū)生產(chǎn)的蘇打水滋味品質(zhì)整體結(jié)構(gòu)存在顯著的差異，而這種差異是由于澀味、后味A（澀味的回味）和豐度（鮮味回味）等3個指標導(dǎo)致，且河南地區(qū)澀味、后味A澀味的回味和豐度（鮮味回味）等3個指標的豐度較之黑龍江地區(qū)高。

［1］谷宏.蘇打水的研究現(xiàn)狀及功能分析［J］.農(nóng)業(yè)科技與裝備，2010，17（1）：65-66

［2］韓北忠，童華榮.食品感官評價［M］.北京：中國林業(yè)出版社，2009：3-5

［3］Lee DG，Kim K，Lee S.Taste profile characterization of white ginseng by electronic tongue analysis［J］.African Journal of Biotechnology，2012，11（38）：9280-9287

［4］ Iiyama S，Yahiro M，Toko K.Quantitative sensing of mineral water with multichannel taste sensor［J］.Sensors and Materials，1995，7（3）：191-201

［5］許春華，肖作兵，牛云蔚，等.電子鼻和電子舌在果酒風(fēng)味分析中的應(yīng)用［J］.分析與檢測，2011，37（3）：163-167

［6］叢艷君，易紅，鄭福平.基于電子舌技術(shù)不同超聲處理時間的奶酪滋味區(qū)分［J］.食品科學(xué)，2015，36（6）：114-118

［7］吳瑞梅，趙杰文，陳全勝，等.基于電子舌技術(shù)的綠茶滋味品質(zhì)評價［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2011，27（11）：378-381

［8］王凱麗，董文江，谷風(fēng)林，等.基于電子舌和多元數(shù)據(jù)分析的咖啡焙炒度檢測方法研究［J］.熱帶作物學(xué)報，2015，36（2）：396-403

［9］ Kobayashi Y，Habara M，Ikezazki H，et al.Advanced taste sensors based on artificial lipids with global selectivity to basic taste qualities and high correlation to sensory scores［J］.Sensors，2010，10（4）：3411-3443

［10］Legina A，Rudnitskayaa A，Vlasova Y，et al.Tasting of beverages using an electronic tongue［J］.Sensors and Actuators B：Chemical，1997，44（1/3）：291-296

［11］范思昌.多元方差分析［J］.第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報，1989，10（6）：412-415

［12］羅冬梅.非加權(quán)組平均法在工商數(shù)據(jù)資源分析中的應(yīng)用［J］.洛陽理工學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，21（4）：47-49

［13］石鳳學(xué)，王浩雅，張濤，等.歐式距離系數(shù)在多點生產(chǎn)卷煙產(chǎn)品的均質(zhì)化評價中的應(yīng)用［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（20）：12569-12572

［14］Israels AB.Redundancy analysis for qualitative variables［J］.psychometrika，1984，49（3）：331-346

Taste Profile Characterization of Commercial Soda Water by Electronic Tongue Analysis

YANG Cheng-cong，CAI Hong-yu，WANG Yu-rong，XIANG Xi，WANG Hai-yan，GUO Zhuang*
（Northwest Hubei Research Institute of Traditional Fermented Food，College of Chemical Engineering and Food Science，Hubei University of Arts and Science，Xiangyang 441053，Hubei，China）

The taste profile characterizations of commercial soda water were studied by electronic tongue and multivariate statistics.The results showed that there were significant difference in basic taste and aftertaste among all these samples（P＜0.01）.All principal component analysis（PCA），unweighted pair-group method with arithmetic means（UPGMA）and MANOVA analysis showed that there were significant differences in the taste profile characterizations of soda water produced from Henan and Heilongjiang regions，astringency，richness and aftertaste-A were identified by redundancy analysis（RDA）as key variables significantly associated with the taste profile difference.Meanwhile，these three indexes were significantly more abundant in the soda water samples produced from Henan（Mann-Whitney test，P＜0.05）.Thus，we could conclude that the original areas have significant effects on the taste profile characterizations of soda water.

soda water；electronic tongue；multivariate statistics；quality evaluation

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.10.034

湖北文理學(xué)院教務(wù)處PRP資助項目（201510519002）；湖北文理學(xué)院食品新型工業(yè)化學(xué)科群建設(shè)項目（2016）

楊成聰（1996—），男（漢），在讀本科生，主要從事食品生物技術(shù)研究。
*

郭壯（1984—），男（漢），講師，博士，主要從事食品生物技術(shù)研究。

2015-05-06