劉方哲，于潤美，姜燕,2，于繼胤，尤婷婷

（1.長春工業(yè)大學化學與生命科學學院，吉林長春 130012）（2.大理大學公共衛(wèi)生學院，云南大理 671000）（3.哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院，黑龍江哈爾濱 150028）

蹄葉橐吾又名馬蹄葉，含有大量的臭根醇、六氫二甲基亞甲基環(huán)癸并呋喃酮及異蜂斗菜酮等活性倍半萜類化合物[1,2]。朝鮮族民間用蹄葉橐吾葉作開胃和化痰的山野菜膳食，具有一定的營養(yǎng)和生理調(diào)節(jié)功能。有研究表明蹄葉橐吾的葉片提取物具有鎮(zhèn)咳祛痰、抗炎抑菌[3,4]和抗氧化[5,6]的作用。本研究將具有清咽潤喉作用的3種原料：蹄葉橐吾、羅漢果和甘草按一定比例熬煮制備蹄葉橐吾飲料，以期緩解不良環(huán)境對人咽喉部的影響。

飲料感官評價的重點是飲料的氣味和滋味[7]，多采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法[8]和感官分析進行評價。飲料的感官評價一般包括色澤、氣味、口感和液體狀態(tài)等，在性狀描述中難以具體區(qū)分，具有一定的模糊性，人為誤差大、重復性差，傳統(tǒng)感官評價存在一定的誤差[9]。模糊數(shù)學感官評價法[10]綜合考慮較多的評定因素，減少評價主體間的主觀評定誤差，建立一個反映其本質(zhì)特征的理想模式，使評定結(jié)果更加科學和客觀，在食品的感官評定中廣泛應用[11,12]。

同時，采用智能感官分析技術，模擬人的鼻子和舌，“感受到”目標物的氣味和滋味，并將化學信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，與其自身數(shù)據(jù)庫中的信息進行對比分析[13～15]。相較于人的鼻子和舌，智能感官分析技術具有安全、快速、便于重復和檢測結(jié)果可靠的優(yōu)點[16]。國內(nèi)外已有用電子鼻或電子舌檢測區(qū)分不同配方、加工工藝或不同品牌的橘子汁[17]、蘋果汁[18]和碳酸飲料[19]等產(chǎn)品品質(zhì)的報道。本文采用模糊數(shù)學感官評價法優(yōu)化蹄葉橐吾飲料的配方，同時將電子鼻和電子舌技術用于蹄葉橐吾飲料與市售同類功能飲料的智能感官分析。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

蹄葉橐吾，吉林省延邊市；羅漢果，云南省桂林市；甘草，甘肅省桐鄉(xiāng)市；蔗糖，大連林梅食品有限公司。

JE502電子分析天平，上海浦春計量儀器有限公司；GYB30-60高壓均質(zhì)機最大壓力60 MPa上海諾尼輕工機械有限公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋，控溫精度±0.5 ℃，江蘇金壇醫(yī)療器械廠；Smartnose電子鼻Smartongue電子舌電壓-10～10 V，上海昂申智能科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 工藝流程

蹄葉橐吾、羅漢果和甘草→除雜→清洗→切碎→浸泡→煎煮→粗濾→調(diào)配→精濾→均質(zhì)→滅菌→冷卻→成品

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 選料

去掉有蟲蛀、破損、枯黃的葉片，并折去葉柄，選取顏色清綠、形狀完整的蹄葉橐吾葉片為原料，用清水沖洗去除泥沙等雜質(zhì)。羅漢果敲碎，選取氣味良好的羅漢果果實用水沖洗除雜。選取顏色嫩黃的甘草片，用水沖洗除雜。

1.2.2.2 浸泡

將洗好的蹄葉橐吾葉片粉碎，與處理好的羅漢果和甘草一并浸泡30 min。

1.2.2.3 煎煮

水浴煮沸1 h。煎煮可提取蹄葉橐吾、羅漢果和甘草中的有效成分，如蹄葉橐吾葉片中的葉多糖[20]、羅漢果甜苷[21]和甘草酸[22]等。

1.2.2.4 過濾

粗濾過300目的濾袋。

1.2.2.5 調(diào)配

將蔗糖在80 ℃左右的熱水中均勻攪拌溶解，一邊攪拌一邊加入到濾液中。

1.2.2.6 精濾

醋酸纖維膜真空抽濾，壓力為0.1 MPa。

1.2.2.7 均質(zhì)

壓力30 MPa，樣品溫度30 ℃，時間3 min。

1.2.2.8 滅菌

90 ℃，30 s。

1.2.2.9 冷卻

滅菌后室溫自然冷卻，灌裝，得到蹄葉橐吾飲料。

1.2.3 蹄葉橐吾飲料配方優(yōu)化實驗

蹄葉橐吾飲料的風味與原料的配比有密切關系。在預實驗的基礎上，固定甘草片的用量為 1 g，采用L9(34)正交實驗對蹄葉橐吾（A16.0 g、A27.0 g、A38.0 g）、羅漢果（B15.0 g、B26.0 g、B37.0 g）和蔗糖添加量（C140.0 g、C245.0 g、C350.0 g）進行優(yōu)化，加水量均為1000 mL。從色澤、氣味、口感和液體狀態(tài)4個方面運用模糊數(shù)學感官評價法進行綜合評判。

1.2.3.1 感官評定人員的選擇

評定小組由 10名經(jīng)過感官評價訓練的食品科學專業(yè)學生組成，男女各5人，小組成員身體健康，無吸煙、酗酒等不良嗜好，對色、香、味有較強的分辨力和較好的靈敏度，且1 d內(nèi)沒有食用辛辣等刺激性食物。所有樣品均采用三位數(shù)隨機編碼，在室溫下進行品評[23]。在感官評定前用溫水漱口，且每品評完一組后漱口3次，間隔30 s后品評下一組。

1.2.3.2 評定論域的確定

在進行食品的感官評價時，選擇最能反映該食品質(zhì)量的指標作為評定論域U。本實驗確定產(chǎn)品質(zhì)量由色澤、氣味、口感、液體狀態(tài)4個因素構(gòu)成，即評價對象的評定論域U=（色澤，氣味，口感，液體狀態(tài)）。評語等級論域：對每個因素的評價按 V1、V2、V3、V4四個等級評定，即評語等級論域V=（V1，V2，V3，V4）。感官評定參考標準見表1。

1.2.3.3 模糊數(shù)學感官評價法權重的確定

根據(jù)色澤、氣味、口感、液體狀態(tài)在蹄葉橐吾飲料感官評價中的作用，采用強制決定法確定各個含量因素的權重，分別為色澤（0.20）、氣味（0.30）、口感（0.30）、液體狀態(tài)（0.20），記為 A=（a1,a2,a3,a4）=（0.20,0.30,0.30,0.20）。

表1 模糊數(shù)學感官評定參考標準Table 1 Standard of fuzzy mathematical sensory evaluation

1.2.4 電子鼻檢測方法

選取模糊數(shù)學法判斷出的最優(yōu)配方飲料（樣品1）與市售的4款同類產(chǎn)品：“加多寶”涼茶（樣品2）、“和其正”涼茶（樣品3）、“無限極”潤和津露（3倍水稀釋，樣品4）和“王老吉”涼茶（樣品5）進行對比。量取5種樣品各10 mL于電子鼻專用樣品瓶中，封口，室溫放置10 min，待揮發(fā)性物質(zhì)達到平衡狀態(tài)后進行檢測，每組樣品共測試6次。采用動態(tài)頂空法采集氣體，測定條件：進樣流量1 L/min，檢測時間60 s，等待進樣時間為10 s，平行樣品的清洗時間為60 s，不同樣品間的清洗時間為 120 s。統(tǒng)計分析電子鼻系統(tǒng)自帶的14個不同選擇性傳感器的檢測數(shù)據(jù)。

1.2.5 電子舌檢測方法

將電子舌傳感器經(jīng)過校準后，量取5種樣品各15 mL于電子舌專用燒杯中，按照設置的序列放置在電子舌自動進樣器上。試驗采用清洗溶液（蒸餾水）和待測樣品交替檢測序列進行。每種樣品檢測 6次，5種待測樣品共檢測30個樣本。用穩(wěn)定狀態(tài)下的信號進行分析，取120 s處的信號作為分析的時間點。

1.3 統(tǒng)計分析方法

利用Winmuster軟件對采集到的信息進行主成分分析（PCA）和線性判別分析（LDA），以樣本數(shù)據(jù)聚集程度為依據(jù)對樣品進行定性判別。

2 結(jié)果與分析

2.1 模糊數(shù)學感官評定分析

2.1.1 建立模糊矩陣

評定人員對蹄葉橐吾飲料的感官評價結(jié)果如表 2所示。

由表2可知，在10人對產(chǎn)品的色澤評價中，1號實驗組有8人認為是優(yōu)，2人認為是良，0人認為是合格，0人認為是不合格，則得到A色澤=[0.8 0.2 0 0]。同理得到 A氣味=[0.2 0.4 0.4 0]，A口感=[0.1 0 0.7 0.2]，A液體狀態(tài)=[1.0 0 0 0]。把上面得到的四個單因素的評價結(jié)果寫成一個矩陣，得到：

作加權系數(shù)矩陣A與評價矩陣R的模糊乘積運算，Y=A○R。為了突出飲料的整體評價，采用M(·，⊕)算子確定模糊評判集Y，按最大隸屬度原則進行評判。

則對第j號實驗組的綜合評價結(jié)果為：Yj=A○Rj。

因此1號實驗組的綜合評價結(jié)果為見公式1：

按此方法對各配方樣品的綜合模糊評判結(jié)果見表3。

表2 模糊數(shù)學感官評定實驗結(jié)果Table 2 Experimental results of fuzzy mathematical sensory evaluation

表3 模糊變換結(jié)果Table 3 Results of fuzzy transformation

2.1.2 評定結(jié)論

將模糊向量單值化進行比較排序，給四個等級V1、V2、V3、V4依次賦予分值 90、80、70、60。將綜合評定結(jié)果中各個量分別乘以其對應分值，并進行加和，最后可得出每個樣品的最終感官得分，結(jié)果列入表 2。例如，1號試驗組最后的感官總得分=0.45×90+0.16×80+0.33×70+0.03×60=80.00。

從表2可以看出，試驗3、4、8的感官得分相對較高，均在82以上，處于V1和V2之間，可為消費者所接受，其中試驗 8（A3B2C1）感官評分最高，即蹄葉橐吾8.0 g/L，羅漢果6.0 g/L，蔗糖40.0 g/L，甘草1.0 g/L，將此配方作為蹄葉橐吾飲料的最優(yōu)組合。

2.2 不同品牌飲料的電子鼻分析結(jié)果及討論

圖1 不同樣品電子鼻檢測的PCA圖Fig.1 PCA plot of different samples detected by i-nose

利用電子鼻Winmuster分析軟件對5種飲料樣品的信號數(shù)據(jù)進行主成分分析。從PCA圖（圖1）中可以得到主成分1的貢獻率為98.3%，主成分2的貢獻率為0.8%，主成分1和2的累計貢獻率為99.1%，大于85%，能夠反映樣品氣味的整體信息。圖1中主成分1的方差貢獻率遠遠大于主成分2的方差貢獻率，表明樣品間在橫坐標上的距離越大，其差異也越大；而樣品在縱坐標上的距離即使很大，由于主成分2的方差貢獻率相對較小，其差異也不會很大。從圖1可以看出，1號樣品與其余四組樣品分布較遠，在氣味上1號樣品與其他樣品區(qū)別明顯，4、5號樣品的分布區(qū)域分離較近，兩樣品在氣味上較為相似。2、3號樣品在橫坐標上的投影幾乎重合，僅在縱坐標上略有區(qū)別，說明其主要氣味比較相似。

圖2 不同樣品電子鼻檢測的LDA圖Fig.2 LDA plot of different samples detected by i-nose

線性判別分析（LDA）結(jié)果如圖2所示。第1主成分（揮發(fā)性有機化合物烷類、氮氧化合物、硫化物、甲烷類、有機芳香硫化物、醇類）區(qū)分貢獻率為98.1%，第2主成分區(qū)分貢獻率為0.2%。第1主成分和第2主成分總的區(qū)分貢獻率為98.3%，大于90%，可以用第1、2主成分反映總體信息。從圖2中可以看出，相比于PCA圖，LDA圖能夠更好地區(qū)分5種樣品。其中，4號和5號樣品相比于其他樣品仍然較為接近，說明兩者的氣味在一定程度上具有相似性，1號樣品與其他的4組樣品相距較遠，表示1號樣品具有獨特的風味。由于蹄葉橐吾葉片中含有大量的z-9-十八烷烯醛、α-金合歡烯、石竹烯等萜類、醇類及酯類等[24]，故認為是這些具有揮發(fā)性的物質(zhì)決定了蹄葉橐吾樣品的特征香氣。

2.3 不同品牌飲料的電子舌分析結(jié)果及討論

圖3 不同樣品的電子舌檢測的PCA圖Fig.3 PCA plot of different samples detected by i-tongue

圖4 不同樣品的電子舌檢測的LDA圖Fig.4 LDA plot of different samples detected by i-tongue

圖3為電子舌檢測和區(qū)分不同樣品的PCA圖。其中，第 1主成分和第 2主成分的貢獻率分別達到67.89%和19.23%。從圖中可以看出，多數(shù)樣品能較明顯地區(qū)分開，其中，2、3、5號樣品比較接近，1、4號樣品距離其他樣品較遠，說明2、3、5號樣品在口感上較為接近，1、4號樣品在口感上與其他3個樣品均有明顯區(qū)別?？赡苁怯捎谔闳~橐吾葉片中含有大量的葉多糖如半乳糖醛酸、鼠李糖和半乳糖等[22]，使其具備了獨特風味。

圖4為電子舌檢測和區(qū)分不同樣品的LDA圖。其中，第1主成分和第2主成分的貢獻率分別為79.6%和13.4%，總貢獻率為93.0%，大于90.0%，說明采集的數(shù)據(jù)可以代替整體情況。由圖看出，每組樣品多次檢測得到的樣品點分布極為接近，只在組與組之間有明顯的區(qū)別。同電子鼻相比，電子舌的檢測圖譜中同一種樣品的分布點更加集中，數(shù)據(jù)的波動范圍更窄，不同樣品的分布區(qū)域較為分散，表明電子舌的檢測區(qū)分度更高。

3 結(jié)論

模糊數(shù)學感官評定法可以降低人為誤差對結(jié)果的干擾，優(yōu)化蹄葉橐吾飲料的配方為：蹄葉橐吾添加量8.0 g/L，羅漢果添加量6.0 g/L，蔗糖添加量40.0 g/L，甘草添加量1.0 g/L。通過電子鼻和電子舌智能感官技術結(jié)合主成分分析法（PCA）和線性判別分析法（LDA）分析，可以驗證本研究所制備的蹄葉橐吾飲料與市面上同類的4款飲料相比具有獨特的氣味和滋味。這可能是由于葉片中特有的葉多糖和具有揮發(fā)性的萜類和醇類等物質(zhì)引起的，下一步將繼續(xù)研究決定蹄葉橐吾飲料氣味和滋味的成分，并驗證蹄葉橐吾飲料的鎮(zhèn)咳祛痰和抗炎抑菌功效。