申慧珊，張國(guó)權(quán)，夏天雨，吳青蘭，田麗娜，江昊，鄭建梅

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100)

第17屆中國(guó)方便食品大會(huì)指出，2016年方便面產(chǎn)量為362.4億包，銷(xiāo)售額為511.69億元，2017年方便面行業(yè)發(fā)展穩(wěn)健[1]。各方便面廠家面餅質(zhì)量差距不大，鮮濃、飄香和醇厚的調(diào)料成為方便面企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵[2]。方便面調(diào)料是由多種原輔料復(fù)合而成為方便面增添滋味的調(diào)味料[3]。通常情況下，方便面調(diào)料的滋味分析是經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)的專家進(jìn)行感官評(píng)定，但感官評(píng)定具有一定的主觀性，易受評(píng)定人員身心狀況等因素的影響，且費(fèi)力耗時(shí)。

電子舌是一種基于多傳感器陣列和多元統(tǒng)計(jì)分析方法檢測(cè)液體樣品的味覺(jué)傳感器[4]。在電子舌體系中，傳感器捕獲方便面調(diào)料中味覺(jué)物質(zhì)的信號(hào)傳送至電腦，由模式識(shí)別軟件分析并對(duì)不同調(diào)料進(jìn)行辨別分類，得出調(diào)料的味覺(jué)信息[5]。電子舌在食品分析中的應(yīng)用主要包括過(guò)程監(jiān)測(cè)、新鮮度評(píng)估和貨架期調(diào)查、食品識(shí)別、定量分析、摻假鑒別及其他質(zhì)量控制研究6個(gè)方面[6-10]。國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)電子舌應(yīng)用于方便面調(diào)料的報(bào)道，本試驗(yàn)利用電子舌技術(shù)結(jié)合主成分分析(principal component analysis，PCA)和判別因子分析(discriminant factor analysis，DFA)等多元統(tǒng)計(jì)方法對(duì)不同品牌不同口味的方便面調(diào)料進(jìn)行區(qū)分，為方便面調(diào)料種類辨別和品質(zhì)評(píng)價(jià)提供方法和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

3個(gè)品牌(品牌A，品牌B，品牌C)的香菇燉雞味、番茄牛腩味和紅燒牛肉味方便面：市售。

電子舌 法國(guó)Alpha MOS公司；電子天平 南京湯姆斯衡器有限公司；TD5W-WS臺(tái)式離心機(jī) 上海盧湘儀離心機(jī)儀器有限公司；SBH-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；玻璃砂芯過(guò)濾裝置 廣州市晟科貿(mào)易有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品準(zhǔn)備

準(zhǔn)確稱量6 g粉包、8 g醬包、6 g粉包和8 g醬包樣品，分別溶解于400 mL熱水中，4000 r/min離心20 min，冷卻至室溫，先用紗布過(guò)濾，再用普通濾紙抽濾，最后用0.45 μm濾膜砂芯抽濾，取濾液備用[11]。

1.2.2 電子舌分析

本試驗(yàn)采用法國(guó)α-ASTREE電子舌系統(tǒng)，配有ZZ，JE，BB，CA，GA，HA，JB共 7個(gè)傳感器，它們對(duì)樣品的鮮、咸、酸、甜和苦味敏感[12]。電子舌使用前對(duì)傳感器進(jìn)行活化、校準(zhǔn)和診斷，然后取80 mL方便面調(diào)料濾液按順序放入125 mL電子舌燒杯中。電子舌參數(shù)：采樣時(shí)間120 s，清洗時(shí)間10 s，采集周期1 s，攪拌速率3 r/s，平行檢測(cè)3次。

1.3 數(shù)據(jù)處理

測(cè)試數(shù)據(jù)用電子舌自帶軟件進(jìn)行處理。采用PCA法對(duì)樣品進(jìn)行辨識(shí)分類，采用DFA對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證分析。PCA可以將傳感器采集的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及降維，并對(duì)降維后的特征向量進(jìn)行線性分類，得到一組新的數(shù)軸來(lái)捕捉整個(gè)數(shù)據(jù)集間的最大差異[13]。DFA是一種通過(guò)重新組合傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)而優(yōu)化區(qū)分性的分類技術(shù)，它可以使組間距離最大的同時(shí)保證組內(nèi)差異最小，能夠用于樣品的定性判別分析[14]。

2 結(jié)果與討論

2.1 電子舌對(duì)方便面調(diào)味粉包的響應(yīng)信號(hào)曲線

品牌C香菇燉雞味方便面調(diào)味粉包的響應(yīng)信號(hào)曲線見(jiàn)圖1。

圖1 電子舌傳感器對(duì)方便面調(diào)味粉包的響應(yīng)信號(hào)曲線Fig.1 Response curve of electronic tongue sensors to instant noodles seasoning powder packets

由圖1可知，每根傳感器對(duì)同一方便面調(diào)味粉包的響應(yīng)強(qiáng)度。傳感器HA的響應(yīng)信號(hào)值最大，傳感器GA的響應(yīng)信號(hào)值最小，各個(gè)傳感器的響應(yīng)強(qiáng)度順序?yàn)镠A>ZZ>CA>BB>JE>JB>GA。在0～20 s內(nèi)，傳感器響應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生顯著變化，20～30 s內(nèi)傳感器響應(yīng)強(qiáng)度上升緩慢，30 s后傳感器響應(yīng)強(qiáng)度趨于平衡，說(shuō)明電子舌在分析方便面調(diào)料樣品時(shí)具有較好的穩(wěn)定性，選取每個(gè)傳感器的120 s數(shù)值進(jìn)行分析。

2.2 電子舌對(duì)方便面調(diào)味粉包的雷達(dá)指紋圖譜

3種不同品牌(品牌A、品牌B、品牌C)香菇燉雞味方便面調(diào)味粉包的雷達(dá)指紋圖譜見(jiàn)圖2。

圖2 電子舌傳感器對(duì)方便面調(diào)味粉包的雷達(dá)指紋圖譜Fig.2 Radar fingerprints of electronic tongue sensors to instant noodles seasoning powder packets

由圖2可知，方便面調(diào)味粉包在ZZ，CA，HA，JB傳感器上的響應(yīng)強(qiáng)度存在顯著差異，在JE，BB，GA傳感器上的響應(yīng)強(qiáng)度無(wú)顯著差異，說(shuō)明所測(cè)定的香菇燉雞味方便面調(diào)味粉包在5種味覺(jué)屬性(鮮味、咸味、酸味、甜味、苦味)上均具有差異，其中鮮味和酸味上差異顯著，在咸味、甜味和苦味上差異不顯著。由以上分析可知，雷達(dá)指紋圖譜可以辨別不同品牌方便面調(diào)料，電子舌是辨別不同品牌方便面調(diào)料的有效工具。

2.3 電子舌對(duì)方便面調(diào)料的PCA分析

2.3.1 電子舌對(duì)香菇燉雞味方便面調(diào)料的PCA分析

對(duì)3種不同品牌香菇燉雞味方便面調(diào)味粉包、醬包、粉包和醬包混合后的風(fēng)味進(jìn)行電子舌檢測(cè)，對(duì)電子舌傳感器響應(yīng)值進(jìn)行PCA分析，其結(jié)果見(jiàn)圖3～圖5。

圖3 電子舌對(duì)3種不同品牌香菇燉雞味方便面調(diào)味粉包的PCA分析圖Fig.3 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning powder packets with chicken and Lentinus edodes flavor

圖4 電子舌對(duì)3種不同品牌香菇燉雞味方便面調(diào)味醬包的PCA分析圖Fig.4 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning sauce packets with chicken and Lentinus edodes flavor

圖5 電子舌對(duì)3種不同品牌香菇燉雞味方便面調(diào)料混合后的PCA分析圖Fig.5 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning mixture with chicken and Lentinus edodes flavor

由圖3可知，PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別為98.525%和1.131%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)99.656%，判別指數(shù)DI=84，區(qū)分度高。由圖4可知，PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別為94.148%和4.495%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)98.643%，判別指數(shù)DI=88，區(qū)分度比粉包高。由圖5可知，PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別為94.400%和4.935%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)99.335%，判別指數(shù)DI=94，區(qū)分度比粉包和醬包高[15]。上述圖中每個(gè)多邊形代表每種樣品的整體特性，相互連接的6個(gè)記號(hào)點(diǎn)分別代表此樣品的6個(gè)重復(fù)樣品，每個(gè)多邊形之間的距離代表每種樣品之間的整體差異性。上述數(shù)據(jù)表明PC1和PC2基本包含了原始數(shù)據(jù)的大多數(shù)信息，能夠反映樣品的整體信息。在PCA分析圖中，不同品牌的方便面調(diào)料明顯分為3個(gè)區(qū)域，相互間互不干擾，表明電子舌對(duì)不同品牌香菇燉雞味方便面調(diào)料具有良好的區(qū)分效果，為電子舌定性系統(tǒng)的建立提供了可能。

2.3.2 電子舌對(duì)番茄牛腩味方便面調(diào)料的PCA分析

對(duì)3種不同品牌番茄牛腩味方便面調(diào)味粉包、醬包、粉包和醬包混合后的風(fēng)味進(jìn)行電子舌檢測(cè)，采用PCA 法對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其結(jié)果見(jiàn)圖6～圖8。

圖6 電子舌對(duì)3種不同品牌番茄牛腩味方便面調(diào)味粉包的PCA分析圖Fig.6 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning powder packets with braised beef brisket and tomato flavor

圖7 電子舌對(duì)3種不同品牌番茄牛腩味方便面調(diào)味醬包的PCA分析圖Fig.7 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning sauce packets with braised beef brisket and tomato flavor

圖8 電子舌對(duì)3種不同品牌番茄牛腩味方便面調(diào)料混合后的PCA分析圖Fig.8 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning mixture with braised beef brisket and tomato flavor

由圖6可知，PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別為90.486%和6.636%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)97.122%，判別指數(shù)DI=94，區(qū)分度高。由圖7可知，PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別為99.216%和0.547%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)99.763%，判別指數(shù)DI=87，區(qū)分度比粉包低。由圖8可知，PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別為95.933%和2.688%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)98.621%，判別指數(shù)DI=93，區(qū)分度比醬包高。上述PC1和PC2的累計(jì)貢獻(xiàn)率均大于85%，這說(shuō)明PC1和PC2已經(jīng)包含了很大的信息量，能夠反映樣品的整體信息[16]，3個(gè)品牌的方便面調(diào)料明顯分為3個(gè)區(qū)域，相互間互不干擾，表明電子舌結(jié)合PCA分析能夠辨別不同品牌番茄牛腩味方便面調(diào)料。

2.3.3 電子舌對(duì)紅燒牛肉味方便面調(diào)料的PCA分析

對(duì)3種不同品牌紅燒牛肉味方便面調(diào)味粉包、醬包、粉包和醬包混合后的風(fēng)味進(jìn)行電子舌檢測(cè)，對(duì)電子舌傳感器響應(yīng)值進(jìn)行PCA分析，其結(jié)果見(jiàn)圖9～圖11。

圖9 電子舌對(duì)3種不同品牌紅燒牛肉味方便面調(diào)味粉包的PCA分析圖Fig.9 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning powder packets with stewed beef flavor

圖10 電子舌對(duì)3種不同品牌紅燒牛肉味方便面調(diào)味醬包的PCA分析圖Fig.10 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning sauce packets with stewed beef flavor

圖11 電子舌對(duì)3種不同品牌紅燒牛肉味方便面調(diào)料混合后的PCA分析圖Fig.11 PCA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning mixture with stewed beef flavor

由圖9可知，PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別為94.655%和5.036%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)99.691%，區(qū)別指數(shù)DI=89。由圖10可知，PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別為94.544%和4.792%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)99.336%，區(qū)別指數(shù)DI=89，區(qū)分度高。由圖11可知，PC1和PC2的貢獻(xiàn)率分別為98.47%和1.386%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)99.856%，區(qū)別指數(shù)DI=97，區(qū)分度比粉包和醬包高。可以看出，不同品牌紅燒牛肉味方便面調(diào)料的主成分得分值不僅有各自特定的分布區(qū)域，而且得分值的分布較為密集。PC1和PC2均保持了原始數(shù)據(jù)大于99%的信息量，說(shuō)明電子舌可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同品牌紅燒牛肉味方便面調(diào)料混合后的辨別。

2.4 電子舌對(duì)方便面調(diào)味的DFA分析

2.4.1 電子舌對(duì)香菇燉雞味方便面調(diào)料的DFA分析

對(duì)3種不同品牌香菇燉雞味方便面調(diào)味粉包、醬包、粉包和醬包混合后的風(fēng)味進(jìn)行電子舌檢測(cè)，對(duì)電子舌傳感器響應(yīng)值進(jìn)行DFA分析，其結(jié)果見(jiàn)圖12～圖14。

圖12 電子舌對(duì)3種不同品牌香菇燉雞味方便面調(diào)料粉包的DFA分析圖Fig.12 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning powder packets with chicken and Lentinus edodes flavor

圖13 電子舌對(duì)3種不同品牌香菇燉雞味方便面調(diào)料醬包的DFA分析圖Fig.13 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning sauce packets with chicken and Lentinus edodes flavor

圖14 電子舌對(duì)3種不同品牌香菇燉雞味方便面調(diào)料混合后的DFA分析圖Fig.14 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning mixture with chicken and Lentinus edodes flavor

由圖12可知，DF1和DF2的貢獻(xiàn)率分別為98.423%和1.577%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)100%。由圖13可知，DF1和DF2的貢獻(xiàn)率分別為86.048%和13.952%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)100%。由圖14可知，DF1和DF2的貢獻(xiàn)率分別為83.883%和16.117%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)100%，前2個(gè)主成分包含了原始數(shù)據(jù)的全部信息。與PCA分析圖相比，DFA 分析圖中樣品分布更集中，離散度更小，樣品間的區(qū)別更顯著[17]。PCA分析、DFA分析均能將樣品顯著地區(qū)分開(kāi)，并且DFA區(qū)分效果更好，表明電子舌有足夠的靈敏度區(qū)分這些不同品牌香菇燉雞味方便面調(diào)料。

2.4.2 電子舌對(duì)番茄牛腩味方便面調(diào)料的DFA分析

對(duì)3種不同品牌番茄牛腩味方便面調(diào)味粉包、醬包、粉包和醬包混合后的風(fēng)味進(jìn)行電子舌檢測(cè)，對(duì)電子舌傳感器響應(yīng)值進(jìn)行DFA分析，其結(jié)果見(jiàn)圖15～圖17。

圖15 電子舌對(duì)3種不同品牌番茄牛腩味方便面調(diào)料粉包的DFA分析圖Fig.15 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning powder packets with braised beef brisket and tomato flavor

圖16 電子舌對(duì)3種不同品牌番茄牛腩味方便面調(diào)料醬包的DFA分析圖Fig.16 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning sauce packets with braised beef brisket and tomato flavor

圖17 電子舌對(duì)3種不同品牌番茄牛腩味方便面調(diào)料混合后的DFA分析圖Fig.17 DFA plot for electronic tongue data of three kinds of instant noodles seasoning mixture with braised beef brisket and tomato flavor

由圖15可知，DF1和DF2的貢獻(xiàn)率分別為86.525%和13.475%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)100%。由圖16可知，DF1和DF2的貢獻(xiàn)率分別為99.79%和0.21%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)100%。由圖17可知，DF1和DF2的貢獻(xiàn)率分別為97.283%和2.717%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)100%，前2個(gè)主成分包含了原始數(shù)據(jù)的全部信息。DFA 分析圖中樣品的主成分得分值均落在互不干擾的區(qū)域內(nèi)，說(shuō)明通過(guò)電子舌測(cè)定可實(shí)現(xiàn)不同品牌番茄牛腩味方便面調(diào)料的識(shí)別，而且電子舌數(shù)據(jù)采用DFA分析比PCA分析能更好區(qū)分不同品牌番茄牛腩味方便面調(diào)料。

2.4.3 電子舌對(duì)紅燒牛肉味方便面調(diào)料的DFA分析

對(duì)3種不同品牌紅燒牛肉味方便面調(diào)味粉包、醬包、粉包和醬包混合后的風(fēng)味進(jìn)行電子舌檢測(cè)，對(duì)電子舌傳感器響應(yīng)值進(jìn)行DFA分析，其結(jié)果見(jiàn)圖18～圖20。

圖18 電子舌對(duì)3種不同品牌紅燒牛肉味方便面調(diào)料粉包的DFA分析圖Fig.18 DFA plot for electronic tongue data of three kinds ofinstant noodles seasoning powder packets withstewed beef flavor

圖19 電子舌對(duì)3種不同品牌紅燒牛肉味方便面調(diào)料醬包的DFA分析圖Fig.19 DFA plot for electronic tongue data of three kinds ofinstant noodles seasoning sauce packets withstewed beef flavor

圖20 電子舌對(duì)3種不同品牌紅燒牛肉味方便面調(diào)料混合后的DFA分析圖Fig.20 DFA plot for electronic tongue data of three kinds ofinstant noodles seasoning mixture with stewed beef flavor

由圖18可知，DF1和DF2的貢獻(xiàn)率分別為96.98%和3.02%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)100%。由圖19可知，DF1和DF2的貢獻(xiàn)率分別為80.532%和19.468%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)100%。由圖20可知，DF1和DF2的貢獻(xiàn)率分別為89.152%和10.848%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)100%，前兩個(gè)主成分已能很好地反映原來(lái)多指標(biāo)的信息，說(shuō)明DFA法能夠更好地區(qū)分3種紅燒牛肉味方便面調(diào)料之間的差異，表明電子舌技術(shù)結(jié)合DFA法可以準(zhǔn)確地區(qū)分不同品牌的紅燒牛肉味方便面調(diào)料。

3 結(jié)論

電子舌技術(shù)是一種新型味覺(jué)分析檢測(cè)技術(shù)，它操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)時(shí)間短、速度快、重復(fù)性好。本文以3種不同品牌不同口味方便面調(diào)料為研究對(duì)象，應(yīng)用電子舌技術(shù)對(duì)調(diào)料的味感特征進(jìn)行分析，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行PCA分析和DFA分析。結(jié)果表明：PCA法和DFA法都能將不同樣品顯著區(qū)分開(kāi)，并且DFA法區(qū)分效果好于PCA法，說(shuō)明電子舌結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析方法具有辨別不同品牌方便面調(diào)料的能力，可用于不同品牌方便面調(diào)料的種類辨別和品質(zhì)評(píng)價(jià)。

為了研究不同品牌不同口味的方便面調(diào)料之間的差異，可以使用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)檢測(cè)樣品中醇類、酸類、醛類、酮類、烯烴類等物質(zhì)的含量，并與電子舌技術(shù)相結(jié)合分析樣品之間的差異，為方便面調(diào)料種類的辨別提供方法和依據(jù)，為企業(yè)控制方便面調(diào)料的品質(zhì)提供理論指導(dǎo)。