潘明慧，努爾阿里亞·阿力甫，張曉梅,2，艾娜絲，孫寶國(guó)

(1.北京工商大學(xué)北京食品營(yíng)養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心，北京100048；2.北京三元食品股份有限公司，北京100163)

0 引 言

根據(jù)脂肪含量牛乳分為全脂乳和脫脂乳。通常，脫脂乳的脂肪含量低于0.5%(w/w)[1]。隨著消費(fèi)者對(duì)健康食品的追求，脫脂乳制品逐漸成為一種消費(fèi)趨勢(shì)。其中脫脂乳飲料具有營(yíng)養(yǎng)豐富、低脂肪、低熱量等特點(diǎn)，在我國(guó)乳飲料行業(yè)的市場(chǎng)份額呈迅速增長(zhǎng)趨勢(shì)[2-6]。一直以來(lái)，人們主要通過(guò)感官評(píng)價(jià)來(lái)評(píng)定乳飲料的感官質(zhì)量，但是，單一的感官評(píng)價(jià)具有一定的人為主觀性，易受感官評(píng)價(jià)人員身心狀況及環(huán)境因素的干擾[7]。電子鼻(e-nose)分析技術(shù)是廣泛應(yīng)用于揮發(fā)性風(fēng)味分析領(lǐng)域的新興技術(shù)，主要集中在酒類[8]、肉制品[9]及茶葉[10]的風(fēng)味分析方面，在鑒別樣品的真?zhèn)蔚耐瑫r(shí)彌補(bǔ)了單一感官評(píng)價(jià)的局限性。本研究的目的是制備一款脫脂風(fēng)味乳飲料，結(jié)合電子鼻和感官評(píng)價(jià)綜合評(píng)估乳飲料的風(fēng)味。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料

純凈水，脫脂奶，檸檬酸鈉(食品級(jí))，穩(wěn)定劑(食品級(jí))，食用香精(食品級(jí))，食用小蘇打，白砂糖，食用鹽。

1.2 儀器與設(shè)備

ME104電子分析天平，DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，PEN 2型電子鼻(e-nose)，APV-1000型高壓均質(zhì)機(jī)(實(shí)驗(yàn)型)。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

本研究共涉及脫脂奶的稀釋倍數(shù)、白砂糖與食鹽比例、檸檬酸鈉添加量、穩(wěn)定劑添加量和小蘇打添加量5個(gè)因素，每一因素按產(chǎn)品感官評(píng)價(jià)結(jié)果的可接受性來(lái)確定最佳工藝參數(shù)，工藝流程如圖1所示。

圖1脫脂風(fēng)味乳飲料的關(guān)鍵工藝流程

1.3.2 操作要點(diǎn)

(1)調(diào)整脫脂乳的稀釋比。取5個(gè)250 mL藍(lán)蓋瓶(Fisher Scientific UK Ltd.)，固定200 mL純凈水，分別按純凈水與脫脂奶的體積比分別為200∶1，100∶1，50∶1，25∶1，10∶1加入脫脂奶；(2)確定最佳稀釋比后，調(diào)整白砂糖與食用鹽的比例，按白砂糖與食用鹽的質(zhì)量比為200∶1，100∶1，50∶1，25∶1，20∶1分別添加；(3)確定白砂糖與食用鹽的最佳配比后，調(diào)整檸檬酸鈉的添加量為0.18，0.36，0.44，0.89，1.8 g/L；(4)確定檸檬酸鈉的最佳添加量后，調(diào)整穩(wěn)定劑的添加量，為確保穩(wěn)定劑充分溶解于樣品并發(fā)揮作用，將樣品預(yù)熱到60°C，在所有樣品中分別加入0.18，0.36，0.44，0.89，1.8 g/L穩(wěn)定劑，并維持5 min；(5)確定穩(wěn)定劑的最佳添加量后，調(diào)整小蘇打的添加量，分別加入0.09，0.18，0.36，0.44，0.89 g/L食用小蘇打；(6)均質(zhì)、調(diào)香、滅菌、(4±1)°C保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.3 感官鑒評(píng)

1.3.3.1 感官評(píng)價(jià)人員培訓(xùn)

感官人員的培訓(xùn)在北京工商大學(xué)食品與健康學(xué)院感官評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，且保證評(píng)價(jià)室內(nèi)無(wú)異味、無(wú)噪音。參與感官評(píng)價(jià)人員需熟悉和掌握脫脂風(fēng)味乳飲料的風(fēng)味屬性特征，包括酸味、甜味、咸味、奶味和異味，這些風(fēng)味屬性參照J(rèn)uliano和Elvira的方法[11-12]。培訓(xùn)人員共6名，其中男性4名，女性2名，年齡在21-30歲，所有評(píng)價(jià)人員均知情實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并志愿參與評(píng)價(jià)。

1.3.3.2 感官評(píng)價(jià)

受試樣品在感官評(píng)價(jià)前置于4°C冰箱保存，感官評(píng)價(jià)時(shí)將受試樣品30°C水浴10 min，使樣品溫度接近口腔溫度。將受試樣品裝入感官評(píng)價(jià)杯中，以字母和三位隨機(jī)數(shù)字組合標(biāo)號(hào)，如M 359，按隨機(jī)順序擺放。經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的評(píng)價(jià)人員對(duì)樣品進(jìn)行評(píng)價(jià)并進(jìn)行打分，在每個(gè)樣品評(píng)價(jià)之后新的評(píng)價(jià)開(kāi)始之前充分清洗口腔，直至余味全部消失[13-14]。收集6名感官評(píng)價(jià)人員的評(píng)價(jià)結(jié)果，統(tǒng)計(jì)并繪制測(cè)試樣品的感官評(píng)價(jià)雷達(dá)圖。感官評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)中每一個(gè)屬性的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)為0-9分，感官評(píng)價(jià)參照標(biāo)準(zhǔn)按照表1進(jìn)行。

表1脫脂風(fēng)味乳飲料的感官評(píng)價(jià)屬性及其感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.3.4 電子鼻分析

儀器采用德國(guó)Airsens公司的PEN 2型便攜式電子鼻(Portable Electronic Nose)系統(tǒng)。該電子鼻系統(tǒng)是一種由一組復(fù)合化學(xué)傳感器和識(shí)別軟件組成的分析儀器。PEN 2電子鼻包含10個(gè)金屬氧化物傳感器陣列。本電子鼻系統(tǒng)主要包括下面幾個(gè)硬件部分：傳感器陣列、采樣及清洗通道、吸附/解吸附單元、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)[15]。

PEN 2 E-nose設(shè)備由10種傳感器組成，分別為W 1C，W 5S，W 3C，W 6S，W 5C，W 1S，W1W，W 2S，W 2W和W 3S；E-nose的10種傳感器分別對(duì)不同的揮發(fā)性化合物組成響應(yīng)。

所有測(cè)試樣品分別取10 m L裝入20 m L具橡膠塞樣品瓶中，溫度(40±2)°C轉(zhuǎn)速為30 r/min磁力攪拌水浴5 min，水浴結(jié)束后將e-nose補(bǔ)空氣針和樣品吸收針同時(shí)插入樣品瓶中，進(jìn)行測(cè)試，儀器自動(dòng)收集60 s內(nèi)各傳感器的響應(yīng)值。揮發(fā)性物質(zhì)在不同傳感器中的吸附和解析并不是瞬間發(fā)生的。吸附時(shí)間為60 s而解析(清洗)時(shí)間為300 s。測(cè)試過(guò)程中，測(cè)量室的氣流保持不變，在測(cè)試階段，待測(cè)樣品揮發(fā)性氣體通過(guò)頂空以恒定速率6.67 mL/s吸入設(shè)備采樣單元，最終使10種傳感器響應(yīng)值發(fā)生變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 感官評(píng)價(jià)結(jié)果分析

由6名感官評(píng)價(jià)人員依次評(píng)價(jià)待測(cè)樣品，并按照表1評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分。最終結(jié)果取平均值并繪制感官評(píng)價(jià)雷達(dá)圖，如圖2所示。

為了突出本產(chǎn)品的飲料特性且與脫脂乳區(qū)分開(kāi)，純凈水與脫脂奶的比例較大。有乳香味又不失特殊風(fēng)味特性。純凈水與脫脂奶的比例分別為200∶1，100∶1，50∶1的三個(gè)樣品奶味極弱，無(wú)法體現(xiàn)乳飲料的特性，同時(shí)可接受性低。純凈水與脫脂奶的比例為25∶1的樣品奶味微弱，酸味和異味與其他樣品基本一致。而且與其他因素相互作用本樣品的甜度和爽口程度略勝一籌，同時(shí)可接受性高。純凈水與脫脂奶的比例為10∶1的樣品奶香味強(qiáng)烈，掩蓋了碳酸爽口感，沒(méi)有了碳酸飲料的剎口感。本研究純凈水與脫脂奶的最佳體積比為25∶1。

白砂糖與食用鹽的添加量較少，研究表明食用鹽使飲料風(fēng)味更加突出[16]。白砂糖與食用鹽的質(zhì)量比分別為20∶1，25∶1，50∶1時(shí)樣品咸味大，影響口感，可接受性低。白砂糖與食用鹽的質(zhì)量比為100∶1時(shí)樣品甜味，咸味適中，可接受性最高。白砂糖與食用鹽的質(zhì)量比為200∶1時(shí)甜味相對(duì)弱，可接受性低。本實(shí)驗(yàn)白砂糖與食用鹽的最佳質(zhì)量比為100∶1。

圖2脫脂碳酸風(fēng)味乳飲料的感官評(píng)價(jià)雷達(dá)

檸檬酸鈉是調(diào)節(jié)脫脂乳飲料的特殊風(fēng)味配料之一。檸檬酸鈉的添加量為1.8 g/L時(shí)樣品酸性強(qiáng)，影響飲料的組織狀態(tài)，爽口性和接受性差。檸檬酸鈉的添加量為0.89 g/L時(shí)樣品組織狀態(tài)很穩(wěn)定，酸度適中，爽口度和接受性高。檸檬酸鈉的量分別為0.44 g/L，0.36 g/L，0.18 g/L時(shí)，爽口性較差，未呈現(xiàn)特殊風(fēng)味，可接受性低。本研究檸檬酸鈉的最佳添加量為0.89 g/L。由于乳飲料性質(zhì)不穩(wěn)定，尤其是酸性乳飲料的酸度接近一些蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)，所以易沉淀或分層，因此研制酸性乳飲料時(shí)加穩(wěn)定劑來(lái)增強(qiáng)穩(wěn)定性是必要的。穩(wěn)定劑能提高飲料的黏度，防止蛋白質(zhì)粒子因重力作用而下沉，能減少游離水分子的含量，防止蛋白質(zhì)沉淀[17]。穩(wěn)定劑的量分別為1.8 g/L，0.89 g/L時(shí)樣品組織狀態(tài)差，且有異味產(chǎn)生，嚴(yán)重影響了口味，可接受性最低。穩(wěn)定劑的量為0.44 g/L時(shí)樣品組織狀態(tài)穩(wěn)定，符合飲料的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)口味影響最低，可接受性最強(qiáng)。穩(wěn)定劑的量分別為0.36 g/L和0.18 g/L時(shí)，樣品組織狀態(tài)不穩(wěn)定，可接受性相對(duì)較低。因此，本研究穩(wěn)定劑的最佳添加量為0.44 g/L。

小蘇打也是乳飲料的特殊風(fēng)味的直接來(lái)源之一。部分碳酸氫鈉在水中分解生成二氧化碳，賦予乳飲料特殊口感。同時(shí)小蘇打呈堿性，調(diào)節(jié)溶液p H值，從而防止蛋白質(zhì)沉淀。小蘇打的添加量為0.89 g/L和0.44 g/L時(shí)的樣品有異味產(chǎn)生，從而影響口感，且爽口性和可接受性低。小蘇打添加量為0.36 g/L時(shí)的樣品無(wú)異味，酸味和爽口度適中，可接受性較高。小蘇打添加量為0.18 g/L的樣品無(wú)異味，酸度適中，爽口度高，可接受性最高。小蘇打添加量為0.09 g/L的樣品，沒(méi)有異味，酸味較大，爽口性和接受度較低。因此本實(shí)驗(yàn)小蘇打最佳添加量為0.18 g/L。

2.2 電子鼻分析

電子鼻的工作原理是當(dāng)由多個(gè)氣體傳感器組成傳感器陣列同時(shí)測(cè)量多種成分組成的氣味時(shí)，就會(huì)在多維空間中形成響應(yīng)模式。在建立數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和識(shí)別，可得到樣品的“氣味指紋圖”，從而達(dá)到對(duì)揮發(fā)性氣體的分析和檢測(cè)[15]。各傳感器的檢測(cè)性能如下：W 1C(芳香族化合物)、W 5S(氮 氧 化 合 物)、W 3C(氨、芳 香 族 化 合 物)、W 6S(氫)、W 5C(脂肪族芳香化合物)、W1S(甲烷、碳?xì)浠衔?、W 1W(硫化物)、W2S(醇類化合物)、W 2W(硫、氯化合物)、W 3S(甲烷)[18]。

在工藝不斷調(diào)整過(guò)程中，10種傳感器對(duì)不同樣品的響應(yīng)情況及樣品分類情況采用主成分分析的方法進(jìn)行分析，分別如圖3和圖4所示。主成分分析通過(guò)對(duì)提取的傳感器多指標(biāo)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和降維，并對(duì)降維后的特征向量進(jìn)行線性分類，最后在主成分分析的三點(diǎn)圖上顯示主要的二維散點(diǎn)圖，其中主成分1(PC1)和主成分2(PC2)上包含了在主成分分析轉(zhuǎn)換中得到的第1主成分和第2主成分的貢獻(xiàn)率，貢獻(xiàn)率越大，說(shuō)明主要主成分可以較好地反映原來(lái)多指標(biāo)的信息[19]。有文獻(xiàn)指出[20]，主成分總貢獻(xiàn)率超過(guò)70%～85%，說(shuō)明此方法適用。

圖3中，PC1和PC2兩個(gè)主成分的總貢獻(xiàn)率均大于80%，因此，可以認(rèn)為PC1和PC2兩個(gè)主成分可以代表傳感器的整體信息。根據(jù)工藝調(diào)整不同參數(shù)的過(guò)程中，電子鼻對(duì)各風(fēng)味乳飲料的響應(yīng)情況顯示出明顯的差別，尤其是在調(diào)整小蘇打的添加量時(shí)，PC1的貢獻(xiàn)率為98.55%，說(shuō)明在第一主成分上各個(gè)傳感器對(duì)于區(qū)分不同小蘇打添加量的脫脂風(fēng)味乳飲料香氣的貢獻(xiàn)較大。

圖3各個(gè)傳感器對(duì)樣品響應(yīng)情況的主成分分析結(jié)果

圖4中，不同工藝調(diào)整下樣品主成分分析結(jié)果的PC1和PC2的總貢獻(xiàn)率均大于95%，表明區(qū)分效果很好，且第一主成分的貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第二主成分，說(shuō)明PC1在區(qū)分過(guò)程中占主導(dǎo)地位。圖5中，PC1和PC2的總貢獻(xiàn)率均大于95%，且各樣品間獨(dú)立，說(shuō)明5種因素對(duì)脫脂風(fēng)味乳飲料的風(fēng)味均有關(guān)鍵性作用，同時(shí)每個(gè)因素的影響具有明顯差異。

圖4(a)中:a1,a2,a3,a4,a5分別表示純凈水與脫脂奶的體積比為200∶1，100∶1，50∶1，25:1，10∶1；圖4(b)中:b1,b2,b3,b4,b5分別表示白砂糖與食用鹽的質(zhì)量比為200∶1，100∶1，50∶1，25∶1，20∶1；圖4(c)中:c1,c2,c3,c4,c5分別表示檸檬酸鈉添加量為0.18,0.36,0.44,0.89,1.8g/L；圖4(d):d1,d2,d3,d4,d5分別表示穩(wěn)定劑的添加量為0.18,0.36,0.44,0.89,1.8g/L；圖4(e)中:e1,e2,e3,e4,e5分別表示小蘇打的添加量為0.09,0.18,0.36,0.44,0.89g/L。

圖5最優(yōu)條件下的5個(gè)樣品PCA分布

圖5中，A為純凈水與脫脂奶配比；B為白砂糖與食鹽配比；C為檸檬酸鈉的添加量；D為穩(wěn)定劑的添加量；E為小蘇打的添加量。

3 結(jié) 論

本試驗(yàn)由脫脂乳為原料優(yōu)化并制備一款風(fēng)味乳飲料。分別固定一個(gè)變量因素，調(diào)整5個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù)，并通過(guò)感官評(píng)價(jià)的可接受性結(jié)果篩選最佳工藝。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用電子鼻對(duì)工藝調(diào)整后的樣品進(jìn)行檢測(cè)并分析各傳感器對(duì)樣品的響應(yīng)情況。綜合分析后，確定最佳工藝條件為純凈水與脫脂奶的體積比為25∶1，白砂糖與食用鹽的質(zhì)量比為100∶1，檸檬酸鈉的添加量為0.89g/L，穩(wěn)定劑的添加量為0.44g/L，小蘇打的添加量為0.18g/L。