鄧夢(mèng)青，袁揚(yáng)，趙恬，王胤晨，張定紅，張錦華

（貴州省畜牧獸醫(yī)研究所，貴州貴陽 550005）

五倍子樹，又稱鹽膚木（Rhus chinensisMill.），漆樹科植物，是重要的蜜源植物。在我國，該樹產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的90%以上，產(chǎn)地主要集中在貴州、四川、湖北等省份[1-4]，開花時(shí)間為八月至九月份。蜜蜂采集五倍子花蜜，釀造出的五倍子蜂蜜為獨(dú)具特色的中草藥蜜，然而蜂蜜的品質(zhì)與蜜源植物、產(chǎn)地環(huán)境、氣候等密切相關(guān)，不同產(chǎn)地的蜂蜜在品質(zhì)和風(fēng)味上存在一定差異。目前國內(nèi)暫無對(duì)五倍子蜂蜜氣味和滋味的鑒別研究[5]，行業(yè)內(nèi)多以看顏色、聞氣味等較為主觀的感官評(píng)價(jià)方法來鑒別蜂蜜種類、判別真假等，有失客觀性、準(zhǔn)確性和重復(fù)性。電子鼻技術(shù)是一種根據(jù)仿生學(xué)原理模擬人類嗅覺系統(tǒng)的人工智能電子儀器[6,7]，能夠識(shí)別簡(jiǎn)單與復(fù)雜的氣味，檢測(cè)樣本整體信息后通過主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）、線性判別分析（Linear Discriminant Analysis，LDA）、傳感器區(qū)分貢獻(xiàn)率（Loadings）分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，能通過揮發(fā)性氣味識(shí)別不同物質(zhì)。近年來電子鼻技術(shù)主要應(yīng)用于酒類、制藥、食品等領(lǐng)域[8-10]，并在風(fēng)味分析[11,12]、摻假檢測(cè)[13,14]、種類鑒別[15,16]等方面取得了一定進(jìn)展。

電子鼻的應(yīng)用能夠克服人為主觀評(píng)價(jià)、重復(fù)性差等問題。電子舌技術(shù)，是一種能夠快速檢測(cè)液體樣本信息的儀器[17,18]，能夠模擬人的味覺感受系統(tǒng)，當(dāng)樣本與人工脂膜傳感器相互作用時(shí)發(fā)生的膜電勢(shì)變化，可以反映樣本的滋味特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同蜂蜜之間味道的識(shí)別[19,20]。滋味在食品開發(fā)中具有重要作用，就食品的接受度和依從性而言，口味是決定市場(chǎng)成功與否的主要因素之一[21]，通過味覺分析裝置能夠準(zhǔn)確識(shí)別食品滋味，為篩選或開發(fā)出更易于接受的食品節(jié)約成本。

因此，本文從五倍子蜂蜜的氣味、滋味方面進(jìn)行檢測(cè)分析，運(yùn)用電子鼻、電子舌技術(shù)對(duì)12個(gè)不同地區(qū)的五倍子蜂蜜氣味進(jìn)行識(shí)別，以期建立快速、可靠的方法來鑒別不同地區(qū)五倍子蜂蜜，為蜂蜜的種類鑒別及蜂蜜產(chǎn)地溯源提供參考。

1 材料與方法

1.1 主要材料與設(shè)備

1.1.1 材料

五倍子蜂蜜收集于貴州省12個(gè)不同地區(qū)的蜂場(chǎng)，各個(gè)蜂場(chǎng)以五倍子為主要蜜源且無其他大量蜜源植物開花的天然山林；所有樣品均來自一線蜂農(nóng)，為自然成熟的封蓋蜜。樣品采集后立即保存于4 ℃冰箱，直至檢測(cè)。具體信息見表1。

表1 五倍子蜂蜜樣品信息Table 1 Information of Rhus chinensis honey sample

1.1.2 主要設(shè)備

德國AIRSENSE公司的電子鼻系統(tǒng)（PEN3），傳感器組成見表2；日本INSENT公司的味覺分析系統(tǒng)（TS-5000Z），該系統(tǒng)能采集到的味道見表3。

表2 電子鼻傳感器Table 2 Electronic nose sensor

表3 電子舌傳感器Table 3 Electronic tongue sensor

1.2 方法

1.2.1 感官評(píng)價(jià)

參照食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)《蜂蜜》（GB 14963-2011）[22]和《進(jìn)出口蜂蜜檢驗(yàn)規(guī)程》（SN/T 0852-2012）[23]中的方法對(duì)蜂蜜樣品進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.2.2 電子鼻技術(shù)

分別稱取2 g蜂蜜至100 mL燒杯中，用雙層保鮮膜將其密封后于室溫下靜置30 min，再將電子鼻進(jìn)樣針頭插入樣品中進(jìn)行測(cè)定。電子鼻檢測(cè)參數(shù)設(shè)置：采集蜂蜜樣品的時(shí)間為1 s/組；味覺傳感器自清洗時(shí)間為80 s，歸零時(shí)間為5 s；蜂蜜樣品準(zhǔn)備時(shí)間為5 s；進(jìn)樣流量為400 mL/min；分析時(shí)間為80 s。每個(gè)蜂蜜樣品重復(fù)測(cè)定3次。

1.2.3 電子舌技術(shù)

準(zhǔn)確稱取15 g蜂蜜置于300 mL燒杯中，加入85 g溫度為40 ℃的純水。使用磁力攪拌器攪拌10 min冷卻至室溫。加入50 g的基準(zhǔn)液（使最終稀釋后得到的樣品溶液中，蜂蜜經(jīng)10倍稀釋，基準(zhǔn)液占比為1/3），用玻璃棒充分?jǐn)嚢?，混合均勻后的溶液，即為待測(cè)樣品溶液。Vr表示基準(zhǔn)電勢(shì)，測(cè)量的是參比溶液，Vs表示蜂蜜樣品電勢(shì)，Vr'表示用參比溶液清洗蜂蜜樣品殘留后的電勢(shì)，Vs-Vr值可用于檢測(cè)酸、甜、苦、鮮、咸味；Vr'-Vr值可用于檢測(cè)苦、澀、鮮味的回味。每個(gè)蜂蜜樣品進(jìn)行3次重復(fù)。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

電子鼻原始數(shù)據(jù)用其系統(tǒng)自帶的軟件Winmuster（Version 1.6.2）進(jìn)行PCA、LDA、Loadings分析；電子舌原始數(shù)據(jù)用其系統(tǒng)自帶的軟件Taste sensing system TS-5000Z analysis Application（Version 1.7.0）進(jìn)行PCA分析、Excel進(jìn)行雷達(dá)圖分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 感官評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

不同地區(qū)五倍子蜂蜜色澤上除R6為深色、R10顏色為淺琥珀色外，均為琥珀色；滋味上除R2、R4地區(qū)五倍子蜂蜜酸味較重，R10、R11地區(qū)五倍子蜂蜜無酸味外，普遍入口微酸、回味甘甜圓潤(rùn)；氣味上均有五倍子特有的芳香味，R6地區(qū)蜂蜜明顯比其他地區(qū)花香味濃郁，R1、R5、R9地區(qū)蜂蜜花香味較濃，而R10地區(qū)香氣較淡；常溫時(shí)均為粘稠流體狀，低溫下易結(jié)晶，呈細(xì)膩的沙粒狀。正常視力下均無可見幼蟲、蠟屑等其他雜質(zhì)（表4）。從色澤、滋味、氣味、狀態(tài)等感官評(píng)價(jià)中，能大致對(duì)五倍子蜂蜜進(jìn)行區(qū)分，但對(duì)樣品間的差異大小并未十分清晰，無法精準(zhǔn)比較和分類。利用現(xiàn)代電子儀器設(shè)備對(duì)蜂蜜滋味和氣味進(jìn)行數(shù)字化、可視化對(duì)于蜂蜜品種的鑒定區(qū)分、溯源等具有重要作用。

表4 不同地區(qū)五倍子蜂蜜樣品感官評(píng)價(jià)結(jié)果Table 4 Sensory evaluation results of Rhus chinensis honey samples from different regions

2.2 電子鼻測(cè)試結(jié)果與分析

2.2.1 電子鼻對(duì)不同地區(qū)五倍子蜂蜜的信號(hào)響應(yīng)

12個(gè)地區(qū)五倍子蜂蜜在電子鼻系統(tǒng)中的響應(yīng)結(jié)果如圖1所示。從原始信號(hào)可以看出電子鼻對(duì)不同地區(qū)的五倍子蜂蜜有明顯的應(yīng)答。前10 s時(shí)響應(yīng)值較高是因?yàn)榉涿墼诿芊膺^程中形成了較高的頂空濃度，達(dá)到峰值后，逐漸趨于平穩(wěn)。從圖中可以看出，R6地區(qū)五倍子蜂蜜氣味最濃郁，前10 s時(shí)G/G0（G0/G）值最高接近300.00；R9、R1、R5、R3地區(qū)五倍子蜂蜜氣味較濃，響應(yīng)值在30.00～70.00之間；R4、R11、R10地區(qū)的蜂蜜氣味較弱，響應(yīng)值在10.00以內(nèi)。在70s左右響應(yīng)值趨于穩(wěn)定時(shí)，除R6響應(yīng)值最高接近40.00外，其余地區(qū)均低于10.00，不同地區(qū)的同種蜂蜜在氣味表現(xiàn)上具有一定的差異。

圖1 電子鼻對(duì)12個(gè)地區(qū)五倍子蜂蜜的信號(hào)響應(yīng)情況Fig.1 Signal response of electronic nose to Rhus chinensis honey from 12 regions

2.2.2 不同地區(qū)五倍子蜂蜜氣味上的差異比較

由于不同地區(qū)的五倍子蜂蜜風(fēng)味不一致，為更好的分析其中的差異，采集70 s～72 s的特征響應(yīng)值，對(duì)樣品進(jìn)行PCA、LDA、Loadings分析。

2.2.2.1 PCA主成分分析

從圖2可以看出，第一和第二主成分貢獻(xiàn)率之和達(dá)到99.00%以上，說明這兩種主成分能夠涵蓋五倍子蜂蜜樣品大部分的原始數(shù)據(jù)信息。第一主成分和第二主成分貢獻(xiàn)率分別為99.20%、0.70%，去掉R6地區(qū)后分別為98.32%、1.29%?？梢姡煌貐^(qū)五倍子蜂蜜樣品之間的差異主要表現(xiàn)在第一主成分上。從樣本在圖中的分布可見12個(gè)蜂蜜樣品在氣味上差異明顯，結(jié)合前面?zhèn)鞲衅鞯捻憫?yīng)情況可知，其中R6地區(qū)的氣味最強(qiáng)，與其他樣品間距較大，能夠被很好的區(qū)分（圖2a）。將R6去掉后，其余11個(gè)地區(qū)的五倍子蜂蜜樣品氣味上的差異在PCA中表現(xiàn)的更為明顯，可以看出R4、R11，R3、R7、R8，R1、R5地區(qū)部分重疊，區(qū)分度較低，可能是以上地區(qū)五倍子蜂蜜風(fēng)味較相似；R10、R12、R2、R9與其他地區(qū)互不重疊，能得到較好的區(qū)分（圖2b）。

圖2 不同地區(qū)五倍子蜂蜜樣品的PCA主成分分析及貢獻(xiàn)率表Fig.2 PCA principal component analysis and contribution rate table of Rhus chinensis honey samples from different regions

圖3 不同地區(qū)五倍子蜂蜜的LDA線性判別分析及貢獻(xiàn)率表Fig.3 LDA linear discriminant analysis and contribution rate table of Rhus chinensis honey in different regions

2.2.2.2 LDA線性判別分析

LDA線性判別分析中兩個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率達(dá)到85.00%以上，這兩個(gè)主成分基本上代表了樣品的原始數(shù)據(jù)信息?？s小組內(nèi)的差異后12個(gè)蜂蜜樣品之間的差異更為明顯，其中R6地區(qū)依然與其他樣品的差異明顯。將R6地區(qū)去掉后，11個(gè)不同地區(qū)五倍子蜂蜜樣品之間均得到了明顯的區(qū)分。說明不同地區(qū)的五倍子蜂蜜能被電子鼻區(qū)分開。

2.2.2.3 Loadings分析

Loadings與PCA分析法基于同一種算法，但不同的是，PCA分析法的研究對(duì)象為樣品，而Loadings分析法的研究對(duì)象為傳感器，通過分析可以考察在檢測(cè)過程中電子鼻主要通過哪類氣體（傳感器）來區(qū)分不同地區(qū)的五倍子蜂蜜樣品。從圖4可見，對(duì)第一主成分貢獻(xiàn)最大的為7號(hào)傳感器W1W（對(duì)無機(jī)硫類物質(zhì)響應(yīng)敏感），其次為2號(hào)傳感器W5S（對(duì)氮氧化合物敏感），9號(hào)傳感器W2W（芳香成分，對(duì)有機(jī)硫化物敏感）對(duì)第二主成分貢獻(xiàn)最大。將R6地區(qū)去掉后，第一主成分貢獻(xiàn)最大的同樣為7號(hào)傳感器W1W，而對(duì)第二主成分貢獻(xiàn)最大的為8號(hào)傳感器W2S（對(duì)醇醚醛酮類靈敏）。說明電子鼻可以根據(jù)不同地區(qū)五倍子蜂蜜不同的氣味特點(diǎn)將其區(qū)分，且可以看出不同地區(qū)的五倍子蜂蜜氣味上的差異主要集中在7、2、9、8這些傳感器對(duì)應(yīng)的氣味成分上。

圖4 不同地區(qū)五倍子蜂蜜傳感器區(qū)分貢獻(xiàn)率分析圖Fig.4 Analysis of contribution rate of Rhus chinensis honey sensor in different regions

2.3 電子舌測(cè)試結(jié)果與分析

2.3.1 電子舌對(duì)不同地區(qū)五倍子蜂蜜的味覺響應(yīng)值

從雷達(dá)圖（圖5a）可見，不同地區(qū)的五倍子蜂蜜在酸味、甜味、苦味上差異較大。通過味覺分析比較發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)五倍子蜂蜜的酸味和甜味具有一定的規(guī)律性，比較可見酸味較大的樣品其甜味則較小（圖5b），如其中R2、R4地區(qū)蜂蜜的酸味較強(qiáng)，甜味小，樣品R10、R11和R12三個(gè)地區(qū)蜂蜜的甜味值明顯但酸味則相對(duì)較小。R10、R11和R12三個(gè)地區(qū)的五倍子蜂蜜咸味、鮮味和豐富性較強(qiáng)，而R1～R9地區(qū)蜂蜜的咸味、鮮味和豐富性的數(shù)值非常接近，差值均在1個(gè)刻度以下（圖5c）?？唷逗涂辔痘匚恫皇呛艽?，苦味值在-1.00～1.00之間，澀味和澀味回味均在0.00～1.00之間，樣品間的差異在1個(gè)刻度以下，其中R3、R11和R10的蜂蜜苦味值最為突出，且R10的苦味和苦味回味均最大（圖5d）。說明不同地區(qū)的同種蜂蜜滋味會(huì)因產(chǎn)地環(huán)境條件的不同而存在差異。

圖5 五倍子蜂蜜雷達(dá)圖及味覺分析圖Fig.5 Radar and taste analysis of Rhus chinensis honey

2.3.2 PCA主成分分析法

從圖6可見，第一和第二主成分貢獻(xiàn)率之和達(dá)到99.35%，即這兩種主成分同樣能夠涵蓋五倍子蜂蜜樣品大部分的原始數(shù)據(jù)信息，其中第一主成分的貢獻(xiàn)率為97.84%，第二主成分的貢獻(xiàn)率為1.51%，兩種主成分可以反映出五倍子蜂蜜的整體滋味，且樣品之間的差異主要表現(xiàn)在第一主成分上。12個(gè)地區(qū)的五倍子蜂蜜在圖中均無交叉重疊，說明電子舌技術(shù)能夠通過滋味將不同地區(qū)的五倍子蜂蜜區(qū)分開。

圖6 五倍子蜂蜜味覺PCA主成分分析Fig.6 PCA analysis of Rhus chinensis honey taste

綜上，電子鼻和電子舌能通過氣味和滋味上的差異將不同地區(qū)的同種蜂蜜進(jìn)行區(qū)分。蜂蜜成分復(fù)雜，隨著蜜源植物、產(chǎn)地、蜂蜜品種等的不同而有所差異[24]。同種蜜源蜂蜜由于產(chǎn)地不同，蜂蜜中黃酮類、酚酸類、礦物質(zhì)等成分含量上的差異，會(huì)影響蜂蜜的色澤、滋味、氣味等[25]，如澳大利亞石楠蜜中黃酮含量為2.12 mg/100 g，而葡萄牙石楠蜜中則為60～500 μg/100 g[26]；不同采集地的同種蜂蜜，其酚酸含量亦不同，如Yao等[27]發(fā)現(xiàn)澳洲茶樹蜜（Leptospermum polygalifolium）中酚酸含量為5.14 mg/100 g，而新西蘭茶樹蜜（Leptospermum scoparium）中酚酸含量為14.0 mg/100 g；蜂蜜中的礦物質(zhì)主要來源于花蜜，與蜜源植物生長(zhǎng)的土壤和大氣具有很大的關(guān)系，孫艷等[28]通過ICP-MS對(duì)不同地區(qū)椴樹蜜中的礦物質(zhì)元素進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)椴樹蜜元素含量存在差異。R6地區(qū)顏色較深、花香味濃郁可能與蜂蜜中多酚類物質(zhì)含量較高有關(guān)。目前主要通過高效液相色譜（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（Gas Chromatography-Mass Spectrometer，GC-MS）、中紅外光譜（Mid Infrared，MIR）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry，ICP-AES）、火焰原子吸收光譜儀（Flameless Atomic Absorption Spectrometry，F(xiàn)AAS）等方法[29]尋找蜂蜜中黃酮類、酚酸類、糖類、微量元素等特征性標(biāo)志物對(duì)蜂蜜種類及產(chǎn)地進(jìn)行鑒別，相對(duì)于電子鼻和電子舌技術(shù)，上述方法復(fù)雜且成本較高，因此運(yùn)用電子鼻和電子舌技術(shù)對(duì)蜂蜜品種進(jìn)行鑒別、產(chǎn)地進(jìn)行識(shí)別等具有一定的應(yīng)用前景，我國陳芳等[30]、裴高璞等[31]、張艷平[32]、賈洪鋒等[33]已將電子鼻、電子舌技術(shù)應(yīng)用于蜂蜜鑒別、摻假蜂蜜的識(shí)別等，根據(jù)電子鼻和電子舌對(duì)風(fēng)味和滋味識(shí)別的特點(diǎn)，還可將其用于蜂蜜飲品等食品適配性的研究[34]，通過調(diào)整原料比例，改變食品風(fēng)味，滿足不同人群的需求。

3 結(jié)論

國家標(biāo)準(zhǔn)中籠統(tǒng)的感官要求使得蜂蜜的感官評(píng)價(jià)難以有明確的標(biāo)準(zhǔn)，不同產(chǎn)地同蜜種蜂蜜之間的差別，無法通過感官指標(biāo)將其精準(zhǔn)區(qū)分。結(jié)合電子鼻和電子舌技術(shù)對(duì)不同地區(qū)的五倍子蜂蜜進(jìn)行鑒別分析，結(jié)果表明電子鼻技術(shù)采用PCA分析時(shí)第一和第二主成分貢獻(xiàn)率之和達(dá)到99.00%以上，這兩種主成分涵蓋了五倍子蜂蜜的大部分原始數(shù)據(jù)信息，但R4、R11，R3、R7、R8，R1、R5地區(qū)蜂蜜氣味較相似，區(qū)分度較低；R10、R12、R2、R9地區(qū)與其他地區(qū)互不重疊，區(qū)分度較好；采用LDA分析時(shí)，第一和第二主成分貢獻(xiàn)率之和達(dá)到87.05%，除去R6地區(qū)，其余地區(qū)在圖中均無交叉重疊，能區(qū)分不同地區(qū)的五倍子蜂蜜；通過Loadings分析可以看出，對(duì)12個(gè)不同地區(qū)的五倍子蜂蜜響應(yīng)值分析發(fā)現(xiàn)7號(hào)、2號(hào)、9號(hào)、8號(hào)傳感器等對(duì)第一主成分/第二主成分貢獻(xiàn)較大，說明不同地區(qū)的五倍子蜂蜜氣味上的差異主要是在無機(jī)硫類物質(zhì)、氮氧化合物、有機(jī)硫化物、醇醚醛酮類等物質(zhì)上。電子舌技術(shù)通過PCA分析時(shí)，第一和第二主成分貢獻(xiàn)率之和達(dá)到99.35%，且在PCA分析圖中均無交叉重疊，說明電子舌技術(shù)能將不同地區(qū)的五倍子蜂蜜區(qū)分開，且通過電子舌雷達(dá)圖離散程度可以看出，不同地區(qū)五倍子蜂蜜在酸味、甜味、苦味上的差異較大。

根據(jù)上述結(jié)果，說明電子鼻和電子舌技術(shù)能夠根據(jù)氣味及滋味上的差異，將不同地區(qū)的五倍子蜂蜜進(jìn)行區(qū)分。相較于感官評(píng)價(jià)該方法更客觀，相較于HPLC、GC-MS等該方法更加快速、簡(jiǎn)便，可用于蜂蜜的種類識(shí)別、蜂蜜產(chǎn)地溯源以及蜂蜜食品適配性研究等。